Tema 2: Genética clínica II Nicholas F.W. (1996) Griffiths AJ et al. (2000) Klug W y Cummings MR (1999) Online Mendelian Inheritance in animals http://www.angis.org.au/Databases/BIRX/omia Canine inherited disorders database http://www.upei.ca/~cidd/intro.htm

Objetivos: Sospechar de la presencia de una enfermedad genética en animales domésticos y analizar su tipo de herencia Conocer las herramientas genéticas disponibles para su diagnóstico

¿Esta enfermedad es genética? ¿cómo lo podemos saber? ¿qué necesitaremos? ¿dónde buscaremos? ¿qué remedio pondríamos?

Contenidos Estudio de pedigríes Metodologías genéticas utilizadas en el diagnóstico genético Cruzamientos de prueba Herramientas moleculares Resolución de un caso

¿Se hereda? No lo sabemos….. ….porque no se han recogido los suficientes datos ¿Es importante saberlo? Aplicación veterinaria Modelos animales para la investigación en humana

Evidencia de la etiología genética ¿El defecto se hereda en otras especies? ¿Incidencia distinta en familias o razas? Los individuos de una familia comparten más genes que con miembros de otra familia Los individuos de la misma raza comparten más genes que con los individuos de otras Posible contribución genética Si

Evidencia de la etiología genética Variación entre razas: Hipertermia maligna (SSP) Large white: incidencia <5% Pietrain: incidencia > 50% Razas con igual frecuencia Variación dentro de la raza Distinta incidencia en familias

¿.. Y el ambiente? Familias y razas tienen factores ambientales comunes Descartar factores ambientales

¿Sigue herencia mendeliana simple? ¿Autosómica dominante? ¿Autosómica recesiva? ¿Dominante ligada al X? ¿Recesiva ligada al X? ESTUDIAR PEDIGRÍES

Autosómica dominante Se transmite de generación en generación sin desaparecer Cada descendiente afectado tiene al menos un progenitor afectado (excepto nuevos mutantes) La descendencia normal de padres enfermos, cruzada con animales sanos, tiene hijos normales (y también los descendientes) Nº hembras afectadas = Nº machos Si el defecto o enfermedad es rara, la mayoría de los cruces serán heterocigoto x sano 50% descendientes enfermos Si es letal, frecuencia de aparición 2xfrecuencia de mutación aa Aa Tasa de mutación: Número de mutaciones por división celular.

Autosómica recesiva El defecto puede saltarse generaciones Todos los descendientes de dos padres afectados están afectados Nº machos afectados= Nº hembras Si el defecto es raro: La mayoría de los afectados tendrán dos padres normales La mayoría de los cruces son de heterocigotos ¼ descendientes AA Aa aa Esto se ampliará en tercero, una vez vista la genética poblacional y la heredabilidad

Dominante ligado al X Macho afectado x hembra normal hijas afectadas e hijos normales Hembra afectada x macho normal 50% hembras afectadas, 50% machos afectados (si no es muy común) Si el defecto es raro su incidencia en hembras es aproximadamente 2x incidencia en machos Cada descendiente afectado tiene al menos un progenitor afectado aa Ya YA Aa

Recesiva ligada al X El defecto puede saltarse generaciones Todos los descendientes de dos padres afectados están afectados Incidencia en hembras menor que en machos, en la población en general Si el defecto es raro: La mayoría de los afectados son machos y provienen de padres normales La mayoría de los cruces se producen entre hembras portadoras y machos normales 0 hembras, ½ machos Macho afectado x hembra normal hijos sanos e hijas portadoras Hembra afectada x macho normal hijos enfermos e hijas portadoras aa Ya YA Aa AA aY Esto se ampliará en tercero, una vez vista la genética poblacional y la heredabilidad

Análisis de un pedigrí Problemas: Tarea laboriosa Tener información adecuada (vacas, caballos, perros) En ganadería se realizan muchos cruces entre parientes que complican el pedigrí Existen software para el análisis de los pedigríes http://www.tenset.co.uk/ (software pedigrí perros y gatos) http://www.tenset.co.uk/fk19/pp-dog-download-real.pl (software predictor del fenotipo color de pelo)

Control genético de la enfermedad Eliminación de reproductores portadores Distinto a sacrificio: Esterilizados y vendidos como animales de compañía, Cruzados con individuos de otras razas para producir cruces comerciales (destinados a matadero) Eliminar los portadores del sistema reproductivo para reposición

¿Es portador? Análisis de segregación: Cruzamientos planeados Análisis de cruces ya realizados: Se pierde información porque los cruces de portadores con descendencia normal no se contabilizan

Cruzamientos prueba Requieren un esfuerzo en tiempo y dinero Aparear a los futuros padres con: Homocigotos para el gen recesivo Heterocigotos con genotipo conocido La progenie del futuro reproductor Una muestra aleatoria de la población Descendiente enfermo  Padre portador Descendiente sano  ¿Padre homocigoto o portador?

