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Durante mucho tiempo hemos sabido que uno de los principales factores de riesgo para el cáncer de colon es el consumo de carne roja. Esto lo hemos sabido por grandes estudios epidemiológicos en los que hemos encontrado una correlación entre la cantidad de carne roja consumida y la incidencia de cáncer. De manera complementaria a esto,  estudios en animales de laboratorio han corroborado este hallazgo. 

Se han propuesto varios mecanismos para explicar este fenómeno, entre los que se encuentra la cantidad de grasas saturadas y diversos componentes de la carne cocinada. 

El cáncer es una enfermedad causada por mutaciones en el ADN que están en general causadas por errores en las células, inflamación o por agentes carcinógenos ambientales. Los grandes consorcios de secuenciación del genoma del cáncer (TCGA y ICGC) han permitido generar “firmas” genéticas que pueden identificar los posibles agentes causales de estas mutaciones. Por ejemplo, es posible saber por el tipo de cambio (mutación) del nucleótido de ADN y los nucleótidos cercanos si una mutación fue causada por componentes específicos del humo del tabaco en el cáncer pulmnar.

Un estudio reciente publicado en la revista Cancer Discovery investigadores del Dana Farber Institute secuenciaron los tumores de 900 pacientes con cáncer de colon, encontrando una firma genética que indicaba alquilación (una forma de daño) del ADN, correlacionando esta firma con el consumo previo de carne roja, pero no de carne de pescado o pollo.  Esta firma estaba presente precisamente en los genes que se conocen como causantes de cáncer de colon, como KRAS y PIK3CA. 

Con esto tenemos el arma humeante del daño. Ahora falta encontrar cuales son las moléculas causales específicas para poder realizar prevención del daño.

Dra Vilma Maldonado

Dr. Jorge Meléndez Zajgla

 Un nuevo hito se ha alcanzado al lograr la edición genética de células sanguíneas en dos pacientes. La anemia falciforme (Figura 1) es una enfermedad que aqueja al 0.11% de los recién nacidos en el mundo (alrededor de 105 000 bebés por año), siendo por ende la enfermedad hematológica mas frecuente en el mundo, con millones de personas afectadas y que provoca la muerte de 500 niños al año. Esta anemia afecta principalmente a personas con ancestría africana, que presentan síntomas importantes como episodios muy importantes de dolor, infecciones frecuentes, anemia, infartos cerebrales, daño en diversos órganos y en algunos casos la muerte. 

Esta anemia está causada por una mutación en el gen de la hemoglobina B (HBB), que causa que las células rojas sanguíneas se alteren y puedan bloquear vasos sanguíneos. El tratamiento consta de medicamentos para controlar el dolor, transfusiones sanguíneas y quimioterapia.

En el reciente artículo de  Frangoul, et al., se describen dos pacientes, uno con anemia falciforme y otro con otra alteración genética de la hemoglobina (Beta Talasemia) que fueron tratados con células modificadas genéticamente. La manera en que se logró esto fue utilizando células troncales sanas de donadores a los cuales se les bloqueó la expresión de un factor que reprime la producción de la hemoglobina fetal. Esto hizo que esta hemoglobina (que normalmente no existe en células de personas adultas) se presentara en estas células. Este tratamiento está pensado para poder ser utilizado de manera genérica en todas la personas con enfermedades de la hemoglobina (hemoglobinopatías). Las células fueron introducidas en estos dos pacientes después de eliminar todas las células de la médula ósea (transplante alogénico).

Al año ambos pacientes permanecieron con muchas células editadas, altos niveles de hemoglobina fetal y de manera mas importante, no necesitaron transfusiones o (en el caso del paciente con anemia falciforme) tuvieron dolor.

Esto representa un gran avance como prueba de concepto para la edición genética de células somáticas (no germinales) para tratar y potencialmente curar a pacientes con enfermedades hereditarias.

Dra Vilma Maldonado

Dr Jorge Meléndez-Zajgla

Referencia

New England Journal of Medicine

La herramienta CRISPR-Cas promete ser una revolución para la edición genómica. Sin embargo, no solo sirve para eso. La nueva revolución que nos traerá será una cambio de paradigma para el diagnóstico genómico.

En estos momentos, el diagnóstico genómico en general se realiza mediante dos grandes tipos de métodos. El de alto volumen, que implica secuenciación de una parte o todo un genoma o del ARN para encontrar las diferencias que nos permitan diagnosticar enfermedades. El segundo grupo de técnicas están apoyadas por el método de reacción en cadena de la polimerasa (PCR), por el cual Kary Mullis ganó el premio Nobel de Química en 1993. 

