Conceptos de biología celular y molecular, inmunología y genética para Traumatología
Biología celular molecular
| Componentes de las células (eucarióticas) y sus implicancias el el sistema Músculo-Esquelético | ||
|---|---|---|
| Componente | Definición | Implicancias en sistema músculo-esquelético |
| Núcleo | – Organelo de células eucarióticas, con doble membrana, que contiene los cromosomas y genes de la células, así como proteínas nucleares que se comunican con el citosol. |
– El análisis del núcleo a través de distintos exámenes es capaz de caracterizar ciertas enfermedades: – Cariotipo: caracterización del número y tipo de cromosomas. – Citometría de flujo: distintos tipos de células son clasificadas según sus características físicas, entre otras. – Mitosis: sus características, incluyendo la tasa de mitosis, es importante en varios tipos de cáncer. |
| Nucléolo | – Organelo del núcleo que contiene los ribosomas, fundamentales en la traducción de proteínas a partir del ADN. | – Alteraciones en la síntesis de las proteínas vía el nucléolo se asocia a enfermedades como el síndrome de Rothmund-Thompson, síndrome de Bloom y síndrome de Treacher-Collins (ver tabla…). |
| Citoplasma / Citosol |
– El citoplasma corresponde al citosol más los organelos que se encuentran fuera del núcleo. – El citosol es la parte líquida que se encuentra entre el núcleo y la membrana plasmática. – En el citoplasma ocurre la mayor parte del metabolismo celular incluyendo la síntesis de proteínas y contiene electrolitos, ácidos grasos y carbohidratos. |
– En el citoplasma ocurren muchas de las vías de transducción, a través de las cuales una molécula extracelular activa un receptor de membrana y esto gatilla una cascada de eventos dentro de la célula que altera el metabolismo celular. – También en el citoplasma ocurre la glicolisis, a partir de la cual carbohidratos complejos son químicamente digeridos. |
| Membrana celular | – Doble capa de fosfolípidos que envuelve a la célula como barrera de protección del ambiente extracelular. | – Importante en la distrofia tipo Duchenne, donde una mutación de la distrofina produce fragilidad de la membrana celular (ver tabla…). |
| Citoesqueleto | – Red intracelular de microtúbulos de tubulina, microfilamentos de actina y filamentos intermedios que mantienen la forma de la célula, permiten su movimiento, así como el movimiento intracelular de sus organelos y la fagocitosis. |
– Es responsable de la contracción y relajación de los miocitos a través de los microfilamentos de actina (ver sección…). – Sus alteraciones producen cardiomiopatías, miopatías congénitas, defectos en la fagocitosis y alteraciones en la motilidad de los osteoclastos, entre otras. |
| Mitocondria |
– Organelo con doble membrana que entrega energía a la célula a través de la forma de adenosín trifosfato (ATP). – También se asocia a la síntesis de aminoácidos, comunicación intracelular, diferenciación celular y muerte celular. |
– Alteraciones de las mitocondrias producen miopatías, diabetes, sordera, epilepsia atáxica, neuropatía óptica, entre otras enfermedades. |
| Aparato de Golgi | – Organelo rodeado por una membrana simple, en el cual las enzimas y hormonas son producidas, empaquetadas y liberadas a vesículas que pasan al citoplasma. | – Importante en el proceso de secreción de proteínas. |
| Lisosoma | – Organelo que contiene las enzimas hidrolíticas, responsables de la digestión de organelos deficientes, desechos celulares y patógenos fagocitados, incluyendo virus y bacterias. |
– Los desórdenes de almacenamiento lisosomal son un grupo cerca de 50 enfermedades que provienen de defectos en la función del lisosoma, – Ejemplos: enfermedad de Tay-Sachs, enfermedad de Gaucher y enfermedad de Niemann-Puck. |
| Peroxisoma |
– Organelos en forma de vesículas que contienen oxidasas y catalasas. – Estas enzimas participan en la oxidación de los ácidos grasos y la producción del colsterol y ácidos biliares. |
– Su disfunción se asocia a enfermedades poco frecuentes como las enfermedades cerebrales por depósito, adrenoleucodistrofia, enfermedad de Refsum y síndrome de Zellweger (cerebro-hepato-renal), entre otras. |
| Retículo endoplasmático (RE) liso y rugoso |
– Sistema de membranas interconectadas dentro del citoplasma, lugar de síntesis de lípidos y hormonas esteroidales. – El RE rugoso contiene los ribosomas, sitios de síntesis de proteínas (traducción). – El RE rugoso de los hepatocitos degrada las toxinas liposolubles. – El RE liso no contiene ribosomas y participa en el metabolismo de lípidos. |
– Entre varias enfermedades que produce la disfunción del RE está la enfermedad por depósito del RE del hígado, la cual afecta varias proteínas que permiten la función intra e intercelular. – El RE liso de los miocitos almacena el calcio y controla su liberación en el proceso de contracción y relajación muscular. |
| Ribosoma |
– Complejos macromoleculares de proteínas y ácido ribonucleico (ARN) que se encuentran en el citoplas,ma, mitocondrias y retículo endoplasmático. – Sintetizan las proteínas a partir de la información genética del ADN, transcrita en forma de ARN mensajero (ARNm). |
– Su disfunción se asocia a distintas enfermedades, entre ellas la anemia macrocítica y la hipoplasia cartílago-cabello. |
Ilustración esquemática de una célula eucariota y sus organelos
«Biological cell» de MesserWoland y Szczepan1990 – Trabajo propio (Inkscape creada). Disponible bajo la licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 vía Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Biological_cell.svg#mediaviewer/File:Biological_cell.svg
1. Nucléolo / 2. Núcleo celular / 3. Ribosoma / 4. Vesículas de secreción / 5. Retículo endoplasmático rugoso / 6. Aparato de Golgi / 7. Citoesqueleto / 8. Retículo endoplasmático liso / 9. Mitocondria / 10. Vacuo / 11. Citoplasma / 12. Lisosoma / 13. Centríolo
| Componentes de la matriz extracelular y sus implicancias en el sistema músculo-esquelético | ||
|---|---|---|
| Componente | Definición | Implicancias en sistema músculo-esquelético |
| Matriz extracelular (MEC) | – Conjunto de moléculas extracelulares que entregan soporte estructural a las células y contribuye a su desarrollo y funciones bioquímicas y fisiológicas. – Está compuesta por estructuras fibrilares (colágeno y elastina), proteoglicanos y glicosaminoglicanos, fibronectina y laminina. |
– Dada su naturaleza y composición diversa, la MEC tiene diferentes funciones en el sistema músculo-esquelético, como son soporte, segregación de tejiods y regulación de la comunicación intercelular. – Su formación es esencial en los procesos de crecimiento, cicatrización de heridas y fibrosis. |
| Colágeno | – Proteína estructural más importante del tejido conectivo en el cuerpo humano. – Constituye la mayoría de las fibras de la matriz extracelular y presenta alta resistencia y flexibilidad. – La unidad estructural del colágeno es el tropocolágeno., el cual consiste en una triple hélice de cadenas (2 cadenas α1 y una α2). |
– Se describen hasta 25 tipos de colágeno, siendo los más frecuentes en el sistema músculo-esquelético el I, II, III, IX, X, XI (ver tabla …). – Los polipéptidos más comunes del colágeno presentan combinaciones de glicina + prolina y glicina + hidroxiprolina. – La hidroxiprolina es el aminoácido más importante del colágeno y se secreta en orina. Puede servir como biomarcador de reabsorción ósea. – Múltiples fibras de tropocolágeno forman las fibrillas de colágeno – En el hueso la matriz inorgánica (cristales de calcio) se deposita entre las fibras de tropocolágeno. |
| Elastina | – Proteína del tejido conectivo con características elásticas. | – Permite en muchas estructuras del organismo retomar su forma después de elongarse o contraerse (ej.: ligamentos, cartílago). – También es capaz de soportar fuerzas de impacto y guardar energía mecánica. |
| Glicosaminoglicanos (GAG) (mucopolisacáridos) |
– Polisacáridos estructurales de la matriz extracelular. – Compuesto por unidades de disacáridos que se repiten – Dentro de las unidades de disacáridos se encuentran el ácido hialurónico, dermatán sulfato, condroitín sulfato, heparán sulfato y queratán sulfato. – La mayoría de los GAG se unen a proteínas, conformando los proteoglicanos. – El ácido hialurónico es una GAG no sulfatado que es el único que no se una a proteínas sino que lo hace con varios proteoglicanos para formar moléculas mayores. |
