30.7: Direcciones actuales de investigación

Un reto actual en genética médica es el de la traducción. En particular, nos preocupa si GWAS puede informar el desarrollo de nuevas terapias. Los estudios de GWAS han tenido éxito en la identificación de loci asociados a enfermedades. Sin embargo, proporcionan poca información sobre los alelos causales, vías, complejos o tipos celulares que están involucrados. Sin embargo, muchos objetivos drogables conocidos están asociados con impactos GWAS. Por lo tanto, esperamos que GWAS tenga un gran potencial para guiar el desarrollo terapéutico.

Una nueva herramienta en nuestra búsqueda de mayor conocimiento de las perturbaciones genéticas es la secuenciación de próxima generación (NGS). NGS ha hecho que la secuenciación del genoma de un individuo sea una tarea mucho menos costosa y que requiere mucho tiempo. NGS tiene varios usos en el contexto de la genética médica, incluyendo la secuenciación exoma/genoma de enfermedades raras y graves, así como la secuenciación exoma/genoma para la finalización de la arquitectura alélica en GWAS locis. Sin embargo, NGS a su vez ha traído consigo nuevos desafíos en computación e interpretación.

Una aplicación de NGS al estudio de enfermedades humanas es en la identificación y caracterización de variantes de pérdida de función (LOF). Las variantes LoF interrumpen el marco de lectura de los genes que codifican proteínas y, por lo tanto, se espera que sean de interés científico y clínico. Sin embargo, la identificación de estas variantes se complica por errores en la llamada automática de variantes y la anotación génica. Por lo tanto, es probable que muchas variantes putativas de LoF sean falsos positivos. En 2012, MacArthur et al. se propusieron describir un conjunto riguroso de variantes de LoF. Sus resultados sugieren que los genomas humanos típicos contienen alrededor de 100 variantes de LoF. También presentaron un método para priorizar genes candidatos en función de sus características funcionales y evolutivas [24].

El laboratorio MacArthur también está involucrado en un esfuerzo continuo del Exome Aggregation Consortium para ensamblar un catálogo de variación de codificación de proteínas humanas para la minería de datos. Actualmente, el catálogo incluye datos de secuenciación de más de 60 mil individuos. Dichos datos permiten la identificación de genes que carecen significativamente de variación de codificación funcional. Esto es importante porque se espera que los genes bajo restricciones excepcionales sean deletéreos. Con base en este principio, Samocha et al. fueron capaces de identificar 1000 genes involucrados en trastornos del espectro autista que carecían significativamente de variación de codificación funcional.

Esto se hizo usando un marco estadístico que describía un modelo de mutación de novo [32]. De igual manera, De Rubeis et al. fueron capaces de identificar 107 genes bajo una restricción evolutiva excepcional que ocurrió en 5% de los sujetos autistas. Se encontró que muchos de estos genes codifican proteínas involucradas en la transcripción y el corte y empalme, la remodelación de la cromatina y la función sináptica, avanzando así en nuestra comprensión del mecanismo de la enfermedad de estas variantes.

NGS también se puede utilizar para estudiar enfermedades raras y graves, como en el caso de la mutación DGAT1. En un estudio de Haas et al., se utilizó la secuenciación del exoma para identificar una mutación rara en el sitio de empalme en el gen DGAT1. Esto había resultado en trastornos diarreicos congénitos en los hijos de una familia de ascendencia judía asquenazí [13]. En este caso, la secuenciación no solo tuvo aplicaciones terapéuticas para el niño sobreviviente, sino que también proporcionó información sobre un ensayo clínico de inhibición de DGAT1 en curso.

Si bien NGS nos permite estudiar variantes altamente penetrantes que resultan en enfermedades mendelianas graves, también existen estudios genéticos que entregan hipótesis para la intervención. Un ejemplo de ello es el descubrimiento de SCN9A. La pérdida completa de función de SCN9A, también conocida como NaV1.7, resulta en indiferencia congénita al dolor. Esto ha dado como resultado el desarrollo de nuevos analgésicos con una ecacia superior a la de la morfina, como en el caso de μ-SLPTX-SSM6a, un inhibidor selectivo de NaV1.7 [35]. Otro ejemplo es la variante de pérdida de función de PCSK9, que disminuye el LDL y protege contra la enfermedad arterial coronaria. Esto ha llevado al desarrollo del inhibidor de PCSK9 REGN727, el cual ha demostrado ser seguro y efectivo en los senderos clínicos de fase 1 [6].

El NGS también es importante para el mapeo fino de loci identificados en estudios de GWAS. Por ejemplo, estudios de GWAS de 2010 que analizaron la enfermedad de Crohn implicaron una región en el cromosoma 15 que contenía múltiples genes. Después del mapeo fino, el Consorcio Internacional de Genética de Enfermedades Inflamatorias Inflamatorias del Intestino (IIBDGC) pudo refinar la asociación con elementos funcionales no codificantes SMAD3. Otro ejemplo es un estudio de Farh et al. que analizó variantes causales candidatas para 21 enfermedades autoinmunes. Mostraron que 90% de las variantes causales son no codificantes, pero solo 10-20% alteran los motivos de unión al factor de transcripción, lo que implica que los modelos reguladores de genes actuales no pueden explicar el mecanismo de estas variantes [9]. Finalmente, un estudio de Rivas et al. que analizó una resecuenciación profunda de loci GWAS asociados a enfermedad inflamatoria intestinal encontró no solo nuevos factores de riesgo sino también variantes protectoras. Por ejemplo, se demostró que una variante de empalme protector en CARD9 que causa truncamiento prematuro de proteína protege fuertemente contra el desarrollo de la enfermedad de Crohn [31].