Mutaciones genéticas que causan enfermedades

Tipos de mutaciones genéticas y sus consecuencias funcionales

Las mutaciones se pueden clasificar en múltiples niveles. A nivel de nucleótidos: sustituciones (sin sentido, sin sentido o sinónimos), inserciones y eliminaciones; las dos últimas provocan cambios de marco cuando no son múltiplos de tres. A nivel cromosómico: amplificaciones (aumento del número de copias de genes), deleciones (pérdida de segmentos cromosómicos) y translocaciones (reordenamientos entre cromosomas).

La consecuencia funcional depende de la ubicación, no sólo del tipo. Una mutación sin sentido en el codón 12 de KRAS crea una oncoproteína constitutivamente activa que bloquea KRAS en el estado unido a GTP e impulsa la señalización constitutiva BRAF/MEK/ERK y PI3K/AKT. Una mutación sin sentido en TP53 R175H produce una proteína estable pero no funcional con efectos dominantes negativos. El contexto (conservación evolutiva, estructura del dominio proteico y posición de la red de señalización) determina la patogenicidad.

• ·Mutaciones sin sentido: sustitución de aminoácidos: pueden activar oncogenes (KRAS G12D) o inactivar supresores de tumores (TP53 R175H)
• ·Mutaciones sin sentido: codón de parada prematuro: proteína truncada, generalmente pérdida de función (común en APC, BRCA1)
• ·Inserciones/eliminaciones de desplazamiento de marco: marco de lectura alterado en sentido descendente, generalmente pérdida de función (desplazamiento de marco BRCA2)
• ·Mutaciones en el sitio de empalme: empalme aberrante, omisión de exones o retención de intrones: común en TP53, BRCA1
• ·Amplificaciones del número de copias: sobreexpresión de genes: amplificación de HER2, amplificación de EGFR en GBM
• ·Fusiones de genes: oncoproteínas quiméricas: BCR-ABL en CML, EML4-ALK en NSCLC

Mutaciones de conductor versus pasajero

El genoma de una célula cancerosa alberga miles de mutaciones, pero sólo una pequeña fracción (mutaciones impulsoras) proporciona una ventaja de crecimiento selectivo y está causalmente involucrada en la oncogénesis. El resto son mutaciones pasajeras, adquiridas durante la evolución del tumor sin consecuencias funcionales. Distinguir a los conductores de los pasajeros requiere un análisis estadístico de grandes cohortes de cáncer, en busca de patrones de mutación que excedan las tasas iniciales.

El Atlas del Genoma del Cáncer (TCGA) y el Consorcio Internacional del Genoma del Cáncer (ICGC) han catalogado mutaciones impulsoras en miles de tumores. Las mutaciones de TP53 ocurren con mucha más frecuencia de lo esperado por casualidad en aproximadamente el 50% de todos los cánceres, lo que las establece firmemente como un factor causante de cáncer. Las mutaciones de los codones 12 y 13 de KRAS se agrupan en posiciones específicas, un sello distintivo de la selección positiva que indica que estos cambios de aminoácidos específicos, no una mutación aleatoria, impulsan el cáncer.

Línea germinal frente a mutaciones somáticas

Las mutaciones de la línea germinal se heredan a través de la línea germinal, presente en cada célula del organismo desde la fertilización. Son la base de los síndromes de cáncer hereditario: BRCA1/2 en el cáncer de mama y de ovario hereditario, el síndrome de Lynch (MLH1, MSH2) en el cáncer colorrectal hereditario y TP53 en el síndrome de Li-Fraumeni. Los portadores de la línea germinal se detectan mediante pruebas genéticas y se tratan con estrategias de vigilancia y reducción de riesgos.

Las mutaciones somáticas surgen en células individuales después de la fertilización, acumulándose a lo largo de la vida a través de errores de replicación, exposición a mutágenos ambientales y defectos de reparación. Están presentes sólo en la célula mutada y en su descendiente: el tumor. La tasa de mutación somática es de ~1 mutación por división celular para las sustituciones de bases, pero varía enormemente según los tipos de cáncer: los melanomas dañados por los rayos UV pueden portar más de 100.000 mutaciones, mientras que las leucemias agudas infantiles solo portan docenas.

