Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO PROGRAMA DE MAESTRÍA EN CIENCIAS MÉDICAS, ODONTOLÓGICAS Y DE LA SALUD IDENTIFICACIÓN DE VARIANTES EN POSIBLES GENES RESPONSABLES DE MICROTIA-ATRESIA DE PRESENTACIÓN FAMILIAR POR SECUENCIACIÓN DE SEGUNDA GENERACIÓN. T E S I S QUE PARA OPTAR POR EL GRADO DE: MAESTRÍA EN CIENCIAS MÉDICAS PRESENTA: ALEJANDRA DEL PILAR REYES DE LA ROSA TUTORA: DRA. VERÓNICA FABIOLA MORÁN BARROSO HOSPITAL INFANTIL DE MÉXICO FEDERICO GÓMEZ CO-TUTOR: DR. JESÚS AGUIRRE HERNÁNDEZ HOSPITAL INFANTIL DE MÉXICO FEDERICO GÓMEZ MÉXICO, CIUDAD DE MÉXICO MARZO 2017. UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. Dr. Onofre Muñoz Hernández Responsable de la Entidad Académica Hospital Infantil de México Federico Gómez Tutor: Dra. Verónica Fabiola Morán Barroso Jefe del Departamento de Genética Hospital Infantil de México Federico Gómez Co-Tutor: Dr. Jesús Aguirre Hernández Jefe del Laboratorio de Genómica, Genética y Bioinformática Hospital Infantil de México Federico Gómez Índice Resumen ......................................................................................................................................................... 1 Marco teórico ................................................................................................................................................ 3 Anatomía del pabellón auricular ...................................................................................................................... 3 Embriología del pabellón auricular ................................................................................................................. 6 Exploración física y descripción clínica del pabellón auricular ....................................................... 13 Microtia-Atresia .................................................................................................................................................... 15 Microtia-Atresia sindrómica ........................................................................................................................... 17 Microtia-Atresia aislada .................................................................................................................................... 18 Genética de la Microtia-Atresia aislada ...................................................................................................... 19 Análisis genómico por secuenciación de segunda generación ......................................................... 21 Aplicación del análisis de secuenciación de segunda generación para identificación de genes en microtia-atresia ............................................................................................................ 21 Planteamiento del problema ............................................................................................................... 24 Pregunta de investigación ..................................................................................................................... 24 Justificación ................................................................................................................................................ 25 Hipótesis ...................................................................................................................................................... 26 Objetivos ...................................................................................................................................................... 26 Objetivo General ................................................................................................................................................... 26 Objetivos Particulares ........................................................................................................................................ 26 Metodología ................................................................................................................................................ 27 Diseño del Estudio ............................................................................................................................................... 27 Sitio ............................................................................................................................................................................ 27 Universo de Pacientes ........................................................................................................................................ 27 Muestreo .................................................................................................................................................................. 27 Tamaño de la Muestra ........................................................................................................................................ 27 Criterios de Selección ......................................................................................................................................... 28 Descripción General del Estudio.................................................................................................................... 28 Plan de análisis de los datos ................................................................................................................. 29 Descripción de variables ....................................................................................................................... 31 Resultados ................................................................................................................................................... 32 Resultados clínicos .............................................................................................................................................. 32 Variantes identificadas por el análisis de secuenciación de segunda generación en la Familia 1 ................................................................................................................................................................... 37 Discusión ..................................................................................................................................................... 57 Discusión de los resultados clínicos en los casos familiares de MA .......................................... 57 Discusión de las variantes identificadas por el análisis de secuenciación de segunda generación en la Familia 1................................................................................................................... 60 Conclusiones .............................................................................................................................................. 67 Bibliografía ................................................................................................................................................. 68 Anexos .......................................................................................................................................................... 74 1 Resumen Antecedentes: El término microtia-atresia (MA) incluye desde la disminución en tamaño hasta laausencia total del pabellón auricular, tiene una frecuencia de 0.83 a 17.4 en 10 000 nacimientos. El 45% de las MA son aisladas, con presentación ya sea esporádica o familiar, estas últimas debidas probablemente a segregación de variantes patogénicas en la secuencia del DNA. La secuenciación de segunda generación (SSG) permite el análisis del genoma para identificar probables genes causales. Planteamiento del problema: Se han identificado genes que participan en el desarrollo del oído, la secuencia de algunos de ellos se ha asociado a variantes privadas en un grupo pequeño de familias con MA pero no en todas, lo que sugiere que existen más genes participantes en este proceso, los cuales se encuentran aún sin identificar. Pregunta de investigación: ¿Cuáles son las variantes genéticas encontradas por secuenciación de segunda generación en pacientes con microtia-atresia de presentación familiar? Justificación: El realizar SSG permitirá identificar variantes en nuevos genes, lo cual aportará conocimiento nuevo para el desarrollo del oído y la relación fenotipo-genotipo en MA. Hipótesis: Se encontrarán variantes en genes diferentes a los reportados previamente, en pacientes con microtia atresia de presentación familiar, por secuenciación de segunda generación. Objetivo: Identificar posibles variantes de genes candidatos que pudieran ser relacionados a los casos de microtia-atresia de presentación familiar. Metodología: Estudio observacional, transversal y descriptivo. Se realizó en el Hospital Infantil de México Federico Gómez (HIMFG) de pacientes quienes acudieron entre 2005 y 2015. Los pacientes incluidos fueron: pacientes con MA aislada de presentación familiar, desde recién nacidos hasta adultos, de cualquier género, que desearan participar en el estudio. Los individuos excluidos fueron aquéllos con antecedente de diabetes mellitus materna o uso de teratógenos del tipo de retinoides, talidomida o micofenolato durante el embarazo o con contraindicación para toma de muestra. Se consideraron como criterios de eliminación a aquellos pacientes que desearon retirarse voluntariamente o en los que no se obtuviera DNA genómico en calidad o cantidad suficiente. Se realizó secuenciación de segunda generación en la familia 1 por el método de secuenciación por síntesis con terminadores reversibles 2 (Nextseq 500, Illumina Inc®, San