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Genética y Biología Molecular

La Fundación Centro Oncológico de Galicia “José Antonio Quiroga y Piñeyro” ha apostado desde el principio por integrar en el propio hospital todas aquellas disciplinas implicadas en el estudio y tratamiento del cáncer. Por esta razón, la Fundación consideró imprescindible incorporar un Servicio de Genética, el cual se inauguró en el 1995 bajo el mando del Dr. José Luis Fernández, que continúa en la actualidad en el cargo de Jefe de Servicio.

El objetivo de este Servicio es doble. El primero es el apoyo en la labor asistencial a pacientes no sólo oncológicos sino también aquellos que sean susceptibles de desarrollar otro tipo de enfermedades en las que la base es origen genético. Las líneas básicas en las labores asistenciales son la oncogenética, farmacogenética y enfermedades genéticas hereditarias. El segundo objetivo es la investigación. El servicio desarrolla una intensa actividad tanto en investigación básica como clínica de forma independiente o en colaboración con diversos centros españoles y europeos.

 INTRODUCCIÓN

En 1953 se descubrió la molécula portadora de la información genética, el ADN pero, hasta hace unos 30 años, la genética clínica se encontraba con una enorme barrera a la hora de abordar este tipo de enfermedades. Las limitaciones técnicas para realizar estudios genéticos eran enormes y solo se podía ofrecer al paciente una estimación sobre el riesgo de ser portador o padecer una afección de estas características.

Uno de los mayores avances de la medicina actual es la comprensión de la base molecular de un gran número de enfermedades genéticas.

En la actualidad, el conocimiento el profundo del ADN y de los mecanismos implicados en la replicación, trascripción y traducción, mecanismos fundamentales en la trasmisión de la información biológica, han permitido a los especialistas abordan las enfermedades genéticas de una forma directa. En muchos casos, se ha pasado de ofrecer probabilidades a dar un resultado concluyente lo que ha permitido mejorar los métodos de diagnóstico y abriendo una nueva vía para su tratamiento potencial.

Los estudios genéticos se basan principalmente en el estudio del ADN o molécula de la vida, la cual porta la información genética de un individuo. El ADN es como un plano que contiene las instrucciones para fabricar las proteínas, las cuales son las moléculas básicas para el funcionamiento correcto de las células.

El ADN es muy similar entre los individuos de una especie, sin embargo, existen variaciones normales o polimorfismos que hacen que seamos distintos. Estos cambios no suelen tener ninguna repercusión en la mayoría de los casos pero, cuando afectan a los genes, es decir, a las regiones del ADN que portan las instrucciones para la construcción de las proteínas, pueden modificar el comportamiento de la proteína y por tanto el comportamiento celular.

ONCOGENÉTICA

La línea de oncogenética estudia aquellas variaciones en el ADN que están asociadas al origen, desarrollo y evolución del tumor. El estudio de estas alteraciones tiene una aplicación en el diagnostico y/o pronóstico de la enfermedad.

De forma coloquial denominamos cáncer a un grupo heterogéneo de enfermedades o patologías pero con una característica común: “es una expansión clonal que incumple el comportamiento social celular”. Es una enfermedad de origen clonal ya que todas las células neoplásicas de un tumor se originan a partir de una única célula que ha adquirido de forma progresiva alteraciones genéticas que actúan de forma cooperativa y no letal”. Por otra parte, es una enfermedad que incumple las normas de comportamiento social ya que todos aquellos procesos que mantienen el equilibrio entre división-muerte celular dentro de un tejido están descontrolados, es decir, son como conductores que no respetan las normas de circulación.


El origen y evolución del cáncer se basa en la acumulación progresiva de alteraciones genéticas y epigenéticas, alteraciones que afectan a la secuencia del ADN y a la expresión de los genes, respectivamente. Estas alteraciones modifican la función de proteínas implicadas en regular el comportamiento celular, procesos que, en las células normales, están sometidos a un control estricto. Aunque las diferencias genéticas entre las células normales y las tumorales son pocas, son suficientes para permitir que las células alteradas sobrevivan y tengan ventajas frente a las células normales conduciendo al desarrollo de un tumor. 

Cáncer esporádico y cáncer familiar

El cáncer se considera un enfermedad esporádica y, en raras ocasiones, hereditaria.

