• Genética de la Enfermedad de Alzheimer

    La EA es un proceso neurodegenerativo etiológicamente heterogéneo. Desde hace años se tiene constancia de la existencia de agregaciones familiares, con un patrón de herencia Autosómico Dominante (AD), de frecuencia escasa, en torno a un 5-10%, que ha servido como punto de partida de diversas investigaciones que intentan esclarecer los factores que pueden influir en su aparición (Baiget Bastos M, 1996). Se han encontrado varios genes, con un nexo común en cuanto al síndrome clínico al que se le relaciona, pero con diferencias en cuanto a la edad de debut y a los mecanismos patogénicos de dicha entidad. 

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    Este progreso en lo concerniente a la etiopatogenia de la EA, sufrió un curso evolutivo lento hasta mediados de 1985, cuando los estudios en enfermos por encima de 30 años, con trisomía del par 21 (síndrome de Down) revelaron que poseían ovillos neurofibrilares y placas seniles, sugiriendo que genes localizados en este cromosoma serían capaces de inducir el espectro patogénico de la EA (Martin, J. B., 1999). Fue mucho antes, en 1929, cuando un neuropatólogo alemán describió placas seniles en cerebros de individuos con síndrome de Down. A esta observación le siguieron casi 50 años hasta que se logró localizar a la proteína precursora del amiloide (APP) en el cromosoma 21 y la posibilidad de que la existencia de tales lesiones se debiera a un incremento de la dosis del gen (Oliver, C. & Holland, A. J., 1986). Se detectó un ligamiento genético con los marcadores de la región proximal del brazo largo del cromosoma 21, no incluidos en la región crítica del síndrome de Down. Simultáneamente, el gen que codifica para la proteína precursora β-amiloide fue clonado y localizado en la misma región cromosómica (Goldgaber, D., Lerman, M. I., McBride, O. W., Saffiotti, U., & Gajdusek, D. C., 1987). Sin embargo, no se constató ese tipo de ligamiento entre la EA de inicio tardío y los marcadores del cromosoma 21, y exclusivamente una parte de las familias (en menos del 1% de los casos) con EA de inicio precoz lo mostraron, lo cual corroboraba la heterogeneidad genética en la EA (Bird, T. D. et al., 1989c; Hardy, J. & Duff, K., 1993) y la necesidad de encontrar otros genes implicados en su etiopatogenia. 

     


     


     
    En 1991, el estudio de una familia con ligamiento positivo, puso de manifiesto que el locus de la enfermedad se localizaba en la parte central del brazo largo del cromosoma 21, entre los marcadores D21S1/D21S11 y D21S17. El análisis de mutaciones en el gen de la proteína precursora beta-amiloide (ver “Tabla 1. Genes asociados a la EA.jpg”) en pacientes de estas familias llevó a la identificación de una mutación puntual en el nucleótido 2149 que producía el cambio de un residuo de valina por uno de isoleucina en el codón 717 de la proteína. Análisis posteriores han identificado una docena de familias en las que la mutación se hereda ligada a la enfermedad, por lo que se considera que podría ser la causa de la misma. Posteriormente se han identificado mutaciones en el gen de la proteína precursora beta-amiloide, localizadas en los exones 16 y 17 (Bird, T. D. et al., 1989b), cerca de los genes implicados en la proteolisis de la proteína precursora del amiloide por las diferentes secretasas. Aproximadamente se han descrito un total de trece mutaciones diferentes, cuatro de las cuales afectan al codón 717 (exon 17), cerca del grupo carboxi-terminal de la proteína. En los codones que codifican para el péptido amiloide propiamente dicho, se han encontrado otras dos mutaciones adyacentes, una en el codón 692, cuya expresión fenotípica es una combinación de demencia presenil y hemorragias cerebrales, y otra en el codón adyacente 693, que es la causa de angiopatía amioloidea hemorrágica familiar en su variante holandesa. En conjunto estas mutaciones originan poco más del 10% del total de familias con EA precoz (Goate, A. et al., 1991; Tanzi, R. E. et al., 1992).
     

