Avances en Pruebas Genómicas-Lo que necesita Saber

Avances en Pruebas Genómicas-Lo que necesita Saber

por el Dr. C. H. Weaver M. D. actualizado el 1/9/2018

P: ¿Qué son las pruebas genómicas?

A: Las pruebas genómicas analizan un grupo de genes y sus diferentes niveles de expresión. Esta expresión o actividad génica puede caracterizar cómo interactúan los genes entre sí y predecir el comportamiento de ciertos tejidos dentro del cuerpo. Esto contrasta con las pruebas genéticas, que analizan un cambio específico dentro de un cromosoma o gen individual, a menudo como parte de un rasgo heredable.

P: ¿Qué papel desempeñan las pruebas genómicas en el diagnóstico de cáncer?
A: Las pruebas genómicas pueden proporcionar información sobre el pronóstico de un paciente en función de la expresión génica dentro del tejido canceroso de un individuo y, a menudo, pueden predecir si cierta terapia (como la quimioterapia) será beneficiosa.

P: ¿En qué momento del proceso de diagnóstico se realizan las pruebas genómicas?
A: Las pruebas genómicas se pueden realizar en cualquier momento después de que se haya obtenido una muestra de tejido (biopsia o resección) de cáncer.

P. ¿Qué preguntas debo hacerle a mi equipo de atención médica sobre las pruebas genómicas?
A: Las siguientes son las preguntas principales que debe hacerle a su proveedor de atención médica.

• ¿Hay pruebas genómicas disponibles para el tipo de cáncer que tengo, para ayudar a determinar mi pronóstico general?
• ¿Los resultados de esta prueba tendrán el potencial de cambiar su tratamiento del cáncer? Concretamente:
  • ¿La prueba podrá decirme si ciertas terapias serán beneficiosas para mi tratamiento?
• ¿Ha tenido resultados positivos al usar esta prueba con otros pacientes?
• ¿Esta prueba está cubierta por mi plan de seguro? (Este tipo de pruebas puede costar miles de dólares, aunque muchos planes cubren las pruebas sin gastos de bolsillo.)

P: ¿Hay tipos específicos de cáncer para los que el papel de las pruebas genómicas es especialmente significativo?

A: Hay tres tipos de pacientes con cáncer para los que las pruebas genómicas pueden ser particularmente ventajosas:

• Las pacientes con cáncer de mama positivo para receptores de estrógeno que aún no se ha diseminado a los ganglios linfáticos (cáncer de mama en estadio temprano) pueden tener un pronóstico difícil de predecir con una biopsia de tejido sola. Las pruebas genómicas no solo pueden ayudar a proporcionar información pronóstica (es decir, supervivencia pronosticada a 10 años), sino que también pueden predecir si la quimioterapia será de algún beneficio significativo, lo que permitirá al paciente evitar la toxicidad de la quimioterapia cuando sea posible.
• Los pacientes con ciertos tipos de cáncer de colon también pueden beneficiarse de las pruebas genómicas en términos de determinar el pronóstico, predecir el beneficio de la quimioterapia y seleccionar la quimioterapia (determinar qué agentes químicos serán de mayor beneficio).
• Los pacientes con un cáncer que se diseminó a otros sitios del cuerpo (enfermedad metastásica) o que recidivó localmente (a pesar de la cirugía o la quimioterapia) pueden someterse a pruebas genómicas que analizan la expresión en una amplia variedad de genes, incluso aquellos que no se relacionan típicamente con el sitio original del cáncer. Este tipo de análisis genómico puede identificar ciertos genes que podrían ser un objetivo para la terapia que inicialmente no se consideró. Un cambio a una terapia dirigida tendría el potencial de mejorar notablemente la supervivencia.

El Papel Emergente de la Genómica en el Diagnóstico y el Seguimiento del Cáncer

Descripción general

El cáncer es el resultado de anomalías genéticas que afectan la función de genes particulares. Los genes determinan la forma, la función y los patrones de crecimiento de las células. Los que aceleran o suprimen el crecimiento a menudo están involucrados en el cáncer. Por ejemplo, muchos cánceres tienen una anomalía en un gen que es responsable de estimular el crecimiento celular y/o el gen que normalmente previene el cáncer no funciona correctamente. Ambas anomalías genéticas pueden resultar en un crecimiento celular excesivo e incontrolado, el rasgo distintivo del cáncer. Las pruebas genómicas, o ensayos como los llaman los científicos, son una herramienta para identificar los genes específicos de un cáncer que son anormales o que no funcionan correctamente. En esencia, esto es como identificar la firma genética o la huella digital de un cáncer en particular.

