Existe un gran número de enfermedades comunes (diabetes mellitus, hipertensión arterial, esquizofrenia y otras), así como muchas malformaciones congénitas, que no se comportan como enfermedades hereditarias clásicas, pero cuyo componente genético se intuye por su recurrencia dentro de un mismo grupo familiar.
La etiología y la patogenia de estas enfermedades son complejas y poco conocidas. En ellas intervienen múltiples factores genéticos, a los que se suman interacciones con el medio ambiente.
Por dichas razones, estas enfermedades se consideran de origen multifactorial, a diferencia de las enfermedades monogénicas, causadas por un único gen mutante y que suelen seguir un patrón de herencia mendeliano, y de las cromosomopatías, en las cuales la alteración subyacente es una anomalía estructural.
HERENCIA MULTIFACTORIAL Y CARACTERES CONTINUOS
La herencia multifactorial se define como la herencia debida a la combinación de factores genéticos con participación, en muchos casos, de factores no genéticos, y en la cual cada factor individual ejerce un efecto relativamente pequeño sobre la expresión del fenotipo. El término herencia poligénica es más restrictivo y se refiere a la herencia debida a la adición de los efectos de un número variable de genes, sin interacción con el ambiente.
La mayoría de los caracteres normales, como por ejemplo la estatura, tienen una herencia multifactorial y se caracterizan por una variación continua en la población, opuesta a los rasgos estrictamente mendelianos o discontinuos. En la herencia multifactorial, el fenotipo anormal o patológico es la expresión de un extremo del espectro de la variación en que se manifiesta dicho carácter. El retraso mental inespecífico o la talla corta constituyen ejemplos típicos. De hecho, el concepto de herencia multifactorial se originó a partir de estudios genéticos de rasgos mensurables o cuantitativos que se distribuían en una población según el modelo de la distribución normal o en campana de Gauss, como ocurre con la distribución de la estatura en una población concreta.
La evidencia de que muchas enfermedades comunes y malformaciones congénitas tienen en su origen un componente genético proviene, sobre todo, de estudios epidemiológicos en los cuales se compara la frecuencia de la enfermedad entre individuos genéticamente emparentados con su frecuencia en la población general. En este sentido, se ha observado que ciertas malformaciones son más prevalentes en determinados grupos étnicos. Por otro lado, existe una mayor frecuencia de malformaciones específicas entre los familiares de individuos afectados (tendencia familiar), la cual es proporcional al grado de parentesco, como ocurre con el labio leporino, con paladar hendido o sin él, en Europa y en Norteamérica. Pero el argumento más definitivo acerca del papel que desempeñan los factores hereditarios en la génesis de estas enfermedades comunes y malformaciones congénitas son los estudios de gemelos. En caso de que un rasgo, ya se trate de una enfermedad o de una malformación, sea enteramente genético, se manifestará en el 100 % de los gemelos monocigotos, mientras que únicamente lo presentarán el 50 % de los gemelos dicigóticos, dado que comparten tan sólo la mitad de su carga génica. Sin embargo, si un rasgo no es genético, la concordancia entre pares de gemelos monocigotos y de gemelos dicigotos será similar y menor del 100 %. Por el contrario, si el rasgo es multifactorial con un componente genético relevante, los monocigotos serán más concordantes entre sí que los dicigotos, aunque menos del 100 %. Con todo, y una vez demostrado que un rasgo fenotípico tiene un origen parcialmente genético, es necesaria la presencia de factores ambientales para que se manifieste.
