De la Citogenética a la Citogenómica: genealogía del Laboratorio de Citogenética Molecular, INTA

El Laboratorio de Citogenética Molecular del Instituto de Nutrición y Tecnología de la Universidad de Chile, lleva más de 40 años dedicado al estudio y diagnóstico de enfermedades genéticas en niños que presentan discapacidad intelectual (DI). En los años 70, la creación del INTA tuvo por objetivo el combatir la desnutrición infantil desde la investigación básica-clínica en nutrición y ciencias afines, ya que se advertía cómo la desnutrición también afectaba el desarrollo cognitivo de los niños. Sin embargo, a pesar de las políticas públicas y medidas implementadas, había una población de niños que no lograba mejorar su desarrollo intelectual, por lo que surge la pregunta si esto se debía a factores genéticos. Así, de la mano del Dr. Yves Lacassie (1977-1986), se propone buscar en los genes una posible respuesta. De esta manera surge el Laboratorio de Citogenética que buscaba pérdidas, ganancias o re-arreglos como traslocaciones en los cromosomas que explicaran la DI, usando sólo el cariotipo como herramienta tecnológica.

A poco andar, surge el interés por estudiar un nuevo síndrome que afecta también el desarrollo cognitivo, el Síndrome de X-Frágil (SXF)¹. Es interesante observar cómo el conocimiento de esta patología genética, a lo largo de los años, se ha desarrollado de manera paralela con el desarrollo que ha tenido nuestro Laboratorio hacia la genómica.

En los años 90, el Laboratorio del INTA fue pionero en Chile en incorporar la biología molecular como herramienta metodológica de uso habitual en el diagnóstico de afecciones genéticas, ya que la citogenética no era suficiente para dar respuesta al diagnóstico del SXF y de muchas otras patologías que se empezaban a conocer. Es así como, mediante el análisis de ADN para detectar secuencias específicas (Southern blot, SB) y luego el uso de la técnica de reacción de la polimerasa en cadena o PCR se dio inicio al estudio y/o diagnóstico molecular de varias patologías genéticas heredadas o “de novo” como el síndrome de Prader Willi y síndrome de Angelman², además del SXF que se continuó estudiando mediante estas nuevas técnicas, SB y PCR³. Por esos años, la citogenética también pudo incorporar metodologías moleculares complementarias como la hibridación fluorescente in situ (FISH), donde un marcador fluorescente se une a secuencias específicas del ADN, en la búsqueda de alteraciones en regiones específicas del genoma (microdeleciones y/o microduplicaciones) que eran conocidas por generar una alteración del neurodesarrollo, como por ejemplo, la región en el cromosoma 22 que da cuenta del síndrome velocardiofacial y en el cromosoma 7, una región que se encuentra ausente en el síndrome de Williams.

En esa época, el Laboratorio pasó a llamarse Laboratorio de Citogenética Molecular, liderado por la Prof. M.Sc. M. Angélica Alliende en conjunto con la TM. Bianca Curotto y el apoyo de la Dra. Fanny Cortés (1986-2008) como genetista clínica. Con este entusiasta equipo, comienzo a colaborar, en los años 2000, haciéndome cargo de la implementación de nuevas metodologías moleculares para estudiar y diagnosticar patologías genéticas emergentes. Así, por ejemplo, identificamos la mutación causante de una enfermedad que afecta la visión de los colores denominada Acromatopsia Completa – los pacientes ven en blanco y negro -, en una población de Paredones en la VI región⁵.

Hacia el año 2010, fue posible mejorar el estudio de casos en el SFX que presentaban diferentes alteraciones en el gen causante del síndrome, el gen FMR1⁶, añadiendo una modificación a la técnica del PCR (TP-PCR o triple primer- PCR). Con posterioridad comenzamos a usar una metodología comercial que incluye el estudio de prácticamente todas las mutaciones que se dan en el SXF. Junto a esto surge un estudio colaborativo con el Murdoch Children’s Research Institute, Australia, que nos permite incorporar los estudios de metilación en el gen FMR1 en los pacientes con SXF y correlacionarlo con la clínica^7,8.

El FISH poco a poco se fue sustituyendo por una metodología molecular en el cual se amplifican, por PCR, varias sondas (secuencias) que reconocen (hibridan) una región especifica del DNA a estudiar. Esta metodología conocida como MLPA⁴ ha ampliado considerablemente el espectro de patologías genéticas a examinar.

El año 2012, gracias a un proyecto de equipamiento mayor adjudicado por varias instituciones, entre ellas el INTA, tuvimos la oportunidad de contar con un scanner capaz de captar la fluorescencia con una alta resolución, lo que permite observar todo el DNA humano en la búsqueda de pérdidas o ganancias de material genético que puedan dar cuenta de discapacidad intelectual, malformaciones congénitas y/o trastorno del espectro autista que presenta un paciente. Este estudio de hibridación genómica se le conoce como el Cariotipo Molecular o microarray-CGH9 y posiciona a nuestro Laboratorio como el primero en Chile en contar con esta metodología, difundiéndola entre clínicos que estudian los trastornos del neurodesarrollo lo que permitió que, este año 2022, el mCGH esté codificado por FONASA.

Cabe destacar que nuestro laboratorio ya había participado en mesas de trabajo con dicha institución estatal (2014-2016) con la finalidad que metodologías moleculares como el MLPA y aquellas que permiten el diagnóstico del SXF fueran codificadas en FONASA (2018-2019), otorgando así un mayor acceso por parte de los pacientes.