    La APP es una glicoproteína de membrana con un largo dominio NH2 terminal, una región transmembrana y un extremo citoplasmático C-terminal. Tiene 18 exones, con el péptido Aβ codificado por los exones 16-17 (Lemaire, H. G. et al., 1989). Diferentes transcriptos de APP (365, 563, 695, 714, 751 y 770) son generados por splicing alternativo principalmente de los exones 7 y 8 (Yoshikai, S., Sasaki, H., Doh-ura, K., Furuya, H., & Sakaki, Y., 1990). Solo las formas de APP 695, 714, 751 y 770 contienen la secuencia Aβ y por tanto son potencialmente amiloidogénicos. Las dos formas potenciales de generar EA por mutaciones de APP implican la alteración de la función de la proteína o menos probablemente de Aβ, o por otro lado un trastorno en el procesamiento de APP con el consecuente depósito de APP. En la neurona, la APP es sintetizada en el perikarion y transportada por flujo axonal rápido a la terminal sináptica donde probablemente está implicada en el mantenimiento de la interacción sináptica (Schubert, D., Jin, L. W., Saitoh, T., & Cole, G., 1989). Existe una evidencia sustancial de que la EA no se produce como consecuencia de una pérdida de función de la APP a su vez causada por una mutación, sino por la anormal producción de Aβ y la toxicidad de este producto. La APP es degradada en varios fragmentos, en primer lugar entre la Lys687 y la Leu688 por la α-secretasa, y en segundo lugar en la posición Met671 y Asp672 por la β-secretasa y finalmente a partir de la posición Ile712 por la γ–secretasa. Tanto la β-secretasa como la γ–secretasa producen fragmentos amiloidogénicos, algunos de ellos conteniendo el fragmento Aβ intacto (Esch, F. S. et al., 1990; Seubert, P. et al., 1992; Anderson, J. P., Chen, Y., Kim, K. S., & Robakis, N. K., 1992). El fragmento Aβ es una proteína de 4.2 KDa que aparece tras el corte proteolítico de la APP y tiene 40, 42 o 43 aminoácidos (Aβ1-40; Aβ1-42 y Aβ1-43). Para la actividad de clivado proteolítico se precisan las presenilinas y las nicastrinas. Ambas son parte del complejo multimérico γ–secretasa que es necesario para la proteolisis intramembranosa de las proteínas tales como Notch, GLP-1 (glucagon-like peptide-1) y APPβ (Brunkan, A. L. & Goate, A. M., 2005).

     

    Un segundo locus relacionado con una forma dominante de EA, se localizó en el cromosoma 14 (q24-qter) (Mullan, M. et al., 1992) y se estima que aparece en un 50% de las formas de inicio precoz de la enfermedad. Codifica una proteína denominada Presenilina 1 (PSE-1) (ver “Tabla 1. Genes asociados a la EA.jpg”) (1995). Los genes HspA2 y c-Fos, ubicados en la región q24-qter se han propuesto como genes candidatos para algunas formas precoces de EA, pero no existen, por el momento, resultados concluyentes. Se ha clonado un gen localizado en 14q24.3 y se han caracterizado 5 mutaciones distintas en el mismo que, en algunas familias con la forma precoz de EA, cosegregan con la enfermedad. A partir de la secuencia de este nuevo gen (S182) ha sido posible predecir la estructura de la proteína que codifica. El gen contiene 10 exones y codifica una proteína de 467 aminoácidos, que posee de siete a diez dominios transmembrana. Podría tener una función de receptor o ser una proteína estructural de membrana. Se han descrito más de sesenta mutaciones distintas en más de ochenta familias de diferentes orígenes étnicos, casi todas ellas consistentes en la sustitución de una base por otra.

