CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA 1 Capítulo 11. Genética Clínica

CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
Capítulo 11. Genética Clínica.
Genética clínica y consejo genético. Enfermedades de herencia autosómica.
Estructura de los cromosomas sexuales, inactivación del cromosoma X y
herencia ligada al X. Aplicación del teorema de Bayes al cálculo de riesgos
genéticos. Enfermedades por alteración del ADN mitocondrial.
Genética clínica y consejo genético
La genética clínica se ocupa del diagnóstico y atención de las personas y familias en las que aparece una
enfermedad genética. Incluye varios aspectos, algunos de ellos algo diferentes de la práctica médica
habitual:

Diagnóstico correcto de la enfermedad, de lo contrario el cálculo de riesgos genéticos no tiene
sentido. Para ello, además de los métodos clásicos de diagnóstico, es importante realizar bien el
diagnóstico molecular y reconstruir la historia familiar detallada.

La aplicación de los principios de la genética mendeliana permite calcular el riesgo de recurrencia de
la enfermedad en la misma familia y establecer el pronóstico, lo cual lleva a iniciar medidas de
diagnóstico precoz y de prevención en individuos de riesgo (antes de la aparición de los síntomas).
Por todo esto, la genética clínica es un pilar básico de la medicina “predictiva" del futuro.

Un elemento fundamental es el consejo genético, que, según la definición de la Sociedad
Americana de Genética Humana (1975) "es un proceso de comunicación que trata de los
problemas humanos asociados con la ocurrencia, o riesgo de ocurrencia, de un transtorno genético
en una familia. Este proceso requiere que una o más personas adiestradas de forma apropiada
ayuden al individuo o familia a: 1) comprender los hechos médicos, incluyendo el diagnóstico, la
evolución probable del transtorno y el tratamiento disponible; 2) apreciar el modo en que la
herencia contribuye al transtorno y el riesgo de recurrencia en parientes concretos; 3) comprender
las alternativas para enfrentarse al riesgo de recurrencia; 4) escoger un curso de acción que les
parezca apropiado a la vista de su riesgo, sus objetivos familiares y sus normas éticas y religiosas, y
actuar de acuerdo con la decisión tomada, y 5) procurar la mejor adaptación posible a la
enfermedad en un miembro afectado de la familia y/o al riesgo de esta enfermedad". En contraste
con el método médico tradicional, en el que el facultativo prescribe al paciente lo que debe hacer,
entre profesionales de la Genética Clínica existe un amplio consenso a favor de que el consejo
genético sea un proceso no-directivo, es decir, que sea el propio paciente o la familia los que
decidan qué acción tomar en función de la información proporcionada por el facultativo. En este
sentido, es importante comprender que la carga de una enfermedad genética para el paciente y
para la familia puede ser valorada de modo muy distinto de unos casos a otros, dependiendo de
circunstancias diversas. Es importante explicar bien las posibilidades de modificar la carga genética
o el riesgo genético, y poner a las familias afectadas en contacto con servicios sociales de apoyo,
organizaciones de afectados por esa enfermedad, etc.
Las dos herramientas básicas de la genética clínica son la realización de la historia familiar y la
estimación de riesgos genéticos. La historia familiar intenta reconstruir el árbol familiar para identificar
otros miembros del mismo que puedan estar afectados por la enfermedad. Además, permite deducir el
tipo de herencia y el riesgo de recurrencia. Se utilizan las reglas generales de construcción de árboles
familiares, y además es importante:
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
Preguntar acerca de nacidos muertos ó abortos espontáneos.

Indagar la existencia de posible consanguinidad.

Tener en cuenta posibles casos de falsa paternidad.

Recoger también información básica de las ramas del árbol que parezcan no estar afectadas.

Siempre es mejor registrar la fecha de nacimiento que la edad.

Tener en cuenta que el diagnóstico puede no ser acertado, sobre todo en el caso de individuos ya
fallecidos. Por tanto, es importante examinar directamente, siempre que sea posible, a los
individuos afectados; examinar a los presumiblemente “sanos”, para excluir que en realidad tengan
una forma poco severa de la enfermedad; tratar de obtener toda la información posible de otros
parientes más lejanos.
Por lo que respecta a la estimación del riesgo genético, se expresa siempre como una probabilidad,
es decir en modo fraccional o en porcentaje (un riesgo de ½ es igual a un riesgo del 50%). El riesgo
genético no es más que la probabilidad de padecer la enfermedad que tiene un individuo concreto
de la familia, probabilidad estimada a partir de los datos del árbol familiar que nos permiten deducir el
tipo de herencia y aplicar las leyes mendelianas.
Los patrones hereditarios típicos se pueden reconocer al analizar el árbol genealógico de la familia en la
que hay individuos enfermos, ya que cada tipo de herencia produce árboles familiares con unas
características propias. Para la construcción de árboles familiares, llamados también "genealogías" ó
"pedigrís" (por influencia del término inglés pedigree), se utilizan unos símbolos aceptados por convenio,
y se construyen siguiendo unas reglas que hay que conocer.
La Figura 11.1 muestra los principales símbolos utilizados en la creación de
árboles genealógicos (genealogías o pedigrís).
En estos árboles, una generación se representa situando los miembros de la misma en horizontal, y cada
nueva generación se sitúa debajo de la anterior numerando las generaciones con números romanos, tal
y como se representa en la genealogía de la Figura 11.1. Como siempre, los cuadrados indican sexo
masculino y los círculos sexo femenino, los símbolos vacíos indican individuos sanos y los símbolos llenos
corresponden a individuos enfermos. Nótense también los símbolos utilizados para indicar individuos
fallecidos (símbolo cruzado por un línea) o uniones consanguíneas (doble línea). La flecha indica el
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individuo que inicia el estudio genético (el probando). Cuando no se quiere especificar el sexo de un
individuo o de un colectivo, se representa mediante un rombo.
Enfermedades de herencia autosómica
Las enfermedades autosómicas dominantes suelen tener una frecuencia génica muy baja (la
prevalencia de estas enfermedades es habitualmente inferior a 1 por cada 1000 individuos), y por tanto
los homocigotos son extremadamente infrecuentes; de hecho, la homocigosidad para estas
enfermedades es muchas veces letal y provoca abortos espontáneos. El árbol típico de una enfermedad
autosómica dominante muestra individuos enfermos en todas las generaciones, afectando ambos
sexos por igual. Cuando se ve una transmisión de padre enfermo a hijo varón, podemos descartar la
presencia de una enfermedad ligada al cromosoma X. Para calcular el riesgo de padecer la enfermedad
en la descendencia, se utilizan los cuadrados de Punnet, como se muestra en la siguiente figura para
el caso de la unión entre un individuo heterocigoto enfermo (Aa) y un individuo sano (AA), pues este es
el tipo de unión más frecuente en estas enfermedades. Mediante el uso de estos diagramas es fácil
concluir que la mitad de la descendencia serán heterocigotos enfermos (Aa), y la otra mitad homocigotos
sanos (AA). Dos individuos sanos, si efectivamente son homocigotos (veremos alguna excepción más
adelante), no pueden tener descendencia con la enfermedad.
En la Figura 11.2 se muestra el cuadrado de Punnet en enfermedades de
herencia autonómica dominante, en la que el tipo de matrimonio más
frecuente es el de un individuo enfermo heterocigoto (un solo alelo
mutado, representado por la letra minúscula) con un individuo sano
(homocigoto con dos alelos A normales). El 50% de la descendencia
(cuadrados rojos) pueden ser homocigotos sanos, y el otro 50%
(cuadrados verdes) serán heterocigotos enfermos. Por tanto, cualquier
hijo o hija de una matrimonio de este tipo tiene una probabilidad del 1/2
de padecer la enfermedad y una probabilidad de 1/2 de ser sano.
Ya se ha mencionado antes que es muy poco frecuente encontrar enfermos homocigotos (dos alelos
mutados), pues esto exigiría la unión de dos heterocigotos enfermos. Sin embargo, hay algunas
enfermedades autosómicas dominantes en la que esto sucede con mayor frecuencia de lo habitual,
debido a que tienen una frecuencia génica más alta de lo habitual (no son letales, sino de comienzo
tardío, por lo que permiten llegar a la edad fértil, tener descendencia y propagar la mutación). Un buen
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ejemplo de lo dicho es la Hipercolesterolemia familiar, una enfermedad autosómica dominante
debida a mutaciones en el receptor de las LDL (lipoproteínas de baja densidad) que cursa con niveles
altos de colesterol total y colesterol LDL, xantomas tendinosos, xantelasmas y aterosclerosis precoz. La
enfermedad afecta a 1 de cada 500 individuos de la población, y es causa del 5% de los infartos de
miocardio que se producen antes de los 60 años de edad. Como es una enfermedad que no altera la
fertilidad, la frecuencia alélica es alta (en torno a 1 de cada 1000 alelos presentes en la población están
mutados) y no es raro encontrar individuos homocigotos (en torno a 1 por millón). Los homocigotos
están afectados con más gravedad que los heterocigotos, mostrando niveles más altos de colesterol y
mayor riesgo de enfermedad coronaria. El análisis molecular de los individuos enfermos y de los
miembros de su familia permite predecir la gravedad de la enfermedad, establecer el riesgo en la
descendencia y comenzar el tratamiento preventivo con dieta o fármacos hipolipemiantes. También se
pueden encontrar individuos homocigotos en enfermedades autosómicas dominantes en las que existe
una cierta predisposición a las uniones entre individuos enfermos. Esto último sucede, por ejemplo, en
una enfermedad llamada acondroplasia. Los individuos que sufren esta enfermedad, dada su baja
estatura, tienden a formar
matrimonios entre ellos, lo que eleva la probabilidad de que aparezcan
sujetos homocigotos.
