Gen CFTR y mutaciones: (por David Serantes)

1. Gen CFTR:

El gen CFTR responsable de la FQ fue identificado mediante técnicas de clonación en 1989. Se localiza en el brazo largo del cromosoma 7 en el sector denominado q31- q3219, 20. Codifica un transportador ABC (ATP-binding cassette) de gran tamaño (170 kD), CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator), que está ubicado en la zona apical de la membrana de las células epiteliales y que funciona como un canal selectivo de cloro y regula otros canales iónicos. Se expresa en las células secretoras, en senos paranasales, pulmones, páncreas, hígado y tracto reproductivo.  

Este gen mide aproximadamente 250 kilobases, tiene 27 exones y transcribe un ARN mensajero de 6.500 bases.

2. Mutaciones más típicas:

Desde el descubrimiento y clonaje del gen CFTR se han descrito más de 1200 mutaciones, de las que únicamente 4 (excluyendo la DF508) se encuentran en más de 2% de los casos. La frecuencia de algunas de estas mutaciones varía entre los distintos grupos geográficos (por ejemplo, la W1282X constituye el 48% de los alelos FQ de los judíos Ashkenazi, pero sólo el 2% de total de alelos FQ, y el 87,5% de enfermos con la mutación Q359K/T360K son de etnia judía-georgiana).

La mayor parte de los defectos moleculares del gen CFTR son mutaciones puntuales de una única base o bien deleciones o duplicaciones de un pequeño número de nucleótidos en el gen CFTR. De estas, 42% son con cambio de sentido, 24% son pequeñas inserciones o deleciones con cambio en el marco de lectura, 16% son mutaciones sin sentido, 16% afectan a regiones de ajuste o splicing y 2% producen la pérdida de un aminoácido. También se han descrito algunas deleciones grandes.

Diagrama esquemático de la duplicación del exón 9 propuesto por retrotransposición.

Una de las particularidades de CFTR es la presencia de transcritos que muestran la deleción de uno o más exones entre los individuos normales debido a alteraciones en el proceso de splicing alternativo, de la que la más frecuente es la deleción del exón 9. La presencia o ausencia de este exón se correlaciona con la presencia de un polimorfismo de la secuencia del intrón 8 cercano al punto aceptor del splicing (5T, 7T o 9T). Si se encuentra la forma 7T o 9T se produciría un procesamiento normal en el 90% de las moléculas de ARNm; sin embargo, la presencia de la forma 5T solo garantiza el procesamiento normal de entre el 10 y 40 % de las moléculas de ARNm.

Algunas de las mutaciones comunes del gen CFTR se producen en los exones 4, 7, 8, 9 y 10.

La proteína CFTR actúa como un canal permeable a cloro de la membrana extracelular. Se muestra el lugar común de la deleción de los tres pares de nucleótidos entre los alelos mutantes de CF.

Sin lugar a dudas, la mutación más frecuente es la deleción del codón que produce la pérdida de un residuo de fenilalanina en la posición 508, que afecta la síntesis del primer dominio de unión a nucleótido (NBD1), lo que resulta en un defecto en el plegamiento, y con ello en una destrucción prematura de la proteína. Es denominada mutación DF508 (ΔF508) y se ha clasificado dentro de las mutaciones de tipo II, en base a estudios que demostraron que la proteína CFTR mutada era sintetizada pero no maduraba de manera adecuada.  Cerca del 70% de pacientes con FQ exhiben esta deleción de tres pares de bases del exón 10 del gen CFTR, aunque existen grandes variaciones geográficas que oscilan entre 32 y 82%. , Por ejemplo, en Dinamarca hay un 88% de casos con la mutación DF508, mientras que en Italia solo representan el 50%. Generalmente, los homocigotos para DF508 expresan enfermedad pulmonar, insuficiencia pancreática, azoospermia obstructiva y universalmente tienen test de sudor elevado. Sin embargo, la función pulmonar es variable, lo cual sugiere la presencia de otros factores genéticos y ambientales.

Como explicación a la amplia extensión de esta mutación en la población europea se ha sugerido la posible existencia de una ventaja selectiva de los individuos heterocigotos portadores de ella. Según esta hipótesis, los heterocigotos estarían más protegidos frente a la deshidratación provocada por las diarreas causadas por las enterotoxinas bacterianas. La proteína DF508, junto a una menor expresión de CFTR en las superficies epiteliales, disminuirían la entrada de patógenos en el epitelio intestinal, protegiendo frente a estas infecciones.

3. Clasificación de las mutaciones:

En la actualidad se han descrito seis clases de mutaciones. Las mutaciones de las clases I-III son las más comunes y están asociadas usualmente con insuficiencia pancreática. Esta característica está en relación con el efecto de la mutación en la producción de la proteína CFTR.

Clase 1: mutaciones que alteran la producción de la proteína. 

Se deben a un defecto de inestabilidad del ARNmensajero o de una proteína anormal, la cual es rápidamente degradada. Estas mutaciones tienen como consecuencia la ausencia total o parcial de la proteína. En esta clase se incluyen las mutaciones que conducen a la formación prematura de un codón de parada de la traducción (algunas de las cuales producen alteraciones del splicing mientras que otras producen un cambio en el marco de lectura). 

