Inactivación del cromosoma X, epigenética y transcriptoma

El cromosoma X es la piedra angular de la patogenia de varios síndromes, de los cuales algunos son el síndrome de Turner (45,X), el síndrome de Klinefelter (47,XXY), el síndrome triple X (47,XXX) y el síndrome doble Y (47,XYY). ). A pesar de esta importancia para la enfermedad clínica, hasta ahora sólo un gen en el cromosoma X ha sido implicado en el amplio espectro de rasgos fenotípicos observados en estos y otros síndromes relacionados con el cromosoma X. El único gen conocido es el gen SHOX (homeobox de baja estatura) y codifica un factor de transcripción que tiene como objetivos transcripcionales el péptido natriurético cerebral (BNP) y el gen del receptor del factor de crecimiento de fibroblastos (FGFR3). Se encuentra en la región pseudoautosómica de los cromosomas X e Y. Se ha demostrado que este gen está implicado en la baja estatura en el síndrome de Turner, el síndrome de Leri-Weill y la baja estatura idiopática. También causa el aumento de estatura en el síndrome de Klinefelter, el síndrome triple X y el síndrome XYY.

Una serie de rasgos y enfermedades se observan con frecuencia en los síndromes cromosómicos X que no pueden explicarse por este gen SHOX. El mejor caracterizado de estos síndromes es el síndrome de Turner, donde estos rasgos fenotípicos se pueden dividir en:

1. Predilección autoinmune, lo que conduce a un mayor riesgo de prácticamente todas las enfermedades autoinmunes de patogenia desconocida, como la diabetes y el hipotiroidismo.
2. Disminución de la viabilidad intrauterina. Aquí se ha sugerido que está involucrada la haploinsuficiencia de los genes pseudoautosómicos ligados al cromosoma X que operan en la placenta (STS y CSF2RA).
3. Disgenesia ovárica, que conduce a insuficiencia ovárica y la necesidad de una terapia de reemplazo de hormonas sexuales a largo plazo.
4. Malformaciones cardiovasculares congénitas de patogenia no resuelta.
5. El desarrollo del cerebro, especialmente el desarrollo social-cognitivo, que se altera en muchos casos, a menudo en una dirección más "masculina".
6. Aumento de la prevalencia del síndrome metabólico y la osteoporosis. En células de mujeres sanas, con dos cromosomas X, tiene lugar una inactivación aleatoria de X (13). El proceso está gobernado por el centro de inactivación X (XIC) e iniciado por Xist, que es un gen que codifica un ARN no codificante de intervención prolongada (lincRNA). El gen Xist está ubicado cerca del centrómero en el brazo largo del cromosoma X, desde donde orquesta modificaciones represivas de histonas (reclutando PRC2) a lo largo del cromosoma X que conducen a la inactivación. En el cromosoma X activo remanente, PRC2 es valorado por Tsix, lo que deja efectivamente a todas las hembras como mosaicos para el cromosoma X con uno de origen materno y otro paterno. Sin embargo, un gran número de genes que se encuentran dispersos en el cromosoma X escapan a esta inactivación X por mecanismos desconocidos y se produce una compensación de dosis, por lo que la expresión entre machos y hembras es comparable para muchos genes (15, 16). Aproximadamente el 65 % de los genes están completamente silenciados, mientras que el 15 % escapa completamente a la inactivación X y el 20 % muestra una expresión variable, según el origen de la célula tisular (17).

LincRNAs se transcriben de forma generalizada en el genoma, aunque su papel en la salud y la enfermedad es poco conocido. Los estudios de compensación de dosis, impronta y expresión de genes homeóticos sugieren que los lincRNA funcionan en la interfaz entre el ADN y la remodelación de la cromatina con una mayor participación en la reprogramación de la cromatina para promover la metástasis del cáncer. Hasta la fecha, se ha planteado la hipótesis de una variedad de interacciones diferentes para los lincRNA en la regulación transcripcional, y pueden funcionar tanto como moléculas que interactúan intactas como moléculas procesadas por Dicer que se cortan en pequeños ARN de interferencia que degradan otros ARN.

La remodelación de la cromatina se puede analizar por las marcas que dejan las histonas en la hebra de ADN, que pueden ser de carácter permisivo o represivo, según la acetilación o metilación que se produzca de las histonas. Como ejemplo, la trimetilación de lisina 4 en la histona H3 (H3K4me3) está enriquecida en promotores de genes transcripcionalmente activos, mientras que la trimetilación de H3K9 (H3Kme3) y H3K27 (H3K27me3) están presentes en promotores de genes que están reprimidos transcripcionalmente. Mediante el uso de inmunoprecipitación de cromatina junto con secuenciación profunda (chIPseq), se pueden obtener estas marcas a lo largo de todo el cromosoma X en un ensayo.

Las alteraciones epigenéticas de las modificaciones de histonas se pueden estudiar mediante una nueva metodología, lo que permite el uso de muestras patológicas relativamente antiguas. Esto abre nuevas perspectivas para la expansión de nuestro conocimiento sobre el papel del permiso y la inactivación del cromosoma X en diferentes enfermedades, donde los síndromes del cromosoma X pueden servir como modelo inicial para comprender procesos que probablemente sean importantes para las enfermedades (p. diabetes e hipotiroidismo) más allá de estos síndromes. Como otro ejemplo, las malformaciones congénitas del corazón son frecuentes en el síndrome de Turner y, a menudo, conducen a una dilatación y disección aórtica tempranas. En estos pacientes y en los controles, recolectamos bloques de tejido incluidos en parafina de la pared aórtica, que ahora se pueden evaluar utilizando esta metodología de primera línea con el potencial de identificar marcas novedosas en el ADN de los pacientes Turner en comparación con el ADN de los pacientes que no son Turner.

