Corea de Huntington o mal de San Vito.

Este artículo está publicado previamente en 2013 para el Blog La ciencia y sus demomios, pero me pareció útil para ver ejemplos de deriva génica para mis estudiantes, así que se los dejo aquí así lo pueden ver

Introducción

La Corea de Huntington o Enfermedad de Huntington es una patología del sistema nervioso central que provoca movimientos involuntarios a los que se los denomina Corea o mal de San Vito, cambios de conducta, alteraciones psiquiátricas y demencia. Se estima que es una enfermedad poco frecuente entre los caucásicos (1 cada 100.000 o 200.000 personas), salvo en Venezuela que tiene la tasa más alta del mundo (1 cada 10.000). Se la denomina mal de San Vito porque era el santo al que se evocaba para curar este tipo de enfermedad.

Es una enfermedad neurodegenerativa y va acompañada de atrofia del cuerpo estriado y pérdida de neuronas con disminución de neurotransmisores

Su frecuencia es baja a pesar de ser una enfermedad hereditaria y dominante, es decir que aquellos individuos con una sola copia del gen anormal, se enferman. Se denomina autosómica porque la produce una mutación en un cromosoma no sexual (ni el X ni el Y) sino en el cromosoma 4.

Por ende todos poseemos, al ser una especie diploide dos copias del cromosoma 4, una la heredamos de nuestro papá y otra de nuestra mamá. Consecuentemente tenemos dos copias del mismo gen en el cromosoma 4. En este caso con sólo una de las copias del gen alterado, la enfermedad se presentará.

Historia

George Huntington, en 1872 describió por primera vez la enfermedad en base a pacientes de Long Island, NY, que su abuelo y su padre (médicos también) habían seguido por generaciones. Huntington tenía 22 años de edad cuando hizo esta publicación al año de graduarse en Columbia University.

Las historias relacionadas con esta enfermedad se remontan atrás a líneas de familias que padecían de esta enfermedad hasta los “infames” juicios de Salem en el siglo XVII en New England.

Se ha especulado que algunas de las mujeres y hombres coreicas por sus movimientos espásticos y alteraciones mentales incontrolables fueron juzgadas y algunas ejecutadas por considerarlas Embrujadas!!

Los estudios donde se descubre que esta enfermedad es hereditaria y que es autosómica dominante se realizaron gracias al análisis de varias familias afectadas en Venezuela, país de mayor frecuencia de este gen en el mundo.

Los estudios empezaron cerca de 1979 y los condujo un grupo del NIH (National Institute of Health) conducidos por Nancy Wexler. The U.S. –Venezuela Collaborative Research Project. (Nancy Wexler, James Gusella, Ernesto Bonilla, LUZ, Armando Negrette LUZ).

Armando Negrette fue el fundador de Investigación Clínica LUZ, fallecido en 2003) describió esta familia por primera vez (Corea de Huntington. Estudio de una sola familia, a  través de varias generaciones.  Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela, 1955.

En dicho estudio se analizaron a unos 18 mil descendientes o familiares de una mujer enferma que vivió en una aldea del Lago de Maracaibo a comienzos del siglo XIX.  La mutación cromosómica fue pasada a 10 generaciones y por ellos es la familia más grande y mejor estudiada del mundo.

Todo eso permitió que se hallara al gen responsable de la enfermedad al que se denominó gen de la Huntingtina.

Trabajando en conjunto en 1983 se publica “A polymorphic DNA marker genetically linked to Huntington’s disease”  Nature 306: 234-238 James Gusella, Nancy Wexler  et al. Fue la primera enfermedad humana en la que se logró mapear el gen enfermo en el cromosoma 4.

Unos 10 años después, en 1993 se logra publicar el artículo: “Descubrimiento del gen mutado en brazo corto del cromosoma 4 (4p 16.3) y de la  naturaleza de la mutación  (extensión de repeticiones de trinucleótidos CAG) “ “A novel gene containing a trinucleotide repeat that is  expanded and unstable on Huntington’s disease chromosomes.”  Autores: Disease Collaborative Research Group. Cell 72: 971-983, 1993.

Este grupo del Disease Collaborative Research group comprendio a muchos autores de cada grupo de trabajo, que están aclarados abajo del artículo divididos en seis.

El grupo 1 liderado por Nancy Wexler y James F. Gusella (Molecular Neurogenetics Unit, Massachusetts General  Hospital and Department of Genetics Harvard Medical  School Boston, Massachusetts.

