Factores genéticos detrás de los trastornos oculares congénitos

La secuenciación del exoma y genoma humano ha facilitado la búsqueda de genes vinculados a ciertos trastornos hereditarios. Sin embargo, este proceso a menudo produce muchos genes candidatos y variantes, y solo un pequeño número es realmente responsable de la enfermedad. La complejidad de los genes involucrados puede hacer difícil identificar cuáles son los que comúnmente están mutados. Hay técnicas para estudiar cómo funcionan estos genes, pero generalmente tienen limitaciones. Esta brecha entre identificar genes potencialmente causantes de enfermedades y confirmar sus roles crea obstáculos, particularmente para condiciones como los trastornos de disinnervación craneal congénita ocular (OCCDDs).

#¿Qué son los oCCDDs?

Los trastornos de disinnervación craneal congénita ocular (oCCDDs) son un grupo de condiciones que afectan el movimiento de los ojos y párpados desde el nacimiento. Surgen de problemas en el desarrollo de neuronas motoras específicas que controlan estos movimientos. Algunos ejemplos de oCCDDs incluyen:

1. Ptosis Congénita: Esta condición involucra el hundimiento de los párpados, a menudo debido a problemas con el nervio oculomotor (CN3).

2. Síndrome de Jaw-Winking de Marcus Gunn (MGJWS): Aquí, la posición del párpado mejora temporalmente cuando se mueve la mandíbula debido a un error en la conexión de los nervios.

3. Fibrosis Congénita de los Músculos Extraoculares (CFEOM): Este trastorno resulta en movimiento vertical limitado del ojo y caída variable de los párpados.

4. Síndrome de Retracción de Duane (DRS): En esta condición, hay dificultad para mover el ojo hacia afuera, y el ojo puede retraerse al intentar mirar hacia adentro.

#Entendiendo los Nervios Motores Craneales

Los nervios motores craneales se originan de grupos de neuronas motoras ubicadas en el tronco encefálico. Estos nervios controlan los músculos que mueven los ojos y los párpados. Específicamente para los oCCDDs, los defectos en la formación y proyección de las neuronas motoras conocidas como CN3, CN4 y CN6 pueden provocar problemas con el movimiento ocular.

• CN3 (Nervio Oculomotor): Controla varios músculos oculares y el párpado.

• CN4 (Nervio Troclear): Controla el músculo oblicuo superior que es responsable del movimiento ocular hacia abajo y hacia adentro.

• CN6 (Nervio Abducens): Responsable de mover el ojo hacia afuera.

Los peces cebra se usan a menudo en estudios porque su sistema de nervios craneales es bastante similar al de los humanos, lo que los convierte en buenos modelos para la investigación.

#Flujo de Trabajo de la Investigación

Para entender y probar los genes que pueden contribuir a los oCCDDs, los investigadores han establecido una forma sistemática de identificar y validar genes candidatos. Esto incluye:

1. Identificación de Genes Candidatos: Al estudiar el ADN humano de individuos con oCCDDs, los investigadores pueden encontrar genes potenciales que podrían ser responsables de estas condiciones.

2. Uso de Modelos de Peces Cebra: Los genes identificados se prueban en peces cebra. Las neuronas motoras de los peces cebra se desarrollan rápidamente, lo que permite a los investigadores observar los efectos de cambios genéticos específicos.

3. Investigación de la Función del Gen: A través de varias pruebas, incluyendo ensayos de unión de proteínas, los investigadores pueden evaluar cómo las mutaciones en estos genes podrían interrumpir su función.

#Genes y Variantes Candidatos

Las investigaciones han demostrado que algunos oCCDDs surgen de problemas específicos en los genes que controlan cómo se producen ciertas proteínas. Las mutaciones que llevan a una pérdida de función en factores de transcripción pueden resultar especialmente en condiciones como CFEOM y DRS.

• Phox2a: La pérdida bialélica de este gen puede causar CFEOM. En modelos animales, la pérdida de este gen resulta en la ausencia de núcleos motores craneales clave.

• MAFB: Un cambio en solo una copia de este gen puede llevar a DRS. En estudios con animales, también puede resultar en la ausencia de núcleos motores.