La impronta es otro aspecto importante de la acción de los cromosomas sexuales. La impronta se refiere al proceso en el que se puede imprimir un gen (o más genes) según el origen de los padres. Dicho de otra manera, un gen puede "activarse o desactivarse" dependiendo de su origen materno o paterno. Además, los estudios con ratones muestran que los grupos de genes en el cromosoma X están impresos y son independientes de la inactivación del cromosoma X.

La importancia de la herencia biológica se pone de manifiesto en las principales morbilidades cardiovasculares que afectan a la población, donde predomina claramente un rasgo hereditario en determinadas familias. A pesar de la promesa de enfocarse en la prevención y el tratamiento de la morbilidad cardiovascular, las partes específicas del genoma que potencialmente desencadenan las patologías aún no se han definido en gran medida y podrían aportar un conocimiento importante de la fisiopatología.

El mayor cuerpo de conocimiento sobre las implicaciones de las aberraciones del genoma se origina en enfermedades con manifestaciones obvias y graves que resultan de modos claros de transmisión que permiten identificar las regiones causales del genoma. Dichos trastornos genéticos tienen el potencial para comprender el papel de un locus específico del genoma, si se puede identificar, ya que a menudo están involucradas grandes regiones cromosómicas. En el caso de los fenotipos cromosómicos X, esperamos que el agente causante esté en el cromosoma X y utilizaremos varias tecnologías novedosas para identificar este agente.

Actualmente, nuestro conocimiento limitado de la importancia del cromosoma X para la patología cardiovascular proviene de trastornos de un solo gen y más diferencias de género no específicas además de las anomalías cromosómicas sexuales. Por el contrario, no se ha establecido que ningún trastorno de un solo gen en el cromosoma Y esté relacionado con la morbilidad cardiovascular.

Se encuentran disponibles modelos humanos apropiados para una mejor comprensión del papel que desempeñan los cromosomas sexuales. Aquí, las desviaciones de la normalidad no solo ocurren con una prevalencia razonable, sino que también se asocian con fenotipos fácilmente identificables y pronóstico adverso. Los síndromes de Turner y Klinefelter constituyen tales modelos; mujeres con una reducción en el material cromosómico X y hombres con un aumento en el material cromosómico X, respectivamente. Estas anomalías de los cromosomas sexuales se asocian con un exceso de morbilidad y mortalidad tanto por enfermedades cardiovasculares congénitas como adquiridas, así como por diabetes, insuficiencia ovárica y otras enfermedades.

Los fenotipos cardiovasculares y la expresión y activación de genes se investigan en mujeres y hombres sanos con una comparación entre los síndromes de Turner y Klinefelter en un diseño descriptivo transversal. Estos estudios ya se han realizado y se establece una caracterización precisa. La hipótesis es que la importancia del cromosoma X se manifestará como niveles alterados de expresión y activación en asociación con diferentes fenotipos cardiovasculares. En segundo lugar, se proporciona un conocimiento análogo básico del cromosoma Y. Se espera que el proyecto genere más hipótesis sobre el papel que juega el genoma en la morbilidad tanto en la población con cariotipo normal como en cariotipos anormales.

En este proyecto proporcionaremos una combinación única de tecnologías moleculares de primera línea y cohortes de pacientes bien definidas. Las hipótesis que probaremos son las siguientes:

1. Las transcripciones no codificantes del cromosoma X desempeñan un papel fundamental en las anomalías de los cromosomas sexuales y pueden funcionar a través de la regulación de los mecanismos epigenéticos y la desestabilización del ARNm.
2. La regulación de la expresión de ARN no codificante en los cromosomas X se basa en mecanismos epigenéticos que conducen a diferentes marcas de histonas y diferentes metilaciones de ADN en, por ejemplo, personas con síndrome de Turner y Klinefelter en comparación con controles sanos del mismo género.
3. El patrón de expresión génica resultante de estos mecanismos es diferente en las anomalías cromosómicas sexuales en comparación con hombres y mujeres sanos, y esta diferencia puede estudiarse en tejidos enfermos de mujeres con síndrome de Turner y compararse con tejido de control normal.
4. Puede ser posible identificar una o unas pocas moléculas conductoras en tejidos enfermos de personas con síndrome de Turner y Klinefelter, que pueden validarse in vitro e in vivo y que pueden explicar los procesos de la enfermedad, brindando información fisiopatológica importante.

Hallazgos esperados. Esperamos poder definir los cambios epigenéticos en los cromosomas X con una resolución de base única, identificando así la metilación de CpG en las hebras de ADN, así como las marcas de histonas permisivas y represivas en las histonas.

Esperamos identificar el transcriptoma tanto en lo que respecta al ARNm como a los ARN no codificantes (tanto largos como microARN) para los ARN generados a partir del cromosoma X.

Esperamos poder proporcionar un atlas de los eventos epigenéticos específicos de los síndromes de Turner y los efectos de estos en el transcriptoma.

Con el uso de métodos bioinformáticos, se espera que esto conduzca a la identificación de nuevas moléculas desreguladas que pueden explicar varias propiedades de estos pacientes. Estas moléculas luego estarán sujetas a validación en cohortes de pacientes separadas usando tecnología PCR o IHC.

En el tejido enfermo estudiaremos las alteraciones específicas del tejido del epigenoma y el transcriptoma de los cromosomas X y lo compararemos con los tejidos normales de las muestras de control. Esperamos que esto conduzca a la identificación de los impulsores del proceso de la enfermedad y una comprensión fisiopatológica del proceso de la enfermedad.