Gaceta Artículo científico Genética de la Degeneración Macular Asociada a la Edad (DMAE) La degeneración macular asociada a la edad (DMAE) es una de las principales causas de discapacidad visual en el mundo en personas mayores de 55 años. Sin embargo, la etiología y patogénesis de esta enfermedad no se conocen con exactitud, lo que dificulta la existencia de un tratamiento eficaz. El reciente descubrimiento de genes que junto con diversos factores ambientales influyen en el riego de padecer DMAE ha permitido identificar a la población de riesgo y ha ayudado a comprender los mecanismos moleculares que influyen en la patogénesis de la misma. Estudios de asociación genética han revelado polimorfismos en genes que codifican para proteínas de la cascada del complemento (vía implicada en la respuesta inflamatoria), para lipoproteínas de alta densidad, para proteínas de la matriz extracelular/colágenos y factores implicados en la angiogénesis que confieren susceptibilidad a dicha enfermedad. Palabras clave Degeneración macular asociada a la edad, genética, SNP, cascada del complemento. Belén Simón Rodríguez Coleg. 9.513 Master en Optometría y Visión Facultad de Óptica y Optometría, Universidad Complutense de Madrid INTRODUCCIÓN a DMAE es una enfermedad multifactorial caracterizada por la degeneración del epitelio pigmentario de la L retina (EPR) y fotorreceptores con o sin neovascularización coroidea 1. Afecta a la región central de la retina (mácula) produciendo una disminución progresiva de la agudeza visual (AV) central. La DMAE temprana se caracteriza por la aparición de depósitos lipídicos entre la membrana de Bruchs y el EPR denominados drusas, de tamaño mayor a 60 micras e hiper o hipopigmentación del EPR. La DMAE intermedia se caracteriza por la acumulación de drusas focales (duras) y difusas (blandas) mayores de 125 micras (Figura 1B). La DMAE avanzada se puede clasificar en dos categorías, no exudativa o seca y exudativa o húmeda 2.
Figura 1. Imágenes de fondo de ojo. A. Mácula normal. B. Mácula con drusas, neovascularización coroidea y hemorragia subretiniana. Imágenes cortesía: Dr. J. Monés. Institut de la macula i de la retina, Barcelona. La DMAE seca se caracteriza por atrofia progresiva del EPR y los fotorreceptores (atrofia geográfica) provocando una pérdida de visión central entre leve y moderada durante varios meses o años. En esta etapa los vasos coroideos se hacen visibles. La DMAE exudativa puede provocar pérdida de visión central permanente y ceguera; algunas manifestaciones importantes son la neovascularización, hemorragias (Figura 1B) y el desprendimiento del EPR (Figura 2B). Aunque la DMAE seca representa el 80-90% de todos los casos de la enfermedad, más del 90% de los pacientes con pérdida de visión severa presentan la forma exudativa 2. La DMAE es la principal causa de pérdida de visión irreversible en el mundo occidental en personas de más de 55 años. En los países desarrollados es la primera causa de ceguera y la tercera causa a nivel mundial 3. La prevalencia es de 0.34% entre los 55 y 64 años, del 1.4% entre 65 y 74 años, del 4.7% entre 75 y 84 años y del 15.5% en personas igual o por encima de 85 años 4. Genética de la DMAE La DMAE tiene un componente genético significativo. El riesgo atribuible a la población relacionado con los factores genéticos es del 23% 5. Estudios de gemelos han estimado que la heredabilidad para la DMAE es del 45% 6. Según algunos estudios de agregación familiar, individuos pertenecientes a familias con varios miembros afectados tienen mayor riesgo de desarrollar la enfermedad que individuos sin historia familiar 7. Las variaciones genéticas más comúnmente asociadas al riesgo de DMAE son los polimorfismos de nucleótido sencillo o SNPs (Single Nucleotide Polimorphism) 8. El ADN humano está compuesto por 3 billones de pares de bases de nucleótidos abreviadas como A (adenina), T (timina), C (citosina) y G (guanina). Los SNPs son cambios de una única base en una posición concreta de la cadena de ADN (ej. T por C). La importancia de estas variaciones radica en que pueden dar lugar a la transcripción de un aminoácido alternativo, debido al cambio que se produce en la secuencia de tres bases o codón que codifica tal aminoácido. En términos funcionales muchos SNPs no tienen consecuencias si producen el reemplazo de una base por otra que codifica el mismo aminoácido, son las conocidas como silenciosas o silent mutation. Sin embargo si reemplazan un aminoácido por otro muy diferente (non-conservative) pueden afectar directamente a la función de la proteína produciendo la enfermedad 9. Podemos decir que los SNPs son variaciones de la secuencia de ADN entre los distintos individuos. A cada posible variante se le denomina alelo. Cada individuo es portador de dos alelos, uno procedente del padre y otro de la madre. La pareja de alelos observada en un individuo se denomina genotipo. Son individuos homocigóticos aquellos con dos alelos idénticos y heterocigóticos, los que tienen diferentes alelos.
