Dr.Ferran J.García
Jefe del Servicio de Reumatología. Clínica CIMA (Barcelona)
Enzima COMT (Catecol-Oxi-MetilTransferasa)
Fibromialgia
Genes
Los genes son las unidades más pequeñas de la herencia. Un gen es un pequeño segmento de ADN que es interpretado por el cuerpo como un plan o patrón para la producción de una proteína específica (o fracciones de proteínas) y la información que proporciona el conjunto de todos ellos es el diseño o plan para estructurar el cuerpo humano y sus funciones.
Los genes se encuentran en largas cadenas de ADN, que a su vez conforman los cromosomas. Algunas enfermedades pueden ser ocasionadas por un cambio en un solo gen (uno de los 30.000 genes que constituyen el plan para todo el cuerpo humano).
Genes
Los genes están dispuestos en orden a lo largo de la cadena de ADN en el cromosoma, de manera similar a una sarta de cuentas. En la mayoría de los casos, existen genes apareados de cada padre en los cromosomas apareados y en las posiciones apareadas a lo largo de la cadena de ADN dentro del cromosoma. Estos genes aparecen en pares que corresponden a uno de la madre y uno del padre
Genes
Gen COMT (Catecol-Oxi-MetilTransferasa)
Posición 22q11.21-q11-23
Tamaño : 221 aminoácidos
La sustitución de Adenina por Guanina en el codón 158 (MB-COMT) (108 en el S-COMT) genera dos formas de diferente actividad. … : COMTH y COMTL
Gen COMT (Codón 158 / 108)
Codón. La información genética se escribe con cuatro letras, pero que van agrupadas de tres en tres. Cada grupo de tres se llama codón y lo que hace es codificar un aminoácido
GUG (Guanina-Uracilo-Guanina) codifica : Valina
AUG (Adenina-Uracilo-Guanina) codifica : Metionina
La forma “Metionina” es hasta cuatro veces menos activa que la forma “Valina” (termolábil).
Gen COMT
Se hereda uno del padre y otro de la madre, lo que produce tres formas…
COMTHL (Valina-Metionina) – Actividad intermedia (heterozigoto)
COMTHH (Valina-Valina) – Máxima actividad
COMTLL (Metionina-Metionina) – Mínima actividad
Gen COMT relacionado con…
Sdme. Velo-cardio-facial
Dolor temporo-mandibular
Ansiedad
Esquizofrenia
Predisposición indirecta al cancer de mama
Alcoholismo
Parkinson
Actividad COMT
Inactiva catecolaminas
Inactiva dopamina
Inactiva estrógenos
Las mujeres tienen más baja actividad COMT.
Reumatología Proteómica
Describe las probables mutaciones que alteran el desarrollo normal de la actividad de las proteínas ejecutoras de respuestas biológicas correspondientes a las enfermedades reumáticas.
La mutación del gen COMT Val158Met en cuanto a la susceptibilidad de padecer Fibromialgia es un modelo de reumatología proteómica.
Método determinación COMT
Se ha utilizado la Reacción en Cadena de las Polimerasas (PCR) con Fragmentos de Restricción de Longitud Polimórfica (RFLP)
PCR-RFLP
Resultados
Resultados - II
Subgrupos de pacientes con FM
35 % son PACIENTES NO RESPONDEDORES, de los cuales, un 77,3 % son homozigotos para el gen COMTLL (p<0,0004).
65 %. Pacientes respondedores al tratamiento multidisciplinar (mejoría > ó = en un 40% de los síntomas) en el largo plazo (> 6 meses).
Hipótesis ciertas (p<0,0004)
El genotipo homozigoto COMT HH disminuye la posibilidad de desarrollar una Fibromialgia.
El genotipo homozigoto COMT LL favorece la aparición de Fibromialgia.
El genotipo homozigoto COMT LL es un factor de mal pronóstico de cara a la eficacia del tratamiento.
Hallazgos remarcables
Trabajo con más muestra realizado mundialmente sobre gen COMT.
Primer trabajo que relaciona gen COMT y Fibromialgia de mala respuesta terapéutica (subgrupos).
La presencia del alelo COMTLL empeora el pronóstico de la Fibromialgia y su respuesta al tratamiento.
Explica muchas cosas que aplicábamos empiricamente (SAM, Magnesio…).
Sospechamos que entre 5 y 10 genes estarán implicados directamente en la Fibromialgia.
Abunda en la etiopatogenia orgánica de la enfermedad.
Nuevos desafíos
El equipo ya está trabajando para poder ofrece esta prueba de diagnóstico genético de una forma fiable, económica y universal.
Gracias Afibrosal.
Investigadores españoles descubren un gen que favorece la aparición de fibromalgia
BARCELONA, 25 (EUROPA PRESS)
Un equipo de reumatólogos españoles ha descubierto un gen que predispone a sufrir fibromialgia, enfermedad que afecta al 2,3% de la población y que se caracteriza por un dolor generalizado que puede llegar a ser muy intenso. Este hallazgo permite, por primera vez, detectar el riesgo que tiene una persona de sufrir esta afección.
Los investigadores del Instituto Ferran de Reumatología de la Clínica CIMA de Barcelona han estudiado la implicación del gen Catecol-O-Metiltransferesa (COMT), situado en el cromosoma 22, en la aparición de la fibromialgia.
Hasta el momento, los especialistas "conocían el papel de este gen en la aparición de otras enfermedades relacionadas con el dolor pero no en la fibromialgia", explicó hoy el coordinador de la investigación, Ferran García.
