Interacciones genético-ambientales en la salud humana
-
Upload
yardley-johnston -
Category
Documents
-
view
28 -
download
2
description
Transcript of Interacciones genético-ambientales en la salud humana
Interacciones genético-ambientales en la salud
humana
William J. Jo, M.S., Ph.D.Department of Nutritional Sciences
and ToxicologyUniversity of California, Berkeley, CA,
Financiamiento
National Institute of Environmental Health Sciences(NIEHS), National Institute of Health (NIH), USA
Superfund Basic Research Program at UC Berkeley (SBRP)
Interacciones genético-ambientales en la salud humana
•Variabilidad genética y su influencia en los efectos del ambiente sobre la salud humana
•Identificando nuevos genes que influyen interacciones genético-ambientales▫Determinación del genotipo a nivel de
individuo (genotyping)▫Perfilamiento funcional en levadura
Variabilidad genética y respuestas a estímulos medio ambientales
• Diferencia en la respuesta de las personas hacia xenobióticos (e.g. fármacos, toxinas, toxicantes) → variabilidad genética
• Algunos individuos o subpoblaciones estan más o menos propensos a desarrollar enfermedades a consecuencia de estar expuestos crónicamente a substancias tóxicas
Estudiando el impacto del medio ambiente en la salud humana
Salud / Enfermedad
GenéticaAmbiente
Edad
Determinar el rol de las variaciones en el genoma humano como modificadores de los efectos nocivos de contaminantes en el ambiente (i.e. interacciones genético-ambientales)
Los polimorfismos de un nucleótido son la fuente de variación mas comun
• = single nucleotide polymorphism (SNP)
• Variación en un nucleótido en la secuencia del DNA
• SNP ≠ mutación, definido por la frecuencia en la población (> 1%)
• Se estima que hay un SNP por cada 1,000 bp (~10,000,000) en el genoma humano
Como es que ciertos SNPs pueden influenciar en la salud humana?
•No todos los SNPs interaccionan con el ambiente
•SNPs con efectos en la actividad catalítica, función, estabilidad o niveles de expresión de proteinas implicadas con el metabolismo o detoxificación de xenobióticos
•e.g. genotipo NAT2 en fumadores y asociación con cáncer de vejiga
Estudio de interacciones genético-ambientales
• Retos:▫ ¿Qué genes determinan y/o alteran los riesgos de
enfermedad a consecuencia de exposiciones a toxicantes en el medio ambiente? → 25,000 genes
▫ Especificamente, ¿qué variantes (SNPs) en estos genes son las que estan asociadas a un incremento en riesgo?
• Objetivos:▫ Comprender mecanismos de toxicidad▫ Identificar subpoblaciones susceptibles para diseñar
estrategias de prevención y/o terapias con el propósito de preservar la salud pública
Interacciones genético-ambientales en la salud humana
•Variabilidad genética y su influencia en los efectos del ambiente sobre la salud humana
•Identificando nuevos genes que influyen interacciones genético-ambientales▫Determinación del genotipo a nivel de
individuo (genotyping)▫Perfilamiento funcional en levadura
Benceno y hematotoxicidad
• Clasificado por el IARC como un agente carcinogénico de tipo I
• Asociado a un incremento del riesgo de leucemia
• Exposición ocupacional y población en general
• Humo de cigarrillo, emisiones vehiculares, gasolina y solventes
Estudiando los efectos nocivos del benceno en humanos • 250 trabajadores en fábricas
de zapatos (Tianjin, China) expuestos al benceno comparados con 140 controles sin exposición.
