Finalizarea Proiectului Genomul Uman (PGU) şi
studiile genomice ulterioare au evidenţiat un grad înalt de similitudine (99,6%) între secvenţele ADN a două
persoane diferite; ele „ne unesc ca specie“ şi spulberă definitiv ideea raselor
umane. Diferenţele (variaţiile)
structurale ale genomului (0,4%), combinate cu efectele mediului în care trăim,
determină individualitatea / unicitatea
fiecăruia dintre noi. Există numeroase dovezi care demonstrează că aceste variaţii
au o contribuţie semnificativă asupra diferenţelor individuale de răspuns la
agresiunile mediului (infecţii, substanţe chimice), eficienţei unor medicamente
şi susceptibilităţii la bolile comune ale adultului (boala coronariană,
hipertensiunea arterială, diabetul zaharat, astmul bronşic, boala canceroasă
etc.), deschizând astfel calea medicinii
personalizate. Pentru a înţelege aceste fenomene – care vor interfera, cu
certitudine, multe specialităţi medicale – este necesară o prezentare succintă
a tipurilor de variaţii şi a consecinţelor lor.
Variaţiile structurale ale genomului uman sunt
diferite ca tip, număr de versiuni (sau „alele“)
pentru un anumit situs ADN (sau „locus“),
dimensiuni (număr de nucleotide), localizare cromozomială, dar mai ales ca
frecvenţă, la diferite persoane (variante
comune şi variante rare). Atunci
când se regăsesc la mai mult de 1% din indivizii unei populaţii, aceste variaţii
sunt denumite polimorfisme.
Evenimentele care pot produce variaţii ale
structurii genomului se pot grupa în trei mari categorii: (1) modificări ale unei singure perechi de nucleotide din
secvenţa ADN; (2) inserţii (adiţii)
sau deleţii (pierderi) ale unei
secvenţe mai mici sau mai mari de nucleotide; (3) rearanjări structurale ale
unor segmente mici de ADN care pot avea o orientare(inversie) sau o poziţie diferită (translocaţie)
la persoane diferite.
Cele mai numeroase (circa 52 de milioane*,
implicând în total 2% din genom) sunt modificările
calitative care interesează o singură
pereche de nucleotide din secvenţa ADN bicatenar („single-nucleotide polymorphism“ sau, pe scurt SNP – se pronunţă snip), realizând la persoane diferite, într-o anumită poziţie din
cromozomi, două versiuni ale secvenţei nucleotidice sau alele (de exemplu,
-AACGCTA- şi -AACGTTA- sau alela C şi alela T; v. figura).
Polimorfismele inserţie–deleţie
sunt modificări cantitative (produse
prin erori de recombinare sau replicare a ADN) care interesează fie secvenţe
nucleotidice foarte scurte (fiind denumite prescurtat indels), fie segmente cromozomiale mai mari de
1000 pb (ce pot include una sau mai multe gene contigue), prezente într-un număr variabil de copii („copy number variations“ – CNV sau „copy number polymorphism“ – CNP).
Astfel, un cromozom ce are normal segmentele
A–B–C–D–E se poate găsi la persoane
diferite în variantele A–B–C–C–D–E
(duplicaţie C) sau A–B–D–E (deleţie C). În populaţiile umane, au fost
descrise peste 30.000 de indels şi
58.000 de CNV, cu diferite mărimi şi
localizări cromozomiale, care interesează în total aproximativ 12% din genom,
reprezentând sursa principală de variaţie
genetică la om. Fiecare persoană are însă doar 10–15 variante mari de tip
CNV din totalul celor descrise în populaţie; ele sunt moştenite de la părinţi,
dar pot să apară de novo în cursul
formării gameţilor sau în cursul dezvoltării embrionare.
Ultima categorie de variante structurale
interesează arhitectura genomului,
producând, la diferite persoane, modificări de orientare (inversii) sau
de poziţie (translocaţii) ale unor segmente cromozomiale. Un exemplu
interesant este polimorfismul inversiei unei secvenţe de 900 pb situate pe
cromozomul 17q21 (ce realizează haplotipul H2), prezentă la 20% din europeni şi
asociată cu riscul de dependenţă faţă de
consumul de alcool.
Majoritatea variaţiilor structurale ale
genomului uman se produc în regiunile
intergenice (ce alcătuiesc cea mai mare parte din genom) şi sunt inocue, fără consecinţe fenotipice, şi neutre pentru selecţia naturală. Ele nu
sunt însă lipsite de importanţă deoarece constituie markeri genetici individuali care, aşa cum vom vedea, sunt valoroşi
pentru studiul evoluţiei şi migraţiilor populaţiilor umane vechi, dar mai ales
pentru studiile de asociaţie la nivelul întregului
genom („genome-wide associations
studies“ – GWAS), care încearcă
să identifice genele implicate în susceptibilitatea sau rezistenţa individuală
la anumite boli comune sau răspunsul diferit la tratamente (inclusiv reacţiile
adverse). Explicaţia asocierilor identificate între variaţiile structurale ale
ADN din regiunile intergenice şi riscul de boală nu este încă cunoscută.
