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Artículo 17: Enero 2017 Etiología del TEA en el síndrome de Down

Exploración de la etiología del TEA en el síndrome de Down: ¿hay una causa genética?

Autores: Angela I. Rachubinski, Susan Hepburn, Ellen R. Elias, Kathleen Gardiner, Tamin H. Shaikh

Trabajo original: The co-occurrence of Down syndrome and autism spectrum disorder: is it because of additional generic variants?

Revista: Prenatal Diagnosis 2016; 36: 1-6

 

Los datos que se van acumulando apoyan la idea de que existe un fuerte componente genético en la población regular con trastorno del espectro autista (TEA) (Chen et al.). Las enfermedades mendelianas asociadas al TEA, como son el síndrome X-frágil causado por mutaciones en FMR1 (MIM:300624), el síndrome de Rett por mutaciones  en MECP2 (MIM:312750) y la esclerosis tuberosa por mutaciones en TSC1/TSC2 (MIM:191100; MIM:61324), ilustran el papel de las mutaciones de un solo gen en la etiología del TEA. Sin embargo, no se entiende bien por qué sólo un subgrupo de pacientes con estos diagnósticos de base manifiestan autismo, lo que sugiere que complejos factores genéticos contribuyen a un fenotipo de autismo. Los estudios de asociación en todo el genoma, usando polimorfismos de un único nucleótido (single nucleotide polymorphisms: SNP) y variaciones en el número de copias (copy number variations: CNVs) han identificado una miríada de variantes frecuentes y raras asociadas con el riesgo de autismo (Chen et al., 2015). En estudios basados en familias se han identificado variaciones genéticas de novo, incluidas CNVs y variaciones de nucleótido único (SNVs), con susceptibilidad al TEA (Jamain et al., 2003; Durand et al., 2007; Iossifov et al., 2012; O'Roak et al., 2012; Neale et al., 2012).  Por tanto, es probable que también ciertos factores genéticos contribuyan significativamente al riesgo de TEA + SD, y han de ser explorados en un estudio que sea sistemático y completo.

El papel potencial de los genes del Hsa21 en el SA +TEA

La mayoría de los estudios genéticos en el síndrome de Down se han centrado en los genes del cromosoma 21 (Hsa21). Es de prever que la trisomía del Hsa21 origine el aumento de la expresión de los genes Hsa21. Los estudios de expresión del ARN en tejidos y líneas celulares de personas con síndrome de Down y en modelos de ratón de síndrome de Down confirma un aumento general del 50 % en la expresión de genes trisómicos (Vilardell et al., 2011). Además, se ha demostrado que la sobreexpresión de un cierto número de genes Hsa21 individuales, o sus ortólogos, en sistemas modelo provocan anomalías neurológicamente importantes, incluidos déficits en el aprendizaje en la memoria, en la plasticidad sináptica, y anomalías en la morfología neuronal (Aturgeon et al., 2012; Rueda et al., 2012). Así, pues, se piensa por lo general que los fenotipos observados en las personas con síndrome de Down, incluidos los síntomas de perfil TEA, son resultados de la sobreexpresión de genes Hsa21.

Es notable que varios genes Hsa21 se encuentran en las listas de candidatos del TEA para la población general, como son las bases de datos AutismKB , AutDB  y SFARIgene (Https://gene.sfari.org/autdb/Welcome.do). Algunos de estos genes portan variantes patógenas en personas con TEA, mientras que otros ejercen funciones que son relevantes para la patogenia del TEA, o sus productos proteicos interactúan con, o se encuentran dentro de, las mismas vías funcionales en las que actúan conocidos genes del TEA (tabla 1).

Tabla 1. Genes con papeles potenciales en SD + TEA

Gen

Función / proceso celular

DYRK1A

Proteína cinasa, mutaciones y sobreexpresión causan discapacidad intelectual

APP

Proteína precursora de amiloide; mutaciones causan enfermedad de Alzheimer

DSCAM

Molécula de adhesión celular en el síndrome de Down

ITSN1

Endocitosis; señalización MAP-cinasas

TMPRSS2

Serina proteasa

BRWS1

Dominio bromo; repetición Trp-Asp; activador de la transcripción

WDR4

Repetición Trp-Asp

CBS

Cistationina-β-sintetasa; mutaciones causan discapacidad intelectual

DIP2A

Guía de axones

ITGB2

Β-integrina

SUMO3

Modificación de proteínas por sumoilación

PTTG1IP

Proto-oncogén

CSTB

Cistatina B; inhibidor de catepsina; inhibidor autofagia

 

Se ha implicado directamente al gen DYRK1A en la patología TEA a partir del descubrimiento de mutaciones de novo perturbadoras en un síndrome caracterizado por discapacidad intelectual y autismo (van Bon, 2016; Chang et al, 2015).  La observación de aumento de secreción de APPα en personas con autismo grave ha implicado al gen APP en la etiología del TEA (Ray et al., 2011; Lahiri et al., 2013; Bailey et al., 2013). Los genes WDR4, CBS, y PTTG1IP son miembros de redes genéticas y vías que han sido implicadas en el TEA (Pinto et al., 2014; Voineagu et al., 2011). Por tanto, la sobreexpresión de estos u otros genes Hsa21 pueden jugar cierto papel en el riesgo de TEA dentro del síndrome de Down.