Las enfermedades autosómicas recesivas requieren, por definición, que los individuos afectados sean
homocigotos (dos alelos mutados) y, por tanto, sus progenitores son habitualmente portadores sanos
heterocigotos. El árbol típico de un patrón autosómico recesivo muestra generaciones con algún
miembro afectado, separadas por generaciones en las que no hay ningún individuo enfermo,
patrón muy poco probable en transtornos dominantes. Se encuentran individuos enfermos de ambos
sexos, y es muy frecuente la presencia de uniones con-sanguíneas (entre individuos que comparten
un ancestro común, como primos, primos segundos, etc).
Figura 11.3 En el caso de las enfermedades de herencia autosómica
recesiva, es necesario que ambos progenitores sean al menos
heterocigotos. En la descendencia, existe una probabilidad del 25% de ser
homocigoto sano (cuadrado rojo), el 50% de ser heterocigoto (portador
sano, cuadrados azules) y un 25% de ser homocigoto enfermo (cuadrado
verde).
Un buen ejemplo de enfermedad autosómica recesiva es la Fibrosis Quística del Páncreas,
enfermedad debida a mutaciones en el gen CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator), localizado
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en 7q31. La enfermedad afecta a 1 de cada 2.500 nacidos vivos de raza caucásica, lo que significa una
frecuencia alélica del 0,02 (2% de los alelos presentes en la población están mutados) y una frecuencia
de portadores del 0,04 (1 de cada 25 individuos de la población general son heterocigotos). La
enfermedad surge por el mal funcionamiento de un canal de cloro, lo que provoca una mucoviscidosis
(secreciones mucosas muy viscosas) que poco a poco conduce a la destrucción del tejido pulmonar y
pancreático, además de provocar obstrucción intestinal en algunos neonatos. Se conocen alrededor de
400 mutaciones diferentes en el gen CFTR, pero en poblaciones europeas un 70% de los casos se deben
a la deleción F508del, que deleciona 3 bases sin cambiar el marco de lectura:
SECUENCIA NORMAL
GAA AAT ATC ATC TTT GGT GTT
Glu Asn Ile Ile Phe Gly Val
F508del
GAA AAT ATC AT- --T GGT GTT
Glu Asn Ile Ile
Gly Val
Además de F508del, hay otras mutaciones que causan Fibrosis Quística y que se encuentran con
frecuencia alélica mayor a 1%, de modo que el análisis de 8 mutaciones (incluyendo F508del) puede
detectar hasta un 85-90% de los casos en poblaciones de origen europeo.
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La Figura 11.4 muestra los árboles genealógicos típicos de las
enfermedades con herencia autonómica dominante y autonómica recesiva.
El pedigrí superior muestra una enfermedad con herencia autosómica
dominante: todas las generaciones tienen individuos enfermos, afecta a
ambos sexos por igual, y el porcentaje de enfermos es aproximadamente el
50% de la descendencia. El árbol inferior muestra una enfermedad de
herencia autosómica recesiva: pocos individuos enfermos, saltando
generaciones en las que no hay ninguno; el porcentaje medio de afectados
es del 25%. Obsérvese la presencia de consanguinidad (matrimonio entre
III-1 y III-2), típico de estas enfermedades.
Hay una serie de fenómenos —muchos de los cuales ya se han mencionado— que complican la
evaluación de los árboles de enfermedades autosómicas dominantes y recesivas, y hacen que
el cálculo de los riesgos en la descendencia sea menos fiable. A continuación se señalan los problemas
más frecuentes:
Heterogeneidad genética de locus. Ya se ha mencionado que muchas enfermedades hereditarias
pueden estar causadas por mutaciones en genes distintos, y se han visto algunos ejemplos. Esto se
manifiesta, habitualmente, en la aparición de distintos patrones de herencia en familias diferentes. Así,
por ejemplo, hemos visto un tipo de enfermedad de Charcot-Marie-Tooth que sigue un patrón
autosómico dominante (por duplicaciones del gen PMP22), pero también existen familias en las que esta
enfermedad sigue un patrón ligado al sexo (por mutaciones en otro gen situado en el cromosoma X).
Otro ejemplo notable es el Síndrome de Ehlers-Danlos, que puede estar causado por mutaciones en al
menos 8 loci diferentes, dando lugar a familias con patrón autosómico dominante, autosómico recesivo o
ligado al sexo recesivo, dependiendo del gen implicado en cada caso. Lógicamente, la identificación del
tipo de herencia en una familia concreta nos ayudará a predecir el gen afectado (y buscar mutaciones en
el mismo, si es posible) y a estimar el riesgo de padecer la enfermedad en la descendencia.
Penetrancia incompleta. Hasta ahora hemos dado por supuesto que siempre que un gen está mutado
se desarrollará la enfermedad correspondiente. Por desgracia para el profesional de la Medicina (pero
por suerte para los pacientes), esto no se cumple en el 100% de los casos. De hecho, no es infrecuente
encontrar árboles en los que un individuo ha transmitido una enfermedad dominante sin haber estado él
mismo afectado por dicha enfermedad. En la figura puede observarse una familia afectada por una
enfermedad autosómica dominante en la que el individuo II-4 (señalado por la flecha) ha heredado y
transmitido la mutación, pero no ha llegado a desarrollar la enfermedad. Descartando la posibilidad de
que se trate de una nueva mutación que ha surgido en ese individuo, ya que esa misma enfermedad
estaba ya presente en los progenitores, hemos de concluir que este individuo es portador de la mutación
pero no expresa la enfermedad. Este fenómeno se denomina "penetrancia incompleta", y es
característico de algunas enfermedades dominantes, como por ejemplo el Retinoblastoma hereditario.
Expresividad variable. Muchas enfermedades hereditarias tienen manifestaciones clínicas complejas,
con signos y síntomas que se pueden presentar en distintas combinaciones y con distinto grado de
severidad. Se dice entonces que estas enfermedades tienen expresividad clínica variable. En algunos
casos, como por ejemplo la Neurofibromatosis tipo 1, distintos miembros de una misma familia (todos
con la misma mutación), pueden tener manifestaciones clínicas de la enfermedad muy dispares. No
tenemos hoy en día una explicación clara para el fenómeno de la distinta expresividad de una misma
mutación, pero es probable que esté originado por factores ambientales que influyen en el desarrollo de
la enfermedad o por diferencias inter-individuales en otros genes que modifican la expresión del
fenotipo.
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Figura 11.5 En el árbol superior es evidente que la penetrancia de esta
enfermedad no es del 100%, ya que el individuo II-2 ha transmitido la
enfermedad (que había recibido de su madre) pero no manifiesta la
enfermedad. El pedigrí inferior tiene símbolos partidos en cuadrantes, y
sirve para ilustrar el concepto de expresividad variable. En una
enfermedad con sintomatología compleja, se puede indicar en cada
cuadrante del símbolo el tipo de afectación que sufre cada individuo. Por
ejemplo, un cuadrante puede indicar afectación renal, otro cuadrante
indica afectación neurológica, etc. En este pedigrí se observa que distintos
individuos de la misma familia (que llevan, por tanto, la misma mutación)
expresan la enfermedad de modos diversos, indicados por los distintos
cuadrantes de sus símbolos.
Por lo que respecta al cálculo de riesgos, podemos resumir:
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Las enfermedades de herencia autosómica dominante tienen, en general, frecuencias alélicas muy
bajas (<0,001) y por eso los individuos homocigotos (ambos alelos mutados) son muy raros. Lo normal
es encontrar cruces entre un heterocigoto y un homocigoto sano, por lo que el riesgo en la descendencia
es de 50% heterocigotos enfermos y 50% homocigotos sanos. Por eso, para cada hijo el riesgo de
recurrencia es del 50%, aunque siempre hay que tener en cuenta los factores que pueden modificar
estos riesgos (penetrancia incompleta, expresividad variable, tasa de nuevas mutaciones).
En enfermedades de herencia autosómica recesiva, ambos progenitores tienen que ser al menos
portadores, por lo que en la descendencia habrá 25% de enfermos (homocigotos con mutación), 25% de
sanos (homocigotos sin mutación) y 50% de portadores sanos (heterocigotos). Por tanto, el riesgo de
recurrencia es inicialmente ¼ (25%). Es importante recordar que la presencia de consanguinidad es un
hecho muy frecuente en estas enfermedades. Más raramente hay matrimonios entre un portador sano y
un enfermo homocigoto, en cuyo caso se produce un patrón de herencia cuasi-dominante con 50%
de enfermos y 50% de portadores sanos en la descendencia. Una causa frecuente de consulta en el caso
de enfermedades de herencia autosómica recesiva es el matrimonio entre un portador y un individuo de
otra familia distinta en la que no existe la enfermedad. Lógicamente, el riesgo final para la descendencia
dependerá fundamentalmente de la probabilidad que tenga este individuo de ser portador, lo cual, a su
vez, depende de la tasa de portadores en la población general. Como se recordará, la ley de HardyWeinberg permite estimar esta tasa en función de la prevalencia de la enfermedad en esa población.
