LA GENÉTICA Y LA ENFERMEDAD DE ALZHEIMER.

Jordi Pérez-Tur
Clínica Mayo de Florida

Resumen.

La enfermedad de Alzheimer es una de las "plagas" de la sociedad moderna. El número de personas que la padecen directa o indirectamente, así como el enorme gasto sanitario que produce, son temas recurrentes en las páginas de información general. Durante los últimos años hemos asistido a una minirrevolución científica con relación a esta enfermedad. Gran parte de esta revolución es debida al "éxito" de la estrategia genética para el estudio de la enfermedad y comenzó con la descripción de mutaciones en el gen de la proteína amiloide, el principal componente de una de las lesiones a través de las que se manifiesta la enfermedad. A partir de ese momento, un creciente número de laboratorios ha ido expandiendo nuestro conocimiento sobre esta proteína y sobre los mecanismos que parecen estar en juego en la enfermedad. Algunos años más tarde, otros genes fueron descubiertos también por su relación con la enfermedad y, nuevamente, un impresionante número de grupos han sido capaces de disecar parte del proceso que parece llevar a la aparición de la enfermedad. Con todo, aún se está lejos de los objetivos iniciales, ser capaces de detectar la enfermedad de manera precoz, en estadios pre-clínicos si ello fuera posible, y, sobre todo, ser capaces de establecer estrategias terapéuticas que detengan e, idealmente, reviertan el avance de esta enfermedad. Es de esperar que la contribución de la genética molecular, tan importante hasta el presente, se mantenga en el futuro mediante la aplicación de nuevas técnicas moleculares y estadísticas.

 

1. Breve introducción histórica.

Hace aproximadamente 100 años, una serie de psiquiatras empezaron la descripción de lo que ahora se conoce como la enfermedad de Alzheimer (EA), G. Perusi, E. Sarteschi o F. Bonfiglio entre ellos. Aunque fue Alois Alzheimer quien describió con mayor detalle las características patológicas de este síndrome tomando como base el caso de Auguste D., otros autores describieron los síntomas clásicos de la enfermedad. Fue Emil Kraepelin, director del departamento de psiquiatría de la Universidad Ludwig-Maximilians en Munich y superior de Alzheimer, quién se refirió por primera vez a la enfermedad haciendo famoso el apellido de su subordinado.

1. Lesiones típicas de la EA.
   Las características clínicas de la enfermedad son de sobra conocidas en este foro por lo que no entraré en su descripción. A nivel patológico, la EA presenta dos tipos de lesiones. Las placas seniles, o depósitos de amiloide, y los ovillos neurofibrilares, formados básicamente por la proteína tau.

   Las placas seniles son depósitos congofílicos extracelulares en los que el principal componente es el péptido Ab . Este péptido tiene una longitud variable, entre 39 y 43 aminoácidos, y es un producto natural del metabolismo de la PPA (proteína precursora del amiloide). La síntesis de la PPA se realiza de manera ubicua en el cerebro y no parece guardar una correlación especifíca con la distribución de las lesiones cerebrales. El precursor se localiza, principalmente, en la membrana plasmática, con la mayor parte de su secuencia orientada hacia el espacio extracelular. La PPA es una proteína que presenta diferentes isoformas que son producidas a partir del procesado alternativo del ARNm mediante la eliminación de diversos exones. A pesar del tiempo que se lleva estudiando, aún se desconoce la función de la PPA en la célula. Se sabe que su expresión se ve aumentada durante fenómenos de estrés celular, aunque se desconocen los mecanismos que inducen este aumento o su relación con el desarrollo de la enfermedad.

   La PPA es procesada mediante la acción de diversas proteasas siguiendo dos procesos que compiten por la misma parte de la proteína (figura 1). En lo que es la vía más común, una proteasa, conocida como a -secretasa, corta la PPA de manera que libera un fragmento extracelular, soluble, de uno 695 aminoácidos (figura 1). La parte que queda integrada en la membrana es posteriormente procesada mediante la acción de una segunda enzima, ?-secretasa, que libera la parte carboxilo-terminal de la proteína, posiblemente dentro de vesículas lisosomales para su posterior degradación. Esta vía es conocida como vía no amiloidogénica, puesto que la acción de la a -secretasa previene la formación del péptido Ab , con lo que se impide la formación de depósitos. Sin embargo, una parte de la PPA es procesada de manera diferente (figura 1). Otra secretasa, b -secretasa, corta la PPA liberando un fragmento C-terminal más largo que, tras ser procesado por la g-secretasa, libera el péptido Ab . Este péptido tiene una solubilidad limitada y forma autoagregados que constituyen las fibrillas insolubles que se encuentran en los depósitos amiloides. La acción de la b - y g-secretasas produce diversos tipos de péptidos. La forma más común, relativamente soluble, tiene 40 aminoácidos (Ab 40), mientras que otras formas menores tienen una longitud de 42 ó 43 residuos (Ab 42(43)). Estas últimas son mucho más insolubles que las primeras y forman fibrillas con unas características cinéticas muchos más rápidas.

   

   Además de las placas seniles, los ovillos neurofibrilares también son estructuras características de la enfermedad de Alzheimer, si bien no son exclusivos de ésta. En efecto, diversas enfermedades neurodegenerativas, como la parálisis supranuclear progresiva (PSP), la demencia acompañada de parkinsonismo que se da entre los indios de Guam, o la demencia de tipo frontotemporal (DTF), presentan algún tipo de estructura relacionado con estas. Se componen de agregados de proteínas tau formando filamentos helicoidales que precipitan en el interior de la célula y causan su muerte. El gen que codifica para esta proteína se encuentra en el cromosoma 17 y produce un ARNm que se procesa dando lugar a hasta 6 isoformas diferentes. Estas isoformas se diferencian entre si en la presencia o la ausencia de los exones 2, 3 y 10, combinaciones de estos exones son las que originan las 6 isoformas. El tipo de isoforma que agrega en cada tipo de enfermedad neurodegenerativa es relativamente específico (para una revisión más detallada ver ), así mientras en la EA las 6 isoformas forman parte de los ovillos neurofibrilares, en la PSP solamente se observan las isoformas que contienen el exon 10 .

   Tau tiene como función el facilitar la polimerización de la tubulina en la célula de manera que se formen los microtúbulos que le dan su forma al mismo tiempo que facilitan el transporte de las diferentes vesículas a nivel intracelular. En los ovillos neurofibrilares la agregación de tau se produce debido a que ésta sufre una fosforilación irreversible que impide su función normal a la vez que facilita su autoagregación en fibrillas.

   Pero tanto las placas seniles como los ovillos neurofibrilares, además de estar formados por el péptido Ab o la proteína tau, presentan otros componentes. Así en los depositos extracelulares se encuentra la a -2-macroglobulina, la apolipoproteína E, y otras.

2. Las causas de la enfermedad: ¿Ab o Tau?
   Evidentemente uno de los principales interrogantes que esta enfermedad despierta es el de su origen. Durante los últimos años, dos han sido las escuelas de pensamiento mayoritarias. Por una parte se encuentran aquellos para los que la producción del péptido Ab en cantidades mayores de las normales se encontraba en el origen de la enfermedad. Para esta corriente, los ovillos neurofibrilares aparecerían como consecuencia del daño infligido a la neurona por el péptido Ab . Otra corriente sugiere que es la hiperfosforilación de las proteínas tau y su posterior deposición, la responsable última de la enfermedad. Aunque ambas escuelas tienen sus puntos a favor y en contra, actualmente se tiende a aceptar un papel central para la producción de cantidades excesivas del péptido amiloide entre las causas primeras de la enfermedad. El reciente trabajo en las demencias de tipo frontal, en las que se han descubierto mutaciones en el gen de tau, sirve para reforzar este modelo. Mientras en la EA la aparición de ovillos neurofibrilares parece ser un fenómeno secundario que se da como respuesta a la aparición de depósitos amiloides (aunque posiblemente no como consecuencia directa de éstos) en la DFT, la aparición de depósitos intracelulares de proteínas tau es debida a la presencia de mutaciones en este gen.
   
   Sin embargo es importante señalar que, incluso si la teoría que postula un papel central para el péptido amiloide (también conocida como "cascada amiloide") es cierta, la unica correlación establecida inequívocamente entre la enfermedad y las lesiones patológicas se da con los ovillos neurofibrilares. Efectivamente, a mayor número de lesiones neurofibrilares se corresponde un mayor grado de demencia, mientras que no existe una correlación tan clara con la aparición de depósitos extracelulares.

 

2. ¿Enfermedad de Alzheimer o enfermedades de Alzheimer?

Una de las cuestiones que han despertado interés desde siempre ha sido la de la homogeneidad de la enfermedad. Entre aquellos que siguen una práctica clínica, es evidente que en sus estadios iniciales, la EA no aparece como un síndrome de diagnóstico sencillo, y esto es así, en parte, porque no se presenta de una manera uniforme. Aunque la mayoría de los casos presentan quejas relacionadas con la memoria, no en todos los casos este es el sintoma inicial. Del mismo modo no todos los pacientes presentan el mismo tipo de afasia o apraxia, ni con el mismo grado de deterioro. Este tipo de diferencias clínicas encuentran, a menudo, su reflejo en el estudio patológico del cerebro. Ciertos centros son más vulnerable que otros, y aunque el hipocampo se encuentra siempre afectado, no es extraño observar diferencias importantes en cuanto al número y a la distribución de lesiones. Sin responder claramente a fenómemos clínicos distintos, se han establecido ciertas clasificaciones de enfermos de Alzheimer, las principales clasifican a los enfermos en base a la edad de inicio de la enfermedad o a la existencia o no de antecedentes familiares. Así se considera EA de inicio presenil (o precoz) si los primeros síntomas aparecen con anterioridad a los 65 años, en el caso contrario, se considera de inicio senil (o tardío). Por lo que respecta a la existencia de historia familiar de la enfermedad, los enfermos se clasifican en esporádicos si no existen antecedentes familiares de la enfermedad o familiares si, por el contrario, se dan estos antecedentes.

En general, estas clasificaciones no son excluyentes, así es posible encontrar casos familiares de incio tardío de la misma manera que casos esporádicos de inicio precoz (o presenil). De cualquier manera, la mayor parte de los enfermos se considera que pertenecen al grupo de inicio tardío sin antecedentes familiares. Ahora bien, esta última característica debe ser tomada con una cierta precaución. Aunque desconocemos las causas de la enfermedad, estudios epidemiológicos han demostrado la existencia de dos factores de riesgo importantes. Por un lado la edad avanzada, por otro la existencia de antecedentes familiares. El que en un número importante de casos la EA aparezca de manera esporádica puede reflejar, simplemente, el fallecimiento de otros miembros de sus respectivas familias que podrían haber manifestado la enfermedad en el supuesto de haber vivido el suficiente tiempo.

3. La genética como instrumento de estudio de la EA.

Como he señalado antes, la mayor parte de los pacientes de EA parecen carecer de antecedentes familiares. Sin embargo en una pequeña parte la enfermedad aparece de manera hereditaria, siguiendo un modelo autosomal dominante de transmisión y ocasionando un debut precoz de los síntomas. La existencia de este tipo de formas ha permitido aplicar con éxito técnicas de genética molecular al estudio de esta enfermedad. Hasta el momento, 3 genes se han identificado mediante el estudio de estas formas familiares de inicio precoz, mientras que un cuarto se determinó mediante el estudio, más laborioso, de formas de inicio tardío de transmisión más incierta (ver más adelante). Finalmente, un nuevo gen ha sido descrito recientemente aunque su importancia se encuentra sujeta a discusión por diferentes grupos.

En los próximos apartados discutiré brevemente la significación de cada uno de estos descubrimientos. A continuación haré una pequeña revisión de la identificación del mayor factor de riesgo genético para la enfermedad de Alzheimer para finalizar con un resumen de los últimos acontecimientos así como de otros genes que podrían estar implicados en la enfermedad.

3.1 El gen de la PPA.

Uno de los primeros "éxitos" en la búsqueda de genes que estuvieran en el origen de la EA fué el descubrimiento en 1987 de ligamiento genético al cromosoma 21 . Esto fue importante por cuanto que se sabe que individuos aquejados del síndrome de Down, o trisomía del cromosoma 21, desarrollan en su mayoría lesiones neuropatológicas que son similares a las de la EA si bien a edades más tempranas. Esto se asocia claramente a la presencia de una copia adicional del cromosoma 21 y, dentro de este, a la existencia del gen de la PPA en él . Sin embargo, toda la excitación producida cuando se describió este locus pareció desvancerse cuando un análisis posterior descubrió que una parte importante de las familias que se suponían ligadas al cromosoma 21 no lo eran . Sin embargo, en 1991 el grupo dirigido por John Hardy demostró definitivamente que el gen que codifica la PPA es el gen que causa la EA en un reducido número de familias . Las razones que produjeron la confusión que dominó el estudio genético de la EA se debieron a la relativa falta de sofisticación con que se contaba en la época para disecar claramente el efecto genético, así como a la existencia de una cierta candidez en la forma en la que se contemplaba la enfermedad.

Estos primeros análisis se realizaron agrupando un cierto número de familias que, se consideró entonces, deberían ser homogéneas puesto que todas ellas presentaban una EA familiar de inicio presenil y con origen genético. Sin embargo, como se demostró posteriormente, este no fué el caso. Además, aunque no todas las familias estuvieran ligadas al cromosoma 21, aquellas que en realidad no lo eran produjeron unos resultados no concluyentes, posiblemente un error de tipo I (falso positivo) lo que contribuyó a aumentar la confusión.

El número de familias que presentan mutaciones en el gen de la PPA es reducido. Se considera que entre el 5-10% de las formas familiares de inicio precoz son debidas a este tipo de mutaciones. Sin embargo, han permitido centrar la investigación científica en el péptido Ab . Todas las mutaciones descritas hasta el momento, se encuentran localizadas en o alrededor de, la secuencia de este péptido en el precursor (figura 2). Estudios de biología celular han demostrado que, aunque a través de mecanismos ligeramente diferentes, todas estas mutaciones provocan un desajuste en el procesamiento del precursor de manera que, como producto final, se produce más Ab 42(43) del que aparecería en ausencia de las mutaciones .

3.2 La hipótesis de la cascada amiloide.

El descubrimiento de que las mutaciones tenían como resultado final el aumento en la concentración del péptido Ab , condujo a la proposición de la hipótesis que se conoce como "cascada amiloide". Según esta teoría, la producción excesiva del péptido Ab (especialmente la producción del Ab 42(43)) conduciría a la formación de depósitos extracellares de substancia amiloide en forma de placas seniles. Estos depósitos resultarían tóxicos para las células que entrarían en contacto con ellos y conducirían a la formación de ovillos neurofibrilares y, posteriormente a la muerte celular y la aparición de la demencia. Esta teoría, propuesta al principio de los años 90, se ha mantenido hasta hoy aunque con ciertas modificaciones. Aún siendo la hipótesis mayormente aceptada, posiblemente a falta de alternativas convincentes, se queda un paso corta. La hipótesis de la cascada amiloide no explica el verdadero origen de la enfermedad, puesto que no ofrece ninguna explicación de los mecanismos que pueden producir el aumento en la producción de Ab , excepto en los casos genéticos con mutaciones en la PPA.

3.3. Ligamiento a un nuevo locus.

Poco tiempo después del descubrimiento de mutaciones en el gen de la PPA, un nuevo locus fue identificado. En un grupo de familias bastante numeroso, se obtuvo ligamiento genético con marcadores situados en el cromosoma 14 . Un detalle diferenció este descubrimiento del acontecido años antes en el cromosoma 21. De manera inmediata, quedó claro que el número de familias afectado por este locus era mucho mayor comparado con las familias ligadas al cromosoma 21 e incluso se propuso que el nuevo gen sería responsible del 80% de las formas familiares de inicio precoz. Sin embargo, somo se vería más adelante, esta apreciación era incorrecta y se basó en un problema de selección de la muestra. Los diferentes grupos, en su búsqueda de familias en las que la EA apareciera de forma hereditaria, seleccionaron aquellas de transmisión autosomal dominante con una edad de inicio relativamente temprana, y constante dentro de cada familia. Esto introdujo un sesgo en la población estudiada que se tradujo en la obtención de conclusiones erróneas.

3.4. Descubrimiento de Presenilina 1

La obtención de ligamiento al cromosoma 14 produjo el inicio de una carrera por encontrar el nuevo gen. Descubrimiento que se produjo en el año 1995, cuando el esfuerzo colaborativo dirigido por Rudy Tanzi y Peter St George-Hyslop condujo, mediante técnicas de clonaje posicional, a la identificación de un nuevo gen, inicialmente conocido como S182 (derivado del nombre del clon estudiado) y posteriormente "rebautizado" como Presenilina-1 (PS1), puesto que estaba en el origen de formas precoces de la enfermedad.

Sobre este nuevo gen, figura 3, se conocía muy poco. La estructura se dedujo mediante el uso de programas de modelado que, tomando en cuenta la estructura primaria de la proteína, determinaron las probabilidades de que diferentes sectores de la proteína estuvieran integrados en membranas o fueran solubles. Después de cierta discusión quedó claro que PS1 contaba con entre 8 y 9 dominios transmembrana y con dos regiones hidrofílicas que se orientaban hacia el citosol. Poco después de que se anunciara el clonaje de este gen, más de 30 mutaciones se describieron en otras tantas familias .

 

La función de este nuevo gen aún se desconoce. Su homología con proteínas de la familia Notch/lin-12 indican que tiene un papel importante en la transducción de señales. Así mismo, la producción de ratones nulos (knock out, animales en los que se inactiva el gen endógeno de manera que los decendientes no los produzcan) puso en evidencia que se trataba de un gen fundamental durante el desarrollo. Aquellos animales homozigotos para el gen inactivado morían in utero, después de sufrir hemorragias cerebrales intensivas acompañadas con una desorganización casi completa de las somitas que deberían dar lugar a las partes inferiores del esqueleto.

Poco más se conoce de este gen. Aparentemente, interviene también en procesos de apoptosis, y sufre un procesamiento que produce dos fragmentos. Este procesamiento se da de manera natural y es un proceso regulado. Un aumento en la cantidad de ps1 producido por las células, in vitro, no se acompaña del aumento en la concentración de los fragmentos.

Al contrario de lo que ocurre en la PPA, en PS1 se han descrito mutaciones en todos los dominios de la proteína. En la actualidad más de 50 mutaciones diferentes se han encontrado en diversas familias. El lugar en el que se encuentran las mutaciones no parece estar relacionado con las características clínicas de la enfermedad ni con su edad de aparición. La mayor parte de las mutaciones provocan un cambio en la estructura primaria de la proteína. Hay dos excepciones a esta regla. Por un lado, la mutación conocida como D 9, por el otro la mutación recientemente descrita por el grupo de Cristine van Broeckhoven que provoca la aparición de un codón de parada de la traducción en la forma madura de la proteína . D 9 se ha descrito en familias de origen diverso. Además de la familia inglesa descrita originalmente en nuestro laboratorio, familias de origen japonés, australiano y finlandés también se describieron. Esta mutación presenta como característica la eliminación del exón 9 de la proteína sin modificar el cuadro de lectura, lo que produce la eliminación del sitio de procesado y, por lo tanto, la eliminación de los fragmentos correspondientes. Una característica notable de esta mutación es la aparición, en casi todas las familias de "spastic paraparesis", un fenotipo que no parece darse con ninguna otra mutación. Otra particularidad de esta mutación es la aparición de depósitos de amiloide diferentes de los clásicos. En el caso de una familia finlandesa descrita por nuestro grupo, los depósitos amiloides encontrados en el parénquima son distintos a los típicos del Alzheimer . Estos depósitos no se tiñen con Congo rojo, no poseen Ab 42(43), se pueden observar en tinción hematoxilina-eosina, y ocupan una superficie mucho mayor de lo habitual. Aunque descritos inicialmente en esta familia particular, examen detallado de tejido procedente de otras familias puso de relieve su presencia en éstas junto a la aparición de las placas seniles clásicas (David Mann, comunicación personal). Esta evidencia supone la primera prueba, bien que en una única familia, de que la presencia de depósitos amiloides no es necesaria para la aparición de la EA.

Aunque la relación entre PS1 y la EA no parece clara, hay que señalar que estudios realizados a partir de fibroblastos y del plasma de pacientes que heredaron mutaciones en este gen demuestran que el efecto de dichas mutaciones es el de aumentar la concentración de Ab 42(43) en plasma . Así pues, aunque se desconoce el mecanismo por el que PS1 ejerce su efecto en la EA, mutaciones en la proteína producen el mismo efecto que mutaciones en la PPA. Así pues, el único pnto común de las mutaciones genéticas es el aumento en la síntesis del componente principal de los depósitos de amiloide.

3.5. Presenilina 2.

Poco después del descubrimiento de PS1, y gracias al avance del proyecto de secuenciación del genoma humano, se produjo el descubrimiento de un tercer gen responsible de formas familiares de la enfermedad de inicio temprano. Este gen se identificó primero mediante la búsqueda, en las bases de datos públicas, de secuencias homólogas a las de PS1. Esta búsqueda produjo como resultado la identificación de un gen que presentaba una homología con PS1 superior al 80% en algunas partes. El nuevo gen, que se conoce como presenilina-2 (PS2), también provoca la EA cuando mutado, y también lo hace a través del mecanismo común a PPA y PS1, mediante el aumento de la concentración de Ab 42(43) , aunque el número de mutaciones descrito hasta la fecha en este gen es mucho menor (4) que en PS1. En cualquier caso, es importante señalar que todas las mutaciones que causan la EA, ya se den en PS1 o en PS2, afectan residuos que son conservados entre las dos proteínas y también se conservan entre diferentes especies animales, desde el ratón hasta el gusano C. elegans. Este grado de conservación de los diferentes residuos a lo largo de la escala filogenética da cuenta de la importancia que dichos aminoácidos deben tener para la función de la proteína.

Al igual que PS1, PS2 está formado por 8-9 dominios transmembrana, se localiza en el retículo endoplasmático con los dominios hidrofílicos orientados hacia el citoplasma. La homología entre PS1 y PS2 se centra, especialmente, en los dominios transmembrana. El dominio amino terminal así como el dominio situado entre los exones 8 y 10 presentan el menor grado de homología y se supone que es donde reside la especificidad funcional de cada proteína.

3.6. ¿Existen más genes relacionados con la EA familiar de inicio temprano?

El descubrimiento de mutaciones en PPA, PS1 y PS2 parece haber puesto fin a la búsqueda de genes relacionados con la EA en formas familiares. Esto es debido, como he mencionado antes, a cierto tipo de familias no fueron seleccionadas puesto que el criterio de selección fue extremadamente estringente. Actualmente diversos grupos, entre los que se encuentra nuestro laboratorio, están interesados en la colección de nuevas familias con criterios menos estrictos. Simultáneamente, gran parte del estudio genético se está trasladando al análisis de las formas de inicio tardío, bien formas familiares de transmisión Mendeliana, bien casos en los que la enfermedad no parece tener un componente familiar. En este sentido, es importante señalar que la influencia de los genes va a ser fundamental en determinar quién es susceptible a desarrollar la enfermedad. Esto no quiere decir que la EA sea una enfermedad puramente genética. Al igual que en otras muchas afecciones, el componente genético va a jugar un papel determinante en la forma en la que cada individuo va a responder a los diferentes factores que la causan.

 

4. Enfermedad de Alzheimer a debut tardío.

Como acabo de indicar, la EA forma parte de las enfermedades denominadas "complejas". Se supone que diversos factores genéticos deben intervenir simultáneamente para determinar quién la sufre. Debido a la avanzada edad de inicio, es extremadamente difícil conseguir familias que puedan ser analizadas de manera similar a las formas familiares de inicio precoz. Normalmente es necesaria la colección de individuos pertenecientes a varias generaciones lo que raramente puede suceder con enfermedades de la vejez. En estos casos es relativamente sencilla la identificación y colección de parejas de hermanos. Este tipo de muestras, permiten determinar qué regiones del genoma aparecen compartidas frecuentemente en los enfermos mientras que no se dan en los hermanos no afectados.

4.1. Apolipoproteína E

Sin embargo, el primer gen asociado a las formas tardías de la enfermedad fué identificado en una muestra familiar mediante la aplicación de un nuevo método, en la época, de análisis genético . El gen identificado posteriormente resultó ser el de la apoliproteína E (APOE). Esto resulto ser una relativa sorpresa puesto que sobre este gen, a diferencia de aquellos relacionados con las formas de inicio temprano, se conocían bastantes cosas. Su principal función es el transporte del colesterol entre órganos y dentro de un mismo órganos. Se sintetiza principalmente en el hígado, aunque el cerebro es el segundo centro de síntesis. En éste parece claro que se sintetiza en células gliales, aunque el grupo dirigido por Allen Roses mantiene que la síntesis en neuronas es posible. La relación entre APOE y EA se establece mediante la sobrerrepresentación de una de las isoformas comunes de la proteína en el grupo de enfermos . De las tres isoformas mayores, conocidas como E2, E3 y E4 (los alelos que las codifican se conocen como e 2, e 3 y e 4 respectivamente), E4 se encuentra frecuentemente asociada a la aparición de la enfermedad. Aquellos individuos que poseen al menos una copia de esta isoforma presentan un riesgo por la enfermedad que, según el estudio, es entre 3-8 veces el de aquellos individuos que no poseen ninguna copia.

Aunque el papel de la APOE en la EA no parece claro, es conocido desde 1991 que la transcripción del gen se ve aumentada en respuesta al estrés producido en las células , posiblemente para mediar la recuperación del colesterol liberado por las células que mueren. Además, existe un efecto de dosis que pone en evidencia su relación biológica con el proceso neurodegenerativo. Así comparando los individuos en función del número de alelos e 4 que portan (0,1 ó 2) se observa que a mayor número de alelos e 4 se corresponde una edad de inicio más temprana a la vez que se observa una mayor densidad de depósitos amiloides en el cerebro .

Al contrario de lo que sucede con las mutaciones que causan las formas familiares de la EA de inicio precoz, la presencia de uno o dos alelos e 4 no significa que la EA vaya a aparecer. El valor predictivo de este test no es suficiente como para garantizar su utilización rutinaria. Algunos autores consideran útil su utilización como confirmatorio del diagnóstico. Sin embargo no se puede olvidar que ciertos casos que presentan un resultado positivo serán debidos a otros factores, de la misma forma que casos que no presentan ninguna copia de este alelo deben ser también considerados como EA.

El problema de la especificidad del genotipo APOE en cuanto a ensayo diagnóstico deriva del elevado número de individuos que, a pesar de contar con al menos una copia de este alelo, no desarrollan la enfermedad así como de la proporción de enfermos que no poseen ninguna copia. Recientes estudios han añadido algunos elementos nuevos que pueden ayudar a explicar estas diferencias. En estos estudios ha quedado demostrado que el genotipo APOE aún siendo importante, no parece ser el único determinante de la aparición de la enfermedad. En un análisis del nivel de expresión de los diferentes alelos de la APOE en tejido procedente de casos y de controles con idéntico genotipo (e 3/e 4), Lambert y colegas demostraron que existía una sobreexpresión del alelo e 4 en los enfermos . Esto junto a la identificación de nuevos polimorfismos en la región que controla la expresión del gen , sugiere que otros factores localizados en las proximidades del gen, influencian el riesgo asociado al genotipo, algo que ya fue sugerido anteriormente por Chartier-Harlin y colaboradores a partir de una análisis puramente genético del locus en el que se encuentra el gen de la APOE .

 

5. Otros genes relacionados con la EA de tipo senil.

5.1 Cromosoma 12

Aún siendo un factor de riesgo importante, el genotipo APOE parece ser responsible de entre el 40-50% de las formas de inicio tardío. Esto sugiere que otros factores deben jugar un papel en la aparición y/o el desarrollo de la enfermedad. Durante el último año, un nuevo locus parece haber sido identificado en el cromosoma 12, aunque su localización exacta es un tema de debate entre diferentes grupos . Este último punto refleja la diferencia existente entre las poblaciones estudiadas así como el método de análisis utilizado e, incluso, la elección de los marcadores de cada estudio. En estos momentos, parece claro que un nuevo locus relacionado con la EA de inicio tardío se encuentra sobre el cromosoma 12, aunque no queda tan claro en que lugar del cromosoma se encuentra.

5.2. a -2-macroglobulina

El aspecto mas atractivo de la existencia de un locus en el cromosoma 12 es la presencia de ciertos genes que podrían estar relacionados con la enfermedad. Dos son los genes que se encuentran en este cromosoma y que son buenos candidatos. Por un lado el receptor similar al receptor de vesículas lipoproteicas de baja densidad (LRP, LDL-receptor related protein, son sus siglas en inglés), por otro la a -2-macroglobulina (A2M). Ambos genes presentan como credencial el hecho de encontrarse asociados a las placas seniles. Además el LRP es un receptor que reconoce la apoE y ayuda a su internalización. Igualmente reconoce la PPA y, finalmente, la A2M. Así pues nos encontramos ante una molécula capaz de integrar en una misma vía el precursor del péptido Ab , la apoE y la A2M, un pan-proteasa que pudiera intervenir en la producción del péptido amiloide. Diversos estudios han asociado marcadores localizados cerca del gen de la LRP con la enfermedad, de una manera similar a lo observado con la APOE, aunque con un riesgo mucho menor. De echo, existen estudios discrepantes en los que no se encontró ninguna asociación entre este gen y la enfermedad. Indicando que, en el supuesto que exista dicha relación, el papel de la LRP en la EA debe ser reducido.

Por otro lado, el pasado verano Rudy Tanzi describió una asociación bastante más fuerte entre la A2M y la EA . Sin embargo, hasta la fecha, ningún otro grupo ha sido capaz de reproducir sus resultados (datos del laboratorio del autor). Esto se achaca, por parte del Tanzi, al hecho de que su estudio se centró en formas familiares de la enfermedad mientras que los diferentes intentos de replicación lo fueron a partir de diseños caso-control. Aunque es cierto que existen diferencias entre ambos tipos de estudios, es importante señalar que, por ejemplo, el descubrimiento de APOE como factor de riesgo se produjo a partir de una muestra familiar mientras que su efecto se confirmó posteriormente en muestras seleccionadas siguiendo el clásico diseño de caso-control. Es posible que los resultados publicados por el grupo de Tanzi sean debidos a un error de tipo I (falso positivo) o simplemente, detecte ligamiento al locus en su muestra y no asociación con el gen, como él sugiere. Por otra parte, estudios preliminares en nuestro laboratorio apoyarían un papel más importante para este gen en, cuanto menos, el desarrollo de la patología durante la enfermedad. En una muestra obtenida a partir de un diseño epidemiológico, hemos podido comprobar que existe una asociación entre el genotipo A2M y la cantidad de depósitos amiloides que aparecen en el cerebro. De una manera similar a lo que sucede con la APOE. Este efecto aparece más marcado en los casos que carecen del alelo e 4, mientras que en los que si lo poseen no se observa tan claramente ya que o bien se encuentra enmascarado por éste o bien no tiene ninguna influencia en el desarrollo de la enfermedad.

5.3. Otros genes.

Durante los últimos años, simultáneamente al descubrimiento de genes responsablesde formas mendelianas de la enfermedad de inicio temprano y de factores de riesgo genéticos que pueden afectar a un número importante de casos, un número importante de trabajos han relacionado diversos genes con el riesgo de padecer la enfermedad. La mayor parte de estos trabajos se basan en la hipótesis que moléculas que se encuentren asociadas a las placas seniles, o que interaccionen de alguna manera con las proteínas ya estudiadas se convierten automáticamente en genes candidatos de la enfermedad. En este sentido hemos asistido al estudio, más o menos exhaustivo, de polimorfismos en genes relacionados con el metabolismo del colesterol, en especial los genes que median la entrada de la apoE en las células nerviosas. En varios estudios se ha detectado una cierta asociación entre la enfermedad y la LRP, mientras que otros receptores no parecen estar asociados. Otros estudios se dirigen a los componentes presentes en las placas seniles. Así, se han detectado asociaciones con el gen de la a -1-antiquimotripsina. Esta molécula parece favorecer la formación de fibrillas de amiloide. El trabajo genético realizado parece indicar que existe una cierta asociación entre un determinado polimorfismo y la EA aunque el efecto de este gen parece ser el de modificar ligeramente el riesgo debido a la APOE.

Otros genes han sido asociados y, constantemente, aparecen nuevos trabajos en los que nuevos genes parecen mostrar asociación con la EA. Este tipo de resultados presenta el problema que raramente son reproducidos en diferentes poblaciones y, aún de manera más extraordinaria, en diferentes grupos étnicos. En general, los primeros estudios mostrando una asociación significativa entre la EA y algún gen deben ser tomados con precaución. En múltiples casos, las mismas poblaciones se utilizan para realizar estudios de asociación con diferentes genes, esto introduce el problema de tests múltiples, lo que debería tener un impacto sobre el nivel de significación estadística requerido para probar la existencia de un gen. Por otro lado, es posible que diferentes poblaciones muestren resultados diferentes debido a que cada uno de estos genes puede tener un efecto relativamente pequeño en el conjunto de la muestra y menor aún cuando se intenta transplantar a poblaciones en las que, posiblemente, otros factores genéticos vienen a sustituir a estos.

5.4. "Efectos secundarios" de los estudios genéticos.

Uno de los campos en los que más ha influido el resultado obtenido con el análisis genético de la EA es el de la creación de modelos de la enfermedad. Al contrario de lo que sucede con otras enfermedades la EA no aparece espontáneamente en ninguna especie de laboratorio ni puede ser inducida de manera artificial. Sin embargo la creación de animales transgénicos tomando como base los genes que presentan mutaciones, o combinaciones de éstos, se ha mostrado relativamente exitosa en la creación de modelos animales. Estos modelos, aunque solo presentan la EA de manera rudimentaria, pueden permitir el estudio in vivo de los efectos de estos genes y mutaciones. No es el objeto del presente trabajo el revisar exhaustivamente la literatura en este campo. Baste señalar la existencia, en estos momentos, de ratones transgénicos para la PPA, la PS1, cruces entre estas dos líneas, modelos todos ellos capaces de producir placas amiloides similares a las observadas en el cerebro humano. Sin embargo, la segunda lesión típica de la EA, los ovillos neurofibrilares, no aparece. Por otra parte, extremadamente interesantes fueron los resultados del cruce entre ratones transgénicos portadores de mutaciones en el gen de la PPA y líneas de ratones en los que la copia endógena del gen de la APOE fue inactivada. Mientras en los ratones con PPA humana mutada se apreciaba la aparición de placas seniles, en aquellos ratones con PPA mutada pero sin APOE endógena, no se produjo ningún depósito amiloide . Más importante aún fué el obsevar la aparición de placas seniles en estas últimas líneas tras la introducción de copias del gen de la APOE humana. Además, en aquellas líneas de ratones en las que se introdujo la isoforma E4, se apreció un mayor número de placas seniles que en las líneas en las que se introdujo la isoforma E3, que, a su vez, presentaba un mayor número de placas seniles que cuando se introdujo la isoforma E2.

 

6. Conclusiones.

Dos aspectos deben tenerse en cuenta al elaborar las presentes conclusiones. De un lado, la significación que los avances obtenidos desde el campo de la genética representan, por otro la integración de todos estos datos en un modelo de la enfermedad.

6.1. La importancia de los genes relacionados con la EA.

Varios nuevos genes se han identificado como resultado de la aplicación de las técnicas de genética molecular a la enfermedad de Alzheimer. Aunque aún no se ha conseguido comprender las vías metabólicas en la que las diferentes proteínas se entrecuzan. Diferentes laboratorios intentan comprender el efecto que las mutaciones en PS1 y PS2 tienen sobre la producción de Ab 42(43). Lo que se conoce de las presenilinas no parece indicar que exista una relación directa con la PPA, sin embargo es posible que intervengan en el destino de las vesículas que transportan la PPA recientemente sintentizada en el retículo endoplasmático. Si esta teoría fuera cierta, la PPA en lugar de ser dirigida hacia el aparato de Golgi para su maduración, sería dirigida hacia otros compartimentos, posiblemente de tipo lisosomal, donde sería procesada produciendo Ab 42(43). Esta es solamente una de las posibles teorías aunque existen otras que no buscan un vínculo tan directo entre PPA y las presenilinas.