FACTORES GENÉTICOS Y MODELO DE UMBRAL
Se ha propuesto un modelo que combina la acción de factores genéticos y ambientales en la génesis de una enfermedad común o una malformación congénita; se trata del modelo de umbral, según el cual la susceptibilidad genética para una enfermedad se distribuye en forma continua en la población, siguiendo una distribución normal. La aparición en un individuo de un fenotipo anormal considerado como rasgo discontinuo sobre el sustrato continuo de la susceptibilidad genética, se define por el salto de un umbral. El modelo sitúa a los individuos enfermos en un extremo de la curva de distribución gaussiana, tal como se distribuirían los individuos de mayor talla en una población si analizáramos en ésta la distribución de la estatura. Este modelo explicaría la presencia de rasgos o de enfermedades discontinuas es decir, que se padecen o no se padecen como la forma extrema de una susceptibilidad distribuida de un modo continuo en la población. El hecho de que los familiares de un individuo afectado tengan un mayor riesgo de padecer la enfermedad que el resto de la población porque comparten con él una parte mayor de su carga génica, se explicaría también por el modelo de umbral: la curva de distribución normal en los familiares se encuentra desplazada hacia la derecha; este desplazamiento es más acentuado cuanto más cercano es el grado de parentesco con el paciente probando. La curva de distribución en los familiares en primer grado (padres, hijos y hermanos), que comparten 1/2 de su carga génica con el probando, se desplaza 1/2 de la diferencia que hay entre la media de la susceptibilidad genética en individuos enfermos y la de la población general. Con esto, la cantidad relativa de familiares con riesgo de desarrollar la enfermedad será mayor que la proporción de individuos de la población general. En el caso de familiares en segundo grado (abuelos, nietos, tíos carnales), la proporción de carga génica compartida con el probando es de 1/4, y éste será el desplazamiento que sufrirá en ellos la curva gaussiana. En caso de familiares en tercer grado (primos hermanos), la curva se desplazará 1/8, exactamente la cantidad de carga génica compartida. Para un umbral determinado, puede observarse cómo el riesgo de recurrencia en la familia disminuye a medida que lo hace la relación de parentesco. Debido, pues, a las propiedades geométricas de la distribución normal, habría un riesgo importante en los familiares en primer grado, pero este riesgo iría disminuyendo progresivamente para familiares más alejados.
El modelo de umbral multifactorial permite realizar una serie de predicciones del riesgo de recurrencia de enfermedades comunes o malformaciones en los familiares de un paciente probando; de ahí su utilidad clínica. Estas predicciones, distintas de las que ofrece la herencia mendeliana, son: a) los riesgos de recurrencia son siempre riesgos promedio, empíricos, y pueden variar de una familia a otra;
b) el riesgo aumenta con el número de familiares afectados;
c) el riesgo se incrementa también con la gravedad de la enfermedad o malformación; d) el riesgo diferencial para los familiares de un probando afectado se acrecienta a medida que disminuye la frecuencia de la enfermedad en la población, y e) cuando el cociente sexual entre los pacientes probandos que padecen una enfermedad es distinto de 1, los descendientes de aquellos pacientes cuyo sexo es el menos afectado tienen mayor riesgo de desarrollar la enfermedad.
El hecho de que tanto la gravedad de la enfermedad como la presencia de más de un afectado en una familia influyan sobre el riesgo de recurrencia no se debe a que ambos fenómenos alteren el riesgo per se; lo que sugiere es que la susceptibilidad genética está desplazada hacia la derecha de la curva de Gauss de la población general. De ello se deduce que en determinadas familias hay mayor riesgo de recurrencia que en otras. No es esto lo que ocurre con las enfermedades monogénicas como la fibrosis quística. En esta entidad, por ser su herencia autosómica recesiva, el riesgo de que una pareja de portadores sanos tenga otro hijo afectado es siempre del 25 %, sea cual fuere el número de hijos enfermos que haya tenido previamente. Sin embargo, el riesgo de recurrencia en un hermano de un niño con labio leporino es del 4 %, pero aumenta hasta el 10 % si hay en la familia dos familiares en primer grado afectados. En las enfermedades monogénicas, el riesgo de recurrencia tampoco se ve influido por la frecuencia de la enfermedad en la población, pero sí ocurre esto en las enfermedades multifactoriales, como se puede observar en el labio leporino con paladar hendido o sin él y en la estenosis congénita del píloro. Esta última entidad es un ejemplo claro del fenómeno descrito en el apartado e de las predicciones que se derivan del modelo de umbral. El cociente varón:mujer en la estenosis del píloro es de 5:1, lo cual sugiere que el umbral de susceptibilidad genética para las niñas es mayor que para los niños y, por lo tanto, la prevalencia en ellas de la enfermedad es menor. Por otra parte, se podría esperar que una niña enferma tuviera un mayor grado de susceptibilidad genética y, por consiguente, sus familiares más cercanos tendrían un riesgo mayor de recurrencia que los familiares de niños enfermos. De hecho, los hijos de mujeres que padecieron la enfermedad durante la lactancia tienen 3 veces más riesgo de desarrollarla que los hijos de varones afectados. Con todo, en ambos casos el riesgo de los hijos varones sigue siendo mayor que el de las hijas.
