C9orf72 ( cromosoma 9 marco de lectura abierto 72 ) es una proteína que en los humanos está codificada por el gen C9orf72 .
El gen humano C9orf72 se encuentra en el brazo corto (p) del cromosoma 9, marco de lectura abierto 72, desde el par de bases 27.546.546 hasta el par de bases 27.573.866 (GRCh38). Su ubicación citogenética es 9p21.2. [5]
La proteína se encuentra en muchas regiones del cerebro, en el citoplasma de las neuronas y en las terminales presinápticas . Las mutaciones que causan enfermedades en el gen fueron descubiertas por primera vez por dos equipos de investigación independientes, dirigidos por Rosa Rademakers de Mayo Clinic y Bryan Traynor de los Institutos Nacionales de Salud , y se informaron por primera vez en octubre de 2011. [6] [7] Las mutaciones en C9orf72 son significativas porque es el primer mecanismo patogénico identificado como un vínculo genético entre la demencia frontotemporal familiar (DFT) y la esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Es la mutación más común identificada que está asociada con la DFT familiar y/o la ELA en caucásicos. [8]
En los humanos, la localización citogenética se descubrió en 2006 en 9p21.2. [9] El gen se descubrió en 2011 y está altamente conservado en primates, otros mamíferos y en diferentes especies: por ejemplo, es casi idéntico en los humanos en chimpancés y macacos rhesus (99,58%), ratones (98,13%), ratas (97,71%) y conejos (98,54%), y Xenopus (83,96%), así como en peces cebra (75,97%). Sin embargo, para el nematodo Caenorhabditis elegans casi no hay correlación (14,71%) y no la hay con Drosophila. [9]
El análisis de secuencias sugiere que la proteína C9ORF72 surgió temprano en la evolución eucariota, y mientras que la mayoría de los eucariotas suelen poseer una sola copia del gen que codifica la proteína C9ORF72, los eucariotas Entamoeba y Trichomonas vaginalis poseen múltiples copias, lo que sugiere expansiones independientes específicas de linaje en estas especies. La familia se pierde en la mayoría de los hongos (excepto Rhizopus) y plantas. [10] [11]
La ubicación molecular en el cromosoma 9 es el par de bases 27.546.546 a 27.573.866.
La mutación de C9ORF72 es una expansión de repetición de hexanucleótidos de la cadena de seis letras de nucleótidos GGGGCC. [12] En aproximadamente la mitad de todos los alelos, la repetición de hexanucleótidos se repite dos veces, y en más del 98% de los alelos su longitud es menor a 17 repeticiones, [13] pero en personas con la mutación, el número de repeticiones está entre 30 y miles. [14] Hay tres teorías principales sobre la forma en que la mutación C9ORF72 causa FTD y/o ELA. Una teoría es que la acumulación de ARN que lleva la repetición expandida en el núcleo y el citoplasma se vuelve tóxica debido al secuestro de proteínas de unión al ARN. La otra es que la falta de la proteína C9ORF72 debido a la interferencia de la repetición expandida en su transcripción y empalme ( haploinsuficiencia ) causa las enfermedades. Además, el ARN transcrito del gen C9ORF72 , que contiene repeticiones GGGGCC expandidas, se traduce a través de un mecanismo no iniciado por ATG, que es el mismo mecanismo que otros trastornos de repetición. Esta variante de hexanucleótido de un trastorno de repetición de trinucleótido produce cinco dipéptidos diferentes por traducción RAN , estos dipéptidos se agregan para contribuir a la toxicidad general de la mutación. [15] [16] [17] También se cree que la expansión de la repetición GGGGCC en C9orf72 compromete el transporte nucleocitoplasmático a través de varios mecanismos posibles. [18]
La mutación C9ORF72 es la primera mutación que se ha descubierto que es un vínculo entre la DFT familiar y la ELA. [19] Numerosos estudios publicados han confirmado la similitud de la expansión de la repetición C9ORF72 en la DFT y la ELA, que son enfermedades sin cura que han afectado a millones de personas. La demencia frontotemporal es la segunda forma más común de demencia de aparición temprana después de la enfermedad de Alzheimer en personas menores de 65 años. [20] La esclerosis lateral amiotrófica también es devastadora; se caracteriza por la degeneración de las neuronas motoras que finalmente causa insuficiencia respiratoria con una supervivencia media de tres años después de la aparición. [21]
La mutación C9orf72 está presente en aproximadamente el 40 % de los casos de ELA familiar y en el 8-10 % de los casos de ELA esporádica. Actualmente es la mutación más común relacionada con la ELA, mucho más común que la SOD1 o la TDP-43 .