Figura 11.5 El video explica, con un ejemplo práctico, la herencia
autosómica dominante que resulta del matrimonio entre un homocigoto
enfermo y un portador heterocigoto sano de una enfermedad de herencia
autosómica recesiva.
Estructura de los cromosomas sexuales humanos
Lo que ahora conocemos como cromosomas X e Y, formaban una pareja de autosomas hace
aproximadamente 300 millones de años. Los datos más recientes apoyan la llamada "ley de Ohno"
(formulada por Susumu Ohno en 1967), que dice que el primer paso en el proceso de creación del
dimorfismo de los cromosomas sexuales en mamíferos fue la fijación del gen responsable del
desarrollo del sexo masculino en uno de los cromosomas (el que se convertiría en el futuro cromosoma
Y) y su pérdida en el otro cromosoma del par (el futuro X). Después, la limitación progresiva de
recombinación entre ambos cromosomas condujo a una evolución separada: el Y perdió material
rápidamente por la falta de recombinación, sufrió varias duplicaciones y se quedó con pocos genes, de
los cuales un gran porcentaje tienen homólogos en el X. El cromosoma X, en cambio, se conservó mejor
gracias a la existencia de recombinación entre las dos copias presentes en mujeres, y fue evolucionando
progresivamente desde metaterios (mamíferos sin placenta, como los marsupiales) a euterios
(mamíferos con placenta). Al final, el cromosoma X actual conserva una región del autosoma ancestral
de prototerios (mamíferos que ponen huevos), además de otra región “añadida” después de la
separación de los metaterios. Actualmente, ambos cromosomas sexuales sólo se recombinan entre ellos
en las dos pequeñas regiones pseudoautosómicas que están en los extremos de cada brazo. La
secuenciación completa del cromosoma X en el año 2005 ha aclarado la estructura de los cromosomas X
e Y:
En el cromosoma X se pueden distinguir:
Dos regiones pseudoautosómicas PAR1 y PAR2, por las que se recombinan los cromosomas X e Y
(al menos una recombinación en PAR1 es necesaria en la meiosis masculina). PAR1 (en Xp e Yp)
tiene un tamaño de 2,7 Mb, mientras que PAR2 (en el extremo del brazo largo de ambos
cromosomas) mide 330 kb.
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Una gran región conservada (XCR, "X-conserved region") que ocupa la mayor parte del brazo
largo del cromosoma X. Esta es la secuencia más antigua y representa los restos del autosoma
original de prototerios del que se originaron los cromosomas X e Y actuales. Una pequeña porción
de ésta región se encuentra transpuesta al cromosoma Y (XTR, "X-transposed region"),
calculándose que dicha transposición tuvo lugar hace 5 millones de años, después de la separación
de humanos y chimpancés.
Una región "añadida" (XAR, "X-added region") más joven que XCR, al parecer incorporada al
cromosoma X a partir de otro autosoma hace unos 100 millones de años en mamíferos placentarios
(euterios). Esta región representa la mayor parte del brazo corto del cromosoma X actual. Algunos
fragmentos de la porción más distal de este brazo, cercanos a la PAR1, están también presentes en
el cromosoma Y, distinguiéndose hasta 12 bloques de homología entre ambos cromosomas.
De los aproximadamente 1.000 genes que hay en el cromosoma X, 54 tienen un homólogo funcional
en el Y: 24 de ellos están en PAR1, 5 en PAR2 y 25 en las regiones no-recombinantes de ambos
cromosomas. De éstos 25, 15 están en la XAR y 3 en XTR; los 7 genes restantes se localizan en la XCR y
por eso se piensa que descienden del autosoma ancestral.
La Figura 11.6 muestra la estructura de los cromosomas X e Y humanos.
Los cromosomas X e Y conservan regiones de homología, especialmente en
el brazo corto. Esta Figura muestra ambos cromosomas, señalando la
región conservada (XCR) y la región añadida (XAR) en el cromosoma X.
Además, se observa la región que se transpuso desde el brazo largo del X
(XTR, en verde) al brazo corto del Y. La figura también muestra las dos
regiones pseudoautosómicas (PAR, en morado). A la izquierda se muestra
la posición de los genes que escapan a la inactivación (puntos rojos). La
mayor parte de éstos reside en el brazo corto del X, y muchos de ellos
tienen un homólogo en el Y. Esto se muestra con más detalle a la derecha,
donde se observan los bloques de homología entre el X y el Y (en distintos
colores).
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El cromosoma Y es el más peculiar de todos los cromosomas humanos, ya que sólo 23 Megabases (de
un total estimado de 50 Mb) están formadas por eucromatina. Por ello, este cromosoma es también el
más pobre en genes. La peculiar estructura del cromosoma Y actual se debe a su comportamiento
durante la meiosis: lógicamente, no puede quedar sin emparejar durante la meiosis, y de hecho se
empareja con el cromosoma X a través de las dos regiones pseudoatosómicas que contiene en los
extremos del brazo corto y del brazo largo, respectivamente. El resto del cromosoma Y no se recombina
nunca, y por esto ha ido acumulando mutaciones y degenerando con el tiempo. La región eucromática
del Y comprende unas 22 Mb (el resto del cromosoma es heterocromatina) y está constituida por 3
tipos de secuencias: i) un bloque de 3,4 Mb fruto de una transposición procedente del X (XTR, región
transpuesta desde el X); ii) un total de 8,6 Mb de secuencias derivadas del cromosoma X, que
representan las regiones derivadas del cromosoma ancestral; y iii) un total de 10,2 Mb de regiones
palindrómicas, distribuidas en 7 bloques. En total, en el cromosoma Y sólo se han encontrado 158
unidades transcripcionales, entre las que destacan 27 genes que tienen homólogos claros en el
cromosoma X. De éstos, 13 están degenerados y se han convertido en pseudogenes; los 14 restantes
son auténticos genes que se expresan en varios tejidos, con la excepción de SRY (que sólo se expresa
en células germinales masculinas). Todos estos genes se localizan fundamentalmente en las regiones
derivadas del X. Por el contrario, en las regiones palindrómicas hay unos 60 genes, agrupados en 9
familias, que sólo se expresan en el tejido testicular y que no tienen un homólogo claro en el cromosoma
X: estos genes parecen codificar proteínas necesarias para la fertilidad masculina. Por lo que respecta al
papel de las regiones palindrómicas, parecen tener una importancia clave en el mantenimiento de la
secuencia y estructura del cromosoma Y: la recombinación entre los brazos de cada palíndromo y la
conversión de secuencias entre ellos evita la rápida degeneración que tendría lugar por la ausencia de
recombinación entre los cromosomas X e Y en esta región.
Figura 11.7 Se observa la estructura del cromosoma Y (la heterocromatina
en gris), especialmente la región eucromática que se muestra ampliada a
la derecha. En ésta se distinguen fundamentalmente los tres tipos de
secuencias que se indican con distintos colores.
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Inactivación del cromosoma X
La distinta dotación cromosómica de ambos sexos supone que las mujeres (XX) tienen doble dosis de
los genes presentes en el cromosoma X, en comparación con los varones XY. El distinto número de
cromosomas X que lleva cada tipo de gameto (uno en el gameto femenino y ninguno en el masculino),
plantea una cuestión fundamental: ¿cómo es posible que la distinta dosis de los genes contenidos en el
cromosoma X no provoque grandes problemas fenotípicos en varones? De hecho, mujeres con un solo
cromosoma X (cariotipo 45,X0) desarrollan el Síndrome de Turner. ¿Por qué no sucede esto en
varones, que tienen un solo cromosoma X? Murray Barr describió en 1949 que las células femeninas se
podían distinguir por la presencia en su núcleo de un corpúsculo de cromatina, pegado a la pared interna
del núcleo, que pasó a conocerse como corpúsculo de Barr. Posteriormente, se comprobó que el
corpúsculo de Barr se ajusta a la llamada "regla (n―1)", según la cual el número de corpúsculos de
Barr de una célula es igual al número de cromosomas X que posee esa célula (n) menos 1. Estas
observaciones se completaron cuando Susumu Ohno demostró en 1959 que el corpúsculo de Barr
corresponde a un cromosoma X condensado en forma de heterocromatina y propuso que uno de los dos
cromosomas X está inactivo en células somáticas, de manera que sólo se expresan los genes del
cromosoma X que permanece activo. En 1961 Mary Lyon formuló la hipótesis de que dicha inactivación
se lleva a cabo al azar en fases precoces del periodo embrionario, y queda fijada una vez que se
establece. Según esta hipótesis, todas las células hijas procedentes de una célula en la que se ha
producido la inactivación tendrán el mismo patrón de inactivación que la célula original. Esta hipótesis
permitía explicar la expresión de algunos rasgos ligados al cromosoma X, tales como el color del pelaje
en los gatos, en el que las gatas (que se conocen como gatas calico) muestran a veces manchas o
bandas de color negro, naranja y blanco, mientras los gatos macho son de color totalmente negro o
totalmente naranja. El proceso de inactivación también explicaría el patrón en mosaico de algunas
enfermedades dermatológicas causadas por genes que están en el cromosoma X, como la displasia
ectodérmica anhidrótica (fenómeno ya descrito por Darwin en 1840). El estudio de las isoformas de
glucosa-6-fosfato deshidrogenasa en fibroblastos aislados de mujeres permitió confirmar la hipótesis
de Lyon, al observarse la presencia de una sola isoforma en las células de mujeres heterocigotas (que
deberían tener dos isoformas distintas). Hoy en día, el fenómeno de inactivación temprana y
aleatoria de un cromosoma X en mujeres es universalmente aceptado, y se conoce también con el
nombre de "Lyonización" en honor a Mary Lyon. Mediante este mecanismo, las células somáticas
femeninas tienen uno de sus cromosomas X en estado inactivado, es decir, transcripcionalmente
silenciado y altamente compactado en forma de heterocromatina. La inactivación del X se realiza al azar
mediante un mecanismo de recuento que determina el cociente entre el número de cromosomas X y el
número de autosomas. Si se detecta más de un cromosoma X, el proceso continúa con la inactivación,
inicialmente temporal e inestable, de todos los cromosomas X menos uno. Finalmente, el proceso
termina con el silenciamiento estable y definitivo de esos cromosomas, que se mantendrá durante la
división celular. Aunque los mecanismos moleculares que regulan estos procesos no se entienden
completamente, se conocen las regiones cromosómicas implicadas y los genes más importantes en el
proceso de inactivación, como se describe a continuación.
