Content

Este título de la presentación es muy ambicioso.
La UPD hace referencia a la presencia de un par de cromosomas o de un segmento cromosómico que proviene únicamente de uno de los progenitores de un individuo diploide.
La información sobre este fenómeno ha crecido enormemente de manera que en PubMed, la base de datos en internet de la Biblioteca Nacional de Medicina de los EE. UU. (National Library of Medicine) se pueden encontrar más de 550 referencias hasta la fecha (sin mencionar los artículos relacionados con estas referencias).AUTORES

Me gustaría mencionar especialmente las elegantes contribuciones realizadas en este aspecto por las Prof. Lidia Larizza y Orsette Zuffardi y colaboradores sobre el papel de las inversiones del cromosoma 15 parental en las posteriores deleciones segmentarias de este cromosoma y el estudio de las mutaciones de UBE3A en el síndrome de Angelman.
Me gustaría también mencionar la información y observaciones realizadas por el grupo del Prof. A. Schinzel y el Dr. Dietrich Kotzot en este tema.

Lidia, Albert, Me gustaría agradeceros profundamente, así como al Comité Organizador y al Dr. Konstantin Miller la invitación a impartir esta sesión en la reunión de la ECA (European Cytogenetics Association) en Bolonia, Italia. Gracias, además, por vuestra hospitalidad.

Diapositiva 1

Mi trayectoria comenzó en este campo en el período más excitante, el que yo denomino de los años dorados. Entre dos de estos años, 1959 y 1960, se describieron las tres principales trisomías de autosomas, G, E, y D, o 21, 18 y 13 además de tres de las cuatro alteraciones de cromosomas sexuales más frecuentes: XXY, XXX, XO (la XYY aparecería más tarde), y el primer ejemplo de mosaicismo de cromosomas humanos.

Todos conocemos los nombres de los prestigiosos científicos que se muestran, lista que incluye dos ilustrísimos pioneros de Italia, Marco Fraccaro y Paul Polani.

Todos estos avances requirieron un gran esfuerzo, particularmente en lo que respecta al cultivo de las muestras de tejidos y médula, necesarios para ver nuestros cromosomas.

Diapositiva 2

En este contexto, la posibilidad de utilizar unas pocas gotas de sangre periférica para la realización de cultivos a corto plazo y estudiar los cromosomas con fitohemaglutinina como agente mitogénico de los linfocitos representó un gran avance para todas las personas implicadas en estos estudios.

1960 es justamente el año en que comencé a trabajar en el MGH (Massachusetts General Hospital) en Boston en el que montamos un laboratorio de citogenética.

Diapositiva 3

Otros descubrimientos notables en nuestro campo en los 60 fueron la observación de algunas pequeñas deleciones. Sin embargo, como si fuera en los primeros años de la fotografía, los cromosomas aparecían teñidos uniformemente oscuros sobre un fondo claro.

Con esto no me refiero a que no pudieramos ver detalles muy interesantes como el mostrado aquí, con el cromosoma Ph, un cromosoma E 17-18 dicéntrico y una translocación D/D –esta última congénita- en este ejemplo de una célula leucémica clonal de una LMC en crisis blástica.

Diapositiva 4

La identificación específica de los cromosomas mediante el uso de fluorocromos en 1969-1970 con pioneros como Caperson, Zech y colaboradores, Seabright, Dutrillaux y otros cambió completamente el panorama.

Y, de esta manera, con todos los avances técnicos alcanzados revisaré rápidamente los resultados de los análisis citogenéticos llevados a cabo en estudios sistemáticos de abortos espontáneos sufridos en el primer trimestre de embarazo.

Todos ellos apuntan a una elevada tasa de aneuplodía de los gametos, tal observación sirvió de base al concepto de disomía uniparental y sugirió la idea de que, a veces, podría concebirse un individuo con uno de los 23 pares cromosómicos procedentes de un único progenitor.

Diapositiva 5

Más o menos la mitad de los abortos espontáneos mostraban alteraciones cromosómicas importantes, la mitad de ellos trisomías, la quinta parte monosomías del X y un tercio poliploidías, la mayor parte triploidías.

Diapositiva 6

Entre las trisomías, cuatro eran las más prevalentes, la trisomía 16 en un tercio de los casos, y las trisomías 21, 22 y 15, cada una en alrededor de un 10% del total. Todas ellas constituían de manera conjunta unos dos tercios de las trisomías observadas en estos casos.

Ya que, como norma, la segregación aberrante en la meiosis debe dar lugar a tantos gametos nulisómicos como disómicos, no parecía descabellado pensar en que pudiera ocurrir una fertilización entre un gameto nulisómico con otro disómico para el mismo cromosoma, dando lugar a un individuo que tuviera los dos cromosomas de un par procedentes del mismo progenitor.

