Mulţi medici consideră că domeniul
geneticii clinice este rezervat specialiştilor care se ocupă de boli rare,
monogenice sau cromozomiale. Această concepţie greşită tinde să se schimbe
rapid, deoarece, de exemplu, în anul 2000, în etiologia a nouă din primele zece
cauze de mortalitate, printre care bolile cardiace şi cancerul, au fost
identificate componente genetice importante. Toate aceste afecţiuni sunt
considerate astăzi boli multifactoriale
determinate de interacţiunea dintre factori
genetici multipli (poligenie) şi diferiţi factori din mediu care declanşează, accelerează sau exacerbează
procesul patologic (1).
Bolile multifactoriale cuprind două mari
categorii de afecţiuni: bolile comune ale
adultului (boala coronariană, hipertensiunea arterială, diabetul zaharat,
astmul bronşic, boala ulceroasă, schizofrenia, obezitatea, cancerul ş.a.) – cu
o prevalenţă de peste 5% – şi malformaţiile
congenitale izolate prezente la copil (defectele de tub neural, despicăturile
labiale şi/sau palatine, malformaţiile congenitale de cord, stenoza pilorică ş.a.)
– cu o incidenţă de 1–8‰ de nou-născuţi. Ambele categorii, ce determină o
proporţie importantă din morbiditatea şi mortalitatea generală, implică toate specialităţile medicale.
Contribuţia factorilor genetici în
producerea bolilor comune a fost demonstrată de agregarea familială, de
studiile efectuate pe gemeni, de studiile de adopţie sau de asocierea cu anumiţi
markeri genetici. Mai mult, această contribuţie a fost cuantificată prin
determinarea heritabilităţii, un
parametru ce exprimă cota de
participare a eredităţii în etiologia bolii (de exemplu, 85% în schizofrenie şi
astm, 65% în boala coronariană şi hipertensiunea arterială esenţială, 37% în
boala ulceroasă) (1).
Potrivit teoriei eredităţii poligenice, boala este determinată de acţiunea simultană
a mai multor gene nealele (loci)*, care au efecte mici şi aditive/cumulative,
determinând împreună predispoziţia
genetică la boală. Numărul de gene de risc şi deci susceptibilitatea
genetică este variabilă de la o persoană la alta şi are în populaţie o distribuţie
normală, de tip gaussian (reprezentată grafic printr-o curbă simetrică, în formă
de clopot). Curba de distribuţie prezintă însă un prag dincolo de care indivizii au mai multe alele de risc şi deci o
predispoziţie mai mare de boală („modelul
susceptibilităţii cu prag“). La aceste persoane sănătoase dar vulnerabile,
boala poate să apară atunci când sunt expuse unor condiţii defavorabile de
mediu, care transformă predispoziţia genetică în boală. Sub acest prag,
individul este normal, peste prag, el poate
fi afectat. Atingerea şi depăşirea pragului de risc depinde de numărul de alele de risc pe care o
persoană le moşteneşte de la ambii părinţi. Acest fapt determină o serie de caracteristici ale bolilor multifactoriale:
boala are frecvent o distribuţie familială, dar modul de transmitere şi riscul
de îmbolnăvire diferă de la o familie la alta, în funcţie de numărul alelelor
de susceptibilitate; părinţii bolnavului pot fi sănătoşi sau unul dintre ei
poate fi bolnav; rudele de gradul I ale bolnavului (fraţi, copii) au un risc
mai mare de boală, comparativ cu populaţia generală ş.a. (1).
Precizăm însă că unele dintre bolile comune
ale adultului, considerate în general multifactoriale, pot include şi forme monogenice cu transmitere mendeliană,
mai mult sau mai puţin rare. Astfel, circa 5–10% din cazurile de boală
coronariană sunt produse de hipercolesterolemia familială (boală monogenică
autozomal dominantă), iar circa 5% din cazurile de cancer de sân apar la femei
purtătoare ale unor mutaţii germinale ale genelor BRCA1 sau BRCA2
(transmise autozomal dominant). Deci, un
set de bolnavi cu boli comune poat avea un determinism monogenic şi riscuri de
recurenţă mult mai mari decât cele calculate empiric. Acest lucru este
foarte important de reţinut pentru profilaxia bolilor şi practica sfatului
genetic.