El estudio, que ha tenido una duración de dos años y en el que han colaborado científicos del Biotechnology Center de la Universidad de Arkansas (EE.UU.), se ha realizado con 316 enfermos de fibromialgia de toda España, que se han comparado con 95 personas sanas.
Tras analizar las muestras genéticas de estos pacientes, la investigación, que todavía está pendiente de que se apruebe para publicarse en la revista científica 'Science', concluyó que el 44,3% de los enfermos de fibromialgia eran portadores de las mutaciones de una variante del gen COMT.
Este gen, situado en la posición 22q11 del cromosoma 22, fabrica una proteína, del mismo nombre, que inactiva la dopamina y las catecolaminas, responsables de transmitir el impulso nervioso entre las neuronas.
Existen tres formas de este gen, en función de la presencia de un determinado aminoácido, conocidas como COMTHH, COMTHL y COMTLL. "Esta última variante es la de menor actividad y se encuentra con más frecuencia entre pacientes con fibromialgia", explicó García.
La investigación detectó que los enfermos de fibromialgia son portadores en un 27,53% del gen de menor actividad (COMTLL), respecto a un 14,73% de las personas sanas. Sólo el 16,77% de los enfermos tiene el gen COMTHH, el de mayor actividad, frente al 31,58% del resto de la población.
PROVOCA DOLOR.
Según García, a las personas portadoras del gen de baja actividad "les falta el enzima responsable de inactivar la dopamina, por lo que tienen un exceso de esta sustancia en el cerebro", lo que "reduce los niveles de endorfinas" y "genera dolor".
El estudio también revela que el 77,3% de los enfermos de fibromialgia que no responden a los tratamientos actuales son portadores de este tipo de gen de baja actividad. Los expertos calculan que el 35% de los enfermos de fibromialgia no responde a ninguna terapia.
Tras analizar un total de 3.400 genes, este investigador sospecha que, a parte del gen COMT, existen "entre 5 y 10 genes que estarían implicados en el desarrollo de la fibromialgia" y que "deberán estudiarse en el futuro", señaló.
Según García, determinar la existencia de este gen de baja actividad "nos puede dar información sobre el pronóstico de esta enfermedad en el paciente" pero, "de momento, no cambia el tratamiento actual", basado en apoyo psicológico, control del sueño y del dolor.
DE UTILIDAD PARA UN PROCESO JUDICIAL.
Por el momento, el equipo del Instituto Ferran de Reumatología de Barcelona "no ofrecerá de forma universal ningún test genético para detectar la presencia de esta variante genética en los enfermos" porque es "costoso", según García.
Sin embargo, este experto consideró que "sí que podrían utilizarlo las personas afectadas de fibromialgia que están batallando en los tribunales de justicia para que les reconozcan la incapacidad laboral".
Aunque el tratamiento para los enfermos de fibromialgia no cambiará por el momento, este descubrimiento "abre la puerta al ámbito de la farmacogenómica", que implica "el diseño de fármacos eficaces adaptados a cada paciente, según su mapa genético", señaló.
Para García, este hallazgo puede "ayudar a frenar el desespero y la incomprensión en la que se encuentran los enfermos de fibromialgia, la mayoría mujeres", y demuestra que la enfermedad "tiene una base genética".
Ciertos polimorfismos genéticos ofrece un perfil fibromiálgico
fibromialgia.nom.es
Fuente | Diario medico
La combinación de ciertos polimorfismos genéticos ofrece un perfil fibromiálgico caracterizado por una disminución de los mecanismos de respuesta al dolor. En estos pacientes, el abordaje debe ser lo más conservador posible porque precisan terapia de por vida.
Alteraciones en ciertos polimorfismos genéticos parecen estar implicados en la aparición de la fibromialgia o en sus síntomas, según los datos de un trabajo presentado en el último Congreso Europeo de Dolor celebrado en Lisboa, Portugal, y llevado a cabo durante tres años por Nelly Albesa y Juan Revuelta, de la Unidad del Dolor de la Clínica Ruber, de Madrid, y Andrés Corno, del Centro Ancor de Análisis Genéticos, en Alicante.Al parecer, y tras el análisis de frecuencias en polimorfismos genéticos de los genes GSTM1, GSTT1, COMT y 5HTT en mujeres diagnosticadas de fibromialgia frente a una población sana control, se ha observado que "el 80-90 por ciento de las pacientes en las que aparece esta combinación genética tienen muy disminuidos los mecanismos de respuesta al dolor y una mayor tendencia a padecer depresión, irritabilidad, ansiedad y tristeza, perfil que caracteriza a la enferma fibromiálgica", según Albesa.
En la investigación han participado 117 pacientes diagnosticadas de fibromialgia derivadas de consultas de reumatología y una población control sana de 110 personas. Sus resultados parecen probar que el gen COMT es el que mantiene mayor relación con los mecanismos del dolor y que "la alteración de las rutas de detoxificación y catabolismo de la catecolamina está implicada en la aparición de la enfermedad o de su sintomatología".
Terapia poco agresiva
También podría sugerir, aunque no de forma definitiva, "una relación con la síntesis de la serotonina". El análisis de biología molecular, a partir de frotis de mucosa yugal de los pacientes, indica que los factores de riesgo asociados son genotipo nulo en GSTT1 y COMT Val158met.
Según Albesa, estos hallazgos también repercuten en el tratamiento. En las afectadas se intenta siempre adoptar la mínima farmacología. Se aconseja mucho ejercicio o fisioterapia, alimentación muy sana, ambientes poco contaminados y, como medicamentos, sólo fármacos energéticos, vitaminas o antioxidantes. Se indica también, por su utilidad probada, la ozonoterapia.
