El origen de la enfermedad

Transcripción

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

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

4 El envejecimiento saludable es un de los grandes retos de la Comisión Europea para la próximas décadas 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, ejercico, obesidad # 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 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 frequency 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 Snyder tiene una mutación en telomerasa Chen et al., Cell ( 2012) Canela et al., PNAS (2007) >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 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) Javier Benítez, Grupo de Genética del Cáncer Humano, CNIO Age (years) Martínez-Delgado et al., PLoS Genetics, 2011 Martínez-Delgado et al., J. Medical Genetics, 2012 (ovarian)

16 Estudio prospectivo para ver el papel de los telómeros en cáncer de mama Desde septiembre de 2011 Recogida de muestras de sangre de familias con cáncer de mama y ovario Encuesta de hábitos y estilo de vida Medición de los telómeros Colaboración con Javier Benítez, Grupo de Genética del Cáncer Humano, CNIO

17 controles pretratados 0-90d d 0-180d POST-Tto d POST-Tto d POST-Tto >520d POST-Tto Efecto de la quimioterápia en la longitud de los telómeros Casos esporádicos de cáncer mama tratados (T) con taxanos (n=242) * ** * t/s-ajustado n p-valor controles pretratados ns 0-90d ns d d POST-Tto d POST-Tto d POST-Tto ns >520d POST-Tto ns telómeros T i 6 m T f 1.5 años post T Colaboración con Javier Benítez, Grupo de Genética del Cáncer Humano, CNIO

18 Predecir la longevidad por la longitud de los telómeros?

19 Longitud telomérica a dia 25 predice la longevidad en pinzones

20 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 frequency Mean TL % Short telomeres mean telomere length (kb) Vera et al., Cell Reports, 2012

21 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

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

23 Modelos animales para entender el papel de la telomerasa en cáncer & envejecimiento Inactivación de la telomerasa Ratones sin telomerasa (Terc -/- ) Disfunción de las células madre Capacidad regenerativa disminuida Envejecimiento prematuro MENOS CANCER 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 super-telomerasa (K5-TERT) Menos envejecimiento Ligero aumento del cáncer TERT Tg+ Sp53+Sp16+Sp19ARF ( triple ) Menos envejecimiento & 40% más vida media González-Suarez et al., EMBO J. (2001) Tomás-Loba et al, Cell (2008)

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 supervivencia supervivencia Que pasaría si retrasamos el envejecimiento 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

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

28 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

29 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

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

31 Tightrope success (%) Un solo tratamiento con AAV9-mTERT mejora la coordinacioón 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

32 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

33 Mice affected (%) Un solo tratamiento con AAV9-mTERT no aumenta la incidencia de cáncer 100 Histiocytic sarcoma Adenoma Lymphoma Adenocarcinoma p= 0,87 n= 26 n= AAV9-eGFP 14 9 AAV9-mTERT Bernardes et al., EMBO Molecular Medicine, 2012

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

35 Entender las causas del envejecimiento para combatir 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

36 Tratamiento de las enfermedades del envejecimiento

37 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

38 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)

39 Telómeros cortos tienen valor predictivo de mortalidad en estudios prospectivos con pacientes que han tenido síndrome coronario agudo (SCA) 1er tercil 3er tercil 198 casos 106 controles Longitud telomérica media Abundancia de telómeros cortos semanas semanas El riesgo de muerte tras un infarto es tan alto o más que por cáncer

40 Es la activación de telomerasa una opción terapéutica en infarto? Modelo preclínico para infarto de miocardio histología ligación arterias X corazón normal PET FDG uptake corazón infartado AAV9-TERT AAV9-empty corazón normal corazón infartado

41 Fold change in mtert mrna levels C57Bl6 FVB/N AAV9-TERT va preferencialmente al corazón tras injección intravenosa AAV9-empty AAV9-eGFP 0% 1x10 12 vg/mouse 7% 2x10 12 vg/mouse 61% 2x10 12 vg/mouse 64% 600 No virus AAV9-mTERT: 1x10 12 vg/m AAV9-mTERT: 2x10 12 vg/m liver brain 400 p< p= n=4 p< p= x 2x n=8 n=2 Heart n=8 n=2 Liver n=4 2x10 12 vg/mouse ~ 1% 10x 2x10 12 vg/mouse < 1% 10x Bruno Bernardes de Jesus Christian Bär

42 cardiomyocytes AAV9-TERT va preferencialmente al corazón tras injección intravenosa 2x10 12 vg/mouse Troponin I GFP Merged MHC GFP Merged Bruno Bernardes de Jesus Christian Bär

43 Longitudinal thickness (mm) Transversal thickness (mm) Percent survival Heart infarct Tratamiento con AAV9-TERT previene un 20% de muertes tras infarto 100 FVB/N AAV9-mTERT: 2x10 12 vg/m No virus 80 n=35 74% AAV9-empty n= % n=21 p=0, Days after myocardial infarction Echocardiography p= p=0.7 p=0.02 p=0.01 p=0.03 p=0.01 n=5 n=5 1.0 n=4 n=4 n=13 n= Sham (no myocardial infarction) AAV9-empty AAV9-mTERT: 2x10 12 vg/m week week Bruno Bernardes de Jesus Christian Bär

44 % of area El tratamiento con AAV9-TERT previene las fibrosis tras infarto SHAM Myocardial Infaction Masson trichrome AAV9-empty AAV9-mTERT: 2x10 12 vg/m Scar size/lv size, % n=10 p=0.14 AAV9-empty AAV9-mTERT: 2x10 12 vg/m n=7 0 AAV9- egfp AAV9- mtert Bruno Bernardes de Jesus Christian Bär

45 El tratamiento con AAV9-TERT alarga los telómeros de los cardiomiocitos cardiomiocitos 200 mean a.u. (1850 nuclei) mean a.u. (1968 nuclei) 124% of AAV9 empty p< mean spot intensity / nucleus (a.u.) AAV9- egfp AAV9- mtert Bruno Bernardes de Jesus Christian Bär

46 Entender las causas del envejecimiento para combatir la enfermedad acortamiento telomérico consecuencia Infancia/juventud/adulto envejecimiento Muerte por infarto de miocardio activación de telomerasa 20% menos muerte tras infarto de miocardio

47 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

48 Financiación del Grupo de Telómeros y Telomerasa