Hacia la secuenciación del exoma (genoma codificante) en recién nacidos con fines diagnósticos.

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Por Nicolás Jouve, Catedrático Emérito de Genética de la Universidad de Alcalá, Presidente de CiViCa.

Los genes de los seres vivos son las unidades funcionales de la herencia de las que dependen los caracteres físicos y fisiológicos que conforman cada individuo. Cada carácter es en realidad la plasmación de una serie de proteínas, que son los productos finales de los genes, y  a su vez los genes están constituidos por  ADN. Desde 2003, en que se culminó el Proyecto Genoma Humano sabemos con gran detalle cómo está distribuida la información genética contenida en los 23 pares de cromosomas. Nuestro genoma contiene unos 3.175 millones de pares de bases –los escalones de la doble hélice–, que contiene unos 21.000 genes además de otra serie de regiones no codificantes. En realidad, solo el 41,5% del ADN del genoma humano está implicado en una información genética propia de los genes o relacionada con ellos, y por tanto implicada en los rasgos propios de cada individuo. Es preciso señalar que de cada gen pueden existir diversas variantes o mutaciones, los llamados alelos, de donde resulta la enorme diversidad de tipos que observamos en las poblaciones humanas. Algunos alelos pueden estar alterados y son los responsables de las enfermedades hereditarias. De ahí la importancia de conocer el detalle de las secuencias de pares de bases de los genes normales y sus alteraciones responsables de ciertas patologías.

Dicho lo anterior, es preciso indicar que los genes humanos, como los de las especies genéticamente más complejas, están constituidos por una sucesión de regiones alternadas codificantes –llamadas exones–, y no codificantes –llamadas intrones–. Cuando un gen se expresa para dar lugar a una proteína, lo que en realidad se traduce son los exones, eliminándose de las moléculas que trasladan el mensaje las correspondientes a los intrones, antes de su traducción en una proteína. Cada célula, dependiendo del ambiente fisiológico, órgano, tejido y momento del desarrollo, expresa solo los genes y exones de los mismos a los que debe su especialización. Un error o variación de las bases nucleotídicas de un exón puede suponer que la proteína codificada no funcione o no se exprese en el nivel y condiciones fisiológicas adecuadas, dando lugar a una alteración celular, que puede afectar al tejido u órgano del que forma parte, dando lugar a una patología, que por afectar a un gen sería hereditaria.

A pesar del ingente tamaño del genoma humano, menos del 2%, solamente unos 48 millones de pares de bases, forman parte de los llamados exones. Por ello, esta parte del genoma, que constituye el llamado exoma, supone el principal foco de atención de los genetistas, cuando se desea conocer las causas genéticas de muchas enfermedades

Quince años después de la culminación del Proyecto Genoma Humano, y dada la disponibilidad de técnicas de secuenciación rápidas, hoy se puede escrutar esta parte del genoma, el exoma a partir de muestras celulares de una persona, con la especial limitación de su costo.

Desde hace unos años han surgido iniciativas en EE.UU por las que se tantea la posibilidad de hacer un análisis del exoma de los recién nacidos. La cuestión que se plantea es si realmente se justifican los 75.000 $ –unos 65.000 €–, que puede costar la secuenciación del exoma de un individuo, para detectar las variaciones genéticas que podrían estar implicadas en determinadas enfermedades [1]. Por el momento, este coste es inasumible para un sistema público de salud, pero ya son muchas las iniciativas privadas que lo están considerando.

Por otro lado, las expectativas de precisar la causa exacta de determinadas enfermedades son aún limitadas. Sin embargo, sería el primer paso necesario para desarrollar los posibles tratamientos. En este sentido, hubo un caso que afectó al niño Nic Volker, al que tras el análisis del exoma se desvelo la causa de una malformación intestinal que le había sido diagnosticada en un hospital pediátrico de la Facultad de Medicina de la Universidad de Wisconsin –MCW–. El análisis del exoma de este niño, realizado en 2009, reveló que una de las 16.000 variantes génicas detectadas, consistente en una variación de un gen localizado en el cromosoma X, relacionado con una proteína inhibidora de apoptosis (XIAP), era la causa más probable de esta enfermedad. Las mutaciones en este gen ya habían sido relacionadas con desórdenes inmunitarios que dejaban a los niños sin defensas para luchar contra el virus Epstein–Barr. La detención de la causa de la enfermedad gastrointestinal a partir de exoma tuvo una gran repercusión por ser la primera vez que la secuenciación del ADN orientaba el tratamiento para salvar la vida de un paciente. Hoy el Genomic Sciences and Precision Medicine Center del MCW, está secuenciando 700 exomas anuales. Realmente el caso de Nic Volker, sirvió de acicate para impulsar el análisis del exoma de los recién nacidos.

