Genes y proteínas de interés en la Insuficiencia Cardiaca Miguel Ángel Torralba Programa de actualización en Insuficiencia Cardiaca para Médicos Residentes de la Comunidad de Aragón Zaragoza, diciembre de 2005

Bases genéticas para la enfermedad El genoma humano Enfermedades monogénicas Enfermedades genéticamente complejas Estudio de genes candidato

Bases genéticas para la enfermedad El genoma humano 3000 millones de bp 26588 genes codificantes 1 gen codifica varias proteinas Sólo 1% del DNA se transcribe Organización en exones e intrones: SNPs: 1/1250 bp (2,1millones). Microsatélites. ESTs Mutaciones: Neutrales. Beneficiosas (CCR5). Perjudiciales. Recombinación en Meiosis Enfermedades monogénicas Enfermedades genéticamente complejas Estudio de genes candidato Science: 16 February 2001 (291). The human genome

Bases genéticas para la enfermedad Concepto: 1 mutación - 1 gen- 1 enfermedad. 6000 enfermedades (1/200 nacimientos). Leyes de Herencia de Mendel: Dominante Recesiva. Mitocondrial. La interacción genes/ambiente no tiene demasiadas consecuencias. Estrategias de estudio: clonación posicional: familias con enf -> mapeo genético -> mapa de genes -> gen responsable y comparación -> relación causal. Microsatelites: DNI genético “cartografía”. ESTs: DNA ->mRNA ->cDNA ->EST SNPs: polimorfismos nucleótidos únicos. El genoma humano Enfermedades monogénicas ncbi.nlm.nih.gov Enfermedades genéticamente complejas Estudio de genes candidato

Bases genéticas para la enfermedad El genoma humano Enfermedades monogénicas Enfermedades genéticamente complejas Estudio de genes candidato

Bases genéticas para la enfermedad El genoma humano Concepto: múltiples genes implicados. Existen variaciones presentes en individuos sanos en poblaciones normales (Polimorfismos) No sigue las Leyes de Herencia de Mendel: la definición fenotípica (CLÍNICA) es fundamental para establecer la asociación entre variantes genéticos/clínicos la interacción genes/ambiente tiene importantes consecuencias. Necesario el análisis de miles de genotipos. El estudio es mucho más complejo. Enfermedades monogénicas Enfermedades genéticamente complejas Estudio de genes candidato

La Insuficiencia Cardiaca es una enfermedad genéticamente compleja Pedigree de 3 familias con Fibrilación Auricular Pedigree de 1 familia con enf. autosómica recesiva Brugada, R. et al. N Engl J Med 1997;336:905-911 Torralba MA. Tesis doctoral 1999 Enf genéticamente compleja Enfermedad monogénica

Estrategias de estudio de la Insuficiencia Cardiaca como enfermedad genéticamente compleja Selección del rasgo objeto del estudio. Estudios de Asociación: establece la diferencia entre sujetos y controles en referencia a un marcador o rasgo. Estudios de Ligamiento: En árboles familiares se usan diferentes modelos de herencia para encontrar el más probable. En pares de hermanos: “concordancia entre gemelos”. Prospección o barrido genético inespecífico. Estudio de Genes Candidato. Los genes candidato pueden identificarse por su localización en una región del cromosoma que se ha relacionado con la enfermedad y/o por lo que es conocido sobre la función celular de la proteína producto codificada por el gen (a menudo del mismo nombre).

Mecanismos fisiopatológicos implicados Jessup M. N Engl J Med 2003; 348:2007-18

Remodelamiento ventricular izquierdo compensada descompensada Weber, K. T. N Engl J Med 2001;345:1689-1697

Adaptado de Harrison: principios de Medicina Interna 16ª Edición Mecanismos de remodelamiento e Insuficiencia Cardiaca: moléculas implicadas PROLIFERACIÓN CELULAR Angiotensina II Catecolaminas Endotelina TNF-a GH IGF Cardiotropina-I Estiramiento mecánico FIBROSIS Angiotensina II Endotelina Aldosterona TGF- b FACTORES CONTRARREGULADORES ANP Bradicinina Óxido Nítrico BNP APOPTOSIS TNF-a Fas Adaptado de Harrison: principios de Medicina Interna 16ª Edición