La principal diferencia, entre ambos es que los pacientes de canceres familiares tienen una predisposición genética como consecuencia de haber heredado un gen alterado de uno de los dos progenitores. El hecho de ser portador indica una mayor susceptibilidad o probabilidad de desarrollar un/os tipo/s determinado/s de tumor/es frente a la población normal, es decir, la población que tiene las dos copias normales de ese gen.

Cuando en una misma familia se describe un grupo de tumores relacionados, en más de un familiar o generaciones sucesivas, y a una edad temprana, aparece la sospecha de un posible componente hereditario. Estos junto con otros criterios, más o menos flexibles, y específicos para cada tipo de cáncer familiar definen este tipo de enfermedad.

El estudio genético de tumores esporádicos puede aportar nuevos datos sobre el pronóstico y tratamiento de ese paciente. En los tumores hereditarios, puede predecir el riesgo de aparición.

FARMACOGENETICA

La línea de farmacogenética hace referencia a aquellas variación en el ADN de carácter predictivo, es decir, si bien no están implicadas en el desarrollo tumoral, si afectan a la respuesta a tratamientos como la quimioterápia convencional, las terapias dirigidas o la radioterapia.

Quimioterápica convencional

A pesar de realizar un diagnostico correcto y someter al paciente a la terapia indicada, en ocasiones, la respuesta no es la que cabría esperar, ya que el perfil genético del paciente y del tumor son distintos entre individuos y entidades, respectivamente.

Muchos de los pacientes con una lesión tumoral son tratados con una combinación de fármacos quimioterápicos. Al igual que con cualquier fármaco, unos pacientes pueden responder mejor que otros, o tener más efectos secundarios que otros. Estas diferencias en la respuesta y la toxicidad, pueden ser en gran parte debida a esas posibles variaciones en los genes implicados “en lo que el cuerpo hace con el fármaco”.

El estudio de las variaciones de cada individuo, podría ayudar a saber si el fármaco va a ser más o menos efectivo o va a producir más o menos efectos secundarios en ese paciente concreto. Por el momento, estos estudios están en fase de investigación. Nuestro propósito es contribuir a conocer si ciertas variantes, en ciertos genes, pueden orientar al médico, a mejorar la calidad del tratamiento, adaptándolo a cada paciente.

La mayoría de las drogas anti-tumorales clásicas son poco específicas, es decir, afectan tanto a las células normales como tumorales ya que el genoma de ambos tipos celulares difiere sutilmente, lo cual, limita el rango eficacia – toxicidad de las dosis terapéuticas. Los diversos estudios han demostrado que el estudio del patrón genético de la neoplasia se correlaciona con el comportamiento clínico y la respuesta al tratamiento.


Terapias dirigidas

Durante décadas, el tratamiento del cáncer se ha basado en distintos agentes con una característica común, son quimioterápicos citotóxicos. Estos fármacos actúan inhibiendo la división celular: Así, las células diana de estas terapias son las células en división activa, es decir, las células neoplásicas y ciertas células normales que se dividen rápidamente (pelo, epitelio gastrointestinal, médula ósea...). Como resultado, los pacientes pueden sufrir alopecia, síntomas gastrointestinales y mielosupresión.

En la última década, la terapia del cáncer ha experimentado un cambio drástico.  Aunque las terapias citotóxicas convencionales siguen siendo el tratamiento de elección, las terapias dirigidas forman parte del tratamiento de muchos tipos de cáncer. Desde el 2000, la FDA (U.S. Food and Drug Administration) ha aprobado quince fármacos que actúan como terapias dirigidas frente a solo cinco agentes quimioterápicos convencionales.

Las terapias dirigidas han ampliado el concepto de terapias “individualizadas” ya que estos tratamientos pueden ser eficaces en aquellos pacientes cuyos tumores tienen una diana molecular específica, reflejo de las peculiaridades genéticas de la neoplasia, pero no en ausencia de esta.

En la actualidad, el servicio de Genética realiza muchos de los estudio asociados a respuesta a tratamiento con terapias dirigidas aprobadas por al EMEA (European Medicines Agency).

ENFERMEDADES GENÉTICAS HEREDITARIAS

Las enfermedades hereditarias son un conjunto de enfermedades genéticas cuya característica principal es su supervivencia de generación en generación, transmitiéndose de padres a hijos y así sucesivamente.