Diego, California, E.U.A). El análisis general de los resultados de secuenciación de segunda generación se hizo mediante el filtrado de variantes siguiendo un Qscore ≥30, una profundidad ≥ 10, una frecuencia de la variante en esa posición ≥ 0.26, aquéllas con un efecto en la proteína y con una frecuencia <0.05 en la población general. Las variantes que pasaron estos filtros fueron analizadas mediante programas de predicción. Se hizo una revisión de los genes previamente descritos en la literatura relacionados con MA sindrómica y aislada. Las variantes obtenidas se buscaron en una base de datos interna, que incluye a personas sanas y pacientes con padecimientos no relacionados con MA para establecer la frecuencia de éstas y descartar aquellas variantes frecuentes. Resultados: Se identificaron 115 expedientes de pacientes con diagnóstico de MA aislada, 10 de estos casos (9%) correspondieron a MA aislada familiar. Se revaloraron clínicamente 9 familias y se seleccionó a la familia 1 para análisis con secuenciación de segunda generación. Los individuos de esta familia tuvieron alteraciones del pabellón auricular con expresividad variable desde rama del hélix prominente hasta MA grado II. Las variantes encontradas fueron c.132_134dupCGC_p.Ala45dup en FBXO2, c.729_731dupCAG_p.Ser244dup en BCLB6, c.6943C>T_p.Pro2315Ser en AHNAK, c.475G>A_p.Asp159Asn en ASIC1, c.2104C>T_p.Pro702Ser y c.340C>A_p.Gln114Lys en ZNF717. Se realizó la búsqueda de las seis variantes en una base de datos interna y se encontró que, en los genes FBXO2, BCL6B y ZNF717, existe un exceso de heterocigotos con las mismas variantes encontradas en la familia 1 tanto en individuos sanos como en pacientes, a diferencia de las variantes encontradas en AHNAK y ASIC1 que sólo fueron encontradas en los individuos de la familia 1. Discusión y conclusiones: La MA fue una causa frecuente de consulta al Departamento de Genética del HIMFG. La presentación más frecuente fue la forma esporádica en un 91% de los casos, la familiar se presentó en un 9%, lo cual es similar a lo reportado en la literatura. Se observó expresividad variable inter e intrafamiliar y los árboles genealógicos sugirieron distintos patrones de herencia mendeliana. En la familia 1 se encontraron 6 variantes en 5 genes, de estas se descartaron las encontradas en FBXO2, BCL6B y ZNF717, debido a que se encontraron en diversos individuos de las bases de datos, así mismo se eliminó AHNAK porque no estuvo presente en un individuo afectado de la familia 1. Se propone a ASIC1 para continuar el análisis para poder relacionarlo con MA, así como realizar exoma en las familias restantes, sobre todo aquellas que sugieren un tipo de herencia autosómica dominante. 3 Marco teórico Anatomía del pabellón auricular El pabellón auricular es una estructura compleja, es específica para cada especie y a pesar de que presenta variaciones entre individuos, tiene componentes constantes (Hunter, et al., 2005). En los seres humanos se encuentra situado a ambos lados de la cabeza, anterior a la apófisis mastoides y posterior a la articulación temporomandibular, es parte del oído externo junto con el conducto auditivo y la capa externa de la membrana timpánica (Luquetti, et al., 2012). Su principal función es la captación de las ondas sonoras y la transmisión de éstas hacia el oído medio (Latarjet, 2007). El pabellón auricular se encuentra formado por piel, cartílago, músculos extrínsecos e intrínsecos; en condiciones normales, se pueden distinguir once estructuras principales (Figura 1) (Hunter, et al., 2009), las cuales se describen a continuación. Figura 1. Anatomía del pabellón auricular. Imagen modificada de Shonka DC, et al., 2009. 4 x El hélix es el componente externo del pabellón auricular que abarca desde la inserción superior en el cráneo hasta la terminación del cartílago en el lóbulo. Se divide en: hélix ascendente, el cual se extiende verticalmente desde la raíz; hélix superior, que va a partir del final del hélix ascendente y que posteriormente adopta una forma horizontal y curvada y el hélix descendente o posterior, que abarca desde el final del hélix superior hasta el límite superior del lóbulo (Hunter, et al., 2009). x La raíz o rama del hélix es la continuación del hélix superior, la cual se extiende en dirección posteroinferior hacia la cavidad de la concha (Hunter, et al., 2009). x El antehélix representa la cresta cartilaginosa con forma de Y, curveada, que se origina del antitrago y divide al pabellón auricular en la concha, fosa triangular y escafa. Se encuentra paralelo y anterior al hélix. Se pueden distinguir las siguientes estructuras: el tallo que es la parte que se origina del antitrago, es ligeramente curvado y en la parte superior se bifurca para dar lugar a la rama superior del antehélix y la rama inferior del antehélix, estos últimos pueden variar en volumen y plegamiento. x La rama superior del antehélix, (rama posterior del antehélix), es la cresta cartilaginosa superior que se origina de la bifurcación del antehélix y separa la escafa de las fosa triangular (Hunter, et al., 2009). x La rama inferior del antehélix, (rama anterior del antehélix), es la cresta cartilaginosa que se origina de la bifurcación del antehélix y termina por debajo del hélix ascendente, separa a la concha de la fosa triangular (Hunter, et al., 2009). x La fosa triangular es la concavidad delimitada en la parte superior por larama superior del antehélix, en la porción medial por la parte ascendente del hélix y en la parte inferior por la rama inferior del antehélix (Hunter, et al., 2009) . x La escafa es el surco que se encuentra entre el hélix y el antehélix (Hunter, et al., 2009). x El trago es la protrusión formada de cartílago y recubierto por piel que se encuentra anterior al conducto auditivo externo, el margen posteroinferior del trago forma la pared anterior de la escotadura intertrágica (Hunter, et al., 2009). x El antitrago es la protrusión cartilaginosa anteroposterior que se encuentra entre la escotadura intertrágica y el origen del antehélix, el margen anterosuperior del trago forma la pared posterior de la escotadura intertrágica. (Hunter, et al., 2009). x La concha es la fosa delimitada por el trago, la escotadura intertrágica, el antitrago, el antehélix y la rama del hélix, ésta se continúa con el conducto auditivo externo. Se 5 encuentra dividida, generalmente, por la rama del hélix en una cavidad superior llamada cymba y una cavidad inferior llamada cavum (Hunter, et al., 2009). x El lóbulo es la parte inferior del pabellón auricular, se encuentra formado por tejidos blandos. Esta estructura varía ampliamente en tamaño y en su unión a la porción anteroinferior de la cara entre individuos (Hunter, et al. ,2009). Los músculos auriculares carecen de valor funcional y son considerados rudimentarios, se dividen en músculos intrínsecos y extrínsecos. Los músculos intrínsecos se localizan entre las porciones cartilaginosas del pabellón auricular y pueden modificar su morfología, incluyen a los músculos mayor y menor del hélix, del trago, del antitrago y los músculos transverso y oblicuo del pabellón auricular (Latarjet 2007; Drake, 2007). Los músculos extrínsecos se insertan en el pabellón auricular y tienen su origen en el cráneo o en la piel cabelluda, pueden modificar la orientación del pabellón auricular, incluyen a los músculos auriculares superior, anterior y posterior (Latarjet 2007; Drake, 2007). Los músculos auriculares se encuentran inervados por el nervio facial y la inervación sensitiva depende de la región; las partes más superficiales son inervadas por el nervio occipital menor y auricular mayor, el plexo cervical y la rama auriculotemporal del nervio mandibular, mientras que las regiones más profundas se encuentran inervadas por ramas del nervio facial y el vago (Latarjet 2007; Drake, 2007). La irrigación del pabellón auricular está dada por la arteria auricular posterior la cual se origina de la carótida externa. La arteria temporal superficial proporciona las ramas auriculares anteriores y la arteria occipital da lugar a una rama. El drenaje venoso está dado por los vasos que acompañan a las arterias, con los mismos nombres. El drenaje linfático sigue un trayecto anterior al pabellón auricular hasta los nódulos parotídeos y posteriormente hasta los nódulos mastoideos (Minoux, et al., 2010). 