     


     
    En un grupo de familias con patrón de herencia AD y en las que el debut de la enfermedad acontece entre los 50 y 65 años, conocidas como las familias alemanas del Volga (Bird, T. D. et al., 1989a), se había descartado el ligamiento genético con los genes descritos en los cromosomas 21, 14 y 19. A mediados del año 1995 se identificó un locus en el cromosoma 1q 31que codifica una proteína homóloga a la codificada por el gen S182 (en 14q24.3). Estas observaciones indican que tanto el gen E5-1 del cromosoma 1 como el gen S182 del cromosoma 14 son miembros de una familia de genes que poseen funciones relacionadas y que han recibido la denominación de presenilinas. En concreto, el gen E5-1 codifica la proteína denominada Presenilina 2 (PSE-2) (Ver “Tabla 1. Genes asociados a la EA.jpg”) (Zekanowski, C. et al., 2003). Esta proteína, constituida por 448 aminoácidos, tiene un porcentaje de homología con la S182 que alcanza el 84% de los dominios hidrofóbicos transmembrana. Hasta la fecha, se han encontrado tres mutaciones en este gen, una presente en todas las familias germanas del Volga con EA ligada al cromosoma 1, y otras dos en una familia italiana y otra holandesa, así como un caso esporádico de demencia presenil.

     


     
    Otro gen involucrado se sitúa en el brazo largo del cromosoma 19 (ver “Tabla 1. Genes asociados a la EA.jpg”), y que, a diferencia de lo descrito hasta ahora, constituye un polimorfismo de riesgo. Presenta una especial relevancia en la Enfermedad de Alzheimer de inicio tardío. Codifica una proteína de 299 aminoácidos, denominada Apolipoproteína E (APO E), ya identificada como trasportador de colesterol en sangre. Aunque no se han descrito mutaciones en esta proteína, existe una variante alélica, la 4, que es la menos frecuente (aproximadamente un 15% del total) y que incrementa de manera sustancial el riesgo de padecer la enfermedad. Cientos de estudios han avalado que el inicio de la enfermedad es 10 a 20 años más precoz en pacientes homocigotos para la forma alélica 4 de la APO E, con respecto a las formas alélicas 2 o 3 (constituyen el 7% y el 78% del total de apolipoproteinas, respectivamente). Las apolipoproteínas (“apo” designa la proteína en su forma libre sin lípidos) se combinan con lípidos formando diversas clases de partículas lipoproteicas que son agregados esféricos con lípidos hidrofóbicos en el núcleo central y las cadenas laterales hidrofílicas de aminoácidos de la proteína en la superficie (Lehninger AL, Nelson DL Cox CM, 1993).

     

