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GENETICA Y ASPECTOS PSICOBIOLOGICOS DE LA CONDUCTA

HECTOR LEON CASTRO, MD hleon_05 @yahoo.com 99964-7272 URP. AGOSTO 2010


CONCEPTO DE GENÉTICA 

Ciencia que estudia la herencia o la transmisión de los caracteres morfológicos y fisiológicos que se heredan de padres a hijos. La información genética se encuentra en la molécula de ADN, que en los eucariotas se encuentra en los cromosomas. La especie humana tiene 46 cromosomas, distribuidos en 23 pares (cromosomas homólogos). Uno de estos pares determina el sexo.


GEN, GENOTIPO Y FENOTIPO Gen. Factor hereditario que controla un carácter.  Genotipo. Conjunto de factores heredados de los padres para un determinado carácter.  Fenotipo. Conjunto de caracteres hereditarios que se manifiestan externamente. 


LOS CROMOSOMAS, EL ADN Y LOS GENES 

Los cromosomas están formados por ADN, proteínas y algo de ARN. Los genes son una parte de las cadenas de ADN y se disponen linealmente a lo largo de ella.

Se encuentran en lugares denominados “locus” (plural: loci).


Estructura de los Ácidos nucleicos (ADN y ARN) 

La molécula de ADN tiene la estructura de una escalera en doble hélice formada por azúcares (Desoxiribosa), fosfatos y cuatro bases nucleotídicas llamadas adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G). El código genético queda determinado por el orden de estas bases, y cada gen tiene una secuencia única de pares de bases.


Origen de la diversidad genetica


Secuencia de DNA ยกInformacion! Genotipo Secuencia de bases

Gen

Ambiente

Fenotipo


35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0

Nยบ de genes mapeados entre 1972-1998.

Nยบ de Genes

1 705 9 8013 179021 2598


PROYECTO GENOMA HUMANO El proyecto fue fundado en 1990 por el Departamento de Energía y los Institutos de la Salud de los Estados Unidos, con un plazo de realización de 15 años.  Debido a la amplia colaboración internacional, a los avances en el campo de la genómica y la informática un borrador inicial del genoma fue terminado en el año 2000. 


HISTORIA El consorcio estaba compuesto por 20 centros de 6 países:  China  Francia  Alemania  Japón  Reino Unido  Estados Unidos 


 En febrero de 2001, el Proyecto de Genoma Humano (Human Genome Research Institute ) y Celera Genomics publican, simultáneamente, su secuenciación del genoma humano (en Nature y Science, respectivamente). Craig Venter

Francis Collins

 En abril de 2004, se crea un catálogo de aproximadamente el 75% de los genes que se cree posee el genoma humano. Este catálogo, Human Full-length Complementary-DNA Annotation Invitational Database, ha sido elaborado por un equipo internacional liderado por Takashi Gojobori.


ALGUNOS TIPS SOBRE EL GENOMA HUMANO.  Los

cromosomas con más genes que codifican proteínas son el 17, 19 y el 22. Los cromosomas X, Y, 4, 18 y 23 son los que poseen menos genes codificadores.  El equipo de Celera Genomics utilizó para secuenciar el genoma humano muestras de ADN de tres mujeres y dos hombres (un afroamericano, un chino, un asiático, un hispanomexicano y un caucásico). El equipo de Proyecto Genoma Humano utilizo DNA perteneciente a doce personas. Cada persona comparte un 99,99 por ciento del mismo código genético con el resto de los seres humanos. Sólo una de cada 1.250 bases distinguen a una persona de otra.  Hasta ahora se han encontrado 223 genes humanos que resultan similares a los genes bacterianos.  Sólo un 5 % del Genoma codifica proteínas. El 25% del genoma humano está casi desierto, existiendo largos espacios sin secuencias génicas entre un gen y otro.


ALGUNOS TIPS SOBRE EL GENOMA HUMANO  Se

calcula que existen unas 250-300.000 proteínas distintas. Por tanto cada gen podría estar implicado, en promedio, en la síntesis de unas diez proteínas.  Algo más del 35% del genoma contiene secuencias repetidas. Lo que se conoce como ADN basura.  Se han identificado un número muy elevado de pequeñas variaciones en los genes que se conocen como polimorfismos de nucleótidos únicos, SNPs, de su acrónimo inglés. Celera ha encontrado 2,1 millones de SNP en el genoma y el Consorcio 1,4 millones. La mayoría de estos polimorfismos no tienen un efecto clínico concreto pero de ellos depende, por ejemplo, el que una persona sea sensible o no a un determinado fármaco y la predisposición a sufrir una determinada enfermedad.  La gran magnitud de la información a manejar se incrementa teniendo en cuenta que para llegar a reconocer dónde comienzan y terminan los genes e identificar sus exones, intrones y secuencias reguladoras se requieren comparaciones entre secuencias de diversas especies (Genómica comparativa).


LA GRAN TRAVESIA HUMANA A mediados de la decada del 80, Allan Wilson y col de la Universidad de california. Utilizaron ADN mt para ubicar el hogar ancestral de la humanidad. Compararon el ADN mt de mujeres de todo el mundo y encontraron que aquellas de ascendencia africana mostraban el doble de diversidad que sus congeneres.