Problema esenţială a etiopatogeniei bolilor
multifactoriale este identificarea
genelor sau mai exact a variantelor alelice implicate în producerea
susceptibilităţii la boală şi mai ales modul în care un anumit genotip,
prin combinaţie cu anumiţi factori de risc din mediu, determină boala. Înţelegerea
completă a etiopatogeniei bolilor multifactoriale va permite stabilirea celor
mai adecvate mijloace de prevenţie (prin identificarea precoce a persoanelor cu
risc) şi de tratament patogenic.
Procesul de identificare şi localizare a
genelor de susceptibilitate implicate în etiologia bolilor comune se bazează pe studiile de înlănţuire şi de asociere
genică care au ca scop stabilirea unei asocieri semnificative a unei
anumite regiuni genomice sau a unei variante alelice cu o anumită boală, pe
baza ipotezei „boală comună – variantă
comună“; această ipoteză porneşte de la premisa că principalele alele de
susceptibilitate vor putea fi identificate la toţi bolnavii cu aceeaşi afecţiune
(1).
Analizele de înlănţuire s-au efectuat în familii de bolnavi pe baza prezumţiei că
bolnavii (de obicei fraţi afectaţi) vor avea mai frecvent în comun o anumită
alelă (a unei gene candidat) comparativ cu persoanele sănătoase din aceeaşi
familie; atunci, se poate presupune că această variantă genică predispune la
boală, deci este implicată în patogenia bolii. Studiile de asociere se efectuează într-o populaţie şi compară incidenţa unui anumit polimorfism genic la
bolnavi cu incidenţa lui într-un grup control; dacă o alelă specifică a
locusului polimorfic are o prezenţă semnificativ mai mare la indivizii cu boală
comparativ cu cei neafectaţi, atunci se poate presupune că alela respectivă
este implicată în patogenia bolii.
În ciuda dificultăţilor tehnice, au fost
identificate câteva variante genice implicate în etiologia unor boli
multifactoriale la om. Mai jos sunt descrise unele dintre cele mai sugestive
exemple (1, 2).
• Înlănţuirea genetică a diabetului zaharat tip 1 cu genele
complexului major de histocompatibilitate HLA-DR
şi HLA-DQ a fost stabilită de peste
20 de ani. Există mai multe categorii de dovezi care suportă ferm rolul alelei DQ-beta în susceptibilitatea la
DZ tip 1. În diabetul zaharat tip 2
a fost identificată o regiune (NIDDM1) de pe cromozomul 2, puternic înlănţuită
cu boala, în care se găseşte gena pentru calpaina
10 (CAPN10), o cistein-protează
dependentă de calciu.
• Alela E4 a apolipoproteinei E (APOE4)
este asociată, într-o manieră dependentă de doză, cu susceptibilitatea la boala Alzheimer. Această asociere, împreună
cu localizarea proteinei APOE4 la nivelul leziunilor cerebrale şi cu rolul
proteinei APOE în formarea depozitelor de amiloid (la şoarece) susţin cu putere
rolul genei APOE4 în
susceptibilitatea la boala Alzheimer.
• Gena CARD15(care codifică proteina 15 cu domeniu de recrutare a caspazei), localizată
la nivelul cromozomului 16, a fost identificată ca genă de susceptibilitate la boala Crohn.
• Alte gene implicate în etiologia unor
boli multifactoriale, pentru care există dovezi puternice, sunt gena ADAM33 (pe cromozomul 20, codifică o
proteină din familia dezintegrinelor şi metaloproteazelor) în astmul bronşic sau gena ACE1 (pe cromozomul 17, codifică enzima
de conversie a angiotensinei 1) în susceptibilitatea la hipertensiunea arterială esenţială.