El PCR consiste en una fase en la que alineamos “cebadores” de ADN, que son fragmentos pequeños de ADN que se unen a los extremos del fragmento que queremos amplificar; otra fase en la cual utilizamos una enzima (polimerasa) para sintetizar el ADN que se encuentra entre ambos cebadores y una fase final en la que calentamos todo para que se separe y volvamos a empezar.

Esta reacción nos permite amplificar exponencialmente cualquier ADN, lo cual ha permitido crear cebadores específicos para detectar diversas enfermedades. Por ejemplo, es la base para el diagnóstico actual del COVID-19.

Sin embargo, esta técnica tiene varias limitaciones. La primera es que requiere ciclos de calentamiento y enfriamiento para poder amplificar la región de ADN, lo cual requiere equipo especializado. La segunda es la relativa poca sensibilidad que posee. La tercera es la facilidad con que se puede contaminar la reacción. 

El sistema CRISPR puede lograr superar muchas de estas desventajas. Podemos utilizar la exquisita especificidad de una guía de ARN (mejor que un cebador de ADN) para localizar la secuencia que queremos y utilizar un reportero fluorescente para detectar la actividad de las Cas. Asimismo, el hecho de que no se necesite calentar y enfriar la muestra permite crear sistemas que pueden ser usados en lugares que no disponen de equipos sofisticados. 

Es por ello que muchos grupos de investigación en el mundo se encuentran trabajando para crear sistema que usen tiras reactivas o tubitos que permitan detectar en el campo patógenos como el Zika, Dengue o Ébola.

En nuestro grupo estamos trabajando en sistemas para detectar COVID-19 e Influenza usando un sistema CRISPR-Cas de bajo costo y mayor rapidez que el que se usa actualmente. Próximamente les compartiremos los resultados.

Dra. Vilma Maldonado

Dr. Jorge Melendez-Zajgla

El último premio Nobel de Química se le otorgó a las doctoras Jennifer Duodna y Emmanuelle Charpentier por el descubrimiento del uso de la herramienta CRISPR-Cas para la edición genómica. Este es un hito con un gran significado biológico, no solo por la importancia de un premio de esa magnitud para dos mujeres (lo cual no es muy frecuente), sino por las posibilidades que se abren.

Jennifer Doudna y Emanuelle Charpentier (CC, The Royal Society, Bianca Fioretti, Hallbauer & Fioretti,)

CRISPR (por sus siglas en inglés: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) fue creado por bacterias hace millones de años como una herramienta de batalla contra los virus (fagos) que las aquejan. Es por ende la parte principal de su sistema inmune, en particular para otorgarles inmunidad adquirida.

Este sistema está compuesto por dos elementos generales: una nucleasa (una proteína que puede cortar ácidos nucléicos) llamada Cas (CRISPR-associated) y una hebra de ARN guía. Dado a que este sistema ha evolucionado por millones de años, existen una multitud de enzimas y ARNs guías en las diferentes especies de bacterias. El 50% de las bacterias y el 90% de las arqueas tienen este sistema.

CRISPR-Cas funciona de una manera inesperada. Como se trata de un sistema de inmunidad adquirida, la bacteria posee una serie de “espaciadores” palindrómicos en su ADN entre los que se encuentran fragmentos aislados de virus que previamente infectaron a la bacteria (la adquisición de estos fragmentos es una historia un poco más complicada). Al infectarse por un virus, se produce un ARN guía a partir de estos fragmentos y sus espaciadores. Este ARN guía forma un complejo con la proteína Cas y siendo complementario a una región específica ADN del virus, lleva a la nucleasa Cas al virus. Esta nucleasa corta el ADN, frenando la reproducción del fago.

                                                 Proteína Cas9. (CC por los National Institutes of Health) 

A partir de estos elementos se creo un sistema sintético en el cual se aislaron los genes de la proteína Cas (hay varias variedades, algunas de ellas cortan específicamente, otras no tan específicamente) y se produjeron los ARNs guías dirigidos al sitio específico del ADN de interés. Estos genes se introducen en células de cualquier especie (se ha logrado introducirlos en diversos vertebrados, incluso en células humanas) para “editar” el genoma de una manera directa. Como podemos crear las guías que de manera artificial, podemos generara una serie gigantesca de guías para muchas de los genes que queremos editar.