"La farmacología tradicional suele reservarse para momentos de crisis agudas de dolor o ansiedad. En el momento de la remisión hay que retirarlos y pasar a medios menos agresivos y sin efectos secundarios porque se trata de enfermos que van a necesitar medidas terapéuticas a lo largo de su vida".
Biología molecular
Hallazgo clave en la reacción al estrés
En situaciones adversas, en las células se activa un mecanismo que les permite ahorrar energía para defenderse.
La Nación
(Agencia CyTA-Instituto Leloir).
Cuando las células de los seres vivos enfrentan súbitamente condiciones adversas, tales como un aumento de la temperatura, la radiación ultravioleta o la presencia de sustancias químicas nocivas, despliegan acciones defensivas para lograr la supervivencia celular. Esas reacciones se conocen como respuesta al estrés.
Dos estudios de un equipo de investigadores argentinos describen dos características cruciales de la formación de estructuras celulares, llamadas gránulos de estrés, que son clave en la respuesta defensiva. El más reciente de los trabajos, que recibieron una mención especial de los editores de The Journal of Cell Science , aparece en la portada de la última edición de esa revista.
"Ante una situación adversa, las células tienen que tomar decisiones muy cruciales, como, por ejemplo, dejar de fabricar las proteínas que normalmente sintetizan, no perder el tiempo con sutilezas, bajar la llave maestra, apagar todo y utilizar la energía para fabricar las proteínas especializadas en la contención y en la reparación del daño físico o químico. En pocas palabras, la célula silencia todo lo que tiene que ver con la vida normal y activa lo que necesita para sobrevivir", explicó la doctora Graciela Boccaccio, jefa del Laboratorio de Biología Celular de la Mielina, del Instituto Leloir.
Y agrega: "Ese mecanismo de respuesta universal ocurre tanto en las células de los mamíferos como en las de los insectos y las plantas".
Hace menos de una década, un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard descubrió que, durante la respuesta al estrés, la maquinaria de síntesis de proteínas que se encuentra transitoriamente inhabilitada es almacenada en el citoplasma celular en los gránulos de estrés.
"Hemos comenzado a entender la relevancia de esa estructura en la respuesta defensiva de las células", indicó Boccaccio, investigadora del Conicet y profesora del Departamento de Fisiología y Biología Molecular de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA. En ambos estudios, los investigadores trabajaron con distintos modelos de estrés celular que son considerados paradigmas de condiciones patológicas. Mimetizaron las características del estrés oxidativo y de las proteínas mal plegadas en células humanas y de ratón.
"El estrés oxidativo ocurre en procesos inflamatorios y está presente también en trastornos circulatorios, como la isquemia. Las proteínas mal plegadas, similares a una pieza defectuosa de origami, son frecuentes en muchas enfermedades neurodegenerativas, que afectan a las neuronas o las células mielinizantes. Como están mal plegadas, no cumplen su función y su acumulación interfiere con el normal funcionamiento celular, lo que las hace un factor importante de estrés", dijo Boccaccio.
Una vez obtenidos los gránulos de estrés en las células estudiadas, la doctora María Gabriela Thomas y otros investigadores del laboratorio del Instituto Leloir manipularon los niveles de una proteína (Staufen 1). Al bloquear o sobreexpresar el gen que codifica esa proteína, elevaron o disminuyeron sus concentraciones y descubrieron que inhibe la formación de los gránulos de estrés.
La importancia del hallazgo reside en que es el primer regulador negativo descubierto. "Paradójicamente, Staufen 1 es reclutada por los gránulos de estrés, lo que provoca su desestabilización."
Moléculas en pugna
Los científicos se preguntaron qué es lo que hace que miles de moléculas de ARN mensajero (derivadas del ADN con instrucciones para fabricar proteínas) y de proteínas se concentren en menos de 10 minutos en ciertos sitios de la célula para que se ensamblen los gránulos de estrés.
Tras varios experimentos, el equipo identificó cuatro «motores» que transportaban las moléculas a esos sitios en las células. "El motor dineína 1, un adaptador de la dineína y dos subunidades de la kinesina dirigen el movimiento necesario para la agregación y dispersión de los gránulos de estrés", explicó Boccaccio.
Los motores moleculares, agregó, son moléculas que desplazan estructuras macromoleculares dentro de las células. "Lo hacen a través del citoesqueleto, que está formado por fibras de distinto grosor y longitud, que sirven como vías de transporte: los microtúbulos son una suerte de autopistas y los microfilamentos son como caminos secundarios."
Para identificar esos motores, la coinvestigadora Mariela Loschi realizó una serie de experimentos con células de mamífero en los que fue «encendiendo» y «apagando» genes que codifican distintos tipos de motores moleculares. "De ese modo, pudimos identificar las moléculas que eran responsables del armado y desarmado de esas novedosas estructuras", puntualizó Boccaccio.
Los investigadores descubrieron con sorpresa que esos motores no actúan secuencialmente, sino que ambos están encendidos en todo el proceso, oponiendo sus fuerzas en una pugna molecular que la célula debe mediar en función de la situación. Tal como lo esperaban, observaron que ese mecanismo está conservado en células de Drosophila , insecto que se usa como modelo de estudio.
Para entender la competencia entre motores, Loschi realiza una investigación que es fruto de una colaboración con la Universidad de Harvard, con equipamiento que no está disponible en el país. Se espera que ese trabajo responda a esos interrogantes.
