Diagnóstico molecular en la ataxia de Friedreich.
Juan Carlos Zuil Escobar. Diplomado en Fisioterapia. Licenciado en Humanidades.
Carmen Belén Martínez Cepa. Diplomado en Fisioterapia. Licenciado en Humanidades.
Universidad CEU-San Pablo.
Resumen
La ataxia de Friedreich es una patología de origen autosómico recesivo, que suele presentarse por debajo de los 25 años. Entre los signos y síntomas más característicos se encuentran la ataxia, la disfagia, la disartria y los trastornos de sensibilidad, tanto propioceptiva como de vibración. Además, pueden aparecer asociados otros síntomas, como alteraciones ortopédicas, cardiopatía o diabetes.
La causa de esta enfermedad radica en una alteración a nivel del gen FRDA, situado en el cromosoma 9, por la cual se produce un aumento en la repetición del triplete GAA situado en el primer intrón, causando una alteración en la transcripción del ADN. La consecuencia de este trastorno va a ser una alteración en la proteína frataxina, la cual participa dentro de la cadena respiratoria de la mitocondria.
Abstract
Friedreich’s ataxia is an autosomal recessive disease which usually appears below 25 years of age. Symptoms and signs commonly found include ataxia, dysphagia, dysarthria and loss of vibratory and propioceptive sensation. Other symptoms include orthopedic alterations, cardiopathy and diabetes may also be associated.
It is caused by a mutation in Gene FRDA located on chromosome 9 which expands GAA triplet repeats in the first intron causing an alteration in the transcription of the DNA. The consequence of this disorder is the alteration of frataxin protein which takes part inside the respiratory chain of the mitochondrion.
Palabras clave: Ataxia de Friedreich, diagnóstico, fraxatina.
Key words: Friedreich´s ataxia, diagnosis, fraxatin.
Introducción
La ataxia de Friedreich (AF) es una enfermedad de origen hereditario. Se caracteriza por la aparición de una ataxia de progresión lenta, que suele presentarse por debajo de los 25 años, normalmente en la infancia o en la adolescencia. El nombre que recibe esta enfermedad se debe al médico Nicholas Friedrich, el cual describió este cuadro, alrededor de 1860.
El síntoma inicial suele ser la pérdida de reacciones de equilibrio durante la marcha (Harding, 1981). Esto es mayor cuando se eliminan las referencias visuales, siendo, por tanto, el signo de Romberg positivo.
La causa de esta patología se debe a la degeneración progresiva que se produce en diversas estructuras, entre las que se encuentran las vías corticoespinales, la columna posterior, la vía espinocerebelosa dorsal, los ganglios de raíces posteriores y el cerebelo.
Dentro de las manifestaciones típicas de la ataxia de Friedreich (AF) se encuentran las siguientes:
- Ataxia.
- Disartria.
- Disfagia.
- Reflejos miotendinosos abolidos.
- Síndrome piramidal y pseudobulbar.
- No suele haber espasticidad.
- Pérdida de sensación propioceptiva y vibracional a nivel distal. En fases finales, además, aparece también pérdida de sensación térmica y álgica (aunque son normales en un 20-25% de los individuos con AF1).
- Cardiopatía hipertrófica en un 66% de los pacientes2.
- Atrofia del nervio óptico aparece en un 25% de los individuos con ataxia de Friedreich (AF)3.
- Diabetes (10%) o intolerancia a la glucosa (20%)4.
- También hay que destacar ciertas deformidades óseas, como son la aparición de escoliosis y pie cavo.
Estos síntomas, sin embargo, no aparecen en todos los pacientes. Así, en un 20-25% de los casos, se conserva el sentido de propiocepción y de vibración, en un 20%, el reflejo extensor plantar está ausente1.
A pesar de los signos y síntomas señalados anteriormente, existe un 25% de los individuos que presentan otras variantes, dentro de las cuales se puede incluir:
- Edad de aparición más tardía5: Así, el 15% de los individuos que sufren ataxia de Friedreich (AF) van a tener una edad de aparición posterior a los 25 años. En este sentido, hay que señalar que la edad máxima de presentación de esta patología para individuos homocigotos es de 51 años1.