    Entre las lipoproteínas del plasma humano se encuentran, al menos, nueve apolipoproteinas diferentes; pueden distinguirse por su tamaño, sus reacciones con anticuerpos específicos y su distribución. Estos componentes proteicos actúan de señal, dirigiendo las lipoproteínas hacia los tejidos específicos o activando enzimas que actúan sobre las lipoproteínas. La APO E, cuya masa molecular es 34.145 KD, se encarga de eliminar los restos de VLDL (very low density lipoprotein) y quilomicrones77. Junto con la APO J, son las dos únicas apolipoproteínas sintetizadas en el cerebro. Su principal fuente a dicho nivel es el astrocito (Rebeck, G. W., Kindy, M., & LaDu, M. J., 2002g; Poirier, J., 2005; Cummings JL, 1999; Dickson DW & Ivanushkin A, 1995). Su función primordial radica en la homeostasis lipídica (Cummings JL, 1999) que incluye, el transporte de los lípidos (Rebeck, G. W., Kindy, M., & LaDu, M. J., 2002f) así como en el metabolismo, mantenimiento de la neuroplasticidad, modulación de la actividad del fragmento A y proteína tau y acción antiinflamatoria (Rebeck, G. W., Kindy, M., & LaDu, M. J., 2002e). Es conocido desde 1993 el hecho de que la APO E 4 es un factor de riego para el desarrollo de la EA (Corder, E. H. et al., 1993b; Strittmatter, W. J. et al., 1993c; Strittmatter, W. J. et al., 1993b). Si volvemos a profundizar en sus funciones atribuidas hasta la fecha es comprensible esa relación, que ya se estableció más de una década atrás. En primer lugar, con respecto al metabolismo del A, hay que recordar que este fragmento deriva del procesamiento proteolítico de la APP y que las mutaciones en el precursor que aumentan la cantidad de A1-42, causan EA. La acción patológica del fragmento A no está del todo aclarada. La APO E influye en el depósito amiloide in vivo, interactúa con la parte soluble y fibrilar de A in vivo e in vitro y modula la actividad neural del péptido in vitro. Es un componente de las placas seniles y de los depósitos periféricos de A encontrados en el cerebro, plasma y líquido cefalorraquídeo. In vitro, forma complejos estables con A y promueve el aclaramiento de A, parcialmente vía receptores de APO E (Rebeck, G. W., Kindy, M., & LaDu, M. J., 2002d). Por el contrario, el genotipo APO E no parece afectar al número de ovillos neurofibrilares en cerebros con anatomía patológica de EA. Esto tiene su correlato clínico, dado que la APO E influye en la edad de inicio pero no en el grado de progresión de la enfermedad (Rebeck, G. W., Kindy, M., & LaDu, M. J., 2002c). También se ha descrito su función in vitro como promotor del crecimiento neurítico, la sinaptogénesis y su acción protectora frente al daño oxidativo, fundamentalmente de la isoforma 2 (Rebeck, G. W., Kindy, M., & LaDu, M. J., 2002b). Contribuye a reparar y mantener la integridad de los neurotúbulos en el cuerpo celular (Strittmatter, W. J. et al., 1993a).

     

    Recientemente se ha establecido su acción antioxidante y antiinflamatoria, siendo la hipótesis más aceptada el hecho de que el A puede iniciar o exacerbar la neuropatología de la EA induciendo la activación glial, promoviendo la liberación de moléculas de respuesta inflamatoria, incluyendo citocinas, óxido nítrico y otros agentes potencialmente neurotóxicos. Su inmunorreactividad estaría asociada con las placas de amiloide y la microglia activada así como los astrocitos que se sitúan en torno a ellos (Rebeck, G. W., Kindy, M., & LaDu, M. J., 2002a).

     

