Factores de Riesgo Epigenéticos para Síntomas de Autismo
Guinchat et al. (2012b) advirtieron que no estaba claro si los riesgos ambientales prenatales, perinatales y neonatales eran «causales o desempeñaban un papel secundario en la formación de la expresión clínica en individuos con vulnerabilidad genética» (p. 288). Cualquier señal que influye en la expresión o acción de un gen es una interacción gen-ambiente. Los procesos epigenéticos son mecanismos específicos que regulan la exposición ambiental y a través de los cuales los factores ambientales pueden ejercer efectos de por vida o incluso de generación cruzada sobre la expresión génica. La evidencia de desregulación de los procesos epigenéticos en el autismo se ha ido acumulando (Fradin et al., 2010; Grafodatskaya et al., 2010; Kopsida et al., 2011; Nguyen, Rauch, Pfeifer, & Hu, 2010).
La epigenética es la modificación de la cromatina, que es ADN genómico con proteínas asociadas, en gran parte histonas. La cromatina da forma al ADN para que encaje en el núcleo de la célula, y estructura el ADN para la replicación y el control de la expresión génica. Los efectos ambientales y los efectos dentro de la célula modifican la cromatina, dejando modificaciones epigenéticas, llamadas marcas epigenéticas. La modificación tiene lugar a través de tres procesos principales: la acción de las proteínas de histonas, la metilación del ADN y la remodelación de la cromatina. Las histonas proporcionan bobinas estructurales que el ADN enrolla, y las histonas influyen en la metilación. La metilación es la adición de un grupo metilo (CH3) a una molécula de citosina en un gen, causando la supresión de ese gen, también llamada silenciamiento. La remodelación de la cromatina está moviendo nucleosomas en el ADN, lo que permite que los factores de transcripción de proteínas transcriban regiones de ADN previamente bloqueadas.
El epigenoma de un individuo puede representar una variación fenotípica considerable. Los mecanismos epigenéticos incluyen: impresión, en la que el alelo de uno de los padres controla la expresión génica; inactivación X de una de las dos copias del cromosoma X; silenciamiento de genes, en el que la modificación de histonas desactiva un gen; y muchos otros mecanismos también. Turner (2011) resumió que «las modificaciones de histonas se encuentran en el corazón de los mecanismos por los cuales una variedad de proteínas y complejos proteicos funcionalmente significativos se dirigen a, o se excluyen de, regiones específicas del genoma. Estos incluyen factores de transcripción, enzimas modificadoras de la cromatina, los complejos que metilan el ADN o los remodeladores de la cromatina que reposicionan los nucleosomas a lo largo de la cadena de ADN» (p. 2033). Además, Jessen y Auger (2011) plantearon la hipótesis de que las diferencias sexuales en «factores epigenéticos no solo contribuyen a la diferenciación sexual del cerebro y el comportamiento social, sino que pueden conferir riesgo dimórfico sexual y resiliencia para desarrollar trastornos neurológicos y de salud mental más adelante en la vida» (p. 857).
Grafodatskaya et al. (2010) revisaron los factores epigenéticos en el autismo y los organizaron en cuatro grupos. El primer grupo incluyó síndromes epigenéticos con un mayor riesgo de autismo. Estos incluyen tres síndromes que causan macrocefalia, PTEN, síndrome de Sotos y síndrome de Beckwith-Wiedemann, así como el síndrome de Rett, el síndrome del cromosoma X frágil, el síndrome de Angelman, el síndrome de Prader-Willi, el síndrome de Turner y el síndrome de CHARGE causados por una mutación en el gen CHD7 que se cree que tiene un papel epigenético en la remodelación de la cromatina.