În ultimii ani, studiile de asociere
„caz-control“ sunt din ce în ce mai frecvente şi mai performante datorită progreselor
înregistrate în secvenţierea genomului uman şi în identificarea unui număr
foarte mare de polimorfisme ADN, în special SNPs (polimorfismul unui singur
nucleotid) (3). Au apărut astfel (în 2005) studiile
de asociere utilizând întregul genom
(în engleză „genome wide association
studies“ – GWAS) în care,
folosind genotiparea prin tehnici cu „debit mare“ (microreţele/microcipuri ADN
de tip SNPs), se pot cerceta printr-o singură scanare a genomului circa un
milion de markeri genetici.
Studiile de asociere utilizând întregul
genom se bazează pe ipoteza că
variantele alelice ce determină susceptibilitatea la o boală comună se asociază
mai frecvent decât ne aşteptăm (se află în dezechilibru
de înlănţuire genetică) cu anumiţi markeri genetici ce definesc o anumită
regiune genomică (haplotip). Genotiparea concomitentă a unui număr extrem de
mare de markeri SNP la mii de pacienţi cu aceeaşi boală şi la indivizi sănătoşi
a permis identificarea regiunilor
genomice/haplotipurilor care sunt prezente la pacienţii cu o anumită boală
comună. Identificarea haplotipului asociat bolii permite definirea regiunii în
care este localizată varianta unei gene de susceptibilitate la boală (care, de
regulă, este diferită de markerul SNP evidenţiat iniţial în acea regiune).
Identificarea variantei genice cauzale şi
determinarea mecanismului prin care această variantă participă la realizarea
bolii necesită, evident, alte studii ulterioare: • cartografierea de fineţe areca scop reducerea la maximum posibil a dimensiunii regiunii în care s-ar
putea găsi gena de susceptibilitate • analiza
secvenţelor ADN în intervalul minim determinat, pentru identificarea
genei/genelor prezente, fiecare cu numeroase variante alelice • teste funcţionale ale variantelor genelor
candidat determină, pe cale experimentală (introducerea în genomul unor
celule sau organisme model a variantei genice testate), efectul funcţional al
genei identificate şi rolului ei în patogenia bolii (1).
Studiile
de asociere utilizând întregul genom
(GWAS) au revoluţionat cercetarea factorilor genetici asociaţi cu bolile comune
ale adultului deoarece pot da informaţii importante privind „arhitectura
alelică“ a acestor boli complexe (numărul, tipul, mărimea efectului şi frecvenţa
variantelor de susceptibilitate), deschizând calea medicinii predictive
(identificarea precoce a indivizilor sănătoşi dar vulnerabili la anumite boli) şi
elucidării mai complete a patogeniei bolilor, premisa ameliorării tratamentului
(2). Practic, niciun specialist
confruntat cu această patologie nu poate ignora rolul genomicii în domeniul său
de activitate.
În „primul
val“ al studiilor GWA (peste 800, în perioada 2006–2010), s-au identificat
asocieri semnificative a sute de loci, în peste 150 de boli multifactoriale (2,
4). Aceste asocieri sunt concordante cu ipoteza
boală comună – variantă comună, potrivit căreia influenţele genetice asupra
susceptibilităţii la boală sunt atribuite unui număr limitat de variante
prezente la mai mult de 5% din populaţie. Printre primele succese ale acestei
tehnici se numără identificarea unor gene de susceptibilitate asociate cu
degenerescenţa maculară legată de vârstă, boala coronariană, boala Crohn,
poliartrita reumatoidă, diabetul zaharat de tip 2, astmul bronşic, obezitatea,
cancerul de sân sau de prostată etc.