En algunos casos la no producción de la proteína se debe a que el ARNm formado es inestable. En otros casos, aunque se produce la proteína, esta es inestable y es degradada rápidamente. 

Funcionalmente todas estas mutaciones se caracterizan por una pérdida de la conductancia del canal de Cl- en el epitelio afectado. Ejemplo de estas mutaciones es G542X, que consiste en el cambio puntual de una guanina por una timina en la posición 542 del aminoácido glicina del exón 11 del gen, lo cual lleva a la formación de un codón de parada. Esta mutación es la más frecuente en España tras la ΔF508.

Clase 2: mutaciones que alteran el proceso de maduración celular de la proteína. 

Ciertas mutaciones alteran la maduración de la proteína y su transporte a la membrana plasmática, de manera que este transportador no está presente en la membrana o lo está en muy baja cantidad. El resultado es un producto proteínico defectuoso que se destruye en el proteasoma.

Estas variaciones son las más frecuentes ya que incluyen la mutación DF508, que, como ya se ha comentado, representa en torno al 70% del total.

Clase 3: mutaciones que alteran la regulación del canal de Cl-. 

Se encuentran frecuentemente en el dominio de unión al ATP (NBF1 y 2). Un ejemplo es G511D, producida por un cambio entre la glicina y el ácido aspártico en la posición del codón 511 del exón 11 el gen CFTR. Esta mutación, la tercera más común a nivel mundial con una frecuencia cercana al 3%, se localiza en el primer dominio NBD, por lo que interfiere en la hidrólisis de ATP. La proteína se sintetiza, procesa, transporta e inserta en la membrana apical correctamente, pero presenta una fuerte reducción de la actividad de este canal. 

Clase 4: mutaciones que alteran la conducción a través del canal de Cl-. Ciertos segmentos de los dominios que atraviesan la membrana participan en la formación de un poro de iones. Las mutaciones con cambio de sentido situadas en estas regiones generan una proteína correctamente posicionada con actividad de canal de Cl- AMPc dependiente. Sin embargo, sus características son distintas a las del canal CFTR nativo, ya que muestran una disminución del flujo de iones y una selectividad modificada. Como ejemplo podemos resaltar R117H.

Clase 5: mutaciones que alteran la estabilidad del RNAm. 

Suelen ser mutaciones del activador o del emplame intrón-exón que reducen el número de transcriptos de ARNm, permitiendo algunos productos proteínicos normales. Un ejemplo es A455E.

Clase 6: mutaciones que alteran la estabilidad de la proteína madura.

Conllevan un aumento de las tasas de recambio de los canales cloruros en la superficie celular.

4. Heterogeneidad alélica:

Como acabamos de ver, la Fibrosis Quística es un trastorno genético que puede deberse a diferentes mutaciones. Es decir, existe más de una causa para lo que se ha concebido como una única enfermedad. Dado que diferentes alelos mutados de un mismo locus producen una expresión fenotípica variable, hablamos de heterogeneidad alélica.

La heterogeneidad alélica es una causa importante de la variación clínica. En ocasiones, las diferentes mutaciones dan lugar a trastornos clínicamente indistinguibles, pero en otros casos, los alelos mutantes diferentes generan un fenotipo similar, pero con un espectro de gravedad. Por ejemplo, algunas mutaciones del CFTR pueden hacer que los pacientes sufran la forma clásica de fibrosis quística, caracterizada por la insuficiencia pancreática, enfermedad pulmonar grave y progresiva y ausencia congénita de los conductos deferentes en hombres, mientras que los pacientes portadores de otros alelos mutantes pueden manifestar la afectación pulmonar con una función pancreática normal, o únicamente las alteraciones correspondientes al tracto reproductor masculino.

5. Otros posibles genes involucrados:

Algunos estudios interesantes han explorado el efecto de otras mutaciones en genes y el polimorfismo en los fenotipos de FQ, tratando de explicar la variabilidad de los pacientes homocigotos para DF508. Por ejemplo, el gen de la a1-antitripsina y sus mutaciones S y Z han sido involucrados en las formas leves. En contraste, el gen de la lectina ligadora de manosa (MBL) está asociado a un peor pronóstico. MBL es parte del sistema inmune innato de todo ser humano y es particularmente importante en los primeros meses de la vida. Existe una asociación entre los sujetos portadores de alelos defectuosos con una peor función pulmonar, especialmente los pacientes con FQ con una infección crónica por P. aeruginosa. El factor de transformación de crecimiento (TGFB-1) es también un importante modificador de genes. Además, otros genes que codifican citoquinas como Il-1 o IL-10 y el factor de necrosis tumoral (TNF) están siendo estudiados, pero estas áreas de investigación están aún en desarrollo.

Enlaces de interés:
http://www.genet.sickkids.on.ca/resource/Table1.html En este enlace aparece una tabla extensa con las mutaciones más comunes del gen CFTR a nivel mundial, resaltando la frecuencia y la población con mayor prevalencia.

http://www.genet.sickkids.on.ca/CftrDomainPage.html Enlace a la base de datos general de mutaciones de la fibrosis quística. Permite visualizar, en este dominio en concreto, la estructura en detalle de la proteína CFTR.