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Genética Molecular: Resumen de investigación
Schizophrenia: From genetics to physiology at last.
Ryan S. Dhindsa & David B. Goldstein (2016) Nature 530, 162-163.
Raquel Justo Méndez
Patricia Suárez Ara
INTRODUCCIÓN
La esquizofrenia es un trastorno mental con una heredabilidad estimada del 80%, que afecta casi al 1% de
la población mundial y cuyos mecanismos patogénicos son desconocidos. Esta enfermedad mental implica
una discapacidad en la cognición y la percepción, que suele manifestarse desde el final de la adolescencia
hasta la tercera década de vida. Existen tratamientos para las manifestaciones clínicas, pero estos
tratamientos no son útiles para tratar los efectos del trastorno (Dhindsa & Goldstein, 2016).
Para poder lograr esto, primero se debe determinar cuáles son los mecanismos moleculares que se ven
afectados en la esquizofrenia. Esta búsqueda ha llevado a muchos investigadores a estudios fallidos, hasta
la llegada de los estudios de asociación de todo el genoma (GWAS). Los GWAS permiten relacionar el de
padecer una enfermedad con regiones específicas del genoma (Dhindsa & Goldstein, 2016).
Recientemente, en 2014, un GWAS identificó por lo menos 108 loci asociados con la esquizofrenia
(Schizophrenia Working Group of the Psychiatric Genomics Consortium, 2014).
Figura 1. MHC. Presenta tres clases, correspondientes a diferentes tipos de inmunidad. Las flechas señalan posibles asociaciones
con la esquizofrenia, la más probable de ellas es la del gen C4. Tomada de Dhindsa y Goldstein (2016).
Sekar et al. (2016) determinaron que una de las asociaciones más importantes se encuentra en una región
del cromosoma 6 que codifica para genes implicados en la inmunidad adquirida, el complejo mayor de
histocompatibilidad (MHC) (Fig. 1). Dentro del MHC, el mayor riesgo se encuentra en el gen C4 (Fig. 2)
que codifica para el componente C4 del complemento (inmunidad innata). En humanos tiene dos isotipos:
C4A y C4B que varían tanto en la estructura como en el número de copias. Ambos isotipos además pueden
presentar dos longitudes, dependiendo de la ausencia o la presencia de una inserción en el intrón 9 del gen,
correspondiente a un retroviral humano endógeno (HERV). Variaciones en el gen C4 de ratones están
asociadas con la esquizofrenia independientemente de que haya o no otras variaciones en la región del
MHC (Caroll et al. 1984).
Figura 2. Estructura del gen C4. C4A y C4B pueden ser largos o cortos, dependiendo de la presencia de HERV o no. Varían entre
ellos en la secuencia presente en el exón 26, que determina las dianas moleculares a las que se unen. Tomada de Sekar et al. (2016).
C4 se expresa en neuronas y se localiza en dendritas y axones, donde está implicado en la eliminación
sináptica, un proceso por el cual las conexiones neuronales se pierden continuamente hasta la tercera década
de la vida humana. En este momento es cuando la esquizofrenia se hace clínicamente evidente y disminuye
la función cognitiva del paciente. Diversos estudios del cerebro humano muestran que individuos afectos
manifiestan una disminución del grosor de la corteza y una reducción en las estructuras sinápticas de esta
región, en comparación con individuos sanos (Sekar et al., 2016).
En humanos, ambas isoformas del gen C4 presentan diferentes relaciones con el riesgo de padecer
esquizofrenia, siendo más importante la variación que aumenta la expresión de C4A. La premisa declara
que un aumento en la expresión de C4A en pacientes de esquizofrenia deriva en un aumento en la
eliminación sináptica. La posibilidad de que las interacciones neurona-microglia a través de la cascada del
complemento contribuyan a la patogénesis de la esquizofrenia ofrecerían un mecanismo potencial para estas
observaciones sobre la edad de inicio de la enfermedad y la pérdida sináptica (Fromer et al., 2014)
MÉTODOS DE EXPERIMENTACIÓN Y RESULTADOS
En el grupo de Sekar et al. desarrollaron métodos para analizar la complejidad de las variaciones
estructurales en el genoma y, así, descubrir que la asociación de la esquizofrenia con la variación del locus
del MHC implica muchos alelos C4 estructuralmente distintos que afectan a la expresión de C4A y C4B.
1. Identificación del haplotipo estructural en 162 individuos.
Idearon una forma de determinar el número de copias de C4A y C4B y su longitud, debida a la presencia o
ausencia de HERV. Utilizando ddPCR (droplet digital PCR) se determinó que puede haber 0-5 genes de
C4A y 0-3 genes de C4B, 1-5 copias largas y 0-3 copias cortas (Fig. 3)
Figura 3. Medida del número de copias de cada tipo de gen C4 en los genomas de 162 individuos. Tomada de Sekar et al. (2016).
2. Variación de la expresión de C4 en el cerebro
Evaluaron la variación estructural de C4 en relación con la expresión de RNA de C4A y C4B en muestras
postmortem de cerebro de adulto humanas (674 muestras de 245 donantes de 3 cohortes). El análisis de 5
regiones del cerebro mostró que, en primer lugar, la expresión del RNA de C4A y de C4B aumentaba
proporcionalmente al número de copias de C4A y C4B, respectivamente; en segundo lugar, los niveles de
expresión de C4A eran entre 2 y 3 veces mayores que los niveles de C4B, incluso después de controlar el
número de copias relativo de cada uno en el genoma; y en tercer lugar, que el número de copias de la
secuencia C4-HERV aumentó la relación de expresión de C4A frente a C4B.
3. Relación de C4A con la esquizofrenia.
Analizaron el genoma completo de 28.799 pacientes de esquizofrenia y de 35.986 individuos sanos para
