Enfoque basado en el genotipo

El enfoque de genotipo primero es una estrategia utilizada en estudios epidemiológicos genéticos para asociar genotipos específicos con fenotipos clínicos aparentes de una enfermedad o rasgo complejo. A diferencia del enfoque de fenotipo primero, la estrategia tradicional que ha guiado los estudios de asociación de genoma completo (GWAS) hasta ahora, este enfoque caracteriza a los individuos primero por un genotipo estadísticamente común basado en pruebas moleculares antes de la clasificación fenotípica clínica. Este método de agrupación conduce a evaluaciones de pacientes basadas en una etiología genética compartida para los fenotipos observados, independientemente de su diagnóstico sospechado. Por lo tanto, este enfoque puede prevenir el sesgo fenotípico inicial y permitir la identificación de genes que contribuyen significativamente a la etiología de la enfermedad . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Este enfoque no se ve afectado por la heterogeneidad fenotípica, la penetrancia incompleta ni los niveles de expresividad. Por lo tanto, resulta útil en enfermedades complejas que además se superponen, como el trastorno del espectro autista y la discapacidad intelectual , permitiendo distinguirlas y determinar subtipos específicos según su contenido genómico .

Actualmente, el enfoque basado en el genotipo se utiliza principalmente con fines de investigación. Sin embargo, las implicaciones de estos estudios pueden tener valiosas aplicaciones clínicas, incluyendo un mejor diagnóstico, asesoramiento y grupos de apoyo para personas con la misma etiología genética. ^{[ 1 ]}

Fondo

Inicialmente, la idea de identificar el genotipo de los individuos y, posteriormente, su(s) fenotipo(s) asociado(s) se utilizó por primera vez en los primeros estudios citogenéticos . Alrededor de 1960, el descubrimiento de la trisomía 21 llevó a la comprensión de que la genética podía utilizarse para predecir fenotipos. Desde la década de 1960 hasta la de 1990, se utilizaron técnicas citogenéticas como el bandeo cromosómico y la hibridación fluorescente in situ (FISH) para identificar y caracterizar fenotípicamente a pacientes con anomalías cromosómicas. ^{[ 3 ]}

Las enfermedades y rasgos complejos plantean numerosas dificultades para los estudios epidemiológicos debido a su naturaleza multifactorial. Más de un gen puede estar implicado en una enfermedad compleja y, por lo general, su efecto es menor que el observado en las enfermedades monogénicas ( enfermedades mendelianas ). Además, muchas de estas enfermedades complejas presentan fenotipos diversos, así como una amplia gama de expresividad y penetrancia. Los genes también pueden ser pleiotrópicos , lo que explica muchos fenotipos clínicos aparentemente distintos. Estas características limitan la capacidad tanto de la investigación como de los estudios clínicos para identificar genes o variantes causales de los fenotipos observados y para clasificar los trastornos.

Los médicos están empezando a reconocer la necesidad de clasificar las enfermedades genómicas por un genotipo común en lugar de un fenotipo común y cómo el enfoque basado primero en el genotipo puede beneficiar este propósito. ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]}

Métodos

Se pueden utilizar varios métodos con un enfoque basado primero en el genotipado; sin embargo, generalmente se incluyen los siguientes pasos:

Establecimiento de una población de estudio y genotipado.
Análisis de las variantes genómicas de interés encontradas en la población estudiada.
Las poblaciones de estudio se conforman en función del genotipo.
Asociación del genotipo con el/los fenotipo(s) dentro del grupo respectivo

La genotipificación se genera mediante tecnologías de secuenciación de nueva generación (incluida la secuenciación del genoma completo y la secuenciación del exoma ) y análisis de microarrays . Los datos brutos se analizan estadísticamente para determinar la frecuencia poblacional de las variantes. Se filtran las variantes comunes y se determina la patogenicidad mediante las implicaciones genéticas predichas. Estos pasos permiten identificar variantes presuntamente de alta penetrancia y su locus específico . Las variantes seleccionadas se resecuencian habitualmente para su validación (mediante secuenciación Sanger dirigida ). Las variantes genómicas validadas se analizan para detectar recurrencias entre los individuos afectados de la cohorte. La patogenicidad de una variante genómica se basa estadísticamente en su presencia significativamente abundante en los individuos afectados en comparación con los no afectados, y no exclusivamente en la nocividad de la variante. Una variante candidata puede asociarse a un fenotipo compartido, con la esperanza de que, a medida que se identifiquen más pacientes con la misma variante y el mismo fenotipo, se pueda establecer una asociación más sólida. Finalmente, se establece una distinción entre una variante específica y los fenotipos clínicos asociados [Figura 1].