¿cuántos descendientes debemos analizar? Para tener una probabilidad muy pequeña de que el portador no se detecte (<5%) ¿Aa? x aa Probabilidad de no detectar un portador analizando: 1 descenciente 50% 2 descendientes 0.5 * 0.5 = 0.25 25% 3 descendiente (0.5)3 12.5% N descendientes (0.5)n <0.05 n = 5 N descendientes (0.5)n <0.01 n = 7 Aa aa 50% 50% Nunca podremos asegurar que el padre no es portador, sólo podemos disminuir la probabilidad de equivocarnos En cuanto aparezca un descendiente enfermo padre portador

Nº descendientes necesarios Futuro reproductor cruzado con: Probabilidad de no detectar el portador Nº descendientes necesarios para reducir la probabilidad de la no detección a: 0.05 0.01 0.001 1. Homocigotos recesivo (0.5)n 5 7 10 2. Portadores conocidos (0.75)n 11 16 24 3. Progenie del futuro padre (0.875)n 23 35 52 4. Individuos tomados al azar (1-0.5q)n Donde q es igual a: 0.2 29 44 66 0.1 59 90 135 598 919 1379 Nicholas (1996) pp234

¿Es portador? ¿Conocemos la base molecular de la enfermedad? Pruebas bioquímicas que nos permitan medir la actividad enzimática Ej. Citrulinemia: Actividad de la enzima ASS (arginosuccinato sintetasa) ¿Conocemos el gen responsable? Genotipado de la mutación causante de la enfermedad Análisis de marcadores ligados al gen

Determinación de la mutación Análisis por metodologías moleculares: Southern blotting PCR-RFLPs Secuenciación SSCPs, DGGE, etc. Determinación de animales portadores de la Hipertermia Maligna Porcina (SSP) ¡Atención con las nuevas mutaciones!

Uso de marcadores ligados Proporcionan una estimación de la probabilidad de que un individuo presente un genotipo concreto (homocigoto o heterocigoto) para la enfermedad Microsatélite 1 ¡Atención con la Frecuencia de recombinación! Gen enfermedad X Microsatélite 2 BTA 8

Dificultades para la investigación Herencia limitada al sexo Mutaciones y variación en la edad de manifestación del fenotipo Inactivación del X Fenocopias Anticipación Impronta genética Enfermedades mitocondriales…

Soluciones… Métodos estadísticos potentes que analizan modelos multifactoriales detección de genes candidatos Análisis de ligamiento con marcadores del DNA: Asociación fenotipo enfermedad-genotipo del marcador Búsqueda del gen responsable

Trosky se duerme...

Trosky, el perro de vuestro amigo José, es un Doberman de 4 meses “con pedigrí”, comprado a un criador de perros de esta raza. Últimamente Trosky parece quedarse dormido en cualquier sitio, incluso cuando José juega con él en el campo o le presenta un plato de su comida favorita. Este sueño aparece rápidamente y dura unos pocos segundos o minutos. José compró también a un hermano de Trosky, Sultán. A diferencia de Trosky, Sultán duerme cuando tiene que dormir y juega cuando tiene que jugar. José querría cruzar a sus perros con alguna perra Doberman y vender los cachorros. Como José sabe que tu eres casi Veterinario, te pide consejo para saber qué le está pasando a Trosky y si los hijos de Trosky y Sultán pueden sufrir este sueño súbito ¿Qué haces?

¿Qué haces? Preguntas a un veterinario con experiencia Consultas libros o páginas web Parece que Trosky sufre de narcolepsia

¿Qué es eso? Enfermedad que hace que los perros pierdan súbitamente el control de sus patas o caigan en colapso, sin embargo ellos son conscientes del entorno y pueden seguir cosas con los ojos. El ataque dura un corto espacio de tiempo y el perro continua el movimiento normal. Es similar a la fase REM del sueño, existe una pérdida total o parcial del tono muscular. Los perros con narcolepsia duermen más durante el día que los perros normales. La narcolepsia aparece en los cachorros con una edad temprana: 4 semanas-6 meses. Los ataques pueden aparecer 1 vez/año o 100 veces/día.

¿Tratamiento? Existen tratamientos antidepresivos, estimulantes o incluso afrodisíacos que, generalmente, vuelven al perro más interactivo. No hay peligro en esta enfermedad, solo si el perro está en un sitio inadecuado cuando le da el ataque DEJAR DORMIR AL PERRO

¿De qué tipo es la narcolepsia de Trosky? ¿Esto se hereda? La Narcolepsia puede ser: Esporádica Familiar (genética): tipo de herencia autosómica recesiva ¿De qué tipo es la narcolepsia de Trosky?

¿Conocemos el pedigrí? Trosky tiene que ser homocigoto recesivo y sus padres portadores Aa Aa ¿Hay antecedentes familiares? AA Aa AA Aa aa Si  genética No No sabemos la causa, pudiera ser genética AA Aa ¿Hay algún gen alterado?

El gen Hctr2 (Lin et al., 1999) Produce un receptor en el cerebro que produce una serie de señales cuando se une al neurotransmisor “hipocretina” Este receptor se encuentra en neuronas que controlan emociones, el sueño REM y el tono muscular. Cuando el producto génico es defectuoso, estas funciones también están alteradas Se puede realizar un análisis molecular

¿Qué pasará si cruzamos... a Trosky? Con hembra normal hijos portadores Con hembra portadora 50% portadores y 50% enfermos y a Sultán? Sultán portador: Hembra normal 50% normales y 50% portadores Hembra portadora 25% normales, 50% portadores y 25% enfermos Sultán normal: Hembra normal: 100% normales Hembra portadora: 50% normales y 50% portadores

¿Cómo podemos saber el genotipo de Sultán? Test del gen Hctr2: Basados en el análisis del DNA Permiten diferenciar sanos y portadores en: Daschshund Doberman Pinscher Labrador Retriever Referencias: Narcolepsy test: http://www.optigen.com/opt_page.taf?page=monarc Narcolepsy gene discovered at Stanford: http://www.workingdogs.com/narcolepsy.htm Online Mendelian Inheritance in Animals http://www.angis.org.au

El perro modelo animal para el estudio de la narcolepsia en humanos