Aunque las consideraciones mencionadas tengan valor en la práctica clínica, la validez científica del modelo de umbral multifactorial no está confirmada. El riesgo de recurrencia que se observa entre familiares en primer grado de pacientes varía, según las enfermedades, entre el 3 y el 10 %. Éste es un riesgo menor que el de las enfermedades mendelianas; sin embargo, es mayor que el de la población general. Dado que en la etiopatogenia de estas enfermedades se ha comprobado la existencia de factores genéticos que tienen probablemente un efecto pequeño y aditivo, cabría preguntarse cuántos genes están involucrados y cuál es la proporción relativa de cada uno ellos en el efecto final, es decir, en la aparición de un fenotipo anormal. En la década de los años ochenta la moderna genética molecular humana ha hecho posible la comprensión molecular de un número importante cada vez mayor de enfermedades monogénicas, como la distrofia muscular de Duchenne o la fibrosis quística. No obstante, a pesar de su relevancia, todos estos descubrimientos y su aplicación clínica tienen un impacto poco significativo sobre la salud pública. En este sentido, el desafío lo plantean las enfermedades comunes por su alta prevalencia. En consecuencia, la frontera de la investigación en genética humana está representada por el estudio de las enfermedades de herencia compleja. Este estudio presenta problemas importantes, sobre todo el hecho de que no se puede controlar en forma experimental el efecto de los factores ambientales sobre los individuos y las familias en los cuales se expresan las enfermedades comunes y malformativas. Para su abordaje genético es necesario mejorar la tecnología disponible. Sin embargo, ya existen vías abiertas para un futuro cercano. Una de ellas es el estudio de modelos murinos, que pueden ser manipulados experimentalmente para reducir el efecto ambiental, sobre los cuales es posible trabajar y obtener genes candidatos y, posteriormente, investigar qué papel pueden desempeñar los genes equivalentes humanos en la génesis de la enfermedad multifactorial. Otra vía es la disponibilidad de mapas genéticos densos de marcadores distribuidos a lo largo del genoma. Estos mapas ya existen, tanto para el genoma humano como para el murino.