Diapositiva 7

De esta manera, basándonos en los datos de las tasas de aneuploidía de estos cuatro autosomas y el cromosoma X y realizando ciertos presupuestos:

si asumimos que un 20% de todas las concepciones terminan en aborto espontáneo, la mitad de las cuales son aneuplodías, la complementación en la fertilización de estos 5 cromosomas para dar lugar a UPD ocurriría a las tasas mostradas en la figura.

Según tales premisas, se podría prever la existencia de 2 a 3 casos de UPD de cualquiera de esos cromosomas cada 10.000 nacimientos, e incluso más si consideráramos una frecuencia de abortos espontáneos del 50%!

Diapositiva 8

Si efectivamente ocurriera, ¿cuáles serían las consecuencias de tener las dos copias de uno de los cromosomas de sólo un progenitor?

Diapositiva 9

De esta manera, tras muchos meses de reflexión, pasé una noche, de sábado a domingo, escribiendo esta idea en un borrador.

Diapositiva 10

Una vez impresa y publicada, la idea permaneció dormida algunos años en la literatura científica ya que en el momento de su publicación, en 1980, las maneras de identificar el origen parental de un cromosoma eran bastante limitadas, y se debía esperar al análisis de los polimorfismos de ADN que se muestran esquemáticamente en la figura.

Si tenemos cuatro alelos presentes en ambos progenitores para un locus determinado, podremos identificar cada uno de ellos mediante el tratamiento con una determinada enzima de restricción y posterior electroforesis.

En este diagrama tomado de nuestro libro, el individuo 3 tiene un alelo de cada uno de los progenitores, como corresponde a un individuo normal, pero los individuos 4 y 5 presentan únicamente alelos paternos, dos diferentes en el caso del individuo 4 (heterodisomía) y dos idénticos en el caso del individuo 5 (isodisomía). Es de destacar que si este alelo duplicado fuera el responsable de un carácter recesivo el individuo 5 estaría afectado.

Diapositiva 11

Este mecanismo ayudó a distintos investigadores a describir y analizar el primer caso de UPD. En él estaba implicado el cromosoma 7 materno, responsable da la fibrosis quística en un caso poco frecuente de una niña que tenía la mutación Gly542Ter en su gen CFTR.

Este artículo, del laboratorio de Beaudet, con Ledbetter entre sus autores y Spence como responsable, no solo constituía el primer caso observado de herencia recesiva no tradicional a través de una homocigosidad de uno de los alelos recesivos presentes en uno de sus progenitores. También mostraba la revisión más profunda realizada hasta la fecha de los posibles mecanismos que daban lugar a la UPD.

Es de destacar que la revista Science rechazó este trabajo, aparentemente porque describía una situación demasiado excepcional para ser de interés a la comunidad científica; y, aunque fue aceptado para su publicación por el American Journal of Human Genetics, el editorial que lo acompañaba se hacía eco de las razones de porqué este trabajo había sido previamente rechazado.

Diapositiva 12

En este momento me gustaría revisar la lista de algunas de la enfermedades recesivas en el que se ha descrito este mecanismo en los últimos 14 años. En algunos casos se han observado más de un caso.

Diapositiva 13

En algunos estudios, particularmente en los primeros, uno puede hacerse una idea de que la reducción a la homocigosidad de un carácter recesivo, comparado con la herencia clásica biparental supone entre 2-4% de los casos con más de 50 casos probados.

Por ello ahora veremos este aspecto de la herencia no tradicional en la UPD.

Diapositiva 14

Tenemos que fijarnos ahora en otro fenómeno importante de la UPD, descrito por Rob Nicholls y colaboradores, la impronta genómica.

Diapositiva 15

Pero, antes fijémonos en una observación significativa y bien conocida de una pequeña deleción de 15q11q13 en el síndrome de Prader-Willi (PWS), realizada por David Ledbetter y colaboradores en 1981.

La detección de una deleción tan pequeña requirió unos maravillosos ojos!

Diapositiva 16

Ciertos casos raros de PWS no presentaban esta deleción, y fue mérito de Rob Nicholls y colaboradores mostrarnos que en estos casos, ambos cromosomas 15 tenían alelos y marcadores maternos (rosa). Por ello, en estos casos raros parecía existir UPD del cromosoma 15 y pérdida de este cromosoma paterno.

La lección obvia de todo ello es que un segundo cromosoma 15 intacto no sustituye satisfactoriamente por completo al cromosoma 15 paterno. Por lo tanto, en este caso, aunque parece completamente normal, el segundo cromosoma 15 de origen materno carece del patrón de expresión del cromosoma de origen paterno ¿Por qué esto es así? Esta observación sirve para introducirnos en otro fenómeno todavía poco comprendido, la impronta genómica.