Los síndromes epigenéticos agrupados por Grafodatskaya et al. (2010) representaron diferentes tipos de procesos epigenéticos. Por ejemplo, el síndrome de Rett es el resultado de una mutación en el gen MECP2. El gen produce la proteína de unión Metil-CpG 2, una proteína que regula el control epigenético, y es necesaria para la maduración neuronal y la sinaptogénesis. La falta de proteína MECP2 produce neuronas anormalmente estructuradas y, debido a que causa una sobre-liberación del neurotransmisor glutamato, tiene un efecto neurotóxico en la microglía, las células protectoras del sistema inmunitario en el cerebro (de Leon-Guerrero et al., 2011). El síndrome del cromosoma X frágil implica un proceso epigenético diferente: una alteración en el gen FMR1 confiere una mayor susceptibilidad a la metilación y el consiguiente silenciamiento del gen FMR1. El síndrome de Angelman y el síndrome de Prader-Willi implican otro proceso epigenético: la impresión.
Heredamos nuestros 20.000-22.000 genes en pares. Cada par contiene la variante del gen de nuestra madre, llamada alelo materno, y la variante de nuestro padre, el alelo paterno. Para algunos genes, solo se expresa el alelo materno o el alelo paterno y el otro alelo se silencia mediante la impresión. En la actualidad, se han identificado casi 100 genes humanos que muestran expresión impresa (Barlow, 2011). La mayoría de los genes impresos ocurren en grupos en un dominio cromosómico regulado por un centro de impresión que controla la activación de las regiones cromosómicas materna versus paterna. Lo más importante es que muchas proteínas producidas por genes impresos regulan el desarrollo del cerebro.
El síndrome de Angelman explica algunos casos de autismo. Es el resultado de la pérdida de la función del gen UBE3A impreso maternal, un gen en el que el alelo paterno normalmente está silenciado. Esta pérdida puede ocurrir como resultado de mutaciones puntuales en el gen, o de la deleción de la región hereditaria del cromosoma 15q11–q13, o de mutaciones dentro de un centro especializado de impronta en el grupo de genes dentro de la región 15q11–q13. El síndrome de Prader-Willi, otro síndrome epigenético que puede producir síntomas de autismo, es el resultado de la pérdida de expresión de uno o más genes expresados paternalmente en la misma región cromosómica, 15q11–q13.
El segundo grupo Grafodatskaya et al. (2010) se definió autismo sindrómico vinculado a genes o regiones genómicas reguladas por marcas epigenéticas. Este grupo incluyó genes en la duplicación cromosómica de la región 15q11-13, como UBE3A, SNRPN y NDN. A diferencia de la deleción de la región 15q11–13 y la pérdida de la función del gen UBE3A en el síndrome de Angelman, la duplicación de la región 15q11–13 no produce el síndrome de Angelman o el síndrome de Prader-Willi. Sin embargo, el 85% de las personas con esta duplicación cromosómica han sido diagnosticadas con autismo. Grafodatskaya et al. (2010) revisaron la amplia variabilidad en el fenotipo de las duplicaciones 15q11–13. Además de los síntomas de autismo, la variabilidad en este fenotipo incluyó una variedad de deficiencias cognitivas, ansiedad, rabietas, hiperactividad, retrasos motores, convulsiones y rasgos faciales dismórficos, así como déficits sociales y lingüísticos.
Grafodatskaya et al. (2010) definieron el tercer grupo como autismo idiopático vinculado a genes regulados epigenéticamente o regiones genómicas o genes que sirvieron para la regulación epigenética. Este grupo incluyó los genes del metabolismo del folato, MTHFR, DHFR, TCN2, COMT y RFC, y los genes regulados epigenéticamente RELN, BDNF y OXTR. Este tercer grupo también incluyó un gen impreso DLX6. 1 en el brazo largo del cromosoma 7 y una disomía materna uniparental en el cromosoma 1. La disomía uniparental ocurre cuando ambas copias de un par cromosómico son de uno de los padres, y puede causar un desarrollo desordenado al interrumpir la impresión o al permitir que se expresen mutaciones genéticas recesivas.