Las pruebas genómicas son diferentes de las pruebas genéticas. Por lo general, las pruebas genéticas se usan para determinar si una persona sana tiene un rasgo (gen) hereditario que la predispone a desarrollar cáncer. Las pruebas genómicas evalúan los genes de una muestra de tejido enfermo de un paciente que ya ha sido diagnosticado con cáncer. De esta manera, se identifican genes que han mutado, o que han desarrollado funciones anormales, además de los que pueden haber sido heredados.

Las pruebas genómicas pueden ayudar a los médicos a::

• Determinar el pronóstico (posible desenlace) de un paciente
• Determinar si un cáncer es agresivo/de crecimiento rápido o de crecimiento lento
• Elegir el tratamiento más eficaz para cada cáncer individual
• Vigilar a los pacientes que se someten a tratamiento para determinar si el tratamiento está funcionando
• Vigilar a los pacientes que están en remisión para detectar una posible progresión temprana de la enfermedad cuando tratable

Quizás la mayor promesa de las pruebas genómicas es su potencial para individualizar el tratamiento. Esto significa que a los pacientes con afecciones más graves se les pueden identificar y ofrecer terapias agresivas e innovadoras que pueden prolongar sus vidas, mientras que a los pacientes a los que se les diagnostica una afección menos grave se les pueden evitar tratamientos innecesarios. Por ejemplo, algunas mujeres con cáncer de mama sin ganglios linfáticos recaerán después de recibir tratamiento con cirugía sola. Se observó que las pruebas genómicas diferencian entre qué pacientes de cáncer de mama sin ganglios linfáticos tienen más probabilidades de recaer y, por lo tanto, se benefician de la quimioterapia adicional y cuáles pacientes pueden no necesitar quimioterapia.

Para apreciar cómo se aplica la ciencia de la genética al diagnóstico y monitoreo del cáncer, es útil tener una comprensión de los principios básicos de la genética. Esto incluye saber qué son el ADN, los cromosomas y los genes, cómo funcionan y cómo la información contenida en el ADN se transforma, a través de la expresión génica, en estructuras específicas que dictan las funciones de una célula.

Con este conocimiento de fondo, es posible comprender la promesa de las pruebas para detectar anomalías genéticas, como:

• Hibridación fluorescente in situ (FISH)
• Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
• PCR de transcripción inversa
• Tecnología de microarrays
• Proteómica sérica

Antecedentes: Principios Básicos de la Genética

La importancia de la genética en la herencia es bien conocida; sin embargo, el papel que desempeña la genética en el control de la estructura y función de las células puede ser aún más crítico para un organismo individual. La herencia asegura que los seres humanos y todas las especies son capaces de reproducirse y perpetuar sus rasgos únicos y dirigir cómo se construyen las células, qué trabajo hacen y cómo crecen es necesario para garantizar que un organismo sobreviva para reproducirse. La comprensión de este papel crítico que el ADN y los genes tienen en la determinación de la vida minuto a minuto de una célula también es importante para comprender cómo la genética está involucrada en el cáncer.

ADN: La información genética de todo un organismo está contenida en el núcleo de cada célula en forma de ácido desoxirribonucleico, comúnmente conocido como ADN. El ADN es una molécula helicoidal de doble cadena (en espiral). Cada hebra se compone de una columna vertebral estructural más una secuencia de compuestos que contienen nitrógeno llamados bases nitrogenadas, que se pueden considerar como el alfabeto de la genética. Hay cuatro bases: adenina, guanina, timina y citosina. Los dos hilos están conectados en las bases.

El código genético, o la información genética que controla la estructura y la función de la célula, está contenida en la secuencia de bases. La secuencia de bases finalmente controla la secuencia de aminoácidos que se conectan entre sí para formar una molécula de proteína. Diferentes secuencias producen diferentes proteínas. Las proteínas que se sintetizan en una célula determinan la estructura y función de esa célula.