Si bien en el pasado se han vinculado distintas mutaciones de varios genes a distintos fenotipos de DFT, C9orf72 se ha vinculado específicamente a la variante conductual de DFT. [22] Cierta patología en la DFT causada por la mutación C9orf72 también puede incluir:
El gen C9ORF72 está específicamente relacionado con la ELA familiar, que afecta a alrededor del 10% de los pacientes con ELA. Tradicionalmente, los casos familiares y esporádicos de ELA han sido clínicamente indistinguibles, lo que ha dificultado el diagnóstico. Por lo tanto, la identificación de este gen ayudará en el futuro diagnóstico de ELA familiar. [21] El diagnóstico lento también es común para la DFT, que a menudo puede tardar hasta un año y muchos pacientes inicialmente son diagnosticados erróneamente con otra enfermedad. La prueba de un gen específico que se sabe que causa las enfermedades ayudaría a realizar diagnósticos más rápidos. Posiblemente lo más importante es que la identificación de esta expansión de repetición de hexanucleótidos es una vía extremadamente prometedora para posibles terapias futuras tanto de la DFT familiar como de la ELA familiar, una vez que se comprenda mejor el mecanismo y la función de la proteína C9ORF72. Además, se están realizando investigaciones actuales para ver si existe una correlación entre C9ORF72 y otras enfermedades neurológicas, incluida la enfermedad de Huntington. [25] [26]
Es posible que exista anticipación genética para esta mutación. Sin embargo, solo 1 de cada 4 familias exhibió una anticipación significativa en este estudio (n = 63) [23]. Se ha propuesto que la cantidad de expansión de repeticiones aumenta con cada generación sucesiva, posiblemente causando que la enfermedad sea más grave en la siguiente generación, mostrando inicio hasta una década antes con cada generación sucesiva después del portador. Por lo general, se piensa que la acumulación de una expansión de repeticiones con cada generación ocurre porque el ADN es inestable y, por lo tanto, se acumula exponencialmente cada vez que se copia el gen. Todavía no se ha demostrado evidencia genética de esto para esta mutación. [19] También hay un factor demográfico que debe considerarse en la predisposición genética, ya que algunas cohortes han encontrado que podría haber un efecto fundador para la mutación C9orf72, que podría haber llevado a frecuencias más altas de la mutación en poblaciones específicas que en otras. Específicamente, este fundador se ha vinculado a las poblaciones del norte de Europa, a saber, Finlandia. [22] El haplotipo es una combinación específica de múltiples sitios polimórficos a lo largo de una región cromosómica que se hereda en conjunto en un bloque. Se examinó la correlación entre los haplotipos C9orf72 y la longitud de repetición GGGGCC en caucásicos. La longitud de repetición es en gran medida constante en todos los haplotipos que albergan hasta 5 unidades de repetición, pero no en el haplotipo J, que normalmente alberga 6 repeticiones. El nivel más alto de diversidad de longitud de repetición GGGGCC se observa en el haplotipo R, que alberga con mayor frecuencia 8 repeticiones. [27] La longitud de repetición se vuelve más inestable con el aumento de la longitud. El cambio de longitud de repetición GGGGCC documentado más corto en generaciones posteriores se observó en un padre y su hija, que tenían 11 y 12 repeticiones, respectivamente. Si bien todos los pacientes caucásicos C9orf72 derivan de un fundador común que portaba el haplotipo R, no está claro cuántas familias en la historia experimentaron una expansión de los números de repeticiones de una longitud normal a una longitud asociada a la enfermedad. En la población asiática, algunos pacientes con ELA y DFT C9orf72 son portadores de un haplotipo alternativo que no está relacionado con el haplotipo R.
Dado que se ha descubierto que esta mutación es la mutación más común identificada en la DFT familiar y/o la ELA, se considera uno de los candidatos más fiables, si no el más fiable, para las pruebas genéticas . Los pacientes se consideran elegibles si la madre o el padre han tenido DFT y/u otro miembro de la familia ha tenido ELA. [21] También hay factores de riesgo de población y ubicación para determinar la elegibilidad. Algunos estudios han encontrado que la mutación tiene una frecuencia más alta en ciertas cohortes. [28] Athena Diagnostics ( Quest Diagnostics ) anunció en la primavera de 2012 el primer servicio de pruebas clínicamente disponible para detectar la expansión de repetición de hexanucleótidos en el gen C9orf72. [29] Se recomienda asesoramiento genético para los pacientes antes de solicitar una prueba genética.