Con estos descubrimientos en la formación de los gránulos de estrés, se podría interferir en la respuesta al estrés celular. "En el futuro, el manejo de estos factores permitiría controlar la vida o la muerte celular en diversas patologías -dijo Boccaccio-. Para evitar que las células cancerosas sobrevivan al estrés por terapias antineoplásicas, por ejemplo, se podría interferir su capacidad de defensa. En enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer, o autoinmunes, como la esclerosis múltiple, se podría optimizar la respuesta defensiva para mejorar la sobrevida de las neuronas."
Pero, para lograrlo, aún es necesario investigar más.
ARC/ARHP
Congreso cientifico
San Francisco 24-29 octubre 2008
Presentación abstract
Sesión: Etiología y Diagnostico de Fibromialgia
Miércoles, 29, de octubre de 2008,
Presentación: 2100 Receptores adrenergicos Alfa y Beta
Polimorfismos y Fibromialgia
Pres. Tiempo: Miércoles, 29 octubre de 2008,
Localización: Sitio 134
Categoría: 9. Fibromialgia y desordenes de tejidos sensibles Autores: Gilberto, Alarcon, Manuel de Vargas Lavin, angélica de Martínez Vargas, Manuel de Jose Fragoso, David Robles, Ferran de Cruz Fructuoso, Ignacio de García de Jose Villadoniga, Maite del Lao Vallejo. National Instituto de Cardiología, México Ciudad, México; CIMA Clínica, Barcelona, España; Echevarne Laboratorio, Barcelona, España
Traducido por Blanca Mesistrano
Extracto: Metodos diversos de estudio han demostrado que los pacientes con fibromialgia tienen signos de hiperactividad simpatica asociada con hipereactividad al stress.
Ésto que ha sido propuesto como disautonomia explica el multisistema característico de la fibromialgia. ( Artritis Res Ther 2007; 9: 216). Las Catecolaminas son neurotransmisores simpaticos Cathecol O metil transferasa (COMT), es una enzima, la mayor catecolamina catabólico. Estudios previos, han mostrado que algunas poblaciones de mujeres con fibromialgia tienen genes polimorficos asociados con enzimas inactivas COMT (Artritis Res Allí. 2007; 9: R110).
Propuesta: En presente investigación nos focalizamos en un acercamiento genético a diferentes neurotransmisores simpaticos; el receptor adrenérgico. Los receptores adrenérgicos son una clase de proteína G asociadas a los receptores que son targets de catecolaminas.
Allí son dos subtipos principales: alfa receptores (AR), más directamente relacionados a la vasoconstricción, y beta receptores (BR), que aumentan la salida cardiaca salida y la vasodilatación.
Objetivo: definir si la asociación entre pacientes con FM y los polimorfismos de nucleóticos simples (SNPs) tienen una relacion importante con los receptores alfa y beta adrenérgicos funcionales
Métodos: Estudiamos 78 mujeres mejicanas con FM y 48 mujeres mejicanas sanas como base; y 78 mujeres españolas con FM con su respectivos 71 controles pares.
Todas las participantes llenaron el cuestionario de impacto de Fibromialgia (FIQ). Cuatro alfa receptores SNP (rs574584, rs1383914, rs1048101 y rs573542), y 3 beta receptores SNP (rs1042713 y rs1042714 y rs4994) usaban definidamente ' exonuclease 5 TaqManTM Los resultados de los genotipos estaban correlacionados a la escala visual analoga FIQ (VAS).
Resultados: Allí fue significativa la diferencia entre las pacientes españolas de sus controles respectivos en SNP AR 1383914 de los rs (p= 0.01). En las pacientes españolas, fue una asociación entre AR rs1048101 y VAS- FIQ para "dificultad con trabajo" (p= 0.02). En las pacientes mejicanas, allí fue una correlación entre AR SNP rs574584 con total FIQ cuenta (p=0.01), AR 574584 con dos VAS- FIQ: "cansancio al despertar" (0.04) y "rigidez" (p = 0.02). Las diferencias no significativas fueron encontradas en algunos receptores beta de los genes SNP.
Conclusiones: Hay algunas variaciones genéticas de receptores alfa adrenérgico entre pacientes mejicanas y españolas con FM. Éstos resultados proporcionan una pista a la naturaleza disautonomizante de la FM
Investigación Método: Clínico
Tipo de Ensayo: Correlativo
Accesos: Alarcon, ninguno; del G. Vargas; Lavin, ninguno del M. Martínez; A. Vargas, ninguno; J. Fragoso, Ninguno; Robles, ninguno de la D. Cruz; Fructuoso, ninguno, F. García; J. Villadoniga, ninguno, Lao; M. Vallejo, ninguno.