Astfel, un SNP situat pe cromozomul 8q24, care este asociat cu un risc crescut
al cancerului de prostată, se găseşte
la mare distanţă de orice genă ce codifică proteine, situată în această
regiune. Probabil SNP interferează o secvenţă reglatoare de ADN. Această
explicaţie ar putea fi valabilă şi pentru un SNP recent identificat, care
influenţează eficienţa diferită a tratamentului
hepatitei C (v. caseta 1).
Un număr relativ mic de variaţii structurale
pot avea însă efecte fenotipice atunci când interesează structura (în cazul
SNPs, indels), numărul (în cazul CNV) sau orientarea/poziţia (în cazul
inversiilor, translocaţiilor) unor gene ce codifică proteine sau gene ARNnc, cu
funcţii reglatoare.
Astfel, circa 1–3% din variaţiile
structurale de tip SNPs sau indels produc diferenţe fenotipice între persoanele
care au alele diferite, deoarece interesează secvenţele codante (exoni) sau
necodante (introni, secvenţe reglatoare) din structura genelor ce codifică
proteine. În primul caz (SNPs în exoni), se poate modifica structura proteinei
codificată de genă. De exemplu, în trombofilia
cu factor V Leiden, un SNP în exonul X al genei F5, care codifică factorul V al coagulării, conduce la
hipercoagulabilitate şi risc de tromboze venoase profunde şi embolie pulmonară (v. caseta 2). În al doilea caz (SNPs în
regiunile reglatoare), se modifică nivelul sau momentul de expresie al genei.
De exemplu, un SNP de tip T–C, situat într-un element activator ce se află în
amonte de gena pentru lactază, prezintă
o alelă T asociată cu persistenţa lactazei
la vârsta adultă, fapt ce permite consumul de lapte după perioada de sugar
(acest fenomen, care a determinat un avantaj selectiv, este prezent la
majoritatea populaţiilor din Europa); alela C se asociază cu absenţa
lactazei/hipolactazie şi intoleranţă la lactoză. De precizat că unele variaţii
pot fi „adaptative“ în unele situaţii şi „dăunătoare“ în altele. De exemplu,
variaţii în agoniştii receptorului pentru
interleukina 1 (proteine ce inhibă reacţiile inflamatorii) se asociază cu
reducerea morbidităţii la infecţii, dar şi cu creşterea riscului de boli
autoimune.
Variaţiile numărului de copii (CNV) pot
produce uneori consecinţe fenotipice prin modificarea
dozajului genic. Multe din genele implicate în CNV, deci cu un număr
crescut sau redus de copii, sunt gene „senzori
de mediu“ care influenţează interacţiunile organismului cu mediul (percepţia
senzorială, imunitatea, metabolizarea unor substanţe chimice, inclusiv
medicamente). La fel ca şi alte variaţii structurale, CNV se asociază cu
susceptibilitatea sau rezistenţa la unele boli sau cu eficienţa tratamentului.
Dintre multiplele exemple cunoscute vom cita doar creşterea numărului de copii
a genei EGFR, care se întâlneşte în cancerul pulmonar cu celule non-mici,
sau creşterea numărului de copii ale genei CCL3L1,
care are efect protectiv contra infecţiei
cu HIV. La aceste exemple adăugăm faptul că CNV ce interesează gena CYP2D6 (cu rol important în
metabolizarea multor medicamente) influenţează răspunsul individual la
tratament.
Vom încheia această prezentare menţionând că,
recent, s-a evidenţiat un polimorfism al genelor ARN (microARN şi ARNnc lung),
care influenţează expresia unor gene ce codifică proteine. Acest polimorfism a
fost implicat în etiopatogenia unor malformaţii congenitale, dar şi a unor boli
comune ale adultului. Datorită activităţii lor reglatoare asupra genelor ce
codifică proteine, acestea vor fi mai mult sau mai puţin active. Polimorfismul
genelor ARN are efecte fenotipice „mai blânde“
decât mutaţiile în genele pe care le controlează (deci sunt mai greu de
identificat); în plus, dereglarea mecanismului de control prin gene ARN este teoretic reversibilă şi ar putea fi
corectată prin acţiunea anumitor medicamente.
Datele existente până în prezent demonstrează
convingător că variaţiile structurale ale genomului uman, care au o distribuţie
specifică fiecărei persoane, se corelează cu modul diferit de răspuns la
agresiunile mediului, riscul şi manifestarea clinică variabilă a unor boli sau
eficienţa răspunsului la tratamente medicamentoase, deschizând calea medicinii
personalizate. „Dacă n-ar exista variaţiile
individuale, medicina ar fi o ştiinţă şi nu o Artă“ (sir William Osler).
