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Genética y genómica de los
desórdenes hematológicos
Índice

Leucemias


Aberraciones cromosómicas




Ganancia de función
Pérdida de función
Herramientas genómicas



Rearreglos cromosómicos
Desregulación génica
Desequilibrios cromosómicos


Clasificación
Perfil de expresión génica
Microarreglos
Aplicaciones


Diagnóstico
Pronóstico
Genómica
cancers are typically initiated by acquired
alterations to the genome of the cancer cell,
such as chromosomal translocations,
mutations, and deletions.
 The diagnosis of the hematologic cancers is
commonly based on morphologic evaluation
supplemented by analysis of a few molecular
markers.

Leucemias
Grupo heterogéneo de desórdenes
neoplásicos de los leucocitos.
 De acuerdo a su origen se clasifican en:

Mieloides
 Linfoides


De acuerdo a su evolución (sin Tx.)
Agudas
 Crónicas

Leucemias

Leucemia linfocítica crónica (LLC): expansión monoclonas
de linfocitos (95% linfos B).

Leucemia linfoblástica aguda (LLA): Desorden monoclonal
maligno de los precursores linfopoyéticos.

Leucemia mieloide crónica (LMC): proliferación no
controlada de granulocitos

Leucemia mieloide aguda (LMA): Trastorno de los
precursores de celulas hematopoyéticas. De acuerdo al
sistema francés- americano-británico se sub-dividen en 6
grupos.
Etiología

La causa de la expansión clonal no se conoce
totalmente.

Involucra algunos re-arreglos de ADN.

Factores externos: agentes alquilantes, medicamentos,
radiaciones ionizantes y substancias químicas.

Factores internos: Anormalidades cromosómicas que
dan lugar a cambios en el ADN.
Etiología

Sd. de inestabilidad cromosómica

Anemia de Fanconi
• Sd. mielodisplásico
• Leucemia mieloide aguda

Sd. de Bloom
Agentes que producen
Aberraciones cromosómicas

Tx con agentes alquilantes:




Se asocian a anomalías cromosómicas No
balanceadas.
Pérdidas o deleción de Cr. 5 o 7 o ambos.
Síndrome mielodisplásico y leucemia mieloide aguda.
Tx con inhibidores de Topoisomerasa II:



Se asocian a anomalías balanceadas
Traslocaciones 11q23.1 (gen MLL)
LLA.
Anormalidades cromosómicas

Los rearreglos cromosómicos pueden dar lugar a
alteración en la estructura o regulación de oncogenes.

Se consideran eventos iniciales en la carcinogénesis
Principales clases de anomalías cromosómicas:





Rearreglos cromosómicos balanceados
Rearreglos No balanceados
Translocaciones recíprocas
Inversiones
Inserciones
Rearreglos cromosómicos
Balanceados


Re-arreglos cromosómicos balanceados dan
lugar a:
Formación de quimeras por fusión génica.


Resulta en la expresión de una proteína quimérica con
una actividad nueva o alterada.
Cambios cromosómicos que producen
desregulación de un gen estructuralmente
normal.

Da lugar a la expresión des-regulada de una proteína
normal.
Chromosomal Abnormalities in Human Cancer
Rearreglos y genes



Algunas translocaciones asociadas a leucemia
en la infancia aparecen in útero.
Los re-arreglos Cr. están asociados a genes
específicos (MLL, ETV6, y NUP98) que se
encuentran en estados patológiocs específicos.
BCR-ABL1 es un gen resultado de una fusión
que sirve para evaluar respuesta a Tx. de
cáncer.
Fusión quimérica de genes

Genes que participan en la formación de una
quimera




Tirosin quinasas
Factores de trascripción.
El cromosoma Filadelfia resulta de la formación de
un gen fusionado quimérico.
El cromosoma 22 truncado está presente en:
 Casi todos los pacientes con leucemia mieloide
crónica (LMC).
 20% de los pacientes con leucemia linfoblástica
aguda (LLA).
 Raros casos de leucemia mieloide aguda (LMA).
Cromosoma Filadelfia
Translocación recíproca
t(9;22)(q34.1;q11.23)
 Las secuencias del gen BCR en la banda
22q11.23, se unen a las porciones del
gen que codifica para la tirosin quinasa
citoplásmica ABL1 en la banda 9q34.1