*Mutaciones sin sentido en el gen MEFV son asociados a el Síndrome de
fibromialgia y se correlacionan con elevados niveles plasmáticos de de IL-1β
*
Edición | fibromialgia.nom.es 09/01/2010
*Mutaciones sin sentido en el gen MEFV son asociados a el Síndrome de
fibromialgia y se correlacionan con elevados niveles plasmáticos de de IL-1β
*
Traducción | Fibromialgia.nom.es
Autores;
Jinong Feng1
,2
#
Zhifang Zhang2
#
Wenyan Li1
Xiaoming Shen1
Wenjia Song1
Chunmei Yang1
Frances Chang2
Jeffrey Longmate3
Claudia Marek4
R. Paul St. Amand4
Theodore G. Krontiris5
John E. Shively2
*
Steve S. Sommer1
*
*1* Division of Molecular Genetics, Beckman Research Institute, City of
Hope, Duarte, California, United States of America, *2* Department of
Immunology, Beckman Research Institute, City of Hope, Duarte, California,
United States of America, *3* Department of Biostatistics, Beckman Research
Institute, City of Hope, Duarte, California, United States of America,
*4*Fibromyalgia Treatment Center, Los Angeles, California, United
States of
America, *5* Department of Molecular Medicine, Beckman Research Institute,
City of Hope, Duarte, California, United States of America
El síndrome de fibromialgia (SFM), un desorden común, crónico, con dolor
musculoesquelético generalizado en el 2% de la población en general y con
una preponderancia del 85% en las mujeres, tiene tanto contribuciones
genéticas como ambientales . Los pacientes y sus padres tienen niveles
plasmáticos elevados de las quimiocinas MCP-1 y eotaxina, aportando pruebas,
tanto en genética como inmunológicos de origen inflamatorio para el síndrome
de fibromialgia
Exp.. Biol.. Med. 233: 1171 --
En la búsqueda de un gen candidato que afectan a las vías inflamatorias,
entre los cinco seleccionados en nuestras muestras de los pacientes (100
probandos con FMS y sus padres), se encontraron 10 alelos raros y comunes
para MEFV, un gen en el que las mutaciones heterocigotas compuestos
distintos llevar a familiar La colección de raras mutaciones sin sentido
(todos los heterocigotos y probado en el total) tuvieron una elevada
frecuencia de transmisión importante a afectados (p = 0,0085, a una cara,
prueba binomial exacto). Nuestros datos proveen la evidencia de que raras
variantes de cambio de sentido del gen de la MEFV son, colectivamente,
asociados con el riesgo de síndrome de fibromialgia y están presentes en un
subconjunto del 15% de los pacientes de síndrome de
fibromialgia
este subconjunto había, en un promedio, los niveles plasmáticos elevados de
IL-1β (p = 0,019) en comparación con los pacientes síndrome de fibromialgia
sin variantes raras, miembros de la familia afectada, con o sin variantes
raras, y los controles independientes de genotipo desconocido. IL-1β es una
citocina asociada con la función del gen MEFV y se piensa que es el
responsable de los síntomas de fiebre y dolores musculares.
Las mutaciones en el gen MEFV como los cambios en el IL-1β , se concluye que
los pacientes heterocigotos para las variantes raras de este cambio en este
gen pueden estar predispuestos a padecer el síndrome de
fibromialgia
causado probablemente debido a factores ambientales.
*Citation: *Feng J, Zhang Z, Li W, Shen X, Song W, et al. (2009) Missense
Mutations in the *MEFV* Gene Are Associated with Fibromyalgia Syndrome and
Correlate with Elevated IL-1β Plasma Levels. PLoS ONE 4(12): e8480.
doi:10.1371/journal.pone.0008480
*Editor: *Derya Unutmaz, New York University, United States of America
*Received:* October 24, 2009; *Accepted:* November 22, 2009;
*Published:*December 30, 2009
*Copyright:* © 2009 Feng et al. This is an open-access article distributed
under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits
unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the
original author and source are credited.
*Funding:* This research was supported by a grant from the Los Angeles
Fibromyalgia Foundation and in part by an National Institutes of Health
General Clinical Research Center Grant, M01 RR00043. The funders had no role
in study design, data collection and analysis, decision to publish, or
preparation of the manuscript.
*Competing interests:* The authors have declared that no competing interests
exist.
* E-mail: jshiv...@coh.org (JES); ssom...@medomics.com (SSS)
# These authors contributed equally to this work.
¿Qué es el análisis «ómico»?
Integración del medio ambiente y la enfermedad
Las enfermedades son el resultado de interacciones entre genes y factores ambientales. Las nuevas tecnologías englobadas en el concepto general de las «ómicas» suponen una revolución en la investigación biológica, tal como ya se ha hecho patente en el caso de la genómica.
Dr. José M. Ordovás
Rev Esp Cardiol.2009; 62(Supl.2) :17-22
Las nuevas tecnologías englobadas en el concepto general de las «ómicas» suponen una revolución en la investigación biológica, tal como ya se ha hecho patente en el caso de la genómica. Sin embargo, los factores ambientales (tales como los estilos de vida, el ambiente socioeconómico, la dieta, etc.) no se han incorporado en su justa medida entre estas "ómicas", a pesar de la evidencia de que la mayor parte de las enfermedades comunes se deben a la interacción entre factores genéticos y ambientales. Sin embargo, para que su integración en las "ómicas" sea informativa, es crucial que las medidas ambientales tengan mayor precisión y fiabilidad y que estén sujetas a la validación apropiada. Además, dado el ingente volumen de datos generados por las "ómicas" y los factores ambientales, también es esencial el desarrollo de la bioinformática y la bioestadística.
Introducción
La investigación biológica dedicada a elucidar los factores y mecanismos asociados y que causan enfermedades comunes crónicas-degenerativas se ha visto reforzada enormemente por la aparición de nuevas tecnologías que permiten por primera vez en la historia obtener una visión tanto general como detallada del funcionamiento de los organismos vivos. Estas tecnologías se agrupan dentro de lo que llamamos «ómicas» y se pueden clasificar en una serie de subgrupos principales que incluyen genómica, transcriptómica, proteómica y metabolómica (fig. 1). Con su aparición, también surgió la esperanza de que su uso diera lugar a rápidos descubrimientos que facilitarían de manera casi inmediata nuestra capacidad de prevenir, diagnosticar y desarrollar nuevas terapias contra las enfermedades más comunes, entre las que destacan las cardiovasculares1,2. Sin embargo, a pesar de los grandes progresos tecnológicos, la promesa de que las «ómicas» iban a producir rápidos avances en la medicina y la salud pública no se ha cumplido todavía3, principalmente debido a las limitaciones conceptuales y experimentales que impiden considerar en su totalidad las complejas y dinámicas interacciones entre la plétora de factores involucrados en la iniciación, el progreso y la manifestación de la enfermedad.