Diez años más tarde se publica otro artículo que se denomina “Venezuela kindreds reveal that genetic and  enviromental factors modulate Huntington’s disease age of onset Proc Natl Acad Sci USA 101, 3498-3503 March 9 2004,   llevado a cabo por Nancy S. Wexler y su proyecto The U.S. –Venezuela Collaborative Research.

Todo estos estudios más todos los posteriores han hecho aportes para progresar en conocer la verdadera función de la proteína que codifica el gen “la huntingtina” cuya función aún no se sabe con certeza y a las interacciones de esta proteína con otras y como conducen a la enfermedad y a encontrar drogas que retrasen la aparición de los síntomas.

Etiología

El gen alterado que provoca esta enfermedad se encuentra en el brazo corto del cromosoma 4 16.3, gen al que se denominó de la Huntintina (Htt) porque no se sabe aún con certeza la función de la proteína que codifica.

Cuando el gen está mutado presenta una repetición en tandem de tres nucleótidos (CAG) que codifican para el aminoácido glutamina en el exón No 1 del gen (30 a 50 repeticiones se observan en las personas que padecen la enfermedad).

Se he visto que cuantas más repeticiones posee el individuo, más temprano se presenta la enfermedad.

Por ejemplo los casos de enfermedad juvenil se observaron 55 repeticiones o más.

Mayormente se presenta entre los 30 a 50 años de edad, aunque hay caso donde puede aparecer en estado juvenil por debajo de los 20 años de edad presentando problemas de aprendizaje y de conducta en la escuela.  El síntoma más frecuente es la corea que aparece y se va dispersando por todos los músculos.

Porque se producen este tipo de mutaciones?

Quizás las mutaciones más conocidas son las mutaciones puntuales, donde se producen la sustitución de una base por otra (CxT o GxC) donde ese cambio en el ADN, en el peor de los casos puede originar que la proteína mutada tenga un aminoácido cambiado por la mutación.

A veces si es aminoácido es fundamental en el tipo de estructura de la proteína o en su función enzimática, esa mutación puede ocasionar enfermedades severas. Otras tipos de mutación son la adición o deleción de una base, que generan que se corra todo el marco de lectura durante la síntesis de esa proteína.

Esa proteína mutada es muy diferente a la original y genera problemas serios o a veces produce una proteína afuncional. En otra oportunidad hablaremos de patologías de este tipo hereditarias.

Las mutaciones a repeticiones han sido descriptas en otras enfermedades genéticas como el síndrome de X frágil, que la padecen en mayor frecuencia en los hombres ya que es gen esta en el cromosoma X.  Son más complejas que las previamente descriptas. Esta mutaciones se denominan expansiones

Hay dos hipótesis acerca de cómo se generan estas mutaciones.

Por empezar aclaremos que en estos casos en los individuos normales hay repeticiones de nucleótidos (hasta 30)  y la enfermedad aparece cuando el número de esas repeticiones es mayor y en ocasiones se expande o agranda de una generación a la siguiente, es decir de padre a hijo.

Por eso en la corea de Huntington hay un numero de repeticiones CAG que es normal y los individuos con ese número de repeticiones (menos de 30) no sufren la enfermedad, pero los que poseen más de esas repeticiones si la presentan.

Por supuesto si un individuo padece la enfermedad y tiene más de 35 repeticiones, de seguro sus hijos también la presentarán.

Es raro observar un caso donde los hijos padezcan la enfermedad cuando los padres no tienen unas 35 repeticiones al menos. Cuando uno de los padres posea 35 repeticiones o más  tienen riesgo de tener un hijo con mayor número de repeticiones, es decir que se produzca la expansión.

Como se produce la expansión de la mutación?

Como les decía antes hay dos teorías al respecto.

La primera es el entrecruzamiento desigual de las cromátides.

En este caso cuando los padres (madre o padre) con las repeticiones en uno de sus cromosomas No 4, están formando sus ovocitos o espermatozoides, durante la meiosis los dos cromosomas 4 se aparean e intercambian material (cross over o entrecrzamiento). En ocasiones puede ocurrir un intercambio desigual y uno de los cromosomas queda con un segmento extra, como se ve en la figura.

En el caso que el hijo herede este cromosoma con el alelo de Huntington expandido padecerá la enfermedad, porque como decíamos antes tendrá más de 35 repeticiones.