CR Filadelfia




En1973 Rowley observó que el cromosoma Ph era el
resultado de una traslocación recíproca que
involucraba también el cromosoma 9.
La anormalidad se conoce como t(9;22)(q34;q11).
En 1980 se demostró que el cromosoma Ph tenía un
gen con una fusión denominada BCR-ABL.
Se piensa que esta es la principal causa de la fase
crónica de la LMC.
Rearreglos en Leucemias. Cr
Filadelfia

Leucemia mieloide crónica (LMC) y Leucemia
linfoblástica aguda (LLA):



El rearreglo t(9;22)(q34.1;q11.23) da lugar a la
expresión de una proteína quimérica con actividad
de tirosin quinasa, en ausencia de las señales
fisiológicas de activación.
El cromosoma Filadelfia es el resulatdo de esta
translocación.
Las secuencias de BCR en el gen de la banda
22q11.23 se fusiona a la parte del gen que codifica
a la tirosin quinasa citoplásmica localizado en la
banda 9q34.1.
The t(9;22) Translocation and Its Products: the BCR-ABL Oncogene on the Ph Chromosome and
the Reciprocal ABL-BCR on the Derivative 9q+ Chromosome
Functional Consequences of Balanced Chromosomal Rearrangements
Aberraciones cromosómicas:
Aplicación de su conocimiento




Demuestran que los cánceres en humanos pueden
aparecer por alteraciones genéticas adquiridas en
las células somáticas
La señal de tirosin-quinasa aberrante en la LMC dio
lugar a el uso de inhibidores selectivos: Imatinib
mesilato.
Las mutaciones de los dominios de quinasa
resistentes a imatinib son responsables de la mayor
parte de los casos de recaída.
Una nueva generación de medicamentos ha sido
desarrollada (dasatinib and nilotinib).
Moléculas blanco: Imatinib
BCRABL
BCR-ABL es una tirosin quinasa
funcional autónoma
 Proloferación irregular
Leucemia mieloide crónica
Imatinib se une a los sitios ATP
y evita la fosforilación de la proteína
CONSTITUCION CROMOSOMICA
NORMAL
Paciente femenina de 64 años con Dx. de LMC
Primera muestra
Paciente femenina de 64 años con Dx. de LMC
Primera muestra
46,XX,t(9:22)(q34;q11.2 [14]/ Hiperdiploidía mayor de 90 cromosomas [6]
Importancia de los estudios
Utilidad del análisis cromosómico
convencional para el desarrollo de
nuevos Tx antineoplásicos.
 Citogenética molecular (FISH) permite la
ID de rearreglos genómicos que ayuda al
desarrollo de nuevos medicamentos.

Selected Examples of Chromosomal Rearrangements
Genes de Factores de Transcripción

Los rearreglos cromosómicos que alteran
los genes de F. de T dan por resultado:

Proteínas de fusión con actividad
transcripcional aberrante o aumentada.
• En LMA La proteína quimérica PML-RARA

Proteínas de fusión que median la represión
transcripcional.
Genes de Factores de Transcripción

Chromosomal rearrangements that entail
aberrant transcriptional repression occur in a
substantial proportion of patients with acute
myeloid leukemia.38 For example, the
chimeric proteins resulting from fusion genes
such as PML-RARA
Las proteínas de fusión asociadas a represión
transcripcional son blanco Tx.
 El ácido retinóico y el trióxido de arsénico
revierten la represión transcripcional causada
por la proteína de fusión PML-RARA
 Ambos medicamentos son efectivos en el Tx
de leucema promielocítica.