6 Embriología del pabellón auricular Los arcos branquiales o faríngeos son estructuras transitorias y repetitivas, formados por células de la cresta neural, mesodermo y epitelio, se encuentran en la región cefálica de los embriones vertebrados y dan lugar a los componentes de cara y cuello, incluyendo al pabellón auricular. Cada arco faríngeo comparte una arquitectura similar, así como la habilidad de formar elementos esqueléticos, músculos, vasos sanguíneos y nervios. Sin embargo poseen una identidad molecular que contribuye a la formación de las distintas estructuras de cara y cuello (Anderson, et al., 2013). En la cuarta semana de gestación se inicia la formación de los arcos branquiales, cuando ocurre una migración de las células de la cresta neural hacia la región de cabeza y cuello (Ozeki, 2013; Moore, et al., 2013). Las células de la cresta neural reciben señales específicas del tejido que las rodea para su diferenciación. Primero se forma los primeros dos pares de arcos branquiales, después aparecen el tercer y cuarto arcos en forma de crestas redondeadas que se disponen de forma oblicua. Al final se desarrollan el quinto y sexto arcos, son rudimentarios y no son visibles en la superficie del embrión (Ozeki, 2013; Moore et al. 2013). Los arcos faríngeos comparten una estructura similar ya que todos están formados por un núcleo de mesénquima el cual procede de las células de la cresta neural que migran hacia los arcos branquiales. El núcleo está revestido en la parte exterior por ectodermo y en la parte interior por endodermo. Cada arco faríngeo tendrá una arteria, la que se origina a partir del tronco arterioso del corazón primitivo, una estructura cartilaginosa, un componente muscular y nervios sensitivos y motores (Moore et al. 2013). Las bolsas branquiales se desarrollan entre los arcos en una secuencia craneocaudal. Están formadas por el endodermo de la faringe que reviste las porciones internas de los arcos, la cual se invagina. El primer par de bolsas se encuentran entre el primer y segundo arco branquial y así de manera sucesiva. Existen cuatro pares de bolsas branquiales bien definidas mientras que el quinto par es rudimentario (Ozeki, 2013). Se forman seis pares de arcos branquiales en la parte ventral y cinco pares de hendiduras branquiales entre cada arco 7 branquial. Al mismo tiempo, cinco pares de bolsas branquiales se desarrollan en el lado endodérmico, el cual se diferenciará en la faringe (Ozeki, 2013; Moore, et al., 2013). Los pabellones auriculares se forman a partir del tejido mesenquimatoso del primer y segundo arcos branquiales que rodean a la primera hendidura branquial (Hunter, et al., 2005). His, en 1882, observó que en los embriones humanos de 12 a 30mm se forman tres tubérculos en el primer arco branquial y otros tres en el segundo arco, los que se conocen como tubérculos de His (Figura 2). Estos aumentan de tamaño de manera asimétrica y coalescen para formar el pabellón auricular. Figura 2. Formación del pabellón auricular a partir de los tubérculos de His, comparación entre diferentes autores. (Imagen modificada de Hunter y Yotsuyanagi 2005). Existe controversia sobre la contribución de cada tubérculo para la formación de las estructuras del pabellón auricular (Hunter, et al., 2005). Gardenigo propuso, en 1888, que los seis tubérculos se aplanaban y daban lugar a la entrada del conducto auditivo externo y la concha y que el pabellón auricular se desarrollaba a partir del tejido adyacente a los tubérculos. Sin embargo, Schwalbe en 1897 estableció que los tubérculos tenían un papel Tubérculos de�His Primer�arco� Segundo� arco His,�1885�������������Wood-Jones�y�I-Chun,�1983��������������Davis,�1987 Streeter,�1922����������������������Midera,�1982�����������Karmody y�Annino,�1995����������Park�y�Roh,�1999 8 importante en el desarrollo completo del pabellón auricular, propuso que del tubérculo 1 se originaba el trago, del 2 y 3 la raíz y el hélix ascendente, del 4 y del 5 parte del antehélix y del 6 el anthélix y el lóbulo (Cox, et al., 2014; Hunter, et al., 2005). En 1933, Wood-Jones y I-Chuan, concluyeron que el trago era la única contribución de los tubérculos, esto basado en que la otocefalia presenta alteraciones en el trago y a su vez ésta se debe a la falla en el desarrollo del primer arco branquial. La controversia en cuanto a la contribución de cada tubérculo, ha originado que el estudio de las malformaciones del oído externo, tanto aisladas como sindrómicas, haya cobrado importancia para conocer más la embriología de los pabellones auriculares (Hunter, et al., 2005). Los pabellones auriculares completan su formación en la región cervical y en la fase embrionaria tardía tienen que desplazarse hacia arriba para que ocupen su posición a ambos lados de la cabeza alrededor dela semana 32 de gestación (Oseki 2014). Genes involucrados en la embriología del pabellón auricular La aplicación de nuevas estrategias en la biología y la genética han permitido el conocimiento de algunos de los mecanismos moleculares que controlan el desarrollo craneofacial. La mayoría de los estudios para establecer los genes que participan en las diferentes etapas del desarrollo del pabellón auricular se han realizado en animales, en particular en modelos murinos (Luquetti, et al., 2012). Para su mejor entendimiento, los genes involucrados en la embriología de los arcos faríngeos y del pabellón auricular se dividen en cuatro etapas que se describen a continuación: 1. Migración de las células de la cresta neural hacia la región de cabeza y cuello. Las células de la cresta neural que se originan en el diencéfalo y mesencéfalo anterior migran hacia el proceso frontonasal, mientras que aquéllas formadas del mesencéfalo y del rombencéfalo, el cual es transitoriamente subdividido en siete estructuras llamadas rombómeros (R1-R7), llegan a los arcos branquiales (Minoux, et al., 2010). Es necesaria la presencia de mecanismos moleculares que establezcan y controlen la segmentación y el patrón de los rombómeros de los cuales migrarán las células. En la mayoría 9 de los vertebrados, las células segregan en corrientes que son separadas por regiones libres de crestas, laterales al R3 y al R5, el mesénquima de esta área inhibe la migración de células por la expresión de los genes Erbb4 (receptor de superficie celular de tipo tirosina cinasa HER4), Nrp (proteína relacionada al ensamblaje proteico del nucleosoma) y Sema (semaforina). Adicionalmente, se requiere de mecanismos que dirijan a las células de la cresta neural que sí migrarán. El gen Twist, que es expresado por el mesénquima faríngeo y Tbx1 (T-box1) que se expresa en el mesodermo de los arcos branquiales y en el endodermo de las bolsas branquiales, son requeridos para la migración de las células de la cresta neural hacia el primer y segundo arco branquial, otros de los genes implicados en este proceso son Nrp, Eph (receptor tirosina cinasa) (Minoux, et al., 2010). 2. Establecimiento de la identidad espacial de las células de la cresta neural. Una vez que las células de la cresta neural han llegado a los arcos branquiales, es necesario establecer la identidad espacial, para lo que se requiere de una red de señales extracelulares o morfógenos y moléculas efectoras intracelulares. Identidad posicional del eje anteroposterior Las células de la cresta neural una vez establecidas en los arcos branquiales expresan genes Hox (Santagati, et al., 2003) que pertenecen a la superfamilia Homeobox. Estos genes se caracterizan por tener una secuencia similar de 180 pares de bases que codifica para un dominio de unión a DNA llamado homeodominio, las proteínas codificadas son factores de transcripción que participan en el desarrollo embriológico a través del control de procesos celulares como proliferación, diferenciación, apoptosis, adhesión celular y migración (Christensen, et al., 2008; Pearson, et al., 2005). Las homeoproteínas contienen motivos adicionales que pueden contribuir a la unión del DNA y por lo tanto, modifican la especificidad a los genes diana; estos motivos adicionales, así como variaciones en el homeodominio son utilizados para dividir a la superfamilia en familias y subfamilias como Hox, Msx, Six, Eya, entre otras (Christensen et al., 2008). Los genes Hox establecen el eje anteroposterior del cuerpo (Hueber, et al., 2008), incluido el mesénquima de los arcos branquiales (Santagati, et al., 2003). Estos genes fueron descritos 10 por primera vez en Drosophila melanogaster, en relación a mutaciones o transformaciones homeóticas (aquellas que dan lugar a estructuras diferentes a las identificadas de manera original). Los genes Hox ancestrales se duplicaron y ocuparon una posición similar en mamíferos originando genes parálogos. Si bien se considera que existían 13 genes por grupo, por procesos evolutivos han desaparecido algunos de estos. En los humanos se encuentran reunidos en cuatro grupos: HOXA (locus 7p15), HOXB (locus 17q21.2), HOXC (locus 12q13) y HOXD (locus 2q31); cada grupo tiene un número diferente de genes HOX. La posición física de los genes Hox se relaciona con la expresión secuencial a lo largo del eje embrionario, así los genes localizados en el extremo 3´ presentan una expresión rostral mientras que los ubicados en el extremo 5´ se expresan en estructuras posteriores, característica conocida como colinearidad, así mismo aquéllos que se encuentran en el extremo 3´se expresan primero en tiempo que aquéllos que se encuentran en el extremo 5´ (Santagati, et al., 2003). En modelos murinos el gen Hoxa1 participa en la formación del pabellón auricular, en ratones, la inactivación de este gen causa hipoplasia de pabellones auriculares y anormalidades del oído medio e interno, mientras que la mutación compuesta en Hoxa1/Hoxb1 resulta en anotia (Luquetti, et al., 2012). El gen Hoxa2 es fundamental para la definición de la identidad del segundo arco branquial y por lo tanto para el desarrollo inicial del pabellón auricular. La depleción de Hoxa2 causa que el segundo arco branquial pierda su identidad, en lugar de formar las estructuras específicas de éste se lleva a cabo una transformación homeótica en estructuras del primer arco branquial (Santagati & Rijli, 2003), que puede originar duplicaciones en espejo (Cox, et al., 2014). Los ratones knockout Hoxa2 presentan microtia severa acompañada de duplicación del conducto auditivo externo (Luquetti, et al., 2012) (Cox, et al., 2014). Identidad posicional del eje dorsoventral Los genes Dlx se expresan a lo largo del eje dorsoventral de los arcos branquiales y proporcionan identidad posicional a las células de la cresta neural, sin embargo no se ha demostrado su papel en el desarrollo o la patología de los pabellones auriculares. (Santagati, et al., 2003). 