Caracterización de anomalías cromosómicas en diagnóstico prenatal y postnatal mediante técnicas de citogenética molecular

Abstract

Las anomalías cromosómicas están implicadas en la aparición de muchas enfermedades hereditarias, siendo también la principal causa de retraso mental y de pérdidas gestacionales. La pérdida, ganancia o reordenación de fragmentos cromosómicos de un tamaño similar, puede tener distintas consecuencias dependiendo del número y función de los genes que contengan. <br/>Los métodos clásicos de bandeo cromosómico han sido durante muchos años la única herramienta para la detección de anomalías cromosómicas tanto numéricas como estructurales. Gracias a estas técnicas se han podido identificar muchas anomalías cromosómicas asociadas a diferentes malformaciones congénitas, síndromes o cánceres colaborando eficazmente en la comprensión de la etiología de dichas patologías. No obstante, las alteraciones cromosómicas de un tamaño < 3-5 Mb o las reorganizaciones complejas son muy difíciles de identificar mediante las técnicas de bandas convencionales. Desde su inicio, hacia 1980, las técnicas de citogenética molecular basadas en la hibridación in situ fluorescente (FISH) y sus variantes tecnológicas, entre ellas la Hibridación Genómica Comparada (CGH) i la FISH-Multicolor (M-FISH), han permitido la detección e identificación precisa de un gran número de anomalías cromosómicas, como las microdeleciones, las reorganizaciones cromosómicas complejas y las reorganizaciones crípticas, que hasta ese momento pasaban desapercibidas. <br/>El objetivo principal de este trabajo ha sido profundizar en el papel que desempeñan regiones cromosómicas específicas, que al alterarse, originan fenotipos concretos mediante la aplicación conjunta de diferentes técnicas de citogenética molecular (CGH y FISH) y de citogenética convencional. Hoy en día, se conocen muy pocas regiones cromosómicas cuya alteración, por pérdida o duplicación, esté asociada a un síndrome clínico bien definido. Distintos estudios, incluido el presente, muestran que tanto la CGH, como la M-FISH, son dos técnicas que contribuyen eficazmente en la identificación de regiones cromosómicas específicas asociadas a fenotipos concretos. Esta información es de suma importancia para los biólogos moleculares como indicación de qué regiones del genoma deben considerar como "dianas" para identificar los genes implicados.<br/>En esta tesis además de la puesta a punto u optimización de las técnicas de M-FISH, CGH y HR-CGH para su aplicación al diagnóstico prenatal y postnatal, se han determinado las limitaciones tanto de las propias técnicas como de los softwares empleados. Ello nos ha permitido establecer nuevas correlaciones genotipo-fenotipo gracias a la identificación de 27 monosomías y trisomías autosómicas y gonosómicas, 15 cromosomas marcadores supernumerarios y 9 reorganizaciones complejas y/o crípticas. Al mismo tiempo, se ha establecido un protocolo para la identificación de marcadores cromosómicos mediante la utilización combinada de las técnicas de citogenética convencional, FISH y CGH. <br/>Por último, el análisis de los 77 puntos de rotura implicados en las anomalías cromosómicas estudiadas ha revelado que no se producen al azar y que fundamentalmente afectan a los cromosomas: 2, 7, 9, 15, 16, 18, X e Y. Las bandas más afectadas han sido: 9p23, 11q22.2, 14q11.2, 15q11.2, 15q15, 16p11.2, 18q22, 22q11.2, Xp22.3, Xq21.2, Yp11.3 e Yq12, evidenciando que las roturas cromosómicas se producen en bandas cromosómicas claras (80%) que corresponden a regiones del genoma con un mayor contenido genético. El análisis de estos puntos revela que coinciden en un 90% con regiones donde se ha descrito duplicaciones segmentarias. Este último hallazgo es de suma importancia y abre un nuevo campo de investigación.<br/>En resumen, esta tesis muestra la utilidad y aplicabilidad de la CGH y M-FISH, tanto en Diagnóstico Prenatal como Postnatal, al identificar tanto pequeños desequilibrios como reorganizaciones complejas y/o crípticas permitiendo establecer nuevas correlaciones genotipo-fenotipo que facilitaran en un futuro un consejo genético mucho más preciso.

Chromosomal abnormalities are involved in the appearance of many hereditary diseases representing the principal factor of mental retardation as well as miscarriages. The loss, gain or redistribution of chromosomal fragments with a similar size may have different consequences depending on the number and function of the respective genes.<br/>During lots of years conventional chromosomal banding techniques had been applied as a unique tool in order to detect numerical and structural chromosomal abnormalities. Thanks to those techniques a significant number of chromosome-related abnormalities associated with congenital malformations, diverse syndromes and cancer forms could be indeed identified consolidating on this way, even a better comprehension of the etiology of these pathologies. <br/>However, the chromosomal alterations with a size of < 3-5 Mb or complex reorganizations are rather difficult to be identified by conventional banding techniques. Since 1980 molecular cytogenetic techniques based on a fluorescence in situ hybridization (FISH) with its technologic variants as for instance the Comparative Genomic Hybridization (CGH) and the multicolour-FISH (M-FISH) made possible the exact detection and identification of numerous chromosomal abnormalities as there are microdeletions, complex chromosomal reorganizations as well as cryptic reorganizations which until that moment could not be recognized. <br/>The main objective of this work consisted of focussing the specific chromosomal regions which cause in case of alteration concrete phenotypes by means of a combined application of different molecular cytogenetic and conventional techniques (CGH and FISH). Nowadays we dispose of a very limited know how about chromosomal regions of which an alteration by deletion or duplication is associated with a well defined clinical syndrome. Different studies including the present one had showed that both procedures CGH and M-FISH are techniques able to identify efficiently specific chromosomal regions associated with specific phenotypes. This information is a quite important for molecular biologists as it reveals which regions of a genome can be considered as key regions within the definition of implicated genes.<br/>With this doctoral thesis, besides the improvement and/or optimisation of M-FISH, CGH and HR-CGH techniques relevant for prenatal and postnatal diagnosis, limitations had been determined on the one hand regarding the same techniques and on the other hand with respect to the software. That circumstance allowed us indeed to establish new genotype-phenotype correlations due to the identification of 27 autosomal and gonosomal monosomies and trisomies, 15 supernumerary marker chromosomes and 9 complex and/or cryptic reorganizations. At the same time a protocol could be established for the identification of supernumerary marker chromosomes by the combined application of the conventional cytogenetic techniques FISH and CGH.<br/>Finally the analysis of the 77 breakpoints implicated in the investigated chromosomal abnormalities unveiled that they had not been brought out accidentally and that they fundamentally affect the chromosomes: 2, 7, 9, 15, 16, 18, X and Y. On the other hand the bands more affected were 9p23, 11q22.2, 14q11.2, 15q15, 16p11.2, 18q22, 22q11.2, Xp22.3, Xq21.2, Yp11.3 and Yq12, showing that chromosome breaks are mainly located on clear chromosome bands (80%) corresponding to genome regions with a bigger genetic content. The analysis of these points reveals that a 90 % of them coincide with regions in which segmental duplications had been described. This last recognition represents an outstanding circumstance and initiates in a future a new serie of investigations.<br/>Summing up this doctoral thesis shows the utility and applicability of CGH and M-FISH as prenatal and postnatal diagnosis identifying as well slighter deviations as complex and cryptic reorganisations. It will equally allow us to establish new genotypic and phenotypic correlations making possible in a future a more exact genetic assessment.