Cytogenetic Abnormalities Leading to the Expression of Deregulated Tyrosine Kinases in
Chronic Myeloproliferative Disorders

Estudio citogenético

Citogenética Molecular:

FISH
Citogenética/ Molecular
Ha permitido la ID de la fusión del gen
ABL1 al gen NUP214 en la banda 9q34.
 Presente en el 5% de adultos con Leucemia
linfoblástica aguda de células T
 Sensible a Imatinib
 La fusión es episomal.


(elementos extracromsómicos no detectables por
análisis citogenético convencional.
Desequilibrios Cromosómicos

Pueden ser por ganancia o pérdida de
material genético:
Las ganancias genómicas incluyen:
Trisomías: parciales o incompletas
 Amplificaciones

• Intracromosómicas (regiones homogéneamente
teñidas sin patrones de bandeo)
• Extracromosómicas (cromosomas double-minute,
ADN autónomo, acéntrico de tamaño variable).
Desequilibrios Cromosómicos.

Las pérdidas genómicas incluyen:


Monosomías
Deleciones
• Grandes
• Sub-microscópicas


La causa de anomalías cromosómicas no es
conocida.
Estudios en varios tipos de leucemias han
demostrado que exposiciones ambientales y
ocupacionales y Tx con medicamentos citotóxicos
pueden inducir aberraciones cromosómicas.
Utilidad de los marcadores
citogenéticos.

Diagnóstico:


Anormalidades cromosómicas asociadas a
ciertos tipos de leucemias
Respuesta al tratamiento:

Rearreglos cromosómicos como el gen
fusión BCR-ABL1 son indicadores sensibles
en la evaluación de la evolución del cáncer.
Aplicaciones

El
análisis
de
las
anormalidades
cromosómicas se puede utilizar para
identificar sub-poblaciones de pacientes con
un mayor beneficio de un Tx particular.
Desregulación de expresión

Los rearreglos que se yuxtaponen a
elementos regulatorios tejido específicos
(genes promotores o secuencias
aumentadoras) en la secuencia codificante de
un proto-oncogen desregulan su expresión.
Desequilibrios cromosómicos
Pueden ser:
 Alteraciones en todo el gen
 Duplicaciones o deleciones intragénicas
 A diferencia de los rearreglos, las
consecuencias funcionales de los
desequilibrios no se conocen.
 Las consecuencias de los rearreglos pueden
ser identificados por sus sitios de ruptura.
Técnicas de estudio



Desequilibrio de regiones cromosómicas
grandes contienen muchos genes.
Tumores presentan anomalías cr
desbalanceadas
La integración de estudios genómcios
completos, perfil de expresión génica, técnicas
de genómica funcional permiten la id de genes
importantes dentro de regiones genómicas
afectadas por anomalías cromosómicas.
Ganancias genómicas





Contribuyen a la genesis del cáncer
Incrementan la actividad de genes especiçíficos en
las regiones cromosómicas afectadas.
Algunos genes codifican para proteínas que pueden
ser blanco de nuevos esquemas terapéuticos.
30% de las mujeres con Ca de mama presentan
amplificación del gen ERBB2 (receptor de tirosisn
cinasa) ubicado en la banda 17q21.1
Esta molécula es blanco del trastuzumab, anticuerpo
monoclonal utilizado en el Tx.
Ganancias genómicas a gran escala
Aparecen por no disyunción o por
traslocaciones desbalanceadas, generando
trisomías compleats o parciales, por eventos
de amlificación afctando segmentos de DNA
de tamaño diverso
 Ha permitido descubrir nuevos oncogenes.

Pérdidas genómicas a gran escala
Deleciones extensas afectan múltiples genes.
 Se dificulta Id cual pérdida génica se asocia
al desarrollo de la neoplasia
 Genes candidatos de dichas regiones son
analizados para deleciones, mutaciones, o
modificaciones epigenéticas que inactivan el
alelo restante.

