ESTRATEGIAS EN EL DIAGNOSTICO MOLECULAR DE LAS BNFERMEDADES HEREDITARTAS Joan Fibla Palazón Universitat de Lleida
El diagnóstico basado en el estudio del ADN ha experimentado un avance considerable en el último decenio fruto de la identificación, caracterización y cartografiado de un elevado número de genes implicados en patologías humanas. En la actualidad, el análisis de numerosas patologías genéticas puede ser abordado en los laboratorios de genética molecular humana, tanto con una finalidad clínica como de investigación básica. Las estrategias para el diagnóstico genético las podemos clasificar como directas o indirectas en función de si se detecta o no el gen implicado. En el primer caso podremos realizar el diagnóstico identificando en los pacientes las diferentes mutaciones del gen en cuestión. Desgraciadamente, el número de enfermedades producidas por más de un tipo de mutación en un mismo o diferentes genes supera a aquellas que son consecuencia de una única mutación. Ello hace que el diagnóstico directo presente en muchas ocasiones problemas prácticos. La segunda estrategia es independiente del conocimiento del gen implicado, pues se fundamenta en el estudio de la herencia conjunta de marcadores anónimos y el locus de la enfermedad estudiada. Para este fin, es preciso que el marcador utilizado presente un fuerte ligamento con el locus de interés, además de otras características que 1o harán más o menos adecuado para el diagnóstico.
Introducción El objetivo de todo proceso de diagnóstico médico es la determinación de la causa de una enfermedad. Normalmente el proceso de diagnóstico afecta a un único individuo, el paciente, y se realiza mediante unos protocolos preestablecidos y estan-
darizados. El diagnóstico de las enfermedades hereditarias pretende los mismos objetivos que cualquier otro proceso diagnóstico, sin embargo presenta características diferenciales muy significativas. En primer lugar, el resultado de un diagnóstico genético tiene no sólo efectos sobre el paciente (al que denominamos propositus) sino que todos los individuos
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Estrategias en el diagnóstico molecular de las enf'ermedades hereditarias
emparentados con éste se ven afectados. Así, la unidad de estudio en el diagnóstico genético es la familia y todo proceso de diagnóstico implica un estudio familiar.
En segundo lugar, los protocolos de diagnóstico se desarrollan de forma paralela a la investigación básica y están generalmente poco estandarizados. Los laboratorios de diagnóstico genético tienen por lo general un carácter híbrido, al desarrollar actividades de investigación básica conjuntamente con la aplicación directa de la misma en el ámbito clínico. Frecuentemente el desarrollo de una nueva estrategia diagnóstica es en sí misma una línea de investigación básica, en la cual está implicada la caracterización de un gen y el espectro de mutaciones que causan la patología en estudio. Esta situación confiere a los laboratorios de diagnóstico genético una gran flexibilidad y adaptación a nuevas estrategias metodológicas que revierten de forma muy positiva en la calidad del servicio.
En tercer lugaq el diagnóstico genético debe dar respuesta en determinadas ocasiones a necesidades clínicas urgentes con una dimensión ético-social importante. El diagnóstico durante los peíodos prenatal y neonatal requiere de una respuesta rápida y precisa. En el primer caso para dar a los padres una información completa y fiable que les permita tomar decisiones durante las primeras semanas de gestación y en el segundo caso para poder dar una rápida respuesta terapéutica al recién nacido.
En cuarto lugar, debemos tener en cuenta que una parte importante del diag-
nóslico genético es probabilístico. Salvo en el caso de la detección directa de la mutación responsable de la patología, el resto de estrategias diagnósticas tienen una mayor o menor componente probabilística. Por ello, los resultados obtenidos y la "calidad" de la información facilitada al paciente y a su familia deben ser matizados en este sentido.
Finalmente, todo proceso de diagnóstico genético conlleva una precisa caracfeización clínica del propositus. El diagnóstico genético tiene, en muchas ocasiones, una clara componente de diagnóstico diferencial en el que se pretende confirmar o contrastar, frente a distintas opciones, la causa de una determinada patología previamente caracteizada clínicamente. En este sentido es imprescindible la colaboración entre el personal cIínico y el genetista en la elaboración del historial médico del paciente.
1. La elección de una estrategia diagnóstica En la Tabla I se presenta de forma simplificada un cuadro dicotómico para establecer la estrategia diagnóstica más apropiada en función de las caracteísticas de la patología estudiada. Un número importante de patologías genéticas están asociadas a alteraciones en el complemento cromosómico, sobre todo aquellas que se manifiestan de forma
Los retos de la genética en el siglo
XXI: genética y bioética
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Tabla I. Cuadro dicotómico para la elección de la estrategia diagnóstica
I 2
¿Está asociada a una alteración cromosómica ?
NO SI
¿Presenta herencia mendeliana?
NO SI
3
¿Locus localizado?
NO
l¡a2 Diagnóstico citogenético Estudios de asociación y factores de riesgo
ira3 Diagnóstico por patrón de segregación
4
¿Gen identificado'?