Las células del embrión inicial tienen la capacidad de calcular el cociente entre el número de
cromosomas X y el número de autosomas (“contaje”), de permitir la inactivación cuando hay más de
un cromosoma X (“competencia”) y de seleccionar un cromosoma X para su inactivación
(“elección”).
Los procesos de inactivación se ejecutan gracias un locus multifuncional denominado
XIC, que está localizado en Xq13 y que contiene los elementos necesarios para el recuento del número
de cromosomas X, para la elección del X que será silenciado y para el propio mecanismo de
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silenciamiento. Este locus incluye el gen XIST, un gen de 32 kb que se transcribe en un ARN no
codificante de 19 kb, es procesado y poliadenilado pero no se traduce. XIST es necesario para iniciar
el silenciamiento del cromosoma X, pero no para los mecanismos de contaje, elección ni para el
posterior mantenimiento del estado silenciado. En XIC también se encuentra el mecanismo de contaje y
posiblemente un mecanismo de elección, que dependen del locus XCE.
La Figura 11.8 muestra esquema del locus XIC de ratón.
Todos estos procesos comienzan en los estadios iniciales del desarrollo embrionario. Así, en la mórula de
4-8 células se detecta expresión de XIST a bajo nivel en ambos cromosomas X, tanto en el de origen
paterno (Xp) como en el de origen materno (Xm). Parece que algunos factores responsables de
pluripotencialidad (NANOG, OCT4) en estas células embrionarias son los que mantienen este bajo nivel
de expresión. A partir de ese momento, XIST deja de expresarse en uno de los cromosomas X (o en el
único cromosoma X en embriones XY) y su expresión aumenta en el otro cromosoma. Por tanto, la
expresión inicial de XIST es transitoria y sólo se estabiliza en torno a la fase de blastocisto en uno de los
dos cromosomas X (en aquél que quedará finalmente inactivado). Este aumento de expresión de XIST
en un cromosoma es la base de la propiedad que hemos llamado “competencia”, y en los últimos años
se han identificado algunos mecanismos implicados en la misma. Por un lado, se ha visto en células
madre embrionarias de ratón que este aumento de expresión de XIST sólo se da si los dos
cromosomas X interaccionan físicamente dentro del núcleo. Esta interacción se produce porque los
XIC de ambos cromosomas X se asocian durante un breve tiempo, justo antes de iniciarse la inactivación
definitiva de uno de los dos cromosomas. Utilizando diversas sondas de FISH, se ha podido identificar
una región dentro del XIC que es responsable de esta interacción, a la que se ha denominado Xpr (Xpairing region). Según este modelo, la interacción entre los Xpr de ambos XIC genera una señal que
provoca la expresión de bajo nivel del gen XIST en ambos cromosomas X. A continuación, los genes
Tsix y Xite de los dos cromosomas entran en contacto, lo cual produce el otra señal que "apaga" la
expresión de XIST en uno de los cromosomas (al azar), y la estabilización de la expresión de XIST en el
otro cromosoma, que será el futuro X inactivo. Este modelo explica también como se produciría la
inactivación de varios cromosomas X, para que se cumpla la regla "n-1" en aquellos casos en los que
hay más de dos cromosomas X presentes. La interacción de los XIC de dos cromosomas producirá la
inactivación de uno de ellos; a continuación, el proceso se repetiría hasta que sólo quede un cromosoma
activo, en cuyo caso el proceso se detiene.
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
13
Figura 11.9 La figura muestra el XIC, con los loci Xpr (círculos rojos), Xist
(círculos amarillos) y Tsix/Xite (círculos azules). Los puntos amarillos
pequeños representan la expresión del gen Xist. Finalmente, el cromosoma
X inactivo se representa en gris.
Además, el aumento de expresión de XIST también requiere de elementos genéticos que están a
cierta distancia del mismo, dentro del XIC. Uno de ellos es un gen llamado RNF12, situado a unas 500
kb en dirección 5’ de XIST, que codifica para una proteína con actividad ubiquitina-ligasa y que activa
XIST (presumiblemente porque favorece la degradación de un inhibidor). Otro elemento implicado en la
activación de XIST es el gen JPX (ver Figura 11.8), que también codifica un ARN no codificante pero se
desconoce su modo de acción.
Entre los elementos necesarios para mantener la expresión de XIST en uno solo de los dos cromosomas
X, es importante un gen antisentido denominado TSIX, cuyo transcrito se solapa parcialmente con el
ARN codificado por XIST. Curiosamente, TSIX sigue un patrón de expresión similar a XIST: inicialmente
se expresan ambos alelos, pero al comienzo de la inactivación únicamente se expresa el alelo del
cromosoma X que permanecerá activo. Esto sugiere que la expresión de TSIX juega un papel
importante en la expresión transitoria de XIST y en la elección del cromosoma que finalmente será
inactivado. Esto lleva directamente a la pregunta de cómo se regula la expresión de TSIX. En este
proceso participa el factor CTCF, que se une a una región de metilación diferencial llamada DXPas34
sólo cuando esa región está des-metilada. Dicha unión tiene dos posibles efectos: o bien impide la
acción de un enhancer sobre XIST (porque CTCF es un elemento aislador ó insulator); ó bien estimula la
transcripción de TSIX, con el consiguiente silenciamiento de XIST. En cualquier caso, en humanos no
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
14
se da la transcripción antisentido de TSIX sobre XIST, por lo que los mecanismos que regulan la
expresión monoalélica de XIST todavía permanecen oscuros.
Tras la elección, tiene lugar el proceso de iniciación del silenciamiento, seguida de otros cambios que
permiten mantener el estado silenciado. En este proceso, el ARN codificado por XIST recubre todo el
cromosoma y desencadena los cambios que caracterizarán al cromosoma X inactivo: metilación de las
islas CpG, desacetilación de las histonas, replicación tardía en la fase S, presencia de una histona
especial (macroH2A) en vez de H2A. Recientemente también se ha visto que la lisina 27 de la
histona H3 está metilada en el cromosoma X inactivo. En cambio, el ARN codificado por XIST no llega
a estabilizarse en el X que permanecerá activo, y finalmente el propio gen XIST se silencia y deja de
expresarse. Lógicamente, en un embrión XY sólo hay expresión baja y transitoria de XIST en el
cromosoma X de origen materno, que nunca se inactiva porque el mecanismo de contaje detecta la
presencia de un solo cromosoma X.
Figura 11.10 Este video sirve para ilustrar el proceso de inactivación del
cromosoma X. La inactivación comienza con la expresión del gen XIST,
cuyo ARNm recubre el cromosoma y desencadena una serie de cambios
que conducen a la heterocromatinización de todo el cromosoma. Sólo unos
pocos genes concretos escapan a la inactivación.
Mary Lyon también ha propuesto que la propagación del estado inactivado a partir del XIC se ve
facilitada por la presencia de elementos distribuidos a lo largo de todo el cromosoma X y que actuarían
como "estaciones repetidoras" del proceso de inactivación. Unos elementos que podrían cumplir esta
función son los LINE, que son especialmente abundantes en el cromosoma X respecto a los autosomas
(forman un 30% de la secuencia de este cromosoma). Además, al estudiar pacientes con translocaciones
entre el cromosoma X y un autosoma, se ha comprobado que la inactivación del X se propaga a los
autosomas pero sólo parcialmente, y que esta propagación es directamente proporcional a la riqueza en
LINEs de cada autosoma. La secuenciación del cromosoma X apoya esta hipótesis, ya que se ha
comprobado que los LINE se distribuyen a lo largo del X de manera coherente con la inactivación: son
especialmente abundantes en las zonas que flanquean el XIC y disminuyen en abundancia en las
regiones más distales del brazo corto, precisamente la región donde la inactivación es más débil.
