XI Trobada de Professors de Biologia de Batxillerat Barcelona, 2016. EL DIAGNÒSTIC GENÈTIC I LES TERÀPIES DE LES MALALTIES HEREDITÀRIES Les grans fites assolides en aquesta dècada i els reptes de futur. Roser Gonzàlez Duarte

1. EL DIAGNÒSTIC GENÈTIC I LES TERÀPIES DE LES
MALALTIES HEREDITÀRIES
Les grans fites assolides en aquesta dècada i els reptes de futur
Roser Gonzàlez Duarte
Departament de Genètica
Facultat de Biologia - Universitat de Barcelona

2. EL GENOMA HUMÀ
23 parells de cromosomes
Seqüenciciació GEN HUM: Evolució del concepte a la realització d’un projecte de recerca revolucionari
Charles DeLisi Departament d’Energia, Salut i Medi Ambient
NIH J Watson, F Collins (geneBc maps, physical maps, and finally the complete nucleoBde sequence map)
Craig Venter (TIGR) 1.8 Mb H. Influenzae, nous mètodes computacionals
La seqüència es publica 2001 - 2003. ($16 million in 1987; $3-billion in 1990)
Noves dades: 3,234.83 Mb; aprox. 25,000 gens; 1.5 % DNA que codifica per proteïnes
La resta correspon a regions reguladores, LINEs, SINEs, introns i seqüències de funció desconeguda

3. NOVES PERSPECTIVES en molts camps de la BIOLOGIA:
biomedicina, antropologia, evolució, ancestres
REVOLUCIÓ en LA IDENTIFICACIÓ DE NOUS GENS
CAUSANTS DE PATOLOGIES
DIAGNÒSTIC GENÈTIC malalBes hereditàries
CÀNCER estudi del DNA en teixits somàBques
IDENTIFICACIÓ GENÈTICA. DIAGNÒSTIC DE PATERNITAT
MEDICINA FORENSE
APLICACIONS
FARMACOGENÈTICA

4. MALALTIES GENÈTIQUES HEREDITÀRIES
• Errors en la informació genètica (DNA) que es
transmeten de pares a fills
• Aquests canvis es localitzen en el:
1. DNA nuclear (cromosomas), herencia mendeliana
2. DNA mitocondrial, herencia materna
Tipus de canvis
Grans:
reordenacions cromosòmiques
PeBts:
subsBtucions de bases, delecions,
duplicacions

5. SEQÜENCIACIÓ DEL DNA
1975, mètode + i – ( Sanger and Coulson)
1977, mètode dideoxy, (Sanger)
Fred Sanger
1918-2013
Premi Nobel 1980
1986, ABI 370A DNA sequencer (1000 bp al dia)
1996, ABI PRISM 310 electroforesi capil.lar
1998, ABI PRISM 3700 (96 capil.lars) 900,000 bp /dia

7. MASSIVE SEQUENCING
Biesecker LG, Green RC.
N Engl J Med 2014;370:2418-2425
Darrera generació de
seqüenciadors:
Illumina produeix 600 Gb
(1 Gb = 109 pb) en
cada cicle, 55 Gb/dia
Genoma humà 3,3 Gb
Objectius en el camp
biomèdic:
Identificar nous gens
Identificar noves
mutacions
21 x 103 gens
180 x 103 exons

8. HAN DE SER:
- polimorfismes neutres,
- distribuïts, més o menys, a l’atzar als cromosomes
- fàcil detecció
SNP, canvis en una sola
posició nucleohdica
> 3 mil·lions
Microsatèl.lit
Unitat de repeBció
2-5 pb
ACACACAC
Marcadors genètics
VNTr, unitat de repeBció 6-100 pb
TTAACGTTAAGCTTAAGCTTAAGCTTAAGCTTAAGCTTAAGC

9. C o A
The upper DNA molecule differs from the lower DNA molecule at a single base-pair
locaRon (a C/A polymorphism)

11. Anàlisi de les mòmies de la dinasBa XVIII
dels Faraons d’Egipte: GENEALOGIA DE
TUTANKAMON
Degeneració genèBca causada per l’incest
dels Faraons

14. (The younger
lady)

15. Ancestry and Pathology in King Tutankhamun's Family
JAMA. 2010;303(7):638-647. doi:10.1001/jama.2010.121
The length of each microsatellite allele was determined in base pairs and converted by software into the number of actual
reiterations of repeat motifs at the corresponding locus. All established genotypes differ from those of the laboratory staff and the
ancient control group. Note that allele origins in KV21A and KV21B are suggestive and do not serve as proof of relationship with the
Amenhotep III and Thuya lineages. See online interactive kinship analysis and pedigree.aIdentified as Tiye. See eAppendix for
additional commentary.bIdentified as Akhenaten. See eAppendix for additional commentary. cData replication was successfully
performed in the second Cairo laboratory.
Akhenaton
The younger
lady