Implicaciones clínicas y ejemplos

El enfoque de genotipo primero se ha utilizado para diagnosticar pacientes con enfermedades raras, ^{[ 5 ]} identificar nuevas asociaciones genotipo-fenotipo de enfermedades, ^{[ 6 ]} y caracterizar enfermedades poco comunes o heterogéneas basadas en el genotipo del paciente. ^{[ 1 ]}^{[ 7 ]} En 2014, el enfoque de genotipo primero se utilizó para evaluar variantes raras y de baja frecuencia en la población finlandesa. Dado que la población finlandesa está aislada y ha experimentado recientemente un cuello de botella poblacional , en relación con otros países, ofrece dos beneficios principales para los estudios de genotipo primero. Las variantes deletéreas se encuentran con frecuencias más altas dentro de un espectro más pequeño de variantes raras en poblaciones fundadoras con cuello de botella. Al comparar las variantes encontradas mediante secuenciación de exoma completo (WES) en la población finlandesa con WES de un grupo de control de europeos no finlandeses, se observaron variantes de pérdida de función (LOF) con mayor frecuencia en la población finlandesa. Posteriormente, se analizaron los fenotipos de individuos finlandeses con estas variantes de pérdida de función para determinar nuevas asociaciones genotipo-fenotipo. Entre estas asociaciones detectadas se encontraba una que podría ser letal en la etapa embrionaria, información que probablemente no se habría descubierto en investigaciones que utilizaran un enfoque centrado en el fenotipo. Además, los investigadores también descubrieron nuevas variantes de empalme en el gen LPA que reducen los niveles de apolipoproteína A y ofrecen un fenotipo protector contra las enfermedades cardiovasculares. ^{[ 6 ]}

La evaluación basada en el genotipo se está convirtiendo en el enfoque estándar para el diagnóstico clínico de enfermedades heterogéneas complejas. Los síndromes de microduplicación y microdeleción tienen una variedad de características, incluyendo discapacidad intelectual y retraso del desarrollo , que varían en gravedad, lo que hace que los pacientes con estos síndromes sean muy difíciles de diagnosticar. Desde el desarrollo de las tecnologías de secuenciación de próxima generación, los clínicos han podido utilizar un enfoque basado en el genotipo para agrupar a estos pacientes según su microdeleción o duplicación y documentar las características de la enfermedad presentes en estos grupos. ^{[ 8 ]} El análisis de microarrays cromosómicos, en particular, se está utilizando clínicamente para ayudar en el diagnóstico de pacientes con síndromes de microdeleción y microduplicación. ^{[ 4 ]} En enfermedades, como el trastorno del espectro autista (TEA), donde diferenciar a los pacientes en grupos de subtipos de enfermedad según el fenotipo es un desafío, los estudios basados en el genotipo permiten la clasificación de pacientes en subtipos según su genética. Esto, a su vez, permitirá comprender mejor las causas genéticas del TEA y, en el futuro, podría definir subtipos específicos de TEA para el diagnóstico de los pacientes. ^{[ 1 ]}

La investigación basada en el genotipo, mediante la identificación de nuevos genes asociados a enfermedades, también puede beneficiar a las compañías farmacéuticas y al desarrollo de fármacos . En el caso de enfermedades complejas, el desarrollo de terapias mediante la asociación genética basada en el fenotipo suele ser infructuoso debido a la contribución de múltiples genes a una misma enfermedad. Con las asociaciones basadas en el genotipo, se identifica primero el posible objetivo terapéutico. ^{[ 1 ]}

Ventajas y limitaciones

Ventajas

Un cambio hacia la caracterización de los individuos por un genotipo común en lugar de la presentación clínica permitirá clasificar nuevos síndromes y la clasificación genética de ciertos subtipos de enfermedades, a medida que la secuenciación se vuelva más barata, rápida y eficiente. ^{[ 2 ]}^{[ 9 ]}
La herencia de una variante genómica de un progenitor sano no daría lugar a su exclusión del análisis de variantes, lo que explica el papel de los modificadores en el resultado fenotípico. ^{[ 2 ]}
Este enfoque no se ve afectado por la heterogeneidad fenotípica, la penetrancia incompleta ni la expresividad.
Este enfoque contribuye al estudio de la expresividad, la pleiotropía y las mutaciones esporádicas.
Este enfoque examina las mutaciones de alta penetrancia que están asociadas con la enfermedad independientemente del trasfondo genético.
Es posible realizar una fenotipificación completa y detallada incluso con un número reducido de pacientes con etiología genética común. ^{[ 1 ]}
Este enfoque puede identificar presentaciones atípicas de la enfermedad cuando se utiliza con fines diagnósticos. ^{[ 4 ]}

Limitaciones

El fenotipo puede cambiar con el tiempo (por ejemplo, volverse más grave, cambiar de localización física), lo que hace que los estudios basados en el genotipo partan de la suposición de que la variante desempeña un papel en la manifestación de la enfermedad en un momento específico. Por lo tanto, el seguimiento longitudinal es importante para poder evaluar la asociación genotipo-fenotipo a lo largo del tiempo y examinar el pronóstico de la enfermedad .
Las variantes identificadas que pudieran contribuir a un fenotipo leve, o a un rango de fenotipos, no serían útiles para determinar el diagnóstico ni el pronóstico. Sin embargo, en el futuro, a medida que se clasifiquen más subtipos de la enfermedad, los fenotipos leves podrían tener mayor relevancia.
La asociación genotipo-fenotipo se basa en la presentación de fenotipos clínicamente reconocibles. ^{[ 1 ]}
Como se ha visto en otros estudios de asociación del genoma, este enfoque puede generar variantes de significado desconocido , especialmente cuando se utiliza con fines diagnósticos. ^{[ 4 ]}

Véase también

Referencias

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↑ Watson, CT, Marques-Bonet, T., Sharp, AJ y Mefford, HC La genética de los síndromes de microdeleción y microduplicación: una actualización. Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 15, 215–244 (2014).
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[9] Volumen 40 de la Revista internacional de investigación sobre discapacidades del desarrollo, Deborah J Fidler, Academic Press, 2011)

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