11 Otros genes Se han descrito otros genes Homeobox como Six y Eya cuyas variantes patogénicas generan cambios del pabellón auricular, por lo que se postula que tienen una papel relevante en la embriología de éste (Luquetti, et al., 2012). La familia de genes SIX (sine oculis homeobox) (SIX1-6) son ortólogos de los genes Six en Drosophila melanogaster. Mutaciones en Six1 en ranas, pollos y ratones resultan en alteraciones craneofaciales (Laclef, et al., 2003)(Luquetti, et al., 2012), mutaciones en Six1/Six4 resulta en ratones con microtia (Laclef, et al., 2003). La familia de genes EYA son ortólogos a los genes Eya en Drosophila melanogaster (eyes absent). EYA forma un complejo con SIX (EYA-SIX) que regula el desarrollo de diferentes tejidos y órganos en vertebrados y moscas. Estudios en Eya1 han demostrado que participan en el desarrollo del cartílago del pabellón auricular, ratones knockout Eya1 presentan anotia (Luquetti, et al., 2012). 3. Determinación de la identidad del primer y segundo arco branquial. El gen ET-1 (MIM 131240) en 6p24.1 codifica para endotelina-1 (ET-1), una proteína de 21 aminoácidos secretada en la región de los arcos branquiales por las células del endotelio vascular (Santagati, et al., 2003). Las células de la cresta neural que migran hacia el primer arco branquial expresan el receptor tipo A de la endotelina-1 (ETAR) (Ozeki, 2013). La interacción molecular entre ET-1 y su receptor ETAR activa la proteína Gq/11 que ocasiona la expresión del factor de transcripción homeótico Dlx5/6 en la porción distal del primer y segundo arco branquial, con esto adquieren su identidad y diferenciación molecular. En modelos murinos la deficiencia de Et-1 causa microtia-atresia y malformaciones de cadena de huesecillos del oído medio (Ozeki, 2013). 124. Formación y unión de los tubérculos de His. El análisis de individuos con apéndices pre auriculares ha propuesto a genes como SALL1 (MIM 602218), SIX1 (MIM 601205) y SIX5 (MIM 600963) como candidatos a participar en esta etapa (Cox, et al., 2014). 13 Exploración física y descripción clínica del pabellón auricular La evaluación del pabellón auricular debe de incluir (Hall, et al., 2007): 1. Región preauricular: búsqueda de apéndices, fístulas y fosetas. 2. Trago: tamaño en proporción a la longitud del pabellón auricular. 3. Conducto auditivo externo: presencia o ausencia y si está estrecho. 4. Superficie anterior y posterior del hélix. 5. Longitud del pabellón auricular y su simetría con el contralateral 6. Implantación del pabellón auricular. Longitud del pabellón auricular Se considera como la distancia máxima que va de la parte más superior del hélix ascendente hasta la porción más inferior del lóbulo, la medición se debe de hacer con una cinta métrica o una regla transparente calibrada, con el paciente de pie, la cabeza en posición de descanso y la vista hacia el frente (Figura 3). El examinador se deberá de colocar del lado a evaluar, en los pacientes pediátricos o poco cooperadores, la medición puede hacerse con el individuo en decúbito dorsal con la cabeza orientada hacia el lado a examinar. La medición debe de ser graficada dependiendo de la edad (Figura 3)(Hall, et al., 2007). Figura 3. Técnica para medición de longitud del pabellón auricular. (Imagen tomada de (Hall ,et al., 2007)). Lo ng itu d� de l�p ab el ló n� au ric ul ar �(m m ) Pulgadas Edad�gestacional�(semanas) Media Lo ng itu d� de l�p ab el ló n� au ric ul ar �(m m ) Pulgadas Edad�(años) Media 14 Implantación del pabellón auricular La técnica más utilizada por su practicidad, es el método propuesto por Aase, en el que se establece que el paciente debe valorarse de perfil y trazar una línea horizontal que pase por el canto externo del ojo en dirección al pabellón auricular, si la línea cruza cerca de la inserción superior del pabellón auricular se considera una implantación adecuada. Si esta línea queda por arriba del pabellón auricular se establece que es una implantación baja (Hall, et al., 2007). 15 Microtia-Atresia El término microtia-atresia (MA) se refiere a alteraciones congénitas del pabellón auricular que abarca desde la disminución en tamaño con cambios mínimos en la morfología, hasta la ausencia total del pabellón auricular o anotia (Cox, et al., 2014). No hay un consenso en la nomenclatura para definir las variaciones en la presentación clínica; por ejemplo, algunos autores utilizan el término microtia para referirse a cualquier tipo de alteración, mientras otros usan el término microtia-anotia para definir las diferentes presentaciones (Hunter, et al., 2009; Luquetti, et al., 2011). En este trabajo se utilizó el término de MA para hacer referencia a la variabilidad del espectro de la malformación que abarca desde microtia hasta atresia del conducto auditivo (Aguinaga- Ríos, et al., 2014). Para efectos de clasificación clínica de acuerdo a la clasificación de Hunter se utilizó el término microtia en referencia a la patología y el término anotia fue utilizado para la manifestación más severa del espectro (Tabla 1) (Hunter, et al., 2009) . Tabla 1. Clasificación de la microtia . Grado Definición clínica de la microtia 1 - Tamaño de pabellón auricular por debajo de 2 desviaciones estándar. - Se encuentran presentes la mayoría de las estructuras. 2 - Presencia de cartílago. - Forma de “S” o signo de interrogación. 3 - No hay presencia de cartílago. - Rudimento de tejido blando. 4 - Ausencia total de pabellón auricular (anotia). La clasificación se consideró de acuerdo a la propuesta por Hunter en (Hunter, et al., 2009) 16 La prevalencia de la MA varía dependiendo de la población estudiada desde 0.83 a 17.4 por 10 000 nacimientos. Es más frecuente en las poblaciones hispana, asiática, nativa-americana y andina (Hoyt, et al., 2014; Luquetti, et al., 2012). En México la prevalencia es de 1 en 500 embarazos y de 1 en 1 500 recién nacidos vivos (Llano-Rivas, et al., 1999; Aguinaga-Ríos, et al., 2014). La MA se presenta de manera predominante en forma unilateral (79 al 93% de los pacientes) (Luquetti, et al., 2011), en el 60% de los casos se afecta el pabellón auricular derecho (Cox, et al., 2014). Esta alteración es más común en varones, con un riesgo aumentado del 20 al 40% en comparación con las mujeres (Luquetti, et al., 2012). Los pacientes con MA unilateral pueden tener audición normal del pabellón auricular no afectado y, si bien en estos casos el lenguaje tiene una presentación normal, se ha observado que tienen un mayor riesgo de presentar retraso en el desarrollo del lenguaje y trastorno de déficit de atención (Kelley, et al., 2007). Más del 90% de los pacientes presenta hipoacusia conductiva del lado afectado con MA (Ishimoto, et al., 2007), debido a alteraciones concomitantes como la atresia del conducto auditivo externo, defectos en el desarrollo de la membrana timpánica o de los huesecillos del oído medio. La existencia de anomalías estructurales adicionales es sugestiva de un problema de desarrollo más amplio y por lo tanto, en cada caso se debe llevar a cabo la evaluación exhaustiva y detallada de las características de la MA. El análisis debe incluir la revisión de la región maxilar inferior y temporal, dada la proximidad de estructuras y el origen embrionario en común que da lugar a las estructuras del oído externo, medio y la mandíbula La MA se puede clasificar en sindrómica o aislada, dependiendo de la presencia o ausencia de alteraciones adicionales (Cox, et al., 2014). 17 Microtia-Atresia sindrómica El término de microtia-atresia sindrómica aplica cuando está acompañada de otras manifestaciones clínicas. Entre el 20 y el 60% de los pacientes con microtia-atresia presenta un síndrome reconocible como por ejemplo el síndrome de Treacher-Collins (MIM 154500) o al menos una anomalía mayor no asociada con la alteración del oído, como en el espectro Óculo-Aurículo-Vertebral (MIM 164210) (Cox, et al., 2014). De manera general, las malformaciones asociadas más comunes son alteraciones vertebrales, macrostomía, fisuras faciales, asimetría facial, alteraciones renales y defectos cardiacos. Se han descrito 30 genes, relacionados con síndromes en los que una de sus principales alteraciones es la MA (Tabla 2)(Luquetti, et al., 2011; Cox, et al., 2014). Tabla 2. Síndromes que cursan microtia-atresia. Se presentan algunos de los genes conocidos que entre sus características presentan microtia-atresia. A.D.: autosómico dominante, A.R.: autosómico recesivo (Luquetti, et al., 2011; Cox, et al., 2014). 