Es muy importante tener claro que la inactivación del cromosoma X no es completa, es decir, no
afecta a todos los genes del cromosoma. De hecho, se estima que sólo un 65% de los genes presentes
en el cromosoma X se inactivan; un 20% de los genes se inactivan sólo parcialmente (es decir, no están
inactivados en todas las células) y un 15% escapan totalmente al proceso de inactivación. Esto
quiere decir que, para esos genes, existen dos copias funcionales en mujeres XX pero sólo existe una
copia en varones XY. Para evitar las diferencias de dosis génica en estos casos, algunos de estos genes
que escapan a la inactivación tienen un gen homólogo funcional en el cromosoma Y, lo que hace que
ambos sexos tengan la misma dosis génica funcional. Se piensa que el fenotipo de mujeres X0 con
Síndrome de Turner se debe precisamente a la disminución de dosis de todos o algunos de los genes
que escapan la inactivación, ya que estas pacientes sólo tienen una dosis funcional de estos genes
(cuando deberían tener dos).
Enfermedades de herencia ligada al cromosoma X
Al igual que las enfermedades autosómicas, las enfermedades ligadas al sexo pueden ser recesivas o
dominantes. Lo más habitual es encontrar enfermedades de herencia ligada al sexo recesivas, en las
que las mujeres portadoras son sanas. El árbol típico muestra únicamente varones enfermos,
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
15
habitualmente sin transmisión de la enfermedad de un padre a sus hijos varones. Se pueden dar 3
situaciones, cuyos cuadrados de Punnet se presentan a continuación. En primer lugar, la unión entre una
mujer portadora (Aa) y un varón sano (A—) dará lugar a un 50% de hijas homocigotas sanas y un 50%
de heterocigotas portadoras, mientras que el 50% de los hijos varones serán sanos y el otro 50% serán
enfermos. En el caso de uniones entre una mujer portadora sana (Aa) y un varón enfermo (a—), los
hijos varones tendrán los mismos riesgos que en el caso anterior (la mitad sanos y la mitad enfermos),
pero las hijas serán homocigotas (enfermas, por tanto) en el 50% de los casos y portadoras sanas en el
otro 50%. Por último, las uniones entre un varón enfermo (a—) y una mujer homocigota sana (AA) dan
lugar a una descendencia en la que todos los hijos son sanos y todas las hijas son portadoras sanas.
Como puede apreciarse, es importante distinguir las mujeres sanas que son homocigotas de aquellas
que son heterocigotas portadoras.
Ya hemos comentado que la inactivación del cromosoma X se realiza al azar en células somáticas, de
forma que toda mujer es, en el fondo, un mosaico con poblaciones celulares en las que se ha inactivado
un cromosoma X y poblaciones celulares en las que se ha inactivado el otro. Sin embargo, en algunas
circunstancias la inactivación puede ser preferencial, inactivándose el mismo cromosoma X en
todas las células. Esto sucede, por ejemplo, en casos de anomalías estructurales (deleciones o
duplicaciones) que afectan a uno de los cromosomas X, en cuyo caso suele inactivarse el cromosoma
anormal. En cambio, en individuos con translocaciones equilibradas entre el cromosoma X y un
autosoma se inactiva preferencialmente el cromosoma normal, ya que de lo contrario se produciría a una
monosomía parcial del autosoma implicado en la translocación. También se ha visto inactivación sesgada
en algunas familias con deleciones que afectan a XIST o a TSIX, así como en familias con mutaciones
que afectan al promotor de XIST. En algunos casos raros de enfermedades ligadas al sexo recesivas, la
inactivación preferencial del cromosoma X normal en mujeres portadoras (que
deberían ser
fenotípicamente sanas) puede dar a lugar a la aparición de la enfermedad, aunque habitualmente con
unas manifestaciones más leves.
La Distrofia Muscular de Duchenne (DMD) es quizás uno de los mejores ejemplos de enfermedad ligada
al sexo recesiva. Esta causada por mutaciones en el gen de la distrofina, localizado en Xp21, y afecta a 1
de cada 3.300 varones en todos los grupos étnicos. La ausencia de distrofina provoca la
desestructuración del Complejo Asociado a la Distrofina (DAC) del sarcolema y conduce a la
aparición de una degeneración muscular progresiva que suele terminar con la vida del paciente
alrededor de la tercera década de la vida. Como se recordará, el gen DMD es uno de los de mayor
tamaño conocido, lo que condiciona una alta tasa de nuevas mutaciones (en torno a 10—4 nuevas
mutaciones por generación). Alrededor del 60% de las mutaciones son deleciones (con tamaños que van
desde varias kilobases hasta una megabase), con un "punto caliente" (hot spot) de aparición de
deleciones en el exón 7. El resto de las mutaciones son deleciones pequeñas y mutaciones puntuales que
alteran el marco de lectura. La distrofia muscular de Becker es un fenotipo más leve causado por
mutaciones en el mismo gen, pero en este caso las mutaciones NO rompen el marco de lectura
(deleciones pequeñas y mutaciones puntuales con cambio de sentido).
Una enfermedad humana que muestra herencia recesiva ligada al cromosoma X es la hemofilia,
especialmente conocida por afectar a las familias reales europeas emparentadas con la reina Victoria de
Inglaterra, que era portadora sana de la enfermedad. En la primera parte de esta animación del DNA
Learning Center se ilustra el árbol genealógico de la Reina Victoria, identificando los varones enfermos
y las mujeres portadoras.
El árbol típico de las enfermedades con herencia ligada al sexo dominante muestra una estructura
similar al de las enfermedades autosómicas dominantes, con la peculiaridad de que nunca hay
transmisión padre-hijo, pero en cambio todas las hijas de los varones enfermos son heterocigotas
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
16
enfermas. Por el contrario, desarrollará la enfermedad el 50% de los hijos y el 50% de las hijas de una
mujer portadora y un varón normal. En general, los árboles suelen mostrar la presencia del doble de
mujeres enfermas que de varones enfermos, excepto en aquellos casos en que la enfermedad es letal en
varones. De todas formas, las mujeres suelen desarrollar formas más leves de la enfermedad, debido a
que el 50% de sus células habrán inactivado el cromosoma X portador de la mutación y expresarán el
alelo normal del gen implicado. Algunos ejemplos de estas enfermedades son el Síndrome de Rett, el
Raquitismo Hipofosfatasémico, o la Incontinencia Pigmentaria tipo 1 (enfermedad en la que sólo se ven
mujeres afectadas, probablemente por letalidad embrionaria en varones).
En la Figura 11.11 se muestran los pedigrís típicos de enfermedades
ligadas al sexo recesivas y dominantes. El pedigrí típico de las
enfermedades de herencia recesiva ligada al cromosoma X muestra pocos
individuos enfermos (todos varones) y un número elevado de mujeres
portadoras (heterocigotas, símbolos con el punto dentro). Por el contrario,
las enfermedades de herencia dominante ligada al cromosoma X (familia
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
17
inferior) muestran un patrón típico de enfermedad dominante y se
distingue por la ausencia de transmisión padre-hijo (por ejemplo, los
enfermos II-5 y III-2). Por lo que respecta al cálculo de riesgos en la
herencia ligada al sexo recesiva, es útil analizar los cuadrados de Punnet
que se generan en diversos tipos de matrimonios, como se explica en este
video.
Un patrón hereditario anómalo, dentro de las enfermedades ligadas al cromosoma X, es el que
presentan las familias con Síndrome del X Frágil. El estudio del árbol de una familia con esta
enfermedad pone de manifiesto un patrón de herencia dominante con penetrancia reducida en mujeres,
además de otros hechos que constituyen lo que se conoce como "paradoja de Sherman": 1) el riesgo
de transmisión de la enfermedad aumenta en sucesivas generaciones, y 2) se encuentran varones
normales que transmiten la enfermedad a todas sus hijas, que serán por tanto portadoras sanas. Como
hemos comentado en otro Capítulo, hoy en día sabemos que esta enfermedad está causada por la
expansión de un trinucleótido en el gen FMR1, con alelos que varían en el número de veces que está
repetido el trinucleótido. La presencia de premutación (rango de 50 a 230 repeticiones) no provoca
manifestaciones fenotípicas en los portadores (tanto varones como mujeres). La expansión de estos
alelos premutados sólo se produce por vía materna, y la probabilidad de que esto suceda depende de la
longitud del alelo premutado.
La Figura 11.12 ilustra la paradoja de Sherman, mostrando en un árbol los
riresgos de expansión a mutación completa dependiendo del tamaño de la
premutación y del sexo. En este pedigrí ideal podemos ver los distintos
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
18
riesgos de padecer Síndrome del X frágil, dependiendo del tamaño de la
repetición en la madre portadora que transmite la enfermedad.
