Variaţiile structurale ale genomului, combinate cu efectele mediului în care trăim, determină unicitatea individuală şi contribuie semnificativ la diferenţele răspunsului la agresiunile mediului, la eficienţa unor medicamente şi la susceptibilitatea în faţa bolii, deschizând calea medicinii personalizate. Mai multe detalii în articolul semnat de dl prof. dr. Mircea Covic la rubrica Medicina genomică.

 "> Variaţiile structurale ale genomului uman - baza medicinii personalizate (1) - Viața Medicală
Ars Medici

Variaţiile structurale ale genomului uman - baza medicinii personalizate (1)

de Prof. dr. Mircea COVIC - feb. 8 2012
Variaţiile structurale ale genomului uman - baza medicinii personalizate (1)

Variaţiile structurale ale genomului, combinate cu efectele mediului în care trăim, determină unicitatea individuală şi contribuie semnificativ la diferenţele răspunsului la agresiunile mediului, la eficienţa unor medicamente şi la susceptibilitatea în faţa bolii, deschizând calea medicinii personalizate. Mai multe detalii în articolul semnat de dl prof. dr. Mircea Covic la rubrica Medicina genomică.

 

   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 inserţiedeleţie 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.

 
 
 

 

 

Abonează-te la Viața Medicală!

Dacă vrei să fii la curent cu tot ce se întâmplă în lumea medicală, abonează-te la „Viața Medicală”, publicația profesională, socială și culturală a profesioniștilor în Sănătate din România!

  • Tipărit + digital – 249 de lei
  • Digital – 169 lei

Titularii abonamentelor pe 12 luni sunt creditați astfel de:

  • Colegiul Medicilor Stomatologi din România – 5 ore de EMC
  • Colegiul Farmaciștilor din România – 10 ore de EFC
  • OBBCSSR – 7 ore de formare profesională continuă
  • OAMGMAMR – 5 ore de EMC

Află mai multe informații despre oferta de abonare.

Cookie-urile ne ajută să vă îmbunătățim experiența pe site-ul nostru. Prin continuarea navigării pe site-ul www.viata-medicala.ro, veți accepta implicit folosirea de cookie-uri pe parcursul vizitei dumneavoastră.

Da, sunt de acord Aflați mai multe