SCA36: Análisis del origen y dinámica molecular de la expansión intrónica de NOP56, su influencia en la expresión génica y en el fenotipo

Investigador Principal (IP): Sobrido Gómez, Mª Jesús Código: PI12/00742
Convocatoria: Proyectos de Investigación en Salud- Instituto de Salud Carlos III (ISCIII)

(año 2012) Ministerio de Ciencia e Innovación

Presupuesto total: 130.410,00€ Total concedido: 96.195,00€
Duración: 3 años Fecha inicio: 01/01/2013
Objeto: El objetivo principal de la investigación propuesta es dar continuidad a una de las líneas de investigación principales de nuestro grupo, las bases moleculares de las ataxias. Gracias a proyectos financiados anteriormente hemos podido identificar que una expansión hexanucleotídica de varias kilobases en el intrón 1 de NOP56 es la causa de un nuevo tipo de ataxia espinocerebelosa (SCA36), en numerosos pacientes gallegos (Garcia-Murias et al., 2012). Pretendemos ahora avanzar en el conocimiento molecular de esta mutación y sus consecuencias. En particular, entender el origen de la mutación, su dinámica en células somáticas y germinales, el efecto sobre la expresión génica y la relación entre el tamaño mutacional y las diversas manifestaciones fenotípicas.Palabras clave: SCA36, ataxia espinocerebelosa, enfermedad de neurona motora, PET, RM, pruebas neurofisiológicas, escalas clínicas, tests neuropsicológicos

EQUIPO

Apellidos Nombre Titulación/ Categoría Entidad
Sobrido Gómez Mª Jesús Medicina (especialidad Neurogenética), doctor/ IP Fundación Pública Galega de Medicina Xenómica (FPGMX)
Quintáns Castro Beatriz Medicina (especialidad Neurología), doctor/ colaborador Servizo Galego de Saúde (SERGAS)
Pérez Gregorio Alejandra colaborador ND
Sin especificar ND Personal de apoyo (PA) Detalle en tabla siguiente

OTRAS ENTIDADES COLABORADORAS

Nombre Siglas Tipo/ Categoría
Servizo Galego de Saúde SERGAS Organismo público
Complejo Hospitalario de Vigo CHUVI Hospital público universitario
Hospital Fundación Jiménez Díaz, Madrid FJD Fundación/ asistencia sanitaria
Hospital Clinic, Barcelona CLINIC Hospital público universitario
Universidad de Hiroshima, Japón(Departamento de Neurociencia Clínica y Terapéutica) 広島大学 Universidad pública
Universidad de Kyoto, Japón(Departamento de Salud y Ciencias Medioambientales) 京大 Kyōdai Universidad pública

Resumen y justificación del proyecto.

SCA36 es una nueva ataxia espinocerebelosa descrita recientemente por nuestro grupo y otros, causada por un repeat hexanucleotídico en el intrón 1 de NOP56, que se suma a la lista de enfermedades neurodegenerativas causadas por expansiones de DNA y presumiblemente asociadas a desregulación de la transcripción mediada por RNA (véanse figuras 1 y 2).

ataxia

Figura 1

ataxia2

Figura 2

Para comprender los mecanismos moleculares de SCA36 e identificar potenciales estrategias terapéuticas nos planteamos ahora tres bloques de cuestiones:

1) Epidemiología y filogenética de la mutación.

2) Dinámica de la expansión, inestabilidad mitótica y meiótica, influencia en las características fenotípicas.

3) Efectos sobre la transcripción de otros genes.

Para abordar estas cuestiones se planifican las siguientes tareas:

1) Chequeo de SCA36 en otras poblaciones,

2) Reconstrucción filogenética a partir de haplotipos detallados,

3) Comparación del tamaño de la expansión en la transmisión intergeneracional, así como en células somáticas (primarias y transformadas) y germinales (esperma), mediante Southern blot y small-pool PCR,

4) Comparación de las características fenotípicas en función del tamaño mutacional,

5) Estudios de tránscritos candidatos y transcriptoma completo en células primarias (linfocitos, fibroblastos) e inmortalizadas (linfoblastoides).