ANÁLISIS GENÉTICO DE LAS ENFERMEDADES COMPLEJAS
Hay varias enfermedades comunes susceptibles de un análisis genético que sirven como modelo para el diseño de estrategias que permitan identificar los loci o genes que participan en su etiopatogenia. Una de ellas es la diabetes mellitus tipo I o insulinodependiente. Esta entidad muestra un modelo complejo de herencia, causada tanto por componentes genéticos como ambientales. El papel de estos últimos está claramente confirmado por el hecho de que en los gemelos monocigotos de enfermos diabéticos tipo I, el riesgo de desarrollar la enfermedad es el 36 %. Sin embargo, los factores genéticos son esenciales. El riesgo de que un hermano desarrolle la enfermedad es del 6 %; es más elevado si se considera el riesgo de la población general. El cociente \s mide la relación entre el riesgo de los hermanos del paciente comparado con la prevalencia en la población. En el caso de la diabetes tipo I el valor de \s es igual a 6/0,4 = 15, mientras que el riesgo de la población general es de 0,4. Cuanto mayor es el valor de \s, mayor es el efecto genético que subyace al proceso patológico. El locus IDDM1 es el determinante genético tanto los seres humanos como en los ratones. Los determinantes primarios del locus IDDM1 se han identificado como polimorfismos en los sitios de unión a péptidos de las moléculas clase II HLA-DQy HLA-DR en el cromosoma 6p21. No obstante, se han identificado otros loci y genes de susceptibilidad que influyen en la fisiopatología de la diabetes tipo I. El estudio de rasgos complejos en los cuales pueden participar varios genes requiere métodos distintos del análisis de ligamento utilizado para las enfermedades monogénicas. Estos métodos son varios; uno de ellos es el análisis de pares de hermanos afectados, investigando qué regiones del genoma han heredado en forma idéntica y si esta herencia común no es meramente aleatoria. Por otra parte, es útil disponer de modelos de animales, tales como el ratón o la rata, en los que se mapean loci de susceptibilidad, para posteriormente examinar las regiones homologas (sinténicas) en los seres humanos. Siguiendo estas aproximaciones se describieron hasta doce loci humanos que contribuyen a la diabetes tipo I. La interacción genética entre estos loci puede llevarse a cabo de dos maneras. Por un lado, puede haber un fenómeno de epistasia, el cual implica que el genotipo de un locus ejerce efecto sobre la contribución de otro locus; esto sugiere que los genes pueden actuar en una vía biológica relacionada.
El fenómeno opuesto a la epistasia es la heterogeneidad genética, el cual indica que dos o más loci son causas independientes de la enfermedad y actúan a través de vías biológicas separadas. Una disrupción en cualquiera de ellas conduce a la susceptibilidad para desarrollar la enfermedad. En el caso de la diabetes tipo I, los loci IDDM1, relacionados con moléculas clase II del sistema HLA y IDDM2, asociado éste con un polimorfismo enel gen de la insulina en llpl5, actuarían en forma conjunta según un modelo de epistasia. Por el contrario, los loci IDDM1 y IDDM3 se adecuarían más a un modelo de heterogeneidad genética. Si ambos modelos se ajustan a la realidad, habría dos o más formas distintas de diabetes tipo I y en cada una de ellas actuarían diferentes loci.
Por otra parte, se conoce la importancia del ambiente, concretamente las ingestas nutricionales tempranas y la exposición a los virus en el desarrollo de la enfermedad. Este ambiente actuaría sobre los loci de susceptibilidad determinando, en parte, su penetrancia y expresión.
El desarrollo de nuevas estrategias de genotipificación a gran escala con métodos fluorescentes y el uso de técnicas que permitan reducir los intervalos de las regiones de susceptibilidad genética permitirán avanzar en el aislamiento de los genes intermitentes en las enfermedades complejas. El objetivo último es encontrar mutaciones en los genes presutamente involucrados, entre todos los que hay en la región. La disponibilidad de mapas de secuencias transcritas que presentan genes o parte de genes, con una saturación progresiva de las distintas regiones genómicas, permitirá detectar los genes que participan en las enfermedades complejas cuyos loci se han determinado por las estrategias mencionadas.
SISTEMA HLA Y ENFERMEDAD
El sistema de antígenos leucocitarios humanos (HLA) y su relación con enfermedades constituye un ejemplo de susceptibilidad genética controlada por genes con efectos mayores pero con penetrancia relativamente baja. El conjunto de genes que forman parte del sistema HLA se localiza en el brazo corto del cromosoma 6, en el contexto del locus del complejo mayor de histocompatibilidad (CMH). Los genes HLA se dividen en clase I y clase II, y fueron descubiertos originalmente en virtud de su importancia en el trasplante de tejidos entre individuos no emparentados.