Dra. Vilma Maldonado

Dr. Jorge Meléndez-Zajgla

Todos sabemos que el olor a comida aumenta (o por lo menos hace patente) el hambre. Asimismo, se ha reportado previamente que el olfato, al conectarse con neuronas muy importante (AgRP) del hipotálamo, puede activar neuronas importantes para adaptar el metabolismo en anticipación a la ingestión de alimentos, por lo menos en ratones. Sin embargo, no existía evidencia de que el olfato directamente pudiera modular el peso. Un artículo reciente en Cell Metabolism reporta que la eliminación de neuronas del bulbo olfatorio hace resistentes a la obesidad inducida por dieta en ratones adultos. Lo que es más interesante, es que este efecto no solo se debió a la disminución de la ingesta de alimentos (lo que era de esperarse, dada la importancia del olfato en la degustación), sino que se activó la termogénesis, lo cual contribuyó a la resistencia a aumentar de peso.  Este efecto se debió a la activación de receptores adrenérgicos en la grasa blanca y marrón por el sistema simpático, lo cual llevó a un aumento en la lipólisis. Asimismo, los autores observaron que en ratones obesos, la ablación de estas neuronas también impedían una mayor ganancia de peso y, más importante, disminuían la resistencia a la insulina, un preámbulo para la diabetes.

Estos resultados son intrigantes, dado a que, de ser extrapolables a los humanos, harían pensar que es posible contribuir a la regulación del peso mediante la modulación del sistema olfatorio. Nadie quisiera dejar de oler la comida para bajar de peso, pero podría ser posible que un pequeño grupo de receptores olfatorios particulares (el humano tiene 390) podrían ser responsables de este efecto, lo cual implicaría que sería teóricamente posible inhibirlos para prevenir la obesidad, disminuirla o tratarla, así como a algunas de sus complicaciones.

Riera CE, Tsaousidou E, Halloran J, Follett P, Hahn O, Pereira MMA, Ruud LE,
Alber J, Tharp K, Anderson CM, Brönneke H, Hampel B, Filho CDM, Stahl A, Brüning
JC, Dillin A. The Sense of Smell Impacts Metabolic Health and Obesity. Cell
Metab. 2017 Jul 5;26(1):198-211.e5. doi: 10.1016/j.cmet.2017.06.015. PubMed PMID:
28683287.

La adrenoleucodistrofia (ALD)es un padecimiento genético asociado al cromosoma X con una prevalencia de 1 en 21 000 varones. La ALD está causada por mutaciones en el gen ABCD1, lo que produce un incremento en los niveles de un tipo de ácidos grasos (VLCFA) que se acumulan en los órganos blanco, por lo que no pueden ser eliminados por las células especializadas en fagocitar estos ácidos. Esta enfermedad es muy grave, ya que causa por lo general una gran discapacidad o muerte en aproximadamente 2 años después del diagnóstico, debido a una desmielinización (pérdida del recubrimiento de los axones de las neuronas) en el cerebro y a una falla de las glándula suprarenales. El único tratamiento viable es el transplante alogénico (de un donador muy cercano) de células hematopoyéticas, el cual tiene en sí una mortalidad del 20% en niños y 40% en adultos. Es por ello que se requieren nuevas alternativas.

En 2009, un estudio de prueba de concepto, Cartier y cols. demostraron en dos pacientes que la progresión de la ALD podía aminorarse al modificar genéticamente células troncales hematopoyéticas (CD34+) para que produjeran el producto del gen ABCD1 de manera adecuada. Ahora un nuevo estudio fase 2-3 publicado en la revista New England Journal of Medicine (STARBEAM) por Eichler, et. al. muestra la efectividad de esta técnica. En este trabajo se estudiaron 17 pacientes, demostrando que esta técnica fué efectiva en 15 de ellos, manteniéndose vivos sin discapacidad a los 24 meses. Estos resultados señalan que la terapia génica ex vivo usando células troncales hematopoyéticas es por lo menos tan eficaz como el transplante alogénico y posiblemente más seguro.

Aún es temprano para asegurar que esta metodología podría ser el mejor tratamiento para esta enfermedad (y posiblemente otras similares), dado a que a los 24 meses, solo el 19% de las células de la médula ósea seguían siendo positiva a la modificación génica, lo que plantea que podrían requerirse un nuevo transplante autólogo con células troncales modificadas en el futuro. Asimismo, aunque se asume que el riesgo genotóxico es poco con los lentivirus empleados para la terapia génica, aún es necesario evaluar a estos pacientes por más tiempo. Finalmente, cabe mencionar que el costo puede ser uno de los factores que impidan su uso.