Cromosomas: El ADN está empaquetado en un número específico de unidades llamadas cromosomas. Los seres humanos tienen 46 cromosomas en cada célula. La mayoría de las veces, los cromosomas están apretados alrededor de las proteínas en el núcleo de la célula para que no se puedan ver. Sin embargo, en las etapas de la vida de la célula justo antes de la división celular, los cromosomas se hacen visibles con un microscopio de luz. Aparecen como una ‘H’ mayúscula con cuatro longitudes de ADN en espiral unidas por una proteína como la «cruz»de la «H».

Genes: El ADN está organizado en genes, que son segmentos largos de ADN que incluyen regiones que contienen códigos para proteínas llamadas exones, así como regiones no codificantes llamadas intrones. Los genes se definen como la unidad básica de la herencia porque se transmiten a la descendencia y luego se replican y se transmiten a las células individuales durante la división celular. La replicación implica el uso de ambas hebras de ADN como plantillas para sintetizar ADN complementario (ADNc), que es una hebra coincidente. El resultado son dos copias idénticas de ADN para cada célula después de que se complete la división celular. En condiciones normales, la estructura del ADN, y por lo tanto de los genes, permanece relativamente constante a través de la replicación y la división celular.

Expresión génica: La información genética contenida en los genes se traduce en la estructura y función celular a través de un proceso llamado expresión génica. Los genes pueden considerarse códigos, o recetas, para fabricar proteínas. Las proteínas son el componente básico de la estructura y función celular. Cuando un gen se «expresa», la proteína o proteínas para las que codifica se están construyendo activamente en la célula y se está realizando la función que esas proteínas sirven. Por ejemplo, cuando el gen HER-2/neu se expresa en el cáncer de mama, hay más receptores del factor de crecimiento epidérmico (EGFRs) presentes, que son proteínas en la superficie celular para las que HER-2/neu codifica. Además, la función del EGFR es estimular el crecimiento celular; por lo tanto, una célula que expresa HER-2/neu tiene muchos EGFR y está creciendo activamente.

La expresión génica se produce a través de un sistema complejo que implica los siguientes pasos:

• Separación temporal de las dos hebras de la molécula de ADN en un gen en particular.
• Transcripción del segmento de ADN, que es la síntesis de una copia monocatenaria de la secuencia de ADN expuesta; esta copia se denomina ARN mensajero (ARNm).
• Síntesis de proteínas, o construcción de nuevas proteínas en la célula, basada en la información contenida en el ARNm.

anomalías Genéticas: Las anomalías genéticas son alteraciones en el ADN de una célula que pueden ocurrir por casualidad o debido a una influencia ambiental. Estas alteraciones le dan a la célula afectada alguna ventaja sobre las células normales que las ayuda a crecer. Como resultado, la célula es capaz de dividirse rápidamente, convirtiéndose en un crecimiento de cáncer. Sin embargo, esta ventaja de crecimiento solo beneficia a la célula individual, y no necesariamente a todo el organismo (humano).

Los tipos de anomalías genéticas incluyen:

Translocaciones: los lugares cambiantes de un gen de un cromosoma con un gen en otro cromosoma; este tipo de anormalidad define las muchas leucemias diferentes

Deleciones-falta un gen o una secuencia de nucleótidos en el ADN

Polimorfismos-variaciones en la secuencia de nucleótidos

Pruebas para Detectar Anomalías Genéticas

Una variedad de nuevas pruebas de laboratorio pueden detectar anomalías genéticas. Encontrar una mutación causante de enfermedad en un gen puede confirmar un diagnóstico sospechoso de cáncer o identificar a quienes están predispuestos a ciertos tipos de cáncer. Algunas de estas técnicas que se utilizan actualmente en el entorno clínico incluyen:

• Hibridación fluorescente in situ (FISH)
• Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
• PCR de transcripción inversa

Además, las siguientes técnicas de laboratorio se están utilizando en la investigación del cáncer y pueden estar disponibles para uso clínico en el futuro:

• Microarray

La hibridación fluorescente in situ (FISH)

FISH es una técnica de laboratorio que se utiliza para detectar anomalías genéticas a nivel de una sola célula y de un solo gen, como anomalías numéricas (ganancias y pérdidas de nucleótidos) y translocaciones (los lugares cambiantes de un gen o segmento de genes en un cromosoma con un gen o un segmento en otro cromosoma). Estas anomalías desempeñan un papel en el desarrollo y la progresión de algunos cánceres, como las leucemias y los linfomas1.