Gaceta Artículo científico Figura 2. Dos imágenes de tomografía de coherencia óptica. A. Imagen de una retina normal. B. Retina con desprendimiento de epitelio pigmentario y edema intrarretiniano. Imágenes cortesía: Dr. J. Monés, Institut de la macula i de la retina, Barcelona. Los estudios de asociación genética buscan relacionar genotipos con una determinada enfermedad (fenotipo) a través de una población. Una vez identificado los polimorfismos, examinan si estos ocurren más frecuentemente en individuos que tienen la enfermedad con respecto a una población control. Estudios genéticos de la DMAE Estudios de asociación genética han revelado que múltiples genes podrían estar relacionados con la enfermedad. Se ha sugerido la implicación de polimorfismos en el gen responsable de la distrofia macular de Stargardt, ABCA4 pero menos de un 4% de los casos familiares de DMAE son debidos a estos polimorfismos 10. Se ha demostrado también, a través de múltiples estudios, la participación del gen que codifica para la proteína transportadora de lípidos y colesterol apolipoproteína E (APOE) en la patogenia de la DMAE. Esta molécula posee 3 alelos principales (épsilon 2, épsilon 3 y épsilon 4). La mayoría de estos estudios señalan que la presencia de la APOE épsilon 4 puede tener un efecto protector frente a la enfermedad mientras que la APOE épsilon 2 puede tener el efecto contrario 11. Otros autores han analizado la asociación entre polimorfismos en el gen que codifica para la proteína de la matriz extracelular fibulina 5 12. Esta proteína interviene en la elaboración y estabilización de la matriz extracelular y se encuentra en los tejidos que son ricos en fibras elásticas. Stone y colaboradores (2004) han sugerido que las variaciones en la fibulina 5 podrían alterar la estabilidad de las fibras de elastina de la membrana de Bruch siendo más frecuente la aparición de drusas 12. Sin embargo, la mayor evidencia de riesgo genético asociado a la DMAE es la identificación del gen que codifica para el factor H del complemento (FHC) localizado en el cromosoma 1q32. FHC es el inhibidor principal de la cascada del complemento. Se ha demostrado que un polimorfismo de nucleótido sencillo en el gen FHC, en este caso la sustitución de T por C (T C) por la cual se cambia la tirosina de la posición 402 de la secuencia de aminoácidos por una histidina (Y402H), aumenta el riesgo de presentar DMAE 13. El incremento de riesgo es de 2 a 4 veces para portadores heterocigóticos (TC) y de 3 a 7 veces para homocigóticos (CC) 2. La cascada del complemento la forman una serie de reacciones reguladas por moléculas, la mayoría denominadas factores. Algunos de estos factores potencian la inflamación y la fagocitosis y actúan produciendo la lisis de microorganismos. El FHC es un regulador importante al ser capaz de distinguir entre las células propias y los patógenos. Reconoce moléculas de las membranas de las células huésped como la heparina y el ácido siálico y esto favorece la unión de FHC a la pared de las células huésped, inhibiendo así la cascada del complemento. La variante Y402H parece alterar la capacidad de unión de dicho factor a las proteínas superficiales de las células sanas del huésped. De esta manera dichas células, en especial las células del EPR y coroides, serían degradadas como consecuencia de la activación del sistema del complemento 14,2. Otros genes estudiados tienen carácter protector frente a la DMAE, concretamente