Por ejemplo, en la genealogía de la Figura 11.12 se parte de una mujer sana con 50-55 repeticiones
que sufre una pequeña expansión a premutación en su hija (60-70 repeticiones), se puede estimar el
riesgo que tiene la descendencia de ésta última de sufrir expansión completa. Así, el 9% de los hijos
varones sufrirán expansión completa y por tanto tendrán la enfermedad, mientras que esto sucede
sólo en el 5% de las hijas. En el resto de las hijas la repetición se expande un poco dentro del rango de
premutación (de 60-70 a 70-90 repeticiones). Ahora, la riesgo de tener hijos enfermos es mayor, ya que
una premutación de 70-90 tienen mayor riesgo de sufrir expansión completa. En efecto, vemos que en
este caso el 40% de los hijos varones y el 16% de las hijas sufrirán la enfermedad. Si la repetición sigue
expandiéndose dentro del rango de premutación (por encima de 90 repeticiones), ahora el riesgo de
expansión completa es todavía mayor (50% para hijos y 20% para hijas). En la rama izquierda del árbol
se observa también un hecho interesante: la presencia de un varón sano que transmite la enfermedad.
Estos se denominan Varones Transmisores Normales (NTM = Normal Transmitting Male), y se
explican porque reciben un alelo con premutación que transmiten a su descendencia. En este caso, el
NTM ha recibido de su madre un cromosoma X con 70-90 repeticiones, por una pequeña expansión en
su madre. Este varón transmite su cromosoma X a sus hijas sin sufrir ninguna expansión, por lo
que ninguno de sus hijos ni hijas pueden padecer la enfermedad. Sus hijas, en cambio, sí que pueden
sufrir expansiones completas al transmitirlo, siendo el riesgo de que esto suceda dependiente del
tamaño de la repetición.
En general podemos afirmar que la expansión de pre-mutación a mutación completa tiene lugar en
menos del 20% de los alelos <70 repeticiones y en más del 70% de los alelos >90 repeticiones. Como
se recordará, la expansión a mutación completa va acompañada de hipermetilación del promotor del gen
FMR1, lo que provoca la ausencia de la proteína. Aunque la mutación provoca una pérdida de función del
gen, el fenotipo es dominante (basta un alelo con la mutación completa para desarrollar la enfermedad).
De hecho, la presencia de un cromosoma con mutación completa e hipermetilación se asocia con retraso
mental en todos los varones y en el 50-70% de las mujeres (por la inactivación del X, muchas células
habrán inactivado el cromosoma X mutado). Las mujeres que llevan un alelo con pre-mutación no suelen
desarrollar la enfermedad, pero tienen riesgo de sufrir expansión en su descendencia. Por el contrario,
los
varones
con
pre-mutación
—denominados
Varones
Transmisores
Normales
(NTM,
Normal
Transmitting Male)— transmiten el alelo premutado, sin sufrir expansión, a todas sus hijas (que serán
portadoras sanas), y —como es lógico— no lo transmiten a ninguno de sus hijos. Recientemente se ha
encontrado que estos varones desarrollan una enfermedad neurológica llamada FXTAS (síndrome de
temblor/ataxia asociado con el X-frágil) en las últimas décadas de la vida. Estos individuos muestran
inclusiones cerebrales con aumento del mRNA y de la proteína FMRP, además de otras proteínas como
laminina A/C. Esta enfermedad es un bello ejemplo de cómo la identificación del mecanismo molecular
genético ha permitido explicar una serie de fenómenos clínicos y hereditarios de difícil comprensión.
El cálculo de riesgos en las enfermedades de herencia recesiva ligada al cromosoma X, por tanto,
debe hacerse teniendo en cuenta que las mujeres portadoras (heterocigotas) son sanas pero los varones
hemicigotos (con una mutación en su único cromosoma X) son enfermos. En el caso de mujeres
portadoras, la mitad de sus hijos varones serán enfermos y la otra mitad sanos; de sus hijas, la mitad
serán portadoras y la otra mitad homocigotas sanas. Es característico que nunca hay transmisión de
padre enfermo a hijos varones, lo cual es muy importante para el consejo genético. En cambio,
todas de las hijas de un varón enfermo serán portadoras (sanas), pero ninguna será enferma. La
excepción a esta regla general es el matrimonio de un varón enfermo con una mujer portadora, lo cual
sucede a veces en casos de consanguinidad. En estos casos puede haber mujeres enfermas (heredan
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
19
dos mutaciones) e incluso transmisión de padre enfermo a hijo varón (aunque, en realidad, el hijo
hereda la enfermedad de su madre). Por lo que respecta a la herencia ligada al X dominante, el
matrimonio entre una mujer enferma (heterocigota) y un varón normal produce una descendencia con
riesgo de recurrencia en el 50% de los hijos y en el 50% de las hijas. En cambio, el matrimonio entre un
varón afectado y una mujer normal da lugar a un riesgo del 100% de recurrencia en las hijas (todas
heredan el cromosoma X paterno, que transmite la mutación), pero todos los hijos varones serán sanos.
Teorema de Bayes y su aplicación al cálculo de riesgos genéticos
En algunas situaciones, los riesgos de recurrencia calculados según los principios mendelianos pueden
ser matizados y precisados por información adicional acerca de esa familia. Por este motivo, el consejo
genético hace uso de la estadística bayesiana, derivada de la aplicación del teorema de Bayes. En su
formulación general, el teorema de Bayes dice que:
Esto significa que la probabilidad de un suceso A cuando se verifica una condición B (eso se representa
como "A sobre B") es igual a la probabilidad inicial del primer suceso, multiplicado por la probabilidad de
que la condición B se verifique en presencia del suceso A, dividido por la probabilidad total de la
condición B (que es el sumatorio de todos los posibles numeradores). Es decir, la probabilidad inicial ó
teórica de un suceso cualquiera puede ser modificada si se cumple alguna condición que afecta a ese
suceso, dependiendo de la probabilidad de esa condición y de la probabilidad de que cuando tal
condición se cumple se vea afectado el suceso inicial. Este tipo de análisis estadístico tiene aplicación en
muchos campos, pero en el caso concreto del consejo genético es especialmente útil en el cálculo de
riesgos de recurrencia de enfermedades recesivas ligadas al cromosoma X, en las que podemos incluir
información de tipo condicional. También es posible incorporar los datos del diagnóstico molecular para
matizar los riesgos de recurrencia calculados según los principios mendelianos, como veremos en
algunos ejemplos.
Quizás el ejemplo más sencillo de cómo utilizar la información derivada de árboles genealógicos para
modificar los riesgos iniciales sea el cálculo del riesgo de ser portador de una enfermedad
autosómica recesiva. Como sabemos por los principios mendelianos, cualquier hermano o hermana de
un afectado con una enfermedad autósomica recesiva, cuyos progenitores son portadores sanos, tiene
una probabilidad inicial del 50% de ser portador sano, 25% de ser homocigoto sano y 25% de ser
homocigoto enfermo. En cambio, puede darse el caso de que nos encontremos una familia en la uno de
los hermanos es sano, y claramente no ha desarrollado la enfermedad. En ese individuo, lógicamente,
podemos despreciar el 25% de probabilidad de ser enfermo, porque de hecho está sano. En efecto, sólo
hay dos posibilidades de ser hermano sano de un afectado por una enfermedad autosómica recesiva: o
ser portador (probabilidad inicial del 50%) o ser homocigoto sano (probabilidad inicial del 25%). De este
75% total, un 50% corresponde a la probabilidad de ser portador, luego el riesgo que tiene un hermano
sano de ser portador de la enfermedad no es 50%, como inicialmente cabría suponer, sino realmente
2/3. Esto, que se comprende modo intuitivo, supone realmente una aplicación del teorema de Bayes. En
efecto, la probabilidad (P) inicial de ser portador sano es ½ y de ser homocigoto sano es ¼, como
acabamos de ver. Establecemos la condición ("si el individuo es SANO") y calculamos la probabilidad
condicional para cada estado posible: en este caso, la probabilidad condicional es 1 (100%) siempre, ya
que tanto un portador sano como un homocigoto sano son sanos. Si hacemos una tabla en la que
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
20
indicamos las probabilidades bajo cada una de las dos posibles situaciones, obtenemos algo como lo que
se muestra a continuación. Un individuo portador tiene una probabilidad inicial (a priori) del 50% de ser
sano, y si cumple la condición de estar sano su probabilidad condicional (estar sano) es del 100% (P=1);
lo mismo puede calcularse para un homocigoto sano (probabilidades inicial y condicional de ¼ y 1,
respectivamente). A continuación se calcula la probabilidad combinada ó conjunta de que ambos sucesos
tengan lugar a la vez, es decir, se multiplican la probabilidad inicial y la condicional. La probabilidad
conjunta corresponde al término P(A) x P(B|A) de la ecuación anterior. Como vemos en la tabla, las
probabilidades conjuntas son 1/2 y 1/4, respectivamente, para el caso de ser portador sano o de ser
homocigoto sano:
Portador
Inicial
Condicional ("si es sano")
Conjunta
Final
Homocigoto (sano)
1/2
1/4
1
1
1/2
1/4
2/4 ÷ 3/4=2/3
1/3
La suma de todas las posibles probabilidades conjuntas (el sumatorio que está en el denominador de la
ecuación) es, en nuestro caso, 3/4 (1/2 + 1/4). Por tanto, la probabilidad final se calcula hallando el
cociente entre la probabilidad conjunta de cada situación y la suma de todas ellas. En nuestro ejemplo,
la probabilidad final de que el hermano de un enfermo con una enfermedad autosómica recesiva sea
portador de la misma, si es sano, es de (1/2) ÷ (3/4) = 2/3, y la probabilidad final de que sea
homocigoto sano es 1/3. Como se puede ver, los riesgos no siempre son algo fijo, sino que en ocasiones
pueden modificarse, a veces de manera sustancial, con la incorporación de nueva información.
