Monografías de alumnos: DEFICIENCIA DE PIRUVATO QUINASA (PK) en caninos

AUTORES:

  • RIOS GIMENA
  • CRUZ MICAELA

Curso de Genética Básica. Carrera de Veterinaria. Universidad Nacional de Río Negro. Argentina. 2017

By Flickr user dmealiffe
By Flickr user dmealiffe

Deficiencia de piruvato quinasa (PK) en caninos

Introducción

La anemia hemolítica es un trastorno que genera la disminución de la masa de globulos rojos sanguíneos y puede ser causada por diferentes alteraciones, una de ellas es a nivel genético debido a una mutación del gen PKLR. Esta es una alteración autosómica recesiva que se caracteriza por una disminución en la actividad catalítica de la enzima piruvato quinasa. Este trastorno provoca que los glóbulos rojos se destruyan mas rápido de lo que la medula ósea pueda producirlos. El animal afectado puede presentar diferentes signos clínicos, como mucosas pálidas, aumento del ritmo cardiaco y una tolerancia reducida al ejercicio. Las razas más susceptibles a esta deficiencia son Labrador Retriever, Pug, Beagle y Basenji.

¿Qué es la piruvato quinasa?

La piruvato quinasa es una enzima importante en el metabolismo energético de los glóbulos rojos. Se trata de una enzima de la vía glucolítica y su actividad enzimática proporciona la mitad de la energía (moléculas de ATP) producida en dicha vía, en el interior del eritrocito. La falta de energía en forma de ATP hace que se altere el equilibrio dentro del hematíe y se pierda agua y potasio que hay en su interior, generando una deshidratación de la célula y su posterior lisis. Este trastorno hereditario causa una deficiencia en esta enzima que genera un marcado agotamiento de la vida útil de los glóbulos rojos y, por lo tanto, una anemia hemolítica grave, produciendo un bajo hematocrito debido a la lisis celular.(Harvey, JW 1995); (Henderson A, 2007)

Existen 4 variantes de la enzima PK las cuales son específicas de cada tejido, entre las mas importante a destacar se encuentran: M2: ubicada en músculo esquelético; la tipo R: presente en eritrocitos, y la tipo L: localizadas en el hepatocito. En un estudio realizado en perros de raza Basenjis, se ha demostrado que este trastorno genera una deficiencia en la actividad catalítica de la enzima piruvato quinasa tipo R, por lo tanto el organismo intenta compensarlo, aumentado las concentraciones de PK-M2 en eritrocitos. (Whitney KM, 1994)

¿Quién codifica a piruvato quinasa?

El gen responsable de codificar a la enzima piruvato quinasa se lo conoce como gen  PK-LR o también conocido como PK1; PKL; PKR; RPK, ubicado en el cromosoma 7 de los caninos.

La longitud de este gen es de 1972 pb, y presenta 12 exones.

La siguiente imagen corresponde al gen PKLR y su recuento de exones. Se pueden observar las diferentes variantes ya sea tipo R o L, en el cual el recuento de exones se reduce a 11. Esto se debe al proceso de maduración de ARN o también llamado splicing alternativo o empalme alternativo, en el cual se van todos los intrones y solamente quedan los exones, que permite obtener diferentes tipos de ARN mensajero y por ende diferentes isoformas de proteínas específicas de cada tejido.

PKLR figura 1
Fuente: NCBI

Figura 1. Esquema del gen PKLR en caninos

Figura 2 Genetica (2)
Figura 2. Variantes del gen PKLR en diferentes tejidos. Por Ríos, G. y Cruz, M

¿Cómo se hereda?

La deficiencia de la enzima piruvato quinasa es un rasgo autosómico recesivo que significa que ambos padres de un perro afectado son portadores del trastorno. Los portadores tienen aproximadamente la mitad de la actividad enzimática normal en los glóbulos rojos y no se ven afectados clínicamente. Si se aparean dos portadores pueden producir descendencia afectada. (Harvey, JW y col, 1995)

Dicho trastorno es un típico caso de dominancia incompleta o codominancia en la cual los homocigotas son fenotípicamente diferentes a los heterocigotas, no existe un rasgo dominante ni tampoco recesivo, pero la enfermedad se manifiesta en la descendencia.

Gametas           Hembra

Macho

 Aa
AAAAa
aAaaa

GENOTIPO                  FENOTIPO

AA  25%                      1/4  SANO

Aa  50%                       1/2PORTADOR

aa  25%                       1/4  ENFERMO

Figura 3. Cuadro de un entrecruzamiento de dos individuos heterocigotas, portadores. Por Ríos, G. y Cruz, M.

Los perros con deficiencia de PK generalmente muestran signos de los 4 meses a 1 año de edad. Son lentos para crecer y muestran una leve debilidad y baja tolerancia al ejercicio. También muestran cambios en sus huesos, específicamente el reemplazo de la medula ósea por tejido fibroso y el endurecimiento o la densidad anormal del hueso (llamada mielofibrosis y osteoclerosis). Los perros con esta deficiencia por lo general mueren antes de los 4 años de edad debido a insuficiencia de la medula ósea y/o enfermedad hepática. (Harvey y col, 1995)

Mutaciones

Los resultados de los estudios realizados en diferentes razas de perros se pueden obtener de distintas regiones del gen, según se localice en cada raza. Cabe destacar que estos datos fueron obtenidos de un estudio realizado en el año 2012 con el objetivo de determinar la causa de la deficiencia de esta enzima en caninos. A continuación se describen las mutaciones puntuales para cada caso:

Labrador Retriever: el lugar donde ocurre la mutación se presenta en el exón 7, en el cual se genera un cambio en la base 799, de citocina por timina en el gen PKLR (mutación o sustitución de sentido erróneo), dando como resultado un codón de stop prematuro (TAA) debido a la terminación temprana de la enzima, la cual carece de sitios activos importantes en la unión al sustrato. (G. InalGultekin y col. 2012)

Esquema de la mutación del gen PKLR en canino de raza Labrador Retriever, cambio de Citocina por Timina en la base 799. Por Ríos, G. y Cruz, M.
Figura 4. Esquema de la mutación del gen PKLR en canino de raza Labrador Retriever, cambio de Citocina por Timina en la base 799. Por Ríos, G. y Cruz, M.