En 2014, se incorpora a nuestro equipo el Dr. Víctor Faundes, genetista clínico que nos apoya enormemente en la interpretación del mCGH, y nos impulsa en el conocimiento de otras tecnologías, como la bioinformática. Esto nos permite completar el abanico de posibilidades en el estudio/diagnóstico de la mayoría de las enfermedades genéticas como son aquellas causadas por variantes puntuales (SNVs), estudiadas hoy en día por secuenciación masiva o de siguiente generación (NGS). A pesar del alto costo que significa implementar en el laboratorio la secuenciación genómica, la motivación es muy alta y es así como se iniciaron conversaciones con un centro en Europa dedicado a la secuenciación masiva para el estudio de SNVs en humanos. Entre el 2020-2021 se logra un acuerdo colaborativo, donde Sistemas Genómicos en Valencia-España realizan la parte húmeda de la secuenciación del exoma humano completo y nuestro laboratorio realiza el análisis de los resultados obtenidos y emite el informe correspondiente. ¡Sin duda un paso importantísimo para nuestro Laboratorio en la era de la genómica!

No puedo no hacer referencia a lo sucedido en el periodo de pandemia en Chile. Nuestro Laboratorio no se detuvo prácticamente ningún día y eso nos permitió confirmar que tras una crisis hay también una oportunidad de crecimiento. Esto, porque pudimos adquirir un analizador genético o secuenciador, que nos permite ahora realizar el análisis de fragmentos “en casa” de todas las metodologías moleculares implementadas, además de ofrecer estos análisis u otros a toda la comunidad del INTA y nos está desplegando otras posibilidades de estudio a variantes puntuales conocidas que dan cuenta de patologías genéticas específicas por secuenciación tipo Sanger.

Ciertamente, esta breve memoria genealógica de nuestro Laboratorio justifica que hoy en día este sea reconocido como el Laboratorio de Citogenética y Genómica humana, ¿no les parece? 

Referencias

1. Lacassie Y, Moreno R, de la Barra F, Bianca Curotto TM, Angélica Alliende TM, Anríquez PE, Barahona G, Muzzo S. Síndrome del X-frágil: discusión del primer caso confirmado citogenéticamente en Chile [Fragile X syndrome: report of the 1st case confirmed cytogenetically in Chile]. Rev Chil Pediatr. 1983 Nov-Dec;54(6):410-6. PMID: 6589690.
2. Santa María L, Curotto B, Cortés F, Rojas C, Alliende MA. Diagnóstico molecular de los síndromes de Prader-Willi y de Angelman: análisis de metilación, citogenética y FISH [Molecular diagnosis of Prader-Willi and Angelman syndromes: methylation, cytogenetics and FISH analysis]. Rev Med Chil. 2001 Apr;129(4):367-74. PMID: 11413988.
3. Santa María L, Aliaga S, Faundes V, Morales P, Pugin Á, Curotto B, Soto P, Peña MI, Salas I, Alliende MA. FMR1 gene mutations in patients with fragile X syndrome and obligate carriers: 30 years of experience in Chile. Genet Res (Camb). 2016 Jun 28;98:e11. doi:10.1017/S0016672316000082. PMID: 27350105; PMCID: PMC6865162.
4. Santa María L, Faundes V, Curotto B, Morales P, Morales K, Aliaga S, Pugin Á, Alliende MA. Comparison of two subtelomeric assays for the screening of chromosomal rearrangements: analysis of 383 patients, literature review and further recommendations. J Appl Genet. 2016 Feb;57(1):63-9. doi: 10.1007/s13353-015-0295-4. Epub 2015 Jun 12. PMID: 26069167.
5. Rojas CV, María LS, Santos JL, Cortés F, Alliende MA. A frameshift insertion in the cone cyclic nucleotide gated cation channel causes complete achromatopsia in a consanguineous family from a rural isolate. Eur J Hum Genet. 2002 Oct;10(10):638-42. doi: 10.1038/sj.ejhg.5200856. PMID: 12357335.
6. Santa María L, Pugin A, Alliende MA, Aliaga S, Curotto B, Aravena T, Tang HT, Mendoza-Morales G, Hagerman R, Tassone F. FXTAS in an unmethylated mosaic male with fragile X syndrome from Chile. Clin Genet. 2014 Oct;86(4):378-82. doi: 10.1111/cge.12278. Epub 2013 Oct 13. PMID: 24028275; PMCID: PMC4004716.
7. Aliaga SM, Slater HR, Francis D, Du Sart D, Li X, Amor DJ, Alliende AM, Santa Maria L, Faundes V, Morales P, Trigo C, Salas I, Curotto B, Godler DE. Identification of Males with Cryptic Fragile X Alleles by Methylation-Specific Quantitative Melt Analysis. Clin Chem. 2016 Feb;62(2):343-52. doi: 10.1373/clinchem.2015.244681. Epub 2015 Dec 29. PMID: 26715660.
8. Baker EK, Arpone M, Aliaga SM, Bretherton L, Kraan CM, Bui M, Slater HR, Ling L, Francis D, Hunter MF, Elliott J, Rogers C, Field M, Cohen J, Cornish K, Santa Maria L, Faundes V, Curotto B, Morales P, Trigo C, Salas I, Alliende AM, Amor DJ, Godler DE. Incomplete silencing of full mutation alleles in males with fragile X syndrome is associated with autistic features. Mol Autism. 2019 May 3;10:21. doi: 10.1186/s13229-019-0271-7. PMID: 31073396; PMCID: PMC6499941.
9. Faundes V, Santa María L, Morales P, Curotto B, Alliende MA. Microarreglos cromosómicos en 236 pacientes chilenos con trastornos del neurodesarrollo y anomalías congénitas [Microarrays in 236 patients with neurodevelopmental disorders and congenital abnormalities]. Rev Med Chil. 2017 Jul;145(7):854-861. doi: 10.4067/s0034-98872017000700854. PMID: 29182193.