– Altamente hidrofílicos. – En el organismo tienen funciones de lubricación y absorción de impacto, sobre todo en el líquido articular de las articulaciones sinoviales. |
| Fibronectina | – Glicoproteína de alto peso molecular que se une a otros componente de la MEC como fibrina, colágeno y proteoglicanos de heparán sulfato a través de integrinas. – La fibronectina es capaz de regular la migración celular y diferenciación celular. |
– Tiene un rol fundamental en la estructura y función de las células y tejidos. – Es importante en la cicatrización de las heridas. |
| Laminina | – Glicoproteína que forma parte de la membrana basal, asociada a colágeno tipo IV, proteoglicanos y fibronectina (la membrana basal es una capa delgada de matriz extracelular de sostén en la base de los tejidos epiteliales). – Su función es anclar las células epiteliales a la lámina densa |
– Fundamental en todos los tejidos epiteliales del organismo incluyendo la piel y vasos sanguíneos. – Es uno de los sustratos principales para el crecimiento de axones. |
Tropocolágeno, unidad estructural básica del colágeno, con dos cadenas α1 y una cadena α2
«Collagentriplehelix». Licensed under Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 via Wikimedia Commons
| Tipos de Colágeno* | ||
|---|---|---|
| Tipo | Ubicación | Enfermedades asociadas a defectos genéticos |
| I | Huesos Tendones Anillo fibroso de los discos intervertebrales Meniscos Piel |
Osteogénesis imperfecta Síndrome Ehlers-Danlos Hiperostosis cortical infantil |
| II | Cartílago articular Núcleo pulposo de los discos intervertebrales |
Grupo de colagenopatías tipo II y XI: Acondrogénesis tipo 2, hipocondrogénesis, displasia de Kniest, displasia otoespondilomegaepifisiaria, displasia espondiloepimetafisiaria tipo Strudwick, displasia espondiloepifisiaria congénita, displasia espondiloperiférica, síndrome de Stickler, síndrome de Weissenbacher-Zweymüller |
| III | Piel Músculos Vasos sanguíneos |
Síndrome Ehlers-Danlos |
| IV | Membrana basal (lámina basal) | Síndrome de Alport, síndrome de Goodpasture |
| V | Cartílago articular (escasa cantidad) | Síndrome Ehlers-Danlos (clásico) |
| VI | Cartílago articular (escasa cantidad) | Miopatía de Ulrich, miopatía de Bethlem |
| VII | Membrana basal (epitelial, endotelial) | Epidermiolisis distrófica bulosa |
| VIII | Membrana basal (epitelial) | Distrofia corneal polimorfa posterior tipo 2 |
| IX | Cartílago articular (escasa cantidad) | Displasia epifisiaria múltiple tipo 2 y 3 |
| X | Cartílago articular Matriz de mineralización del cartílago en fisis |
Displasia metafisiaria tipo Schmid |
| XI | Cartílago articular (escasa cantidad) | Grupo de colagenopatías tipo II y XI |
| XII | Tendones | |
| XIII | Células endoteliales | |
* Se describen hasta 25 tipos de colágeno según los genes asociados, resaltándose los más importantes en el sistema músculo-esquelético
| Comunicación Intracelular | |
|---|---|
| Componente | Definición |
| Respuesta celular | – Las células expresan genes específicos en respuesta a influencias extracelulares. – Algunas de estas señales extracelulares son las moléculas que se unen a receptores de membrana, fuerzas mecánicas, matrices extracelulares, contacto con otras células, hormonas y citoquinas. |
| Transducción de señal | – Proceso a través del cual una señal extracelular (o “primer mensajero”) se transforma en señal intracelular que permite una respuesta específica de la célula. – Los receptores más comunes son los receptores acoplados a la proteína G, receptores con canales iónicos, receptores tirosina quinasa y receptores con actividad enzimática intrínseca. – Según el tipo de receptor cada respuesta tiene una vía diferente a través de moléculas de señal intracelular o “segundos mensajeros”, las cuales permiten la respuesta celular específica. – Por ejemplo, el calcio como molécula de señal permite la contracción de los células musculares (miocitos), |
Genética
| Conceptos claves en genética y sus implicancias clínicas | ||
|---|---|---|
| Concepto | Definición | Implicancias clínicas |
| Ácido desoxirribonucleico (ADN) | – Polímero de monómeros de desoxirribonucleótidos configurado en doble hebra, que se encuentra en el núcleo celular y contiene la información genética de cada célula. – Cada desoxirribonucleótido está compuestos por desoxirribosa, un grupo fosfato y una de las cuatro bases denominadas adenina, guanina, citosina y timina. – El ADN contiene información biológica vital para la síntesis de proteínas y otras sustancias de cada célula, fundamentales para la replicación, crecimiento y diferenciación celular, así como regulación de otros genes, entre otras funciones. – El ADN se encuentra habitualmente asociado a las proteínas histonas, cuya configuración se denomina cromatina. |
– El ADN es relevante en los estudios de enfermedades genéticas, evaluación de riesgo de estas enfermedades y un amplio rango de otras aplicaciones. |
| Ácido ribonucleico (ARN) | – Polímero de monómeros de ribonucleótidos configurado en hebra simple, que se encuentra en el núcleo primariamente y luego se transporta al citoplasma. – Cada ribonucleótido está compuestos por ribosa, un grupo fosfato y una de las cuatro bases denominadas adenina, guanina, citosina y uracilo. – El ARN es esencial en los procesos de síntesis de proteínas, reacciones biológicas y comunicación celular. – Presenta varios tipos, algunos a cargo de la expresión génica (síntesis de proteínas) y otros con actividad catalítica. – ARN mensajero (ARNm): molécula de ARN que codifica la secuencia de aminoácidos específica de una proteína o péptido. Es transcrito desde el ADN y se transporta desde el núcleo a los ribosomas en el citoplasma, donde la secuencia de aminoácidos es traducida en una proteína o péptido en los ribosomas.. – ARN microbionucleico (ARNmi): pequeños segmentos de ARN que regulan la expresión del ARNm a través de la inhibición de la traducción. – ARN ribosomal (ARNr): ARN que es parte de los ribosomas y permite en la síntesis de proteínas. – ARN mitocondrial (ARNmt): conjunto de ARNs que participan en la síntesis de proteínas de las mitocondrias. |
– El ARN es importante, entre otros, en la detección de bacterias a través de la reacción de polimerasa en cadena (PCR). |
| Cromosoma | – Condensación de la cromatina durante el proceso de división celular, formando estructuras con forma de bastones. – Cuando se duplican, previo a la división celular tienen la forma de bastones unidos en el centro (similar a una X). – El número de cromosomas de los individuos de la misma especie es constante, excepto en mutaciones cromosómicas. En el caso del ser humano hay 23 pares de cromosomas, siendo uno de ellos los cromosomas sexuales (XX en mujeres y XY en hombres). |
– Las anormalidades en el número y/o estructura de los cromosomas se asocian a enfermedades incluyendo síndrome de Down, síndrome DiGeorge y varios tipos de enanismo. |
| Gen | – Segmento específico del ADN que contiene toda la información requerida para la síntesis de una proteína. – El gen incluye las secuencias de bases que participan en la codificación de una proteína y secuencias no codificantes que tienen otras funciones como determinar cuándo el gen es expresado. |
– Mutaciones que alteran su estructura se relacionan con un amplio espectro de patologías, incluyendo varios cáncer, enfermedades metabólicas y deformidades estructurales del organismo (ver tablas …). |
| Oncogen | – Gen anormal que procede de la mutación de un gen normal denominado proto-oncogen. – Los oncogenes pueden producir la transformación de una célula normal a una maligna, lo cual desarrollará un determinado tipo de cáncer. |
– Los oncogenes se asocian a algunos tipos de cáncer. – Ejemplo: genes fos y jun en el osteosarcoma. |
| Gen supresor de tumores o antioncogen | – Gen que evita el desarrollo de un determinado tipo de cáncer. – Al ser alterado o inactivado por una mutación, el cáncer se desarrolla. |
– No se han descrito genes supresores de tumores asociados a cáncer en el sistema músculo-esquelético. – Sin embargo estos genes están asociados a cánceres que dan metástasis óseas. Ej.: cáncer de mama y genes BRCA1 y BRCA2. |
| Mitosis | – Proceso de división celular en el cual se producen dos células genéticamente idénticas. – Este proceso ocurre en todas las células del organismo en alguna etapa de la vida, excepto en los gametos (células sexuales, ovocito y espermatozoide). |
