El origen de la enfermedad

Transcripción

1 El origen de la enfermedad Grupo de Telómeros y Telomerasa Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), Madrid, España

2 El mayor factor de riesgo para desarrollar cualquier enfermedad (incluido el cáncer) es el envejecimiento La edad del cáncer años

3 El infarto de miocardio aumenta con el envejecimiento La edad del infarto años El riesgo de muerte tras un infarto es tan alto o más que por cáncer

4 El envejecimiento saludable es un de los grandes retos sociales de la EU en Horizonte Estudio de la Fundacion General del CSIC 65 años-> 17% de la población (25% octogenarios) 2050 (proyección) 65 años-> 30 % de la población (30% octogenarios)

5 Entender las causas del envejecimiento para combatir la enfermedad biomarcadores para prevención y diagnostico Infancia/juventud/adulto genética ambiente causa envejecimiento intervenciones terapéuticas consecuencia Cancer cardiovascular diabetes enfermedad renal inmunosenescencia neurodegeneration etc Infancia/juventud/adulto envejecimiento Cancer cardiovascular diabetes enfermedad renal inmunosenescencia neurodegeneration etc

6 Un cambio de paradigma hasta ahora futuro Linda Partridge

7 Las causas del envejecimiento Lopez-Otín, Blasco, Partridge, Serrano & Kremer, Cell, 2013

8 Los telómeros se acortan cada vez que nuestras células se dividen Cromosoma (célula parental) telómeros telómeros problema para copiar los extremos Cromosoma (célula hija #1) Pérdida de ADN de los extremos Cromosoma (célula hija #2)

9 Un gen embrionario llamado telomerasa es capaz de alargar los telómeros en el estadío pre-implantacional, reseteando lo longitud de los telómeros Sin embargo, la telomerasa, se apaga al nacer pero Las células cancerosas re-activan a la telomerasa, escapando así de la mortalidad y convirtiendose en inmortales genes genes telomeros telomeres aging cancer TTAGGG TTAGGG TTAGGG AATCCC AATCCC AATCCC TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC TTAGGG TTAGGG AATCCC AATCCC TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC TTAGGG TTAGGG AATCCC AATCCC TTAGGG TTAGGG AATCCC AATCCC cell death cell senescence

10 Longitud telomérica Telómeros, telomerasa, y envejecimiento Longitud telomérica=biomarcador de envejecimiento salud Percentiles bajos de longitud telomérica= Mayor riesgo de enfermedad (cardiovascular, neurodegenerativas, infecciones ) high cancer (> 95% de los cánceres activan telomerasa) enfermedad edad Patología humanas debido a mutaciones en telomerasa ( SINDROMES TELOMERICOS ) dysqueratosis congenita (DKC1, Terc, Tin2) anemia aplásica (Terc, Tert, Tin2) fibrosis pulmonar (Terc, Tert) atrofias digestivas (Terc,Tert) Pérdida prematura de la capacidad regenerativa de la piel, la médula ósea, el pulmón, el intestino

11 La longitud de los telómeros es un reflejo de los estreses vitales Blackburn & Epel, Nature, 2012 # Los hábitos de vida influyen la longitud de los telómeros: fumar, ejercicio, obesidad, nurtricion # El estres percibido acorta los telómeros en adultos (Epel et al., PNAS, 2004) # El estres durante la infancia o el stress de la madre durante el embarazo acorta los telomeros prematuramente (Shalev et al, Mol Psychiatry, 2012; Entringer et al., PNAS, 2011) # Los desordenes de personalidad (bipolaridad) acortan los telomeros (Elvsashagen et al., J. Affect. Disord., 2011)

12 frequency Desarrollo de una tecnología para medir los telómeros cortos 1) Obtaining blood sample (5 ml) 2) HT Q-FISH 3) Confocal microscopy 6) Data analysis 5) Data processing 4) Capture of individual telomeres Mean TL % Short telomeres mean telomere length (kb) Canela et al., PNAS, 2007

13 Median % short telomeres length (<3kb) (Kb) HT-QFISH Una metodología muy precisa para medir telómeros Detección de los telómeros cortos 1560 Canela et al., PNAS (2007) Snyder tiene una mutación en telomerasa Chen et al., Cell ( 2012) >60 >60 n= n= n= n= n= n= n= n= n= n= n= n= Age (years) Q5 Q1 Q6 Q2 Q7 Q3 Q8 Q4

14 Patologías asociadas a telomeros cortos Transtornos Bipolares (Hospital de Oslo) Tolerancia a transplantes (Hospital Clínic, BCN) Cardiovascular (PESA, CNIC & H.U. Salamanca) Cáncer de mama (Consulta de cáncer familiar, CNIO, Madrid) Fertilidad (IVI, Madrid) SIDA (Hospital Clínic, BCN) Toxicidad/eficacia tratamientos cáncer (Programa Clinico, CNIO)

