Un nuevo estudio publicado en la revista Avances de la ciencia describió los primeros dos pacientes que se sabe que tienen mutaciones en ambas copias de BUB1, un gen crítico para la división celular. Contrariamente a los pensamientos anteriores, estas mutaciones son compatibles con la vida, aunque están asociadas con problemas de desarrollo. La identificación y caracterización clínica/molecular de tales mutaciones podría mejorar el diagnóstico de este raro trastorno del neurodesarrollo y la comprensión de síndromes con características similares.
Estructura cristalográfica de la quinasa humana BUB1 (dibujo con los colores del arcoíris, extremo N = azul, extremo C = rojo) complejada con ATP (esferas, carbono = blanco, oxígeno = rojo, nitrógeno = azul, fósforo = naranja). Crédito de la imagen: Boghog2 – Trabajo propio, Dominio público,
Cuando las células se dividen, a través de un proceso llamado mitosis, la información genética debe distribuirse por igual entre las nuevas células. Ese es el momento en el que pueden surgir errores mitóticos que pueden provocar daños en las moléculas de ADN que contienen la información genética (cromosomas) o alteraciones en su número. Estos errores están asociados con varias patologías humanas.
Una de las proteínas responsables de monitorear problemas en la división celular es la codificada por el BUB1 gene. Defectos en BUB1 se han asociado con el cáncer, sin embargo, su papel en el desarrollo humano congénito no está claro. Baja expresión de BUB1 se ha asociado con abortos espontáneos y dada su importancia para la correcta división celular, hasta ahora se pensaba que las mutaciones deletéreas en este gen eran incompatibles con la vida.
Un esfuerzo de colaboración que involucró a médicos e investigadores de Portugal, Austria y los Países Bajos ha llevado a la identificación de los primeros pacientes conocidos con BUB1 mutaciones bialélicas (en ambas copias). «Fue sorprendente encontrar pacientes con mutaciones en un gen tan crítico», explica Raquel Oliveira, líder del equipo del Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) que realizó el estudio. Aún así, ambos pacientes mostraron microcefalia (una malformación congénita en la que el cerebro es más pequeño que el promedio), discapacidad intelectual y varias características específicas de los pacientes.
Investigadores del IGC exploraron cómo las variantes patológicas de este gen afectaban a la división celular.
Mostramos cómo cada mutación afectó la abundancia y la función de las proteínas, y su impacto en varias vías que controlan la fidelidad de la mitosis».
Sara Carvalhal, primera autora del estudio y ex investigadora del IGC
Aunque ambos pacientes presentaban células con estructura cromosómica o números anormales, los mecanismos moleculares que subyacen a estos errores en la división celular eran diferentes entre ellos. Según Job de Lange, investigador del Cancer Center Amsterdam que codirigió el trabajo, «estos hallazgos permiten la disección de los diferentes roles de BUB1 en un contexto clínico».
Las mutaciones bialélicas de la línea germinal en BUB1 causan niveles reducidos de proteína. (A) Genealogías familiares (basadas en WES) y confirmación de Sanger a partir de fibroblastos primarios. Nomenclatura NM_004336.5. (B) El ADNc de fibroblastos primarios P2 se amplificó por PCR utilizando los cebadores indicados (flechas rojas) y se analizó en gel de agarosa y mediante secuenciación de Sanger. La transcripción carece del exón 21. Se muestra el efecto previsto sobre la proteína BUB1. (C) El ARNm de BUB1 se evaluó en las células indicadas utilizando tres pares de cebadores diferentes, cada uno en tres réplicas técnicas. (D y E) Western blot de fibroblastos primarios (D) (usando A300-386A para detectar BUB1) y fibroblastos transformados con SV40 (E) (usando ab9000). CDC6 es un control para la estabilización de proteínas inducida por marizomib (6 horas, 500 nM). (F) Western blot de células mutantes RPE1-BUB1 diseñadas y células BUB1 KO HAP1 completas utilizando ab9000. (G) Las células detenidas con colchicina (10 μM, 2 horas) se tiñeron para CENPC, BUB1 (usando A300-386A) y ADN. El gráfico muestra la intensidad media de BUB1 dentro de las regiones definidas por CENPC. n = 83, 73 y 72 células de tres experimentos independientes. (H) Las células detenidas con colchicina, tratadas con el inhibidor de la cinasa BUB1 BAY1816032 (4 μM, 1 hora) o sulfóxido de dimetilo (DMSO), se tiñeron y se evaluó la intensidad media de pH2A-T120 dentro de las regiones definidas por DAPI. Se analizaron aproximadamente 90 células de tres experimentos independientes por condición. Cada punto representa una celda; las líneas negras indican los medios. Barras de escala, 5 μm. Prueba no paramétrica de Kruskal-Wallis (prueba de comparación múltiple de Dunn) utilizada para el análisis estadístico. AU, unidades arbitrarias; aa, aminoácido.
Además de proporcionar una nueva perspectiva sobre las funciones de BUB1, este estudio también arroja luz sobre «cómo los defectos mitóticos impactan en el desarrollo del cuerpo humano», explica Sara. Estos hallazgos respaldan la idea de que el cerebro en desarrollo es particularmente susceptible a problemas en la mitosis. Los autores sugieren que los errores mitóticos descritos podrían causar la muerte de células que son importantes para el desarrollo del cerebro, lo que explica las manifestaciones clínicas de este nuevo trastorno hereditario del neurodesarrollo, a saber, la microcefalia y la discapacidad intelectual. Sara Carvalhal seguirá ahora esta línea de investigación y estudiará los efectos de los errores de división celular en enfermedades raras en su propio laboratorio en el Centro Biomédico del Algarve.
La mayoría de las enfermedades raras están poco estudiadas y, a menudo, son difíciles de diagnosticar. En el futuro, estos nuevos hallazgos podrían evitar el diagnóstico indefinido o erróneo de pacientes con mutaciones deletéreas BUB1, con consecuencias directas para su tratamiento, pronóstico y seguimiento. «En niños con microcefalia primaria y malformaciones congénitas múltiples, las mutaciones bialélicas de la línea germinal en BUB1 deben considerarse causales con más frecuencia de lo que se ha hecho hasta ahora», enfatiza Ingrid Bader, MD y coautora del estudio, de la Universidad Médica Paracelsus de Salzburgo. Austria, actualmente en el Instituto de Genética Médica y Genómica Aplicada en Tubinga, Alemania. Esta investigación también contribuye a una mejor comprensión de los síndromes raros que se superponen clínica o molecularmente con los pacientes aquí descritos, incluida la aneuploidía variegada en mosaico (MVA), las cohesinopatías y la microcefalia primaria (MCPH).
El estudio fue desarrollado por el Instituto Gulbenkian de Ciência en colaboración con el Instituto de Investigación del Centro Biomédico del Algarve, Portugal; Unidad de Genética Clínica de la Universidad Médica Paracelso, Departamento de Pediatría del Hospital Universitario de Salzburgo, Instituto de Genética Humana del Centro de Diagnóstico e Investigación de BioMedicina Molecular, Austria; Cancer Center Amsterdam, Departamento de Genética Clínica de los Centros Médicos de la Universidad de Amsterdam y Northwest Clinics, Países Bajos.
La financiación fue otorgada por la Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), la Sociedad Holandesa del Cáncer, el Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL) y el Fondo de Ciencias de Austria.