se han detectado SNPs en los genes que codifican para el factor B del complemento (FBC) y el componente 2 del complemento (C2C), que reducen significativamente el riesgo de DMAE 15,16 (ver tabla). El cromosoma 10q26 contiene los genes ARMS2/ LOC387715 (Age-Related Maculopathy Susceptibility 2) y HTRA1 (High temperature requirement A1). Yang y colaboradores (2006) 17 encontraron que el riesgo atribuible a la población para DMAE, debido a un SNP localizado en el promotor del gen HTRA1, es de 49% y que dicha variante está asociada con un riesgo 10 veces mayor de desarrollar neovascularización coroidea. ARMS2 es un gen que codifica para una proteína de función desconocida y al igual que para el gen HTRA1 se ha descrito una
Tabla 1. Principales genes asociados con DMAE. Gen Función Localización Poliformismos Resultados Estudios FHC (Factor H del complemento) Inhibidor de la vía alternativa del complemento 1q32 rs1061170 Asociación (23, 24) ARMS2/ LOC 387815 (Age-related maculopathy subceptibility 2) Desconocida 10q26 rs10490924 Asociación (25, 18) HTRA1 (High Temperature requirement A1) Serina proteasa implicada en la degradación de la matriz extracelular 10q26 rs11200638 Asociación (26,27) C2/FBC (Complemento 2/ Factor B del Complemento) Regulación de la activación del complemento 6p21 rs9332739 (C2) rs4151667 (FBC) Asociación (15, 28) C3 (Complemento 3) Activador de la v a alternativa del complemento 19p13 rs2230199 rs1027286 Asociación (16, 28) Transporte de ABCA4 (ATPbinding cassette, de la membrana de sustratos a través sub-family A, los discos de los member 4) segmentos externos de los fotorreceptores 1p22 rs1800553 rs1800555 Asociación No Asociación (29) (30) APOE Función transporte de (Apolipoproteina lípidos y colesterol E) 19q13 rs429358 rs7412 Asociación No Asociación (11, 28) (30) Fibulina 5 Elaboración y estabilización de la matriz extracelular 14q31 7 variantes Asociación (12) TLR 3 (Toll-like receptor 3) Reconocimiento de patógenos virales y activación de la respuesta inmunitaria innata 4q35 rs3775291 Asociación (31) TLR4 (Toll-like receptor 4) Reconocimiento de bacterias gram y respuesta inmunitaria innata 9q32 rs4986790 Asociación No Asociación (32) (33) COL8A1 (Colágeno tipo VIII alfa 1) Elemento principal de las membranas basales del ojo incluida la membrana de Bruchs 3q12 rs13095226 Asociación (19, 20) VEGFA (Factor de crecimiento endotelial vascular A) Principal mediador de la neovascularización 6p12 rs4711751 Asociación (21)
Gaceta Artículo científico variante genética asociada con el riesgo de desarrollar DMAE 18. Dicha variante origina un cambio de alanina por serina en la posición 69 (A69S) y multiplica por 8,2 el riesgo de DMAE en personas homocigóticas 18. Recientes estudios de asociación del genoma completo han identificado variantes que contribuyen al riesgo de desarrollar DMAE avanzada en genes que codifican para proteínas de la matriz extracelular/colágenos (COL8A1, CO- L10A1 y TIMP3) 19,20 y para factores implicados en la regulación de la angiogénesis (VEGFA) 21. En la actualidad se ha comprobado que influyen en el riesgo de DMAE polimorfismos en genes implicados en el trasporte y metabolismo de carotenoides en el plasma y en la retina (SCARB1, APOE y ABCA1). Dichas variantes se han relacionado con la concentración de pigmento macular en la retina, lo cual evidencia la importancia de los carotenoides luteína y zeaxantina en la protección frente a la DMAE 22. Debido