Genes candidato en Insuficiencia Cardiaca (I): ACE2 Regulador crítico de la Función cardiaca Previene la formación de Angiotensina II vasopresora Intimamente relacionado con un grupo de genes en cromosoma X implicados en HTA: ace-2 RNAm no detectable en riñones de ratas con HTA. Ablación del gen ace2: no disminuye la PA pero empeora la función cardiaca: media la respuesta cardiaca a la isquemia. ACE y ACE2 se contrarregulan: animales con genotipo ace/ace2: F cardiaca y TA normales. ACE2: regulación estructural ya que su ablación produce alteraciones morfológicas cardiacas en Drosophila. Crackower et al. Nature 2002;417:822-828

Hipótesis de trabajo (I): ACE2 Polimorfismos en el gen de la ECA2 influirían en la expresión de genes implicados en la respuesta cardiaca a la hipoxia Mutaciones en el gen de la ECA2 producirían diferentes fenotipos de Insuficiencia cardiaca por ausencia de regulación al alza en la expresión de genes implicados en la respuesta miocárdica a la hipoxia: ¿Cuáles serían esos genes?

Genes candidato en Insuficiencia Cardiaca (II): AT1-RECEPTOR Regulador crítico del daño endotelial El exceso de producción en el monocito y consecuentemente en el macrófago de receptores AT1 condiciona un aumento de la respuesta a ECA y Angiotensina , implicados en el daño endotelial y la respuesta farmacológica El exceso de expresión de la angiotensina II sobre los receptores AT1 constituye una de las piedras angulares de desarrollo de HTA y remodelado cardiaco vascular y renal. IECA, bloqueadores de receptor AT1 y B bloqueantes mejoran dichas condiciones fisiopatológicas. El recpetor AT1 es un tipo de molécula denominada G proteina acoplada a receptor que incia una serie de señales que afectan a la función celular, fundamentalmente regulando la movilización del Ca. Se ha observado en pacientes y ratones con HTA y dislipemia la existencia de monocitos en la luz de los vasos que expresan gran cantidad de recpetores para la angiotensina II. Estos monocitos son los precursores de los macrófagos endoteliales, que a través de este mecanismo adquieren un aumento de facilitaría la adhesión al endotelio la capacidad para generar angiotensina 2 mediante la ACE, así como incremento de la actividad del factor XIIIa. Este factor XIIIa catalizaría la formación de recpetores AT1 diméricos que estarían implicados no sólo en el aumento de la capacidad de señal sino en la mala respuesta a tratamiento farmacológico con IECA e inhibidores de los AT1 AbDalla S et al. Cell 2004; 119: 343-354

Hipótesis de trabajo (II): AT1-Receptor Polimorfismos en el gen del receptor AT1 estarían implicados en el exceso de expresión de dicha proteina en la membrana del monocito, así como en la formación de dímeros o monómeros, con la consecuente implicación en el daño endotelial en pacientes con insuficiencia cardiaca crónica. Mutaciones en el gen del receptor AT1 producirían mayor o menor daño endotelial por: Afectación de su unión al ligando. Por modificación en la expresión en la membrana del monocito. Por mecanismo de escape a diferentes fármacos.

Genes candidato en Insuficiencia Cardiaca (III): Genes implicados en la contractilidad miocárdica Moleculas y genes implicados: Miosina. Desmina. Laminina. Otros “filamentos intermedios”. Hipótesis de trabajo (III): Dichas moléculas jugarían su papel en el desarrollo de cardiopatía estructural como causa principal de insuf cardiaca en algunos pacientes Marinos C et al. N Engl J Med 2000; 342: 770-80