    Existen varios alelos (2, 3, 4), de los que ya se ha mencionado algún dato, con una función claramente diferente en relación al papel predisponente o protector de los mismos en el desarrollo de la EA. Así pues, se ha demostrado que el alelo 2 juega un papel protector en los estudios que se han realizado (Corder, E. H. et al., 1993a; Cumming, A. M. & Robertson, F. W., 1984a; Corder, E. H. et al., 1994; Chartier-Harlin, M. C. et al., 1994; Zannis, V. I., Just, P. W., & Breslow, J. L., 1981). Una cuarta parte de los individuos son portadores de la forma heterocigota para el alelo 4, mientras que un 2% son homocigotos. El polimorfismo de la APO E es responsable de un 4 a un 8% de variación en los niveles de colesterol. El alelo 4 se ha involucrado en el metabolismo del colesterol total, incrementando los niveles de éste y secundariamente la aterosclerosis sistémica, siendo un factor de riesgo no sólo para la EA sino también para el infarto agudo de miocardio (Cumming, A. M. & Robertson, F. W., 1984b). El alelo 3 también se asocia con un incremento de los niveles de colesterol, mientras que el 2 posee un efecto contrario. Ya es conocida la relación establecida entre la EA y la APO E, sin embargo solo se ha podido constatar su papel como factor de susceptibilidad (Peacock, M. L. & Fink, J. K., 1994b; Fullerton, S. M. et al., 2000; Wahlund L., 2003; Saunders, A. M. et al., 1993; Jarvik, G. P. et al., 1995c; Brousseau, T. et al., 1994) sin llegar a ser un responsable directo de enfermedad. Para algunos estudios (Peacock, M. L. & Fink, J. K., 1994a) el riesgo de desarrollar la enfermedad puede llegar a ser 6,1 veces mayor (1,6-27,9%) para sujetos con al menos un alelo APO E 4 (Jarvik, G. P. et al., 1995b), si se compara con sujetos que no son portadores (Wahlund L., 2003). Aunque dicho riesgo se incrementa, su presencia no es necesaria ni suficiente para desarrollar la enfermedad tras comprobar, sobre una muestra de base poblacional formada por una cohorte del estudio Framingham, que el 55% de los homocigotos para el alelo 4 a los 80 años y el 27% de los individuos heterocigotos a los 85 años, desarrollaban EA (Myers, R. H. et al., 1996). Además, se ha postulado una relación dosis-dependiente entre el comienzo de la enfermedad y la APO E 4, de tal manera que el inicio es tanto más precoz cuanto mayor sea la dosis de dicho alelo (Small, B. J. et al., 2000b). Por ello no se ha podido establecer como marcador diagnóstico precoz de la EA. Es más, se han llevado a cabo estudios en los que no se ha evidenciado relación entre la presencia del alelo APO E 4 y el funcionamiento cognitivo, de tal forma que no participa en el deterioro cognitivo que acontece en el envejecimiento normal (Small, B. J. et al., 2000a). Tampoco se ha establecido como predictor de mortalidad en la población anciana (Juva, K. et al., 2000). Además, otros trabajos han reflejado que no existe una relación lineal entre la actividad colinérgica frontal y la dosificación del alelo 4. Esto sugiere la existencia de otros factores que intervengan en el declinar de la función colinérgica de la EA (Corey-Bloom, J. et al., 2000). Son varios los trabajos publicados en los que se establece interacción entre el genotipo APO E, los niveles de colesterol, la edad y el sexo como predictores de la EA (Jarvik, G. P. et al., 1995a). Por ejemplo, se ha comprobado (Breitner, J. C. et al., 1999) una mayor prevalencia de EA cuando se encontraba este alelo en mujeres, así como un pico máximo a la edad de 73 años para los homocigotos para dicho alelo comparado con 87 años para los heterocigotos. Por consiguiente se produce un adelanto en la edad de debut de la enfermedad de forma considerable.

     

    Finalmente mencionaremos a la proteína tau, como marcador importante en la EA. Se localiza fundamentalmente a nivel intracelular (NFT), y los axones distróficos rodean al core de la placa amiloide y el neuropilo se degrada. A la microscopía electrónica la proteína tau se acumula como filamentos helicoidales pareados.

     

    [Tabla 1. Genes asociados a la EA.jpg (McGowan, E., Eriksen, J., & Hutton, M., 2006)].

     


     
    GENES DESCRIPCIÓN

     
    APP Localizado en el cromosoma 21q21.3-21q22.05. El procesamiento de la APP por la β y γ secretasas genera el péptido Aβ; las mutaciones en la APP incrementan la cantidad total de Aβ o de forma selectiva los niveles de Aβ42. Hasta la fecha se han descrito 20 mutaciones ligadas al desarrollo de EA, con edad de inicio en 45-65 años. Han sido descritas recientemente duplicaciones en la APP que producen EA de inicio precoz con CAA (angiopatía cerebral amiloidótica) (Rovelet-Lecrux, A. et al., 2006). En total las mutaciones de APP constituyen <1% del total de casos de EA.

     
    PSEN1 Localizado en el cromosoma 14q24.3. Se han publicado más de 150 mutaciones responsables de EA familiar, con una edad de inicio de 28-50 años. Constituye aproximadamente un 8% del total de casos familiares. Es parte del complejo γ-secretasa. De forma general incrementa los niveles de Aβ42.

