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Principios de citogenética clínica y análisis genómico - Coggle Diagram
Principios de citogenética clínica y análisis genómico
La citogenética clínica consiste en el estudio de los cromosomas, su estructura y su herencia, aplicado a la práctica de la medicina. Desde hace más de 50 años sabemos que los cambios microscópicamente visibles en el número o la estructura de los cromosomas pueden producir trastornos clínicos, que –por esta razón– se denominan trastornos cromosómicos.
El análisis actual del genoma que utiliza métodos que se describirán en este capítulo, como las micromatrices cromosómicas y la secuenciación del genoma completo, supone una mejora impresionante de capacidad y resolución, pero es similar desde el punto de vista conceptual a los métodos microscópicos centrados en los cromosomas
Identificación de los cromosomas
Los 24 tipos de cromosomas existentes en el genoma humano se pueden identificar fácilmente a nivel citológico mediante técnicas de tinción específicas. La más frecuente de ellas es el método de Giemsa (bandas G), que se desarrolló a comienzos de la década de 1970 y fue la primera herramienta analítica del genoma completo usada ampliamente para la investigación y el diagnóstico clínico
Ha sido el más utilizado para la detección y caracterización de anomalías genómicas estructurales y numéricas en el contexto del diagnóstico clínico para los trastornos tanto constitucionales (postnatales o prenatales) como adquiridos (cáncer).
La técnica de bandas G y otros procedimientos de tinción pueden utilizarse para describir los cromosomas individuales y sus variantes o anomalías empleando un sistema aceptado internacionalmente de clasificación de los cromosomas.
Hibridación in situ fluorescente
La técnica dirigida de bandeo cromosómico de alta resolución se sustituyó ampliamente a comienzos de la década de 1990 por la hibridación in situ fluorescente (FISH), un método para detectar la presencia o ausencia de una secuencia particular de DNA o para evaluar el número o la organización de un cromosoma o de una región cromosómica in situ (literalmente, «en el sitio») en la célula.
Esta convergencia de métodos genómicos y citogenéticos (que se puede denominar citogenética molecular, citogenómica o cromonómica ) expandió drásticamente tanto el ámbito como la precisión del análisis cromosómico en la práctica clínica rutinaria.
tecnología FISH aprovecha la disponibilidad de colecciones ordenadas de clones de DNA recombinante que contienen DNA de todo el genoma, generados originariamente como parte del Proyecto Genoma Humano.
Triploidía y tetraploidía
Además del número diploide (2n) característico de las células somáticas normales, en ocasiones se observan en el material clínico otros complementos cromosómicos euploides: el triploide (3n) y el tetraploide (4n). Tanto la triploidía como la tetraploidía se han observado en fetos. La triploidía se observa en el 1-3% de las fecundaciones reconocidas; aunque los niños triploides pueden nacer vivos, no llegan a sobrevivir mucho tiempo.
Entre los pocos que sobreviven al menos hasta el final del primer trimestre de la gestación la mayoría es el resultado de la fecundación de un óvulo con dos espermatozoides (dispermia).
La expresión fenotípica de un cariotipo triploide depende de la fuente del conjunto cromosómico extra; los triploides con un conjunto extra de cromosomas maternos suelen abortarse espontáneamente al principio del embarazo, mientras que los que tienen un conjunto extra de cromosomas paternos tienen una placenta degenerativa anómala, que da lugar a una mola hidatidiforme parcial, con un feto pequeño.
Aneuploidía
La aneuploidía es el trastorno cromosómico humano más común y el de mayor importancia clínica, y tiene lugar en al menos el 5% de todas las gestaciones reconocidas. La mayoría de los pacientes aneuploides presenta una trisomía (tres copias de un cromosoma en lugar del par normal) o, con menos frecuencia, una monosomía (una sola copia en lugar del par normal). Tanto la trisomía como la monosomía pueden ocasionar consecuencias fenotípicas graves.
Anomalías de la estructura de los cromosomas
Los reordenamientos estructurales se producen como consecuencia de rotura, recombinación o intercambio cromosómico, seguido de reconstitución en una combinación anómala. Se pueden producir muchos tipos de reordenamientos que, en conjunto, son menos frecuentes que las aneuploidías; en total, las anomalías estructurales afectan a alrededor de uno de cada 375 recién nacidos
Reordenamientos desequilibrados
Los reordenamientos desequilibrados se detectan en alrededor de 1 de cada 1.600 nacidos vivos el fenotipo suele ser anormal debido a la existencia de deleción o duplicación de múltiples genes o (en algunos casos) de ambas. La duplicación de parte de un cromosoma origina una trisomía parcial para los genes de ese segmento; la deleción produce una monosomía parcial. De forma general, cualquier cambio que distorsione el equilibrio de dosis génica normal puede ocasionar un desarrollo anormal; se puede producir un amplio rango de fenotipos, dependiendo del tipo de genes específicos cuya dosis se altera en cada caso concreto.