a que el fenotipo clínico de la DMAE puede ser debida a la interacción de variaciones en diferentes genes, se ha estudiado la posible acumulación de riesgo por tener dos o más polimorfismos en genes altamente asociados con la enfermedad 1. De esta forma, se ha observado que la presencia de las variantes FHC Y402H y ARMS2 A69S en homocigósis aumenta 50 veces el riesgo de desarrollar DMAE 1. La DMAE es una enfermedad multifactorial: además del riesgo genético existen una serie de factores modificables como el tabaquismo, obesidad o el uso de algunos medicamentos asociados al riesgo de DMAE 34. Algunos estudios sugieren que los factores genéticos pueden interactuar entre sí y a su vez con el ambiente para aumentar el riesgo 35,36. En este sentido, se ha demostrado que la presencia de las variantes ARMS2 y FHC unidas al hábito de fumar confieren mayor riesgo (riesgo atribuible de 61%) que cada uno de estos factores por separado: fumar (riesgo atribuible de 20%), ARMS2 (36%) y FHC (43%) 36. Conclusiones Los estudios genéticos son de innegable utilidad clínica ya que facilitan el diagnóstico temprano y permiten determinar la predisposición de un individuo a padecer una determinada enfermedad. En el caso de la DMAE han revelado las variantes de riesgo que confieren susceptibilidad a dicha enfermedad y han facilitado la comprensión de los posibles mecanismos celulares implicados en la patogénesis de la misma. Sin embargo, estas variantes no son la causa de la enfermedad y se desconoce en qué medida contribuyen a la patogénesis de la misma. Los factores de riesgo no genéticos contribuyen en gran medida a la DMAE y en general a todas las enfermedades complejas. Incluso es frecuente la interacción de diferentes variantes genéticas de riesgo. En el caso de la DMAE, se han hecho algunos estudios de interacción entre diferentes factores genéticos y entre factores genéticos y no genéticos. En este sentido, son necesarios nuevos modelos de predicción multivariables que incluyan las variantes genéticas de riesgo, las características clínicas de la enfermedad y factores de riesgo ambientales (ejemplo. el estilo de vida, la dieta, etcétera). Es importante tener en cuenta que el genotipo de un individuo es constante a lo largo de su vida y que no se ve afectada por factores externos. Por tanto, si los polimorfismos genéticos son factores de riesgo, el genotipado de los individuos puede ser una herramienta eficaz para prevenir una determinada enfermedad, especialmente en el caso de la DMAE cuyos signos no aparecen hasta los 50-60 años, parece ser especialmente importante una detección temprana de los factores de riesgo genético. Así los pacientes podrían beneficiarse de terapias individualizadas para obtener un mejor resultado clínico, y de asesoramiento genético para eliminar los riesgos modificables como el tabaco y así retrasar la edad de aparición y la severidad de la enfermedad. Actualmente, los tests de predicción de riesgo genético de DMAE están disponibles en España. Sin embargo el estudio genético de la enfermedad parece poco predictivo ya que los polimorfismos asociados a la misma no son responsables de la enfermedad aunque sí revelan un aumento de la susceptibilidad. Además, algunos científicos demostraron que una asociación de un factor genético con una enfermedad no garantiza una correcta discriminación entre casos y controles y por tanto pueden no tener un valor preventivo. Así, es necesario mejorar el diseño de los estudios genéticos usando métodos estadísticos que permitan una correcta clasificación de casos y controles. A pesar de que los estudios genéticos han mejorado el conocimiento sobre la patogénesis de la DMAE, son necesarios más estudios que mejoren la predicción de riesgo, ya que dicho riesgo puede cambiar bajo la influencia de genes de baja participación. En este sentido el desarrollo de nuevas técnicas de genotipado, como los microarrays