¿Cómo funciona el PESCADO? El FISH se realiza en células de muestra cuyo ADN se ha desenredado para que los cromosomas individuales sean visibles. Esto ocurre durante las fases celulares justo antes de la división celular, llamadas metafase o interfase. El ADN de la muestra se desnaturaliza primero usando calor y la formamida química para que las hebras individuales se separen, exponiendo la secuencia de base. A continuación, se incuban, o combinan, secuencias de ADN específicas, llamadas sondas, que se unen a fluoros coloreados con la muestra de ADN. Las sondas se hibridan (conectan) con el ADN de los cromosomas, que es el complemento de la secuencia de base de la sonda. La presencia o ausencia de fluorescencia del ADN hibridado y la sonda son visibles con un microscopio especializado e indican si la secuencia de ADN de interés está presente en la muestra. Además, se pueden utilizar técnicas especializadas de FISH para detectar translocaciones, inversiones y amplificaciones que están involucradas en el cáncer.2

FISH en cáncer de mama y ovario: Uso común si FISH es para determinar si las pacientes con cáncer de mama y ovario sobreexpresan el oncogén HER2/neu, un gen que está comúnmente involucrado en el cáncer. HER2 / neu lleva el código genético para el receptor HER2, una proteína en la superficie de algunas células cancerosas. El HER2 se une a los factores de crecimiento en la sangre, estimulando así el crecimiento de las células cancerosas.

HER2 / neu se amplifica en aproximadamente 20 a 30% de los cánceres de mama y ovario y esta amplificación y/o sobreexpresión indica un pronóstico precario.3 Se puede usar FISH para observar si el oncogén HER2/neu está enviando múltiples señales a nivel de las células individuales, lo que indica amplificación génica.

PECES en cánceres hematológicos (de la sangre) : Los PECES también se pueden utilizar para diagnosticar y controlar diversas neoplasias hematológicas malignas. La anomalía genética que subyace a muchas neoplasias hematológicas malignas es la translocación cromosómica, o los lugares cambiantes del gen de un cromosoma con un gen en otro cromosoma.

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

La PCR es un método de laboratorio in vitro que es útil para realizar pruebas genéticas de enfermedad y detectar una enfermedad residual mínima, que es una pequeña cantidad de enfermedad que queda después del tratamiento que puede provocar recurrencia y que normalmente no se detecta con otras técnicas. Este procedimiento amplifica un segmento de ADN de una muestra pequeña, haciéndola detectable. Con la PCR, secuencias relativamente pequeñas de ADN conocido se pueden replicar en millones de copias en un corto período de tiempo.

¿Cómo funciona la PCR? Este método requiere cuatro componentes principales: 1) la muestra de ADN, 2) un amplio suministro de nucleótidos, 3) una enzima polimerasa termoestable que es responsable de copiar el ADN, y 4) cebadores, una secuencia corta de nucleótidos que se encuentran a cada lado del fragmento de ADN de interés y señalan a la polimerasa para comenzar la replicación del segmento de ADN específico.

La PCR es un proceso de tres pasos, cada uno a una temperatura diferente. La muestra de ADN se calienta primero a aproximadamente 90 ° C para separar las 2 hebras de ADN emparejadas. Una vez separado, se enfría a una temperatura que permite que los cebadores se hibriden a su secuencia complementaria en el ADN objetivo, aproximadamente 40ºC. Por último, la replicación del ADN se produce a aproximadamente 70ºC, la temperatura a la que la ADN polimerasa es más activa. Este proceso se repite de 20 a 30 veces, lo que resulta en una amplificación de aproximadamente 1 millón de veces del fragmento de ADN de interés.4

Transcripción inversa PCR

Transcripción inversa (RT)-La PCR es una técnica que detecta el grado en que se expresan los genes. Los procesos complicados controlan qué segmento de ADN se separa, se transcribe (copia) en ARNm y luego se expresa como proteínas en la célula. No todos los genes se transcriben y luego se expresan por igual. Debido a muchos controles en la célula, algunos genes están sobreexpresados, lo que significa que se transcriben y expresan a una velocidad más alta de lo normal, mientras que otros genes ahora se expresan, o se «desactivan» para que ciertas funciones no se manifiesten en la célula.