18 Microtia-Atresia aislada El 25 al 45% de las MA tienen una presentación aislada; es decir, no se acompañan de otras alteraciones (Hoyt, et al., 2014). La microtia-atresia aislada puede presentarse de manera esporádica o de manera familiar y puede suponerse que la arquitectura genética es distinta en un caso y en otro. La MA esporádica es una enfermedad de tipo común, que se piensa que es causada por la combinación de polimorfismos de bajo riesgo, los cuales al interactuar con factores ambientales darán lugar al fenotipo de la enfermedad (Thomas, 2010; Haines, et al., 2006). Esto es lo que se conoce como la hipótesis de la enfermedad común - variante común. Se ha propuesto que las microtias-atresias esporádicas tienen una etiología multifactorial (Luquetti, et al., 2012; Paput, et al., 2012). Los factores ambientales que se han relacionado incluyen peso bajo al nacer, diabetes mellitus materna, edad materna avanzada, baja educación materna, grupo étnico hispánico y eluso de medicamentos del embarazo como retinoides, talidomida y micofenolato (Anderka, et al., 2009). Un factor controversial es altitud mayor a 2 500 metros a nivel del mar, que se ha estudiado en pacientes de América del Sur (Castilla, et al., 1986). Sin embargo, se ha propuesto que esta asociación pudiera ser un factor de confusión y que la verdadera asociación pueda estar relacionada con el origen étnico, dada la proporción elevada de nativos de ascendencia americana en regiones de gran altitud (Cox, et al., 2014). En contraste con lo anterior, algunos casos familiares en donde varias personas están afectadas, podrían deberse a la segregación de mutaciones específicas o privadas para cada familia; el 4% de los casos de MA aislada son familiares (Cox, et al., 2014). En algunos casos familiares la segregación correspondería a la de una enfermedad monogénica o con herencia mendeliana (Alasti, et al., 2009; Chafai, et al., 2010; Brown, et al., 2013). 19 Genética de la Microtia-Atresia aislada En Genética Médica se utiliza el término variante patogénica o mutación para definir los cambios heredables en la secuencia de nucleótidos del DNA que afectan la función de los genes y alteran el fenotipo o producen enfermedad. El término variante no patogénica o polimorfismo se usa para referirse a los cambios que no producen enfermedad por sí solos y que pueden constituir parte de la variación entre los individuos. Dado que los polimorfismos constituyen cambios estables en el genoma, su frecuencia debe ser de al menos 1% en la población, esto para confirmar que es parte de la variación y que no se trate de una mutación de novo (Cervantes, et al., 2012) . Desde 1998 se sugirió reemplazar los términos de polimorfismo y mutación por el término de variantes en la secuencia para evitar confusión en las definiciones (Antonarakis, et al., 1998; Den Dunnen, et al., 2001), por lo que en la actualidad se prefiere el término variante genética o variante en la secuencia de nucleótidos (Ogino, et al., 2007). La evidencia de la contribución genética en la MA aislada, tanto esporádica como familiar, se basa en cuatro aspectos: 1) La mayor concordancia de esta patología en gemelos monocigotos que en dicigotos (38.5% y 4.5%, respectivamente) (Artunduaga, et al., 2009). Adhikari y colaboradores, en el 2015, reportaron una heredabilidad de las malformaciones del pabellón auricular en un rango del 61% al 25% (Adhikari, et al., 2015). 2) Los casos familiares con un modo de herencia autosómico recesivo o autosómico dominante, con expresión variable y penetrancia incompleta (Balikova, et al., 2008; Chafai Elalaoui, et al., 2010; Klockars, Suutarla, et al., 2007). En la base de datos Mendelian in Heritance in Man (MIM) se tienen registradas dos entradas para microtia aislada. La primera se refiere a microtia con hipoacusia conductiva (MIM 251800) en donde se citan publicaciones desde 1968 de pacientes con microtia de presentación familiar con un patrón de herencia sugestivo por árbol genealógico de tipo autosómico recesivo. La segunda referencia es para la microtia-anotia (MIM 600674) en donde se describen casos familiares de microtia-atresia con herencia autosómica dominante (www.omim.org). El factor genético de estos casos ha sido estudiado en algunas familias y se han reportado variantes en genes como 20 HOXA2 y HOXB6 (MIM 604685 y 142961, respectivamente) (Alasti, et al., 2008; Brown, et al., 2013; Piceci, et al., 2016) 3) Los modelos en animales donde se identificaron algunos genes específicos necesarios para el desarrollo del oído. Uno de los genes estudiados es Hoxa2 que se ha considerado un regulador importante en el desarrollo de los arcos braquiales en ratones. Otros genes reportados en la embriogénesis de los pabellones auriculares en ratones son Six1 y Eya1 (Cox, et al., 2014). Qiao y colaboradores realizaron estudios en modelos porcinos, debido a que las características anatómicas y fisiológicas del sistema auditivo de los cerdos son más parecidas a las de los humanos. El análisis de asociación de genoma completo en un caso familiar de microtia en cerdos, identificó una variante homocigota c.451delinsTC en el gen Hoxa1 (Qiao, et al., 2015). 4) La identificación de mutaciones privadas en HOXA2 en dos familias con segregación de microtia-atresia (Alasti, et al., 2009; Brown, et al., 2013). Son pocos los estudios genéticos de microtia-atresia aislada en humanos y en su mayoría no se ha encontrado la causa genética (Zhang, et al., 2009; Monks, et al., 2010). Esto sugiere que falta por descubrir una fracción importante de los genes implicados en el desarrollo de la estructura del oído y de sus mutaciones que podrían asociarse con la microtia-atresia. El interés de este proyecto se enfoca en la microtia-atresia aislada familiar. Existen diversos procedimientos para mapear e identificar los genes responsables de enfermedades con distribución familiar y herencia mendeliana. Uno de los más exitosos ha sido el análisis de ligamiento, el cual requiere de familias grandes en las cuales se observa la segregación del fenotipo de interés en tres o más generaciones con varios individuos afectados por generación. (Lathrop, et al., 1984; Lander, et al., 1986; Barrett, et al., 2011; Teare, 2011). En el 2014, Li y colaboradores realizaron un análisis de ligamiento en una familia con 10 individuos con microtia atresia y 4 sanos. Reportaron un locus de susceptibilidad en 4p15.32- 4p16.2, en donde se encuentran genes como EVC (MIM 604831), EVC2 (MIM 607261), SLC2A9 (MIM 606142), NKX3-2C (MIM 602183) y HMX1 (MIM 142992), involucrados en el desarrollo embriológico de distintos órganos. Los autores seleccionaron EVC, que participa en la formación de cartílago, y NKX3-2 y HMX1, que se han descrito en microtia, para realizar 21 secuenciación Sanger de estos genes en 5 individuos afectados. Sin embargo, no encontraron variantes que segregaran con el fenotipo y concluyeron que se requerían de estudios adicionales para identificar al posible gen asociado a esta patología (Li, et al., 2014). Análisis genómico por secuenciación de segunda generación La secuenciación automatizada con el método de Sanger, es considerada una tecnología de primera generación, en la que se puede establecer el orden de nucleótidos de una secuencia conocida de una longitud determinada. Ésta fue por mucho tiempo el método para el análisis genético, sin embargo, debido a la necesidad de secuenciar una mayor cantidad de material en menor tiempo y a menor costo se desarrollaron nuevas tecnologías denominadas secuenciación de segunda generación, que tienen como objetivo conocer un volumen más amplio de información en un solo experimento (Metzker, 2009). Si bien cada casa comercial utiliza un método distinto para llevar a cabo la secuenciación de segunda generación, se comparten ciertos pasos fundamentales (Mardis, 2008; Ansorge, 2009; Goodwin, et al., 2016;): 1. Creación de bibliotecas de fragmentos de DNA de una sola cadena. 2. Amplificación del material genético. 3. Secuenciación. 4. Análisis de datos. Aplicación del análisis de secuenciación de segunda generación para identificación de genes en microtia-atresia Una alternativa para buscar los genes responsables de enfermedades mendelianas es la secuenciación de segunda generación (Wong ; Janitz 2008; Su et al. 2011) que involucra la segmentación del genoma en millones de fragmentos y la determinación simultánea de la secuencia de cada uno de esos fragmentos, en un solo experimento. Los avances tecnológicos han permitido disminuir el costo de este procedimiento (Wong ; Janitz 2008) que no requiere un número mínimo de individuos afectados, aunque sí es conveniente el estudio de más de un individuo con el mismo padecimiento, con el objetivo de facilitar el análisis de los resultados yde proporcionar mayor solidez a las conclusiones. 22 La secuenciación de segunda generación ha permitido identificar los genes responsables de numerosas enfermedades mendelianas como el síndrome de Nager (MIM 154400) (Bernier, et al., 2012), síndrome de Robinow (MIM 268310) (Bunn et al. 2015; White et al. 2015), disostosis acrofacial tipo Cincinnati (MIM 616462) (Weaver et al. 2015), disostosis mandibulofacial con alopecia (MIM 616367) (Gordon et al. 2015), distrofia de conos y bastones (MIM 216900) (Shaikh et al. 2015) y síndrome de Zimmermann-Laband (MIM 135500) (Kortum et al. 2015), entre muchas otras. Brown y colaboradores en el año 2013 (Brown, et al., 2013) estudiaron a una familia con ancestría europea, con siete individuos afectados con diferentes grados de microtia, el árbol genealógico sugería un tipo de herencia autosómica dominante. Se realizó secuenciación de segunda generación a cuatro de los pacientes y obtuvieron siete variantes en genes candidatos, estos fueron HOXA2 (MIM 604685), TTN (MIM 188840), FN1 (MIM 135600), NPAT (MIM 601448), HMBS (MIM 609806), NOTUM (MIM 609847) y SUSD2 (MIM 615825). Debido a que la variante encontrada en el gen HOXA2 producía una proteína trunca (c.703C>T, p.Q235∗) y que se había identificado previamente una variante en estado homocigoto en este gen en una familia consanguínea con microtia sindrómica, se decidió enfocar el estudio en esta gen. La secuenciación tipo Sanger encontró esta variante en los siete pacientes afectados, no así en los individuos sanos de la familia. Posteriormente, el gen HOXA2 fue secuenciado en 119 individuos con microtia-atresia originarios de Ecuador y Colombia, ambas regiones con alta prevalencia de microtia y en 218 controles provenientes de las mismas regiones étnicas. La variante c.703C>T (p.Q235 *) no se detectó en ninguna de las muestras de casos ni controles. Se encontró un paciente con microtia atresia unilateral no sindrómica originario de Ecuador con una variante de sentido equivocado que produce el cambio c.766G>A, p.L256F. Así mismo, se reportó otro paciente con microtia atresia no sindrómica unilateral, originario de Colombia, con la variante de tipo sentido equivocado c.124G> T, p.L42I. Estas dos variantes afectan a la proteína en residuos evolutivamente conservados; sin embargo cada una de éstas también se encontró en un control, lo que pudiera indicar que estas variantes son benignas o que en combinación con otra variante del gen HOXA2, no detectada (posiblemente en una porción no codificante del gen), son responsables de la microtia en estos pacientes. Los autores concluyeron que las mutaciones en el gen HOXA2 son una causa infrecuente de 23 microtia atresia unilateral no sindrómica en las poblaciones de América del Sur (Brown, et al., 2013). 