16. Akhenaton cult i ben instruït conBnua aquestes pràcBques,
introdueix la religió monoteista a ATON, una deitat solar
Tutankamon es va casar amb la seva germanastra,
Ankhesenamon, ella ja havia estat casada amb el seu pare
i després de la mort de Tutankamon es va casar amb el
seu avi Eje
Tutankamon i Ankhesenamon varen concebre dos fills. Són
els dos fetus embalsamats en el sepulcre de Tutankamon
AMENOFIS III, la riquesa i el luxe caracteritzen
el seu regne. El culte religiós pren una gran importància
i el faraó esdevé l’amo i Senyor:
“sol brillant sobre tots els països”
Després de 30 anys de regnat es va casar amb la seva
pròpia filla: La gran esposa reial
Es creu que després ho va fer amb dues filles més.
A la seva mort es va tornar a la religió anBga i van
anomaner faraó a Tutankamon

17. Construcció d’un retrat robot a partir del DNA
(assignant l’origen geogràfic de les persones, mitjançant l’anàlisi de 40.000-130.000 SNPs)

18. Using genomic data from large populaBons of subjects with known phenotypes,
Parabon's bioinformaBcists have built staBsBcal models for forensic traits, which can
be used to predict the physical appearance of unknown individuals.

23. DIAGNÒSTIC GENÈTIC: INTERÈS I
OBJECTIUS
a) Asegura i clarifica el diagnòstic clínic (pronòstic,
teràpia)
b) Identifica el tipus d’herència: especialment important
en els casos aïllats
c) Identifica els portadors asimptomàtics
d) És essencial pel:
consell genètic
diagnòstic prenatal i preimplantacional
e) Requisit indispensable per optar a una teràpia
gènica

24. GeneCards: reuneix més de 90 bases de dades diferents que
informa sobre dels gens humans identificats i predits:
genòmica, proteòmica, transcriptòmica, genètica
(Institut Weizmann de Cièncias, 1997)
OMIM: catàleg dels gens humans i de les patologies humanes
amb base genètica
V.A. McKusick (Johns Hopkins)
En el genoma humà:
Gens que codifiquen per proteïnes 21,965
Gens que causen malalties monogèniques >6.000
BASES DE DADES IMPORTANTS

25. INTERÉS DEL DIAGNÓSTICO GENÉTICO
a) Asegura el diagnóstico clínico
b) LHON, permite identificar y cuantificar la heteroplasmia
c) DOA, identifica los portadores asintomáticos
d) Señala el tipo de herencia en los casos aislados
e) Muy importante para:
- El estudio de las bases moleculares y celulares de la
enfermedad
- Las terapias génicas emergentes
e) Necesario para el consejo genético y el diagnóstico prenatal

26. The gene basis of IRD
©1996-2014, Stephen P. Daiger, PhD and The University of Texas Health Science Center, Houston, Texas

27. ESTRUCTURA DE LA RETINA
6 grans Bpus de cèl.lules neuronals
organització molt complexa
metabolisme molt acBu
suscepBbilitat a l’estrès lumínic o
oxidaBu
cèl.lules que no regeneren
blood vessels
OrganizaBon
of reBnal circuits
Ocular fundus
photograph
GenèBca
Distrofies de reBna
>250 gens
ReBniBs Pigmentosa
>85 gens
ADRP: 27
ARRP: 55
XLRP: 3
Posar ref

28. REPRESENTACIÓ SIMPLIFICADA DE LA RETINA DELS MAMÍFERS
Hemant Khanna. Cells 2015, 4, 674-686; doi:10.3390/cells4040674

29. Anterograde transport is mediated by
Kinesin-II motor and the IFT-B
complex whereas
the retrograde trafficking is regulated
by the IFT-A and the dynein motor
subunit. TZ:
transiBon zone; BB: basal body; C:
daughter centriole; G: Golgi; N:
nucleus; M: mitochondria.
Hemant Khanna. Cells 2015, 4, 674-686; doi:10.3390/cells4040674

30. SchemaBc representaBon of
photoreceptor TZ depicBng the
idenBficaBon of the
IFT complexes and reBnal disease
proteins RPGR and NPHP complex
proteins. TZ: transiBon
zone; BB: basal body; DC:
d a u g h t e r c e n t r i o l e ; M :
mitochondria; OS: outer segment.
Hemant Khanna. Cells 2015, 4, 674-686; doi:10.3390/cells4040674