Ganancias focales
Variaciones en el número de copias se han
identificado por tamizaje de genomas
tumorales.
 Métodos de alta resolución

Hibridación genómica comparativa (CGH)
 Polimorfimos de un solo nucleótido (SNP)
 Arreglos de CGH y de SNP

Pérdidas genómicas



Van desde alteraciones visibles por citogenética
(monosomías parciales o completas) hasta deleciones
intragénicas o de un solo gen.
Su contribución a la transformación maligna puede
ser por la reducción de la función de genes
específicos en las regiones cromosómicas afectadas.
Las técnicas genómicas modernas han permitido la
identificación de nuevos genes supresores tumorales
que actúan a través de insuficiecia alélica y el
descubrimiento de genes no codificantes
Pérdidas genómicas
Deleciones con valor pronóstico y decisión
Tx.
 del(5q) en LMA
 del(11q), del(13q), y del (17p) en LLC

Arreglos de SNP
Útiles en el descubriemiento de genes
asociados a pérdidas genómicas.
 Aprox. 30% de niños con LLA (células B)



del (9p13) PAX5
Más del 80% de pacientes con LLA BCRABL positivos

del(7p13-p11.1) IKZF1
Pérdidas genómicas con
insuficiencia alélica
Se utiliza el RNA de interferencia
 ID de gen causal de síndrome mielodisplásico
(5q menos) RPS14 .
 Pérdida de 1.5-Mb en 5q32.
 Estos pacientes responden muy bien a un
derivado de talidomida (lenalidomide).

Pérdidas genómicas de genes no
codificantes
Pérdidas cromosómicas asociadas a cáncer
que actúan mediante la inactivación de genes
no codificantes de proteínas
 Contienen genes de microRNAs asociados a
regulación pos transcripcional de la expresión
génica.
 Micro RNAs con actividad suresora tumoral.

Pérdidas genómicas de genes no
codificantes
50% de los pacientes con LLC tienen deleción
de un segmento en 13q14.3.
 Este contiene los genes MIRN15A y MIRN16-1
 Los genes MIRN15A y MIRN16-1 regulan
negativamente la expresión de la proteína
BCL2.93 (apoptótica).

Proteína quimérica aberrante

Los rearreglos que dan lugar a la
expresión de una proteína quimérica con
actividad aberrantemente aumentada
están representados por la traslocación
t(11;22)(q24.1-q24.3;q12.2) asociada al
sarcoma de Ewing
Prónostico


Transplante de células madre es importante en el Tx
de LMA.
Se debe evitar si se tiene un patrón citogenético
asociad a buen pronóstico



Traslocaciones: t(8;21) y t(16:16)
Inversiones: inv(16)
Se debe considerar el transplante en pacientes con
anomalías citogenéticas asociadas a recaídas
después de quimioterapia.
Pronóstico


Genotipos de bajo riesgo, asociados a recaída en el
35% de los casos, en pacientes con citogenético
normal.
Presencia de mutaciones favorables



Gen del F. de T. CEBPA
Gen de nucleofosomina (NPM1)
Ausencia de duplicaciones en tandem internas
desfavorables en el gen tirocin cinasa 3 asociado a
fms (FLT3-ITD).
Micro RNAs en LMA



Los microRNA son pequeós segmentos de RNA de
una sola cadena (19-25 nucleótidos) .
Hay estudios que muestran perfiles de expresión de
microRNAs característicos en sub tipos de LMA
citogenética y molecularmente definidos.
Los perfiles de expresión de microRNAs tienen
valor pronóstico independiente de la influencia de la
mutación de FLT3-ITD.
MicroRNAs




Hay un grupo de 12 secencias de microRNAs que
distinguen 2 subgrupos de LMA citogenéticamente
normal.
Uno con probabilidad de sobrevida libre de
enfermedad de 11% y otro con 36% de probabilidad.
LMA con genotipo FLT3-ITD y NPM1 silvestre y
ausencia de FLT3-ITD.
Ambos fenotipos comstituyen el 60% de los casos de
LMA.
Estimated Frequency of Specific Genotypes of ALL in Children and Adults
Pui C et al. N Engl J Med 2004;350:1535-1548
The AML1-CBF{beta} Transcription Factor
Lowenberg B et al. N Engl J Med 1999;341:1051-1062
Desequilibrio cromosómico