- Paraplejia espástica sin ataxia6.
- Mantenimiento de los reflejos7: Se encuentra en el 12% de los casos. Estos casos se caracterizan, además, por tener una edad de aparición más tardía y una menor inc ataxia de Friedreich (AF) cuyo síntoma más importante es la cardiopatía2.
Respecto a la incidencia de esta patología, hay que señalar que la ataxia de Friedreich (AF) es la ataxia hereditaria más numerosa. A pesar de ello, su incidencia se sitúa alrededor de 1 por cada 50000 habitantes en Europa8. Es la ataxia más frecuente en Europa, la India, Oriente Medio y el Norte de África. Sin embargo, no existen casos documentados en el Sudeste asiático, el África subsahariana o en los nativos norteamericanos.
En cuanto a la evolución de la enfermedad, hay que señalar que es variable. Normalmente, la pérdida de la capacidad ambulatoria se sitúa alrededor de los 25 años, mientras que la muerte suele aparecer en la década de los años treinta. Sin embargo, hay casos documentados de individuos que sufren AF y que llegan a los 60 o 70 años. Normalmente, se considera que la AF produce una gran discapacidad a los 15 – 20 años de su inicio. La muerte suele estar causada finalmente por la cardiopatía o la diabetes, aunque también puede deberse a neumonías de aspiración.
Material y métodos
Se ha realizado una búsqueda bibliográfica en las bases de datos Genetests, OMIM, Ebsco, Ovid y Medline, utilizándose como palabras clave en las búsquedas “Friedreich ataxia”, “genome”, “gene”. Los criterios de inclusión para realizar la revisión han sido estudios, tanto in vitro como vivo, en humanos y animales, así como revisiones bibliográficas. Respecto al idioma utilizado, se ha sido el inglés. No se ha puesto límite de fecha. Conviene señalar que, debido a la imposibilidad de acceder a todos los textos completos, en algunos casos se han utilizado los abstract.
Diagnóstico
La ataxia de Friedreich (AF), como se ha comentado anteriormente, es la forma más común de ataxia de origen genético, siendo una patología autosómica recesiva.
Dentro de los criterios clínicos aceptados para el diagnóstico de esta patología se encuentran los siguientes4,9:
- Ataxia progresiva de extremidades y en la marcha.
- Ausencia de reflejos en las piernas.
- Aparición antes de los 25 años.
- Disartria.
- Disminución de la sensibilidad propioceptiva y de vibración en las extremidades inferiores
- Debilidad muscular.
- Reducción de la velocidad de conducción nerviosa.
Otros signos clínicos a tener en cuenta son los siguientes4:
Presencia, después de cinco años del inicio de la enfermedad de: arreflexia, debilidad muscular en miembros inferiores, pérdida de sensibilidad propioceptiva y de vibración y respuesta extensora plantar. Por último, hay otros signos frecuentes a tener en cuenta, que también ayudan al diagnóstico serían: escoliosis, pie cavo, cardiopatía y diabetes o intolerancia a la glucosa.
Diagnóstico diferencial
La FA, puede confundirse, en algunos casos, con algunas otras enfermedades. Así, será necesario realizar un diagnóstico diferencial respecto a neuropatías hereditarias motoras y sensoriales tipo I o a la enfermedad de Charcot-Marie-Tooth tipo 1. A pesar de las diferencias existentes en la velocidad de conducción nerviosa, el diagnóstico diferencial más importante es el genético. Otras ataxias con las que es necesario realizar un diagnóstico diferencial serán la ataxia con deficiencia de vitamina E, la ataxia con apraxia oculomotor tipo 1 y tipo 2 y la telangiectasia.
Diagnóstico molecular
Además de estos criterios puramente clínicos, el diagnóstico se puede confirmar mediante la realización pruebas genéticas y moleculares que permitan ver la alteración genética correspondiente a esta patología.
El gen afectado es el gen FRDA (conocido anteriormente como X25), el cual se encuentra en el cromosoma 9, en el locus 9q1310,11.
Este gen se encarga de la expresión de la proteína frataxina, de modo que en la ataxia de Friedreich (AF) existe un déficit en la misma. En caso de ataxia de Friedreich (AF), el gen FRDA presenta una alteración respecto a la normalidad, la cual consiste en una expansión repetitiva del triplete GAA, situado en el primer intrón. Hay que señalar que el 96% de los individuos que presentan ataxia de Friedreich (AF) son homocigotos para la expansión repetitiva de este triplete. El otro 4%, por el contrario, presenta un componente heterogicoto para la expansión del triplete anteriormente señalado en uno de los alelos, mientras que el otro alelo se encuentra inactivo12. El aumento en el número de tripletes GAA, va a producir una alteración en la transcripción del ADN, afectando al ARNm, lo cual se traducirá en una alteración en la proteína codificada, en este caso la fraxatina.
Función de la frataxina:
La frataxina presenta un papel importante en la formación de cluster de hierro-azufre13, los cuales están implicados en la transferencia de electrones, participando en la cadena respiratoria, siendo importante en la producción de energía en la mitocondria. En caso de ataxia de Friedreich (AF), existe una disminución en esta proteína, como demuestran biopsias de tejido endocárdico procedente de estos pacientes14. Esto va a provocar que el hierro no se incorpore de forma correcta al cluster, teniendo como consecuencia una disminución en la producción de energía, así como un aumento en los radicales libres, derivada de la acumulación de hierro, tal y como describe Bradley15. Este aumento del hierro en la mitocondria viene determinado, según algunos autores, por las alteraciones en la cadena respiratoria y por los trastornos en los cluster16. Esto se traducirá en una reducción de los mecanismos antioxidativos17, una deficiencia en la función mitocondrial y un aumento del estrés oxidativo, lo cual daña a la célula. A este respecto, hay que señalar, en individuos que presentan ataxia de Friedreich (AF) existe una deficiencia significativa en la producción de ATP y de oxigenación celular en el músculo esquelético después de realizar ejercicio18.
Los estudios realizados en ratones sobre la deficiencia absoluta en la concentración de esta proteína, muestran que es responsable de la muerte temprana de embriones sin que existan datos de una acumulación de hierro16. Los datos anteriores indican que esta proteína juega un papel muy importante en el desarrollo embrionario, siendo poco probable que la acumulación de hierro sea una de las primeras manifestaciones patológicas. Esto puede ser una de las razones por las que no se ha identificado ningún individuo humano en los que no exista ninguno de los dos alelos; siempre se ha encontrado producción de frataxina, aunque la concentración sea menor a la normal.
Alelos:
Como se ha comentado anteriormente, el único gen implicado directamente en la ataxia de Friedreich (AF) es el FRDA. Este gen se encuentra formado por siete exones, los cuales van a codificar la proteína frataxina.
Conviene señalar que de este gen existen diversos alelos:
Alelo normal: En este caso, existe una repetición del triplete GAA de entre 5 y 33. Hay que destacar que más del 80% de los alelos presentan una repetición menor a 12, siendo las repeticiones superiores a 27 bastante raras.
Alelos permutados: Se trata de aquellos que contienen una repetición del triplete GAA de entre 34 y 65 veces19. Estos alelos permutados no se asocian a expresión de la AF, aunque, sin embargo, durante la transmisión a la descendencia, si que se puede producir un aumento en la repetición, dando lugar a un alelo patológico.
También hay que señalar que, en algunas ocasiones, en alelos que presentan una repetición mayor de 27, es frecuente que, en esta repetición, exista una interrupción realizada por la secuencia GAGGAA. Algunos autores han señalado que esta interrupción20, al igual que ocurre con la realizada la secuencia GAAAGAA19, puede servir para la estabilizar a los alelos permutados, impidiendo una expansión anormal. Sin embargo, no existen evidencias que relacionen estas interrupciones como su significado clínico.
Alelos expandidos: Se trata de aquellos que presentan una repetición del triplete de entre 66 y 1700. La mayoría de los pacientes con ataxia de Friedreich (AF) van a presentar una repetición que se encuentre entre 600 y 12001,12. Además, existen otras causas que pueden provocar que el gen FRDA se encuentre alterado. Entre estas es encuentran mutaciones y errores en el splicing. Así, hay que señalar que, en menos del 1% de los pacientes que reúnen los criterios diagnósticos de ataxia de Friedreich (AF), no presentan una expansión del triplete GAA22.
Hay que señalar que, a pesar de la clara división del alelo responsable de la ataxia de Friedreich (AF), en función del número de repeticiones, no existe una clara delimitación entre el número de repeticiones necesario para que el alelo se permutado o expandido, causando, en este segundo lugar, la patología. Esto es sobre todo complicado en caso de pacientes que presentan un alelo expandido, mientras que el otro presenta un número de repeticiones menor a 100. Además, hay que señalar que el número de repeticiones del triplete GAA en los leucocitos no tiene por que ser el mismo que en otros tejidos con mayor implicación en la patología, como la médula espinal.
Se puede concluir que, en caso de que se encuentre un paciente con síntomas de ataxia de Friedreich (AF), siempre debe existir, como mínimo uno de los alelos patológicos. Si no existen alelos expandidos, hay que considerar otro diagnóstico.
Relación entre síntomas y número de repeticiones del triplete GAA:
Algunos autores señalan que existe una relación entre el número de repeticiones del triplete GAA y los signos y síntomas que van a presentar este tipo de pacientes1,22 . Así, la cantidad de ARNm que se va a formar va a estar en consecuencia con el número de tripletes repetidos. Esto va a determinar la importancia en el tamaño de la repetición, así como su implicación en los distintos signos y síntomas de la ataxia de Friedreich (AF).
Se pueden señalar las siguientes relaciones:
Edad de aparición más tardía: Los individuos que presentan una edad de aparición entre los 25 y 39 años, van a presentar una repetición del triplete de 50022, mientras que aquellos que muestran un edad de aparición por encima de los 40 años, el número de repeticiones menor a 3005.
Paraplejia espástica sin ataxia: Los individuos homocigotos presentan una menor posibilidad de presentar esta sintomatología. Es más, la paraplejia espástica se suele asociar a alelos expandidos de tamaño pequeño23.
Cardiopatía: La presencia de este síntoma es más frecuente en pacientes que presentan una repetición del triple alta1. A este respecto, hay que señalar que Isnard et al encontraron que, en pacientes en los cuales existe una repetición de 770 tripletes, se encuentra, en un 81% evidencia electrocardiográfica de hipertrofia ventricular izquierda, mientras que si el número de repeticiones es menor, sólo aparece esta evidencia en el 14% de los individuos24. Además, también hay evidencias que afirman que si la edad de presentación de la enfermedad es más temprana, la cardiopatía asociada es más severa.
Diabetes mellitus: Para la diabetes mellitus o la intolerancia a la glucosa, no existe una relación el número de repeticiones y dichos síntomas1. Sin embargo, si que parece que exista una relación entre una edad de aparición menor y la diabetes25.
Como se ha señalado anteriormente, la ataxia de Friedreich (AF), además de estar producida por un aumento en la repetición del triplete GAA, puede deberse a una mutación en el gen FRDA. Así, los pacientes heterocigotos que presentan en un alelo una expansión anormal del triplete, mientras que en el otro una mutación del gen, no suelen ser distinguibles de los pacientes homocigotos por aumento de la repetición12. Sin embargo, en caso de mutaciones que se encuentran cerca del último aminoácido de la frataxina, se ha observado que aparece una ataxia atípica, caracterizada por la progresión más lenta en la enfermedad, ausencia de disartria, reflejos conservados y ataxia cerebelosa menor5.
Sin embargo, a pesar de estas características generales que muestran cierta relación entre las alteraciones en el genotipo y las manifestaciones en el fenotipo, no se puede predecir de forma clara cómo va a ser cada caso concreto, ya que las variaciones individuales pueden estar causadas por otros factores desconocidos. Como ya se señaló anteriormente, también hay que tener en cuenta la variación en la expresión del triplete GAA que existe entre los diversos tejidos corporales.
Penetrancia:
La ataxia de Friedreich (AF) presenta un penetrancia completa en aquellos individuos que son homocigotos para la expansión aumentada del triplete GAA o aquellos que son heterocigotos para dicha expansión y algún tipo de mutación. A pesar de esto, hay que señalar que existe una variación importante en la edad de presentación de la enfermedad, que puede variar desde los 5 años a los 50. Esto se asocia fundamentalmente, como ya se ha señalado antes, con el tamaño del triplete GAA.
Modelo de herencia:
La ataxia de Friedreich (AF) presenta una herencia autosómica recesiva. Por tanto, en caso de que un individuo presente ataxia de Friedreich (AF), sus progenitores deben ser portadores de algún tipo de mutación en el cromosoma FRDA. Así, las posibles mutaciones que presentan dichos progenitores podrán ser las siguientes:
- Expansión aumentada del triplete GAA.
- Alelo permutado.
- Algún otro tipo de mutación en el FRDA.
El problema existente en los portadores de alelos permutados es que, como son asintomáticos, es difícil identificarlos, de modo que no se conoce la prevalencia exacta de esta alteración. Si ambos padres presentan alteraciones en uno de sus cromosomas, la probabilidad de que la descendencia presente ataxia de Friedreich (AF) es el del 25%, la probabilidad de que la descendencia sea heterocigoto asintomático es el del 50%, mientras que se reduce al 25% la probabilidad de que la descendencia se encuentre libre de esta mutación.
Si uno de los padres presenta un alelo mutado, mientras que el otro presenta un alelo premutado, las probabilidades serán las siguientes: 25% de que la descendencia se encuentre libre de mutación, 50% de que sean heterocigotos asintomáticos y 25% de que se presente tanto el alelo mutado como el premutado. En cuanto a la descendencia de un paciente con ataxia de Friedreich (AF), solo podrá presentar la enfermedad siempre y cuando el otro componente de la pareja sea portador. Si este es el caso, el riesgo de que la descendencia presente AF es del 50%.
Todo esto permite ver la importancia de realizar un diagnóstico molecular y genético que permita poder predecir estos casos. Lo ideal sería poder realizar este diagnóstico antes del embarazo, aunque también se puede realizar un test prenatal, en el cual se extraen células fetales a través de amniocentesis, normalmente entre las 15 y 18 semanas.
Respecto a las pruebas que se pueden realizar dentro del diagnóstico molecular de esta enfermedad, para detectar la repetición del triplete GAA se utiliza la PCR, PCR amplificada o el Southern blot12 (técnica de hibridación de ADN). Pero el método más eficaz para valorar el número de repeticiones de este triplete es la secuenciación. Mientras que la PCR o el Southern blot se utiliza, sobre todo, para valorar la presencia de alelos homocigotos o heterocigotos con aumento en la repetición del triplete, la secuenciación, aunque es el método más eficaz, se utiliza sobre todo para encontrar alelos heterocigotos en los cuales hay un punto de mutación.
Otros posibles genes:
Aunque se ha señalado que el gen FRDA es el único del que se tienen evidencias de su participación en la ataxia de Friedreich (AF), hay que señalar el estudio realizado por Christodoulou et al, en el cual encontraron, mediante marcadores, la presencia de un gen similar al FRDA, el cual causa también ataxia autosómica recesiva, que presenta una localización en el loci 9p11-p23. Estos autores han denominado a este gen como FRDA226.
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