31. Cilliary transport
FototransducBon
Unknown
Cellular interacBons
ReBnol metabolism
Ion channels
RNA splicing
TranscripBon
Intermediary metabolism
Structure
Lipid metabolism
Protein folding and degradaBon
FuncBonal ClassificaBon of the Major Genes (92) Causing Non Syndromic RP

32. 1.- Overlapping of clinical traits in IRD
STGD CRD RP
CD
ACHM
CHM
CSNB
LCA
STGD: Stargardt Disease
CD: Cone Dystropphy
CRD: Cone Rod Dystrophy
ACHM: Achromatopsia
LCA: Leber Congenital Amaurosis
CSNB: Congenital Stationary Night
Blindness
RP: Retinitis Pigmentosa
CHM: Choroideremia
Cone Rod
AGE
Anneke I. den Hollander et al., The Journal of Clinical InvesRgaRon 120 (9): 3042-3053, 2010

33. APROXIMACIONS TERAPEÙTIQUES:
PRESENT I FUTUR
1. Terapia gènica
2. iPS cells
3. OptogenèBca

34. 1. TERÀPIA GÈNICA
Teràpia de LHON
Mapa €sic de la regió del virus AAV2/2 que contè
el gen terapèuBc
Hélène Cwerman-Thibault et al., Methods & Clinical Development (2015) 2, 15003; doi:10.1038/mtm.2015.3
Limitacions: mida del gen a transferir, màx. 4,5 Kb
presència de cèl·lules funcionals
Avantatges: no genera reacció immunitària important en el pacient
elevada eficàcia de transducció
Bpus de cèlules que transdueix
llarga durada de l’expressió del gen
Virus que transfereix el gen terapèuBc a les cèl·lules de la reBna del pacient
GEN TERAPÈUTIC

35. TERÀPIA GÈNICA
INJECCIÓ SUBRETINIANA
Anatomy & Embryology of the Eye Paul Riordan-Eva. McGraw-Hill
Virus
recombinant

36. Bascom palmer Eye InsRtute IniRates Pioneering Gene Therapy
TargeRng Choroideremia
Byron M Lam MD
John Guy, M.D.

37. Altres teràpies gèniques en fase clínica
per malalBes reBnianes
Spark therapeutics
…We are a leader in the filed of gene therapy…
• Spark Therapeutics Announces Presentation of Additional Phase 3
Data on SPK-RPE65 at The American Academy of Ophthalmology
2015 Annual Meeting
• Choroideremia
StarGen (Sanofi)
Richard Weleber, MD Oregon Health & Science University, Portland, Oregon
Jose-Alain Sahel, MD. Ph.D Hopital Nationale des Quinze-Vingt, Paris France
StarGen™ gene therapy for Stargardt disease and ReBnoStat® gene therapy for wet
age-related macular degeneraBon received posiBve interim safety reviews from a
Data and Safety Monitoring Board, - See more at:
h„p://www.blindness.org/blog/index.php/gene-therapies-for-stargardt-disease-and-
wet-amd-deemed-safe-thus-far/#sthash.qXuhB0fq.dpuf (2012)

38. Autotransplantament de cèl·lules mare per restablir la funció dels
fotoreceptors a parRr de queraRnòcits del pacient
Takahashi K, et al. 2007. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors.
Cell 131:861–72.10.1016/j.cell.2007.11.019
Tucker BA, et al. 2013. Pa_ent-specific iPSC-derived photoreceptor precursor cells as a means
to inves_gate re_ni_s pigmentosa. eLife 2:e00824.10.7554/eLife.00824
Mutacions
USH2A
Cèl·lules mare
pluripotens
Estudis funcionals
Transplantament
en la retina de ratolins
Immunosuprimits:
Desenvolupament normal
Fotoreceptors que sintetitzen
proteïnes específiques
2. iPS cells

39. USH2A-associated photoreceptor precursor cells integrate into the dystrophic mouse retina
and develop into mature photoreceptor cells.(A and B) Microscopic analysis of rhodopsin
kinase GFP expression in 150-day photoreceptor precursor cells at 14 ...
Tucker B A et al. eLife Sciences 2013;2:e00824

40. INFERÈNCIES A PARTIR D’AQUESTS RESULTATS
• Es poden obtenir fotoreceptors a partir de
queratinòcits i fibroblasts de pacients
• Identificar la causa molecular de la patologia
inclús en pacients en els que no s’ha identificat previament la mutació
• Generar models animals que reprodueixin
fidelment l’alteració genètica
• Suggereix una nova via terapèutica