Deleciones y duplicaciones
Las deleciones suponen la pérdida de un segmento de un cromosoma, lo que origina un desequilibrio. Un portador de una deleción (con un homólogo normal y el otro con la deleción) es monosómico para la información génica del segmento correspondiente del homólogo normal.
Cromosomas marcadores y en anillo
En ocasiones pueden verse, en las preparaciones cromosómicas, unos cromosomas muy pequeños no identificados denominados cromosomas marcadores, que suelen presentarse en forma de mosaico. En general, constituyen un elemento extra en un complemento cromosómico por otra parte normal, por lo que se denominan cromosomas supernumerarios o cromosomas extra estructuralmente anómalos.
Los cromosomas marcadores más grandes contienen algún material de uno o ambos brazos de un cromosoma, lo que crea un desequilibrio para los genes que contienen. Dependiendo del origen del cromosoma marcador, el riesgo de que ocasione una anomalía fetal puede variar entre muy poco y el 100%. Por razones que no se comprenden por completo, una proporción relativamente alta de estos marcadores deriva del cromosoma 15 y de los cromosomas sexuales.
Isocromosomas
Un isocromosoma es un cromosoma en el que se ha perdido un brazo y el otro se ha duplicado de forma especular. Por tanto, una persona con 46 cromosomas portadora de un isocromosoma tiene una sola copia del material genético de un brazo (monosomía parcial) y tres copias del material genético del otro brazo (trisomía parcial).
Análisis genómico mediante micromatrices
Aunque el cariotipo con bandas G sigue siendo la prueba diagnóstica de primera línea para la mayoría de las aplicaciones clínicas, se ha completado o incluso sustituido por métodos del genoma completo para detectar desequilibrios del número de copias con mayor resolución ampliando el concepto del análisis dirigido mediante FISH para evaluar todo el genoma.
Análisis genómico mediante secuenciación del genoma completo
En el extremo contrario del mismo espectro que el análisis citogenético y el análisis de micromatrices, la resolución definitiva para realizar las pruebas clínicas destinadas a detectar trastornos cromosómicos y genómicos debería consistir en secuenciar genomas de pacientes en su totalidad. De hecho, como la eficacia de la secuenciación del genoma completo ha aumentado y sus costes han disminuido, cada vez resulta más práctico plantear la secuenciación de muestras de pacientes en un contexto clínico
Anomalías cromosómicas
Las anomalías de los cromosomas pueden ser numéricas o estructurales, y pueden afectar a uno o a más autosomas, cromosomas sexuales o a ambos simultáneamente. La incidencia global de las anomalías cromosómicas es de alrededor de 1/154 nacidos vivos , por lo que su impacto es considerable, tanto en medicina clínica como para la sociedad.
Con mucha diferencia, el tipo más frecuente de anomalía cromosómica con repercusión clínica es la aneuploidía, un número de cromosomas anormal debido a un cromosoma extra o ausente. Un cariotipo aneuploide se asocia siempre con anomalías físicas y/o mentales. Las anomalías estructurales (reordenamientos que implican a uno o más cromosomas) son también relativamente frecuentes
Dosis génica, equilibrio y desequilibrio
En los trastornos cromosómicos y genómicos, la causa subyacente consiste en los aspectos cuantitativos de la expresión génica, a diferencia de los trastornos monogénicos, donde a menudo la patogenia refleja los aspectos cualitativos de la función de un gen. Las consecuencias clínicas de cualquier anomalía cromosómica particular dependerán del desequilibrio resultante de partes del genoma, de los genes específicos contenidos en la anomalía o afectados por ella, y de la probabilidad de su transmisión a la siguiente generación.
El concepto central en los trastornos cromosómicos y genómicos es el de la dosis génica y su equilibrio o desequilibrio.
Anomalías del número de cromosomas
Un complemento cromosómico con un número de cromosomas que no sea 46 se dice que es heteroploide. Un múltiplo exacto del número haploide de cromosomas (n) se dice que es euploide y cualquier otro número es aneuploide.
Cromosomas dicéntricos
Un cromosoma dicéntrico es un tipo infrecuente de cromosoma anómalo en el que dos segmentos cromosómicos, cada uno con un centrómero, se fusionan extremo con extremo.