La investigación genotipo-fenotipo no se limitará a comparar el tamaño de expansión con características generales (edad de inicio, severidad clínica global), sino que se compararán múltiples parámetros clínicos obtenidos en el subproyecto 2. Este nivel de integración será posible gracias a la ontología desarrollada en el subproyecto 3 y servirá para explorar el uso de estas herramientas informáticas en la investigación de la compleja relación genotipo-fenotipo en enfermedades neurodegenerativas.Las interacciones entre subproyectos se representan en la figura 3 a continuación:

ataxia3
Figura 3

Hipótesis de partida.

Probablemente existieron uno o pocos cromosomas fundadores de SCA36, con un haplotipo de predisposición a la expansión, cuyo origen y filogenia pueden ser estudiados mediante marcadores intragénicos o en la estrecha vecindad. La mutación causante de SCA36 existe en otras regiones de España y del mundo con frecuencias variables debidas a la historia genética poblacional.

La expansión de NOP56 es inestable, tanto en mitosis como en meiosis, lo cual contribuye a explicar la variabilidad clínica en y entre familias. Probablemente el sexo del progenitor transmisor y, tal vez, el sexo del hijo, influyen en esta inestabilidad.

Existe una relación entre el tamaño de la expansión y las características clínicas, que puede ser analizada más adecuadamente si se lleva a cabo una caracterización fenotípica reglada de múltiples parámetros cuantitativos y semi-cuantitativos (subproyecto 2) y si se dispone de las herramientas informáticas para computerizar el análisis fenotípico (subproyecto 3).

La fisiopatología molecular se debe a desregulación mediada por RNA y puede ser estudiada mediante análisis de transcripción en líneas celulares. La expansión intrónica de NOP56 ejerce su efecto deletéreo en la función celular a través de la alteración de expresión de más de un gen, quizá con mecanismos combinados de ganancia tóxica y déficit de función

Entre pacientes gallegos y japoneses hay diferencias fenotípicas que se deben a peculiaridades en las rutas moleculares afectadas. Por ejemplo, pensamos que es probable que el gen TMC2, vecino de NOP56, esté afectado en los pacientes gallegos pero no en los japoneses. Esto podría deberse a la presencia de elementos diferentes en los haplotipos patológicos gallego y japonés, por ejemplo una secuencia aisladora (insulator) entre NOP56 y TMC2 que evitase la inactivación de TMC2 debida a la metilación del repeat hexanucleotídico expandido. La hipoacusia se debería entonces a haploinsuficiencia de TMC2.

Objetivos.

Para este proyecto coordinado, se plantearon inicialmentetres objetivos principales, con sus correspondientes objetivos subordinados:

1 Conocer la epidemiología genética de SCA36:

1.1. Estudiar la frecuencia de SCA36 en pacientes con ataxia espinocerebelosa de otras regiones españolas y otras poblaciones.

1.2. Investigar el origen evolutivo y filogenia de la expansión (mutación fundadora o múltiples eventos).

2 Comprender la dinámica de la expansión intrónica de NOP56 en meiosis, mitosis y su influencia en el fenotipo.

2.1 Estudiar la dinámica de la expansión en mitosis.

2.2. Estudiar la dinámica de la expansión durante la meiosis y transmisión intergeneracional.

2.3. Investigar la relación genotipo-fenotipo.

3 Genómica funcional: investigar el efecto de la expansión SCA36 sobre la transcripción génica.

3.1 Análisis de expresión de genes candidatos

3.2 Estudio del transcriptoma de SCA36 (aproximación sin suposiciones-hypothesis free).

Plan de trabajo planteado y cronograma.

ataxia4

Bibliografía (estado del arte previo a la realización del proyecto).

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Estatus actual.

Proyecto en marcha. Fecha finalización prevista 31/12/2015

Publicaciones asociadas (a fecha del 30/09/2013).