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Fig. 1. Grupos de «ómicas» más importantes y descripción de la información biológica proporcionada por cada una de ellas.
El mayor impulso inicial para las «ómicas» vino del Proyecto Genoma Humano. Su valor intrínseco es indiscutible y demostró la posibilidad de lo que, en la mente de tantos, era imposible. Esta lección debe permanecer en nuestra memoria a la hora de confrontar las enormes dificultades que representará la conversión del progreso actual en soluciones prácticas para el futuro. Uno de los puntos más importantes que debemos considerar en nuestro progreso es que las enfermedades más prevalentes —y por lo tanto nuestros objetivos más importantes y urgentes—, incluyendo en primera línea las enfermedades cardiovasculares, el cáncer y las neurodegenerativas, son extremadamente complejas y que, además de los factores genéticos, los no genéticos (englobados bajo la denominación ambigua de «ambientales») tienen un papel crucial en la etiología de estas enfermedades4. Además, es importante considerar que estos factores no son independientes, sino que actúan de una manera interactiva, lo que da lugar al área de investigación conocida como el estudio de las interacciones gen-ambiente. Por lo tanto, debemos reconsiderar la clasificación de las enfermedades como genéticas o ambientales y reconocer la simbiosis íntima de ambos extremos del espectro de causalidad.
Cuando nos referimos a la trama de interacciones entre genes y ambiente, tenemos que tener en cuenta siempre la correcta integración de genotipo, fenotipo y ambiente (fig. 2). A pesar del interés, la expectación y el glamour de la tecnología que ha rodeado al genoma, una de las mayores barreras en el progreso de estas investigaciones, y su inmediata aplicación a la mejora de salud, está en la correcta, precisa y estandarizada definición de los fenotipos5. Por otra parte, comparadas con la fenotipificación, la obtención de genotipos y la definición de alelos parecen un problema sencillo pues, en la mayor parte de los casos, es binario y sin incertidumbres. Sin embargo, hemos de tener en cuenta que, salvo raras excepciones, los polimorfismos que se han identificado asociados con enfermedad son meros marcadores genéticos y no causales de la enfermedad o de la predisposición a ella. La estrategia utilizada desde la década de los ochenta es la conocida como búsqueda de genes candidatos, que se podría traducir como buscar las llaves bajo la lámpara porque es donde podemos ver. Por muchos años, la limitación tecnológica sólo nos ha permitido buscar variantes genéticas en genes cuyos productos estaban ya involucrados en rutas metabólicas conocidas; por ejemplo, los componentes conocidos implicados en el metabolismo de las lipoproteínas plasmáticas.
La incorporación de nuevas técnicas moleculares nos ha permitido con los años ir ampliando el número de marcadores genéticos en estos genes candidatos; de esta manera, hemos podido acceder a decenas, centenares de polimorfismos que podrían ser utilizados como marcadores de riesgo o susceptibilidad a enfermedad. De esta manera, hemos pasado del concepto ingenuo e ineficaz de estudiar polimorfismos uno a uno en nuestra búsqueda de marcadores al más realista, que consiste en el estudio de múltiples polimorfismos simultáneamente6, incorporando también el concepto de haplotipo (o combinación de alelos polimórficos en una región genómica) al objeto de acercarnos más al descubrimiento de las mutaciones funcionales que finalmente originan las bases mecanísticas del riesgo asociado con una determinada región del genoma7. Probablemente la revolución reciente más notable en genotipificación viene en la forma de los chips genómicos, que permite en estos momentos la genotipificación rápida y relativamente económica de hasta un millón de polimorfismos por individuo. Esta capacidad ha cambiado totalmente los esquemas de la investigación genética de enfermedades complejas y ha promovido la formación de grandes consorcios de investigadores que proporcionan la masa crítica necesaria para abordar la susodicha complejidad.
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Fig. 2. Esquema de la complejidad implicada en el estudio de la genética de enfermedades comunes como el infarto de miocardio (IM). En la figura se presenta el gradiente de la magnitud de la asociación estadística (alta y probablemente significativa en el caso de los marcadores ómicos —negro en el triángulo de la figura—y baja, y probablemente no significativa —blanco en el triángulo— para el caso de los marcadores intermedios clásicos, colesterol y glucosa en este ejemplo). Esto resulta en una pérdida de predictividad de los marcadores genéticos cuando se consideran individualmente, pues están asociados con fenotipos metabólicamente lejanos del punto final (enfermedad o evento clínico). Esto además se complica por la contribución de factores ambientales y otros fenotipos intermedios (FI), que a su vez se afectan por un número elevado de genes y otros factores ambientales.
Con la incorporación de este conocimiento y esa tecnología parece pues al alcance de la mano la consecución de los objetivos indicados; sin embargo, cada vez que estamos a punto de conseguirlo, el listón parece elevarse y se dificulta el reto. Como ilustración de ello está la complejidad creciente que descubrimos en la variación genética. Tras identificar y catalogar millones de polimorfismos consistentes en un cambio único de nucleótido (conocidos como SNP), otro factor inesperado y de considerable importancia ha aparecido en el horizonte de la genética. Nos referimos a la variación en número de copias, que consisten en ganancias o pérdidas de hasta varios miles de kilobases de ADN que pueden incluir en algunos casos uno o varios genes y que, aunque se conocían desde hace años, no se reconoció hasta recientemente lo común de su presencia en el genoma humano8,9. Independientemente de los detalles, es evidente que necesitamos establecer claramente las reglas del juego por las que nos tenemos que regir para este tipo de estudios10.
