Disección del gen BRCA1 para mejorar el diagnóstico genético en cáncer de mama y ovario

Amparo Tolosa, Genética Médica News

 

Investigadores de la Universidad de Washington han recreado y analizado el efecto de casi 4.000 mutaciones diferentes en el gen BRCA1 con el objetivo de mejorar el consejo genético y la interpretación de las pruebas genéticas que estiman el riesgo a desarrollar cáncer de mama u ovario.

 

Algunas mutaciones en el gen BRCA1 aumentan drásticamente el riesgo a desarrollar cáncer de mama o de ovario. Imagen por resonancia magnética de un pecho. Imagen: Dr. Steven Harmes. Baylor University Medical Center (National Institute of Cancer).

 

El gen BRCA1 codifica para una proteína supresora de tumores implicada en la reparación de daños en el ADN y el mantenimiento del material hereditario de la célula. Ciertas mutaciones en el gen aumentan drásticamente el riesgo a desarrollar cáncer de mama o de ovario y son responsables de formas hereditarias de este tipo de cáncer. Por esta razón, es habitual secuenciar el gen cuando se sospecha de la presencia de cáncer de mama o de ovario hereditario en la familia. Así, en los últimos años millones de mujeres se han realizado pruebas genéticas en las que se ha analizado el gen BRCA.

La interpretación de las pruebas genéticas para BRCA1 no siempre es sencilla. La secuencia codificante del gen, que se traduce a proteína, tiene más de 5.500 nucleótidos o posiciones en las que puede ocurrir una mutación.  Hasta el momento se han identificado más de 1.800 mutaciones en el gen BRCA1, pero se desconoce en detalle el efecto de todas ellas. En algunos casos se detecta una mutación conocida por su poder patogénico y es posible tomar medidas para minimizar las posibilidades de desarrollar cáncer (como la cirugía) o detectarlo lo antes posible. Pero, ¿qué ocurre cuando se encuentra una mutación no descrita previamente o de la que no sé sabe si tiene un efecto negativo? En estos casos no hay evidencias suficientes para proporcionar un diagnóstico concluyente.

Descifrar el efecto de cada mutación posible en el gen  y su relación con el desarrollo de cáncer podría contribuir en gran medida a mejorar la interpretación de los datos de secuenciación de las personas que se someten a una prueba genética de BRCA1. Con el objetivo de mejorar la situación actual, un equipo de la Universidad de Washington ha abordado el gran reto de recrear miles de mutaciones en el gen BRCA1 en cultivo celular para analizar el efecto de cada una de ellas.

 

Conocer el efecto de las mutaciones facilita la interpretación de las pruebas genéticas. Imagen: Ernesto del Aguila III, NHGRI.

 

Como el gen BRCA1 es un gen de gran tamaño los investigadores decidieron realizar una primera aproximación considerando únicamente los trece exones del gen que codifican para dos dominios funcionales relacionados con la función de gen supresor de tumores. El equipo utilizó la tecnología CRISPR de edición del genoma para introducir en un cultivo celular todos los cambios posibles para cada nucléotido en los trece exones seleccionados. Esta aproximación que genera modificaciones en el ADN de forma simultánea y masiva recibe el nombre de saturación de edición del genoma.

Además, el equipo utilizó una línea celular, denominada HAP1, que se caracteriza porque tiene únicamente una copia de cada cromosoma. Este tipo de células, derivadas de una línea de células de cáncer, facilita estudiar el efecto de las mutaciones, ya que éstas se manifiestan directamente, al existir una única copia de cada gen y no dos como es habitual en las células diploides que conforman nuestro organismo.

El equipo diseñó 13 experimentos diferentes, uno para cada exón, en los que administraba los componentes del sistema CRISPR necesarios para introducir todos los cambios posibles a un cultivo de 20 millones de células. A los 11 días, los investigadores evaluaron la funcionalidad de las mutaciones introducidas en función de la abundancia de cada una en el ADN y ARN extraído de las células.

Los resultados obtenidos en el trabajo proporcionan un mapa con las mutaciones y sus potenciales efectos en los 13 exones analizados. Los cambios de BRCA1 identificados como funcionales en relación al cáncer mostraron una concordancia elevada con la información ya disponible de las variantes clínicas patogénicas conocidas. Los investigadores señalan que el poder predictivo del análisis permitió clasificar las variantes con un 95% de precisión y que la aproximación es una oportunidad para mejorar la interpretación de resultados genéticos.