Genes candidato en Insuficiencia Cardiaca (IV): receptores alfa y Beta Moleculas y genes implicados: B1 y B2: aumentan contractilidad e HVI mediante Adenilato ciclasa. B2: activa la protein kinasa mitógena y contrarregulación. B3: activa la NO sintasa. a1 postsinapsis: activa la protein kinasa mitógena->HVI. a2 presinapsis: regulación de la liberación de Noradrenalina. El exceso de expresión de la angiotensina II sobre los receptores AT1 constituye una de las piedras angulares de desarrollo de HTA y remodelado cardiaco vascular y renal. IECA, bloqueadores de receptor AT1 y B bloqueantes mejoran dichas condiciones fisiopatológicas. El recpetor AT1 es un tipo de molécula denominada G proteina acoplada a receptor que incia una serie de señales que afectan a la función celular, fundamentalmente regulando la movilización del Ca. Se ha observado en pacientes y ratones con HTA y dislipemia la existencia de monocitos en la luz de los vasos que expresan gran cantidad de recpetores para la angiotensina II. Estos monocitos son los precursores de los macrófagos endoteliales, que a través de este mecanismo adquieren un aumento de facilitaría la adhesión al endotelio la capacidad para generar angiotensina 2 mediante la ACE, así como incremento de la actividad del factor XIIIa. Este factor XIIIa catalizaría la formación de recpetores AT1 diméricos que estarían implicados no sólo en el aumento de la capacidad de señal sino en la mala respuesta a tratamiento farmacológico con IECA e inhibidores de los AT1 Hipótesis de trabajo (IV): Prevalencia de polimorfismos alfa y Beta receptores en nuestra población y su correlación con los fenotipos. Investigación del papel del receptor B3 Hayar RJ et al. N Engl J Med 2002; 347: 1196-1199

Genes candidato en Insuficiencia Cardiaca (V): la apoptosis Hunter, J. J. et al. N Engl J Med 1999;341:1276-1283

PROCESOS IMPLICADOS EN LA APOPTOSIS Insuficiencia Cardiaca y la apoptosis(I) LA apoptosis es un fenómeno fisiológico que está presente desde el momento del nacimiento. Ya en la formación del embrión se están produciendo fenónemos apoptóticos de modo continuo. Además está implicada en la superespecialización celular y tisular. En cn en un sujeto normal la apoptosis se pone en marcha como modo de supervivencia cuando una célula sufre un daño irreparable. Tal es así que si se detecta la no viabilidad o daño del material genético la célula estimula la vía de la apoptosis y se retrae de un modo ordenado. Otras veces ocurre cuando células vecinas del sistema inmune o células en contacto le emiten una serie de señales que hacen que a través de receptores de membrana como el ligando Fas o el receptor del TNFalfa o la Linfotoxina (TNF beta), que hacen que esta vía se ponga en marcha. NECROSIS APOPTOSIS PROCESOS IMPLICADOS EN LA APOPTOSIS

Insuficiencia Cardiaca y la apoptosis(II) Alberts: Molecular Biology of the cell. 2004. Fourth Edition

Insuficiencia Cardiaca y la apoptosis(III): Mecanismos reguladores Proteina “P53” (estímulo de vía intrínseca fase G1 del ciclo celular) Proteina “Bcl-2” (regulador de vía extrínseca)

Insuficiencia Cardiaca y la apoptosis (IV) Factores inductores de Apoptosis Factores inhibidores de Apoptosis

Insuficiencia Cardiaca y la apoptosis (V): los otros factores implicados TNF-a. TNF-b. Expresión Oncogen BAX. TGF-b. Aumento de Ca en retículo sarcoplásmico. Hipoxia. Catecolaminas. Aumento Angiotensina II. Ausencia de receptor gp130. Hunter, J. J. et al. N Engl J Med 1999;341:1276-1283

Hipótesis de trabajo (V): la apoptosis del miocito y los mecanismos implicados Existe una correlación entre la expresión de genes implicados en la apoptosis del miocito y el fenotipo final Uso de los microarrays

Los microarrays Sauter, G. et al. N Engl J Med 2002;347:1995-1996 Edison T. et al. N Engl J Med 2004;350:1595-1596