Estas reglas aplican al diseño de los estudios epidemiológicos, la selección de la población, marcadores genéticos y, muy importante, la generación de fenotipos, y por supuesto el tratamiento estadístico de los datos y las plataformas bioinformáticas necesarias para integrar todos los procesos y los resultados de una manera que, además de ser internamente coherente, pueda integrarse fácilmente a otros estudios externos. Además de genotipificaciones y fenotipificaciones comprehensivas y de buena calidad, no debemos olvidar la tercera columna en estos estudios: la exposición ambiental. Hasta ahora, los factores ambientales han tenido un papel nulo o muy pequeño en los grandes proyectos genómicos conocidos como Genome Wide Association Studies (GWAS), basados en los chips genómicos. Esta omisión actual limita la información resultante de esos esfuerzos, pero es una deficiencia temporal, ya que varios proyectos en marcha tienen como objetivo prioritario la incorporación de factores ambientales, principalmente tabaquismo, consumo de alcohol y dieta habitual, en el análisis de GWAS. Esta evolución es esencial, ya que la evidencia demuestra que los efectos de una gran número de variantes genéticas sólo se ponen de manifiesto cuando se incorpora información ambiental a los análisis.
Sin restar ninguna importancia a la información esencial contenida en el genoma y en su variación, la realidad es que los procesos biológicos no son estáticos, sino altamente dinámicos, y su estudio requiere el uso de las otras «ómicas»11. La más avanzada tras la genómica quizá sea la transcriptómica, que estudia la expresión de los genes basados en la cuantificación del ARN mensajero (ARNm). La transcriptómica provee información de qué genes están transcripcionalmente activos en términos cualitativos y cuantitativos. También revela si diferentes variantes genéticas dan lugar a cambios en la expresión (regulación) génica, y esta información es crítica a la hora de asignar funcionalidad a los polimorfismos genéticos asociados con fenotipos y/o riesgo de enfermedad. El estudio de la transcriptómica se ha visto facilitado por plataformas relativamente sólidas, similares a los chips utilizados en la genómica. La interpretación de los resultados va haciéndose también cada vez más fiable como resultado de la incorporación de nuevas aplicaciones estadísticas. Sin embargo, ninguna «ómica» puede proveer individualmente la información suficiente que nos permita resolver las incógnitas biológicas, y en el caso de la transcriptómica es bien aparente porque comúnmente la cantidad de ARNm no se correlaciona con la de proteínas, que al fin y al cabo son las encargadas de gran parte de los procesos metabólicos. De ahí que necesitemos el complemento de la proteómica. El término proteoma fue usado por vez primera en 1995 para describir el conjunto de proteínas de un genoma, una célula o un tejido.
La proteómica es el estudio a gran escala de los productos del genoma, con el fin de obtener una visión integral e integrada de los procesos celulares. El término proteómica se ha asociado tradicionalmente con la separación de un gran número de proteínas de una célula u organismo mediante 2D-PAGE (electroforesis bidimensional en gel de poliacrilamida). Las dificultades técnicas de la 2D-PAGE son tantas que han impedido la aplicación a gran escala de la proteómica. Más recientemente, la espectrometría de masas ha surgido como un método analítico alternativo, que reduce muchas de las limitaciones del análisis mediante 2D-PAGE. Como resultado, la proteómica está evolucionando más rápidamente y ha permitido su utilización para responder a diferentes preguntas solubles sólo a través de esta «ómica», entre otras los estudios de interacciones de proteínas, de modificaciones postraduccionales, el análisis funcional de proteínas y estudios de localización. También podemos distinguir la proteómica de expresión (estudio cuantitativo de la expresión de proteínas entre muestras que difieren en alguna variable), la proteómica estructural (estudio de la localización subcelular de las proteínas y de las interacciones proteína-proteína mediante la purificación de orgánulos o complejos y la posterior identificación de sus componentes mediante espectrometría de masas) y la proteómica funcional, para referirse a un estudio más dinámico. La incorporación de la proteómica a estudios nutricionales todavía es escasa, pero presenta grandes oportunidades12.
La última de las grandes «ómicas» es la metabolómica, que tiene como objetivo el análisis, en un amplio espectro de muestras biológicas (suero, plasma, orina, tejidos, extractos celulares), de las pequeñas moléculas que son producto del metabolismo, como azúcares, grasas y otras moléculas no proteínicas. Esta información puede resultar fundamental para la comprensión de las rutas metabólicas, ya que habitualmente los compuestos medidos representan los productos finales del metabolismo. Las plataformas tecnológicas utilizadas hasta ahora incluyen la resonancia magnética (RM) y la espectrometría de masas (MS), cada una de ellas con sus ventajas y sus inconvenientes13,14. La espectroscopia de RM permite medir el contenido de protones en muestras biológicas complejas de moléculas de pequeño peso molecular. Tiene varias ventajas, entre ellas que las muestras prácticamente no necesitan preparación especial y que el tiempo de medición es muy breve, lo que permite medir cientos o miles de muestras. Además, la tecnología es relativamente fácil de estandarizar, lo que permite la comparación entre laboratorios e instrumentos15,16.