Descoperirile iniţiale au dus la câteva
concluzii importante:
• Se confirmă determinismul poligenic al
predispoziţiei genetice din bolile comune; de exemplu, apoape100 de loci
sunt asociaţi cu niveluri crescute ale lipidelor din sânge (HDL colesterol, LDL
colesterol, trigliceride);
• Printre genele de susceptibilitate a unor
boli comune (de exemplu, DZ tip 2 sau boala coronariană) au fost identificate gene şi căi patogenice cunoscute a fi
implicate în formele monogenice ale acestor afecţiuni, dar şi multe gene şi căi patogenice noi (de
exemplu, factorul H al complementului în degenerescenţa maculară sau autofagia în
boala Crohn), care deschid noi posibilităţi terapeutice;
• Unele dintre asocierile identificate
implică regiuni genomice care fie nu conţin gene cu efect cunoscut, fie se află
la distanţă de alte gene – fapt ce implică intervenţia
posibilă a unor variante a elementelor reglatoare a expresiei genelor, care
au un rol în patogenia bolilor multifactoriale;
• Unii loci de susceptibilitate identificaţi într-o
anumită boală sunt asociaţi şi cu alte boli considerate neînrudite (de
exemplu, gena CDKN2A în DZ tip 2,
boala coronariană şi melanom), fapt ce sugerează că aceşti loci au efecte
reglatoare diferite asupra unor gene diverse implicate în boli diferite.
Paradoxal, cu toate rezultatele obţinute,
progresele făcute în identificarea factorilor genetici de susceptibilitate la
bolile comune sunt încă modeste, explicând numai o mică parte din agregarea
familială şi heritabilitatea acestor afecţiuni, deseori 10–30%, iar cele mai
multe din variantele identificate până acum conferă o creştere relativ mică a
riscului de boală. De aceea, valoarea lor
predictivă s-a dovedit redusă. Au fost formulate mai multe explicaţii ale „heritabilităţii lipsă“: nu au fost
„capturate“ variante structurale genomice „non-SNP“ (variaţii ale numărului de
copii – CNVs, sau inserţii şi deleţii – indels)
(5) care sunt frecvente şi ar putea avea un rol în susceptibilitatea şi/sau
patogenia bolilor comune sau variante rare (cu o frecvenţă populaţională sub
1%) cu un efect posibil mai important; nu se pot identifica interacţiuni între
gene (epistazie) sau între gene şi mediu (efecte epigenetice).
Pentru a depăşi aceste limite, „al doilea val“ al studiilor GWA (după
2011) se bazează pe o nouă strategie: folosirea unor versiuni îmbunătăţite a
studiilor GWA (construite pe baza datelor obţinute cu Proiectul 1.000 de genomuri) (3) şi creşterea dimensiunii loturilor
analizate (prin implicarea unor consorţii internaţionale) – care să permită
identificarea asocierii unor variante rare, precum şi utilizarea secvenţierii
regiunilor genomice asociate (folosind noile tehnologii de secvenţiere, care
cresc viteza de lucru şi scad costurile) (6). Succesul acestei reorientări
strategice este confirmat de identificarea unor noi gene de susceptibilitate în
hipertensiunea arterială, DZ tip 1 (asocierea cu variante rare, cu o frecvenţă
de 1% în populaţie, a genei IFIH1 – ce
codifică un receptor viral), obezitate, boala coronariană.
Rezultatele obţinute până în acest moment
sunt promiţătoare, dar suntem încă departe de a le putea utiliza direct în
practica clinică. Rolul pe care aceste studii de asociere genomică îl vor îndeplini
în viitorul apropiat va fi cel mai probabil unul de descifrare a mecanismelor
moleculare de producere a bolilor comune (premisă a optimizării tratamentului
lor) şi nu unul de evaluare „comercială“ a riscului de boală. Cert este că
studiile GWA „pavează“ calea lungă a introducerii medicinii personalizate,
predictive şi preventive (6). În articolele viitoare vom discuta în detaliu
genomica câtorva boli comune.