De superarse todos estos obstáculos, esta terapia con el elivaldogene tavalentivec (llamada comercialmente Lenti-D) podría llegar a ser la segunda terapia génica aprobada por la FDA (siguiendo la de CAR-T o Kymriah en agosto). Sin duda, estos esfuerzos abren nuevas posibilidades para otras enfermedades hasta ahora incurables.

Cartier N, Hacein-Bey-Abina S, Bartholomae CC, et al. Hematopoietic stem cell gene therapy with a lentiviral vector in X-linked adrenoleukodystrophy. Science 2009;326:818-823

Eichler F, Duncan C, Musolino PL, et al. Hematopoietic stem-cell gene therapy for cerebral adrenoleukodystrophy. N Engl J Med 2017;377:1630-1638

Las alteraciones genómicas son clave en ambas enfermedades

Encabezando la lista de las enfermedades que producen la mayor parte de las muertes en el ser humano están la aterosclerosis (causa de los infartos al miocardio e importante contribuyente a los eventos vasculares cerebrales) y el cáncer. Ambas enfermedades están asociadas al envejecimiento, por lo que su incidencia anual se incrementa constantemente a la par del aumento de la expectativa de vida y los cambios demográficos de cada población. Las neoplasias malignas causan aproximadamente 7.8 millones de muertes anuales en el mundo, la enfermedad isquémica coronaria 7 millones y los eventos cerebrovasculares otros 6.2 millones (datos de la OMS, 2011). Independientemente de las características comunes de la población que padece estas enfermedades, recientemente se ha reconocido que las mutaciones del ADN en células particulares son una parte integral de la patogénesis de estos padecimientos.

La aterosclerosis es una lesión (llamada placa) en la pared de las arterias compuesta por la acumulación de lipoproteínas de baja densidad (que contienen colesterol), células musculares lisas y un grupo de células del sistema inmune, entre las que destacan los macrófagos. A partir de estas últimas (y algunas células musculares) se forman las denominadas células espumosas, que son clave en la evoluación de estas placas. Cuando estas placas se rompen se forman coágulos que bloquean la circulación, ocasionando los infartos miocárdicos o los eventos vasculares cerebrales.

Desde hace muchos años se encontró que las células principales de las lesiones ateroscleróticas eran “clonales” (Pearson, TA. Circ Res 1978 4: 10-8). Esto significa que existía un efecto “fundador” en el que una célula sembraba las lesiones precursoras de la placa aterosclerótica y se expandía (o que existía un grupo de células monoclonales en algún lado que específicamente sembraba la lesión precursora). Esto monoclonalidad tiene mucha semejanza con lo que sucede en el cáncer, en el que una célula específica sufre la acumulación/combinación específica de mutaciones que origina todo el tumor.

Este descubrimiento dio lugar a muchas investigaciones en las que se encontró la existencia de la denominada hematopoyesis clonal. Este fenómeno consiste en la iniciación de clonas de las células troncales hematopoyéticas (células responsables de crear a todas las células sanguíneas) durante el envejecimiento. Estas clonas se presentan por mutaciones en un grupo de genes particulares (en particular el gen TET2) que promueven la proliferación a expensas de las células troncales normales. En 2014 se encontró que la hematopoyesis clonal se presenta hasta en el 10% de las personas mayores de 70 años (Jaswal. S. N Engl J Med 371, 2488-2498). Esta alteración predispone a la persona que la presenta a tumores del sistema linfohematopoyético, como las leucemias y, de manera más interesante, a una mayor mortalidad, principalmente debido a enfermedades asociadas a la aterosclerosis, como los infartos y los eventos vasculares cerebrales.

Recientemente se publicó en la revista Science (Fuster, J.J. Science 2017) un estudio muy interesante utilizando modelos animales en los que se mezclaron células mutadas en el gen TET2 con células normales, simulando lo que sucede en los pacientes con hematopoyesis clonal. Estos animales presentaron una aterosclerosis acelerada, mediada en particular por la alteración de los macrófagos, los cuales secretaron una mayor cantidad de la interleucina inflamatoria IL-1Beta, la cual favorece la creación de placas ateroscleróticas.

Este estudio es importante, dado a que liga el fenómeno de fondo que predispone a ambas enfermedades (mutaciones del ADN), mediante un mecanismo fisiopatológico común (mutaciones del gen TET2).

¿El cáncer es un juego de azar?