Dos ejemplos de este tercer grupo son los genes OXTR y RELN. El aumento de la metilación del promotor del gen receptor de oxitocina se relacionó con el autismo. El gen RELN tiene una región asociada, y el gen junto con la región asociada se llama variante del alelo largo del gen RELN. El alelo largo es capaz de suprimir epigenéticamente la expresión génica y se ha encontrado en asociación con el autismo. La proteína RELN es fundamental para la migración neuronal y la formación de sinapsis en gran parte del cerebro.
El cuarto grupo Grafodatskaya et al. (2010), definidos como factores de riesgo epigenéticos para el autismo, comprendían tratamientos que cambiaban las marcas epigenéticas. Estos incluyeron el proceso de inducción de óvulos involucrado en la reproducción asistida y el valproato, un medicamento administrado para tratar convulsiones, migrañas y episodios maníacos o mixtos asociados con el trastorno bipolar. El proceso de inducir la ovulación en la reproducción asistida se ha relacionado con un mayor riesgo de dos trastornos de impresión, el síndrome de Beckwith—Wiedemann y el síndrome de Angelman, así como con un aumento del riesgo de síntomas de autismo. Se ha demostrado que el valproato altera el metabolismo del folato e interfiere con las funciones de las histonas. Las alteraciones epigenéticas causadas por el valproato tomado por una madre durante el embarazo causan resultados adversos como espina bífida, defectos cardíacos, anomalías craneofaciales, defectos esqueléticos y de las extremidades, características dismórficas, disminución del crecimiento intrauterino, discapacidad intelectual y síntomas de autismo.
Además de los factores epigenéticos revisados por Grafodatskaya et al. (2010), hay otros hallazgos y teorías de los factores epigenéticos en el autismo. La evidencia de posibles factores epigenéticos fue reportada por Fradin et al. (2010). Los investigadores llevaron a cabo una exploración de enlace de todo el genoma en busca de efectos de padres de origen utilizando 16,311 SNP en dos muestras familiares: el Intercambio de Recursos Genéticos de Autismo y el repositorio de autismo del Instituto Nacional de Salud Mental. Los investigadores encontraron una vinculación significativa de los padres de origen para los cromosomas 4, 15 y 20. Fradin et al. (2010) observaron que el gen candidato más fuerte en el cromosoma 4 era CLOCK, un gen que codifica una proteína que regula el ritmo circadiano. Los genes candidatos más fuertes para el cromosoma 15 fueron RASGRF1, un gen vinculado a la memoria, y NRG4, neuregulina 4 y CHRNA3/B4, receptor colinérgico, así como MTHFS, un gen involucrado en la regulación de la metilación del ADN, y por lo tanto importante para los mecanismos epigenéticos. El gen candidato más fuerte para el cromosoma 20 fue SNPH, gen sintafilina que produce una proteína que contribuye al desarrollo del procesamiento sináptico de neurotransmisores. Fradin et al. (2010) también encontraron evidencia que sugiere regiones de enlace específicas de los padres adicionales en los cromosomas 1, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 17, y 21. Fradin et al. (2010) concluyeron que debido al «papel potencial de la impresión y otros mecanismos epigenéticos en trastornos neuropsiquiátricos como el autismo, las regiones identificadas son buenas candidatas para la evaluación de variantes funcionales y su relación con marcas epigenéticas como el estado de metilación en el ADN paterno y materno» (p. 6).
Evidencia adicional de factores epigenéticos provino de la investigación de Nguyen et al. (2010), que propusieron que los mecanismos reguladores epigenéticos eran importantes en la fisiopatología del autismo. Nguyen et al. (2010) realizaron análisis neuropatológicos de las matrices de tejidos postmortem del Programa de Tejidos Autistas en San Diego, California. Los investigadores encontraron una disminución de la expresión de dos proteínas, RORA y BCL-2, en el cerebelo y el tejido de la corteza frontal, y observaron que la expresión de ambas proteínas podría haber sido regulada a la baja por una metilación aberrante. BCL-2 es importante para la supervivencia celular, y estudios previos habían reportado una reducción del 30% de la proteína BCL-2 en los lóbulos parietales y la corteza frontal superior de los hombres con autismo. La proteína RORA tiene muchas funciones, incluyendo la regulación de la supervivencia y diferenciación de las células de Purkinje, y la regulación del desarrollo del cerebelo.