24 Planteamiento del problema La microtia-atresia es un problema de salud pública en México debido a su alta frecuencia y a las consecuencias que ésta conlleva, en parte por las secuelas psicosociales y las limitaciones de los pacientes para comunicarse e interactuar con su medio, así como el retardo en el desarrollo del lenguaje y las múltiples cirugías a las que algunos pacientes se someten. El oído, al ser una estructura compleja, requiere de la participación de múltiples genes que trabajan en red para su desarrollo, tanto morfológico como fisiológico y que deben interactuar en un orden y en un tiempo definido. Si bien se conocen algunos genes importantes en este proceso, la gran mayoría de los estudios se ha realizado en modelos murinos y las alteraciones en los genes identificados en estos modelos se han demostrado en pocos casos en humanos. Esto sugiere que existen más genes que participan en el desarrollo del oído y que pueden estar alterados en esta enfermedad. Pregunta de investigación ¿Cuáles son las variantes genéticas, encontradas por secuenciación de segunda generación, en pacientes con microtia-atresia de presentación familiar? 25 Justificación El realizar secuenciación de segunda generación a pacientes afectados con microtia-atresia aislada familiar permitirá identificar variantes en genes relacionados con esta patología. Esto aportará conocimiento nuevo en el desarrollo del oído lo que a su vez explicará las causas genéticas de casos de microtia atresia aislada esporádica. 26 Hipótesis Se encontrarán variantes en genes diferentes a los reportados previamente, en pacientes con microtia atresia de presentación familiar, por secuenciación de segunda generación. Objetivos Objetivo General Identificar variantes genéticas que pudieran ser relacionadas con casos de microtia-atresia de presentación familiar. Objetivos Particulares x Caracterizar fenotípicamente a los pacientes con microtia-atresia de presentación familiar. x Establecer por métodos bioinformáticos el posible efecto de las variantes genéticas halladas. 27 Metodología Diseño del Estudio Tipo de diseño: observacional. Método de observación: transversal. Tipo de análisis: descriptivo. Sitio x Departamento de Genética, Hospital Infantil de México Federico Gómez. x Laboratorio de Genómica, Genética y Bioinformática, Hospital Infantil de México Federico Gómez. Universo de Pacientes Los pacientes fueron seleccionados entre aquéllos que acudieron al Departamento de Genética del Hospital Infantil de México Federico Gómez con diagnóstico clínico de microtia- atresia no sindrómica de presentación familiar y que cumplieron con los criterios de selección detallados en las siguientes secciones. Este protocolo fue aprobado por el Comité de Investigación del Hospital Infantil Federico Gómez con el registro HIM 2016-003. Para fines de este trabajo, se definió caso familiar a dos o más pacientes con microtia-atresia aislada pertenecientes a una misma familia. Los afectados debían estar relacionados en primer o segundo grado de parentesco. Muestreo No probabilístico por conveniencia, de forma consecutiva. Tamaño de la Muestra Se identificaron 10 familias con microtia-atresia aislada; la familia con mayor número de afectados fue de 7 y el mínimo fue de 2. Fue posible revalorar a 9 familias y se realizó estudio genomico a la familia 1. 28 Criterios de Selección Criterios de Inclusión 1. Pacientes con microtia atresia aislada de presentación familiar (dos o más individuos con microtia-atresia aislada, dentro de una misma familia, relacionados en primer o segundo grado de parentesco). 2. Pacientes desde recién nacidos hasta adultos, de cualquier género. 3. Que deseen participar en el estudio mediante firma de carta de consentimiento informado y asentimiento informado. Criterios de Exclusión 1. Pacientes con antecedente de diabetes mellitus materna durante su gestación, uso de teratógenos como retinoides, talidomida o micofenolato durante el embarazo. 2. Contraindicación para toma de muestra. Criterios de Eliminación 1. Deseo voluntario de retirarse del estudio. 2. Que no pudiera obtenerse DNA genómico en calidad o cantidad suficientes para el estudio. Descripción General del Estudio x Los pacientes con diagnóstico de microtia-atresia fueron identificados en los registros de consulta del Hospital Infantil de México Federico Gómez, abarcando el periodo de enero 2005 a diciembre 2015. x Se revisaron los expedientes clínicos de los pacientes identificados. x Se seleccionaron los casos de microtia-atresia familiar que cumplieron con los criterios de selección. x Se invitó a familiares afectados a participar en el estudio. x Se actualizó la historia clínica de los pacientes y se tomaron fotografías clínicas. x Se extrajeron hasta 2 ml de sangre periférica a los participantes. Las muestras de sangre se recolectaron en tubos con anticoagulante EDTA y se almacenaron a 4ºC hastael momento de ser procesadas. 29 x Se extrajo DNA mediante método de columnas con el paquete comercial Quick-DNA, Zymo Research ® (Irvine, California, E.U.A.) (Anexo 1). x Se preparó el DNA de la familia 1 para realizar secuenciación de segunda generación mediante el paquete comercial Nextera Rapid Capture Exome de Illumina Inc® (San Diego, California, E.U.A.) (Anexo 2). x En la familia 1 se realizó secuenciación de segunda generación de exoma mediante la técnica de secuenciación por síntesis con terminadores reversibles (Illumina). Se secuenciaron 150 bases de ambos extremos pareados de cada fragmento. El secuenciador NextSeq 500 (Illumina) generó archivos FASTQ, es decir, documentos con la secuencia de nucleótidos acompañada de los valores de calidad. Posteriormente se utilizó el programa Isaac Enrichment v2.1 (Illumina) para alinear las lecturas con el genoma humano de referencia (hg19) y para identificar las variantes. Este programa está basado en versiones modificadas de los algoritmos BWA y GATK. Plan de análisis de los datos Análisis general de los datos de secuenciación de segunda generación. Las variantes encontradas fueron filtradas siguiendo los siguientes criterios: x Primer filtro: parámetros de calidad, se seleccionaron aquellas variantes que cumplieron con parámetros de calidad. o Qscore ≥30. Es la medida más utilizada para evaluar la precisión de la secuenciación, indica la probabilidad de que una base haya sido llamada erróneamente. Un Qscore ≥30 indica que la probabilidad del error es igual o menor a 1 en 1 000, por lo que la precisión es de al menos 99.9%. o Profundidad ≥ 10. Describe el número de lecturas en una posición determinada. Una profundidad ≥ 10 indica que la posición fue leída 10 veces o más. o Frecuencia mínima del alelo alternativo de 20%. x Segundo filtro: consecuencia, se escogieron las variantes que tienen un efecto en la proteína, es decir, mutaciones puntuales de sentido equivocado, sin sentido, 30 deleciones, inserciones, supresión de codones de paro, alteración en sitios de splicing y corrimiento en el marco de lectura. x Tercer filtro: frecuencia, se eligieron aquellas variantes con una frecuencia <0.01 (se utilizó lo reportado en las bases de datos: Proyecto de los 1000 genomas, ExAC y EVS) para descartar variantes frecuentes en la población general. x Cuarto filtro: análisis de segregación, en base a la forma de herencia, en el caso de la familia 1 por árbol genealógico se sospechó de una herencia autosómica dominante con penetrancia incompleta, por lo que se seleccionaron las variantes que se encontraran en estado heterocigoto. Se postuló que debido a que los individuos afectados corresponden a la rama paterna de la propósita, la variante patogénica segregó de generación en generación y que el padre de la propósita no presenta alteraciones a nivel del pabellón auricular por penetrancia incompleta. En el análisis de las variantes se hizo énfasis en la revisión de los genes que se conocen que están relacionados con MA sindrómica (tabla 2), así como los genes HOXA2, HOXA1 y HOXB6, que se han reportado en algunos casos de MA aislada. Las variantes que pasaron estos filtros fueron analizadas mediante VeP (Variant effect Predictor, de Ensembl v.GRCh37.p13) para predecir el efecto de los cambios en regiones codificadoras mediante programas como SIFT (Kumar, et al., 2009; Ng, et al., 2001, 2002, 2003) y PolyPhen-2 (Adzhubei, et al., 2001). Finalmente, se buscaron las variantes obtenidas en una base de datos interna que incluye a personas sanas y pacientes con algún padecimiento no relacionado a MA para evaluar la frecuencia en nuestra población. 31 Descripción de variables Tabla 3. Variables consideradas en los pacientes de las familias con MA. Variable Definición Relación Categoría Unidad de medición Sexo Hombre / Mujer Variable independiente. Cualitativa nominal dicotómica. Hombre / mujer. Grado de microtia atresia Severidad de la alteración del pabellón auricular. Variable dependiente. Cualitativa ordinal. Escala de Hunter (I a IV) Lateralidad Pabellón auricular afectado. Variable dependiente. Cualitativa nominal policotómica. Derecho / izquierdo / bilateral Variaciones genéticas Cambio en la secuencia del gen. Variable independiente. Cualitativa nominal. Nomenclatura de Human Genome Variation Society (den Dunnen & Antonarakis 2000). 32 Resultados Resultados clínicos Se identificaron 115 expedientes con diagnóstico de microtia-atresia aislada, 10 casos (9%) correspondieron a microtia-atresia aislada familiar y 105 individuos (91%) fueron considerados con MA de presentación esporádica (Gráfica 1). Figura 3. Pacientes con microtia-atresia aislada diagnosticados en el HIMFG de 2005-2015. De los 10 casos familiares fue posible contactar a 9 familias para la revaloración clínica e invitación al protocolo. Se hace una descripción detallada de la familia 1, en la cual se llevó a cabo la secuenciación del exoma, y se presenta un resumen clínico de las familias restantes. Esporádica 91% Familiar 9% Pacientes con microtia-atresia aislada diagnosticados en el HIMFG de 2005-2015 33 Resultados clínicos de las Familias 1 a 9 El número de afectados por familia fue variable. La familia 1 fue la más amplia con 6 individuos con alteraciones a nivel de pabellón auricular, seguida por la familia 7, con 5 afectados. El menor número de individuos fueron 2 en las familias 3, 6, 8 y 9. De las 9 familias incluidas fue posible evaluar a 24 individuos, 16 fueron mujeres y 8 hombres. Dieciséis de los afectados tuvieron microtia-atresia, 6 de ellos correspondieron al grado I; 7 al grado II; 1 al grado III; y 2 al grado IV. Ocho individuos no cursaron con microtia-atresia, pero tuvieron otras alteraciones a nivel del pabellón auricular, lo más frecuente fue la presencia de apéndice preauricular en 6 individuos (Tabla 4, Figura 4). Tabla 4. Descripción clínica de los individuos afectados de las nueve familias estudiadas. 34 Figura 4. Árboles genealógicos de las Familia 1 a Familia 9. Familia 1 .. ....... -. ... _-- Familia 4 I • _.,_IY_ --.--- Familia 7 111.3 IV.2 IV __ 111 .4 _ :: __ M 0 - ..... • ____ . -11'_1 r:1 ro 11 1.9 li lA _ _ IV. 1 11.6 111.2 IV.3 I Familia 2 I Familia 3 ' ~ ~I '" tl ll 1.2 ,: ~ 1 • 111.2 ~1111 . ..... _001 __ e ::--· 0 - 0 -...-- Familia S Familia 6 ~ ~ 111.1 .- 66c51. ~ 11.2 ! '" .-----. =- . - __ 11 Familia 8 Familia 9 IJIII1 ~ 1I1.2 " 11 1.1 ~ 11.3 "' I . - __ 1 . - __ 11 •• ___ IY 35 Familia 1 La propósita (Figura 4, individuo III.8,) presenta microtia-atresia grado II izquierda, tiene el antecedente de una hermana (Figura 4, individuo III.9,) con microtia-atresia grado II izquierda, así como cuatro familiares por rama paterna con alteraciones a nivel del pabellón auricular, las cuales varían desde apéndice preauricular y rama del hélix prominente (Figura 5, individuo II.4 y III.4,) hasta microtia grado I con hélix plegado y rama del hélix prominente (Figura 5, individuo III.2 y IV.1) (Tabla 5). A la propósita y a la hermana, como parte del abordaje diagnóstico se les realizó radiografía de columna y ultrasonido renal, los cuales tuvieron un resultado normal. 36 Figura 5 y tabla 5. Árbol genealógico y fotografías clínicas de la Familia 1. Se identifican los individuos con alteraciones a nivel del pabellón auricular. 1. 111.8 111.9 11. 111. 11.4 111.4 111. • Alteraciones del pabel lón auricular 111.2 IV.l Paciente Individuo Sexo Alteración de pabellón Lateralidad auricular 1 I1I.8 Femenino Microtia-atresia grado II Izquierda 2 I1I.9Femenino Microtia-atresia grado II Izquierda 3 I1.4 Femenino Rama de hélix prominente Bilateral 4 I1I.4 Femenino Apéndice preauricular Derecho 5 I1I.2 Femenino Microtia grado 1, hélix Derecho plegado, antehélixy rama de hélix prominente 6 IV.l I Masculino Microtia grado I y hélix Izquierdo plegado '---- , - 37 Variantes identificadas por el análisis de secuenciación de segunda generación en la Familia 1 Se realizó secuenciación de exoma a los individuos con alguna alteración a nivel del pabellón auricular de la familia 1, que correspondieron a los individuos: III.8, III.9, II.4, III.4, III.2 y IV.1 (Figura 6), así como a los padres sanos de la propósita (II.5 y II.6, Figura 6). Figura 6. Árbol genealógico de la familia 1. Se muestran la división de familia 1 en tres ramas (cuadro azul, vede y rojo) para el análisis de variantes genéticas. I.� II.� III.� Alteraciones�del�pabellón�auricular IV.� 38 La siguiente tabla muestra los parámetros de cobertura de las ocho muestras correspondientes a la familia 1. Tabla 6. Valores de cobertura para cada muestra de la familia 1. Muestra Profundidad media Proporción del exoma con cobertura ≥ 1X Proporción del exoma con cobertura ≥ 10X Proporción del exoma con cobertura ≥ 20X Proporción del exoma con cobertura ≥ 50X 1 73.4 98.8% 93.5% 86.2% 59.2% 2 69.3 98.7% 93.0% 85.2% 56.2% 3 77.3 98.8% 92.9% 85.4% 60.0% 4 66.6 98.4% 91.6% 82.8% 53.9% 5 29.1 95.3% 74.5% 54.2% 17.5% 6 73.6 98.7% 93.2% 85.9% 59.3% 7 92.6 98.8% 94.3% 88.7% 68.6% 8 68.2 98.6% 91.4% 82.5% 54.8% La definición del exoma que se utilizó abarca 45,326,818 pares de bases. En la propósita se obtuvieron 80 millones de lecturas y la mediana de los fragmentos fue de 140 pares de bases (desviación estándar de 68 pares de bases). El porcentaje de lecturas duplicadas fue de 5.3%. El total de lecturas alineadas fue de 64,366,163 (equivalente al 79.6% de las lecturas), y se alinearon 7,770,526,724 bases (equivalente al 64.1% de las bases). La tasa de Ts/Tv fue de 2.8, que se encuentra dentro del rango normalmente obtenido para secuenciación de exoma. A manera de ilustración, en las figuras 7 y 8 se muestra la distribución de los valores de cobertura y longitud de los fragmentos en la propósita. 39 Figura 7. Se ilustra la distribución de la cobertura en la propósita. La profundidad promedio fue de 73.4X con una uniformidad del 90.0%. El 93.5% del exoma tuvo una cobertura de 10X, y el 86.2% de 20X. Figura 8. Se ilustra la distribución de la longitud de los fragmentos en la librería secuenciada de la propósita. La mediana fue de 140 pares de bases, con una desviación estándar de 68 pares de bases. Posterior a la secuenciación de exoma y al alineamiento con el genoma de referencia (hg19), se llevó a cabo el análisis de las variantes en cada una de las tres ramas de la familia (Figura 6). El número inicial de variantes obtenidas fue de 159 511 en 20 982 genes para la rama señalada en azul; 167 195 variantes en 20 980 genes para la señalada en verde, y 168 478 variantes en 21 044 genes para la rama señalada en rojo. Al aplicar el filtro de calidad 40 quedaron 20 441 variantes en 9 393 genes; 21 124 variantes en 9602 genes y 20 981 variantes en 9 640 genes, en cada una de las tres ramas de la familia (Figura 9). Figura 9. Parámetros de calidad del experimento. En la parte superior se muestra la distribución de los valores de Qscore. El eje horizontal corresponde a valores de Qscore, y el eje vertical corresponde al número de bases. Las barras en verde indican un Qscore igual o mayor a 30. En la parte inferior se muestran los valores de densidad de clusters para cada uno de los cuatro carriles de la celda de flujo. En azul, la densidad de clusters o grupos antes de utilizar el filtro de calidad. En verde, después de aplicar dicho filtro. La densidad recomendada, para el diseño experimental que se empleó, es de 170 mil a 210 mil clusters/mm2. Después del segundo filtro que valoró la consecuencia del cambio de nucleótidos en la proteína quedaron 8 756 variantes en 5 281 genes; 8 975 variantes en 5 395 genes; y 8 970 variantes en 5 385 genes. 41 Al utilizar el tercer filtro, cumplieron con el criterio de tener una frecuencia menor al 0.01 en las bases de datos 667 variantes en 522 genes; 664 variantes en 526 genes; y 645 variantes en 508 genes. Este filtro desechó la variante en el gen SUSD2 (c.209G>T, p.Gly70Val) que se encontraba en las tres ramas por presentar una frecuencia de 0.46830419 en la base de datos ExAC_0.3. Al analizar los genotipos de las variantes restantes, y su segregación, quedaron 346 variantes en 260 genes; 258 variantes en 194 genes y 158 variantes en 153 genes. Finalmente, al evaluar la distribución de las variantes en la familia en conjunto, quedaron 6 variantes en 5 genes: FBXO2 (MIM 607112), BCL6B (MIM 608992), AHNAK (MIM 103390), ASIC1 (MIM 602866) y ZNF717. En la tabla 6 se muestran las 6 variantes ordenadas por el tipo de mutación. Dos de éstas fueron una inserción de tres nucleótidos (FBXO2 y BCL6B) y en cuatro casos se presentaron cambios de sentido equivocado (AHNAK, ASIC1 y en el gen ZNF717 se encontraron 2 variantes) (Tabla 7). En las figuras 10 a 26 se muestran los fragmentos de los genes secuenciados y alineados en la propósita con ayuda de programa informático, Integrative Genomics Viewer (IGV), que permite la exploración interactiva de grandes conjuntos de datos genómicos (Thorvaldsdóttir, et al., 2013). � yf � � � � � � � � � � � � � � ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� �U NL U� éd �� EG IP AÉ IA ÚÓ �V E� YU PA UÓ ÍE G�E Ó� IM T 2Ó �E Ó� LU G�Í PE G�P UT UG �V E� LU �� UT ALA U� x� � 43 Figura 10. Cobertura y la distribución de los fragmentos de FBXO2. En este gen se encontró un incremento en la unidad de repetición de un microsatélite. El trinucleótido tiene un incremento de una unidad, que da lugar a 7 alaninas, en contraste con 6 que tiene la secuencia de referencia (c.132_134dupCGC_p.Ala45dup) (rs148874459). El sitio de la inserción se representa mediante las líneas verticales moradas en la coordenada 11,710,779. Este gen está en la cadena negativa. 