Los genes y las mutaciones causantes de la retinosis pigmentaria.

Los genes y las mutaciones causantes de retinosis pigmentaria.

La retinosis pigmentaria (RP) es un conjunto heterogéneo de retinopatías hereditarias con muchos genes que causan enfermedades, muchas mutaciones son conocidas y de gran variedad de consecuencias clínicas. El progreso en la búsqueda de tratamientos depende en la determinación de los genes y las mutaciones que causan estas enfermedades, que se incluye tanto el descubrimiento de genes y la detección de mutaciones en los países más afectados, en los individuos y en las familias.

A pesar de la complejidad, el progreso sustancial reside en la búsqueda de genes RP y mutaciones. Dependiendo del tipo de RP, y la tecnología utilizada, es posible detectar mutaciones en el 30-80% de los casos.

Uno de los métodos más poderosos para las pruebas genéticas es la “secuenciación profunda "de alto rendimiento, es decir, la secuenciación de próxima generación (NGS). La NGS no sólo ha identificado varios nuevos genes RP también una fracción sustancial de los casos previamente no resueltos que tienen mutaciones en los genes que causan enfermedades conocidas de la retina, pero no necesariamente RP. Aparentemente existe discrepancia entre el defecto molecular y los hallazgos clínicos y pueden propiciar una reevaluación de los pacientes y las familias.

En esta revisión, se resumirá los enfoques actuales para el descubrimiento de genes y mutaciones, se indicará las dificultades y problemas no resueltos. Similares consideraciones se aplicarán a otras formas de las enfermedades hereditarias de la retina.

Enfermedades retinianas hereditarias afectan a más de 200.000 norteamericanos y a millones de personas en todo el mundo (1,3). Docenas de diferentes tipos de enfermedades se incluyen en este conjunto de enfermedades, y más de 190 genes han sido identificados como la causa de una u otra forma de la enfermedad hereditaria de la retina (4, 5).

La retinitis pigmentosa (RP) representa aproximadamente la mitad de los casos. RP en sí es muy heterogéneo: las mutaciones en más de 50 genes que se sabe que causan RP no sindrómica y casi 3.100 mutaciones han sido reportados en estos genes (5, 6).

Formas sindrómicas de RP son igualmente heterogéneos: mutaciones en 12 genes causan síndrome de Usher y 17 genes están asociados con Bardet-Biedl, que en conjunto estas dos enfermedades representan otras 1.200 mutaciones patógenas.

Además de heterogeneidad genética y mutacional, diferentes enfermedades pueden ser causadas por mutaciones en el mismo gen, síntomas de diferentes enfermedades pueden superponerse, y hay poca variación en la expresión clínica, incluso entre individuos que comparten la misma mutación en el mismo gen.

A pesar de la complejidad, ha habido un progreso significativo realizado en los últimos años en la identificación de nuevos genes RP y en el cribado de pacientes para las mutaciones patógenas. Este es en parte el resultado del desarrollo de técnicas de alto rendimiento en mapeado y secuenciación, pero es también el testimonio de un gran número de investigadores y de grupos de trabajo de investigación en esta área.

En las últimas dos décadas, el número de grupos de investigación en el mundo que se centró en la RP genética ya es un puñado de decenas. El potencial de las opciones para los tratamientos también se ha incrementado notablemente.

El propósito de esta revisión es proporcionar una visión general del estado actual de los genes en la RP. Las retinopatías hereditarias son una amplia clase de enfermedades revisadas ​​en otras publicaciones (4, 7). Este es un ámbito en rápida evolución y es alentador notar que cualquier revisión quedará anticuada más temprano que tarde.

 

Heterogeneidad

La retinitis pigmentosa es una enfermedad progresiva , degenerativa de la retina que conduce a la profunda pérdida de la visión o ceguera ( 3 ) . Las características clínicas de la RP son ceguera nocturna, comenzando a menudo en la adolescencia, seguido de pérdida progresiva de la visión periférica y la subsiguiente pérdida de la visión central. En la mediana edad, pacientes con RP pueden retener unos pocos grados de la visión central, pero en muchos casos la enfermedad culmina en ceguera total.