Pug: se encontró una sustitución en el exón 7, en la base 848 que origino un cambio de timina por citocina, esta mutación puntual cambia a GTC que codifica valina, en GCT que codifica alanina, generando una proteína diferente con una mínima actividad catalítica.(G. InalGultekin y col. 2012)

squema de la mutación del gen PKLR en un canino de raza Pug, sustitución de Timina por Citocina en la base 848, generando una proteína diferente. Por Ríos, G. y Cruz, M.
Figura 5. Esquema de la mutación del gen PKLR en un canino de raza Pug, sustitución de Timina por Citocina en la base 848, generando una proteína diferente. Por Ríos, G. y Cruz, M.

Beagle: se descubrió una mutación de sustitución de una sola base en el exón 8 del gen PK-LR. (sustitución de sentido erróneo) Esta mutación puntual cambia el codón GGC a AGC y así reemplaza a una glicina por una serina. Sólo la glicina es tolerada en esta posición por lo tanto es muy probable que esta mutación cause una proteína no funcional. (G. InalGultekin y col. 2012)

Esquema de la mutación del gen PKLR en canino de raza Beagle, sustitución de Guanina por Alanina generando una proteína diferente no funcional. Por Ríos, G. y Cruz, M.
Figura 6. Esquema de la mutación del gen PKLR en canino de raza Beagle, sustitución de Guanina por Alanina generando una proteína diferente no funcional. Por Ríos, G. y Cruz, M.

METODOS DE DIAGNOSTICO MOLECULAR

Las mutaciones fueron detectadas por PCR-RFLP en perros de raza Labrador, Pug y Beagle.

El segmento a amplificar fue de 188 pares de bases del exón 7. Los productos fueron digeridos con enzimas de restricción que cortan, en el  labrador al alelo silvestre 2 veces produciendo 3 fragmentos, de 96, 46, 46. El alelo afectado, en cambio,es cortado solamente 1 vez, produciendo un fragmento de 142 y 46 pb ya que la enzima no reconoce un sitio de corte al cambiar una base por otra. (G. InalGultekin y col. 2012)

En el caso del pug los productos de la digestión, son cortados en 2 bandas de 141 y 47 pb para el alelo normal, mientras que al alelo mutante le falta el sitio de restricción y no corta, mostrando así los 188 pb.

Por último, en el caso de los Beagle, la digestión corta al alelo silvestre de 109 pb en un fragmento de 90 y otro de 19 pb, mientras que el alelo mutante no se digiere, mostrando la banda no cortada a 109 pb. El segmento que se amplifico en esta raza se obtuvo del exón 8.(G. InalGultekin y col. 2012)

Esquema del producto de amplificación para raza en particular. Por Ríos, G. y Cruz, M.
Figura 7. Esquema del producto de amplificación para raza en particular. Por Ríos, G. y Cruz, M.

IMPORTANICIA DE SU DIAGNOSTICO

Debido a que es un rasgo autonómico recesivo, ambos padres de los perros afectados portan el gen defectuoso. Los individuos heterocigotos generalmente son asintomáticos y puede ser difícil detectar signos clínicos en ellos, por eso, es útil comprobar la presencia de la enfermedad antes de la reproducción. Este es uno de los factores más importante a tener en cuenta en los lugares dedicados a la cría, ni los perros afectados (homocigota recesivo) ni los portadores (heterocigota) deben utilizarse en la reproducción, debe ser un conocimiento fundamental para los criadores que buscan detectar portadores y eliminarlos de la población reproductiva. (Gultekin GI, y col. 2012)

Actualmente se han registrado 10 casos de deficiencia de PK en todo Estados unidos, 40 en Europa y 11 en Sudamérica. Pero se sospecha que la incidencia es mayor debido a que la mayoría de los perros utilizados para detectar la deficiencia de PK proviene de casas de cría. (G. Inal Gultekin y col, 2012)

Conclusión:

Debe considerarse la deficiencia de la enzima piruvato quinasa en caninos como una importante alteración que produce una anemia hemolítica grave y pone en riesgo la calidad y tiempo de vida del animal, limitándose a ciertas razas de perros particularmente. Es una alteración autosómica recesiva, siendo ambos padres del afectado, portadores de la mutación, por eso es importante conocer esta patología y detectar animales afectados o portadores de ésta, para no seguir aumentando el porcentaje de caninos con dicha deficiencia.

Bibliografía:

Harvey, JW 1995. Anemias hemolíticas congénitas y metahemoglobinemias. ACVIM-Proceedings del 13. ° Foro Médico Veterinario Anual: 37-40.
Henderson A. Anemia, Hemolítico. En: Côté E, ed. Asesor Clínico Veterinario Perros y Gatos. Missouri: MosbyElsevier, 2007: 64-66.
Sargan DR. Deficiencia de piruvato quinasa. Disponible en 
vetGen : información sobre pruebas genéticas disponibles (basenjis y terriers blancos de las Highlands occidentales)

Inal Gultekin, G., Raj, K., Foureman, P., Lehman, S., Manhart, K., Abdulmalik, O., & Giger, U. (2012).Erythrocytic pyruvate kinase mutations causing hemolytic anemia, osteosclerosis, and secondary hemochromatosis in dogs. Journal of veterinaryinternal medicine, 26(4), 935-944.

Whitney, K. M., Goodman, S. A., Bailey, E. M., & Lothrop Jr, C. D. (1994). The molecular basis of canine pyruvate kinase deficiency. Experimental hematology, 22(9), 866-874.

WHITNEY, K. M., et al. The molecular basis of canine pyruvate kinase deficiency. Experimental hematology, 1994, vol. 22, no 9, p. 866-874.

Mas información: aqui

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Síndrome overo letal blanco (OLWS). Monografía de alumnos Genética Básica

Fuente: https://www.facebook.com/SobreCaballos/photos/a.481816315195221.107974.479648582078661/1066990530011127/?type=3&theater

Nuevamente quiero dejarles una monografía realizada por dos de mis alumnos de Genética Básica 2017, en este caso Shaira Fernández y Emilio Torres, sobre una enfermedad hereditaria en caballos, el Síndrome Overo Letal Blanco, también conocido como OLWS. Felicitaciones por el trabajo y espero ayude a muchos otros que buscan información sobre el tema.