– El grado de mitosis permite evaluar la actividad de algunos tumores músculo-esqueléticos. |
| Meiosis | – Proceso de división celular en el cual una célula diploide experimenta dos divisiones sucesivas y genera cuatro células haploides. – Esto sólo ocurre en los gametos. |
– Cuando la separación normal de los cromosomas durante la meiosis no se produce, esto resulta en gametos con exceso o déficit de un cromosoma en particular (trisomia o monosomía respectivamente). – Esto está asociado a enfermedades como síndrome de Down (trisomía 21), Patau (trisomía 13), Edward (trisomía 18), Klinefelter (X extra en hombres -XXY, XXXY, XXXXY, etc.-), Turner (déficit de X en mujeres -X0-), XXX (extra X en mujeres) y XYY (extra Y en hombres). |
| Recombinación genética | – Proceso a través del cual dos moléculas de ADN intercambian información genética, resultando en una nueva combinación de alelos. – Este proceso ocurre durante la meiosis y se puede realizar también artificialmente creando ADN recombinante. |
|
| Diploide (2n) |
– Células con número doble de cromosomas, es decir, dos series de cromosomas. – En el ser humano las células presentan dos series de 23, es decir 46 cromosomas en total (excepto en los gametos). |
|
| Haploide (n) |
– Células con una sola serie de cromosomas. – Esto ocurre en los gametos producto del proceso de meiosis. – Cuando dos gametos se unen en la fecundación, el ovocito fecundado deja de ser haploide y pasa a ser una célula diploide. |
|
| Aneuploide | – Células con número anormal de cromosomas. – Ejemplo: triploidía: 3n (69 cromosomas), monosomía (un cromosomas menos, 45 cromosomas), trisomía (un cromosomas extra, 47 cromosomas) |
|
| Exon | – Porción de un gen que codifica para el ARN mensajero (ARNm). – En otras palabras, es la porción del ADN que permite la transcripción (en total 5-10% del ADN). |
– A través de técnicas de biología molecular, los exones permiten identificar genes en el genoma (gene trapping). |
| Intron | – Porción de un gen que no codifica para el ARN mensajero (ARNm). – Considerando todo el ADN, estas porciones conforman el 90 a 95% de él. – Sin embargo la función de los intrones es fundamental, ya que contienen los promotores génicos, los elementos regulatorios y los amplificadores génicos. |
– Al ADN no codificante es materia de continuo estudio, sin embargo se ha observado que tienen un papel estructural en los cromosomas, son capaces de transcribir ARN, permiten la síntesis de diferentes proteínas a través de un mismo gen (cortes y empalmes alternativos del pre-ARNm), entre otros. |
| Promotor génico (gene promoter) |
– Región de una molécula del ADN que controla la iniciación de la transcripción de genes (ver tabla…). | – Mutaciones de los promotores génicos producen enfermedades variadas, incluyendo la enfermedad de Alzheimer. |
| Amplificador génico (gene enhancer) |
– Región pequeña de un gen que aumenta el nivel de transcripción. | – Mutaciones de esta región pueden producir alteraciones, como en la enfermedad de Hirschprung. |
| ADN mitocondrial (ADNmt) | – ADN de forma circular que se encuentra en las mitocondrias de las células. – Codifica proteínas esenciales para la función mitocondrial. – El ADNmt se origina en el ovocito y no en el espermatozoide, por lo que se hereda únicamente de forma materna. |
– Relevante en mutaciones que producen enfermedades como por ejemplo desórdenes neuromusculares, enfermedad tiroídea, cataratas y diabetes. |
| ADN recombinante (ADNr) | – ADN que es sintetizado de forma artificial a través de recombinación, división y fusión de segmentos de ADN que habitualmente no están unidos entre ellos. | – Ampliamente utilizado en biotecnología para sintetizar proteínas en otras especies. Ejemplo: insulina humana recombinante obtenida en cerdos y ganado. |
| Transgen | – Gen que es transferido de forma artificial de un organismo a otro. – El organismo al cual es transferido el transgen se le denomina transgénico. |
– Utilizado en investigación de genes. Por ejemplo ratones knockout, en los cuales el transgen produce disrupción de la expresión de otro gen y permite observar el efecto de su déficit. |
| Cariotipo | – Examen que muestra el patrón cromosómico de una especie, expresado a través de un código, establecido por convenio, que describe las características de sus cromosomas. | – Permite caracterizar patrones de distribución de los cromosomas en un individuo e identificar aberraciones cromosómicas. |
| Cariograma | – Examen que consiste en un esquema, foto o dibujo de los cromosomas de una célula en división celular, ordenados de acuerdo a su morfología y tamaño, los cuales se comparan con las características propias de la especie. | |
| Genómica | – Estudio de los genomas y las funciones de los diferentes genes. – Estudia las variantes de distintos genes (alelos) y la expresión de ellos (impronta genética o imprinting). |
– Sus aplicaciones son amplias, desde el estudio de las enfermedades genéticas hasta la respuesta de fármacos según la información genética de cada individuo (fármaco-genómica). |
| Proteómica | – Estudio a gran escala de las proteínas, en particular de su estructura y función. | – Sus aplicaciones son también muy amplias, desde el estudio de las rutas metabólicas de las células hasta la identificación de proteínas en distintos procesos fisiológicos y patológicos (biomarcadores). |
| Epigenética | – Estudio de la influencia de los factores ambientales en la expresión genética, sin producir cambios de la secuencia del ADN. | – Relevante en la investigación del cáncer, en el cual factores ambientales pueden gatillar la expresión de enfermedades. |
Cariotipo de un linfocito de una mujer: 22 pares de cromosomas autosómicos y 1 par sexual (mujer: XX)
«PLoSBiol3.5.Fig7ChromosomesAluFish» de Andreas Bolzer, Gregor Kreth, Irina Solovei, Daniela Koehler, Kaan Saracoglu, Christine Fauth, Stefan Müller, Roland Eils, Christoph Cremer, Michael R. Speicher, Thomas Cremer – Bolzer et al., (2005) Three-Dimensional Maps of All Chromosomes in Human Male Fibroblast Nuclei and Prometaphase Rosettes. PLoS Biol 3(5): e157 DOI: 10.1371/journal.pbio.0030157, Figure 7a. Disponible bajo la licencia Creative Commons Attribution 2.5 vía Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PLoSBiol3.5.Fig7ChromosomesAluFish.jpg#mediaviewer/File:PLoSBiol3.5.Fig7ChromosomesAluFish.jpg
Cariotipo de un linfocito de una mujer: 22 pares de cromosomas autosómicos y 1 par sexual (mujer: XX)
«PLoSBiol3.5.Fig7ChromosomesAluFish» de Andreas Bolzer, Gregor Kreth, Irina Solovei, Daniela Koehler, Kaan Saracoglu, Christine Fauth, Stefan Müller, Roland Eils, Christoph Cremer, Michael R. Speicher, Thomas Cremer – Bolzer et al., (2005) Three-Dimensional Maps of All Chromosomes in Human Male Fibroblast Nuclei and Prometaphase Rosettes. PLoS Biol 3(5): e157 DOI: 10.1371/journal.pbio.0030157, Figure 7a. Disponible bajo la licencia Creative Commons Attribution 2.5 vía Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PLoSBiol3.5.Fig7ChromosomesAluFish.jpg#mediaviewer/File:PLoSBiol3.5.Fig7ChromosomesAluFish.jpg
| Expresión Génica | |
|---|---|
| Concepto | Definición |
| Expresión génica | – Proceso mediante el cual la información de un gen es utilizada para la síntesis de un producto génico funcional. – Estos productos son habitualmente proteínas excepto en el caso de los genes que codifican para la síntesis de ARN. |
| Transcripción | – Es el primer proceso de la expresión génica, mediante el cual se transfiere la información contenida en la secuencia del ADN hacia la secuencia de una proteína. – Requiere de diversos ARN como intermediarios, denominados ARN mensajeros (ARNm), los cuales se sintetizan mediante la enzima ARN polimerasa. – De esta manera, la transcripción del ADN también podría denominarse síntesis del ARN mensajero. |
| Factores de transcripción | – Proteínas que participan en la regulación de la transcripción del ADN. – Pueden actuar reconociendo y uniéndose a secuencias de ADN, modulando la expresión de genes específicos. |
| Traducción | – La traducción es el segundo proceso de la síntesis proteica, en el cual se sintetiza un polipéptido a partir del ARNm. – Ocurre en los ribosomas, tanto en el citoplasma como en el retículo endoplasmático rugoso. – El proceso de traducción tiene cuatro fases: activación, iniciación, elongación y terminación. |
Procesos de transcripción y traducción «Proteinsynthesis».
Licensed under Public domain via Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proteinsynthesis.png#mediaviewer/File:Proteinsynthesis.png
| Herencia Genética | ||
|---|---|---|
| Concepto | Definición | Implicancias clínicas |
| Genoma | – Información genética completa de una especie. En otras palabras, conjunto de genes contenidos en los cromosomas. – El genoma de los seres humanos comprende el ADN nuclear, así como el contenido en las mitocondrias. |
– Permiten el screening de los exámenes genéticos, los cuales evalúan la vulnerabilidad de un individuo hacia determinadas enfermedades hereditarias. |
| Genotipo | – Información genética de un organismo en particular, considerando las mutaciones y polimorfismo individuales. | – Permite evaluar alteraciones genéticas a través de exámenes de laboratorio que evalúan el ADN (habitualmente utilizando la reacción de polimerasa en cadena -PCR-). |
| Fenotipo | – Expresión del genotipo en función de un determinado ambiente, el cual considera la morfología, desarrollo, propiedades bioquímicas, fisiológicas y comportamiento. | – Permite evaluar alteraciones genéticas a través del examen clínico de un individuo. |
| Locus (plural: loci) |
– Ubicación específica de un gen o secuencia de ADN dentro de un cromosoma. – Se utiliza la siguiente nomenclatura: número de cromosoma; posición en el brazo corto (p) o largo (q); región; banda; sub-banda. Ej.: gen 8q32.4 (se lee “gen ocho q tres dos punto cuatro”). |
– Importante en la determinación de un mapa genético, el cual muestra la ubicación de los distintos genes en los cromosomas. |
| Alelo | – Variantes de un mismo gen o secuencia de ADN dentro de una especie. Ejemplo: pigmentación del iris. – Pueden producir cambios en el fenotipo, siendo dominantes o recesivos, sin embargo la mayoría de los alelos no producen cambios en el fenotipo. |
– Al heredarse dos alelos recesivos (homocigoto recesivo) se pueden producir trastornos como el albinismo, fibrosis, fenilquetonuria, etc. – En pocos casos, un alelo dominante (heterocigoto dominante) puede producir una enfermedad, como en la enfermedad de Huntington. |
| Dominancia y recesividad | – Relación entre alelos del mismo gen, en el que uno de ellos (dominante) se expresa por sobre otro alelo en el mismo locus (recesivo). | |
| Homocigoto | – Un organismo es homocigótico respecto a un gen cuando presenta dos alelos idénticos que codifican la misma información para un carácter. – Según el alelo puede ser homocigoto dominante (dos copias idénticas y dominantes) u homocigoto recesivo. |
|
| Heterocigoto | – Un organismo es homocigótico respecto a un gen cuando presenta dos alelos idénticos que codifican la misma información para un carácter. – Según el alelo puede ser homocigoto dominante u homocigoto recesivo. |
|
| Leyes de Mendel | – Conjunto de reglas básicas sobre la transmisión por herencia de las características de los organismos de padres a hijos. – Constituyen el fundamento de la genética. – Los patrones de herencia mendeliana son: autosómico dominante, autosómico recesivo, dominante ligada al cromosoma X y recesiva ligada al cromosoma X. |
– Permiten observar la herencia genética de una enfermedad y predecir en algunos casos la distribución familiar de ésta. – La herencia mendeliana se basa en la herencia monogénica (un par de genes), sin embargo hay enfermedades genéticas que dependen de más de un par de genes (poligénicas) que presentan una herencia no mendeliana. |
| Herencia autosómica | – Herencia genética relacionada con los cromosomas que no son cromosomas sexuales (par 1 al 22). – Puede ser dominante o recesiva. |
|
| Herencia ligada al cromosoma X | – Herencia genética relacionada con los cromosomas sexuales (par 23). – Puede ser dominante o recesiva. |
|
| Polimorfismo | – Prevalencia de más de un fenotipo (morfismo) dentro de una población de la misma especie. – Cuando se habla de un polimorfismo de nucleótido simple (PNS) se refiere a que la especie presenta alelos de ese gen específico. – Esta alteración debe presentar una prevalencia de más de 1% de la población de la especie para ser considerada como un PNS. – Si la prevalencia es menor al 1% se considera una mutación. |
– El polimorfismo es normal en una población, sin embargo el PNS de ciertas proteínas o enzimas puede estar asociados a enfermedades o a distintas respuestas a patógenos. – Ejemplo: anemia falciforme, talasemia beta, fibrosis quística. |
| Mutación | – Cambio en la secuencia de nucleótidos del genoma de un organismo. – Se puede producir espontáneamente, por daños no reparados del ADN y ARN, por errores de replicación, o por inserción o deleción de segmentos de ADN. – Las mutaciones pueden ser hereditarias, transmitiéndose de generación en generación. |
– Las mutaciones pueden o no tener relevancia clínica. – Cuando lo hacen pueden estar asociados a procesos fisiológicos (como la evolución) o a enfermedades. |
| Deleción | – Mutación en la cual hay ausencia de una sección de un cromosoma, dentro de un par de cromosomas. | |
| Duplicación | – Mutación en la cual se encuentra una sección extra en un cromosoma, dentro de un par de cromosomas. | |
| Traslocación | – Mutación en la cual una porción de un cromosoma es intercambiado por la porción de otro cromosoma. | |
| Inversión | – Mutación en la cual una porción de un cromosoma se encuentra en una ubicación normal, pero con una dirección inversa. | |
| Mosaicismo | – La mutación se encuentra al azar en todas o sólo en algunas células del organismo | |
| Patrones de herencia en enfermedades genéticas | |||
|---|---|---|---|
| Tipo | Manifestación de la enfermedad según alelos | Herencia | Ejemplos de enfermedades músculo-esqueléticas |
| Autosómica dominante | Heterocigoto | – 50% de los hijos presenta la enfermedad (asumiendo que sólo un padre está afectado). – Hijos normales no transmiten la enfermedad. – No hay preferencia por género. – Habitualmente representa defectos estructurales. |
Acondroplasia Síndrome de Marfan Síndrome de Ehlers-Danlos Osteogénesis imperfecta (tipos I y IV) Exostosis múltiples hereditarias Osteocondromatosis Hipertermia maligna Polidactilia Osteopetrosis (tarda, forma leve) Displasia espondiloepifisiaria (forma congénita) Displasia epifisiaria múltiple Condroplasia metafisiaria (tipos Schmid y Jansen) Displasia de Kniest |
| Autosómica recesiva | Homocigoto | – Los padres no están afectados (habitualmente heterocigotos). – 25% de los hijos presenta la enfermedad (asumiendo que cada padre es heterocigoto). – No hay preferencia por género. – Habitualmente representa defectos bioquímicos o enzimáticos |
Osteogénesis imperfecta (tipos II y III) Osteopetrosis (infantil, forma maligna) Anemia falciforme Condroplasia metafisiaria (tipo McKusick) Displasia diastrófica Displasia de Laron Síndrome de Hurler Hipofosfatasia Raquitismo hereditario vitamina D dependiente Homocistinuria |
| Ligado al X dominante | Heterocigoto | – En el caso de que la madre esté afectada (presenta la enfermedad) y el padre no, el gen se transmite al 50% de las hijas mujeres y 50% de los hijos hombres. – En el caso de que el padre esté afectado (presenta la enfermedad) y la madre no, el gen se transmite a todas las hijas mujeres y a ningún hijo hombre. |
Raquitismo hipofosfatémico Discondrosteosis de Leri-Weill (deformidad de Madelung bilateral) |
| Ligado al X recesiva | Hombre heterocigoto (mujer heterocigoto no se afecta) | – En el caso de que el padre esté afectado (presenta la enfermedad) y la madre no, el gen se transmite a todas las hijas mujeres (quienes pasan a ser sólo portadoras) y a ningún hijo hombre. – En el caso de que la madre sea portadora y el padre no esté afectado, el gen se transmite al 50% de las hijas mujeres (quienes son sólo portadoras) y 50% de los hijos hombres (quienes presentan la enfermedad). |
Hemofilia Distrofia muscular de Duchenne Síndrome de Hunter Displasia espondiloepifisiaria (forma tarda) |
Diagrama que muestra el patrón hereditario autosómico (R=dominante y r=recesivo).
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Diagrama que muestra el patrón hereditario ligado al cromosoma X
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Métodos de biología molecular y sus aplicaciones en Traumatología
| Métodos de biología molecular relacionados con ADN y ARNm y sus aplicaciones en traumatología | ||
|---|---|---|
| Concepto | Características | Aplicaciones en traumatología |
| Citogenética molecular | – Técnicas de biología molecular que permiten el análisis de una ADN específico de una célula. – Estas técnicas incluyen la hibridación fluorescente in situ (Fluorescent In Situ Hybridization -FISH-) y la hibridación genómica comparada (Comparative Genomic Hybridization -CGH-). |
– Estas técnicas se utilizan para la detección de tumores óseos, estudio genético de deformidades anatómicas e investigación en ciencias básicas. |
| Hibridación in situ (ISH -In Situ Hybridization- y FISH -Fluorescent In Situ Hybridization-) |
– Técnica que permite localizar una secuencia de ácidos nucleicos en una células o tejido a partir de una hebra corta de ADN o ARN (sonda o probe) que es complementaria a la secuencia que se busca detectar. – La técnica de FISH es una hibridación in situ con una sustancia fluorescente únida químicamente a la sonda, permitiendo la identificación de la secuencia de ADN o ARN bajo microscopía fluorescente. |
– FISH es utilizado para detectar oncogenes (ARNm) o genes mutados en especímenes patológicos. |
| Citometría de flujo | – Técnica utilizada para clasificar, analizar y contar componentes biológicos, usualmente células, a través del paso de ellas por un dispositivo de detección. | – Se utiliza para detectar tumores óseos. – Por ejemplo, las células del sarcoma de Ewing son detectadas a través de la citometría de flujo (células con antígeno CD99 + y CD45 -). |
| Ensayo de gen reportero (Reporter gene assay) |
– Método que utiliza un marcador genético específico para estudiar la expresión y localización de otros genes vecinos o asociados. – Ejemplo de gen reportero: LacZ, gen que codifica la enzima β-galactosidasa |
– Evalúan la expresión de un gen específico en una célula o tejido. – Por ejemplo, el gen BGLAP, el cual codifica para la osteocalcina, es un gen reportero que se utiliza para identificar anabolismo o formación ósea. |
| Reacción de polimerasa en cadena (PCR -Polymerase Chain Reaction-) |
– Método de replicación o amplificación de una región específica del ADN de una célula, para lograr una concentración que pueda ser detectada por otros métodos analíticos. – La amplificación requiere esencialmente de un partidor (primer) que contiene los nucléotidos complementarios para el inicio de la replicación de una región del ADN y de una polimerasa de ADN que permite la reacción en cadena. |
– Se utiliza en múltiples áreas, incluyendo el diagnóstico de infecciones a través de ADN del patógeno cuando el cultivo no es lo suficientemente sensible y/o específico (por ejemplo en VIH). |
| PCR con transcriptasa inversa (RT-PCR -Reverse Transcriptase-Polymerase Chain Reaction-) |
– Técnica que permite generar ADN a partir de una plantilla de ARN a través del proceso de transcripción reversa acoplada a la técnica de PCR. | – Se utiliza en varias técnicas de laboratorio, dentro de las cuales se encuentran la clonación molecular, secuenciación de ARN y análisis del genoma. |
| Northern blot | – Técnica utilizada para identificar y cuantificar moléculas específicas de ARN. – Las moléculas de ARN son separadas a través de una electroforesis en gel para luego ser estudiadas. – Esta electroforesis permite la separación de las moléculas de ARN en un gel según el tamaño y carga eléctrica de las moléculas. |
– Permite la detección de la expresión de ARNm en células, tejidos y fluidos, el cual es una forma de expresión genética. – Por ejemplo esta técnica se ha utilizado para evaluar la sobreexpresión de oncogenes y la desregulación de genes supresores tumorales en células cancerosas cuando son comparadas con tejidos normales. |
| Micro-matriz de ADN complementario o chip de ADN complementario (ADNc microarray) |
– Proceso a través del cual se determina si una célula o especimen de tejido contiene un segmento específico de ADN. – Esto se realiza a través de una micro-matriz o chip de ADN complementario, el cual contiene micro-cantidades de genes, segmentos de ADN o ARNm que son complementarios al ADN en estudio. – En el caso que los segmentos complementarios se unan, se identifican por la técnica de FISH. |
– Se utiliza para comparar la expresión de genes en células normales y malignas (por ejemplo células que reabsorben hueso en el osteosarcoma). – También se utiliza para evaluar la expresión génica de macrófagos que han sido expuestos a biomateriales, para de esta forma poder determinar la liberación de citoquinas inflamatorias en los desgastes de implantes. |
| Secuenciación de ADN (DNA sequencing) |
– Identificación de las secuencias de nucléotidos de un gen o región del ADN. | – Esta es la base de la genómica. El ADN humano fue completamente secuenciado el año 2000 y corresponde a la información de 20500 genes. |
| Southern blot | – Técnica que permite detectar una secuencia específica de ADN en una muestra de ADN. – La muestra se digiere con la enzima endonucleasa y después se utiliza electroforesis en gel para separar los fragmentos. – Luego se depositan en una membrana de nylon o nitrocelulosa para realizar hibridación in situ. |
– Se utiliza para reconocer genes específicos de especímenes de tejido óseo. |
| Tecnología recombinante | – Abarca una serie de procedimientos utilizados para producir una proteína específica. – Se describen las dos técnicas más comúnmente utilizadas: – Una secuencia de ADN que codifica la proteína es sintetizada e insertada en el ADN de una célula, la cual sintetiza la proteína específica. – El ADN o ARNm de la proteína es sometido a RT-PCR, lo cual sintetiza la proteína in vitro. |
– Esta tecnología ha permitido la síntesis y producción de numerosas proteínas, incluyendo las proteínas morfogenéticas óseas humanas recombinantes (rhBMPs) y el ligando del receptor activador para el factor nuclear κβ (RANKL). – Se utiliza también en estudios funcionales de genes. |
| Manipulación de ADN | – Una serie de procedimientos que involucran la fragmentación enzimática del ADN o ARN, la combinación o inserción de segmentos de ADN o ARN en otros segmentos o la copia de ADN o ARN para la síntesis de proteínas específicas. | – Esta área tiene amplias aplicaciones, incluyendo la terapia génica (corrección de defectos en genes). |
| Fragmentación de ADN (DNA restriction digest) e Inserción de ADN (DNA ligation or pasting) |
– Técnicas que permiten respectivamente fragmentar ADN en localizaciones específicas (a través de las enzimas endonucleasas) e insertar fragmentos de ADN en secuencias más largas (a través de las enzimas ligasas). | – Ampliamente utilizado para remover y/o agregar fragmentos específicos de ADN en técnicas de biología molecular. – Por ejemplo se puede utilizar para insertar fragmentos de ADN en vectores para terapia génica. |
| Transformación genética | – Inserción de un gen u otro fragmento de ADN en el genoma de una célula no animal (bacterias, hongos, plantas), que resulta en modificaciones genéticas de la misma. – Esto puede ocurrir de manera natural o de forma artificial a través de RT-PCR, entre otras técnicas. |
– Amplias aplicaciones en terapia génica y detección de actividad celular. – Por ejemplo un fragmento de gen que produce una proteína bioluminiscente se puede introducir a una células osteogénica para marcarla y evaluar su progreso y actividad celular. |
| Transfección | – Inserción de un gen u otro fragmento de ADN en el genoma de una célula eucariótica animal, que resulta en modificaciones genéticas de la misma. – Se pueden utilizar distintas herramientas, incluyendo plásmidos, virus y permeabilización de la membrana celular a través de electroporación (campos eléctricos) o sustancias químicas (fosfato de calcio). |
|
| Terapia génica | – Inserción de genes en el genoma de un individuo, los cuales están ausentes o son no funcionantes. – La terapia génica debe producir un gen funcional y se realiza en las células y tejidos con el objetivo de tratar una enfermedad o realizar marcaje génico (seguimiento de células). |
– La terapia génica se utiliza para enfermedades letales sin tratamiento, en las cuales la causa es un único gen que ya está clonado y la regulación del gen es precisa y conocida. – Hasta la fecha, la mayoría de sus aplicaciones son en el campo del cáncer y utilizando como vectores virus (retrovirus y adenovirus). – Un área de estudio actual en traumatología es la terapia génica en artrosis primaria, la cual se encuentra en etapa experimental y está enfocada en el bloqueo del efecto de la interleuqina 1 (IL-1). |
Etapas de la reacción de polimerasa en cadena (Polymerase chain reaction -PCR-)
«Polymerase chain reaction» by Enzoklop – Own work. Licensed under Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 via Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polymerase_chain_reaction.svg#mediaviewer/File:Polymerase_chain_reaction.svg
| Métodos de biología molecular relacionados con proteínas y sus aplicaciones | ||
|---|---|---|
| Concepto | Características | Aplicaciones en traumatología |
| Inmunohistoquímica / Inmunocitoquímica | – Método para detectar y localizart una proteína específica en una célula o tejido. – Se requiere del uso de un anticuerpo específico que se une a la proteína en estudio. – Habitualmente el anticuerpo está marcado con fluorescencia u otra sustancia que permite identificarlo cuando está unido a la proteína. |
– Algunas de las proteínas comúnmente estudiadas con esta técnica son los marcadores tumorales y las citoquinas, utilizándose en la detección de tumores músculo-esqueléticos o hematopoiéticos. |
| Ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas (Enzyme Linked ImmunoSorbent Assay -ELISA-) |
– Método de detección y cuantificación de proteínas específicas solubles. – En este método una enzima está unida a un anticuerpo que reconoce, el cual se une a la proteína específica. – Al unirse, la enzima genera un producto detectable, como por ejemplo cambio de color, que actúa como marcador de la proteína en estudio a través de cuantificación fotométrica. – También se puede utilizar un segundo anticuerpo que reconoce al primero y permite luego detectar la proteína en estudio. |
– Se utiliza para identificar y cuantificar en fluidos, células y tejidos proteínas como la fosfatasa alcalina y amilasa, entre muchas otras de interés clínico. |
| Ensayo del ácido bicinconínico (Bicinchoninic acid assay – BCA-) |
– Test bioquímico utilizado para determinar la concentración total de una proteína en un fluido. – A través del reactivo ácido bicincónico los enlaces peptídicos forman un producto de color, el cual es cuantificado fotométricamente. |
– Utilizado para determinar la concentración de varias proteínas en fluidos. |
| Ensayo de fosfatasa ácida tartrato-resistente (Tartrate Resistant Acid Phosphatase -TRAP-) |
– Técnica de tinción para identificar la fosfatasa ácida tartrato-resistente (TRAP), la cual es marcador de los osteoclastos. | – Permite identificar y cuantificar los osteoclastos en especímenes de tejido óseo. |
| Electroforesis de proteínas (Electroforesis en gel de poliacrilamida con dodecilsulfato sódico) (Sodium Dodecyl Sulfate Polyacrylamide Gel Electrophoresis -SDS-PAGE-) |
– Técnica que separa las proteínas según su peso molecular y carga eléctrica. – Un fluido con proteínas disueltas se aplica en el extremo de un gel y después de aplicar corriente eléctrica se observa su avance según peso molecular y carga. – Para observar las bandas de proteínas se utiliza la tinción con azul de Coomassie. |
– Utilizado para identificar, aislar e investigar una amplia variedad de proteínas. |
| Western blot | – Técnica utilizada para identificar una proteína específica en un extracto de tejido. – Esta técnica requiere de una electroforesis de proteínas (SDS-PAGE), seguida de la transferencia de las proteínas a un gel de poliacrilamida o a una membrana. – Finalmente se aplica un ELISA para identificar la proteína en estudio. |
– Utilizada para investigar la expresión de proteínas específicas en especímenes de tejidos. – Esto permite, por ejemplo, identificar proteínas con alteraciones en su síntesis, así como evaluar mecanismos de función del tejido óseo a través de proteínas. |
| Inmunoprecipitación | – Método de precipitación de una proteína en una solución a través del uso de anticuerpos específicos. | – Utilizado para aislar proteínas involucradas en mecanismos biológicos del tejido óseo. |
| Análisis proteómico comparativo | – Método que utiliza el procesamiento mecanizado con apoyo computacional de secuencias de péptidos para realizar un análisis rápido de todas las proteínas de un tejido en estudio. | – Permite crear un perfil de la actividad de las proteínas en un tejido normal o patológico, lo cual tiene un amplio uso en investigación de medicamentos que afectan la función del tejido óseo. |
Ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas o ELISA (Enzyme Linked ImmunoSorbent Assay)
«ELISA diagram» by Cavitri – Own work. Licensed under Creative Commons Attribution 3.0 via Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ELISA_diagram.png#mediaviewer/File:ELISA_diagram.png
Enfermedades músculo-esqueléticas asociadas a alteraciones genéticas
– Se describen como referencia las enfermedades genéticas más importantes del sistema músculo-esquelético, incluyendo las displasias esqueléticas, enfermedades metabólicas óseas, enfermedades del tejido conectivo y tumores músculo-esqueléticos asociados a alteraciones genéticas.
– Para una mayor información acerca de algunas de estas u otras enfermedades genéticas se recomienda como referencia la página web “Genetics Home Reference” de la Librería Nacional de Medicina de USA (U.S. National Library of Medicine / National Institutes of Health / Department of Health and Human Services): www.ghr.nlm.nih.gov
| Displacias esqueléticas | |||
|---|---|---|---|
| Tipo | Mutación genética | Defecto funcional | Fenotipo característico |
| Acondroplasia | Receptor tipo 3 del factor de crecimiento fibroblástico | Inhibición de la proliferación de los condrocitos | Baja estatura (displasia esquelética), cabeza normal o macrocefalia, acortamiento rizomélico de las extremidades (a expensas de la porción proximal de la extremidad -húmero y fémur-), tronco de tamaño normal |
| Displasia tanatofórica | Receptor tipo 3 del factor de crecimiento fibroblástico | Inhibición de la proliferación de los condrocitos | Enanismo severo con acortamiento de als extremidades, tórax pequeño, cabeza relativamente grande. Letal después del parto por compromiso respiratorio. |
| Hipocondroplasia | Receptor tipo 3 del factor de crecimiento fibroblástico | Inhibición de la proliferación de los condrocitos | Enanismo menos severo que acondroplasia |
| Pseudoacondroplasia | Proteína oligomérica de la matriz cartilaginosa (COMP) | Formación anormal del cartílago | Baja estatura (displasia esquelética), acortamiento rizomélico de las extremidades, proporciones corporales similares a acondroplasia, sin rasgos faciales distintivos, artrosis de inicio precoz |
| Displasia epifisiaria múltiple | COMP o gen codificante del colágeno tipo IX (COL9A2) | Formación anormal del cartílago | Baja estatura (displasia esquelética), artrosis de inicio precoz |
| Displasia espondiloepifisiaria | Gen codificante del colágeno tipo II (COL2A1) | Defecto en la formación de la matriz cartilaginosa | Baja estatura (displasia esquelética), tronco corto, malformaciones espinales, coxa vara, miopía y degeneración retiniana |
| Displasia diastrófica | Transportador de sulfato (gen DTDS) | Defecto en la sulfuración de los proteoglicanos | Acondroplasia tipo Fraccato, enanismo, hidropesía fetal |
| Condrodisplasia metafisaria tipo Schmid | Colágeno tipo X (COL10A1) | Defecto en la formación de la matriz cartilaginosa | Baja estatura, coxa vara, genu varo, compromiso de metáfisis de huesos largos pero sin compromiso de columna, menos severa que tipo Jansen |
| Condrodisplasia metafisaria tipo Jansen | Receptor de la PTH/relacionado a la PTH | Defecto funcional de la hormona paratiroidea | Extremidades cortas, anormalidades faciales características, malformaciones esqueléticas, huesos escleróticos en cráneo posterior, ceguera o sordera asociada, hipercalcemia |
| Displasia cleidocranial | RUNX2 (CBF-alfa-1) | Defecto en la osificación intramembranosa | Hipoplasia o aplasia de clavículas, suturas craneales abiertas, hipoplasia facial leve, sínfisis pubis abierta, baja estatura leve, anormalidades dentales, anormalidades vertebrales |
| Enfermedades metabólicas óseas asociadas a alteraciones genéticas | |||
|---|---|---|---|
| Tipo | Mutación genética | Defecto funcional | Fenotipo característico |
| Raquitismo hipofosfatémico ligado al cromosoma X | PEX (endopeptidasa celular) | Raquitismo resistente a vitamina D | Raquitismo, baja estatura, déficit en la reabsorción renal de fosfato y metabolismo de la vitamina D |
| Hipofosfatasia | Gen de la fosfatasa alcalina (tisular no específica) | Defecto generalizado en la mineralización esquelética | Raquitismo, extremidades arqueadas, pérdida de dientes, baja estatura |
| Osteolisis familiar | Gen del receptor de la super-familia de los factores de necrosis tumoral (ligando de la osteoprotegerina; receptor activador del factor nuclear κβ) | Osteolisis idiopática multicéntrica | Nariz delgada, hipoplasia maxilar, micrognatia, deformidades de las manos similares a la artritis reumatoídea |
| Mucopolisacaridosis tipo I | Gen de iduronidasa | Deficiencia de α-ʟ-iduronidasa (enzimas lisosomales de los glicosaminoglicanos) | Síndrome de Hurler: daño celular progresivo que afecta el desarrollo del sistema neurológico y músculo-esquelético (baja estatura y displasia ósea) |
| Mucopolisacaridosis tipo II | Gen de iduronato sulfatasa (ligado al cromosoma X, recesivo) | Déficit de iduronato sulfatasa | Síndrome de Hunter: características leves a moderadas de mucopolisacaridosis |
| Mucopolisacaridosis tipo III | IIIA: heparán N-sulfatasa IIIB: N-acetilglucosaminidasa (NAGLU) IIIC: GNAT IIID: N-acetilglucosamina |
IIIA: Déficit de heparán N-sulfatasa IIIB: Déficit de N-acetilglucosaminidasa IIIC: Déficit de glucosaminida-N-acetiltransferasa IIID: Déficit de N-acetilglucosamina 6-sulfatasa |
Síndrome de Sanfilippo: síndrome neurológico severo asociado a síndrome músculo-esquelético leve |
| Mucopolisacaridosis tipo IV | A: N-acetilgalactosamina 6-sulfatasa B: β-galactosidasa |
Déficit de enzimas lisosomales del queratán sulfato | Síndrome de Morquio: tórax en campana, anomalías espinales, huesos largos cortos, hipoplasia del odontoides, displasia de las caderas, rodillas, tobillos y muñecas |
| Enfermedades genéticas del tejido conectivo | |||
|---|---|---|---|
| Tipo | Mutación genética | Defecto funcional | Fenotipo característico |
| Osteogénesis imperfecta | Colágeno tipo I (genes COL1A1 o COL1A2) | Disminución de la cantidad y calidad del colágeno | Huesos frágiles, tono muscular bajo, posible disminución de la audición, dentinogenesis imperfecta. Tipo I: más común y más leve, escleras azules Tipo II: más severa, letal después del parto por problemas respiratorios Tipo III: estatura baja, escleras azules Tipo IV: escleras normales |
| Síndrome de Ehlers-Danlos | Gen del colágeno fibrilar (colágeno tipo V o III) | Tejido conectivo más laxo y frágil | Articulaciones laxas, piel hiperextensible |
| Síndrome de Marfan | Fibrilina | Destrucción del ensamblaje de las microfibrillas y producción de fibras elásticas anormales en el tejido conectivo | Estatura alta, escoliosis, miopía, aneurisma aórtico, dislocación del cristalino, prolapso de la válvula mitral |
| Tumores músculo-esqueléticos asociados a alteraciones genéticas | |||
|---|---|---|---|
| Tipo | Mutación genética | Defecto funcional | Fenotipo característico |
| Síndrome de Bloom | Gen codificante para la proteína del síndrome de Bloom (BLM, cromosoma 15) | Enzima helicasa | Baja estatura y predisposición a sarcoma y varios otros tipos de cáncer |
| Síndrome de Rothmund-Thompson | Gen de helicasa RecQ | Defecto en la replicación del ADN y proliferación celular | Baja estatura, cataratas, alteraciones en la pigmentación de la piel, calvicie, anormalidades en huesos, uñas y dientes, alta incidencia de sacroma |
| Síndrome de Treacher Collins | Genes TCOF1, POLR1C, POLR1D | Disminución de la producción de ARNr | Disminución del tamaño de algunos huesos del cráneo, sobre todo mandíbula |
| Síndrome de Li-Fraumeni | Gen supresor de tumores p53 | Susceptibilidad aumentada de cáncer | Varios tipos de cáncer, incluyendo osteosarcoma y liposarcoma |
| Displasia fibrosa (Síndrome de McCune-Albright) |
Genes GSα (receptor acoplado a proteínas) y gen GNAS1 (proteína G) | Estimulación inapropiada de adenil ciclasa | Síndrome de McCune-Albright: displasia fibrosa, anormalidades en la pigmentación de la piel y en la función endocrina |
| Exostosis múltiple hereditaria | Genes Exostosina 1 y 2 (EXT1, EXT2) | Disfunción de un gen supresor de tumores | Osteocondromas múltiples |
| Sarcoma de Ewing | Traslocación 11:22 (85% de los casos) |
Alteraciones de proteína de unión de ARN y proto-oncogen | Tumor neuroectodérmico primitivo en huesos y tejidos blandos, habitualmente en las diáfisis de los huesos largos |
| Sarcoma sinovial | Traslocación X:18 | Desregulación de la expresión génica | Sarcoma adyacente a las articulaciones |
| Liposarcoma mixoide | Traslocación 12:16 | Anormalidades citogenéticas | Tumor lipogénico de tejidos blandos |
| Otras enfermedades músculo-esqueléticas asociadas a alteraciones genéticas | |||
|---|---|---|---|
| Tipo | Sitio o sustancia afectada | Defecto funcional | Fenotipo característico |
| Distrofia muscular de Duchenne | Distrofina | Ausencia de distrofina en el músculo | Debilidad muscular progresiva y degeneración muscular, baja expectativa de vida |
| Osteopetrosis | Anhidrasa carbónica tipo II, bomba de protones c-src y factor estimulante de colonias de macrófagos (M-CSF) | Disfunción osteoclástica | Huesos frágiles, anemia, deficiencias inmunes secundarias a deficiencias de la médula ósea |
| Fibrodisplasia osificante progresiva | Mutación del gen noggin (NOG) | Osificación heterotópica | Osificación heterotópica y rigidez de las articulaciones |
Inmunología básica
– La inmunología es el estudio de la estructura y función del sistema inmunitario, la inmunidad innata y adquirida, así como técnicas de laboratorio que involucran la interacción entre antígenos y anticuerpos.
– La inmunidad es la protección que confiere el sistema inmune a agentes ajenos al organismo.
| TIPOS DE INMUNIDAD BIOLÓGICA | |||
|---|---|---|---|
| Tipo | Definición | Mecanismos de defensa | Respuesta a exposición repetida del mismo antígeno |
| Inmunidad innata o inespecífica | – Resistencia natural del organismo, desde el nacimiento, a la colonización, entrada y diseminación de microorganismos patógenos. | – Barreras físicas: epitelios – Respuestas químicas: citoquinas, sustancias antomicrobianas y sistema de proteínas séricas del complemento. – Respuestas celulares: células fagocíticas y células asesinas naturales (natural killers). |
– La respuesta a la infección es rápida y estereotipada (responde de igual forma a infecciones repetidas). |
| Inmunidad adaptativa o específica | – Resistencia adquirida del organismo frente a microorganismos patógenos, desarrollando anticuerpos capaces de reconocer y “recordar” el antígeno frente a futuras infecciones. – La inmunidad adaptativa puede ser adquirida de dos formas: naturalmente (microorganismo patógeno) o artificialmente (vacunas). – La inmunidad adaptativa, tanto natural como artificial, puede desarrollarse a través de mecanismos pasivos (ej.: anticuerpos transferidos por leche materna o inyección de inmunoglobulinas) y mecanismos activos (ej.: infecciones o vacunaciones). |
– Inmunidad humoral: mediada por anticuerpos (inmunoglobulinas), los cuales son producidos por linfocitos B. – Inmunidad celular: mediada por células activadas por los linfocitos T (ej.: macrófagos). |
– Después de la primera respuesta, aumenta la magnitud de la respuesta inmune frente al mismo antígeno. – La inmunidad adaptativa activa es la que tiene mayor duración, en algunas ocasiones para toda la vida. |
Curso temporal de una respuesta inmune
«Respuesta inmune» de Paintman – Basada en Image:Immune response.jpg de DO11.10. Disponible bajo la licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0-2.5-2.0-1.0 vía Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Respuesta_inmune.svg#mediaviewer/File:Respuesta_inmune.svg
Rol de las citoquinas en el sistema esquelético
– Las citoquinas son un conjunto de proteínas producidas por varios tipos celulares asociados al sistema inmune (principalmente linfocitos T), las cuales regulan las respuestas inflamatorias e inmunes.
– El grupo de las citoquinas incluye a las interleuquinas, quimioquinas, linfoquinas, interferones y factor de necrosis tumoral (TNF). Generalmente no incluye a factores de crecimiento, aunque hay frecuentemente superposición de estos términos.
– Las citoquinas son responsables de la comunicación intercelular, inducen la activación de receptores específicos de membrana, inducen la proliferación y diferenciación celular, así como la quimiotaxis y son capaces de regular la secreción de anticuerpos (inmunoglobulinas).
– En los procesos inflamatorios, las citoquinas son fundamentales en su regulación, siendo claves dentro de este grupo la interleuquina-1 (IL-1) y el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α).
– Las citoquinas tienen un rol amplio y relevante en el sistema músculo-esquelético, actuando tanto en procesos fisiológicos, como por ejemplo la diferenciación celular, consolidación y remodelación ósea, hasta procesos patológicos, como por ejemplo la inflamación crónica asociada a enfermedades o el desgaste de implantes.
Osteoinmunología y eje RANKL-RANK-OPG
– La osteoinmunología estudia la relación entre el sistema esquelético y el sistema inmune.
– Un foco de estudio importante en esta área es el de los mecanismos regulatorios entre ambos sistemas, incluyendo ligandos, receptores, moléculas de señal y factores de transcripción.
– Actualmente la osteoinmunología ha tenido un amplio desarrollo en el estudio de enfermedades que afectan a ambos sistemas como son las metástasis óseas, artritis reumatoídea y osteoporosis.
– Dentro de la osteoinmunología el eje RANKL-RANK-OPG es un ejemplo de sistema de señales que involucra tanto en el sistema inmune como en el sistema esquelético.
– RANKL es la sigla del término en inglés del ligando del receptor activador para el factor nuclear κβ, un miembro de la super-familia de proteínas del factor de necrosis tumoral (TNF), el cual se expresa en osteoblastos (células que sintetizan el tejido óseo) y linfocitos T activados.
– RANK es la sigla del término en inglés del receptor activador para el factor nuclear κβ, proteína expresada en los osteoclastos (células que reabsorbe y remodela el tejido óseo) y células dendríticas.
– OPG se refiere a la osteoprotegerina, proteína también miembro de la super-familia TNF, la cual es secretada por células dendríticas y actúa como receptor del RANKL, inhibiendo competitivamente la unión entre RANKL y RANK.
– Al unirse OPG a RANKL, se inhibe el factor nuclear κβ (NF-κβ), el cual es un factor de transcripción que en el tejido óseo reduce la producción de osteoclastos a través de la inhibición de la diferenciación de sus precursores.
– Este sistema RANKL-RANK-OPG es un ejemplo de la compleja interacción entre el sistema inmune y el sistema esquelético.
Inmunogenética, MHC (complejo mayor de histocompatibilidad) y HLA (antígenos leucocitarios humanos)
– La inmunogenética estudia los factores genéticos que controlan la respuesta inmunitaria y la expresión de características hereditarias de naturaleza antigénica.
– Es importante en enfermedades autoinmunes como la artritis reumatoídea, así como en el estudio de antígenos microbianos, marcadores genéticos de anticuerpos, entre otros.
– El complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) es un conjunto de proteínas de superficie codificadas por una familia de genes, las cuales controlan la mayor parte del sistema inmune en los vertebrados.
– En los humanos el MHC también se le denomina HLA (antígenos leucocitarios humanos) dado que las primeras moléculas de superficie de este tipo en humanos fueron descritas en leucocitos.
– Los genes que codifican el sistema HLA se encuentra en el cromosoma 6.
– El conjunto de proteínas de superficie del MHC se encuentran en la superficie de casi todas las células y tienen función de antígeno, es decir, son capaces de desencadenar la formación de anticuerpos y activar la respuesta inmune.
– MHC es fundamental en la regulación del sistema inmune, participando desde la inmunidad innata y adquirida hasta los procesos de rechazo de transplantes y células madre.