15 Longitud telomérica en medicina preventiva y personalizada HERENCIA Análisis genéticos: los genes nos dicen el riesgo de padecer enfermedades Longitud telomérica: indica el envejecimiento celular MEJOR PREDICCION DE RIESGOS Y TIEMPO DE APARICIÓN DE ENFERMEDAD HERENCIA AMBIENTE DESARROLLO DE NUEVOS TRAMAMIENTOS PARA PREVENCIÓN # el envejecimiento es el mayor factor de riesgo para la mayoría de la enfermedades # la longitud telomérica integra factores genéticos y ambientales

16 Relative Telomere length Relative Telomere length Relative Telomere length Relative Telomere length Los telómeros cortos indican un mayor riesgo de cáncer de mama y ovario Cáncer familiar de mama y de ovario BRCA1/BRCA2 A BRCA1 C BRCAX B Age (years) BRCA2 D Age (years) Sporadic BC Age (years) Age (years) Martínez-Delgado et al., PLoS Genetics, 2011 Martínez-Delgado et al., J. Medical Genetics, 2012 (ovarian)

17 Predecir la longevidad por la longitud de los telómeros?

18 Longitud telomérica a dia 25 predice la longevidad en pinzones

19 frequency El primer estudio de telómeros longitudinal en mamíferos 1) Obtaining blood sample (300µl) 2) HT Q-FISH 3) Confocal microscopy Facial vein bleeding 6) Data analysis 5) Data processing 4) Capture of individual telomeres Mean TL % Short telomeres mean telomere length (kb) Vera et al., Cell Reports, 2012

20 Increase in the % of short telomeres (per month) Mean telomere length (kb) Los telómeros de ratón se acortan 100 veces más rápidos que los humanos Age (years) WT TgTERT Linear regression: WT: TgTERT: Humanos: 70 bps/año Ratones: 7 Kb/año Slope=-7.03 ± 1.24 kb/year R 2 =0.31 (Quadratic: R 2 =0.34) p< Slope=-7.05 ± 1.60 kb/year R 2 =0.22 (Quadratic: R 2 =0.30) p< El aumento en el % de telómeros cortos predice la longevidad individual WT TgTERT WT: Slope= ± R 2 =0.2 p=0.06 TgTERT: Slope= ± R 2 =0.3 p= Lifespan (weeks) Vera et al., Cell Reports, 2012

21 Cómo podemos revertir el envejecimiento? Lopez-Otín, Blasco, Partridge, Serrano & Kremer, Cell, 2013

22 Modelos de ratón para demonstrar el papel de los telomeros en enfermedad Inactivación de la telomerasa Ratones sin telomerasa (Terc -/- ) Disfunción de las células madre Pérdida de la capacidad regenerativa Enfermedades asociadas al envejecimiento Menos cáncer Blasco et al., Science (1995) Blasco, Lee, et al., Cell (1997) Lee, Blasco, et al., Nature (1998) González-Suarez et al., Nat Genet (2000) Flores et al., Science (2005) Activación de la telomerasa Wild-type Triple Ratones transgénicos para telomerasa (TgTERT) Menos envejecimiento Ligero aumento del cáncer TERT Tg+ Sp53+Sp16+Sp19ARF ( triple ) Menos envejecimiento & aumento del 40% de la vida media González-Suarez et al., EMBO J. (2001) Tomás-Loba et al, Cell (2008)

23 Telomerase as an anti-cancer target (Imetelstat)

24 Survival at 3 years (%) Survival at 3 years (%) survival (%) Health span survival (%) Los ratones triples viven sanos durante más tiempo y viven más Supervivencia global Supervivencia sin cáncer % % 20 0 Sp53 Control (n=49) (n=49) Triple (p<0.001; n=12) age (weeks) 20 0 Sp53 Control (n=25) (n=25) Triple (p=0.003; n=6) age (weeks) 60 p< p=0.003 n=6 40 n= n=49 0 Control Triple n=25 0 Control Triple Tomás-Loba et al., Cell (2008)

25 Éxito (%) Los ratones triples viven sanos durante más tiempo Coordinación neuromuscular jóven (5-20 semanas) Viejo ( semanas) p=0.02 n=11 p=1 n=8 n= n= normal TRIPLE Tomás-Loba et al., Cell (2008)

26 Los ratones triples envejecen más lentamente normal triple

27 supervivencia supervivencia Que pasaría si alargaramos el health span en humanos? Heath-span 40 años Vida media (85 años) s a l u d e n f e r m e d a d edad Heath-span 80 años Vida máxima (120 años) intervención s a l u d e n f e r m e d a d Vida media (115 años) Vida máxima (120 años) edad