6.2. ¿El fin de la cascada amiloide?

La hipótesis de la cascada amiloide resulta atractiva, entre otras razones, por su simplicidad. En los últimos tiempos, se ha adaptado a los diferentes descubrimientos realizados. En estos momentos parece claro que los depósitos de amiloide, per se, no son la causa de la enfermedad. Parece incluso posible que sean un mecanismo de eliminación de una sustancia tóxica de manera que se detenga el ataque de ésta sobre las células. La causa más probable es todavía la toxicidad asociada al péptido amiloide. Diferentes estudios en cultivo han demostrado que el péptido amiloide se comporta como un compuesto excitotóxico.

Sin embargo aún existen lagunas que no quedan explicadas por esta hipótesis. La más importante hace referencia a la selectividad de la muerte neuronal en los primeros estadíos de la enfermedad. Incluso admitiendo que el péptido Ab causa la enfermedad, no hay ninguna evidencia que demuestre como se llega a la formación de los ovillos extracelulares y, posteriormente, a la muerte celular.

A falta de otras explicaciones más adecuadas a los hechos observados, la hipótesis de la cascada amiloide (versión 1998) permanece la más aceptada aunque no por ello se ha convertido en verdad absoluta.

6.3. Tauopatías

El hecho que la hipótesis dominante centre el debate sobre el péptido Ab no significa que los ovillos neurofibrilares carezcan de importancia en el proceso patológico. Baste recordar que el nivel de demencia se relaciona perfectamente con la extensión de degeneración neurofibrilar existente y nunca con el número de placas seniles presentes. Esto supone una prueba adicional para aquellos que sugieren que las placas seniles son, de hecho, el resultado de la lucha que se establece en el cerebro a fin de eliminar ese residuo tóxico.

Pero los ovillos neurofibrilares no son exclusivos de la EA. Otras enfermedades neurodegenerativas también los presentan, generalmente en ausencia de otro tipo de depósitos. Estas otras enfermedades, parálisis supranuclear progresiva (PSP), degeneración cortico basal (DCB), demencia frontotemporal (DFT), parkinsonismo acompañado de demencia de la isla de Guam (PDC), se diferencian de la EA, además de por la ausencia de placas seniles, por la distribución diferente de los ovillos neurofibrilares así como por la aparición de diferentes fenómenos clínicos.

El pasado verano, se descubrieron mutaciones en el gen que codifica para las proteínas tau en familias aquejadas de demencia frontotemporal . En estas familias las mutaciones provocan una disfunción en el procesado del ARNm de manera que se producen isoformas que contienen determinados exones en una proporción mayor de lo normal, lo que, al parecer, favorece la hiperfosforilación de estas proteinas que, en último caso, se autoagregan y depositan en el célula antes de la muerte de ésta. Aunque aún no se ha descifrado el mecanismo por el que estas proteínas sufren la fosforilación excesiva, es de suponer que una vez descubierto, sirva de base para conocer lo que sucede en la EA.

6.4. ¿Hacia un mecanismo común de neurodegeneración?

Es curioso resaltar que la mayor parte de las enfermedades neurodegenerativas para las que se conoce algún gen presentan depósitos en el cerebro en el que acumulan las formas anormales, y en ocasiones también las normales, de esos genes. Así además de la EA o la DFT, mutaciones en sinucleína-a ocasionan la enfermedad de Parkison (EP), y los cuerpos de Lewy, la huella patológica de la EP, contienen sinucleína-a . Algo similar ocurre con la esclerosis lateral amiotrófica, en la que se observan cuerpos en los que se acumula la superóxido dismutasa (SOD) que causa la enfermedad. Finalmente, las enfermedades ocasionadas por expansión de tripletes también presentan depósitos, en esta ocasión nucleares, en los que se acumula las diferentes proteínas con expansiones de poliglutamina. Este hecho puede reflejar un mecanismo común de las células para eliminar las moléculas defectuosas, o bien puede representar el resultado de los primeros estadíos de la enfermedad.

 

7. Últimas consideraciones.

Es evidente que la mayor parte del trabajo resumido en esta presentación hubiera sido imposible sin la colaboración de equipos clínicos interesados en el estudio de la enfermedad, su participación ha sido fundamental para la obtención de resultados positivos. Desde esa perspectiva, quisiera dejar constancia aquí del interés de nuestro grupo en estudiar este tipo de enfermedades hereditarias (ya sea la EA, Parkinson u otras) y efectuar un llamamiento a aquellos de entre los "asistentes" al Congreso interesados en este tipo de estudios para que se pongan en contacto con nosotros si estuvieran interesados en participar en ellos. Nuestro laboratorio se encuentra abierto a cualquier tipo de consulta sobre el tipo de técnicas a utilizar o sobre las posibilidades de un análisis genético de una enfermedad determinada. Como último mensaje, quisiera dejar clara la importancia que para la investigación médica tiene la colaboración entre equipos clínicos y de investigadores. Con independencia de que se considere a nuestro grupo, es fundamental que cuando la práctica clínica identifique casos en los que una enfermedad se presente de forma hereditaria y el gen que la produce no se conozca, se contacte, con el consentimiento de la familia afectada, con grupos que puedan utilizar estos recursos para avanzar en el conocimiento de esa enfermedad.

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