Las mutaciones en forma de parche presentan una nueva frontera para la investigación del autismo

Cortesía de David Biró

POR GRACE HUCKINS

Fuente: Spectrum | 12/07/2021

Fotografía: Cortesía de David Biró

En algún momento del desarrollo embrionario de cada madre, una célula desarrolla la mutación y la transmite a sus óvulos, entre otras células, por lo que sus hijos acaban teniendo una copia mutada del gen

A finales de la década de 1990, mientras trabajaba en la identificación del gen que causa un trastorno del neurodesarrollo conocido como síndrome de la doble corteza, Christopher Walsh se dio cuenta de algo extraño: la mutación genética que creía responsable, que había observado en dos hermanos con la enfermedad, también estaba presente en su madre no afectada.

"No sabíamos qué hacer con ella", dice Walsh, jefe de la división de genética y genómica del Hospital Infantil de Boston. "Así que lo ignoramos".

Pero cuando más tarde Walsh observó algo similar en otra familia, se puso a buscar una explicación. Pronto descubrió que cada madre era genéticamente "mosaica", es decir, que algunas de sus células eran portadoras de la misma mutación que sus hijos, pero otras no. En algún momento del desarrollo embrionario de cada madre, una célula había desarrollado espontáneamente la mutación y la había transmitido a sus óvulos, entre otras células, por lo que sus hijos acabaron teniendo una copia mutada del gen. Pero las células cerebrales de las madres, que surgieron de un linaje de desarrollo diferente, carecían de la mutación.

Desde aquel descubrimiento fortuito de hace más de dos décadas, Walsh se ha convertido en uno de los principales expertos en mutaciones en mosaico. Él y otros investigadores han encontrado pruebas de que una serie de mutaciones en mosaico desempeñan un papel en el autismo y pueden incluso contribuir a entre el 3 y el 5 por ciento de todos los casos de autismo.

A pesar de la supuesta prevalencia de las mutaciones en mosaico, encontrarlas ha resultado ser un reto técnico. "Es fácil pasar por alto las variantes en mosaico, y también es fácil encontrar candidatos que no son realmente [mosaicos]", dice Jonathan Pevsner, jefe de la rama de investigación genómica de los Institutos Nacionales de Salud Mental.

En 2016, los Institutos Nacionales de Salud convocaron un grupo llamado Red de Mosaicismo Somático Cerebral (BSMN), al que Pevsner y su laboratorio pertenecían, para estudiar el mosaicismo en las condiciones neuropsiquiátricas y del neurodesarrollo y estandarizar los procedimientos para hacerlo. Para optimizar sus procesos, los equipos de la BSMN trabajaron de forma independiente para identificar las mutaciones en mosaico en una sola muestra de tejido cerebral.

"Al principio, había todo tipo de diferencias: cada uno encontraba cosas diferentes", dice Flora Vaccarino, profesora de neurociencia de la Universidad de Yale, cuyo laboratorio también era miembro de la red. "Así de difícil es". Pero gracias a la colaboración, la red determinó un conjunto de mejores prácticas, que publicó en marzo.

A medida que mejoren las herramientas para identificar las mutaciones en mosaico, los investigadores esperan comprender mejor cómo contribuyen al autismo. Hasta ahora, la investigación sugiere que en muchos casos las mutaciones en mosaico no son tan diferentes de las mutaciones de la línea germinal, que están presentes en todas las células de una persona. Pero a veces tienen efectos inesperados, y el estudio de esos casos podría llevar a una imagen más matizada de los fundamentos genéticos del autismo.

Carne y hueso

El mosaicismo no es en absoluto una idea nueva en genética, dice Anne Goriely, profesora asociada de genética humana en la Universidad de Oxford (Reino Unido). El influyente genetista Thomas Hunt Morgan describió hace más de 100 años las moscas con rasgos de mosaico, una mezcla de características sexuales masculinas y femeninas.

En los seres humanos, el mosaicismo es más evidente en la piel, donde las decoloraciones rayadas y moteadas pueden marcar zonas de la piel derivadas de una única célula embrionaria mutada. La historia del desarrollo de las personas con estos patrones cutáneos está literalmente escrita en sus cuerpos.

Tras su descubrimiento inicial por casualidad del síndrome de la doble corteza, Walsh se centró en el equivalente neurológico de estas afecciones cutáneas: la displasia cortical focal, una forma de epilepsia causada por pequeñas lesiones cerebrales que son fáciles de detectar en un escáner cerebral. Demostrar que estas epilepsias son el resultado de mutaciones en mosaico fue relativamente sencillo: "Los cirujanos retiran convenientemente [la lesión] y la ponen en sus manos", dice Walsh. La secuenciación de los genomas de ese tejido reveló en qué se diferenciaba del resto de las células del cuerpo.

Pero ha resultado mucho más complicado identificar las mutaciones en mosaico en el autismo. Walsh se inspiró en su trabajo sobre la displasia cortical focal para buscar este tipo de mutaciones, basándose en la teoría de que una mutación en una parte del cerebro y no en otra podría ayudar a explicar la mezcla de rasgos de una persona autista: dificultades con las habilidades sociales pero puntos fuertes en otras áreas. "Pensamos: 'Bueno, caramba, quizá ocurra lo mismo en el autismo'", dice.

En teoría, los científicos pueden detectar fácilmente las mutaciones en mosaico en los datos de secuenciación utilizando una medida llamada "fracción alélica". Una mutación que afecta a una copia de un gen en todas las células del cuerpo tiene una fracción alélica del 50%. Todo lo que sea menos que eso indica que se trata de una mutación en mosaico; cuanto menor sea la fracción alélica, menos células afectará la mutación. Pero ahí está el reto: Las mutaciones que aparecen en pocas células tienen fracciones alélicas tan pequeñas que pueden ser difíciles de distinguir del ruido aleatorio en los datos.

Para identificar con precisión las mutaciones en mosaico se requiere una gran "profundidad de secuenciación", es decir, que la misma región del genoma debe secuenciarse muchas veces. En el pasado, obtener una profundidad de secuenciación adecuada para estudiar las mutaciones en mosaico en cualquier individuo era prohibitivo, afirma Vaccarino.

Pero en los últimos 20 años, dice, esos costes se han multiplicado por 100. Como resultado, Walsh y otros han podido buscar mutaciones en mosaico en muestras de sangre de personas autistas y de sus familiares no autistas.

Sin embargo, las células en mosaico no se distribuyen uniformemente por todo el cuerpo. Así, una mutación ausente en la sangre podría estar presente en el cerebro. "La desventaja de estudiar la sangre es que sólo se pueden identificar las mutaciones que se producen en la primera docena de divisiones celulares [en un embrión]", dice Walsh, "porque después de eso, la sangre y el cerebro se separan. Así que no sabemos cuántas mutaciones se esconden en el cerebro".

Así que él y sus colegas también han recurrido al tejido cerebral postmortem en busca de mutaciones en mosaico en el autismo. Aquí el reto es que estas muestras son escasas. Entre las muestras de más de 50 personas autistas, encontraron algunos casos interesantes, como una mutación en el gen CACNA1A, vinculado al autismo, en el 10% de las células cerebrales de una persona. Pero como el número de muestras era tan reducido, era imposible determinar hasta qué punto alguna de las mutaciones en mosaico que encontraron había contribuido realmente al autismo.

Pistas celulares

La búsqueda de mutaciones en forma de mosaico puede parecer una tarea ingrata, ya que pueden ser difíciles de encontrar y probablemente sólo contribuyen a una pequeña fracción de los casos de autismo. Pero "el estudio del mosaicismo forma parte de un esfuerzo sistemático por comprender las posibles causas de la variación [fenotípica]", afirma Pevsner.

Cuando Walsh y sus colegas buscaron mutaciones en mosaico en muestras de sangre de personas autistas, identificaron algunas en genes relacionados con el autismo, como el SCN2A. Presumiblemente, muchas de esas mutaciones en mosaico tenían el mismo efecto que las mutaciones sin mosaico en los mismos genes, sólo que en menos células. Pero también encontraron mutaciones en genes que no se habían relacionado con el autismo, como el SMARCA4, en el que las mutaciones no mosaicas pueden causar una rara condición del neurodesarrollo llamada síndrome de Coffin-Siris.

Y cuando el equipo se centró en las variaciones del número de copias -mutaciones en las que se duplica o elimina una parte importante de un cromosoma-, volvió a encontrar variantes desconocidas hasta entonces en personas con autismo. Pero, sorprendentemente, las mutaciones en mosaico de las variantes del número de copias vinculadas al autismo, como la 16p11.2, sólo aparecían en personas no autistas. "Cuando hablamos de variantes del número de copias, casi no hay mutaciones que den lugar a un autismo en mosaico, a diferencia del autismo de línea germinal", afirma Walsh.

Al examinar más detenidamente las mutaciones de SMARCA4, Walsh y sus colegas observaron que las mutaciones eran "mutaciones sin sentido", es decir, intercambios de una sola "letra" de ADN que causan desviaciones potencialmente significativas en la proteína de un gen. Estas mutaciones sin sentido parecen regular a la baja otro gen relacionado con el autismo, el GRIN2B.

El estudio de las mutaciones en mosaico podría ayudar a los científicos a encontrar más mutaciones sin sentido en el autismo, afirma Elaine Lim, profesora adjunta de Biología Molecular, Celular y del Cáncer en la Universidad de Massachusetts, que realizó un postdoctorado en el laboratorio de Walsh. Los investigadores pueden pasar por alto las mutaciones de mosaico que hacen que una proteína funcione mejor o de una manera nueva, dice. Pero algunas mutaciones de mosaico sin sentido pueden, por ejemplo, hacer que las células proliferen, lo que daría a esas mutaciones una mayor fracción alélica, haciéndolas más fáciles de descubrir.

En otros casos, el hallazgo de mutaciones en mosaico en personas autistas podría ayudar a los investigadores a detectar genes que no se habían observado previamente como portadores de mutaciones, dice August Yue Huang, instructor de pediatría de la Facultad de Medicina de Harvard. "Algunos de los genes pueden ser demasiado importantes", dice Huang. "Así que el cuerpo humano no puede tolerar [una] mutación en la línea germinal" que afecte a todas las células del organismo. Pero si sólo se ven afectadas algunas células, la persona portadora de esa mutación podría sobrevivir, y los científicos podrían entonces identificar el gen.

Esta situación explica algunos casos raros de varones que padecen el síndrome de Rett, una enfermedad que se da casi exclusivamente en las mujeres. Las mutaciones responsables, en un gen del cromosoma X, son mortales sin versiones adicionales del gen no mutadas. Las mujeres tienen una segunda copia del cromosoma X, por lo que disponen de una copia de seguridad del gen; los varones con mutaciones en mosaico también pueden sobrevivir gracias a los cromosomas X sanos que siguen presentes en algunas de sus células.

En ocasiones, las mutaciones en mosaico pueden tener efectos completamente inesperados. Por ejemplo, las células se reconocen entre sí durante el desarrollo en función de su versión del gen PCDH19 ligado al cromosoma X. Si todas las células son portadoras de la misma versión, mutada o no, el desarrollo del cerebro sigue su curso normal. Pero con una mutación en mosaico de PCDH19, las células en desarrollo no pueden reconocerse correctamente entre sí, lo que acaba provocando epilepsia.

Una mezcla similar de células mutadas y no mutadas podría contribuir al autismo, afirma Walsh, aunque hasta ahora no ha encontrado pruebas de ello. "Algunos de estos mosaicos también podrían causar travesuras sólo por el hecho de que las células no son equivalentes", dice. "Pero no lo sabemos con seguridad".

Rompecabezas de parches

Aunque las mutaciones en mosaico en los autistas siguen siendo un misterio, su presencia en los padres no afectados ya ha llegado a la clínica. Al igual que la madre que inspiró inicialmente a Walsh, algunos padres de niños con formas sindrómicas de autismo -las causadas por mutaciones de un solo gen- son mosaicos para esos mismos genes. Si la mutación no afecta a algunas partes de su cuerpo, incluido el cerebro, pero sí al esperma o a los óvulos, pueden transmitirla a sus hijos sin saberlo.

Conocer la mutación en mosaico de un progenitor puede influir en el asesoramiento genético y la planificación familiar. Por ejemplo, la mayoría de los casos de síndrome de Rett están causados por mutaciones de novo, que surgen espontáneamente en espermatozoides u óvulos individuales, o después de la fecundación. En estos casos, es muy poco probable que los padres tengan otros hijos con la misma enfermedad. Pero si uno de los padres es de hecho mosaico para esa mutación y tiene un hijo que ha heredado la mutación, es mucho más probable que los futuros hijos tengan la misma afección. "El riesgo [de recurrencia] es nulo o extremadamente alto", afirma Goriely.

A medida que grupos como los que componen la Red de Mosaicismo Somático Cerebral perfeccionan sus técnicas, los científicos pueden empezar a aclarar cómo contribuyen las mutaciones en mosaico al autismo. El abaratamiento de la secuenciación permite a los científicos encontrar mutaciones cada vez más raras; las nuevas técnicas unicelulares permiten a los científicos examinar la relación entre las mutaciones en mosaico y la expresión de los genes; y los investigadores pueden haber encontrado una forma de superar las limitaciones de las muestras cerebrales utilizando el líquido cefalorraquídeo para identificar las mutaciones en mosaico del cerebro, algo que han conseguido hacer en algunas personas vivas con epilepsia.

Los investigadores del mosaicismo centrados en las afecciones del neurodesarrollo dicen que esperan con impaciencia estos avances tecnológicos. Por ahora, dice Pevsner, "estamos ahondando en lo desconocido".

Cite este artículo: https://doi.org/10.53053/NGKS2219

https://www.spectrumnews.org/news/patchwork-mutations-present-a-new-frontier-for-autism-research/