El papel potencial de una variación genética adicional en el SD + TEA

El hecho de que el TEA se diagnostique en sólo un subgrupo de personas con síndrome de Down sugiere que la trisomía del Hsa21 sola no es suficiente para explicar la etiología. En la población regular se ha sugerido que el TEA se origina debido a una combinación de raras variantes perjudiciales y una miríada de alelos de bajo riesgo resultantes de variaciones comunes, que se definen como fondo genético (Antshel et al., 2005). Se propone que este fondo genético sirve como un 'buffer' genético con una fuerza variable (baja, moderada o alta), y el desarrollo del TEA puede verse precipitado por la aparición de variantes adicionales con capacidad perjudicial (Bourgeron et al., 2015). De este modo, una posible explicación para el aumento de prevalencia de TEA en el síndrome de Down sería el efecto combinado de la trisomía de genes Hsa21 más la presencia de algunas variantes genéticas adicionales. Estas variantes adicionales se supone que actuarían como modificadores genéticos, exacerbando el desarrollo de los síntomas TEA en una población previamente sensibilizada de individuos con trisomía 21, llegando así al diagnóstico de SD + TEA.

Cada vez hay más datos que sugieren que, incluso en trastornos de una etiología aparentemente definida, la presencia de variantes adicionales del fondo genético puede ocasionar fenotipos variables, y a menudo más graves. Un ejemplo de esto bien destacado es el síndrome debido a la deleción 22q11.1, que se caracteriza por un fenotipo altamente variable, que incluye cardiopatías congénitas, hendidura palatina, problemas de inmunidad y/o retraso en el desarrollo, trastornos mentales y autismo (Bourgeron et al., 2015). Análisis de todo el genoma en individuos con este síndrome, con y sin cardiopatías congénitas, demostraron que tanto CNVs comunes como raros fuera de la región de deleción 22q11.2 eran más abundantes en el grupo de individuos con cardiopatías (Mlynarski et al., 2015, 2016). Además, estos CNVs afectaban a las dosis de genes que más probablemente modifican el riesgo de cardiopatía en pacientes con dicho síndrome (Mlynarski et al., 2015, 2016). En otro estudio genómico, una microdeleción en 16p12.1 está asociada a un grave  retraso del desarrollo (Girirajan et al., 2010). Pero un hallazgo más interesante fue que los probandos afectados portaban con mayor probabilidad una segunda gran CNV, y estos individuos mostraban un fenotipo más grave si se comparaba con los que sólo tenían la microdeleción 16p12.1 (Girirajan et al., 2010). Por supuesto, el fenotipo autismo varía cuando está asociado a otras patologías cuya etiología genética es bien conocida. Por ejemplo, si bien la tasa de TEA en el síndrome de Down es más baja que la que se observa en el síndrome X-frágil y otros síndromes con discapacidad intelectual, algo nos dice el hecho de que las personas con síndrome de Down que no tienen TEA muestran habilidades sociales relativamente fuertes, mientras que éstas se encuentran comprometidas en las personas con SD + TEA. Esta fortaleza en habilidades sociales no se aprecia normalmente en los niños que  sólo presentan síndrome X-frágil, los cuales incluso muestran importante ansiedad social aun cuando no tengan TEA.

Las cardiopatías congénitas están presentes en alrededor del 50 % de los individuos con síndrome de Down, y se ha estudiado el papel que juegan las variaciones genéticas adicionales a la hora de explicar ese aumento de riesgo de cardiopatía congénita observado en el síndrome de Down (Sailani et al., 2013; Ramachandran et al., 2015a, b). Aun cuando estos estudios se han realizado en muestras pequeñas, pudieron identificar SNPs y CNVs en el Hsa21 así como genes y regiones genómicas no-Hsa21 que estaban enriquecidas en individuos con SD + cardiopatías frente a individuos con síndrome de Down sin cardiopatías (Sailani et al., 2013; Ramachandran et al., 2015a, b). Estas observaciones apoyan la probabilidad de que variaciones genéticas de fondo jueguen un papel significativo en la variabilidad fenotípica que se observa en el síndrome de Down.