 

La aproximación utilizada en el trabajo proporciona el análisis más amplio del efecto de mutaciones en el gen BRCA1 hasta la fecha y constituye una base sobre la que trabajar. La utilidad de los análisis a gran escala se ve reforzada en un estudio paralelo, de la misma Universidad de Washington en colaboración con la Universidad de Ohio, en el que se analiza el impacto de más de 1.000 cambios de aminoácido del gen BRCA1 sobre la función de reparación del ADN de la proteína. El desarrollo de ensayos de este tipo que permiten caracterizar funcionalmente y de forma masiva mutaciones en BRCA1 u otros genes,  incluso antes de detectarlas en la población, podría proporcionar mejoras sustanciales en la interpretación de las pruebas genéticas.

 

Estructura de la proteína BRCA1.

 

¿Pueden utilizarse directamente los resultados obtenidos en la interpretación de pruebas genéticas para BRCA1? Los autores del trabajo confían en que su clasificación funcional pueda tener utilidad clínica inmediata. No obstante en un comentario que acompaña al texto, Stephen J Chanock, del Instituto Nacional del Cáncer de EE. UU. insiste en que los nuevos datos obtenidos deberían suplementar lo que ya se conoce, pero que en ningún caso deberían utilizarse datos in vitro como único elemento a tener en cuenta para proporcionar atención médica. En cualquier caso, la información obtenida en el trabajo será filtrada y estará disponible en la base de datos del Brotman Baty Institute for Precision Medicine, para ayudar a los pacientes y profesionales clínicos en la interpretación de sus resultados genéticos.

En el caso de las variantes de las que no se tiene evidencias genéticas de su impacto, los autores del trabajo consideran que la estrategia óptima para mejorar su interpretación y clasificación sería utilizar diferentes aproximaciones. Por ejemplo, en aquellos casos donde las evidencias clínicas son contradictorias, o cuando se contradicen con estimaciones in silico, los análisis funcionales podrían plantear cuestiones específicas.

“El reto con el análisis de BRCA1 y con las pruebas genéticas de forma más general, es que aunque el coste de la secuenciación del genoma ha caído en picado, continuamos teniendo problemas para interpretar lo que significa la información”, señala Jay Shendure, profesor de la Universidad de Washington y uno de los directores del trabajo. “La premisa de la medicina de precisión que hemos estado prometiendo durante los últimos 10 a 15 años es que secuenciaremos los genomas de los ciudadanos ordinarios y esta información mejorará su salud. Esperamos que este nuevo estudio nos lleve un paso más cerca hacia esa promesa”.

Hasta ahora la información sobre las variantes venía determinada por la identificación de personas portadoras de las mismas o bien mediante ensayos in vitro que analizan pocas variantes al mismo tiempo o no siempre pueden evaluar todos los aspectos genéticos de algunas variantes. Los dos recientes trabajos muestran que los cambios en el gen BRCA1 se pueden reproducir y estudiar a gran escala en el laboratorio para reflejar con sorprendente precisión lo que ocurre en una persona portadora de la variante- “Incluso aunque estamos trabajando con las células en una placa, cuando ponemos los cambios en el genoma de esas células y miramos los lugares donde deberían estar las respuestas correctas, éstas siempre están de acuerdo con lo que observamos en los pacientes”, señalan los autores.

La caracterización de las casi 4.000 mutaciones que se publican en el estudio de la Universidad de Washington supuso alrededor de seis meses de trabajo. En la actualidad el equipo planea analizar el resto de exones del gen, lo que estiman que les llevará los próximos dos años. Además, el método utilizado en el trabajo, puede ser potencialmente trasladado a otros genes, lo que ampliaría las posibilidades y utilidad de las pruebas genéticas.

Referencias:

Findlay GM, et al. Accurate classification of BRCA1 variants with saturation genome editing. Nature. 2018. Doi: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0461-z

Starita LM, et al. A Multiplex Homology-Directed DNA Repair Assay Reveals the Impact of More Than 1,000 BRCA1 Missense Substitution Variants on Protein Function. Am J Hum Gen. 2018. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2018.07.016

Fuente: 1,000s of breast cancer gene variants engineered, analyzed. https://newsroom.uw.edu/news/thousands-breast-cancer-gene-variants-engineered-and-analyzed

 

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