Diapositiva 17

Tenemos aquí una definición bastante simple que nos sirve de recordatorio de la impronta genómica.

Diapositiva 18

Con tiempo y paciencia, se pudo observar como la alteración de la impronta debido a la UPD de un cromosoma podría ser la causa de algunas enfermedades conocidas con anterioridad y sirvió de ayuda también para reconocer algunas nuevas.

Así, la UPD, materna o paterna, de los cromosomas 6, 7, 11 y 15 era la causa de una proporción variable de las enfermedades señalada anteriormente, mientras que la UPD del cromosoma 14 parecía constituir una nueva enfermedad.

Además, parece que la UPD de otros tres cromosomas podrían estar causando ciertos efectos, aunque ello parecía poco probable para el cromosoma 2 materno, sí parecía ser cierto para el cromosoma 16 materno y definitivo para el 20, tanto materno como paterno.

Diapositiva 19

Tanto el cromosoma 20 materno como el paterno muestran una marca de impronta, lo que, del lado materno, permite sensibilidad a la PTH y del lado paterno permite la expresión de una proteína esencial para el desarrollo neurológico embrionario.

Diapositiva 20

Esta imagen nos muestra cuál es la proporción de algunos de las enfermedades más conocidas que pueden estar causadas por disomía uniparental que altera el proceso normal de impronta.

Diapositiva 21

Los datos de esta diapositiva permiten extrapolar la frecuencia base de algunas de las UPD viables implicadas en el desarrollo de enfermedades.

Así, considerando el fenotipo de PWS como viable y conociendo que su frecuencia es de 1 cada 20.000 nacimientos vivos y la UPD del cromosoma 15 causa aproximadamente 25% de estos casos, se puede suponer que la UPD materna del cromosoma 15 acontece en uno de cada 80.000 nacimientos. Lo mismo podríamos considerar para el resto de enfermedades bien documentadas y las frecuencias de las UPD asociadas.

Diapositiva 22

Por la tanto en esta sesión hemos visto dos importantes mecanismos, la UPD como causa de la expresión de caracteres recesivos y la impronta genómica como alteración del proceso normal de expresión y causa de malformaciones.

En este momento, podemos revisar de manera más sistemática las 47 posibilidades de UPD de cromosomas enteros, denominando a los pares de autosomas 22 paternos y 22 maternos y a las tres posibilidades de los cromosomas sexuales, XX maternos y XX y XY paternos.

Diapositiva 23

En esta imagen mostramos de manera bastante arbitraria los números de los cromosomas, maternos o paternos, que se han demostrado contribuyen a en un genoma diploide a la presencia de un par monoparental, asumiendo que la información disponible excluye los individuos mosaicos compuestos por un componente aneuploide.

Esta revisión está formada por 18 cromosomas maternos y 14 paternos, de un total de 32 posibilidades. Por ello en todavía 15 casos no se ha descrito la presencia de un par uniparental, si excluimos el 20 paterno y el X paterno, sólo descritos en un contexto de mosaicismo aneuploide.

Diapositiva 24

Esta diapositiva muestra el momento de descripción de cada una de las parejas uniparentales.

En la primera década tras la descripción del concepto solo hay unas pocas. Sin embargo, se publicaron muchas más en los 5 años que van desde 1991 hasta 1995 y unas pocas más en los siguientes años.

Será interesante comprobar si se describen más para asumir que los que, efectivamente no se ven, pueden ser letales.

Diapositiva 25

El resto de esta charla la dedicaremos a hablar de los mecanismos peculiares que dan lugar a la UPD. He seleccionado estos ejemplos porque, en mi opinión, ilustran aspectos increíbles de la Naturaleza.

El primero ejemplo será mostrar el papel de las translocaciones Robertsonianas homólogas o no-homólogas o fusiones céntricas de cromosomas acrocéntricos.

Como se puede observar aquí, en un primer vistazo, una translocación equilibrada no-homóloga, a través de una segregación meiótica adyacente, da lugar a un gameto disómico. Este gameto, tras la fertilización, da lugar a un individuo trisómico. Si sucede UPD, de dos posibles resultados, uno eliminará el otro cromosoma de ese par del otro gameto, dejando para ese cromosoma una pareja UPD formada por un cromosoma normal y uno translocado.

De acuerdo a Lisa Shaffer y colaboradores, esto ocurrirá en unas 0,6% de las translocaciones cromosómicas Robertsonianas observadas prenatalmente pero el total puede aumentar hasta el 4% cuando se analiza un grupo de portadores fenotípicamemnte anormales. Por otro lado, dos tercios de los portadores de fusiones céntricas de cromosomas homólogos mostrarán un par de los cromosomas implicados del mismo progenitor.