o chips genéticos, capaces de examinar múltiples SNPs simultáneamente, sería de gran ayuda en futuros estudios con el fin de conseguir medidas preventivas y terapéuticas útiles. BIBLIOGRAFÍA 1. Priya RR, Chew EY, Swaroop A. Genetic Studies of Agerelated Macular Degeneration: Lessons, Challenges, and Opportunities for Disease Management. Ophtalomogy 2012; 119: 2526-36. 2. Chen Y, Bedell M, Zang K. Age-related macular degeneration: genetic and environmental factors of disease. Mol Interv 2010; 271-81. 3. Resnikoff S, Pascolini D, Etya ale D, et al. Global data on visual impairment in the year 2002. Bull World Health Organ 2004; 82:844-51. 4. Damián J, Pastor R, Armada F, Arias L. Epidemiology of age-related macular degeneration. Situation in Spain. Aten Primaria 2006; 38: 151-62. 5. Klaver CC, Wolfs RC, Assink JJ, et al. Genetis risk of age-related maculopathy. Population-based familial aggregation study. Arch Ophthalmol 1998; 116:1646-51. 6. Hammond CJ, Webster AR, Snieder H, et al. Genetic influence on early age-related maculopathy: a twin study. Ophthalmology 2002; 109:730-36. 7. Seddon JM, Ajani UA, and Mitchell BD. Familial aggregation of age-related maculophy. Am J Ophthalmol 1997; 123:199-206. 8. Garcia-Layana A, Zarranz-Ventura J, Fernandez Robredo P, et al. Genetics and ARMD: from the laboratory to the consulting room. Arch Soc Esp Oftalmol 2011; 86: 101-02. 9. Guttmacher AE, Collins FS. Genomic medicine a primer. N Engl J Med 2002; 347:1512-20. 10. Souid EH, Ducroq D, Rozet JM, et al. ABCR gene analysis in familial exudative age-related macular degeneration. Invest Ophthalmol Vis Sci 2000; 41:244-47. 11. Baird PN, Guida E, Chu DT,Vu HT, Guymer RH. The epsilon2 and epsilon4 alleles of the alipoprotein gene are associated with age-related macular degeneration. Invest Ophthalmol Vis Sci 2004; 45:1311-15. 12. Stone EM, Braun TA, Rusell SR, et al. Missense variations in the fibuline 5 gene and age-relatedmacular degeneration. N Engl J Med 2004; 351:346-53. 13. Zareparsi S, Branham KE, Li M, et al. Strong association of the Y402H variant in complement factor H at 1q32 with susceptibility to age-related macular degeneration. Am J Hum Genet 2005; 77: 149-53. 14. Hageman GS, Anderson DH, Jhonson LV, et al. A common haplotype in the complement regulatory gene factor H (HF1/CFH) predisposes individuals to age-related macular degeneration. Proc Natl Acad Sci USA 2005; 102: 7227-32. 15. Gold B, Merriam JE, Zernant J, et al. Variation in factor B (BF) and complement component 2 (C2) genes is associated with age-related macular degeneration. Nat Genet 2006; 38:458-62. 16. Yates JR, Sepp T, Matharu BK, et al. Complement C3 variant and the risk of age-related macular degeneration. N Engl Med 2007; 357:553-61. 17. Yang Z, Camp NJ, Sun H, et al. A variant of the HTRA1 gene increases susceptibility to age-related macular degeneration. Science 2006; 314:992-93. 