¿Cómo funciona la RT-PCR? La RT-PCR utiliza los mismos pasos que la PCR para amplificar un segmento de ADN, pero la muestra es una copia complementaria del ARNm. Al comenzar con el ARNm, esta prueba mide solo el ADN que se expresa, lo que permite determinar el grado en que se expresan ciertos genes. Los usos recientes de RT-PCR en oncología clínica incluyen la detección de micrometástasis de ganglios linfáticos en el cáncer de próstata y metástasis óseas en el cáncer de mama.5

RT-PCR en cáncer de mama: La prueba de cáncer de mama Oncotype DX™ utiliza RT-PCR para determinar el riesgo individual de recurrencia en mujeres con cáncer de mama positivo para receptores de estrógeno (RE) sin ganglios linfáticos. Esta prueba evalúa la expresión de 21 genes en el cáncer de mama. La sobreexpresión de algunos de estos genes indica un peor pronóstico, mientras que la expresión de otros puede indicar un mejor pronóstico. La expresión de los 21 genes se utiliza para calcular una «Puntuación de Recurrencia™», o la probabilidad de que el cáncer reaparezca. Un ensayo clínico grande mostró que el Puntaje de Recurrencia™ fue más eficaz para predecir el pronóstico de las mujeres con cáncer de mama con ganglios negativos y ER positivo que las medidas estándar, como la edad de la paciente, el tamaño del cáncer y el estadio del cáncer.6

Estrategias para Mejorar la Detección de Anomalías Genéticas

Se están utilizando varios métodos para detectar anomalías genéticas en la investigación del cáncer. Si bien todavía no se usan de manera rutinaria en el entorno clínico, los siguientes parecen prometedores y se pueden usar en el futuro para diagnosticar, analizar y monitorear el cáncer.

Microarrays: El análisis de microarrays es una técnica que combina la biología con la informática para generar un perfil genético para una muestra de tejido determinada que refleja la actividad de miles de genes. Esta tecnología tiene ventajas sobre FISH o PCR porque, en un solo análisis, puede evaluar la expresión de todos los genes que pueden estar involucrados en un cáncer, en lugar de solo unos pocos. Al mostrar gráficamente cómo todos los genes están involucrados en un cáncer, los microarrays pueden generar una «firma genética» para un cáncer en particular. Esto hace que la identificación del subtipo de cáncer sea más precisa. La capacidad de tomar una instantánea de la firma genética de un cáncer puede llevar a una mejor comprensión de cómo se desarrolla ese cáncer y cómo diseñar un tratamiento individualizado.

¿Cómo funcionan los microarrays? Si bien se utilizan diferentes métodos de microarray, cada uno consta de cinco pasos básicos:

• Preparación de la muestra
• Combinación de la muestra con el chip de la computadora
• Escaneo del chip de la computadora
• Normalización
• Análisis de los resultados por computadora.

Preparación de la muestra: En el paso inicial, el ADNc se sintetiza a partir de ARN mediante transcripción inversa (recuerde que la transcripción implica copiar ADN para fabricar ARN, por lo que la transcripción inversa genera ADN a partir de ARN) a partir de ARN que se ha extraído tanto de una prueba como de una muestra de referencia. Los segmentos de ADN de la muestra están etiquetados con fluorocromos, o productos químicos radiactivos, para que puedan detectarse después de combinarse con el chip de la computadora.

Combinación de la muestra con el chip de la computadora: A continuación, la muestra se combina con el chip de la computadora, que es una cuadrícula rectangular de puntos. Cada punto tiene muchas copias de una secuencia de ADN en particular. Estas secuencias se derivan de bases de datos públicas de secuencias de ADN que se generaron a través del Proyecto Genoma Humano, el esfuerzo científico que identificó prácticamente todas las secuencias de ADN en la especie humana.

Cuando la muestra se agrega al chip de la computadora, se produce un proceso llamado hibridación. Esto significa que el segmento de ADN de la muestra se une (hibrida) al segmento en el chip de computadora que tiene la secuencia complementaria exacta de nucleótidos (los cuatro compuestos que son el alfabeto de la genética).