El teorema de Bayes también se utiliza con frecuencia para calcular el riesgo derivado de pruebas
diagnósticas bioquímicas o moleculares, y puede combinarse con la información obtenida del árbol
genealógico. Por ejemplo, si se sabe que una enfermedad tiene una prevalencia de 1/100.000
individuos, la probabilidad inicial de padecerla es P(A)=10-5. Si una prueba diagnóstica es positiva en el
80% de los individuos enfermos y en un 5% de sanos (falsos positivos), podemos calcular la
probabilidad de que un individuo en el que la prueba es positiva realmente padezca la enfermedad. Para
esto, calculamos la probabilidad de tener alterada la prueba si uno está enfermo: P(B|A)=0,8.
Igualmente, la probabilidad de tener alterada la prueba si uno está sano es 0,05 (obsérvese el uso del
condicional para calcular las probabilidades condicionales). La probabilidad final de que un sujeto tenga
la enfermedad y además una prueba diagnóstica positiva es, por tanto, el producto de la probabilidad
inicial de enfermar multiplicado por la probabilidad condicional de tener alterada la prueba si está
realmente enfermo, dividido por la probabilidad de que el marcador esté alterado en general (la suma de
ambas probabilidades conjuntas):
Enfermo
-5
Sano
Inicial
10
0,99999
Condicional
0,8
0,05
Conjunta
0,8 x 10-5
0,0499995
Final
(0,8 x 10-5) ÷ 0.0500075 = 1.6 x 10-4
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
21
Obsérvese que hemos multiplicado por más de diez el riesgo inicial, en aquellos casos en los que la
prueba diagnóstica está alterada.
En cualquier caso, la situación en la que más se utiliza el teorema de Bayes en consejo genético es para
el cálculo del riesgo de ser mujer portadora en las enfermedades con herencia
ligada al X
recesiva, ya que en estos casos el riesgo puede modificarse sustancialmente. En estas familias es
importante identificar correctamente la mujeres portadoras obligatorias (aquellas que han tenido al
menos un hijo enfermo o una hija portadora) y asignar la información condicional correctamente, sobre
todo en el caso de estudios moleculares de análisis indirecto.
La Figura 11.13 ilustra la aplicación del teorema de Bayes al cálculo de
riesgos en enfermedades de herencia ligada al X recesiva, utilizando
algunos ejemplos prácticos.
En la Figura 11.13 se presenta un ejemplo de la aplicación del teorema de Bayes al cálculo de riesgos en
enfermedades recesivas ligadas al sexo. En primer lugar vemos un pedigrí en el que una mujer (III-2)
acude a consulta porque quiere saber el riesgo de ser portadora de distrofia muscular de Duchenne,
ya que un tío materno (II-3) y un primo (III-4) padecen la enfermedad. Lógicamente, este riesgo será
la mitad del riesgo de que su madre (II-2) sea portadora, por lo que primero hemos de calcular
éste. Podemos identificar dos portadoras obligatorias que han transmitido la enfermedad (I-2 y II-4).
Por tanto, el riesgo inicial de que II-2 sea portadora es 1/2, ya que su madre I-2 es portadora, y así
el riesgo de que III-2 sea portadora es la mitad del de su madre, es decir 1/4.
Ahora bien, en el pedigrí vemos que III-2 tiene dos hijos varones sanos, lo cual es poco probable si
realmente es portadora de la enfermedad. De hecho, la probabilidad de tener dos hijos varones sanos, si
realmente es portadora, es de 1/2 x 1/2, es decir 1/4. Esta nueva probabilidad puede incorporarse
como información condicional para calcular el riesgo, aplicando el teorema de Bayes como sigue:
III-2 portadora
Inicial
1/4
III-2 no portadora
3/4
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
Condicional
1/4
22
1
Multiplicando la probabilidad inicial por la condicional hallamos la probabilidad conjunta para cada una
de las dos hipótesis:
III-2 portadora
III-2 no portadora
Inicial
1/4
3/4
Condicional
1/4
1
Conjunta
1/16
3/4 (12/16)
La probabilidad final de que III-2 sea portadora es su probabilidad conjunta (1/16) dividido por la
suma de las dos probabilidades conjuntas (13/16), es decir, 1/13. Como vemos, el riesgo inicial baja
más de tres veces al incorporar la información condicional.
Es importante aplicar la información condicional al individuo correcto. Por ejemplo, si en esta
misma familia la mujer III-2 tuviese 2 hermanos sanos, como se muestra en la siguiente Figura, esta
información afectaría al riesgo de ser portadora de su madre (II-2):
La Figura 11.14 muestra cómo aplicar correctamente la información
condicional.
Aunque inicialmente II-2 tenía un riesgo de ser portadora de 1/2, la aplicación del teorema de Bayes lo
modifica:
II-2 portadora
Inicial
1/2
Condicional
1/4
Conjunta
1/8
Final
II-2 no portadora
1/8 ÷ 5/8 = 1/5
1/2
1
1/2 (4/8)
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
23
Por tanto, si la probabilidad de que II-2 sea portadora es ahora 1/5, el riesgo inicial de que III-2
sea portadora es la mitad del de su madre, es decir 1/10. La información adicional de sus dos hijos
sanos daría un riesgo final de ser portadora de 1/37:
III-2 portadora
III-2 no portadora
Inicial
1/10
9/10
Condicional
1/4
Conjunta
1/40
Final
1/40 ÷ 37/40 = 1/37
1
9/10 (36/40)
Enfermedades por alteración del ADN mitocondrial
El ADNmt presenta una serie de características genéticas que lo diferencian claramente del ADN nuclear:
Alta tasa de mutación: La tasa de mutación espontánea del ADNmt es unas 10 veces superior a la
del ADN nuclear. Por tanto, hay una gran variación de secuencias entre especies e incluso entre
individuos de una misma especie. En el hombre se ha calculado que dos individuos escogidos al azar
tienen como promedio 50-70 nucleótidos diferentes en su genoma mitocondrial. Además de estas
diferencias, en un individuo determinado se está produciendo continuamente, a lo largo de la vida,
una heterogeneidad en el ADNmt como consecuencia de las mutaciones que se están dando en las
células somáticas. Se ha propuesto que una acumulación de este daño mitocondrial pudiera ser la
causa de la disminución en la capacidad respiratoria de los tejidos que tiene lugar durante el
envejecimiento.
Poliplasmia y Segregación mitótica: En cada célula hay cientos o miles de moléculas de ADNmt. En
principio, todas las células de un individuo normal tienen moléculas idénticas de ADNmt, situación
que se denomina homoplasmia. Si en una célula aparecen dos poblaciones de ADNmt, una normal
y otra mutada, se dice que estamos en una situación de heteroplasmia.
Durante la división
celular, las mitocondrias —y, por tanto, las moléculas de ADNmt— se distribuyen al azar entre las
células hijas.
Efecto umbral: El fenotipo de una célula en heteroplasmia dependerá del porcentaje de ADN dañado
que exista en la célula; es decir, del grado de heteroplasmia de una mutación. Cuando el número
de moléculas de ADNmt mutadas es pequeño, el ADNmt normal es capaz de mantener la función
mitocondrial. Sin embargo, cuando el número de copias de ADNmt mutado sobrepasa un umbral
determinado, la producción de ATP puede llegar a estar por debajo de los mínimos necesarios para
el funcionamiento de los tejidos, llevando al desarrollo de patología mitocondrial. Es importante
tener en cuenta que los distintos tejidos pueden variar en el grado de homoplasmia o heteroplasmia
para un ADNmt mutado, lo que origina una gran variabilidad en la expresividad clínica de las
enfermedades mitocondriales. Por otra parte, los tejidos tienen distintas necesidades energéticas, y
el número de orgánulos y de moléculas de ADNmt es también diferente en cada tejido. Por tanto,
los órganos preferentemente afectados en las enfermedades mitocondriales son aquellos que
dependen en mayor grado de la producción de energía para su correcto funcionamiento.
Herencia materna: El ADNmt se hereda exclusivamente por vía materna. La pequeña cantidad de
genoma mitocondrial contenido en el espermatozoide raramente entra en el óvulo fecundado, y
cuando lo hace es eliminado activamente. El tipo de herencia matrilineal es bastante fácil de
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
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reconocer al examinar un árbol genealógico, y tiene importantes consecuencias en el consejo
genético (ver más adelante).