Tema: Monografía de enfermedad genética hereditaria

Autores: Shaira Fernández – Emilio Torres

Año: 2017

Docentes: Gabriela Iglesias – María Pía Beker

Carrera: Medicina Veterinaria

Materia: Genética Básica

Universidad Nacional de Rio Negro- Sede Alto Valle y Valle Medio (AVVM)

Introducción:

Los objetivos del presente trabajo son profundizar conocimientos genéticos sobre el síndrome overo letal blanco en caballos de la raza Cuarto de Milla Americana principalmente y otras como pintados, caballos miniatura, árabes y occidentales.

El síndrome del potro blanco letal overo se conoce como aganglionosis ileocolica y está directamente relacionado con el gen EDNRB ubicado en el cromosoma 17.

Los patrones de overo blanco son causados por un solo gen (dominante) por lo contrario los caballos con dos copias del gen (recesivo) nacen completamente blancos, (Horse: University of Minnesota Extension, 2017) causando la muerte de los potrillos poco después del nacimiento debido a defectos en el desarrollo embriológico de este, alterando la migración de las células de la cresta neural, las células progenitoras de los melanocitos y ganglios intestinales. (Horse Genome Project, 2017)

Se han descubierto similitudes entre el gen O y el gen que causa la enfermedad de Hirschsprung en humanos. La mutación esta en un lugar diferente en el gen pero causa los mismos efectos: manchas blancas y defectos del desarrollo. (Horse: University of Minnesota Extension, 2017)

Contenido:  

En los caballos hay 32 pares de cromosomas, cada célula del cuerpo de un caballo contiene dos copias de cada cromosoma, una de la madre y otra del padre. (Horse Genetics,2017). El alelo overo muestra pleíotropia que significa que tiene más de un efecto sobre el fenotipo. (Horse Genetics, 2017)

Los potrillos nacen con ojos azules y una bata blanca, y pueden tener pequeñas manchas negras a lo largo de la cabeza, cola y melena. Luego de un tiempo comienzan con cólicos debido a que no pueden defecar, a causa de un mal desarrollo del sistema nervioso gastrointestinal. Las células embrionarias encargadas de formar los nervios mencionados anteriormente también determinan el color de piel. (Horse: University of Minnesota Extension, 2017)

La mutación que causa esta patología es una sustitución de sentido erróneo, que provoca el cambio de lisina por isoleucina, esto ocurre en el codón 118 del receptor de la endotelina B (EDNRB) que está localizado en el cromosoma 17. (Universidad de California Santa Cruz, 2008). Esta proteína está asociada a la regulación del desarrollo de las células de la cresta neural que se convierten en ganglios entéricos y melanocitos. (Santschi, 1998)

Cabe destacar que la sustitución ocurre en el primer dominio transmembrana de un receptor acoplado a la proteína G de 7 dominios transmembrana para las endotelinas. (Baynash et al., 1994; Hosoda et al., 1994).

Características propias del gen:

Gen: EDNRB

Titulo: receptor de endotelina tipo B

Mutación: ocurre en codón 118 de EDNRB

Localización: cromosoma 17

Recuento de exones: 8

Longitud: 24,536 pares de bases (bp)

Fuente: EDNRB endothelin receptor type B [Equus caballus (horse)] – Gene – NCBI. (2017).

Mutación del ADN: NM 001081837.1:c.353_354delinsAG

Efecto previsto de la mutación: Interrupción de aminoácidos (isoleucina 118 por lisina)

Fuente: Bellone, R. (2010).

figura 1 corregida

Figura 1: Secuencia gen EDNRB. Fuente: EDNRB endothelin receptor type B [Equus caballus (horse)] – Gene – NCBI. (2017).

 

figura 2

Figura 2: Gen endotelina B. Fuente: EDNRB endothelin receptor type B [Equus caballus (horse)] – Gene – NCBI. (2017)

Diagnóstico :

PCR especifica de alelo, es una de las variaciones de la PCR básica que se usa para identificar o utilizar los polimorfismos de una sola base (SNPs). Se utilizan primers específicos para la secuencia normal y mutante. El diseño más habitual de esta técnica es un análisis en dos tubos con dos primers: uno normal y otro mutante en reacciones separadas junto con los primers control. (Reacción en cadena de la polimerasa. Es.wikipedia.org, 2017)

La reacción de cadena en la polimerasa (PCR) alelo especifica es la técnica de genética molecular utilizada para identificar a los caballos reproductores en riesgo de transmitir el gen letal a sus descendientes.  Para analizar el ADN se extrae sangre o muestras de cabello con raíces. (Horse Genetic ,2017).

Esta técnica permite amplificar el ADN, produciendo cantidades relativamente grandes para analizar su secuencia génica, expresión génica. Los materiales para llevar a cabo la reacción vienen incluidos en un KIT con uno o más cebadores de oligonucleótidos (cadenas cortas de nucleótidos), tampón de reacción de PCR, enzima de ADN polimerasa, materiales de análisis de electroforesis en gel e instrucciones para llevar a cabo reacciones de PCR. (Metallinos et al. 2002)

Descripción de la técnica:

En este caso es un método para identificar un gen del receptor de endotelina B de tipo salvaje y la mutación, amplificando una porción del gen del receptor de endotelina B de una muestra biológica de caballo usando cebadores/primers denominados SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 14 y SEQ ID NO: 15 en reacciones de amplificación en las que da como resultado la generación de polinucleótidos de 174, 105 y 90 bp. (Metaliinos et al. 2002).

figura 3 primers

Figura 3: grupo de primers que se utilizaron para llevar a cabo la técnica PCR alelo específica. Fuente: patente US 6372900 B1 – Horse Endothelin-b Receptor Gene And Gene Products The Lens

La Figura 4 muestra la orientación y posición de los cebadores usados en un ensayo de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) para detectar la mutación de dos pares de bases asociada con el Síndrome Overo Letal Blanco. Las flechas indican el extremo 3 ‘ de cada cebador. El recuadro alrededor de las bases TC-AG, muestra la diferencia de secuencia de dos pares de bases entre el caballo de tipo salvaje y el ADN de caballo blanco letal.

figura-4.jpg

Figura 4: Esquema de la secuencia y los primers u oligonucleótidos usados para la amplificación en una PCR alelo específica. Fuente: patente US 6372900 B1 – Horse Endothelin-b Receptor Gene And Gene Products The Lens.