Hay quienes sostienen que no es la mejor hipótesis e incluso dicen que podría ocurrir en la mitosis más que en la meiosis, en las primeras divisiones mitóticas del embrión. Un estudio demuestra que  aparecen un 52.1% de casos de herencia del alelo explandido y solo un 18% del contraído.

Es de esperar que si esto sucediera, se observarían un 50% de cada uno de los casos. Por ello no creen en esta hipótesis, al menos como la única causa.

La segunda hipótesis es la del “deslizamiento” de la ADN polimerasa (slippage)

Es sabido que la mitosis es la división celular que sufren todas nuestras células y por sobre todo  de gran importancia para el reemplazo de células muertas, crecimiento de tejidos y  luego de la fecundación porque de ella derivan el desarrollo de los tejidos en el embrión.

Previa a cada división mitótica se produce replicación del ADN (fase S del ciclo celular). La ADN polimerasa es la enzima que lleva a cabo la replicación del ADN.

En algunos casos puede producirse un bucle de una región de ADN y la polimerasa copia solo la región que está fuera del bucle, es decir se desliza hasta la región siguiente. Luego al estirarse el bucle, la cadena queda una región expandida. (se ve en la siguiente figura)

Como se ve en el esquema, luego de la replicación la cadena se estira y en el siguiente ciclo de la replicación se replica la hebra ya expandida.  Es muy probable que este tipo de fenómenos ocurra en regiones de ADN que tienden a formar estos bucles.

Todavía hay muchas cosas que no se comprenden debido a que se sabe muy poco acerca de la función de la Huntingtina.

Por ejemplo algunos estudios hablan de interacción de esta proteína con otras que alteran la función neuronal. Por ejemplo se cree que algún gen en el cromosoma X o Y podría tener influencia en esta enfermedad ya que es más  grave cuando se hereda del padre que de la madre (mayor número de repeticiones).

Un estudio demuestra que en ratones las hembras presentan más alelos contraídos y los machos los más expandidos.

Imagenes de las mutaciones obtenidas del sitio:  https://www.stanford.edu/group/hopes/cgi-bin/wordpress/2011/02/all-about-mutations/

Huntingtin (Htt)

La proteína huntintina (Htt)

Es una proteína (3100 aa) de función desconocida. Se expresa en células neuronales y no neuronales. Las repeticiones CAG codifican una cadena larga de residuos de glutamina a poca distancia de la metionina inicial.

La proteína mutada es clivada y los fragments poliQ (Q poliglutaminas) forman agregados e inclusiones intracelulares.

Por lo menos 20 proteinas interactúan con la región N terminal de Htt que tiene que ver con diferentes actividades celulares.

La cola larga poliQ (poli glutaminas) en la proteína Htt produce una agregación de proteína de esta proteína mutada (Htt), formación de inclusiones intracelulares, interacciones patológicas proteína-proteína, excitotoxicidad, apoptosis e inflamación.

Los fragmentos en el núcleo aumentan transcripción de caspasa 1 que activa caspasa 3 y clivan Htt depletandola Con el progreso de la enfermedad se desencadena apoptosis mitocondrial. Además se produce toxicidad por el exceso de glutamato que llevan a deficiencia en la transmisión neuronal y muerte celular.

Síntomas

Los síntomas comienzan a una edad de 35-45 años (mediana). Los primeros signos motores son sutiles hasta progresar a movimientos descontrolados de todo el cuerpo: la  COREA.

Movimientos espasmódicos de miembros y músculos faciales como de danza, incoordinación motora.

Estos movimientos despertaron en una época temor y superstición. Alteraciones motoras postura, marcha y movimientos anormales. Pérdida de peso por fallas en deglución además de la pérdida de calorías (unas 4000 diarias por el movimiento constante).

No sólo es una enfermedad motora, el paciente pierde capacidad para comunicarse y muere en 10-15 años. Hay síntomas psiquiátricos como la depresión, cambios de  personalidad, disminución de capacidad  intelectual y suicidio.

Diagnostico

El diagnostico debe hacerse en base a signos clínicos, antecedentes de un padre que la padeció y se confirma por pruebas de ADN. Un dato curioso es que se han reportado algunos casos de fenocopias.

Un fenocopia se le llama a un paciente que presenta el fenotipo enfermo es decir presenta los síntomas pero no la mutación.  Debe tomarse en cuenta que no puede predecirse la edad en la que va a aparecer la enfermedad porque ya se ha descripto que un 40% de la variabilidad del comienzo de la enfermedad se debe a genes modificadores y 60% a factores ambientales.