28 Terápia génica contra el envejecimiento Virus Adeno Asociados como vehículos para activar a la telomerasa

29 Terápia génica para activar la telomerasa en adultos AAV9-eGFP or AAV9-mTERT nacimiento 1 año 2 años muerte x x Tail skin Brain Muscle Kidney Heart Lung Liver AAV9-eGFP Muscle Kidney Heart Tail skin Lung Brain AAV9-mTERT Liver x p/sec/ cm^2/sr AAV9-eGFP AAV9-mTERT 3.0 p/sec/ cm^2/sr Bernardes et al., EMBO Molecular Medicine, 2012

30 Fold changes in telomerase activity Un solo tratamiento con AAV9-TERT reactiva telomerasa en adultos Pulmón (ratón de 2 años) AAV9-mTERT #1 AAV9-mTERT #2 AAV9-mTERT #3 AAV9-eGFP #1 AAV9-eGFP #2 Protein (mg) Rnase Lung p= 0,03 n=3 p= 0,003 n=3 n=3 n=3 IC 3 months PI AAV9- egfp AAV9- AAV9- mtert egfp ~ 1 yr ~2 yr AAV9- mtert Posible terápia para los síndromes teloméricos: fibrosis pulmonar Bernardes et al., EMBO Molecular Medicine, 2012

31 Un solo tratamiento con AAV9-TERT aumenta el health span osteoporosis Grasa subcutanea Bernardes et al., EMBO Molecular Medicine, 2012

32 Tightrope success (%) Un solo tratamiento con AAV9-mTERT mejora la cordinación neuromuscular p= 0,4 p= 0, n= 18 n= 6 n= n= AAV9- AAV9- egfp mtert ~1 yr (6 months PI) AAV9- AAV9- egfp mtert ~1 yr (11 months PI) Bernardes et al., EMBO Molecular Medicine, 2012

33 Percent Survival Percent Survival Un solo tratamiento con AAV9-mTERT aumenta la vida media y máxima ~1 yr old group V. I. V.I. Viral injection AAV9-eGFP n=12 AAV9-mTERT n=21 Control n=33 24% median lifespan 13% maximum lifespan 24% egfp vs mtert p= 0,02 (Log Rank test) Control vs mtert p= 0,02 (Log Rank test) 13% Weeks ~2 yrs old group V. I. V.I. Viral injection AAV9-eGFP n=14 AAV9-mTERT n=23 Control n=25 13% median lifespan 20% maximum lifespan 13% egfp vs mtert p= 0,05 (Log Rank test) Control vs mtert p= 0,007 (Log Rank test) 20% Weeks Bernardes et al., EMBO Molecular Medicine, 2012

34 Mice affected (%) Un solo tratamiento con AAV9-mTERT no aumenta la incidencia de cáncer Histiocytic sarcoma Adenoma Lymphoma Adenocarcinoma p= 0, n= 26 n= AAV9-eGFP 14 9 AAV9-mTERT Bernardes et al., EMBO Molecular Medicine, 2012

35 Tratamiento con AAV9-telomerasa aumenta el health-span y la longevidad Bernardes et al., EMBO Molecular Medicine, 2012 Boccardi & Herbig, EMBO Molecular Medicine, 2012

36 El acortamiento de los telómeros es una de las causas de la enfermedad biomarcador para prevención y diagnostico Infancia/juventud/adulto genética ambiente acortamiento telomérico envejecimiento activación de telomerasa consecuencia Cancer cardiovascular diabetes enfermedad renal inmunosenescencia neurodegeneration etc Infancia/juventud/adulto envejecimiento Cancer cardiovascular diabetes enfermedad renal inmunosenescencia neurodegeneration etc

37 Potenciales usos terapéuticos de la activación de telomerasa Síndromes Teloméricos (fallo medular, fibrosis pulmonar ) Enfermedades asociadas al envejecimiento: cardiovascular, diabetes, neurodegenerativas ) Prevención de enfermedades en individuos con telómeros cortos ( sanos, SIDA, cáncer )

38 TERT Longitud telomérica Saber para prevenir & diagnóstico precoz Las edades del hombre Hans Baldung (aka Grier ) Museo del Prado

39 Grupo de telómeros y telomerasa Christian Bär Aksinya Derevyanko Juanma Povedano Mercedes Gallardo Bruno Bernardes Agueda Tejera Maria Garcia Martina Stagno Miguel Foronda Paula Martinez Ralph Schneider Ben Kumfmüller Gina de Bonis Elisa Varela Nani Marion Ianire Garrobo Isabel L. Silanes Nora Soberon Rosa Serrano Fabian Beier Elsa Vera Iole Ferrara Alicia Lemus

40 Financiación del Grupo de Telómeros y Telomerasa