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Figura 5: muestra los resultados de una reacción de PCR realizada en un gel de poliacrilamida al 12% y teñida con bromuro de etidio. Fuente: patente US 6372900 B1 – Horse Endothelin-b Receptor Gene and Gene Products The Lens

En la Figura 5 observamos el carril 1 que es el producto de PCR de una muestra de caballo heterocigota; el carril 2 es el producto de PCR de la muestra de caballo de potro blanco letal y el carril 3 es el producto de PCR de una muestra homocigótica de caballo salvaje.
Se puede observar que cada carril tiene el control de 174 pares de bases para la reacción de PCR resultante de la amplificación con los cebadores E1.F y E1.R. Los carriles 1 y 2 tienen el producto específico blanco letal de 105 pares de bases resultante de la amplificación con los primers lw2. F y E1.R. Los carriles 1 y 3 tienen el producto específico de tipo salvaje de 90 pares de bases resultante de la amplificación con los cebadores wt2.F y E1-2.F.
( Patente US 6372900 B1 – Horse Endothelin-b Receptor Gene And Gene Products The Lens).
En conclusión se puede distinguir un producto del alelo blanco letal de 105 pb y alelo tipo salvaje de 90 pb. Por lo tanto los portadores del alelo del potro letal blanco pueden identificarse fácilmente por PCR.

Aplicaciones más importantes de esta técnica: detectar alelos de un gen normal y mutado (enfermedades hereditarias), portadores (individuos que presentan un fenotipo normal, pero son capaces de transmitir a su descendencia un carácter indeseable que los predispone a padecer una patología). Por lo general este carácter sigue un modelo de herencia simple recesiva, de tal modo que solo las homocigotas recesivas presentan el fenotipo indeseable. (Técnicas de biología molecular, 2008)

Modo de transmisión a la descendencia:

La herencia del gen se caracteriza por ser:

  • Autosómica recesiva
  • Expresividad variable
  • Es Letal
  • Penetrancia incompleta

Fuente: (the “genetics”of beeding horse journals, 2013).

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Figura 6: Esquema de modo de herencia del gen overo letal blanco. Fuente: (Santschi et al.,1998)

El apareamiento de dos overos heterocigotos dará como resultado promedio un 25 % de potros con el gen letal overo blanco, esto quiere decir que hay una probabilidad de 1 en 4 de que nazca un overo blanco letal, los demás descendientes serán overos de color sólido o heterocigotos.

Los potros afectados son homocigotos para el gen Lys (Lys 118/Lys 118) y los portadores son heterocigotos (Ile 118/Lys 118).

La incidencia de heterocigotos OLWS es muy alta, mas de 94% en caballos marco overo muy blanco y mezclas de marco overo. Un 21% de incidencia de heterocigotos OLWS blancos con patrones de color incluyen al tobiano, sabino. (Santschi et al; 2001).

Se recomienda cruzar caballos sólidos con overos que dan como resultado potros sólidos y overos en igual número sin aparecer potros con el gen letal. Ocasionalmente los caballos sin patrones apreciables de manchas corporales han engendrado potros con LWO (letal White overo) incluida la raza cuarto de milla. Algunos caballos que llevan el gen overo letal blanco pueden tener poco o ningún color blanco en ellos. (lethal white overo horses, 2017)

Debido a esto no se puede deducir el genotipo necesariamente a partir del color del pelaje. (Metallinos et al., 1998)

Prevención y control:

  • Principalmente un diagnostico PCR  dirigido a todos los overos de cuadro y sus descendientes.
  • Pelajes similares como: tobiano, pintado.
  • Prevención en la adquisición de un ejemplar equino

Conclusión:

Concluimos que conocer la genética del caballo nos sirve para su mejoramiento ya que los genes son como si fueran piezas de un código que indica cómo se va a construir molecularmente un organismo y su funcionamiento. Además debemos recordar que los trastornos genéticos van a ser heredados y que a simple vista no podemos diagnosticarlos ya que los pelajes pueden resultar engañosos, para ello es necesario conocer el árbol genealógico del animal o realizar una técnica de diagnostico molecular (PCR),  la cual está a nuestro alcance en Argentina solo que debemos mandar a sintetizar los primers específicos y contar con la infraestructura necesaria para realizarlo.

A lo largo de esta investigación podemos afirmar que el síndrome overo letal blanco es una enfermedad genética a tener en cuenta sobre todo en caballos de la raza cuarto de milla, pese a las excepciones ya nombradas en otras razas, siendo de pronóstico grave y sin tratamiento que termina en la muerte del potrillo entre las 12-24 horas aproximadamente luego de su nacimiento.  Si bien la bibliografía nos lleva a casos de otros países debemos prever la posibilidad de que suceda en Argentina y saber actuar al respecto.

Con estas herramientas de diagnostico podemos proveer información acerca del gen letal para criadores y haras con el fin de prevenir el nacimiento indeseado de potrillos con este síndrome y además a las personas dispuestas a adquirir un ejemplar. Como parte de nuestra formación en medicina veterinaria creemos imprescindible el asesoramiento para evitar pérdidas.

Bibliografía:

·         Horse Genome Project. (2017). Uky.edu. Retrieved 24 October 2017, from http://www.uky.edu/Ag/Horsemap/

·         Finno, C., Spier, S., & Valberg, S. (2009), Equine diseases caused by known genetic mutatios. The Veterinary Journal, 179(3), 336-347.doi:10.1016/j.tvjl.2008.03.016

·         Santschi, E., Purdy, A., Valberg, S., Vrotsos, P., Kaese, H., & Mickelson, J. (1998). Endothelin receptor B polymorphism associated with lethal white foal syndrome in horses. Mammalian Genome, 9(4), 306-309. doi:10.1007/s003359900754