18. Rivera A, Fisher SA, Fritsche LG, et al. Hypothetical LOC387715 is a second major susceptibility gene for agerelated macular degeneration, contributing independently of complement factor H to disease risk. Hum Mol Genet 2005; 14:3227-36. 19. Neale BM, Fagerness J, Reynolds R, et al. Genomewide association study of advanced age-related macular degeneration identifies a role of the hepatic lipase gene (LIPC). Proc Natl Acad Sci USA 2011; 107:7395-7400. 20. Fritsche LG, Chen W, Schu M, et al. Seven new loci associated with age-related macular degeneration. Nat Genet 2013; 45:433-39. 21. Yu Y, Bhangale TR, Fagerness, et al. Common variants near FRK/COL10A1 and VEGFA are associated with advanced age-related macular degeneration. Hum Mol Genet 2011; 20:699-709. 22. Meyers KJ, Mares JA, Igo RP Jr, et al. Genetic evidence for role of carotenoids in age-related macular degeneration in the Carotenoids in Age-Related Eye Disease Study (CAREDS). Invest Ophthalmol Vis Sci 2014; 55:587-99. 23. Edwards AO, Ritter R, Abel KJ, Manning A, et al. Complement factor H polymorphism in age-related macular degeneration. Science 2005; 308:421-24. 24. Thakkinstian A, Han P, McEvoy M, et al: Systematic review and meta-analisis of the association between complement factor H Y402H polymorphism and age-related macular degeneration. Hum mol genet 2006; 15: 2784-90. 25. Ross RJ, Bojanowski CM, Wang JJ, et al. The LOC387715 polymorphism and age-related macular degeneration: replication in three case-control samples. Invest Ophthalmol Vis Sci 2007; 48:1128-32. 26. Chen W, Xu W, Tao Q, et al. Meta-analysis of the association of the HTRA1 polymorphism with the risk of agerelated macular degeneration. Exp Eye Res 2009; 89:292-300. 27. Tang NP, Zhou B, Wang B and Yu RB. HTRA1 promoter polymorphism and risk of age-related macular degeneration: a meta-analysis. Ann Epidemiol 2009; 19:740-45. 28. Francis PJ, Hammond SC, Ott J, et al. Polymorphism in C2, CFB and C3 are associated with progression to advances age related macular degeneration associated with visual loss. J Med Genet 2009; 46:300-07. 29. Allikmets R. Variation in factor B (BF) and complement component 2 (C2) genes is associated with age-related macular degeneration Screening Consortium. Am J Hum Genet 2000; 67:487-91. 30. Katta S, Kaur I, and Chakrabarti S. The molecular basis of age-related macular degeneration: an overview. J Genet 2009; 88:425-49. 31. Yang Z, Stratton C, Francis PJ, et al. Toll-like receptor 3 and geographic atrophy in age-related macular degeneration. N Engl J Med 2008; 359:1456-63. 32. Zareparsi S, Buraczynska M, Branham KE, et al. Tolllike receptor 4 variant D299G is associated with susceptibility to age-related macular degeneration. Hum Mol Genet 2005; 14:1449-55. 33. Edwards AO, Chen D, Fridley BL, et al. Toll-like receptor polymorphism and age-related macular degeneration. Invest Ophthalmol Vis Sci 2008; 49:1652-59. 34. Clemons TE, Milton RC, Klein R, et al. Age related Eye Disease Study Research Group. Risk factors for the incidence of advance age-related macular degeneration in the Age-Related Eye Disease Study (AREDS). AREDS report nº 19. Ophthalmology 2005; 112:533-59. 35. Seddon JM, George S, Rosner B, et al. CFH gene variant, Y402H, and smoking, body mass index, enviromentalassociations with advanced age-related macular degeneration. Hum Hered 2006; 61:157-65. 36. Schmidt S, Hauser MA, Scott WK, et al. Cigarette smoking strongly modifies the association of LOC307715 and age related macular degeneration. Am J Hum Genet 2006; 78:852-64.