Se han propuesto varias teorías de una causa epigenética para el autismo. Nguyen et al. (2010) concluyeron que los mecanismos epigenéticos en el autismo deben ser investigados porque «las modificaciones epigenéticas pueden ser influenciadas por la exposición a moduladores biológicos y factores ambientales between entre el genotipo y los factores intrínsecos o extrínsecos que contribuyen a los TEA» (p. 3049). Rogaev (2012) planteó la hipótesis de que las interacciones genético–epigenómicas (IEG) eran causas probables de esquizofrenia y autismo. Rogaev (2012) argumentó que las alteraciones en las transformaciones epigenómicas programadas durante el desarrollo, o los cambios inducidos ambientalmente en los procesos epigenómicos alterarían las regiones genómicas que eran los objetivos de los procesos epigenómicos, lo que resultaría en una transcripción genética alterada. Kopsida et al. (2011) observaron que «los cambios inducidos por el medio ambiente en los procesos epigenómicos» podrían ser causados por una dieta materna que carece de ácido fólico, vitamina B12 y colina. La falta de estos elementos dietéticos puede interrumpir los procesos epigenéticos de metilación de ADN y modificación de histonas, deteriorando así la función génica, lo que conduce a un crecimiento y desarrollo alterado del cerebro fetal. Como se señaló anteriormente en la discusión de los factores prenatales, Schmidt et al. (2011) informaron que las madres de niños con autismo tenían menos probabilidades de haber tomado vitaminas prenatales antes y durante el embarazo que las madres de niños con desarrollo típico. Schmidt et al. (2011) encontraron interacciones significativas para dos variantes genéticas y riesgo de autismo en ausencia de vitaminas prenatales.
Kopsida et al. (2011) propusieron una cascada negativa de eventos en los que la dieta de una madre, las infecciones, el abuso de sustancias, el estrés y el trauma podrían resultar en una expresión placentaria desregulada de una variedad de genes impresos. Los genes marcados desregulados de la placenta, a su vez, interrumpirían el flujo normal de oxígeno, nutrientes y hormonas al feto, lo que provocaría una expresión fetal desregulada de los genes impresos, y por lo tanto interrumpiría los factores de crecimiento similares a la insulina. Los factores de crecimiento alterados resultarían en una restricción del crecimiento fetal, lo que, a su vez, resultaría en autismo.
En una teoría diferente de la causalidad epigenética para el autismo, Ploeger, Raijmakers, van der Maas y Galis (2010) teorizaron que el autismo era el resultado de una sola mutación o alteración ambiental «durante la organogénesis temprana, la etapa embrionaria desde el Día 20 hasta el Día 40 después de la fertilización» (p. 605). Argumentaron que, durante este período embrionario, la interactividad entre las partes del cuerpo hace que el embrión sea muy vulnerable a las alteraciones del desarrollo. Ploeger et al. (2011) argumentaron que la evidencia que vincula el autismo con déficits cerebrales variados, anomalías estructurales mayores, anomalías físicas menores y muchas afecciones médicas respaldaban la verosimilitud de la ventana embrionaria de 20 días para un insulto que resultaría en síntomas de autismo.
Ploeger et al. (2011) teorizaron que la interrupción del proceso epigenético de impresión probablemente sería la causa del insulto durante el período de vulnerabilidad de 20 días. Razonaron que los genes impresos son importantes en el neurodesarrollo, se expresan durante la embriogénesis temprana, están asociados con el autismo y la esquizofrenia, son altamente pleiotrópicos, pueden explicar las proporciones de sexo en el autismo y, por lo tanto, pueden ser la fuente principal de interrupción en este período embrionario.