·         Lethal white overo horses. (2017). Horse-genetics.com. Retrieved 24 October 2017, from http://www.horse-genetics.com/overo-horses-LWO.html (Overo lethal white syndrome (OLWS) : Horse : University of Minnesota Extension
·         Overo lethal white syndrome (OLWS) : Horse : University of Minnesota Extension. (2017). Extension.umn.edu. Retrieved 24 October 2017, from https://www.extension.umn.edu/agricult)
·         Horse Genome Project. (2017). Uky.edu. Retrieved 24 October 2017, from http://www.uky.edu/Ag/Horsemap/hgpd
·         lethal white overo horses. (2017). Horse-genetics.com. Retrieved 24 October 2017, from http://www.horse-genetics.com/overo-horses-LWO.html
·         (Overo lethal white syndrome (OLWS) : Horse : University of Minnesota Extension (2017). Extension.umn.edu. Retrieved 24 October 2017, from https://www.extension.umn.edu/agricult
·         TÉCNICAS DE BIOLOGÍA MOLECULAR. (2008). Desde Mendel hasta las moléculas
·         Patente US 6372900 B1 – Horse Endothelin-b Receptor Gene And Gene Products The Lens. (2017). The Lens.
·         EDNRB endothelin receptor type B [Equus caballus (horse)] – Gene – NCBI. (2017). Ncbi.nlm.nih.gov
·         Bellone, R. (2010). Pleiotropic effects of pigmentation genes in horses. Animal Genetics, 41(s2), 100-110.
·         Danika Metallinos, Portola Valley, California (EE. UU.); Jasper Rine , Moraga, California (EE. UU.); y Ann Bowling, Davis, California (EE. UU.), 2002

Síndrome overo letal blanco. Monografía de alumnos Genética Básica

Nuevamente quiero dejarles una monografía realizada por dos de mis alumnos de Genética Básica 2017, en este caso Shaira Fernández y Emilio Torres, sobre una enfermedad hereditaria en caballos, el Síndrome Overo Letal Blanco, también conocido como OLWS. Felicitaciones por el trabajo y espero ayude a muchos otros que buscan información sobre el tema.

Tema: Monografía de enfermedad genética hereditaria

Autores: Shaira Fernández – Emilio Torres

Año: 2017

Docentes: Gabriela Iglesias – María Pía Beker

Carrera: Medicina Veterinaria

Materia: Genética Básica

Universidad Nacional de Rio Negro- Sede Alto Valle y Valle Medio (AVVM)

Introducción:

Los objetivos del presente trabajo son profundizar conocimientos genéticos sobre el síndrome overo letal blanco en caballos de la raza Cuarto de Milla Americana principalmente y otras como pintados, caballos miniatura, árabes y occidentales.

El síndrome del potro blanco letal overo se conoce como aganglionosis ileocolica y está directamente relacionado con el gen EDNRB ubicado en el cromosoma 17.

Los patrones de overo blanco son causados por un solo gen (dominante) por lo contrario los caballos con dos copias del gen (recesivo) nacen completamente blancos, (Horse: University of Minnesota Extension, 2017) causando la muerte de los potrillos poco después del nacimiento debido a defectos en el desarrollo embriológico de este, alterando la migración de las células de la cresta neural, las células progenitoras de los melanocitos y ganglios intestinales. (Horse Genome Project, 2017)

Se han descubierto similitudes entre el gen O y el gen que causa la enfermedad de Hirschsprung en humanos. La mutación esta en un lugar diferente en el gen pero causa los mismos efectos: manchas blancas y defectos del desarrollo. (Horse: University of Minnesota Extension, 2017)

Contenido:  

En los caballos hay 32 pares de cromosomas, cada célula del cuerpo de un caballo contiene dos copias de cada cromosoma, una de la madre y otra del padre. (Horse Genetics,2017). El alelo overo muestra pleíotropia que significa que tiene más de un efecto sobre el fenotipo. (Horse Genetics, 2017)

Los potrillos nacen con ojos azules y una bata blanca, y pueden tener pequeñas manchas negras a lo largo de la cabeza, cola y melena. Luego de un tiempo comienzan con cólicos debido a que no pueden defecar, a causa de un mal desarrollo del sistema nervioso gastrointestinal. Las células embrionarias encargadas de formar los nervios mencionados anteriormente también determinan el color de piel. (Horse: University of Minnesota Extension, 2017)

La mutación que causa esta patología es una sustitución de sentido erróneo, que provoca el cambio de lisina por isoleucina, esto ocurre en el codón 118 del receptor de la endotelina B (EDNRB) que está localizado en el cromosoma 17. (Universidad de California Santa Cruz, 2008). Esta proteína está asociada a la regulación del desarrollo de las células de la cresta neural que se convierten en ganglios entéricos y melanocitos. (Santschi, 1998)

Cabe destacar que la sustitución ocurre en el primer dominio transmembrana de un receptor acoplado a la proteína G de 7 dominios transmembrana para las endotelinas. (Baynash et al., 1994; Hosoda et al., 1994).

Características propias del gen:

Gen: EDNRB

Titulo: receptor de endotelina tipo B

Mutación: ocurre en codón 118 de EDNRB

Localización: cromosoma 17

Recuento de exones: 8

Longitud: 24,536 pares de bases (bp)

Fuente: EDNRB endothelin receptor type B [Equus caballus (horse)] – Gene – NCBI. (2017).

Mutación del ADN: NM 001081837.1:c.353_354delinsAG

Efecto previsto de la mutación: Interrupción de aminoácidos (isoleucina 118 por lisina)

Fuente: Bellone, R. (2010).

figura 1 corregida
Figura 1: Secuencia gen EDNRB. Fuente: EDNRB endothelin receptor type B [Equus caballus (horse)] – Gene – NCBI. (2017).
figura 2
Figura 2: Gen endotelina B. Fuente: EDNRB endothelin receptor type B [Equus caballus (horse)] – Gene – NCBI. (2017)

Diagnóstico :

PCR especifica de alelo, es una de las variaciones de la PCR básica que se usa para identificar o utilizar los polimorfismos de una sola base (SNPs). Se utilizan primers específicos para la secuencia normal y mutante. El diseño más habitual de esta técnica es un análisis en dos tubos con dos primers: uno normal y otro mutante en reacciones separadas junto con los primers control. (Reacción en cadena de la polimerasa. Es.wikipedia.org, 2017)

La reacción de cadena en la polimerasa (PCR) alelo especifica es la técnica de genética molecular utilizada para identificar a los caballos reproductores en riesgo de transmitir el gen letal a sus descendientes.  Para analizar el ADN se extrae sangre o muestras de cabello con raíces. (Horse Genetic ,2017).