Escanear el chip de la computadora: Una vez que se completa la hibridación, se utilizan escáneres para detectar la fluorescencia y crear una imagen digital que refleja dónde se combina el ADN de la muestra con manchas en el chip de microarray.

Normalización: Debido a que las intensidades de la señal cruda pueden variar entre chips individuales de muchos pacientes o experimentos, la intensidad de los chips individuales debe ajustarse a un estándar común o normalizarse. Por ejemplo, la resta de ruido de fondo es un método de normalización común que se aplica a todas las muestras. La normalización permite comparar perfiles de expresión génica de muchos pacientes o experimentos.

Análisis por computadora: El paso final en un experimento de microarrays es el análisis por computadora. Los miles de puntos de datos brutos que resultan de los análisis de microarrays son esencialmente ininteligibles a menos que se evalúen en el contexto de otros resultados. Por ejemplo, el perfil de expresión génica (resultados de microarrays) de tejido normal y enfermo se puede comparar para identificar genes que varían en su expresión y también identificar un patrón (perfil) que puede indicar una clase o etapa distinta de la enfermedad.7

Microarrays en oncología: El análisis de microarrays ha contribuido a la oncología al aumentar la comprensión de la base genética de varios tipos de cáncer, incluido el linfoma no Hodgkin de células B (BCNHL), la leucemia aguda y el cáncer de mama.

• Se ha adquirido un conocimiento considerable sobre la patología del BCNHL comparando los patrones de expresión génica de tejidos enfermos y normales. Dos categorías de enfermedades diferentes muestran perfiles de expresión génica distintos. Los microarrays han ayudado a establecer estos perfiles de expresión y, en el futuro, pueden ayudar a clasificar con precisión los nuevos casos de BCNHL.
• En el caso de la leucemia aguda, los microarrays han ayudado a establecer patrones de expresión génica distintos que han ayudado a diferenciar la leucemia linfocítica aguda (LLA) y la leucemia mieloide aguda (LMA). Utilizando estos perfiles, se predijeron correctamente 29 de 34 nuevos casos de leucemia.
• Además, los microarrays han ayudado a identificar dos perfiles de expresión génica distintos en el cáncer de mama, BCRA1 y BCRA2. Este hallazgo sugiere diferentes formas en que se desarrolla el cáncer de mama y proporciona pistas que promueven una mayor comprensión de la causa del cáncer de mama.7

1 Spagnolo SD, Ellis DW, Juneja S, Leong AS, et al. The role of molecular studies in lymphoma diagnosis: a review (en inglés). Pathology 2004; 36 (1) 19-44.

2 Spurbeck JL, Adams SA, Stupca PJ, Dewald GW. Primer sobre Genómica Médica, Parte XI: Visualización de Cromosomas Humanos. Mayo Clinic Proceedings 2004: 79: 58-75.

3 Paik S, Hazan R, Fisher ER, et al. Hallazgos patológicos del national surgical adjuvant breast and bowel project: importancia pronóstica de la sobreexpresión de la proteína erb B-2 en el cáncer de mama primario. J Clin Oncol 1990; 8: 103-112.

4 Tefferi A, Wieben ED, Dewald GW, et al. Primer on Medical Genomics Part II: Background Principles and Methods in Molecular Genetics (en inglés). Mayo Clinic Proceedings 2002; 77: 785-808.

5 Tefferi A, Wieben ED, Dewald GW, et al. Primer on Medical Genomics Part II: Background Principles and Methods in Molecular Genetics (en inglés). Mayo Clinic Proceedings 2002; 77: 785-808.

6 Paik S, Shak S, Tang G, et al. Ensayo de PT-PCR de múltiples genes para predecir la recidiva en pacientes con cáncer de mama sin ganglios linfáticos-estudios NSABP B-20 y B-14. Proc del 26 Simposio Anual de Cáncer de Mama de San Antonio. 3 a 8k de diciembre de 2003; San Antonio, TX, Resumen # 16.

7 Tefferi A, Bolander ME, Ansell SM, et al. Primer on Medical Genomics Part III: Microarray Experiments and Data Analysis (en inglés). Mayo Clinic Proceedings2002; 77: 927-940.