En esta diapositiva se muestra una fusión céntrica del cromosoma 22 en una mujer con abortos espontáneos repetidos (10) antes de tener una hija normal, quien a su vez tuvo siete abortos espontáneos.

Diapositiva 27

Entrando en esta situación con más detalle, vemos que los óvulos con esta segregación de la fusión céntrica homóloga puede, tras la fertilización, producir únicamente individuos inviables con monosomía o trisomía 22.

Los únicos descendientes viables serán el resultado de una complementación de gametos o, más probablemente, de la pérdida muy temprana en el embrión de un cromosoma 22 parental. La probabilidad de este fenómeno es baja y esta es la razón de la existencia de tal número de abortos espontáneos.

Diapositiva 28

En el siguiente ejemplo, se encuentra en una mujer sin pérdida de material genético con una fusión céntrica homóloga 13/13 o un isocromosoma 13q (o un isodicéntrico 13). Este es un caso de UPD del cromosoma 13 paterno.

Esta mujer, a su vez, tiene un descendiente varón sin pérdida de material genético tras cinco abortos espontáneos. Este descendiente tiene la misma fusión 13/13 que su madre, portando por ello una UPD materna del cromosoma 13 sin cromosoma 13 paterno.

De esta manera, sorprendentemente, la UPD del cromosoma 13 ha tenido lugar a través de dos generaciones, en la primera la UPD era paterna y en la segunda maternal, mientras que el otro cromosoma 13 parental no estaba presente en los embriones, un milagro!

Diapositiva 29

En esta imagen podemos ver una translocación Robertsoniana no homóloga 13/14 en un padre cuyo hijo tiene un isocromosoma 14 con el síndrome de la UPD materna del cromosoma 14! La segregación adyacente ha tenido como resultado un gameto paterno nulisómico para el cromosoma 14 cuya deleción ha sido compensada aparentemente por la duplicación del cromosoma 14 materno en un isocromosoma tras la fertilización.

Diapositiva 30

Ya que hemos mencionado los isocromosomas de los cromosomas acrocéntricos, vamos a mostrar, de nuevo varios ejemplos de UPD de la literatura que son consecuencia de la presencia de dos isocromosomas por genoma, nombrando a cada uno de los brazos de un cromosoma con el número 1, 2 (dos veces), 4, 7 o 9. En el caso de Eggerding y colaboradores el brazo corto del isocromosoma 7 era paterno mientras que el brazo largo del isocromosoma era materno?

Diapositiva 31

Algunas veces la UPD no afecta a todo el cromosoma sino que solo implica a un segmento generado a partir de la recombinación somática entre dos cromátidas no hermanas homólogas. Cuando es intersticial, el segmento que sufre UPD es el resultado de dos roturas simétricas que se muestra aquí como el resultado de un intercambio entre cromátidas. La segregación mitótica de los cromosomas duplicados conduce, por tanto, a un mosaicismo con una línea celular nativa y otra en la que se ha rebarajado el material genético pero sin pérdida ni ganancia de éste.

Diapositiva 32

En otros casos el segmento que sufre UP Des terminal y es el resultado de una sola rotura simétrica en cada una de las cromátidas homólogas no hermanas, como se muestra en la figura. Ello también tiene como resultado el mosaicismo entre dos tipos celulares somáticos.

Diapositiva 33

En esta diapositiva se muestran ejemplos de ambos tipos de UPD segmentaria, terminal o intersticial, encontrada en varios cromosomas 4, 6, 7, 11, 14, 20.

Algunos de ellos fueron descubiertos debido a que la reducción hacia la homocigosidad causaba la aparición de caracteres recesivos, mientras que en otros casos había implicados dominios cuya impronta quedaba rota.

En esta imagen se revisan brevemente algunos mecanismos de formación de la UPD de los cromosomas más afectados.

Diapositiva 35

Esta diapositiva resume la información que hemos ido desarrollando en esta presentación.

Diapositiva 36

En esta imagen se muestra la fuente de toda esta información, un libro que publiqué de manera conjunta con mi amigo y colega Stylianos Emmanuel Antonarakis en 2002 por Liss-Wiley en New York.

Diapositiva 37

Mi última diapositiva es un símbolo de todo lo que debemos a tantos autores que han dado gran parte de su vida a una idea tan simple.

En este dibujo se representa a un enano que sentado sobre los hombros de un gigante es la persona que ve más lejos.

Mi agradecimiento al Sr Jean-Claude Malgouyres por su asistencia en la preparación del material gráfico de esta sesión.

Traducción : José Luis Vizmanos. Departamento de Genética, Facultad de Ciencias, Universidad de Navarra, Pamplona, Spain