Seminario 10 PARTE A Introducción a la Genética Medica - María Paz Bidondo

Introducción a la Genética Médica

Presentación del Seminario

• María Paz Bidondo se presenta como parte del plantel docente de biología molecular y genética en la Facultad de Medicina de la Universidad de Buenos Aires.

• El seminario 10 se dividirá en dos partes, abordando la relación genotipo-fenotipo, introducción a la genética médica y nomenclatura estandarizada de árboles genealógicos.

Conceptos Clave: Genotipo y Fenotipo

• Se define el genotipo como el conjunto de genes de un individuo, estimándose aproximadamente 20,000 genes en humanos, incluyendo ADN nuclear y mitocondrial.

• El concepto ampliado de genotipo incluye secuencias extragénicas para estudios de asociación que se analizarán más adelante.

Secuencia de Referencia

• Para determinar el genotipo es necesario tener una secuencia de referencia del genoma humano, que ha sido actualizada con versiones como 37 y 38.

• Los alelos o variantes "wild type" son los esperados según esta secuencia; su comparación permite distinguir características del genotipo (homocigoto/heterocigoto).

Ejemplos Prácticos sobre Genotipos

Análisis de Ejemplos Hipotéticos

• Se introduce un ejemplo hipotético con un gen P ubicado en el cromosoma uno. Cada individuo tiene dos alelos para este gen.

Caso 1: Pedro

• Pedro es homocigota para la variante wild type; ambos alelos son iguales a la secuencia de referencia (ACG ACG).

Caso 2: Martín

• Martín también es homocigota pero no tiene la secuencia wild type; presenta una delesión en ambos alelos (nucleótidos 57 y 58).

Caso 3: Pablo

• Pablo es heterocigota; tiene un alelo igual a la secuencia wild type y otro con una delesión.

Caso 4: Juan

Análisis de Variantes Genéticas en Cromosomas Sexuales

Introducción a los Heterocigotos y Emisigotos

• Se observa un heterocigoto con una variante W type y otra de lesión, así como un heterocigoto compuesto con dos variantes distintas. Se introduce el término "emisigota" para individuos cuyos cromosomas sexuales no son homólogos.

Estructura de los Cromosomas Sexuales

• Los cromosomas X e I no son homólogos; el cromosoma X es más grande y tiene una estructura diferente (submetacéntrico vs. macrocéntrico).

• Ejemplos de genes como DAX1 que están presentes en el cromosoma X pero ausentes en el cromosoma I, lo que implica que ciertos alelos solo se encuentran en uno de los cromosomas.

Implicaciones del Emisigotismo

• En la mayoría de las composiciones del cromosoma X e I, se concluye que un individuo Xi es emisigota, encontrando solo un alelo para genes específicos.

• Para DAX1, se confirma que solo hay un alelo presente en el cromosoma X; por lo tanto, este gen es emisigota para la variante W type.

Regiones Pseudoautosómicas

• Existen sectores no marcados en gris donde hay homología entre los cromosomas X e I, denominadas regiones pseudoautosómicas (PAR1 y PAR2).

• En estas regiones, ambos cromosomas pueden tener genes como SHOX, permitiendo la posibilidad de recombinación durante la meiosis.

Ejemplo Práctico: Análisis del Gen SHOX

• Pedro presenta dos variantes para el gen SHOX: una variante W type y otra white type; esto indica que es homoigota.

• La discusión sobre genotipo y fenotipo se vuelve crucial al analizar cómo se manifiestan estos genes a nivel observable.

Técnicas de Secuenciación Genética

• Para determinar el genotipo humano, se utilizan técnicas como secuenciación automatizada o PCR específica.

• La secuenciación permite identificar nucleótidos específicos dentro del ADN extraído sin inferir directamente sobre el fenotipo del individuo.

Estudio de Genes Específicos: GJB2

• El gen GJB2 codifica para conexina y está ubicado en el cromosoma 13; su localización precisa incluye detalles sobre brazos y bandas.

• Se presentan electroferogramas mostrando diferentes colores asociados a cada base nucleotídica durante la secuenciación automatizada.

Interpretación de Resultados Electrofisiológicos

• Un individuo homoigoto para variantes white type muestra picos uniformes en electroferogramas debido a la presencia idéntica de alelos.