Resultados en el examen de la retina incluyen 'espículas óseas', depósitos de pigmento, atenuación de los vasos retinianos, y característicos cambios en los patrones del electrorretinograma ( ERG ). En un nivel celular, una vista simplificada de la RP es progresiva la disfunción y la pérdida de fotorreceptores, que afecta primero la visión nocturna en la retina periférica media sobre los bastones,  entonces va progresando hacia la parte central de la retina provocando la eventual pérdida de conos ya sea como un resultado directo del proceso de la enfermedad o secundaria a la muerte de los bastones.

Dentro de este panorama general, sin embargo, existe una considerable variación en la edad de inicio, tasa de progresión,  afectación bastones vs conos, la implicación de otras células de la retina, u otros síntomas de RP, tales como el edema macular quístico , y muchas otras características .

RP que está presente al nacer o poco después se denomina a menudo Amaurosis Congénita de Leber (LCA ). RP puede ocurrir sola, como una RP no sindrómica, sin otros hallazgos clínicos , o como RP sindrómica o sistémica con otros trastornos neurosensoriales , anomalías del desarrollo , o complejos fenotipos clínicos.

El síndrome de Usher es RP con sordera congénita o sordera de aparición temprana .

El síndrome de Bardet - Biedl ( BBS) es RP con enfermedad renal , obesidad, polidactilia y retraso en el desarrollo .

RP también puede ser secundaria a enfermedades sistémicas como las enfermedades mitocondriales o diversas formas de la enfermedad degenerativa cerebelar. 

Para simplificar, esta revisión se limita a RP no sindrómica.

La retinitis pigmentosa es excepcionalmente heterogénea.

Esto incluye:

(I) Heterogeneidad genética - muchos diferentes genes pueden causar el mismo fenotipo de la enfermedad

(II) Heterogeneidad alélica - puede haber muchos fallos diferentes en las mutaciones de cada gen

(III) Heterogeneidad fenotípica - Diferentes mutaciones en el mismo gen pueden causar diferentes enfermedades

(IV) Heterogeneidad clínica - La misma mutación en los diferentes individuos pueden producir diferentes consecuencias clínicas, incluso entre miembros de la misma familia. El grado de heterogeneidad de la RP puede ser confusa para los pacientes y los médicos por igual, y es un factor de confusión en el diagnóstico.

Las más obvias son genéticas y alélicas .

Actualmente, se conocen las mutaciones en:

56 genes que causan RP no sindrómica (Tabla 1).

12 genes para el síndrome de Usher.

17 representan el síndrome BBS. (Cuadros 2 y 3).

Se conocen al menos 100  genes relacionados a la RP, tanto de forma alélica o de

heterogeneidad mutacional es igualmente sorprendente . Se cálcula que todos los genes que causan RP no sindrómica , son cerca de 3.100 mutaciones que causan enfermedades que se presentan en bases de datos de mutación ( Tabla 1 ).

Descontando las superposiciones con RP sindrómica , genes que causan Usher o BBS son al menos otras 1.200 mutaciones (Cuadros 2 y 3 ).

Aunque algunas de las mutaciones públicamente reportadas pueden, más tarde, no llegar a ser patógenas, esto es una subestimación significativa debido a que muchas mutaciones se enumeran en bases de datos privadas y no son sin embargo de dominio público. Entre otras preocupaciones que hay, es la necesidad de compartir información para la recogida más sistemática de la mutación fenotipo - genotipo para las enfermedades hereditaria de la retina.

Abrir bases de datos de Variaciones ( 8 ).

Igualmente es confusa la superposición entre los tipos de la enfermedad, los nombres de las enfermedades, y las consecuencias clínicas. En primer lugar, diferentes mutaciones en el mismo gen pueden causar claramente diferentes condiciones. Por ejemplo, a pesar de que la mayoría de las mutaciones causan RP autosómica dominante y la mayoría de las mutaciones RPE65 causan LCA recesiva, algunas mutaciones pueden ser de acción recesiva en RP y algunas mutaciones en RPE65 pueden ser de acción dominante (9-13).

Mutaciones del síndrome de Usher son recesivas y causan RP con sordera, pero las mutaciones en dos Genes Usher, CLRN1 y USH2A, pueden causar una Rp sin sordera de tipo recesiva (14,15).

Para RP no sindrómica, las mutaciones en 23 genes se sabe que causan RP autosómica dominante.

36 genes causar RP recesivas, y 3 genes causan ligada al cromosoma X (XLRP) (5).

Sin embargo, la Tabla 1 muestra que varias de estas enfermedades pueden superponerse entre sí y las Tablas 1-3 muestran que muchos genes causan enfermedades múltiples. En algunos casos, la enfermedad "secundaria" es poco frecuente (por ejemplo, la rodopsina recesiva o dominante en mutaciones de RPE65), pero en algunos casos es común (por ejemplo RP recesiva y USH2A) .

 

En general, no hay correlación simple entre el gen y la enfermedad.

Por último, incluso mutaciones idénticas dentro del mismo gen puede producir diferentes resultados clínicos.  Variación en la edad de aparición entre individuos  o una tasa de progresión inesperada, pero, por ejemplo, mutaciones en PRPF31 no son penetrantes en algunos miembros de la familia (16,17) y las mutaciones en PRPH2 (RDS) producen una amplia gama de afección macular, o síntomas en la retina periférica (18,19). Una consecuencia es que los miembros de la misma familia, visto por diferentes clínicas, puede tener diagnósticos que son consistentes con los hallazgos en el individuo pero incompatibles con la familia. En general, una considerable superposición entre las enfermedades causadas por los genes de la RP da diferentes nombres a un específico tipo de enfermedad. Esto está bien ilustrado por la superposición en la nomenclatura de la enfermedad propuesto por Berger et al. para enfermedades de la retina hereditarias ( 4 ).

Afortunadamente, las técnicas moleculares permiten la identificación del gen y la mutación o mutaciones subyacentes en muchos casos, la adición de un diagnóstico molecular para el diagnóstico clínico. Sin embargo, en algunos casos esto conduce a contradicciones aparentes que requieren un análisis más detallado de resolver.

 

Enfoques técnicos

Las técnicas estándar para el descubrimiento y detección de genes y mutaciones  - la vinculación de cartografía y secuenciación del ADN- se han utilizado durante muchos años. Sin embargo, el desarrollo de alta densidad y alto rendimiento en las técnicas en los últimos 10 años ha incrementado el poder de estos métodos en gran magnitud.

Para la vinculación de cartografía, SNP de alta densidad ( single nucleotide polimorfismo) matrices , tales como la Affymetrix SNP 6,0 / CNV matriz, ( 20 ) permite la vinculación de prueba contra casi 1 millón de marcadores genéticos. Para los efectos prácticos, éstas se reducen a alrededor de 10.000 marcadores más informativos - , con relaciones conocidas a los marcadores contiguos. Sin embargo, incluso con conjuntos de marcadores más pequeños, hay un grave problema por el gran número de pruebas independientes (comparaciones múltiples )

que conducen a la aparente vinculación ' hits' por casualidad.  Afortunadamente , hay muchos más marcadores genéticos , altamente variables en el genoma humano que pueden ser utilizados para refinar vinculación de la cartografía ( 9 ) .

Varios genes RP han sido primero localizados por la vinculación de cartografía en los últimos años (21-25).

Una consecuencia de la disponibilidad de SNP profunda en conjuntos de marcadores es que es posible identificar regiones en los cromosomas homólogos que son idénticos , es decir, las regiones en un par coincidente de cromosomas que se derivan de un solo cromosoma en un ancestro relativamente reciente . Esto identifica la localización cromosómica de mutaciones recesivas idénticas en las familias con consanguinidad o dentro de la familia de reciente apareamiento. Este enfoque de la cartografía de genes recesivos es llamada mapeo de homocigosis o mapeo autocigosis ( 26 ) . Ha sido muy productiva en la identificación de genes RP en familias endogámicas y poblaciones étnicas en donde la endogamia es común ( 27-31) .

Sorprendentemente, incluso en familias que no tienen pruebas de consanguinidad, mutaciones de RP recesivas son más a menudo idénticos por descendencia, ampliando de esta manera la utilidad de la cartografía homocigosis ( 26 ) .

Los métodos para detectar mutaciones en una secuencia de ADN por secuenciación Sanger incluyen nivel , detección de nivel de secuenciación basada en arreglos de mutaciones (por ejemplo, APEX , la "extensión array -primer ' ( 32-34 ) ) , secuenciación de ultra – alto rendimiento y otros.

De éstos, el gran avance en los últimos años en la búsquedade genes RP es la aplicación de secuenciación de ultra- alto rendimiento, se hace referencia generalmente como secuenciación de próxima generación.

( NGS ) ( 35 ) . Secuenciación de Sanger convencional se suele hacer mediante semiautomático , multilane electroforesis capilar (en sí misma una mejora importante sobre los métodos anteriores ). En contraste, NGS hace millones de secuencias y se ejecuta en paralelo en la perla de tamaño micrométrico o en comparables micro - pozos, tras completar hasta un mil millones de pares de bases que lee por barrido. Es decir, la secuenciación de NGS es 1000 veces más rápido que la secuenciación convencional , y mucho menos costoso por secuencia .

Hay varios métodos de NGS y numerosos aplicaciones distintas ( 36 , 37 ) . Lo que la mayoría de los métodos tienen en común es la secuencia corta de lectura , escopeta :

ADN se fragmenta primero en secuencias cortas , leer estas longitudes están en el rango de 100 a 200 pares de bases , y los métodos computacionales se utilizan para " rearmar " el

Fragmento corto que lee en construcciones más grandes . Esto permite una lectura exacta y extremadamente rápida en la secuenciación de grandes regiones del genoma humano, pero algunas características de ADN humano, tales como deleciones y reordenamientos ,repeticiones expandidas , y haplotipos , no son accesibles a NGS sin pasos adicionales .

También, debido al volumen de los datos producidos por NGS , se necesitan recursos bioinformáticos para aprovechar al máximo los resultados.

A pesar de estas limitaciones , NGS ha sido excepcionalmente productivo en el descubrimiento de genes y la detección de mutaciones de RP. En términos generales, hay tres estrategias de NGS :

NGS en todo el exoma, NGS en todo el genoma y NGS de captura dirigida.

NGS en el exoma entero implica la captura de todas las regiones codificantes de proteínas, es decir, todos los exones, que constituyen alrededor de 1,5 % del genoma humano.

Por definición, esta técnica se limita a la búsqueda de mutaciones en las regiones de codificación solamente, pero no obstante se ha llevado a la identificación de varios genes RP y mutaciones nuevas ( 9 , 38 , 39 ) .

NGS en todo el genoma abarca casi la totalidad del genoma humano (aproximadamente 98 % ) , y evita la introducción de artefactos para la captura por el exón , pero aún no está en uso la rutina para el descubrimiento de genes . Las principales limitaciones son los costos de secuenciación, y la gestión y el análisis de los grandes conjuntos de datos resultantes. Sin embargo , es probable que la secuenciación del genoma completo se convertirá en rutina en un futuro próximo , especialmente con el desarrollo de " tecnologías de tercera generación ' ( 40 ) .

Captura dirigida, la tercera estrategia NGS, alcanza los límites de las pruebas a los exones de conocidos genes causantes de enfermedades (41). La desventaja, por supuesto, es que no hay nuevos genes que puedan ser identificados. Las ventajas son que el "espacio" del análisis es mucho más pequeña, se sabe más, a priori, sobre cada uno de los genes, y los costos son mucho más bajos. Por lo tanto ésta es actualmente un enfoque óptimo para la detección de mutaciones de RP, con muchas aplicaciones (42-47).

Por último, algunas mutaciones no se detectan fácilmente por secuenciación o NGS convencional, particularmente grande deleciones y reordenamientos . Algunas deleciones pueden ser detectadas por SNP arrays , y los Affymetrix 6,0 SNP / CNV arrays incluyen sondas de número de copia (CNV ) para la detección de eliminación ( 20 ) . Basado en métodos de amplificación, como MLPA o qPCR , pueden detectar deleciones pequeñas . Éste es un problema importante ya que casi un 3 % de los casos de RP autosómica dominante son causados por deleciones en PRPF31 no detectables por secuenciación ( 17 , 48 ) . Deleciones y reordenamientos similares son encontrados en ABCA4 , una causa común de RP recesivo, y en RPGR , la causa principal de RP ligada al cromosoma X ( 49 ) . Sin embargo, se detectan fácilmente las supresiones de RP ligada a X en los hombres, y el problema principal en secuenciación RPGR es la naturaleza repetitiva de ORF15 .

El estado actual del descubrimiento de genes y mutaciones, la detección, identificación de nuevos genes que causan enfermedades heredadas de la retina heredados como RP, ha progresado a un ritmo constante , según tasa lineal desde hace casi 20 años ( Fig. 1 ) . Aunque las herramientas para el descubrimiento de genes son mucho más potentes , el ritmo constante en los últimos años sugiere que, en general , cada nuevo gen es más raro que los genes anteriores y por lo tanto más difíciles de detectar . NGS Todo el genoma pueden acelerar el descubrimiento de nuevos genes, pero es posible que en los restantes genes RP desconocidos sea más complicado. Sin embargo , no hay manera significativa para predecir el número restante de genes RP.