• Exposición al benceno disminuye los conteos de glóbulos blancos con respecto a controles (5,490±1,350 vs. 6,480±1,710 células por µl respectivamente; p < 0.0001) (Lan et al., 2004)
Identificando SNPs funcionales a través de la epidemiología molecular• Muestras de DNA de estos individuos fueron
analizadas para determinar su genotipo• 1,433 SNPs candidatos localizados en 414 genes
seleccionados de la base de datos SNP500Cancer (http://snp500cancer.nci.nih.gov)
• Determinar si la presencia de algún SNP está corelacionado a un conteo menor de glóbulos blancos en el grupo con exposición
Determinando el genotipo de las personas a nivel de SNPs
1,433 SNPs = 1,433 experimentos por individuo ó 1 ensayo Illumina
Illumina Goldengate assay PCR de alelo específico
Efectos de diversos SNPs en el número de glóbulos blancos
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
CC
AC
AA
AA
AG
GG
GG
GT
+T
T
CC
CT
GG
CG
CC
CC
CG
GG
GG
GA
TT
TG
GG
BLM (rs2270132) BLM(rs16944894)
BLM(rs414634)
RAD51(rs4924496)
TP53 (rs1042522) WDR79(rs2287499)
WRN(rs2230009)
WRN (rs2725362)
WB
C c
ou
nt
Controls Exposed
pcontrol=0.63
pexposed=0.00021
pcontrol=0.54
pexposed=0.0038
pcontrol=0.29
pexposed=0.0077
pcontrol=0.0019
pexposed=0.00053
pcontrol=0.53
pexposed=0.0011 pcontrol=0.53
pexposed=0.0011
pcontrol=0.39
pexposed=0.00029
pcontrol=0.49
pexposed=0.00029
Interacciones genético-ambientales en la salud humana
•Variabilidad genética y su influencia en los efectos del ambiente sobre la salud humana
•Identificando nuevos genes que influyen interacciones genético-ambientales▫Determinación del genotipo a nivel de
individuo (genotyping)▫Perfilamiento funcional en levadura
El arsénico, un agente carcinogénico
• Clasificado por la IARC como un agente carcinogénico de tipo I
• Contaminacion principalmente de origen natural• Exposición a través del agua potable• Alto riesgo de diversos cánceres y enfermedades
pulmonares
Disminuir los niveles de proteína para estudiar la función de un gen
Gen mRNAOpción 1 Proteína
Gen mRNA Proteína
X
Opción 2
Knock out
RNA interferencia (células humanas)
Perfilamiento funcional en levadura
• Se utiliza una colección de cepas mutantes, cada una deficiente en las dos copias de un gen diferente
- Gen # 1 Cepa mutante # 1
Cepa mutante # 2
Cepa mutante # 3
Cepa mutante # 4757
- Gen # 2
- Gen # 3
- Gen # 4757
Perfilamiento funcional en levadura
• Cada cepa mutante esta identificada de manera única por dos “etiquetas” moleculares (secuencia de 20bp)
• Permite evaluar el crecimiento de todas las levaduras mutantes simultáneamente (Giaever et al., 2002)
ACAGATTTAACCCACACGGGGACTTACACTTACGTCCGAA
GCACTACGAGTTACGATCAAGACACTGACTGACATCGAGA
Cómo identificar nuevos genes implicados en resistencia al arsénico
Experimento # 1
Experimento # 2
Total # de experimentos = 4,757!3 réplicas biológicas, 3 concentraciones > 14,000!
Control
+ As
Control
+ As
Gen 1 confiere resistencia
Gen 2 no confiere resistencia
Identificación de nuevos genes a través de la toxicogenómica
Perfilamiento funcional
Contando etiquetas moleculares – intensidad α número de células
Microarray5*2 lecturas – réplicas técnicas
ACAGATTTAACCCACACGGGGACTTACACTTACGTCCGAA
Ausencia del gen SAS2 en levadura resulta en susceptibilidad al arsénico
• Curvas de crecimiento confiman resultados obtenidos por perfilamiento funcional
• SAS2 es homólogo a MYST1 en humanos, codifican acetil-transferasa de la lisina 16 en la histona 4 (H4K16)
Estudiando la funcion de MYST1 mediante RNA interferenciaCélulas UROtsa (epitelio de vejiga
urinaria)
Niveles de proteína β-actina
Niveles de proteína MYST1
MYST1MYST1MYST1
Silenciamiento de MYST1 incrementa la susceptibilidad al arsénico en células humanas
Control
↓MYST1
Silenciamiento de MYST1 reduce los niveles de acetilación de H4K16
• El incremento en susceptibilidad al arsénico podría estar asociado a la reducción en acetilación de H4K16 (cambio epigenético)
• Rol potencial en expresión de genes en respuesta al arsénico o en reparación del DNA
Interacciones genético-ambientales en la salud humana
•Variabilidad genética y su influencia en los efectos del ambiente sobre la salud humana
•Identificando nuevos genes que influyen interacciones genético-ambientales▫Determinación del genotipo a nivel de
individuo (genotyping)▫Análisis en paralelo de mutantes en
levadura
Conclusiones• Existe la necesidad de
incorporar el componente genético como factor modificante de los efectos nocivos de toxicantes en la salud humana
• Existen diversos métodos para descubrir nuevos genes (y sus variantes) que interaccionan con el ambiente, dos son el genotyping y el perfilamiento funcional
Gracias por su atención!