Investigación de la variación genética que está asociada al SD + TEA

La identificación de variantes genéticos adicionales que aumenten el riesgo de TEA en el síndrome de Down requerirá un análisis genético comparado entre personas con síndrome de Down y personas con SD + TEA. Las variantes genéticas de interés pueden ser SNVs o pequeñas deleciones de inserción (indels) que afecten a a genes individuales, o CNVs que originen pérdidas o aumentos de número de copias en uno o más genes. Las técnicas que estudien el genoma en su totalidad, de modo que capten todas las formas de variaciones genéticas, mejorarían grandemente la identificación de variantes que puedan modificar el riesgo de TEA en el síndrome de Down. En un estudio piloto, se realizó un análisis de CNV usando microarrays basados en SNP en una pequeña muestra de individuos con síndrome de Down (n = 48) y con SD + TEA (n = 12), con al menos confirmación de uno de los padres de que se trataba de trisomía completa (es decir, no traslocación ni mosaicismo). No se apreciaron diferencias estadísticamente significativas entre ambos grupos en cuanto a la carga total de CNVs, quizá debido al pequeño tamaño de la muestra. Sin embargo, se apreció un enriquecimiento moderadamente significativo (p = 0,03) de unos pocos CNVs comunes (frecuencia de población > 5%) (Tamin Shaikh, no publicado) en las muestras SD + TEA frente a las muestras de sólo síndrome de Down. Muchas de estas CNVs afectaron a genes implicados en la regulación de la función neuronal que son relevantes en la patofisiología del TEA.

La secuenciación de todo el exoma (whole exome sequencing, WES) en un subgrupo de estas muestras (10 con síndrome de Down y 10 con SD + TEA) identificó variantes raras perjudiciales en unos 150 genes específicos para las muestras SD + TEA. El grupo génico estaba enriquecido en aquellos propios de la familia cadherina, que codifica proteínas implicadas en la adhesión celular y otras funciones que son críticas para el desarrollo de los circuitos neuronales y se encuentran implicadas en el autismo y en otros fenotipos con problemas del neurodesarrollo (Redies et al., 2012). Se identificaron también variantes raras en 20 genes del Hsa21, incluido el DSCAM, gen que ha sido considerado recientemente como candidato en el autismo mediante WES y WGS. Otra muestra en el grupo SD + TEA mostro una mutación nueva en el gen MED13L, que ha sido implicada en un síndrome caracterizado por discapacidad intelectual y rasgos faciales y cardíacos (MRFACD, MIM: 616789), y al que se le considera también como poderoso gen candidato de autismo basándose en WES y perfil del transcriptoma (Codina-Sola, 2015). Aunque todos estos estudios preliminares son intrigantes, se ven muy limitados por realizarse en muestras de pequeño tamaño, ya que muchas variantes ocurrirán en sólo muestras de SD +TEA o de sólo síndrome de Down por simple azar. Para que gocen de poder estadístico para detectar variaciones que sean relevantes para establecer riesgo de TEA en el síndrome de Down, se necesita investigar más con muestras de mayor tamaño.

El trabajo futuro se beneficiará enormemente con el uso de técnicas WGS para detectar todas las formas de variación genética, tanto en regiones codificantes como no codificantes. Además, los análisis genéticos necesitarán ir acompañados de análisis funcionales para verificar la importancia de las variantes genéticas observadas en el desarrollo del TEA en el síndrome de Down. La caracterización funcional debería incluir experimentos en organismos modelo, como los ratones, o en las células derivadas de los pacientes, incluido el tejido cerebral post-mortem y las células pluripotentes inducidas, diferenciadas hacia tipos de células neuronales.

Implicaciones para los test genéticos

El cribado prenatal no invasivo de síndrome de Down es ya práctica habitual en Estados Unidos. Los laboratorios de diagnóstico genético ofrecen también paneles de cribado que pueden detectar CNVs y otras variantes en genes cuya asociación con el TEA en la población regular es conocida. La cantidad de información disponible a partir de los múltiples cribados puede ser atractiva para futuros padres. Sin duda, el beneficio crítico del diagnóstico precoz de TEA en personas con o sin síndrome de Down puede acelerar el acceso  a terapias de intervención tempranas y más intensas, las cuales son cruciales para el óptimo desarrollo.

Sin embargo, existen varias cuestiones que hacen prematuras las pruebas de comprobación de TEA en personas con síndrome de Down. En primer lugar, está todavía por ver si las variantes genéticas que subyacen en el SD + TEA son las mismas que se detectan en la población general. En segundo lugar, debido a la compleja etiología del TEA, la presencia de variantes en genes candidatos de TEA no predice los resultados de la enfermedad. Se necesitarán futuros estudios que ayuden a evaluar mejor las correlaciones genotipo-fenotipo, antes de que el análisis de las variantes asociadas al TEA resulte útil  en el síndrome de Down.

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