WoS: Web of Science <http://www.accesowok.fecyt.es/>

Título: Analysis of the C9orf72 Gene in Patients with Amyotrophic Lateral Sclerosis in Spain and Different Populations Worldwide.
Revista: Human Mutation 2013;34:79-82.
Categoría/Especialidad(WoS):Genetics & Heredity
Factor de impacto (WoS): 5.95
Autores: García-Redondo A, Dols-Icardo O, Rojas-García R, Esteban-Pérez J, Cordero-Vázquez P, Muñoz-Blanco JL, Catalina I, González-Muñoz M, Varona L, Sarasola E, Povedano M, Sevilla T, Guerrero A, Pardo J, de Munain AL, Márquez-Infante C, de Rivera FJ, Pastor P, Jericó I, de Arcaya AA, Mora JS, Clarimón J; The C9ORF72 Spanish Study Group, Gonzalo-Martínez JF, Juárez-Rufián A, Atencia G, Jiménez-Bautista R, Morán Y, Mascías J, Hernández-Barral M, Kapetanovic S, García-Barcina M, Alcalá C, Vela A, Ramírez-Ramos C, Galán L, Pérez-Tur J, Quintáns B, Sobrido MJ, Fernández-Torrón R, Poza JJ, Gorostidi A, Paradas C, Villoslada P, Larrodé P, Capablo JL, Pascual-Calvet J, Goñi M, Morgado Y, Guitart M, Moreno-Laguna S, Rueda A, Martín-Estefanía C, Cemillán C, Blesa R, Lleó A.

Título: SNOMED CT module-driven clinical archetype management
Revista: Journal of Biomedical Informatics Año: 2013 Vol.: 46(3) Págs.: 388-400
Categoría/Especialidad (WoS): Medical Informatics
Factor de Impacto (WoS): 2.131 (posición 06/23)
Categoría/Especialidad (WoS): Computer science, Interdisciplinary applications
Factor de Impacto (WoS): 2.131 (posición 21/99)
Autores: Allones JL, Taboada M, Martínez D, Lozano R, Sobrido MJ

Otras contribuciones (a fecha del 01/08/2014).

Presentaciones en congresos.

Congreso: “XXVII Congreso Nacional de la Asociación Española de Genética Humana”. Madrid (España). Abril 2013.
Título: “¿Deben incluirse las expansiones causantes de ataxia en el algoritmo diagnóstico de las paraparesias espásticas?” (póster).
Autores: Z. Yáñez Torregroza, B. Quintáns Castro, M. García-Murias, A. Ordóñez-Ugalde, I Pascual, L Gómez-Romero, J Arpa, A. Carracedo Álvarez, M. J. Sobrido.

Congreso: “Mutation Detetion 2013”,Lake Louise (Canadá). Abril 2013.
Título: ” NGS-elusive mutations: SCA36 illustrates the difficulties to analyze large repeat expansions” (póster).
Autores: García-Murias M, Yáñez-Torregroza Z, Quintáns B, Arias M, Seixas AI, Carneiro I, Silveira I, Carracedo A, Sobrido MJ.

Congreso: “Federación Española de Ataxia (FEDAES)”, Villagarcía de Campos (Valladolid, España). Junio 2013.
Título: “Actualización en ataxias en el congreso SPATAX” (conferencia invitada)
Autores: MJ Sobrido

Congreso: World Federation of Neurology. Viena (Austria), Septiembre 2013.
Título: “Clinical and neuroimaging features of familial C9FTD/ALS: a case report” (póster).
Autores: J Pardo, M Pardo-Parrado, J Clarimón, A Garcia-Redondo, E Cebrián, , I Jiménez-Martínez, J Cortés, P Aguiar, JM Castiñeiras, Tania García-Sobrino, B Quintáns, MJ Sobrido

Congreso: American Society of Human Genetics. Boston (EEUU), Octubre 2013.
Título: “Genetics of spinocerebellar ataxias in Portuguese families: screeningfor SCA15, SCA28 and SCA36” (póster).
Autores: JR Loureiro, AI Seixas, JL Loureiro, A Carracedo, MJ Sobrido, P Coutinho, JSequeiros, I Silveira.

“Spinocerebellar Ataxia Type 36”. In: In: Pagon RA, Adam MP, Bird TD, et al., editors. GeneReviews™ [Internet]. Seattle (WA): University of Washington, Seattle; 1993-2013. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1116/ (Manuscrito en preparación).
Autores: Arias M., Quintáns B., García-Murias M., Sobrido MJ.