Por lo que respecta a las enfermedades humanas debidas a mutaciones del ADNmt, podemos dividirlas
en dos grandes grupos: enfermedades asociadas a mutaciones puntuales y enfermedades debidas a
alteraciones estructurales del ADNmt. Las enfermedades asociadas a mutaciones puntuales son
frecuentes, debido a la alta tasa de mutación del ADNmt. Actualmente se han descrito más de 50
mutaciones puntuales, que se localizan en los tres tipos de genes codificados en el ADNmt (ARNr, ARNt y
polipéptidos del OXPHOS). Según su efecto patogénico, distinguimos las mutaciones que originan el
cambio de un aminoácido por otro, afectando a alguno de los 13 genes codificantes de proteínas, y
las mutaciones que afectan a los genes de los ARNr ó ARNt, que tienen efectos globales en la síntesis
de las proteínas mitocondriales. Las enfermedades asociadas a alteraciones estructurales del
ADNmt pueden ser tanto deleciones más o menos grandes como, menos frecuentemente, inserciones
y/o duplicaciones. Hasta el momento se han descrito varios cientos de reordenaciones del ADNmt, que
—al contrario que las mutaciones puntuales— suelen ser esporádicas. Como regla práctica, podemos
decir que en aquellos casos que muestran herencia matrilineal ha de sospecharse la presencia
de mutaciones puntuales del ADNmt; en casos esporádicos, en cambio, son más frecuentes
las deleciones y/o duplicaciones. Si, por el contrario, se confirma un patrón de herencia
autosómico dominante, el estudio debe ir dirigido hacia la búsqueda de deleciones múltiples;
si fuese autosómico recesivo, deben buscarse depleciones del ADNmt.
La siguiente tabla muestra algunas de las mutaciones puntuales más
frecuentes en el ADN mitocondrial, incluyendo también una pequeña
deleción. Se indican, de izquierda a derecha, el tipo de mutación, el
cambio de aminoácido (cuando existe) y el gen afectado por la mutación.
Son especialmente frecuentes las mutaciones que afectan a los nucleótidos
11.778 y 14.484 (Neuropatía óptica hereditaria de Leber), al 8.993
(Síndrome de Leigh), al 3.243 (MELAS) y al 8.344 (MERRF).
La detección de mutaciones puntuales se realiza habitualmente por digestión de fragmentos de PCR
con enzimas de restricción sensibles al cambio de nucleótido introducido por la mutación. En cualquier
caso, resulta más fiable la detección mediante Southern del ADNmt digerido con enzimas de restricción
específicas para cada una de las mutaciones concretas, pero esto no siempre es posible y, por otra
parte, es más laborioso.
Las deleciones se encuentran siempre en heteroplasmia, aunque pueden llegar a constituir un
porcentaje muy alto de la población de ADNmt. Su determinación se hace fundamentalmente en biopsias
musculares, pero si la afectación es muy grave se pueden llegar a detectar también en sangre periférica.
Las deleciones se detectan con relativa facilidad por la técnica de Southern, que muestra poblaciones de
ADNmt de menor tamaño que el normal (16.569 pb). Se emplea habitualmente ADNmt digerido con
BamHI o con EcoRV, utilizando como sonda un gran fragmento de ADNmt obtenido mediante PCR de
largo alcance.
El diagnóstico de depleción del ADNmt se realiza también por hibridación Southern, comparando los
niveles de ADNmt con los de ADN nuclear.
La confirmación molecular de una alteración del ADNmt ayuda a establecer el diagnóstico de enfermedad
mitocondrial y el patrón de herencia matrilineal. Esto tiene una importancia capital desde el punto de
vista del consejo genético y el cálculo del riesgo de recurrencia de la enfermedad, ya que la herencia
matrilineal está caracterizada por la transmisión exclusivamente por vía materna. Esto hace que tenga
algunas características especiales: se afectan ambos sexos, pero los varones -enfermos o no- nunca
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
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transmiten la enfermedad, y sus descendientes (hijos o hijas) no son portadores; por otro lado, las
mujeres afectadas transmiten la enfermedad a toda su descendencia, de forma que todas sus
hijas tienen riesgo de transmitir y/o padecer la enfermedad, y todos sus hijos tienen riesgo de
padecerla.
La Figura 11.15 muestra un árbol genealógico típico de herencia
matrilineal. La figura muestra el pedigrí de una familia en la que se
transmite una enfermedad mitocondrial. Se observa un patrón de herencia
matrilineal, con transmisión siempre por vía materna: ningún varón
afectado transmite la enfermedad. Además, se pueden identificar cuatro
mujeres portadoras asintomáticas (flechas rojas), ya que —debido a los
distintos grados de heteroplasmia— con frecuencia las mujeres que
transmiten la enfermedad no lleguan a desarrollar el cuadro clínico
completo.
Las enfermedades mitocondriales pueden deberse a defectos en genes nucleares o a alteraciones del
propio genoma mitocondrial. La diferencia entre ambos tipos de procesos es importante porque los tipos
de herencia son diferentes y las implicaciones para el cálculo de riesgos pueden ser grandes. Dada la
importancia del metabolismo oxidativo, las enfermedades mitocondriales presentan gran variedad de
síntomas y signos, y suponen un problema diagnóstico importante. En general encontramos afectación
neuromuscular: neuropatía óptica, convulsiones, accidentes cerebrovasculares, mioclonías, neuropatía
periférica, ataxia, demencia, miopatías. De todas formas, los pacientes con enfermedad del ADN
mitocondrial pueden agruparse en tres categorías:
Raramente se presenta como un síndrome fácilmente identificable: MELAS (encefalopatía
mitocondrial con acidosis láctica y episodios de accidentes cerebrovasculares) muestra estatura
baja, sordera bilateral, diabetes, convulsiones, accidentes cerebrovasculares y encefalopatía en la
3ª o 4ª décadas de la vida. LHON (Leber hereditary optic neuropathy) muestran fallo visual
bilateral en la 2ª-3ª décadas. Otras presentaciones clásicas son la oftalmoplegia externa con o sin
ptosis, que aparece junto con una miopatía proximal en CPEO (chronic progressvie external
ophtalmoplegia) o con ataxia, sordera bilateral y defectos de conducción cardíaca en el Síndrome
de Kearns-Sayre. Otros síndromes son NARP (neurogenic weakness, ataxia, retinitis pigmentosa)
y MERRF (epilepsia mioclónica y ragged-red-fibers o fibras musculares rojas deshilachadas).
Un segundo grupo de pacientes tienen una constelación de datos clínicos que sugieren enfermedad
mitocondrial, pero no encajan en ninguno de los síndromes citados. Por ejemplo, son típicos los
casos de estatura baja con sordera neurosensorial bilateral, oftalmoplegia con ptosis, diabetes y
migrañas. Es necesario un estudio neurológico exhaustivo, y la asociación de cualquiera de estos
datos con miopatía o signos de afectación neurológica central hace el diagnóstico de enfermedad
CAPÍTULO 11: GENÉTICA CLÍNICA
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mitocondrial muy probable. Sin embargo, lo más habitual es que estos pacientes sean estudiados
para descartar gran cantidad de enfermedades neurológicas hereditarias autosómicas (alguna forma
de ataxia espinocerebelosa, estadíos iniciales de la enfermedad de Huntington, síndrome de Usher,
Charcot-Marie-Tooth) antes de que se llegue a pensar en enfermedad mitocondrial. Un diagnóstico
común en estos pacientes es el de “myastenia congénita”.
El último gran grupo de enfermos es el más difícil de definir, y está constituído por pacientes con
síntomas aislados que -después de un estudio exhaustivo- terminan achacándose a patología
mitocondrial. Por ejemplo, un cierto porcentaje de accidentes cerebrovasculares juveniles son
resultado de patología mitocondrial, pero además la presentación a menudo es extra-neurológica:
cardiomiopatía hipertrófica, enfermedad tubular renal, hipoparatiroidismo, insuficiencia suprarrenal,
diabetes, disfagia. La sordera familiar neurosensorial progresiva es frecuentemente debida a
patología mitocondrial, como demostró el grupo de Xavier Estivill en 70 familias españolas con la
mutación del nucleótido 1555.
Entre las pruebas diagnósticas que resultan útiles para llegar al diagnóstico de patología mitocondrial,
contamos con las siguientes:
Investigaciones generales: habitualmente, estos pacientes han sido sometidos a gran catidad de
tests. Es necesario ver la función cardíaca, test de tolerancia a glucosa, nivel de lactato en sangre
(es más específico en el líquido cefalo-raquídeo), electroencefalograma para detectar encefalopatía
subaguda, TAC cerebral (es común la calcificación bilateral de ganglios basales).
Investigaciones
específicas:
detección
de
alteraciones
en
el
ADN
mitocondrial,
tanto
reordenamientos (deleciones, duplicaciones) como mutaciones puntuales. Lo más habitual es que
las mutaciones estén en heteroplasmia, y esto determina la expresividad fenotípica (habitualmente
es necesario >85% de ADNmt mutado para que se manifieste la enfermedad). Las mutaciones
letales sólo pueden estar en heteroplasmia, pero en general el porcentaje de heteroplasmia varía en
distintos órganos en un mismo individuo e incluso también con la edad, de ahí la enorme
variabilidad clínica. En algunas entidades es relativamente sencilla la detección molecular: por
ejemplo, hay 3 mutaciones que en conjunto explican el 95% de los pacientes con LHON. En cambio,
las deleciones responsables de los síndromes de CPEO o Kearns-Sayre no son detectables en
sangre, por lo que los resultados negativos han de ser interpretados con cautela. En estos casos, la
biopsia de músculo esquéletico es la piedra angular para el diagnóstico de patología mitocondrial:
por un lado, la detección histoquímica de fibras deficientes en COX y en otros complejos de la
cadena respiratoria confirma la afectación mitocondrial; además, los estudios moleculares en ADN
muscular confirman la presencia de deleciones o de mutaciones puntuales.