Se predice que C9ORF72 es un homólogo de longitud completa de las proteínas DENN (donde DENN significa "expresado de manera diferencial en células normales y neoplásicas"). [30] [10] [11] Estas proteínas tienen un módulo DENN conservado que consiste en un dominio longin N-terminal, seguido por el DENN central y los dominios d-DENN alfa-helicoidales C-terminales. [10] Esto llevó a que se sugiriera DENNL72 como un nuevo nombre para C9orf72. [11]
Dado el papel molecular de los módulos DENN conocidos, [31] se predijo que las proteínas similares a C9ORF72 funcionarían como factores de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF), que activan pequeñas GTPasas , muy probablemente un Rab . Los estudios han proporcionado alguna evidencia para confirmar esto: se encontró que C9ORF72 regula el tráfico endosómico y la autofagia en células neuronales y neuronas primarias. [10] [32] Esto sugirió que ciertos aspectos de la patología de la ELA y la FTD podrían resultar de la haploinsuficiencia de C9ORF72, lo que lleva a un defecto en el tráfico de membrana intracelular , que se suma al daño neuronal de las toxicidades mediadas por ARN y dipéptidos al reducir la función de la microglia , las células similares a los macrófagos del cerebro. [33]
Los objetivos de GTPasa de un complejo estable C9ORF72-SMCR8-WDR41 [34] incluyen las GTPasas Rag que simulan mTORC1 y por lo tanto regulan la macroautofagia . [35] [36] Además, C9ORF72 y SMCR8 regulan la función de los lisosomas. [34] Aunque la GTPasa involucrada en los lisosomas aún no se ha identificado, podría ser Rab7A , que junto con Rab5A y Rab11A , es activada por C9ORF72-SMCR8-WDR41 funcionando como un GEF. [37]
Además de activar GTPasas (GEF), se propone que el mismo complejo C9ORF72-SMCR8-WDR41 inactiva GTPasas, es decir, como una proteína activadora de GTPasas (GAP). Esta actividad se propone para Rag GTPasas, en paralelo con la actividad Rag-GAP del complejo FLCN- FNIP , [34] al que se parece. [11] Además, el complejo es una GAP para Rab8a y Rab11a , y la crio-EM identifica un dedo de arginina conservado entre FLCN y SMCR8. [38]
Las mutaciones de expansión de secuencia repetida en C9orf72 que conducen a la neurodegeneración en ELA / FTD muestran disfunción del nucléolo y de la formación del bucle R. Tales disfunciones pueden conducir a daño del ADN . Se encontró que las neuronas motoras con mutaciones C9orf72 activan la respuesta al daño del ADN (DDR), como lo indica la regulación positiva de los marcadores DDR. [39] Si la DDR es insuficiente para reparar estos daños del ADN, la apoptosis de las neuronas motoras es el resultado probable.
Un artículo de PNAS de 2023 mostró que el complejo C9orf72–SMCR8 ( región cromosómica 8 del síndrome de Smith-Magenis ) suprime el crecimiento del cilio primario como una proteína activadora de GTPasa (GAP) de RAB8A, lo que establece un vínculo entre la función de C9orf72 y el cilio primario y la vía de señalización hedgehog . El complejo C9orf72–SMCR8 suprimió el cilio primario en múltiples tejidos de ratones, incluidos, entre otros, el cerebro, el riñón y el bazo. Es importante destacar que las células con C9orf72 o SMCR8 inactivados fueron más sensibles a la señalización hedgehog, lo que arroja luz sobre un posible mecanismo patogénico relacionado con la pérdida de la función de C9orf72. [40]
En general, la mutación C9ORF72 es muy prometedora para el desarrollo de futuras terapias para la DFT familiar y/o la ELA. Actualmente, se está trabajando en la realización de más investigaciones sobre C9ORF72 para comprender mejor los mecanismos exactos implicados en la causa de las enfermedades causadas por esta mutación. Una comprensión más clara del mecanismo patogénico exacto ayudará a desarrollar terapias farmacológicas más específicas. Entre los posibles objetivos farmacológicos actuales se incluyen la expansión de repeticiones en sí, así como el aumento de los niveles de C9ORF72. El bloqueo de la ganancia tóxica de focos de ARN para prevenir el secuestro de ARN podría ser útil, así como para compensar la falta de C9ORF72. Cualquiera de estos objetivos, así como una combinación de ellos, podrían ser objetivos futuros prometedores para minimizar los efectos de la expansión de repeticiones de C9ORF72 . [41]
Se ha demostrado que C9ORF72 interactúa con:
