Genoma i salut

Aplicacions del genoma en teràpia i salut humana

teràpia gènica

Una de les qüestions fonamentals del pensament biològic de tots els temps ha estat l’esclariment de la complexa relació entre estructura i vida, i en un sentit més pràctic, entre salut i malaltia. Sota aquesta perspectiva, hem d’assenyalar que l’ús de remeis terapèutics és tan antic com el mateix home i que molt abans que existira qualsevol tipus de ciència, l’home va intentar resoldre les malalties aplicant la seua particular comprensió de la malaltia i dels processos vitals de l’organisme. En l’actualitat assistim a un desenvolupament vertiginós de l’enginyeria genètica que, gràcies al descobriment del codi genètic, del genoma humà i de les tècniques enzimàtiques capaces de modificar-lo, han ampliat l’espectre de les investigacions bàsiques i han oferit la possibilitat de reprogramar els codis cel·lulars dels microorganismes i de les cèl·lules eucariotes dels animals superiors. Així doncs, assistim a una revolució tecnològica que possiblement marcarà el destí de l’home en els pròxims decennis i el potencial benefici dels quals en l’àrea sociosanitària a penes encertem a comprendre.

«Malalties com el Parkinson podrien beneficiar-se directament dels avenços en el coneixement del genoma»

Genoma humà: salut i malaltia

El genoma humà és constituït per la totalitat de la informació genètica emmagatzemada en el DNA de les cèl·lules. Informació que conté les instruccions que determinen les característiques físiques i en part psicològiques i intel·lectuals de l’individu, i com a extensió, aquesta informació el defineix i identifica com a ésser únic i independent. El nostre genoma es compon d’un genoma nuclear i un altre de mitocondrial, les denominacions del qual deriven dels respectius llocs on el DNA es localitza a l’interior de la cèl·lula. El genoma nuclear és el més important pel volum d’informació que emmagatzema i és a aquest que normalment ens hi referim amb el terme de genoma humà. Es constitueix en un 50% per la informació genètica derivada del pare i en un l’altre 50% per la derivada de la mare. Aquesta informació roman emmagatzemada en les cèl·lules somàtiques sempre de forma físicament independent (constitueixen els cromosomes homòlegs) mentre que en les cèl·lules germinals es produeix una recombinació entre cromosomes homòlegs que genera cromosomes singulars basats en la recombinació del DNA matern i patern. En aquest sentit, el mecanisme de reproducció sexual (en contrast amb el clonatge) garanteix l’estabilitat genètica i la diversitat evolutiva de l’espècie. Finalment, hem d’assenyalar que l’herència del genoma mitocondrial és exclusivament materna, la qual cosa pot ser utilitzada per a seguir aquest llinatge en el procés de l’herència. Una vegada coneguda la seqüència de lletres contingudes en el DNA que simbòlicament constitueixen les paraules i frases d’aquest gran llibre de la vida, queda encara un important camí que recórrer abans que la dita informació puga ser plenament utilitzada amb fins sociosanitaris, ja que el coneixement del genoma implica no sols conèixer l’ordre de les lletres en què la informació està disposada, sinó que és necessari saber interpretar i comprendre la informació, saber la localització i rellevància de cadascun dels gens així com les seues implicacions en el diagnòstic de les malalties i en la terapèutica personalitzada de cada individu. No hem d’oblidar, però, que el genoma conté la informació per al desenvolupament físic potencial de l’individu i que la seua manifestació definitiva és condicionada per factors ambientals que modulen l’expressió del genoma de cada persona.

«En l’actualitat se sap que més de 6.000 malalties tenen un origen clarament hereditari»

Els procediments utilitzats fins avui per estudiar l’expressió dels gens han molt molt selectius i tediosos. No obstant això, els procediments recentment desenvolupats (bioxips) basats en anàlisi sobre micromatrius (microarrays) de DNA, permeten analitzar milers de gens de manera simultània, utilitzant un suport (xip) amb una superfície d’uns pocs centímetres quadrats. Aquesta nova capacitat d’anàlisi massiva del genoma ofereix l’oportunitat d’estudiar la interrelació entre gens o grups de gens, la seua implicació en l’activitat funcional normal de la cèl·lula o la seua patologia, així com subministrar valuosa informació sobre la influència de substàncies químiques exògenes sobre l’alteració i/o expressió dels gens en els individus. En l’actualitat se sap que més de sis mil malalties tenen un origen clarament hereditari, encara que només en un 3% dels casos se n’ha pogut identificar el gen responsable. Malalties com el parkinson, l’alzheimer, l’hemofília, la síndrome de Down, multitud de patologies cardíaques, etc. podrien beneficiar-se directament dels avenços en el coneixement del genoma, però també altres malalties adquirides com ara el càncer, les malalties infeccioses, etc., podran ser abordades amb renovades esperances des del punt de vista sociosanitari. En aquest sentit, els bioxips ofereixen un benefici potencial considerable en l’àmbit del diagnòstic i tractament de la pràctica totalitat de les malalties. Tant és així que comença a perfilar-se una nova disciplina, la farmacogenòmica, com la branca del coneixement que té com a objecte estudiar i establir les correlacions entre la resposta terapèutica als fàrmacs i el perfil genètic del pacient. Finalment, cal assenyalar que la utilització directa dels àcids nucleics amb fins terapèutics és objecte d’una nova branca de la terapèutica, encunyada amb el nom de teràpia gènica. Encara que els importants avenços en aquest camp no s’han vist coronats per èxits clínics equivalents, els investigadors han posat en aquesta nova estratègia terapèutica grans esperances com a eina que ajudarà a consolidar la futura medicina molecular. És raonable pensar que un coneixement complet des del punt de vista estructural i funcional del genoma humà no s’aconseguirà abans d’unes quantes dècades, però hem d’assenyalar que el coneixement adquirit en els últims anys sobre el genoma ens ha de permetre comprendre millor la normalitat i la malaltia, les limitacions i expectativa de vida d’un individu, les bases moleculars de la malaltia, els mecanismes de la diferenciació cel·lular, la regulació de l’expressió dels gens, la biodiversitat dels individus i les espècies en la naturalesa. Els avenços actuals en la tecnologia del DNA recombinant o enginyeria genètica, sumats als coneixements derivats del Projecte Genoma Humà, tindran una repercussió directa en les noves teràpies basades en la utilització d’elements genètics (teràpia gènica) i també ens oferiran un marc de comprensió del significat potencial del clonatge humà i la seua possible aplicació en el transplantament, com a font inesgotable de teixits i òrgans.

Farmacogenòmica, una de les branques amb més futur de la indústria farmacèutica

La farmacogenòmica emergeix com una de les branques més prometedores de la indústria farmacèutica, originades en l’era postgenòmica. És una de les branques del saber que està guanyant, de forma progressiva, més reconeixement i respecte en la comunitat científica, gràcies en gran manera a la seua capacitat per a oferir, almenys, tres dels principals productes derivats del genoma, tals com informació, productes per al diagnòstic i productes amb fins terapèutics. L’objecte de la farmacogenòmica és l’estudi de l’impacte de la variació genètica sobre l’eficàcia i toxicitat dels fàrmacs o, expressat en altres termes, l’estudi de la importància de determinats marcadors genètics del pacient en relació amb la predicció de la resposta a un determinat fàrmac. La idea de l’existència de respostes alterades en base a diferències genètiques no és nova i, així, l’observació en el segle VI aC que el consum de faves podia generar en certes persones anèmia hemolítica va ser posteriorment relacionat (segle XX) amb un dèficit d’un enzim (glucosa-6-fosfatasa) en aquests pacients. Prompte es van descobrir noves diferències que inicialment van ser atribuïdes a variacions genètiques i la causa de la patologia no va poder ser adequadament explicada fins a l’adveniment de la biologia molecular. Els polimorfismes proteics, identificats com a resultat de variacions en la seqüència de nucleòtids del DNA, permeten identificar moltes patologies, algunes de les quals són el resultat de mutacions aïllades d’un sol nucleòtid (polimorfisme de nucleòtid simple). Però els polimorfismes genètics no són només importants per a determinar la predisposició a sofrir una determinada patologia, sinó que també permeten determinar: a) la disponibilitat en el pacient de proteïnes transportadores del fàrmac (exemple: ATPasa Na+/K+, proteïna de resistència a múltiples drogues, etc); b) la capacitat de la persona en qüestió per a eliminar el fàrmac, en funció de la disponibilitat dels enzims responsables de la seua metabolització (exemple: enzims del sistema citocrom P-450); c) la densitat i/o funcionalitat dels receptors sobre els quals han d’actuar els fàrmacs (exemple: enzim convertidor d’angiotensina, receptors b-adrenèrgics). En aquest sentit, la farmacogenòmica està destinada a ocupar un important lloc en l’atenció de la salut, ja que la medicina, els pacients i també la indústria farmacèutica, es beneficiaran dels avantatges d’una terapèutica personalitzada en el pacient. En un futur pròxim, el perfil genètic d’un determinat pacient estarà disponible per al clínic, probablement mitjançant dispositius electrònics, de forma que les estratègies terapèutiques s’optimaran des de l’inici del tractament.

«La teràpia gènica es presenta com una promesa terapèutica d’utilitat en tot tipus de patologies»

Genoteràpia, una nova estratègia terapèutica

La teràpia gènica és una nova estratègia terapèutica basada en la modificació genètica de les cèl·lules, utilitzant els àcids nucleics com a medicaments o dianes terapèutiques. Aquest procediment ofereix un gran potencial terapèutic, ja que permet abordar el tractament tant de malalties d’origen hereditari (malalties genètiques monogèniques com ara hemofília, fibrosi quística, etc.) com adquirides (càncer, malalties infeccioses, vacunes, etc).