Pentru a fi utile în practica medicală, mai sunt câteva etape de parcurs,
despre care vom discuta în articolul viitor.
|
1. Factori genetici care influenţează eficienţa
tratamentului infecţiei cu virus hepatitic C
Infecţia
cu virus hepatitic C (VHC) afectează circa 130–170 de milioane de oameni în întreaga
lume (fiind produsă în special de VHC cu genotipul 1). Circa 80% din persoanele
afectate dezvoltă o infecţie cronică, iar, din aceştia, 30% vor prezenta boală hepatică cronică, sub formă de
ciroză şi/sau carcinom hepatocelular. Există diferenţe populaţionale şi
individuale privind clearence-ul şi persistenţa VHC, în pofida tratamentului
antiviral. Astfel, tratamentul cu interferon alfa pegilat şi ribavirină, timp
de 24–48 de săptămâni, este benefic doar la 50–60% din bolnavi (mai frecvent în
populaţiile europene, comparativ cu cele africane). La eficienţa limitată a
tratamentului se adaugă efectele secundare care apar la unii pacienţi.
Pentru
a elucida factorii determinanţi ai răspunsului la tratament, s-au studiat
variantele structurale ale ADN ce pot influenţa eficacitatea lui. Recent, s-a
demonstrat că un polimorfism genetic (SNP
– rs12979860) în secvenţa de ADN din vecinătatea genei IL28B (de pe cromozomul 19q13), ce codifică interferonul lambda tipul III (o citokină antivirală cu rol
important în patogenia infecţiei cu VHC), se asociază cu variaţiile individuale
de răspuns la tratamentul combinat (peginterferon alfa + ribavirină), precum şi
la clearence-ul spontan al VHC. La bolnavii cu varianta CC a acestui SNP (mai
frecventă în populaţiile europene), rata de răspuns la tratament este de 2,5
ori mai mare decât la cei cu variantele TT sau TC, iar reacţiile adverse sunt
minime. Mecanismul biologic al acestei asocieri este încă necunoscut, dar cunoaşterea
genotipului IL28B la pacienţii cu
infecţia VHC va ajuta, foarte probabil, la luarea unei decizii clinice şi
individualizarea terapiei (doze, durată) în funcţie de genotipul viral (1–7) şi
de cel al bolnavilor.
2. Trombofilia cu
factor V Leiden
Trombofilia cu factor V Leiden este cea
mai frecventă boală cu hipercoagulabilitate în populaţia caucaziană din SUA şi
Europa (3–8%), fiind produsă de o variantă a factorului V al coagulării. În mod
normal, cofactorul V (codificat de gena F5,
situată pe cromozomul 1q23) permite factorului Xa să activeze trombina, enzima ce
transformă fibrinogenul în fibrină; procesul de coagulare este însă limitat
prin intervenţia proteinei C activate (cel mai puternic anticoagulant natural),
care degradează factorul V.
Factorul
V Leiden este o variantă a factorului V normal în care aminoacidul arginină din
poziţia 506 a proteinei este înlocuit cu glutamină. Această modificare se
produce deoarece în exonul 10 al genei F5,
în poziţia 1691, un SNP determină substituţia nucleotidului
G cu A. Datorită acestei modificări, factorul V Leiden este rezistent la acţiunea proteinei C activate;
rezultă o supraproducţie de trombină care generează un exces de fibrină şi o
hipercoagulare în venele profunde (tromboză venoasă profundă), cu risc de
embolie pulmonară. Femeile cu această afecţiune prezintă mai frecvent avorturi
spontane, complicaţii ale sarcinii (preeclampsie) şi nou-născuţi morţi. Riscul
de hipercoagulabilitate este crescut de fumat, contraceptive hormonale
estrogenice, terapie cu estrogeni la femei în postmenopauză, chirurgie recentă
cu anestezie generală. Diagnosticul se face prin teste de screening al coagulării
(timpul de cefalină/tromboplastină activată) şi teste genetice (analiza ADN a
genei F5). Tratamentul cu heparină
nefracţionată este eficace.
Trombofilia
cu factor V Leiden este o boală ereditară, cu transmitere autozomal dominantă
(homozigoţii AA au un risc mai mare de tromboembolism comparativ cu heterozigoţii
AG sau homozigoţii GG). În toate cazurile, un istoric familial corect ridică
suspiciunea de boală ori de câte ori se constată un accident tromboembolic sub
30–40 de ani sau tromboze venoase profunde recurente. Riscul genetic de
transmitere a bolii la descendenţi este 50% dacă unul dintre părinţi este
heterozigot sau 100% dacă este homozigot. |