Análisis de Alelos y Variantes Genéticas

Observaciones sobre la variabilidad en alelos

• Se observa que al analizar los colores en las posiciones de los alelos, hay una diversidad de combinaciones (rojo, celeste, negro, azul, verde), lo que sugiere múltiples picos para cada posición.

• En la posición 235 de un alelo se encuentra el nucleótido que debería estar en la 236; esto indica un desplazamiento debido a una deleción. Los dos alelos no coinciden, resultando en diferentes picos.

Heterocigosis y variantes genéticas

• Se menciona que el individuo es heterocigoto con variante "white type" y presenta una sustitución específica en un gen del cromosoma uno. Esto resulta en un solo color por posición.

• En la posición 497 se produce un cambio de adenina a guanina; esto genera dos picos distintos: uno para adenina (verde) y otro para guanina (negro).

Definición y evaluación del fenotipo

• El fenotipo se define como la expresión del genotipo interactuando con el ambiente. Este emergente puede ser medido a través de diversas características observables.

• Para evaluar fenotipos clínicos o bioquímicos, se requieren técnicas específicas más allá de la secuenciación genética.

Técnicas para análisis fenotípico

• Se utiliza inmunofluorescencia para localizar proteínas específicas dentro de las células. Por ejemplo, se analiza la localización de conexinas y caderinas en las membranas celulares.

• La combinación de imágenes fluorescentes permite observar cómo las conexinas están expresadas junto con otras moléculas adhesivas entre células epiteliales.

Correlaciones entre genotipo y fenotipo

• Se enfatiza la importancia de correlacionar genotipos con fenotipos en procesos clínicos. Esto implica analizar si ciertas condiciones patológicas están asociadas a variantes genéticas específicas.

Genotipo y Fenotipo: Comprendiendo la Relación

Definiciones Clave

• El genotipo se refiere a las variantes específicas de un organismo, mientras que el fenotipo es la manifestación observable que se desea medir.

• En el contexto de la biología del desarrollo, se exploran los mecanismos moleculares y las interacciones durante el desarrollo embrionario y postnatal.

Ejemplo de Grupos Sanguíneos

• Se utiliza el ejemplo de los grupos sanguíneos AB0 para ilustrar cómo las glicoproteínas en los eritrocitos afectan la producción de anticuerpos específicos.

• La evaluación del fenotipo de los grupos sanguíneos se realiza mediante un test llamado hemaglutinación, donde se observa si hay aglutinación al mezclar sangre con ciertos constituyentes.

Estructura de los Grupos Sanguíneos

• El grupo A tiene antígeno A en su membrana celular, mientras que el grupo B tiene una galactosa adicional. El grupo cero carece de estos azúcares adicionales.

• Las diferencias en la estructura de las glicoproteínas entre los grupos A, B y cero determinan las respuestas inmunológicas y la producción de anticuerpos.

Producción de Anticuerpos

• Los individuos del grupo A producen anticuerpos contra las glicoproteínas del grupo B, mientras que aquellos del grupo B hacen lo contrario.

• El grupo AB no produce ningún tipo de anticuerpo contra A o B, mientras que el grupo cero produce anticuerpos contra ambos.

Genética Detrás del Fenotipo

• Un gen específico codifica una glicosil transferasa responsable del agregado de azúcares a las glicoproteínas. Este gen está ubicado en un locus autosómico en el cromosoma 9.

• Existen tres alelos (A, B y cero), cada uno con diferentes combinaciones posibles en individuos heterocigotos u homocigotos.

Composición Genética

• El gen presenta siete exones y su secuencia total comprende 165 nucleótidos; esto resulta en una proteína compuesta por 355 aminoácidos tras transcripción y traducción.

¿Cómo se relacionan los genotipos y fenotipos en los grupos sanguíneos?

Introducción a la glicosilación y grupos sanguíneos

• La traducción de la proteína glicosiltransferasa se interrumpe, lo que afecta la formación de fenotipos en los grupos sanguíneos. Se establece una conexión entre el genotipo (gen que codifica la glicosiltransferasa) y los fenotipos observables.

• Existen tres alelos diferentes que influyen en cómo se producen los fenotipos. El alelo A permite la transferencia de N-acetilgalactosamina, mientras que el alelo B transfiere galactosa.

Variantes de enzimas y su impacto

• La variación en nucleótidos entre alelos A y B resulta en diferentes enzimas: acetilgalactosamin transferasa para A y galactosil transferasa para B, afectando así el tipo de antígeno producido.