Los genes de clase I (HLA-A, HLA-B y HLA-C) codifican antígenos que forman parte de la membrana plasmática de las células nucleadas. Estos antígenos no sólo intervienen en el rechazo de transplantes sino que también desempeñan un papel fundamental en la adquisición de inmuno-competencia y participan en el reconocimiento de los antígenos, la interacción entre los linfocitos y el desarrollo de la autotolerancia. Un antígeno de clase I consiste en dos subunidades polipeptídicas, una cadena pesada codificada en el CMH y un polipéptido no polimórfico, la microglobulina, codificada por un gen localizado en el cromosoma 15.
El locus de clase II está compuesto por varias subregiones que codifican los antígenos HLA-DP, HLA-DQy HLA-DR. Estos antígenos se expresan primariamente en las células B, los macrófagos y los linfocitos T activados. Cada molécula de clase II es un heterodímero formado por subu-nidades a y (3, ambas codificadas en el CMH. Al igual que los antígenos de clase I, son moléculas integrales de la membrana e intervienen en las interacciones celulares y en las funciones inmunológicas. Tanto los antígenos de clase I como los de clase II son esenciales a la respuesta inmunológica.
Los antígenos HLA son muy polimórficos; los alelos de los distintos genes están ligados estrechamente, de tal manera que se transmiten conjuntamente como un haplotipo. Estos haplotipos HLA muestran un marcado desequilibrio de ligamiento o asociación genética. Algunos de los haplotipos son mucho más frecuentes de lo esperado mientras que otros son excepcionalmente raros, entre los más de 3 X 107 combinaciones haplotípicas teóricamente posibles.
El sistema HLA se ha transformado en un paradigma para el análisis de las asociaciones poblacionales entre marcadores genéticos y una determinada enfermedad y, en segundo lugar, como sistema polimórfico empleado en el estudio de familias con múltiples enfermos, a modo de ligamiento genético.
A medida que aumenta el número de alelos HLA reconocidos para los distintos genes del sistema, se van poniendo de manifiesto diversas asociaciones alélicas o de haplotipos con determinadas enfermedades. Esto es más evidente en el caso de las enfermedades autoinmunes o con algún sustrato inmunológico relevante, como la diabetes mellitus insulinodependiente o tipo I, la espondilitis anquilopoyética o la esclerosis múltiple. La asociación HLA-enfermedad más fuerte es la que existe entre el antigeno HLA-DR2 y la narcolepsia; casi el 100 % de los enfermos narcolépsicos expresan este antígeno de clase II, mientras que sólo lo hace el 16 % de la población general sana. Sin embargo, la proporción de individuos con HLA-DR2 que desarrollan narcolepsia es pequeña. Algo similar ocurre con el antígeno clase I HLA-B27, que se encuentra en el 90 % de los pacientes con espondilitis anquilopoyética de origen caucásico. Otro ejemplo de asociación es la que se ha establecido entre la diabetes mellitus tipo I y los antígenos HLA-DR3 y HLA-DR4, especialmente en personas heterocigotas DR3/DR4. Con todo, la relevancia etiopatogénica de la mayoría de estas asociaciones HLA- enfermedad permanece oscura. La asociación se relaciona, en principio, con la respuesta inmunitaria y su modulación, sin que haya una relación de proximidad física entre el gen causante de la enfermedad y los loci HLA. El estudio de las asociaciones HLA-enfermedad, siendo HLA un sistema genéticamente polimórfico, permitió llevar a cabo estudios de ligamiento y de desequilibrio de ligamiento en biología humana. En la actualidad con el desarrollo de un gran número de marcadores polimórficos a lo largo de todo el genoma humano, es posible realizar estudios de asociación alélica y de desequilibrio de ligamiento en una gran cantidad de enfermedades, tomando el sistema HLA como un modelo ya clásico.