     
    PSEN2 Localizado en el cromosoma 1q31-q42. Homólogo de PSEN1. Hasta la fecha se han publicado 20 mutaciones, que constituyen aproximadamente el 1% de los casos familiares de EA. En conjunto APP, PSEN1 y PSEN2 representan el 90% de las formas AD de EA familiar.

     
    APOE Localizado en el cromosoma 19q13.2. El alelo ε4 incrementa la susceptibilidad de padecer EA de inicio tardío, con baja penetrancia pero elevada incidencia. El alelo ε2 confiere protección frente a la EA.

     
    MAPT Localizado en el cromosoma 17q21.1. Aunque las mutaciones descritas no provocan EA, son causa de demencia, DFTP-17 (demencia frontotemporal con parkinsonismo ligado al cromosoma 17). Se han publicado más de 30 mutaciones. MAPT es una proteína asociada a microtúbulos y de la disfunción de tau se ha deducido que es suficiente para causar degeneración neurofibrilar y demencia.


     
    OTROS GENES:

     
    Desde el 2007 ha habido una auténtica revolución en el estudio genético de la Enfermedad de Alzheimer. Esto ha sido posible gracias a las novedosas tecnologías de genotipado de alto rendimiento (high-throughput genotyping). Estas tecnologías permiten analizar en poco tiempo y con gran fiabilidad una información genética extraordinaria. Por ello han aparecido los primeros estudios de asociación del genoma entero (genome-wide association studies) (Coon, K. D. et al., 2007), en la EA. Estos análisis se caracterizan por tener un elevado número de pacientes y controles, con lo que resulta posible alcanzar suficiente poder estadístico y hallar genes de efecto menor, replicar las asociaciones en muestras independientes dentro del mismo estudio, emplear tecnología que permite genotipar miles de variantes genéticas bialélicas (de un único nucleótido) en cada una de las muestras.
     
    Han aparecido ocho estudios que utilizan estrategias similares de genotipado masivo e inclusión de grandes muestras, cuyos resultados indican que muy probablemente exista una heterogeneidad genética importante en la esta enfermedad (Li, H. et al., 2008; Grupe, A. et al., 2007; Reiman, E. M. et al., 2007; Rogaeva, E. et al., 2007; Bertram, L. & Tanzi, R. E., 2009; Carrasquillo, M. M. et al., 2009; Harold, D. et al., 2009; Lambert, J. C. et al., 2009). De estos estudios, destacamos los análisis llevados a cabo por dos laboratorios europeos independientes, los cuales se han convertido, con más de 14.000 muestras, en los más potentes hasta la fecha (Lambert, J. C. et al., 2009; Harold, D. et al., 2009).

     
    Ambos estudios demostraron una asociación entre el gen CLU, localizado en el cromosoma 8 y que codifica para la apolipoproteína J (APO J), y una disminución de aproximadamente un 15% del riesgo de padecer Enfermedad de Alzheimer. Otros genes, como PICALM (en el cromosoma 11) y CR1 (en el cromosoma 1) también se sugirieron como posibles factores genéticos asociados a la enfermedad. El hecho de que APO J se exprese en el sistema nervioso central y sea, junto con APO E, la apolipoproteína que más abunda en el cerebro, que se encuentre presente en las placas amiloides típicas de los cerebros de pacientes enfermos, que el tejido cerebral de dichos pacientes expresen más APO J que cerebros de individuos controles sanos, y que se haya postulado una posible relación entre APO J y el aclaramiento del péptido Aβ, hace de éste un gen candidato interesante para posteriores estudios genéticos y fisiológicos. 

     
    Cabe esperar que en los años venideros aparezcan estudios similares en otras poblaciones e incluso con mayor número de muestras. Esto, unido a las nuevas tecnologías de secuenciación a gran escala, los estudios de epigenética y a los análisis de expresión, serán, en su conjunto, herramientas imprescindibles y necesarias para poder caracterizar con mayor precisión la arquitectura genética de la Enfermedad de Alzheimer.


     
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