Resumen: Se necesitan más Datos para Comprender los Factores de Riesgo Epigenéticos
Algunas de las variantes genéticas identificadas como que confieren un riesgo de síntomas de autismo se han identificado como que tienen funciones epigenéticas. Estos incluyen PTEN, FMR1, MECP2, OXTR, RELN, UBE3A, CHD7 y varios otros genes. En el Capítulo 4, se describieron una serie de genes que no se ha encontrado que tengan función epigenética, pero que se han identificado como causales de los síntomas del autismo. Estos incluían CNTNAP2, TSC1, TSC2, DHCR7, CACNA1C, NF1, DMD, ARX, CDKl5, FOXP1, GRIK2, FOXP2, VÁSTAGO 2, A2BP1, SLC6A4, VÁSTAGO 3, PTCHD1, SLC25A12, MET, AVPR1A e ITGB3. La considerable evidencia de genes causales de síntomas de autismo que no tienen función epigenética sugiere que las teorías de impresión epigenética del autismo propuestas por Kopsida et al. (2011), Ploeger et al. (2011), y otros no podrán dar cuenta de la mayoría de los casos de autismo.
La importancia de los factores de riesgo epigenéticos en el autismo puede ser más clara para los genes del metabolismo del folato, MTHFR, DHFR, TCN2, COMT, RFC y CBS. El folato, una vitamina B, es crucial para el desarrollo fetal y debe ser proporcionado por la madre. Schmidt et al. (2011) informaron de un vínculo entre el riesgo de autismo, la incapacidad de la madre para tomar vitaminas antes y durante el embarazo y tres variantes de genes del metabolismo del folato. Entre las madres que no habían tomado vitaminas, hubo un aumento de 4.5 tasa de riesgo de autismo en los hijos de madres con una variante MTHFR, un aumento de la tasa de riesgo de autismo de 2,6 en los hijos de madres con una variante CBS, y un aumento de la tasa de riesgo de autismo de 7,2 en los niños con una variante COMT. Esta evidencia demostró vínculos causales significativos entre el medio ambiente—la presencia o ausencia de folato—y variantes de genes MTHFR, COMT y CBS con funciones epigenéticas. Esta evidencia también sugirió que podría haber otras interacciones de riesgo epigenético entre el gen y el entorno que podrían ser causales de los síntomas del autismo.
Las complejidades de las funciones epigenéticas de la proteína del gen MECP2 revelan la necesidad de un mayor conocimiento de los efectos de los genes epigenéticos en el cerebro. Guy, Cheval, Selfridge y Bird (2011) notaron que el efecto de la deficiencia de MeCP2 en el cerebro «es poco conocido en muchos aspectos y es objeto de una intensa investigación» (p. 633). Guy et al. (2011) informaron que los hallazgos sugieren que MeCP2 tiene efectos globales sobre toda la cromatina, e identificaron muchos socios proteicos para MeCP2: HP1, mSin3a, cSki, YY1, Atrx, YB1, NcoR, Dnmt1, CoREST, CREB, Brahma, H3K9 y MTase. Los investigadores afirmaron que MeCP2 involucra a sus socios proteicos en muchas acciones epigenéticas cruciales, incluida la alteración de la función de las histonas y el silenciamiento de los genes. También ofrecieron evidencia que sugiere que, a pesar de la ausencia de proteína MeCP2, el cerebro se desarrolla normalmente. Los efectos adversos de la ausencia de proteína MeCP2 ocurren más tarde, cuando la ausencia interrumpe la sinaptogénesis y las funciones neuronales (Guy et al., 2011).
Dado que la complejidad de la disrupción de MeCP2 está empezando a ser entendida, está claro que no hay suficiente evidencia sobre los efectos de la disrupción de los procesos epigenéticos en el desarrollo cerebral fetal en la actualidad para desarrollar una narrativa significativa de la causalidad epigenética para el autismo.