En el caso de las técnicas basadas en MS, normalmente se utilizan en tándem con técnicas de separación tales como la cromatografía líquida o de gases. La ventaja de estas técnicas está en su sensibilidad; la desventaja, en la necesidad de procesar las muestras antes de su separación. Así, se ha utilizado la metabolómica basada en RM para estudiar los efectos de dietas con diferente contenido de productos de origen animal en las rutas metabólicas17. Este estudio demostró que un consumo de dietas ricas en proteína animal resulta en la aparición de altas concentraciones de creatinina, creatina, trimetilamina-N-óxido, taurina y metilhistidina 1 y 3; mientras que una dieta vegetariana se relaciona con elevadas concentraciones de p-hidroxifenilacetato y concentraciones disminuidas de N,N,N-trimetil-lisina. Así, este estudio, junto con otros de más reciente aparición, pone de manifiesto el potencial de la metabolómica para el estudio de cambios metabólicos modulados por modificaciones en la composición de la dieta.
El beneficio de combinar en un mismo análisis el poder analítico de las diferentes «ómicas» lo han puesto de manifiesto recientemente de manera muy precisa Gieger et al18. Sus resultados refuerzan el concepto de que polimorfismos genéticos comunes inducen cambios muy importantes en el metabolismo humano. Esto puede conducir a la personalización de las recomendaciones preventivas y terapéuticas basadas en la combinación de genómica y fenotipificación profunda.
Epigenética
Éste es un término propuesto por C.H. Waddington para referirse a los cambios reversibles en el ADN que hacen que unos genes se expresen o no dependiendo de condiciones exteriores. La información epigenética modula la expresión de los genes sin alterar la secuencia de ADN. Existen diversos tipos de modulación epigenómica, entre ellos, la metilación del ADN es el más conocido y se sabe fuertemente regulado por determinados componentes de los alimentos. La modificación de histonas —como acetilación, metilación y fosforilación— es otro fenómeno epigenético muy estudiado; en cambio se conoce menos los mecanismos implicados en la denominada impronta genética (modificación epigenética del genoma que depende del origen materno o paterno del gameto transmisor). En los últimos años estos conceptos están siendo incorporados a los estudios nutricionales y se ha acuñado el término epigenómica nutricional, que de momento se ha aplicado casi exclusivamente a modelos animales. La compleja interacción entre factores ambientales y nutricionales se manifiesta también en los fenómenos epigenómicos, como se ha demostrado en ratas adultas descendientes de madres que mostraron un comportamiento más maternal durante la primera semana de vida posnatal. Estas ratas mostraron una respuesta más atenuada al estrés debido a la desmetilación de posiciones específicas en el gen del receptor glucocorticoideo19 que afecta a la unión de factores de trascripción de este gen y, por lo tanto, a su expresión20. Por el contrario, factores nutricionales pueden afectar negativamente al comportamiento e interferir con el programa epigenético inducido por el cuidado maternal21. En humanos, se ha demostrado que la variación epigenética tiene relación con el envejecimiento, al demostrarse que la metilación en el ADN es casi idéntica en gemelos recién nacidos pero difiere marcadamente en gemelos de edad adulta, lo que indica la importancia del componente ambiental22.
Genómica nutricional, nutrigenética y nutrigenómica
La genómica nutricional es una disciplina reciente y todavía con cierta crisis de identidad23. La genómica nutricional es el estudio conjunto de la nutrición y el genoma incluyendo todas las demás «ómicas» descritas previamente24,25. El primer término utilizado fue nutrigenética, acuñado en 1975 por el R.O. Brennan en su libro Nutrigenetics: New Concepts for Relieving Hypoglycemia26; en 1999 el término nutrigenómica fue utilizado por DellaPenna27 para describir la disciplina científica dedicada a estudiar el genoma de las plantas con objeto de producir un contenido de micronutrientes optimizados para la protección de la salud humana. Actualmente, se considera que la nutrigenómica es la disciplina que estudia los mecanismos moleculares que explican la distinta respuesta fenotípica a la dieta en función del genotipo. La nutrigenómica, por lo tanto, se centra en estudiar cómo los nutrientes regulan la expresión de los genes, cómo afectan a los polimorfismos en la expresión y la regulación y cómo se interrelacionan estos cambios con aspectos transcriptómicos, proteómicos y metabolómicos28. Se han publicado cantidad de ejemplos que demuestran el potencial de esta disciplina para mejorar la prevención nutricional de las enfermedades cardiovasculares. La mayor parte de esos estudios han analizado las interacciones estadísticas entre un número muy reducido de polimorfismos y el consumo de un componente de la dieta como determinantes de fenotipos intermedios de enfermedad. Sin embargo, de momento la reproducibilidad ha sido muy escasa debido a las limitaciones de los diseños experimentales. Por lo tanto, es esencial integrar en los diseños la transcriptómica, la proteómica y la metabolómica, además de un panel más completo de polimorfismos genéticos en rutas metabólicas específicas, así como otros factores ambientales (consumo de tabaco, consumo de alcohol, actividad física y aspectos sociales).
Conclusiones
Las tecnologías basadas en las «ómicas» serán esenciales para nuestro avance en el conocimiento de las bases moleculares de los procesos biológicos. Hasta ahora, la genómica es la que ha tenido un papel más relevante como resultado del Proyecto del Genoma Humano. Sin embargo, es importante resaltar que prácticamente todas las enfermedades comunes son el resultado de complejas interacciones entre genes y factores ambientales, y es esencial que éstos se integren en los estudios genéticos y en los que utilicen el espectro más amplio de las otras «ómicas». Sin embargo, las medidas ambientales requieren mediciones más precisas y estandarizadas para que puedan rendir todo su valor. Asimismo, se va a necesitar el desarrollo de modelos matemáticos más adecuados a la complejidad y la cantidad de medidas resultantes de las ómicas, lo que requerirá avances urgentes en la informática biomédica.
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