SI
ira4
NO
Diagnóstico indirecto con
SI 5
¿Muchos alelos mutados? ¿Un alelo prevalente?
marcadores
ira5
Diagnóstico indirecto con marcadores Diagnóstico directo
sindrómica. Si nuestra patología pertenece a este grupo la estrategia diagnóstica más adecuada será la caracterización cromosómica del propositus y de su familia. Dicha caructerización consistirá básicamente en la elaboración de1 cariotipo para el estudio de posibles alteraciones estructurales o numéricas. Si nuestro caso no pertenece a este grupo, la cuestión que nos debemos plantear es si la patología presenta o no un herencia mendeliana. De tratarse de una patología con herencia multifactorial, como es el caso de numerosas enfermedades con
una alta frecuencia en la población, como la hipertensión, la diabetes, las enfermedades cardiovasculares etc., las únicas aproximaciones diagnósticas son los estudios de asociación y la determinación de factores de riesgo. Si la patología estudiada presenta una herencia mendeliana definida, deberemos preguntarnos si se ha localizado o no el locus implicado. De no ser así, sólo podremos ofrecer un diagnóstico basado en el patrón de segregación. Se trata en este caso de un diagnóstico eminentemente probabilístico y de una baja calidad informa-
tiva (Figura 1). Si el loczs implicado ha sido localizado tenemos dos escenarios posibles en función de que haya sido identificado o no el gen en cuestión. Si el gen no ha sido caracterizado sólo podemos realizar una estrategia de diagnóstico indirecto basada en la utilización de marcadores polimórficos próximos al locus. De nuevo se trata de una estrategia probabilística pero en este caso de una alta calidad informativa (Figura 2).
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Estrategias en el diagnóstico molecular de las enfermedades hereditarias
AR
AD
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X
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o
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ó JFP',e8
Figura 1. Si el patrón de herencia es autosómico recesivo (AR), la existencia de un hijo afectado nos indica que los padres son heterozigotos y por lo tanto la probabilidad de que el feto esté afectado será de un 25%. Si el patrón de herencia es autosómico dominante (AD), la probabilidad de que el feto esté afectado será de un 50%. Finalmente si presenta una herencia ligada al cromosoma X (X) y el padre está afectado. todas sus hrjas serán heterozigotas (portadoras) y todos sus hijos serán normales: si la madre es portadora. sus hijas tendrán una probabilidad del 50% de ser normales o portadoras y sus hijos una probabilidad del 507c de ser normales o af'ectados.
AR
11
AD
22
12
X
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12
o
IFP'e8
I se realiza ahora mediante la utilización de marcadores anónimos íntimamente ligados a cada uno de los loci implicados. En la primera genealogía (AR), el hijo at'ectado ha heredado de cada progenitor el alelo I del polimorfismo junto con el alelo mutante. así pues el feto que ha heredado el alelo 2 de cada padre será homozigoto para el alelo normal de la enfermedad. En la segunda genealogía (AD), el hijo afectado ha heredado de su madre el alelo de la mutación junto con el alelo I del polimorfismo, por lo tanto. el feto que ha heredado el alelo 2 de cada progenitor será homozigoto normal. Finalmente, en la genealogía con herencia ligada al cromosoma X, la hija es hornozigota para el alelo normal de la enfermedad. dado que su hermano ha heredado de su madre el mismo alelo del polimorfismo y es fenotípicamente normal Figura 2. EI diagnóstico de la figura
Si el gen ha sido caracterizado y se conoce la mutación o mutaciones responsables de la patología, podemos encontrarnos con dos situaciones: existe una única mutación que causa la enfermedad o su número es muy limitado siendo una de ellas muy prevalente, o bien, existe un gran número de mutaciones distintas que causan la
enlermedad y su frecuencia es equitativa. En el primer caso, es posible abordar una estrategia de diagnóstico directo
mediante la detección de la mutación única o la más prevalente. En el segundo supuesto, la existencia de un número elevado de mutaciones desaconseja un diag-
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nóstico directo siendo mucho más apropiado un diagnóstico indirecto mediante la utilización de marcadores polimórficos. Estas estrategias podrán ser aplicadas en la detección y caracterización de una enfermedad hereditaria en distintas etapas del desarrollo o bien a distintos colectivos de enfermos, definiéndose los distintos tipos de diagnóstico genético (Figura 3). Así por ejemplo, en función de la etapa del desarrollo del individuo analizado tendremos tn diagnóstico preimplantctcionql, cuando se analiza el genotipo en las primeras etapas embrionarias con el objeto de detectar una determinada alteración genética, un diagnóstico prenatal cuando el genotipo es analizado durante las primeras semanas de desarrollo fetal, un diagnóstico postnatal cuando el genotipo se determina después del nacimiento, normalmente durante los primeros días después del parto (neonatal) o en períodos posteriores durante la infancia o en el adulto. Así mismo podemos referirnos a un diagnóstico individual, familiar o poblacional según sea el colec-
tivo estudiado.
2. Análisis del
patrón de segregación
La aproximación más simple que podemos hacer en el diagnóstico de una enfermedad hereditaria es el estudio de su patrón de herencia. Como hemos visto anteriormente, ésta será la única aproximación diagnóstica en muchas de las enfermedades hereditarias todavía no caracterizadas. Sin embargo no sólo en este caso será preciso el estudio del patrón de herencia sino que este será una etapa imprescindible en todo diagnóstico genético, sea cual sea la estrategia utilizada. Los patrones mendelianos clásicamente definidos no son siempre tan diáfanos y transparentes cuando se analizan en genealogías humanas. Para empezar, el núme-
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Figura 3. El diagnóstico genético según la etapa del desarrollo y el colectivo analizado.