Puede existir confusión sobre la definición de estas enfermedades hereditarias con las enfermedades congénitas o genéticas. Las enfermedades congénitas son aquellas que se adquieren en el nacimiento, por lo general producidas durante la gestación o bien en el mismo parto. Por su parte, las enfermedades genéticas son aquellas que se producen por alteraciones en el ADN pero no necesariamente son heredadas, como pueden ser ciertos tipos de cáncer.

Para introducirnos en el mundo de las enfermedades hereditarias, debemos conocer cómo funciona la información genética que transmitimos a nuestros hijos. Todas las células menos los gametos (células reproductoras, óvulos y espermatozoides) contienen 23 pares de cromosomas. Un cromosoma de cada par se hereda del padre y otro de la madre.

Uno de estos pares cromosómicos determina el sexo del individuo y por ello se les llama cromosomas sexuales. Los varones tienen un cromosoma Y heredado del padre y un cromosoma X heredado de la madre. Las mujeres tienen dos cromosomas X, uno heredado de cada progenitor.

Los 22 pares restantes se denominan autosomas. Cada uno de los cromosomas de un par son cromosomas homólogos; estos cromosomas no son copias idénticas, cada uno se hereda de un progenitor.

Así se da paso a la formación del nuevo ser, que poseerá ciertas características de los padres y al mismo tiempo, las suyas propias, lo que resultará en un ser teóricamente mejorado a sus predecesores. De estos genes que se transmiten por los padres, es donde puede ir la  información de una enfermedad de los progenitores.

Según el modo de transmisión, se distinguen las enfermedades hereditarias dominantes autosómicas, las enfermedades hereditarias recesivas autosómicas y las enfermedades hereditarias ligadas al sexo. Pueden o no ser congénitas, manifestándose en este último caso durante la adolescencia o la edad madura.

TÉCNICAS ANALÍTICAS

Para poder realizar los estudios de genética molecular es fundamental “obtener” el ácido nucleico, ADN o ARN, sobre el que vamos a realizar el estudio.

El ADN se encuentra en el interior de la célula, en un orgánulo denominado núcleo, dentro del cual está empaquetado con proteínas.

Para poder trabajar con el ADN es fundamental “extraerlo” de las células y “limpiarlo” o eliminar las proteínas a las que esta unido. Dependiendo del tipo de muestra biológica (fluidos biológicos, tejido fijado e incluido en parafina, pelo...) se procesa mediante distintos sistemas.

Una vez obtenido el ácido nucleico se realizan los estudios propiamente dichos. Las técnicas analíticas son muy diversas. El Laboratorio de Genética Molecular y Radiobiología del Centro Oncológico de Galicia se ha centrado en técnicas de citogenética convencional (FISH...) y genética molecular (PCR convencional y en tiempo real, Souther blot, secuenciación...). El conjunto de estas técnicas ofrece una visión global de las alteraciones del tumor ya que son complementarias no excluyentes, es decir, dependiendo de la fase de la enfermedad o situación del paciente interesa realizar el estudio de las alteraciones con una o más técnicas.

El tipo de muestra va a depender del tipo de estudio que se va a realizar.

Los estudios oncogenéticos en cánceres esporádicos requieren la propia muestra del tumor (tejido fijado e incluido en parafina, congelado o fresco), ya que las células neoplásicas son la únicas que portan las alteraciones genéticas que actúan como marcadores diagnósticos, pronósticos y predictivos de la enfermedad. El resto de células normales que conforman el conjunto del tumor no comparten dichas alteraciones con las células malignas.

Los estudios de farmacogenética se van a realizar bien en sangre periférica o en el tumor dependiendo del tipo de marcador biológico a analizar. En general, los estudios de farmacogenética para respuesta – toxicidad a quimioterápicos convencionales o agentes físicos se suelen realizar en sangre periférica. Por el contrario, los estudios farmacogenéticos de respuesta a terapias dirigidas hay que realizarlos en el tejido neoplásico.

Los estudios de enfermedades genéticas hereditarias o cánceres familiares se realizan habitualmente en sangre periférica ya que al ser una anomalía genética heredada de los progenitores, es decir, en línea germinal, la portan todas las células somáticas del cuerpo.