• El alelo O presenta un codón stop temprano, resultando en una proteína no funcional. Esto explica por qué el antígeno O carece de agregados adicionales, a diferencia de A y B.

Relación entre genotipo y fenotipo

• Los distintos tipos de glicoproteínas presentes en las membranas del eritrocito determinan qué anticuerpos están presentes en el plasma. Esto define claramente los grupos sanguíneos como constructos basados en estas combinaciones.

• Se puede medir el fenotipo mediante pruebas específicas como la hemaglutinación, lo cual ayuda a identificar las glicoproteínas presentes según el grupo sanguíneo.

Combinaciones genéticas y producción de anticuerpos

• En el grupo A pueden existir dos genotipos: AA (homocigoto) o AO (heterocigoto). Ambos permiten generar anticuerpos contra B debido a la presencia residual funcional del producto glicoproteico.

• La capacidad para producir anticuerpos depende del producto residual funcional; esto es crucial para entender cómo se manifiestan ciertos fenotipos.

Implicaciones clínicas y bioinformática

• Al aplicar secuenciación masiva para investigar variantes genéticas relacionadas con condiciones específicas, es fundamental correlacionar genotipo con fenotipo para identificar variantes patogénicas relevantes.

• Las herramientas bioinformáticas ayudan a analizar múltiples variantes encontradas durante la secuenciación, permitiendo determinar cuáles son potencialmente patogénicas al evaluar su frecuencia poblacional.

Análisis de la Heterocigosis y Homocigosis en Genética

Patrón de Herencia y Variantes Genéticas

• La heterocigosis se contrasta con la homocigosis, explorando el patrón de herencia que puede ser recesivo o dominante. Se mencionan reportes clínicos previos que asocian variantes genéticas con fenotipos específicos.

• Es crucial analizar los antecedentes familiares del paciente para entender mejor las variantes genéticas. Se sugiere la necesidad de sistematizar datos en árboles genealógicos para facilitar el estudio.

Clasificación de Variantes Genéticas

• A nivel internacional, existen consensos sobre cómo clasificar variantes genéticas según su potencial patogénico. Las variantes pueden clasificarse como patogénicas (99% probabilidad), probablemente patogénicas (cercanas al 95%) o benignas (99% no relacionadas).

• Las variantes de significado incierto generan incertidumbre tanto en genetistas como en pacientes, ya que no se puede determinar claramente su influencia en el fenotipo del paciente.

Correlaciones Genotipo-Fenotipo

• Al correlacionar genotipo y fenotipo, se identifican fenómenos como penetrancia incompleta, expresividad variable e interacción entre familias.

Penetrancia Incompleta

• La penetrancia incompleta se refiere a situaciones donde no todos los individuos con un genotipo específico manifiestan el rasgo fenotípico esperado. Esto puede depender de factores como la edad del paciente.

• La expresión tardía de características fenotípicas puede requerir acumulación de factores a lo largo del tiempo, lo que complica aún más la evaluación clínica.

Expresividad Variable

• A diferencia de la penetrancia, la expresividad es gradual; algunos individuos pueden manifestar características leves mientras otros presentan formas graves. Un ejemplo es la neurofibromatosis con diferentes grados de manchas café con leche.

Pleiotropía

• La pleiotropía describe cómo un mismo genotipo puede causar diferentes efectos en órganos anatómicamente no relacionados. Por ejemplo, el síndrome de Marfan afecta ojos, aorta y columna vertebral debido a una variante en el gen fibrilina.

Importancia del Contexto Genético

• El impacto fenotípico varía según los niveles residuales de proteína producida por las variantes genéticas. Diferentes umbrales pueden influir en distintos tejidos u órganos.

• En genética médica y medicina genómica, es fundamental comprender las correlaciones entre genotipo y fenotipo para diagnosticar enfermedades adecuadamente. El fenotipo resulta ser una combinación entre el ambiente y las características heredadas.

Mecanismos Fenotípicos y la Caja Negra

Comprendiendo el Fenotipo

• Se menciona que es posible conocer el mecanismo detrás de un fenotipo específico, aunque no siempre se tenga claridad sobre cómo una variante genética lleva a ese fenotipo.

• Cuando se comprende el mecanismo, se puede explicar con ejemplos concretos, como en el caso de los grupos sanguíneos.

• En situaciones donde no se conoce el mecanismo, se hace referencia a este fenómeno como "caja negra" o "black box", indicando la falta de comprensión del proceso subyacente.