Hoy en día además del diagnóstico tradicional de un adulto, está disponible el diagnóstico prenatal así como el de la pre implantación antes de una fertilización in vitro. En particular porque es una enfermedad incurable hasta el presente y muchos pacientes no toleran pensar que sus hijos vivan lo mismo. .

Pruebas de ADN:

Ya en 1993 se identificó, clonó y secuenció al gen responsable. Se analizaron además por PCR (reacción en cadena de la polimerasa) la diferente longitud de los fragmentos analizados en los distintos individuos por las repeticiones de los codones CAG.

Por ende de esas primeras técnicas se derivaron los primeros métodos de diagnostico por biología molecular que esencialmente hoy se basan en la PCR (amplificación de una región del gen)

La PCR sigue siendo el método más usado seguido de Southern blot en el caso que haya dudas en cuanto al número de repeticiones. También supongo yo que hará secuenciación directa que es más rápido que el Southern y más preciso de ser necesario.

Tratamiento

Normalmente se utilizan algunos medicamentos como bloqueadores de los receptores de dopamina que ayudan a mejorar la calidad de vida, además de la medicación necesaria para frenar los comportamientos agresivos.

Como se ha mencionado antes no hay cura y la atención diaria de los pacientes es full time. La principal casusa de la muerte es en primer término la neumonía y en segundo lugar el suicido.

Prospectiva:

Si se identifica a los modificadores (otros genes y factores ambientales) independientes de la mutación que causa la enfermedad  se podría encontrar una forma de retardar el comienzo de la enfermedad.

Un reciente estudio revela que las repeticiones de CAG  producen un splicing del ARN aberrante, da origen a un ARNm corto y con poly A de solo el exón 1 de la Htt que es donde están las repeticiones.

Como estos hallazgos han sido en ratones transgenicos que expresan el gen altamente mutado para esta enfermedad, los investigadores creen que esto puede tener un significancia muy importante en la enfermedad de Huntington.

Otra noticia recientemente publicada en Medical express informa que se ha descubierto un posible rol de la Huntintina en la metilación de genes que hace apagar a ciertos genes implicados en la función neuronal.

En el nuevo estudio, el equipo del MIT se midieron los cambios en los patrones de metilación en las etapas iniciales de la enfermedad de Huntington en células derivadas de una región del cerebro llamada el cuerpo estriado en embriones de ratón.

Esta región, donde la planificación de movimiento se presenta, se ve gravemente afectado por la enfermedad de Huntington.

El equipo del MIT ha identificado muchas proteínas que tienden a unirse a los sitios de ADN donde dichos cambios tienen lugar.

Estas proteínas incluyen Sox2 y otros conocidos por regular los genes implicados en la actividad neuronal, incluyendo el crecimiento de las neuronas. (Entrevista al Dr Ernest Fraenkel, profesor asociado de ingeniería biológica del MIT).

Este articulo va dedicado muchas de las mujeres que han hecho grandes aportes en la Ciencia como Nancy S. Wexler quien por proceder de una familia enferma se dedicó a estudiar esta enfermedad.

Referencias bibliográficas

1. Roos, R A C: Huntington’s disease: a clinical review. Orphanet Journal of Rare Diseases 2010 5:40.
2. Disease Collaborative Research Group “A novel gene containing a trinucleotide repeat that is  expanded and unstable on Huntington’s disease chromosomes.” Cell 72: 971-983, 1993.
3. Presentación en Power point del Laboratorio de Fisiología de la Conducta Febrero-Abril 2005
4.  http://medicalxpress.com/news/2013-01-role-huntington-gene.html
5. Walker, F. Huntington’s disease. Lancet 2007; 369: 218–28.
6. D Bano et al. Neurodegenerative processes in Huntington’s disease. Review. Cell Death and Disease (2011) 2, e228; doi:10.1038/cddis.2011.112.
7. Sathasivam, K et al. Aberrant splicing of HTT generates the pathogenic exon 1 protein in Huntington disease Dic. 2012. PNAS vol. 110 no. 6

Sitios consultados:

http://avehun-venezuela.webnode.com.ve/nosotros/

http://www.biologia.edu.ar/genetica/genet3.htm

http://hijadefortuna.blogspot.com.ar/2013/01/enfermedad-de-huntington-e.html

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1305/