Las preguntas significativas en este contexto son:

La primera, ¿En qué fracción de los pacientes RP puede que causen enfermedades las mutaciones que se detectan hoy, y la segunda,  ¿Cuándo será posible encontrar mutaciones en casi todos los pacientes , al menos 95 % ?

La respuesta a la primera pregunta depende de la tecnología utilizada y el tipo de RP. Combinando resultados de la secuenciación de Sanger convencional y ( figura 1) asignando e identifincado los genes de enfermedades retinianas en más de tres décadas de investigación.

NGS objetivo de captura, utilizando estimaciones aproximadas , es posible para detectar la mutación o patogénico subyacente en mutaciones en un 20-30% de los casos autosómicos recesivos RP , 60-70 % de los casos autosómica dominante , el 80-85 % de ligada al cromosoma X , y más del 85 % de Usher y BBS.

Simplex , de los casos de RP aislados son más complicadas.

Tradicionalmente, los casos RP simplex se prevé que sea recesivo, con padres portadores no afectados. Esto es cierto en muchos casos , pero hay excepciones . Al menos el 15 % de varones con RP y con otros miembros de la familia no afectados tienen mutaciones en los genes ligados al cromosoma X RPGR o RP2 ( 51 ) . Mutaciones de nueva autosómica dominante representan al menos el 1-2 % de los casos simplex ( 45 , 52 ).

NGS dirigido identifica mutaciones en 19-36 % de RP simplex, pero confirmar la patogenicidad en estos casos es problemática ( 44-47 ) . Una complicación adicional es que la frecuencia de portabilidad para toda las enfermedades hereditarias de la retina en mutaciones en individuos no afectados podrán superar el 20 % ( 53 ) . Eso es , cada mutación es extremadamente rara , pero hay tantos genes y tantas mutaciones, que se agregan como comunes .

La predicción es arriesgada , pero teniendo en cuenta los rápidos avances en los métodos de secuenciación de ADN , y la continuación de identificación de nuevos genes RP , es razonable esperar que dentro de 5 años será posible detectar el gen y la mutación o mutaciones causante en el 95 % de los pacientes . Esto es suponiendo que la mayoría de los restantes casos son monogénica , es decir, causada por un único gen en cada individuo . Dado que las formas digénicas de RP y formas trialelicas de BBS son ya conocidos, la herencia poligénica en las enfermedades de la retina no se puede descartar ( 54 , 55 ) .

Por último , el diagnóstico genético de RP puede cambiar el diagnóstico familiar o formular preguntas acerca de la relación entre el genotipo y el fenotipo . Por ejemplo , al menos el 8 % de las familias con un diagnóstico provisional de RP autosómica dominante en realidad tienen mutaciones en genes RP ligada al cromosoma X ( 56 ) . Las mutaciones en los genes comúnmente asociada con el síndrome de Usher o BBS pueden provocar RP no sindrómica ( 14 , 15 , 57 ) . otros ejemplos pueden surgir de NGS específica de captura . Esto puede ser confuso para el paciente y requiere una explicación y asesoramiento. En algunos casos , se puede requerir la redefinición de la enfermedad de la familia . Conciliación de la clínica con el fenotipo, los antecedentes familiares y los hallazgos genéticos son nuevo paso crítico en el diagnóstico de las enfermedades hereditarias de la retina.

 

Agradecimientos:

Al Apoyo de becas por la Fundación Lucha contra la Ceguera y a la subvención del NIH (Instituto Nacional de Salud USA) EY007142.

El Dr. Daiger es el director de un Laboratorio certificado para el genotipado de enfermedades hereditarias de la retina ® eyeGENE,  e incluye apoyo financiero para las pruebas  genéticas.

 

 

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Revisión

Los genes y las mutaciones causantes de la retinosis pigmentaria.

Recibido el 23 de abril de 2013.

Revisado y aceptado para su publicación el 20 de mayo 2013.

Publicación online autorizada el 19 de Junio de 2013.

Hallada el 19 de Septiembre de 2013.

Traducido el 23 de Septiembre de 2013 por Rodrigo Lanzón.

Enlace donde se puede descargar el PDF original en inglés.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/cge.12203/full