Esta técnica permite amplificar el ADN, produciendo cantidades relativamente grandes para analizar su secuencia génica, expresión génica. Los materiales para llevar a cabo la reacción vienen incluidos en un KIT con uno o más cebadores de oligonucleótidos (cadenas cortas de nucleótidos), tampón de reacción de PCR, enzima de ADN polimerasa, materiales de análisis de electroforesis en gel e instrucciones para llevar a cabo reacciones de PCR. (Metallinos et al. 2002)

Descripción de la técnica:

En este caso es un método para identificar un gen del receptor de endotelina B de tipo salvaje y la mutación, amplificando una porción del gen del receptor de endotelina B de una muestra biológica de caballo usando cebadores/primers denominados SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 14 y SEQ ID NO: 15 en reacciones de amplificación en las que da como resultado la generación de polinucleótidos de 174, 105 y 90 bp. (Metaliinos et al. 2002).

figura 3 primers
Figura 3: grupo de primers que se utilizaron para llevar a cabo la técnica PCR alelo específica. Fuente: patente US 6372900 B1 – Horse Endothelin-b Receptor Gene And Gene Products The Lens

La Figura 4 muestra la orientación y posición de los cebadores usados en un ensayo de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) para detectar la mutación de dos pares de bases asociada con el Síndrome Overo Letal Blanco. Las flechas indican el extremo 3 ‘ de cada cebador. El recuadro alrededor de las bases TC-AG, muestra la diferencia de secuencia de dos pares de bases entre el caballo de tipo salvaje y el ADN de caballo blanco letal.

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Figura 4: Esquema de la secuencia y los primers u oligonucleótidos usados para la amplificación en una PCR alelo específica. Fuente: patente US 6372900 B1 – Horse Endothelin-b Receptor Gene And Gene Products The Lens.
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Figura 5: muestra los resultados de una reacción de PCR realizada en un gel de poliacrilamida al 12% y teñida con bromuro de etidio. Fuente: patente US 6372900 B1 – Horse Endothelin-b Receptor Gene and Gene Products The Lens

En la Figura 5 observamos el carril 1 que es el producto de PCR de una muestra de caballo heterocigota; el carril 2 es el producto de PCR de la muestra de caballo de potro blanco letal y el carril 3 es el producto de PCR de una muestra homocigótica de caballo salvaje.
Se puede observar que cada carril tiene el control de 174 pares de bases para la reacción de PCR resultante de la amplificación con los cebadores E1.F y E1.R. Los carriles 1 y 2 tienen el producto específico blanco letal de 105 pares de bases resultante de la amplificación con los primers lw2. F y E1.R. Los carriles 1 y 3 tienen el producto específico de tipo salvaje de 90 pares de bases resultante de la amplificación con los cebadores wt2.F y E1-2.F.
( Patente US 6372900 B1 – Horse Endothelin-b Receptor Gene And Gene Products The Lens).
En conclusión se puede distinguir un producto del alelo blanco letal de 105 pb y alelo tipo salvaje de 90 pb. Por lo tanto los portadores del alelo del potro letal blanco pueden identificarse fácilmente por PCR.

Aplicaciones más importantes de esta técnica: detectar alelos de un gen normal y mutado (enfermedades hereditarias), portadores (individuos que presentan un fenotipo normal, pero son capaces de transmitir a su descendencia un carácter indeseable que los predispone a padecer una patología). Por lo general este carácter sigue un modelo de herencia simple recesiva, de tal modo que solo las homocigotas recesivas presentan el fenotipo indeseable. (Técnicas de biología molecular, 2008)

Modo de transmisión a la descendencia:

La herencia del gen se caracteriza por ser:

  • Autosómica recesiva
  • Expresividad variable
  • Es Letal
  • Penetrancia incompleta

Fuente: (the “genetics”of beeding horse journals, 2013).

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Figura 6: Esquema de modo de herencia del gen overo letal blanco. Fuente: (Santschi et al.,1998)

El apareamiento de dos overos heterocigotos dará como resultado promedio un 25 % de potros con el gen letal overo blanco, esto quiere decir que hay una probabilidad de 1 en 4 de que nazca un overo blanco letal, los demás descendientes serán overos de color sólido o heterocigotos.

Los potros afectados son homocigotos para el gen Lys (Lys 118/Lys 118) y los portadores son heterocigotos (Ile 118/Lys 118).

La incidencia de heterocigotos OLWS es muy alta, mas de 94% en caballos marco overo muy blanco y mezclas de marco overo. Un 21% de incidencia de heterocigotos OLWS blancos con patrones de color incluyen al tobiano, sabino. (Santschi et al; 2001).

Se recomienda cruzar caballos sólidos con overos que dan como resultado potros sólidos y overos en igual número sin aparecer potros con el gen letal. Ocasionalmente los caballos sin patrones apreciables de manchas corporales han engendrado potros con LWO (letal White overo) incluida la raza cuarto de milla. Algunos caballos que llevan el gen overo letal blanco pueden tener poco o ningún color blanco en ellos. (lethal white overo horses, 2017)

Debido a esto no se puede deducir el genotipo necesariamente a partir del color del pelaje. (Metallinos et al., 1998)

Prevención y control:

  • Principalmente un diagnostico PCR  dirigido a todos los overos de cuadro y sus descendientes.
  • Pelajes similares como: tobiano, pintado.
  • Prevención en la adquisición de un ejemplar equino

Conclusión:

Concluimos que conocer la genética del caballo nos sirve para su mejoramiento ya que los genes son como si fueran piezas de un código que indica cómo se va a construir molecularmente un organismo y su funcionamiento. Además debemos recordar que los trastornos genéticos van a ser heredados y que a simple vista no podemos diagnosticarlos ya que los pelajes pueden resultar engañosos, para ello es necesario conocer el árbol genealógico del animal o realizar una técnica de diagnostico molecular (PCR),  la cual está a nuestro alcance en Argentina solo que debemos mandar a sintetizar los primers específicos y contar con la infraestructura necesaria para realizarlo.