– Así también este sistema permite detectar asociaciones con algunas enfermedades autoinmunes como lupus eritematoso sistémico, artritis reumatoídea, miastenia gravis, síndrome de Sjöegren y espondilitis anquilosante.
| Sistema mayor de histocompatibilidad (major histocompatibility complex -MHC-)* | ||||
|---|---|---|---|---|
| Tipo | Células en las cuales está presente | Función | Respuesta | Ejemplos |
| I | Células nucleadas | – Presentar fragmentos de proteínas celulares a linfocitos T CD8+ (killers). – A través de la presentación cruzada, este sistema también puede presentar proteínas exógenas. |
– Linfocitos T CD8+ (killers) y células asesinas naturales (natural killers) eliminan la célula en las cuales no reconocen los fragmentos proteicos. | – Infecciones virales – Infecciones bacterianas intracelulares – Cáncer |
| II | Células presentadoras de antígenos (linfocitos B, células dendríticas, fagocitos mononucleares, células tímicas epiteliales, algunas células endoteliales) | – Presentar fragmentos de proteínas extracelulares a linfocitos T CD4+ (helpers). | – Linfocitos T CD4+ (helpers) gatillan una respuesta inmune a través de inflamación local, mediada por fagocitos, o a través de anticuerpos, medida por linfocitos B. | – Infecciones bacterianas – Rechazo de transplantes – Reacción a cuerpo extraño |
* Existe un MHC tipo III, con una función inmunitaria diferente a los MHC I y II, que codifica proteínas del complemento y mediadores de inflamación,.
Rechazo del sistema inmune: reacción de hipersensibilidad
– La reacción de hipersensibilidad es una reacción no deseada producida por el sistema inmune normal. Esta reacción puede manifestarse desde cuadros patológicos leves (atopía) hasta fatales (anafliaxia).
– Esta reacción requiere un estado inmune de pre-sensibilización del huésped, es decir una exposición previa al antígeno y respuesta inmune secundaria.
| Clasificación de hipersensibilidad (COOMBS Y GELL) | ||||
|---|---|---|---|---|
| Tipo | Sinónimos | Medidador(es) | Descripción | Ejemplos |
| I | – Alérgica – Inmediata |
Inmunoglobulina E (IgE) | – Respuesta rápida (minutos) en la cual los antígenos activan la IgE de los mastocitos y basófilos, causando una respuesta vasoactiva a través de histamina y mediadores inflamatorios. – Evaluable por pruebas cutáneas (ej.: prick test) o inmunoglobulinas E específicas. |
– Alergia atópica – Alergia a fármacos – Alergia a alimentos – Anafilaxia – Asma |
| II | – Citotóxica – Anticuerpo dependiente |
– IgM o IgG – Sistema de complemento – Complejo de ataque de membrana (MAC) |
– Los anticuerpos IgM o IgG se unen a las superficies de las células diana del antígeno y se produce la destrucción celular vía complejo de ataque de membrana (MAC). – En algunos casos esta respuesta es mediada por receptores de las células diana, inactivando la comunicación intracelular. – Evaluable por tests de Coombs directo e indirecto. |
– Miastenia gravis – Anemia hemolítica autoinmune – Trombocitopenia – Síndrome de Goodpasture – Enfermedad de Graves |
| III | – Enfermedad del complejo inmune | – IgG – Sistema de complemento – Neutrófilos |
– El anticuerpo IgG se una al antígeno soluble formando un complejo inmune, el cual se deposita en articulaciones y riñones, desencadenando activación una reacción inflamatoria. | – Artritis reumatoídea – Lupus eritematoso sistémico – Artritis reactiva – Glomérulo-nefritis post estreptocócica |
| IV | – Hipersensibilidad retardada – Respuesta inmune celular – Respuesta de memoria inmune – Anticuerpo independiente |
– Linfocitos T CD4+ (T helpers) | – Los linfocitos T CD4+ reconocen el antígeno y activan a los macrófagos, gatillando una respuesta inflamatoria. | – Rechazo de transplantes – Rechazo de implantes – Dermatitis de contacto – Esclerosis múltiple – Síndrome Guillain-Barré – Test de Mantoux (vacuna BCG) |
Celulas Madres (STEM CELLS) y diferenciación celular
– Las células madre o troncales (stem cells) son células biológicamente indiferenciadas, con las capacidades de diferenciación en diversos tipos celulares especializados y renovación a través de la división celular (mitosis).
– Su función es la regeneración o reparación de los tejidos del organismo.
– Existen diversos tipos de células madre que se pueden clasificar teniendo en cuenta su potencia, es decir, el número de diferentes tipos celulares en los que puede diferenciarse.
– La división celular de una célula madre adulta puede ser simétrica (creando más células madre) o asimétrica (produciendo una célula madre y una célula progenitora).
– Las células progenitoras tienen la diferencia que no pueden renovarse de forma ilimitada y habitualmente se diferencian en una línea celular.
| Potencia celular de las Células Madre | ||
|---|---|---|
| Tipo | Características | Denominaciones |
| Totipotencial | – Capacidad de producir todas las células diferenciadas del organismo, incluyendo las células embrionarias. | – También se le denomina omnipotenciales. – El cigoto (ovocito fecundado) es la única célula totipotencial. |
| Pluripotencial | – Capacidad de diferenciarse a cualquier tipo de célula excepto las embrionarias, por lo que no se puede desarrollar a partir de ellas un organismo completo. – Las células pluripotenciales pueden diferenciarse en cualquiera de las tres capas germinativas: – endodermo: pulmones, sistema gastrointestinal. – mesodermo: músculos, huesos, cartílago, tejido adiposo y conectivo, sistema circulatorio y linfático, dermis, sistema genitourinario. – ectodermo: epidermis y sistema nervioso |
– Se denominan también células madre embrionarias. |
| Multipotencial | – Capacidad de diferenciarse a células de familias celulares cercanas. – Es decir, se pueden diferenciar a más de una línea celular, pero no todas ellas. |
– Se denominan también células madre adultas o células progenitoras. |
| Oligopotencial | – Capacidad de diferenciarse a células de una sola línea celular. | |
| Unipotencial | – Capacidad de diferenciarse en un solo tipo de célula. – Lo que la diferencia de otras células no madre es la capacidad de renovación ilimitada. |
– Se denominan también células madre precursoras. |
| Tipos de Células Madre | |
|---|---|
| Tipo | Definición y Características |
| Células madre embrionarias | – Células madre pluripotenciales obtenidas del embrioblasto (polo del blastocisto, embrión humano de 4 días). |
| Células madre adultas | – Células madre multipotenciales que se encuentran en todos los tejidos, pero se obtienen habitualmente de médula ósea, tejido adiposo, sangre o cordón umbilical. – Se les denomina también células madre somáticas ya que no sólo se encuentran en adultos, sino también niños. – El transplante autólogo no produce rechazo, sin embargo son habitualmente escasas por lo que suelen requerir cultivos para su concentración. – A pesar de ser multipotenciales, pueden pasar a ser pluripotenciales a través de su inducción artificial. |
| Células madre pluripotenciales inducidas | – Células madre pluripotenciales obtenidas de forma artificial a través del proceso denominado transdiferenciación. – A través de transducción viral se realiza evolución retrógrada a traves de genes asociados a células madre (SOX2, Oct23/4, c-Myc, FLF4, entre otros) |
| Células madre mesenquimáticas | – Células madre multipotenciales del mesodermo que pueden diferenciarse en condrocitos, osteoblastos, fibroblastos, tenocitos y adipocitos. |
Diferencias entre células madre totipotenciales, pluripotenciales y unipotenciales
«Stem cells diagram» de Mike Jones – From English Wikipedia. Original description page is/was here.Comment: The source of pluripotent stems cells from developing embryos. Original work by Mike Jones for Wikipedia.. Disponible bajo la licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 vía Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stem_cells_diagram.png#mediaviewer/File:Stem_cells_diagram.png
Diferenciación celular
– La diferenciación celular es el proceso por el cual una célula se desarrolla y especializa hacia un tipo de células específico.
– Este proceso abarca desde las células madre hasta las células específicas de cada tejido.
– La diferenciación ocurre desde la etapa de cigoto, necesaria para la formación de cada órgano y tejido, hasta el organismo adulto, en el cual hay un proceso basal más gradual de renovación celular, el cual aumenta frente a la necesidad de reparación de tejidos.
– La diferenciación cambia la morfología de la célula, su actividad metabólica y su capacidad de respuesta frente a distintas señales.
– Este proceso está controlado por modificaciones en la expresión génica, aunque no hay cambios en el genoma.
– En cada etapa de la diferenciación celular, la célula es capaz de responder a factores de transcripción (reguladores de la expresión génica), factores de crecimiento y hormonas que permiten la regulación de la diferenciación.
– En el caso de la línea osteoblástica, los factores de transcripción que permiten la diferenciación de células mesenquimáticas multipotenciales a osteoblastos son el factor de transcripción 2 relacionado con Runt (RUNX2 o CBAF1) y el factor de transcripción Sp7 (osterix).
– En esta misma línea celular, actúan en la diferenciación las proteínas morfogenéticas óseas (BMPs), factor de crecimiento tumoral beta (TGF-β), factor de crecimiento insulínico (IGF-1), prostaglandinas (PGE2), la vitamina D y la paratohormona.
Diferenciación celular a partir de las células madre embrionarias
Diferenciación celular a partir de las células madre mesenquimáticas