Leucemia mieloide aguda







Leucemia mielocítica crónica


amp(13) (q12.3) CDX2
amp(21)(q22.3) ERG
del(5q)?
del(7q)?
del(20q)?
del(12)(p13) EPV6
del(7)(p13-p11.1) fase blástica
Leucemia linfoblástica aguda


del(12)(p13) EPV6
del(7)(p13-p11.1) (BCR/ABL1 pos)
Probability of Survival from the Date of Diagnosis among the Patients in the Five Genetic
Categories
Dohner H et al. N Engl J Med 2000;343:1910-1916
Perfiles de expresió

Gene-expression profiling is a genomics
technique that has proved effective in
deciphering this biologic and clinical
diversity. The approach relies on the fact that
only a
CGH
Examples of Chromosome Banding, Interphase Fluorescence in Situ Hybridization, Spectral
Karyotyping, and Array-Based Comparative Genomic Hybridization
Because we know more specific information, we can…
Diagnose more precisely
AND…

Provide more effective treatment.
Target the medication to the
disorder.
 Avoid adverse drug reactions.
 Avoid delay from false starts.

AND…
Select specific treatment that best
fits disease
AND…
Predict risk before symptoms occur
AND…
Manage disease more effectively
Provide earlier treatment.
 Take preventive action.

Eliminate unnecessary treatment.
 Provide better timing.
 Adjust treatment as disease
changes.

Diagnóstico
Las pruebas genéticas que ID mutaciones del DNA en leucemias infantiles
permiten la selección de tratamientos más específicos
Impacto de las pruebas genéticas y Tx basados en
el genoma en la sobrevida de niños con leucemia



LLA es la más común
en niños.
Las pruebas genéticas
permiten la ID de
subtipos y permiten la
admon. De Tx
específicos
Actulmente la tasa de
curación es mayor del
80% contra 4% en los
años 60s.
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1962
2007
Source: New England Journal of Medicine, 2006, 200l; Personalized Medicine Coalition, 2006 .
Comparative Genomic Hybridization
Courtesy of Signature
Genomics
Selección de Tx específicos

La traslocación 9; 22 que da por resultado
el gen fusión de BCR/ABL se conoce
como Cromosoma Filadelfia el cual es
carácterístico de la Leucemia mieloide
aguda.
Today, Cancer is experiencing a shift
toward precision medicine
2 types: leukemia
& lymphoma
1920
1930
1940
Disease of
the blood
Source: Mara Aspinall, Genzyme
Farber develops
1st chemotherapy
for leukemia
1950
1960
Novartis launches Gleevec, the
1st molecular targeted drug, to
treat myeloid leukemia
1970
1980
3 types of leukemia (acute,
chronic, preleukemia) and 2
types of lymphoma (indolent,
aggressive)
1990
2000
38 types of
leukemia; 51 types
of lymphoma
2010
Predict Risk of Disease Before Symptoms
Genetic tests identify variations in the BRCA 1 and BRCA 2 genes that
increase risks for breast and ovarian cancer.


Genetic tests identify
greatly increased
hereditary risk for
breast and ovarian
cancer
Knowledge of
increased risk allows
preventive measures,
such as closer
monitoring, risk
avoidance, and
preventive surgery or
chemotherapy
Lifetime risk of developing breast cancer…
…with BRCA 1 and 2 = 50% - 85%
….without = 13%
Lifetime risk of developing ovarian cancer…
…with BRCA 1 and 2 = 10% - 45%
…without = 1.7%
Molecular diagnostics is at the core of
the personalized medicine vision
Diseases will be diagnosed
long before the patient
begins to manifest any
evidence using traditional
tools
Signs & Symptoms
Molecular
Diagnostics
In vitro
Laboratory
Tests
In vivo
Imaging
Techniques