A lo largo de esta investigación podemos afirmar que el síndrome overo letal blanco es una enfermedad genética a tener en cuenta sobre todo en caballos de la raza cuarto de milla, pese a las excepciones ya nombradas en otras razas, siendo de pronóstico grave y sin tratamiento que termina en la muerte del potrillo entre las 12-24 horas aproximadamente luego de su nacimiento.  Si bien la bibliografía nos lleva a casos de otros países debemos prever la posibilidad de que suceda en Argentina y saber actuar al respecto.

Con estas herramientas de diagnostico podemos proveer información acerca del gen letal para criadores y haras con el fin de prevenir el nacimiento indeseado de potrillos con este síndrome y además a las personas dispuestas a adquirir un ejemplar. Como parte de nuestra formación en medicina veterinaria creemos imprescindible el asesoramiento para evitar pérdidas.

Bibliografía:

·         Horse Genome Project. (2017). Uky.edu. Retrieved 24 October 2017, from http://www.uky.edu/Ag/Horsemap/

·         Finno, C., Spier, S., & Valberg, S. (2009), Equine diseases caused by known genetic mutatios. The Veterinary Journal, 179(3), 336-347.doi:10.1016/j.tvjl.2008.03.016

·         Santschi, E., Purdy, A., Valberg, S., Vrotsos, P., Kaese, H., & Mickelson, J. (1998). Endothelin receptor B polymorphism associated with lethal white foal syndrome in horses. Mammalian Genome, 9(4), 306-309. doi:10.1007/s003359900754

·         Lethal white overo horses. (2017). Horse-genetics.com. Retrieved 24 October 2017, from http://www.horse-genetics.com/overo-horses-LWO.html (Overo lethal white syndrome (OLWS) : Horse : University of Minnesota Extension
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·         TÉCNICAS DE BIOLOGÍA MOLECULAR. (2008). Desde Mendel hasta las moléculas
·         Patente US 6372900 B1 – Horse Endothelin-b Receptor Gene And Gene Products The Lens. (2017). The Lens.
·         EDNRB endothelin receptor type B [Equus caballus (horse)] – Gene – NCBI. (2017). Ncbi.nlm.nih.gov
·         Bellone, R. (2010). Pleiotropic effects of pigmentation genes in horses. Animal Genetics, 41(s2), 100-110.
·         Danika Metallinos, Portola Valley, California (EE. UU.); Jasper Rine , Moraga, California (EE. UU.); y Ann Bowling, Davis, California (EE. UU.), 2002

Monografìas de alumnos: CANCER RENAL HEREDITARIO MULTIFOCAL Y DERMATOFIBROSOS NODULAR (RCND) EN PERRO PASTOR ALEMAN

Por Yanina Lorena Ibarra.

  1. Introducción

En la siguiente monografía se tratará la enfermedad Cáncer renal hereditario multifocal y dermatofibrosis nodular, conocida como RCND por sus siglas en inglés “Renal Cystadenocarcinoma and Nodular Dermatofibrosis”, característica de los perros de la raza Pastor Alemán.

Existen evidencias de que esta enfermedad está causada por una alteración génica, que presenta un patrón de herencia autosómica dominante.

El gen afectado por la mutación se denominado BHG (por sus siglas en inglés “Birt-Hogg-Dube”), ubicado en el cromosoma 5. La mutación cae dentro de la porción codificante del exón 7, y da lugar a una sustitución aminoacídica en una región altamente conservada de la proteína.

La enfermedad se caracteriza por presentar tumores bilaterales, de ubicación multifocal en los riñones, y numerosos nódulos firmes en la piel e hipodermis, que consisten de fibras de colágeno denso. Este tipo de cáncer canino presenta similitudes con el cáncer renal humano, ya que se identificó tanto en perros como en humanos que presentan la patología una región con alta homología correspondiente al gen causante de la enfermedad (en humanos corresponde al locus Birt-Hogg-Dube, o simplemente BHD).

En otras publicaciones se han identificado una variada gama de mutaciones en el gen BHD que predisponen al desarrollo del sindrome Birt-Hogg-Dube en humanos. Por ejemplo, en una serie de pacientes con esta patología se identificaron en líneas germinales en el gen BHD tres deleciones, dos inserciones, dos sin sentido, dos sin sentido, y una de sentido erróneo (Toro, 2008).

El objetivo de esta monografía es poder comprender y explicar dicha enfermedad hereditaria. Se tomara en consideración la historia de la enfermedad, la descripción de esta, su herencia, bases genéticas de la mutación, herramientas, diagnóstico y su tratamiento.

 

  1. Enfermedad

El primer perro que presentó la enfermedad fue necropsiado en el año 1967. El 79% de los perros raza Pastor Alemán sometidos a necropsia presentaban insuficiencia renal primaria y neoplasias. Los perros afectados tenían un promedio de 8,5 años de edad y la enfermedad se presentaba con diferentes secuelas como, nódulos cutáneos de consistencia firme (ver Figura 1, A), distensión del abdomen, esplenomegalia llegando a un peso de 2950 g y forma anormal de ambos riñones (ver Figura 1, B y C). Los signos que presentaban eran pérdida de peso de manera creciente, vómito, diarrea y dermatitis, con una manifestación lenta de la enfermedad. Presenta un prolongado curso clínico que va desde meses hasta años y los perros terminan falleciendo por la insuficiencia renal aguda o por las metástasis producidas en otros órganos como hígado y pulmón, esto ocurre aproximadamente tres años después de que se presentan las primeras patologías de piel (Vail &Whithrow; Frode, 2003)

El análisis del pedigree concluyó que este síndrome se producía en familias relacionadas y que solo uno de ambos padres padecía la enfermedad (Frode, 2003).

 

A: tumores cutáneos

 

B: Tumores en el riñón

Tumor en riñón cubierto por capsula renal.

Figura 1. Manifestaciones de RCND en perros de raza Pastor Alemán. (A) Nódulos cutáneos en miembro torácico de perro Pastor Alemán. (B) Tumores en el riñón. (C) Tumor en riñón cubierto por capsula renal. Fuente: Enrique, 1994; Ingeborg, 2002.

 

 

  1. Patrón de Herencia de RCND

Hay una fuerte evidencia de que la enfermedad (RCND) se hereda como un gen autosómico dominante. Es decir, es suficiente que al menos uno de los progenitores aporte una copia del gen defectuoso para la manifestación de la patología en a descendencia (Frode, 2003).