Si bien estos hallazgos ayudan a explicar algunos oCCDDs, muchos casos siguen sin tener una causa genética clara.

#Validación Funcional

Para entender mejor los roles de estos genes candidatos, se pueden realizar experimentos específicos para ver cómo los cambios en los genes afectan la función. Los investigadores utilizan peces cebra porque ofrecen varios beneficios, como:

• Reproducción y desarrollo rápidos.
• Funciones genéticas similares a las de los humanos.
• La capacidad de editar genes fácilmente.

Usando peces cebra, los investigadores pueden observar cómo los cambios en los genes afectan la formación de los nervios motores craneales y los movimientos musculares.

#Diseño del Estudio

Para sus estudios, los investigadores han seguido un enfoque estructurado:

1. Ética y Consentimiento: Todos los estudios se llevan a cabo bajo estrictas pautas éticas, asegurando el consentimiento informado de los participantes o sus tutores.

2. Identificación de Candidatos: Analizan la información genética de individuos con oCCDDs, enfocándose en variantes que pueden causar pérdida de función.

3. Validación en Peces Cebra: Los genes candidatos son objetivo en peces cebra a través de edición genética, observando cómo se desarrollan los peces y si presentan fenotipos similares a los vistos en humanos.

4. Comparación de Resultados: El equipo examina cuán bien el modelo de peces cebra refleja las condiciones humanas, evaluando la supervivencia y cambios físicos en los peces que carecen de ciertos genes.

#Resultados

Los pasos iniciales mostraron resultados prometedores, identificando varios genes de interés. Los investigadores se enfocaron en genes conocidos y novelos relacionados con oCCDDs en peces cebra. Por ejemplo:

• PHOX2A: Apuntar a este gen en peces cebra resultó en núcleos ausentes de neuronas motoras, reflejando la condición humana de CFEOM.

• MAFB: Los ratones con cambios en este gen exhibieron características consistentes con DRS.

A través de estos experimentos, confirmaron la participación de varios genes en la causa de oCCDDs.

#Pruebas de Funcionalidad del Gen

Para investigar más cómo mutaciones específicas podrían afectar la función del gen, los investigadores compararon la capacidad de unión al ADN de proteínas alteradas. Usaron una técnica llamada microarreglos de unión de proteínas para estudiar qué tan bien estas proteínas mutadas interactúan con el ADN.

Los hallazgos mostraron que ciertas mutaciones provocaron una pérdida total de función en las proteínas, lo que podría explicar por qué esos genes estaban asociados con trastornos.

#Investigaciones Detalladas de Genes

1. PHOX2A: La mutación de este gen provocó una pérdida total de su capacidad de unir ADN, que es esencial para su función en el desarrollo de neuronas motoras craneales.

2. MAFB: Aunque esta mutación no eliminó la unión al ADN, redujo significativamente la efectividad de la proteína, indicando un posible papel en DRS.

3. OLIG2: Las mutaciones aquí también llevaron a una pérdida de unión al ADN, apoyando aún más su implicación en oCCDDs.

4. SEMA3F: Este gen está asociado con el crecimiento y la guía de axones, y su mutación resultó en cambios estructurales en los nervios craneales.

5. FRMD4B: Aunque este gen mostró un fenotipo similar en peces cebra, se necesitan más estudios para confirmar su papel en oCCDDs.

#Conclusión

Esta investigación resalta las conexiones entre las variaciones genéticas humanas y el desarrollo de oCCDDs. El uso de peces cebra como modelo para probar estos genes proporciona valiosos conocimientos sobre cómo los cambios genéticos pueden llevar a síntomas específicos.

El estudio identificó fuertes candidatos para genes relacionados con oCCDD y confirmó cómo ciertas mutaciones pueden obstaculizar funciones fundamentales de las proteínas. Aunque quedan muchas preguntas sin respuesta, estos hallazgos abren el camino para futuras investigaciones destinadas a comprender y potencialmente tratar estos trastornos complejos. Se necesita más investigación para explorar varios factores genéticos y cómo interactúan, llevando a mejores perspectivas sobre las causas subyacentes de oCCDDs.