localizar SNPs en el locus del MHC, y se evaluó la relación entre 7.751 SNPs y la estructura de los alelos
de C4. También se pronosticaron los niveles de expresión de C4A y de C4B atribuidos a la estructura de
los alelos C4.
En la región cercana a C4, cuanto más fuerte se correlacionaba un SNP con una expresión de C4A predicha,
más fuertemente se asociaba con esquizofrenia. Esto significa que la expresión de C4A aumenta en el tejido
nervioso de individuos con esquizofrenia.
Para comprobar esto, midieron los niveles de RNA de C4A de 35 individuos con esquizofrenia y 70
individuos sanos (Fig. 4). La media de la expresión de C4A en pacientes afectados resultó ser 1.4 veces
mayor que en individuos sanos.
Figura 4. Niveles de expresión de C4A en individuos con esquizofrenia y control. Se observa mayor expresión en individuos
afectados que en controles. Tomada de Sekar et al. (2016).
4. Expresión de C4 en el SNC
Mediante un análisis inmunohistoquímico en el córtex prefrontal y en el hipocampo se evaluó la
distribución de C4 en el cerebro, se localizaron células C4+ en el hipocampo, en subgrupos de neuronas
NeuN+ y de astrocitos. La mayoría de la inmunoreactvidad fue identificada mediante marcadores
presinápticos y postsinápticos lo que sugirió que, o bien, C4 se producía en neuronas, o bien, se depositaba
en regiones sinápticas (Fig. 5).
Figura 5. Imágenes de microscopía de fluorescencia del hipocampo en la que se observa colocalización de C4 y marcadores
presinápticos y postsinápticos. C4 se observa en verde, marcador presináptico se muestra en azul y marcador postsináptico se
muestra en rojo. Tomada de Sekar et al. (2016).
Entonces, para una mejor caracterización del C4 neuronal, se realizó un cultivo primario con neuronas
corticales primarias y, mediante anticuerpos específicos para la proteína C4, se vio que aproximadamente
había inmunoreactividad en el 65% de las dendritas y en el 35% de los axones.
5. C4 en la eliminación sináptica.
La asociación del aumento de la expresión de C4 con la esquizofrenia, la presencia de C4 en las regiones
sinápticas y la pérdida del número de sinapsis en pacientes de esquizofrenia sugieren que C4 pueda
participar con otras proteínas de la cascada clásica del complemento en la eliminación sináptica. Para probar
esto, utilizaron el ratón como modelo animal. Los ratones solamente tienen el gen C4, sin embargo,
producen eliminación sináptica en muchas regiones del cerebro. Observaron que C4 se transcribía durante
la eliminación sináptica.
En el sistema inmune C4 activa C3, que promueve la fagocitosis. Se encontró que ratones deficientes de
C4 presentaban una menor inmunoreactividad a C3 que ratones wild type, con menor cantidad de sinapsis
C3+ en ausencia de C4. Esto demuestra la función de C4 en la eliminación del complemento en la entrada
sináptica. A continuación evaluaron si ratones deficientes en C4 tenían defectos en la remodelación
sináptica, al igual que los ratones deficientes en C3. Los ratones homocigotos C4 -/- tenían menos
eliminación sináptica y los heterocigotos C4+/- presentaban un fenotipo intermedio. Esto implica que C4
media eliminación sináptica en el cerebro en desarrollo.
CONCLUSIONES
Sekar et al. realizaron un estudio muy extensivo y completo acerca del papel del C4A en la eliminación
sináptica y la relación de este factor del complemento con la esquizofrenia. Como se puede observar, aún
queda mucho por estudiar para comprender la etiología de esta enfermedad y poder fabricar tratamientos
para ella.
Desafortunadamente el modelo de ratón carece de los isotipos de C4, presenta una única forma de C4 con
algunas características de ambas isoformas humanas. Esto hace que nos planteemos por qué el riesgo de
padecer esquizofrenia depende específicamente del aumento de la expresión únicamente de C4A. Los dos
isotipos de C4 presentan diferentes tipos de ligandos, C4A se une más a proteínas, mientras que C4B tiende
a unirse con carbohidratos (Law et al., 1984). Además los trastornos en la esquizofrenia suelen afectar a las
funciones cognitivas y a las regiones cerebrales recientemente distendidas y estas dos características tienen
dudosa analogía en ratones. Todo esto nos hace pensar que, en las sinapsis, C4A y C4B estén mediando
diferentes procesos en las sinapsis.
Para poder comprender cómo funciona la esquizofrenia de verdad, debería continuarse estudiando el efecto
de C4 en la sinapsis, determinando su función y cómo el malfuncionamiento de esto en los individuos
afectados produce esquizofrenia. Conociendo su papel en el desarrollo de la enfermedad se puede comenzar
a estudiar las posibles aproximaciones terapéuticas específicas para la esquizofrenia.
BIBLIOGRAFÍA

Carroll, M. C., Belt, T., Palsdottir, A. & Porter, R. R. Structure and organization of the C4 genes.
Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 306, 379–388 (1984).

Dhindsa, S. & Goldstein, D. From genetics to physiology at last. Nature 530: 162-163 (2016).

Fromer, M. et al. De novo mutations in schizophrenia implicate synaptic networks. Nature 506,
179–184 (2014).

Law, S. K., Dodds, A. W. & Porter, R. R. A comparison of the properties of two classes, C4A and
C4B, of the human complement component C4. EMBO J. 3, 1819–1823 (1984).

Schizophrenia Working Group of the Psychiatric Genomics Consortium. Biological insights from
108 schizophrenia-associated genetic loci. Nature 511, 421–427 (2014).

Sekar, A. et al. Squizophrenia risk from complex variation is complement component 4. Nature
530 (7589): 177-183 (2016).