Cómo las mutaciones activan los oncogenes

La activación del oncogén requiere una mutación de ganancia de función: el gen adquiere una actividad nueva o mejorada que promueve la proliferación. Los tres mecanismos principales son mutaciones puntuales (KRAS G12C, BRAF V600E), amplificación (amplificación de MYC en neuroblastoma, amplificación de HER2 en cáncer de mama) y translocación cromosómica que crea oncoproteínas de fusión (BCR-ABL en CML, EML4-ALK en NSCLC).

BRAF V600E es un ejemplo de libro de texto de una mutación puntual de ganancia de función: la sustitución de glutamato imita la fosforilación en el bucle de activación, activando constitutivamente la quinasa sin entrada de RAS aguas arriba. Este cambio de un solo nucleótido es suficiente para transformar melanocitos normales en células de melanoma en modelos experimentales.

Las amplificaciones genéticas provocan una sobreexpresión proporcional al número de copias. La amplificación de HER2 produce entre 10 y 30 veces más proteína receptora en la superficie celular, lo que crea agrupaciones constitutivas de receptores y señalización posterior incluso con concentraciones bajas de ligando. La ventana terapéutica que esto crea (células normales con 2 copias de HER2 frente a células tumorales con más de 30 copias) es aprovechada por trastuzumab y trastuzumab deruxtecan.

Cómo las mutaciones inactivan los supresores tumorales

La inactivación de los supresores tumorales suele requerir la pérdida de función en ambos alelos. Los mecanismos más comunes son mutaciones puntuales que generan proteínas truncadas o no funcionales, deleciones que eliminan el gen por completo y silenciamiento epigenético mediante la metilación del promotor, funcionalmente equivalente a la mutación pero sin cambio en la secuencia del ADN.

Las mutaciones sin sentido de TP53 son particularmente complejas: ~75% de las mutaciones de TP53 asociadas al cáncer producen una proteína de longitud completa pero conformacionalmente alterada. Muchos de estos mutantes no sólo carecen de actividad p53 de tipo salvaje, sino que ejercen efectos negativos dominantes sobre el alelo de tipo salvaje restante y adquieren nuevas funciones oncogénicas, promoviendo la invasión, la resistencia a la quimioterapia y la alteración del metabolismo.

Las mutaciones de BRCA1 ilustran el espectro de mecanismos de pérdida de función. Las variantes nocivas de BRCA1 incluyen mutaciones de cambio de marco (las más comunes), mutaciones sin sentido, mutaciones en el sitio de empalme y mutaciones sin sentido que afectan a los dominios BRCT o RING conservados. Las variantes de significado incierto (VUS) en BRCA1 representan un desafío clínico que requiere ensayos funcionales y datos de cosegregación para clasificarlas.

Implicaciones clínicas: de la mutación al tratamiento

La identificación de mutaciones impulsoras ha transformado el tratamiento del cáncer de quimioterapia empírica a una terapia de precisión dirigida por biomarcadores. Las mutaciones de EGFR predicen la sensibilidad al inhibidor de EGFR; KRAS G12C es el objetivo de sotorasib; BRAF V600E por vemurafenib/dabrafenib; BCR-ABL por imatinib. La correspondencia de mutaciones específicas con fármacos específicos, más que la histología, define la oncología moderna.

Más allá de la orientación directa, las mutaciones informan sobre los mecanismos de resistencia y las estrategias de combinación. Las comutaciones de KRAS predicen la resistencia a los inhibidores de EGFR. La pérdida de RB1 predice la resistencia a los inhibidores de CDK4/6. El perfil genómico completo de los tumores, mediante secuenciación de próxima generación, ahora guía las decisiones de tratamiento en prácticamente todos los tipos de cáncer.

Las pruebas de línea germinal tienen la misma importancia. Las pruebas de BRCA1/2 guían el uso de inhibidores de PARP, la cirugía de reducción de riesgos y las pruebas en cascada de los miembros de la familia. Las pruebas del síndrome de Lynch en el cáncer colorrectal identifican a los pacientes para inmunoterapia de punto de control inmunológico (la alta inestabilidad de los microsatélites predice la respuesta al bloqueo de PD-1) y asesoramiento familiar.