Les estratègies en teràpia gènica pretenen bé augmentar la dotació genètica de cèl·lules somàtiques, mitjançant la introducció de noves còpies d’un gen (a fi d’amplificar-ne el producte final en una cèl·lula normal o de restablir-ne el fenotip normal en malalties genètiques hereditàries) o bé, al contrari, tracten d’inhibir l’expressió gènica en aquelles cèl·lules en què la presència d’un nou producte gènic o la seua inadequada expressió són els responsables d’una determinada patologia, com és el cas de les malalties infeccioses i el càncer. Altres estratègies estan dirigides a provocar la mort cel·lular o corregir mutacions. En el primer cas, és possible introduir en les cèl·lules diana gens que codifiquen un producte tòxic letal o gens que faciliten la transformació d’un profàrmac en un metabolit tòxic per a la cèl·lula. Però també és possible provocar la mort cel·lular de manera indirecta, mitjançant la introducció de gens activadors de la resposta immunitària que promoguen una resposta citotòxica eficaç. Quant a la correcció de mutacions, és una estratègia complexa que pot ser orientada tant a corregir defectes a nivell gènic, mitjançant procediments de recombinació homòloga, o bé a nivell del RNA, utilitzant, per exemple, tipus particulars de ribozimes (RNA amb activitat catalítica) terapèutics.

Atès que els àcids nucleics presenten escassa biodisponibilitat després de la seua administració sistèmica, es requereix la utilització de vectors de transferència per a millorar-ne l’eficàcia. Hi ha dos classes de vectors principals: els sistemes virals i els no virals.

Hem d’assenyalar que el coneixement adquirit en els últims anys sobre el genoma ens ha de permetre comprendre millor la normalitat i la malaltia, les limitacions i expectativa de vida d’un individu, les bases moleculars de la malaltia, els mecanismes de la diferenciació cel·lular, la regulació de l’expressió dels gens i la biodiversitat dels individus i les espècies en la naturalesa. / © U.S. Departament of Energy Human Genome. http://www.ornl.gov/hgmis

Els vectors virals (retrovirus, lentivirus, adenovirus, virus adenoassociats, etc.) aprofiten el tropisme i la capacitat dels virus per a infectar cèl·lules i expressar amb gran eficàcia la seua informació genètica, incloent-hi aquells gens que amb fins terapèutics pogueren ser-li incorporats, mitjançant les tècniques del DNA recombinant. Al contrari, els vectors no virals (liposomes, complexos de DNA amb lípids, pèptids, polímers, etc.) són menys eficaços però ofereixen com a avantatge la seguretat, ja que eviten els problemes relacionats amb la immunogenicitat viral i la possible reversió del fenotip infecciós. Així mateix, els sistemes no virals ofereixen altres avantatges potencials, com són la millor manufactura, caracterització i formulació dels gens com a medicaments. No obstant això, es requereix encara importants esforços per a aconseguir que aquest tipus de vectors puga reunir les característiques d’eficàcia (i seguretat) suficients que justifiquen millor la seua utilització en clínica.

A pesar dels escassos èxits clínics aconseguits, la teràpia gènica es presenta com una promesa terapèutica d’utilitat en tot tipus de patologies i en l’actualitat no hi ha dubte que l’adequada articulació d’aquests coneixements, juntament amb els avenços propiciats pel Projecte Genoma Humà, així com el millor coneixement de les bases moleculars de la patologia, els estudis experimentals en teràpia gènica i el desenvolupament de vectors que permeten l’entrega selectiva de gens amb seguretat i eficàcia, permetran en un futur pròxim que la utilització de gens i/o àcids nucleics com a fàrmacs o medicaments siga una realitat amb insospitades aplicacions terapèutiques.

Cavazzana-Calvo, M., Hacein-Bey, S., Yates F. De Villartay, J. P., Le Deist, F. i A. Fischer, 2001. «Gene therapy of severe combined immunodeficiencies». Journal of Gene Medicine. 3: 201-206

Dasí, F., Lledó, S., García-Granero, E., Ripoll, R., Marugán, M., Tormo M., García-Conde, J. i S. F. Aliño, 2001. «Real-time quantification in plasma of human telomerase reverse transcriptase (hTERT) mRNA: a simple blood test to monitor disease in càncer patients». Laboratory Investigation. 81: 767-769

Nishikawa, M. i L. Huang, 2001. «Nonviral Vectors in the New Millennium: Delivery Barriers in Gene Transfer». Human Gene Therapy. 12: 861-870

Peet, N. P. i P. Bei, 2001. «Pharmacogenomics: challenges and opportunities». Drug Discovery Today. 6: 495-498

Schimtz, G., Aslanidis, C. i K. J.  Lackner, 2001. «Pharmacogenomics: implications for laboratory medicine». Clínica Chimica Acta: 308: 43-53

Xiang, C. C. i Y. Chen, 2000. «cDNA microarray technology and its applications». Biotechnology Advances. 18: 35-36

© Mètode 2002 - 32. Què hi ha darrere del genoma? - Hivern 2001/02

Departament de Farmacologia. Facultat de Farmacia. Universitat de València.

Departament de Farmacologia. Facultat de Farmacia. Universitat de València.