Recientemente se publicó en la prestigiosa revista Science un artículo escrito por Tomasetti, Li y Vogelstein (http://science.sciencemag.org/content/355/6331/1330.full) en el que, en seguimiento a una publicación previa, realizan un análisis de correlación entre el número de divisiones de las células troncales (stem) somáticas (de los tejidos) y el riesgo de 17 tipos de cáncer en 69 países. Los autores concluyeron que existe una estrecha correlación entre estas dos variables, lo cual lleva a concluir que dos terceras partes de las mutaciones en un tumor son resultado del azar. Es decir, generalizando, del 100% de las mutaciones en el ADN encontradas, el 66.66% tuvieron un origen no hereditario ni ambiental (entendiendo por ambiental carcinógenos como el humo del tabaco, etc.).

Esta publicación ha sido difundida y comentada extensamente (http://elpais.com/elpais/2017/03/23/ciencia/1490286152_670447.html , http://www.milenio.com/firmas/fernando_fuentes/principal-causa-cancer-azar-milenio_18_927687265.html , http://www.huffingtonpost.com.mx/2017/03/27/la-principal-causa-del-cancer-podria-ser-el-azar_a_22013737/ , http://www.excelsior.com.mx/global/2015/01/01/1000438 ).

El cáncer en adultos tiene su principal origen en la presencia de mutaciones “conductoras” en el ADN que afectan genes importantes para uno o varios de los procesos distintivos (hallmarks)  del cáncer, como la proliferación (crecimiento), muerte celular, invasión, reparación del ADN, etc. En general se requieren varias de estas mutaciones para iniciar y terminar el proceso carcinogénico. Estas mutaciones pueden ser ocasionadas por 1) factores hereditarios como las mutaciones en genes BRCA1 que regulan la reparación del ADN, 2) ambientales como el humo del tabaco y, lo que los autores del mencionado artículo destacan, 3) errores azarosos en la replicación o reparación del ADN. En todos los tumores de pacientes adultos en los que se ha buscado, se han encontrado evidencias de mutaciones originadas por los tres tipos de alteraciones, variando el porcentaje de cada uno en cada tumor específico. Por ende, cada uno de los tumores tienen una contribución mayor o menor del azar y podría ser una de las causas (no la única) de que fumadores de muchos años no tengan cáncer o personas que nunca han fumado puedan desarrollar esta enfermedad. Sin embargo, muchos de los medios han errado dramáticamente en la comunicación del mensaje. Algunos de ellos han incluso mencionado que la causa del cáncer es el azar (http://www.excelsior.com.mx/global/2015/01/01/1000438). Es indispensable entender que el porcentaje de tumores prevenibles SIGUE SIENDO ALREDEDOR DEL 42%. Es decir, en muchos de los tumores, el ambiente (y a veces la genética) tiene un papel muy importante, dado a que una buena parte de las mutaciones en un tumor son debidas a estas causas. Un tumor específico que tenga 50% de mutaciones debidas al azar puede aún así haber sido prevenido.

Es por ello que los autores comentan que la prevención primaria (la que evita que de primera instancia no se mute el ADN) puede no funcionar para todos los tumores, en particular aquellos en los que las mutaciones por el ambiente y por causas hereditarias son menores (aunque no se excluye que en el mediano plazo podamos disminuir la tasa de mutaciones al azar).

Cabe mencionar que los autores basan su análisis en la premisa de que el cáncer presenta diferencias en la participación de los mecanismos hereditarios en diferentes poblaciones humanas, lo cual no está probado y causa un sesgo importante en sus conclusiones. Sería importante realizar un estudio mayor empleando los datos de secuenciación de nueva generación de las grandes bases de datos internacionales como el ICGC para determinar si los datos cuadran y el porcentaje de mutaciones por azar se mantiene en distintas poblaciones.Finalmente, siguiendo un error común, los autores señalan que la primera causa de muerte en el mundo es el cancer, lo cual no es cierto (las muertes por eventos cardiovasculares incluyendo infartos cardiacos y eventos vasculares cerebrales siguen siendo la primera causa).

Pese a estas últimas observaciones, el artículo nos otorga sustento científico a lo que los investigadores en cáncer asumíamos durante años: las mutaciones por errores azarosos en el ADN son importantes en la génesis del cáncer.

Our lab has produced the first exome-based diagnosis of a cancer hereditary syndrome in an agnostic setting (without a previous presuntive disease) in Mexico.

Links to some of the coverage news (some are clearly wrong…)

La crónica – http://www.cronica.com.mx/notas/2016/990358.html