 

  1. Descripción de la Mutación

La mutación del gen BHD canino, codificante de una proteína denominada foliculina, consiste de una sustitución de sentido erróneo de Adenina por Guanina en el Exón 7 (Ver la Figura 2 A y B). Como resultado, la proteína codificada presenta alterada la secuencia aminoacídica: en lugar de Histidina en la posición 255 de la proteína, hay Arginina (H255R) Ver la Figura 2 C (Frode, 2003).

La importancia de la proteína foliculina se confirma indirectamente, por su marcada conservación en su secuencia de proteínas en doce especies diferentes que va desde el hombre hasta la levadura, tal como puede observarse en la Figura 3 (Frode, 2003).

Figura 2. Mapeo de la mutación del gen BHD a nivel de secuencia nucleotídica y aminoacídica. A. En la figura A se demuestra la secuencia de bases correspondiente al exón 7 de BHD donde se presenta la mutación de las bases puricas adenina por guanina. En la figura B, se muestra el espectro cromatográfico de la secuenciación de perros heterocigotos (es decir, que presentan una copia del gen mutado y una copia normal) y de perros homocigotas. Las flechas 1 y 2 indican la posición de Adenina y Guanina en muestra de DNA extraídos de perros con ambas variantes alélicas, mientras que la flecha 3 indica solamente la presencia de Adenina en esa misma posición en muestras de DAN extraídos de perros normales. En C se muestra la secuencia de aminoácidos alterada de la proteína foliculina (cambio de H por R).

Como resultado de esta mutación, se observa la pérdida de viabilidad fetal, ya que es letal en homocigosis, ocasionando la muerte en el útero (Frode, 2003).

Un análisis de cuatro camadas con una sumatoria de 19 cachorros, en las cuales se aparearon perros afectados por RCND (heterocigotos) dio como resultado tres crías con Genotipo AA, 16 crías con genotipo AG y ningún cachorro con genotipo GG, donde G indica la presencia del alelo mutado del gen BHD.  Estos resultados ponen en evidencia que la mutación que causa la enfermedad es de carácter letal en homocigosis (Frode, 2003).

 

  1. Conservación de la secuencia de aminoácidos en la proteína BHD

El gen BHD codifica para una proteína denominada foliculina, un supresor tumoral cuya función está ausente en el síndrome Birt-Hogg-Dubé (BHD) en humanos (Medvetz et. al., 2012, Nookala et. al., 2012, Zhu, 2016).

Esta proteína es muy conservada en varias especies, desde humanos a levaduras lo cual indica que esta proteína sin ninguna tiene mucha importancia funcional.

Se realizaron alineaciones de aminoácidos de homólogos de la proteína foliculina de diversas especies y para todas estas especies se indica la localización en el exón 7 del aminoácido Histidina en la posición 255. Tal como se puede observar en la Figura 3, la Histidina está en una región altamente conservada de todas las secuencias alineadas (Frode, 2003).

Figura 3. Alineación de proteína foliculina en diferentes especies. Con flecha está indicada la posición del aminoácido H mutado por Arginina. Fuente: Frode, 2003.

 

  1. Herramientas de Diagnóstico

Mediante PCR y posterior secuenciación del producto/s amplificado/s se pueden identificar los caninos portadores del alelo mutado del gen BHD.

  1. Tratamiento

El tratamiento consiste en extirpar quirúrgicamente los nódulos fibrosos de piel cuando se presentan en poca cantidad, ya que estos causan problemas en la funcionalidad normal del animal, molestias, dolor y además, por una cuestión  estética. Esta enfermedad no tiene cura y el animal termina falleciendo por una falla renal. (Vail & Whithrow).

  1. Conclusión

A modo de conclusión se puede decir que esta enfermedad se hereda con un patrón autosómico dominante causada por una mutación en el exon 7 del gen BHG, que se manifieste en la raza de perros Pastor Alemán. Afecta principalmente la fisiología del riñón, y se puede proceder a la extirpación de los nódulos fibrosos de piel, pero su pronóstico al pasar el tiempo es grave y poco favorable.

  1. Referencias Bibliográficas:

 

  • Fernández, EA; Duque, EG; Pérez, JP; Sánchez López, R (1994). Dermatosis nodular generalizada y adenocarcinoma quístico renal bilateral. Informe de un caso. Vet mex- 361.

 

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  • Ingeborg Maria Langohr., Luiz Francisco Irigoyen., Mônica Weissmann Seabra Salles.,Glaucia Denise Kommers., Claudio Severo Lombardo de Barros., (2002). Cistadenocarcinoma Renal e Dermatofibrose Nodular em cães Pastor Alemão: 4 casos Rural vol.32 N°4.

 

  • Lium, B. and Moe, L. (1985) Hereditary multifocal renal cystadenocarcinomas and nodular dermatofibrosis in the German shepherd dog: macroscopic and histopathologic changes. Vet. Pathol. 22, 447–455.

 

 

  • Nookala RK, Langemeyer L, Pacitto A, et al. Crystal structure of folliculin reveals a hidDENN function in genetically inherited renal cancer.Open Biology. 2012; 2(8):120071. 

 

  • Toro JR, Wei MH, Glenn GM, Weinreich M, Toure O, Vocke C, et al. BHD mutations, clinical and molecular genetic investigations of Birt-Hogg-Dube syndrome: a new series of 50 families and a review of published reports. J Med Genet 2008; 45:321–31.

 

  • Vail, D; Whithrow, SJ. Cuarta parte. Neoplasias Específicas en Pequeños Animales, Cap. N° 18. Tumores de la Piel y Tejidos Subcutáneos.

 

  • Zanatta, M, Bettini, G; Scarpa, F; Fiorelli F; Rubini, G; AN; Capitani, O (2013).  Nodular Dermatofibrosis in a Dog without a Renal Tumour or a Mutation in the Folliculin Gene. J. Comp. Path. Vol. 148, 248-251.

 

  • Zhu, JF, Shen, XQ, Zhu, F & Tian, L. (2016). Novel folliculin (FLCN) mutation and familial spontaneous pneumothorax. QJM: An International Journal of Medicine, 2016, 1-4.