0 Y R * M ** M *R ****** ****** 5 421 GCTGAGGAGGAGCGGCCGGAGGACCAGCAGGAGGAGGAGGCGGCGGCCGCCGCCGCGTAC 480 79 GCTGAGGAGGAGCGGCCGGAGGACCAGCAGGAGGAGGAGGCGGCGGCCGCCGCCGCGTAC 138 27 -A--E--E--E--R--P--E--D--Q--Q--E--E--E--A--A--A--A--A--A--Y- 46 Figura 11. Variante c.132_134dupCGC_p.Ala45dup (rs148874459) en FBXO2. En el primer renglón, las letras representan aminoácidos en variantes conocidas de sentido equivocado, y los asteriscos indican mutaciones sin sentido previamente reportadas. El segundo renglón (posiciones 421 a 480) corresponde a la secuencia del transcrito, las bases con fondo de colores corresponden a variantes conocidas. El tercer renglón está numerado en función del primer codón. El renglón inferior presenta la secuencia de los aminoácidos 27 a 46, en color turquesa se muestran el cambio en el mensajero y en la proteína. Se observa el trinucleótido repetido que codifica para seis alaninas en la secuencia de referencia. 44 Figura 12. Variante c.132_134dupCGC_p.Ala45dup (rs148874459) en FBXO2 tomado de dbSNP. La variante está indicada por la columna con fondo verde. Se aprecia el microsatélite que da lugar a la secuencia de alaninas. Las barras azules corresponden a otras variantes reportadas en esa secuencia (la longitud del indel se denota mediante la extensión de la barra azul), y sus detalles se aprecian en los cuadros encabezados con el número rs. Los rectángulos rojos corresponden a variantes de un solo nucleótido.45 Figura 13. Cobertura y la distribución de los fragmentos de BCL6B en la propósita. En este gen se encontró un incremento en la unidad de repetición de un microsatélite. El trinucleótido tiene un incremento de una unidad, que da lugar a 12 serinas, en contraste con 11 que tiene la secuencia de referencia (c.729_731dupCAG_p.Ser244dup) (rs146207245). El sitio de la inserción se muestra con mayor detalle en la siguiente figura. Figura 14. Sitio de la inserción de trinucleótido en el gen BCLB6. La inserción se representa mediante las líneas verticales moradas en la coordenada 6,928,019. 46 0 S YR R ***R******** R ** **R ***MM M S 11 781 GAGACGAGGCCTCCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGTGAAGAAGGACCCATTC 840 689 GAGACGAGGCCTCCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGTGAAGAAGGACCCATTC 748 230 G--D--E--A--S--S--S--S--S--S--S--S--S--S--S--E--E--G--P--I-- 249 Figura 15. Variante c.729_731dupCAG_p.Ser244dup (rs146207245) en BCL6B. En el primer renglón, las letras representan aminoácidos en variantes conocidas de sentido equivocado, y los asteriscos indican mutaciones sin sentido previamente reportadas. El segundo renglón (posiciones 781 a 840) corresponde a la secuencia del transcrito , las bases con fondo de colores corresponden a variantes conocidas. El tercer renglón está numerado en función del primer codón. El renglón inferior presenta la secuencia de los aminoácidos 230 a 249. En color turquesa se muestran el cambio en el mensajero y en la proteína. Se observa el trinucleótido repetido que codifica para once serinas en la secuencia de referencia. Figura 16. Variante c.729_731dupCAG_p.Ser244dup (rs146207245) en BCL6B tomado de dbSNP. La variante está indicada por la columna con fondo verde. Se aprecia el microsatélite que da lugar a la secuencia de serinas. Las barras azules corresponden a otras variantes reportadas en esa secuencia (la longitud del indel se denota mediante la extensión de la barra azul), y sus detalles se aprecian en los cuadros encabezados con el número rs. Los rectángulos rojos corresponden a variantes de un solo nucleótido. 47 Figura 17. Cobertura y distribución de los fragmentos del gen AHNAK. El gen se encuentra en la cadena negativa; se encontró la variante c.6943C>T_p.Pro2315Ser (rs777241071) de la cual la propósita es heterocigota. En la siguiente figura se muestra la variante con mayor detalle. Esta variante cosegrega con el fenotipo de interés en la familia estudiada, se asume penetrancia incompleta. Figura 18. Variante ado c.6943C>T_p.Pro2315Ser (rs777241071) en AHNAK. El gen se encuentra en la cadena negativa. Como se observa en el diagrama de barras de la cobertura, la propósita es heterocigota. 48 0 * * KY MK * * R Y * * 6 7201 CCCCCAAGATCTCCATGCCTGATGTTGATTTCAATTTAAAGGGACCCAAAATCAAAGGAG 7260 6926 CCCCCAAGATCTCCATGCCTGATGTTGATTTCAATTTAAAGGGACCCAAAATCAAAGGAG 6985 2309 T--P--K--I--S--M--P--D--V--D--F--N--L--K--G--P--K--I--K--G-- 2328 Figura 19. Variante c.6943C>T_p.Pro2315Ser (rs777241071) en AHNAK. En el primer renglón se muestra el código de una letra para aminoácidos en variantes conocidas de sentido equivocado, los asteriscos indican mutaciones sin sentido previamente reportadas. El segundo renglón (posiciones 7201 a 7260) corresponde a la secuencia del transcrito, las bases con fondo de colores corresponden a variantes conocidas El tercer renglón está numerado en función del primer codón. El renglón inferior presenta la secuencia de los aminoácidos 2309 a 2328. En color turquesa se señala el cambio en el mensajero y en la proteína. 49 Figura 20. Cobertura y distribución de los fragmentos de ASIC1. En este gen se encontró la variante de sentido equivocado c.475G>A_p.Asp159Asn (rs370019939). Como se observa en el diagrama de barras de la cobertura, la propósita es heterocigota. En la siguiente figura se muestra la variante con mayor detalle, la cual cosegrega con el fenotipo de interés en la familia estudiada, asumiendo penetrancia incompleta. Figura 21. Variante c.475G>A_p.Asp159Asn (rs370019939) en ASIC1. Como se observa en el diagrama de barras de la cobertura, la propósita es heterocigota. La variante cosegrega con el fenotipo de interés en la familia estudiada, asumiendo penetrancia incompleta. 50 0 R R YR Y RY YR *R K Y* 12 841 CAACATGCGTGAGTTCTACGACCGAGCTGGGCACGACATTCGAGACATGCTGCTCTCCTG 900 456 CAACATGCGTGAGTTCTACGACCGAGCTGGGCACGACATTCGAGACATGCTGCTCTCCTG 515 152 --N--M--R--E--F--Y--D--R--A--G--H--D--I--R--D--M--L--L--S--C 172 Figura 22. Variante c.475G>A_p.Asp159Asn (rs370019939) en ASIC1. En el primer renglón, las letras representan aminoácidos en variantes conocidas de sentido equivocado, y los asteriscos indican mutaciones sin sentido previamente reportadas. El segundo renglón (posiciones 841 a 900) corresponde a la secuencia del transcrito, las bases con fondo de colores corresponden a variantes conocidas.. El tercer renglón está numerado en función del primer codón. El renglón inferior presenta la secuencia de los aminoácidos 152 a 172. En color turquesa se muestran el cambio en el mensajero y en la proteína. 51 Figura 23. Cobertura y distribución de los fragmentos de ZNF717. En este gen se encontraron dos variantes. La que aquí se muestra corresponde a la variante de sentido equivocado c.340C>A_p.Gln114Lys; no aparece en bases de datos. Este gen se encuentra en la cadena negativa. Como se observa en el diagrama de barras de la cobertura, la propósita es heterocigota. Esta variante cosegrega con el fenotipo de interés en la familia estudiada, asumiendo penetrancia incompleta. Las lecturas de esta figura se muestran en su versión comprimida. 0 M W * * S **** * S K R* * 6 661 GGCAAATTGTAATCACCAACAGCAACACATCAACTCAGGAGAGAGTTGAATTAGGAAAAA 720 338 GGCAAATTGTAATCACCAACAGCAACACATCAACTCAGGAGAGAGTTGAATTAGGAAAAA 397 113 W--Q--I--V--I--T--N--S--N--T--S--T--Q--E--R--V--E--L--G--K-- 132 Figura 24. Variante c.340C>A_p.Gln114Lys en ZNF717. En el primer renglón, las letras representan aminoácidos en variantes conocidas de sentido equivocado, y los asteriscos indican mutaciones sin sentido previamente reportadas. El segundo renglón (posiciones 661 a 720) corresponde a la secuencia del transcrito, las bases con fondo de colores corresponden a variantes conocidas.. El tercer renglón está numerado en función del primer codón. El renglón inferior presenta la secuencia de los aminoácidos 338 a 397. En color turquesa se muestran el cambio en el mensajero y en la proteína. 52 Figura 25. Cobertura y distribución de los fragmentos de ZNF717. Se muestra la segunda variante encontrada que corresponde a un cambio de sentido equivocado c.2104C>T_p.Pro702Ser (rs80089603). Este gen se encuentra en la cadena negativa. Como se observa en el diagrama de barras de la cobertura, la propósita es heterocigota. Esta variante cosegrega con el fenotipo de interés en la familia estudiada, asumiendo penetrancia incompleta. Las lecturas de esta figura se muestran en su versión comprimida. 0 W WM *Y* R R R Y W R 10 2401 TCAGAGAACTCACACCGGGGAAAAGCCCTATGAATGTAATGAATGTGGAAAATCCTTTCA 2460 2078 TCAGAGAACTCACACCGGGGAAAAGCCCTATGAATGTAATGAATGTGGAAAATCCTTTCA 2137 693 I--R--E--L--T--P--G--K--S--P--M--N--V--M--N--V--E--N--P--F-- 712 Figura 26. Variante c.2104C>T_p.Pro702Ser (rs80089603) en ZNF717. En el primer renglón, las letras representan aminoácidos en variantes conocidas de sentido equivocado, y los asteriscos indican mutaciones sin sentido previamente reportadas. El segundo renglón (posiciones 2401 a 2460) corresponde a la
Compartir