El principal problema de este tipo de análisis es relacionar las variaciones en el ADN observadas en el exoma de un recién nacido, con una posible enfermedad sin referencias de cuáles son las secuencias correctas para el carácter alterado. Hoy, a finales de 2018, hay cerca de 150.000 secuencias de exoma y más de 16.000 genomas completos secuenciados, gracias al esfuerzo desarrollado entre 2008 y 2015 por el Proyecto 1000 Genomas [2] y al Genome Aggregation Database –genomAD–, por lo que poco a poco se va avanzando en el deseo de diagnosticar las patologías a partir del análisis del exoma de los recién nacidos.

Hoy son varios los hospitales pediátricos americanos en los que se están desarrollando actividades de secuenciación de exoma de los niños recién nacidos. Así en el Hospital Pediátrico de Boston en colaboración con otras instituciones se practica el BabySeq Project, diseñado como un ensayo aleatorio y controlado [3]. Las 268 familias implicadas en el estudio se reunieron con un asesor en genética con el fin de conocer la historia familiar general. Tras ello se analizó el exoma de los recién nacidos de más de la mitad de estas familias y se hizo un informe clínico, que les fue devuelto para sus registros médicos y disposición de sus pediatras. En el informe, el equipo incluyó información sobre el riesgo para el desarrollo de enfermedades de inicio en la infancia, como tener una variante dominante causante de alguna enfermedad, ser portador de un alelo recesivo para una enfermedad, o poseer variantes de genes asociadas a reacciones adversas a medicamentos de administración habitual a los niños. Posteriormente los investigadores dieron a los padres la opción de su consentimiento para recibir información sobre los riesgos de variantes genéticas que pueden causar enfermedades en fase adulta, como las que predisponen a un individuo para desarrollar cáncer, incluyendo las mutaciones de los genes BRCA1 y BRCA2.

De los 159 bebés incluidos en el análisis de la secuencia del ensayo se identificaron 15 bebés con variantes ligadas a un riesgo de desarrollar una enfermedad, incluyendo varias cardiacas, la fibrosis quística, el síndrome de Smith-Lemli-Opitz, una deficiencia en la enzima que metaboliza la vitamina biotina, pérdida de la audición. etc. Dos de los genomas de estos bebés llevaban variantes ligadas al gen BRCA2, la madre de uno de los cuales tenía antecedentes familiares de cáncer de mama. Otros ocho niños, de los 159 analizados, mostraron variantes asociadas con reacciones adversas a medicamentos. Ninguno de estos hallazgos se basaron en lo se sabía acerca de los niños, las características clínicas o su historia familiar.

Pero es importante señalar que el análisis del exoma y los  hallazgos que se hagan, no implican el desarrollo infalible de la enfermedad. Este tipo de información genética puede tener algún valor predictivo, pero no es definitivo y es muy posible que muchos de los niños en cuyo exoma se detecte alguna alteración no lleguen a desarrollar nada en su futuro. A esto se refería Cynthia Powell, pediatra y genetista de la Universidad Chapel Hill de Carolina del Norte al señalar que: “Cuando se detectan bebés sanos y sin antecedentes familiares de cualquier cosa, no sabemos si una variante en un gen realmente va a dar lugar a enfermedad en última instancia“. Powell no estuvo involucrada en el proyecto BabySeq, pero sí en un proyecto de secuenciación recién financiado bajo el mismo paraguas. “Ojalá, se haga un seguimiento a largo plazo de los niños para ver si desarrollan evidencia de estas condiciones” […] “sin duda será una prueba bastante convincente de que la secuenciación del exoma tiene alguna utilidad”.

El problema sigue siendo económico para un sistema público de salud. La secuenciación clínica del exoma probablemente costaría varios miles de euros por persona.  Por el contrario, el cribado habitual de los recién nacidos a partir de una muestra de sangre tras un pinchazo en un talón, solo cuesta unos cientos. Queda por ver si la secuenciación del exoma redundará en mejores resultados para los niños. De momento queda el hecho de su posible utilidad en un futuro.

Falta por determinar cómo las prueba genómicas podrían cambiar el panorama de la evaluación de los recién nacidos. El análisis del exoma es un camino hacia el futuro, pero antes habrán de abaratarse considerablemente los costos y sobre todo contar con bases de datos de las alteraciones de las secuencias implicadas en las enfermedades para prevenir los posibles tratamientos en los casos en que aparezcan los síntomas. Por otro lado, la prontitud del conocimiento puede ser más importante en el caso de los bebés afectados que en el de los sanos.

[1] E.A. Worthey et al., «Making a definitive diagnosis: Successful clinical application of whole exome sequencing in a child with intractable inflammatory bowel disease. Genetics in Medicine, 13 (2011) 255–262.

[2] 1000 Genomes Project Consortiuml. «A global reference for human genetic variation». Nature 526(7571) (2015) 68-74.

[3] O. Ceyhan-Birsoy y otros, «Interpretation of genomic sequencing results in healthy and ill newborns: results from the BabySeq Project». The American Journal of Human Genetics, (2019) DOI: 10.1016/j.ajhg.2018.11.016

Nicolás Jouve de la Barreda
Nicolás Jouve de la Barreda
Catedrático Emérito de Genética de la Universidad de Alcalá. Presidente de CiViCa.