LA GRAN TRAVESIA HUMANA Hoy dia los cientificos calculan que todos los seres humanos estamos emparentados con una Eva mitocondrial que vivio hace 150,000 a単os en Africa. Posteriormente se le uniria un Adan cromosoma Y. Tales marcadores de ADN ancestral se presentan en los bosquimanos del sur de africa y los pigmeos de Biaka del centro de Africa.


GENOMA MITOCONDRIAL – Las mitocondrias tienen su propio genoma de alrededor de 16,500 bases,

– –

– –

el cual existe fuera del núcleo de las células. Cada genoma contiene 13 genes que codifican proteínas, 22 tARN y 2 rARN. Grandes cantidades de mitocondrias están presentes en cada célula, lo cual requiere un menor número de muestras. Tienen una tasa de substitución (mutaciones donde un nucleótido es reemplazado por otro) más alta que el ADN nuclear, lo cual hace más fácil la resolución de diferencias entre individuos cercanamente emparentados. Ellas se heredan solo de la madre, lo cual permite trazar líneas genéticas directas. Ellas no se recombinan. El proceso de recombinación en el ADN nuclear (con la excepción del cromosoma Y) mezcla secciones de ADN de la madre y del padre, creando así una historia genética mezclada e ilegible. Se estima que hay cambios en el ADN mitocondrial cada 2000-3000 años, desde la aparición del primer ser humano, la llamada Eva Mitocondrial. De este estudio se obtuvo la fecha de 171,500 años atrás.


LA GRA N TRAVESIA HUMANA Estos homo sapiens marcaron una gran revoluci贸n en la conducta humana, la cual incluia fabricacion de herramientas mas complejas, la creaci贸n de redes sociales mas amplias, las primeras muestras de arte.


LA GRA N TRAVESIA HUMANA Quiza algun tipo de mutacion neurologica condujo al desarrollo del lenguaje hablado, convirtiendo a nuestros ancestros en seres completamente evolucionados. Lo que les preparo el camino de la colonizacion del mundo, generando la gran diaspora humana, hace unos 70,000 a単os y que concluyo con el paso del hombre a America hace unos 18,000 a単os.


Localizaciòn enfermedades geneticas


Diez mil genes conformarĂ­an el SNC y periferico


多 CUAL ES EL APORTE DE LOS GENES A LA CONDUCTA?


POTENCIALIDADES HEREDADAS • Inteligencia. • Habilidades verbales y espaciales. • Memoria. • Temperamento. • Rasgos de personalidad. • Predisposición para fumar y beber. • Estructura de las ondas cerebrales. • Enfermedades neuropsiquiátricas.


Tipo de disturbio genético

CARACTERISTICAS -

Cromosómicos

Monogenéticos

Adición o delección de cromosomas enteros o parte de ellos: Ejemplo trisomía 21 (Sindrome de Down) Genes mutantes únicos, heredados en forma mendeliana simple: Anemia falciforme, corea de huntington.

Poligenéticos:

Interacción de múltiples genes sumativos Diabetes mellitus, esquizofrenia, trastorno bipolar.

Disturbios genéticos de células somáticas

Relacionado al oncogene en el cáncer.


DATOS QUE APOYAN LA TRANSMISION GENETICA EN PSIQUIATRIA Enfermedad

Estudios de riesgo familiar

Estudios en Gemelos

Estudios en Adopcion

Estudios de ligamiento

Esquizofrenia

+

+

+

+

Trastorno Bipolar

+

+

+

+

Depresi贸n mayor

+

+

(+)

-

T. Ansiedad generalizada

+

+

-

-

Alcoholismo

+

(+)

+

+


CAUSALIDAD GENETICA Enfermedad

Riesgo familiar %

Cromosoma candidato

Alzheimer

41

1, 14, 21

Alcoholismo

3-50

11

Corea Huntington

50

4

Esquizofrenia

10-40

5,6,8,11,15 X, 22

Trastorno Bipolar

10-15

X, 18

Crisis de angustia

27

17


CAUSALIDAD GENETICA DEL TRASTORNO MENTAL GENES PREDISPONENTES

Eventos adversos tempranos

FENOTIPO VULNERABLE Disfunci贸n 5HT, NA, DA

Vulnerabilidad aumentada al estr茅s Disminuci贸n en la capacidad de enfrentamiento y perfomance psicosocial

Alteraciones estructurales del SNC

TRASTORNOS AFECTIVOS Alvaro Lista, 2001


INTERACCION GENETICA-AMBIENTE •Es un proceso dinámico que se debe a la interrelación constante entre los determinantes genéticos y ambientales. Esta vulnerabilidad puede dar lugar a diversas consecuencias según la intensidad de la carga genética y ambiental y la presencia o ausencia de factores protectores genéticos y ambientales. •El modelo genetico en psiquiatria se caracteriza por un efecto combinado de múltiples genes de baja penetrancia (Poligenetico) junto a diversos factores ambientales de riesgo y de protección (multifactorial) que generan un fenotipo susceptible a psicopatología.

G1+G2+G3… + FA multifactoriales = Fenotipo Susceptible


CORRELACION GENETICA-AMBIENTE

Un fenotipo individual influye en su propia exposición respecto a factores ambientales de riesgo. Los factores ambientales son en sí mismo atribuibles o direccionados a influencias genéticas. Por ejemplo, el fenotipo de los niños hiperactivos los hace más vulnerables al maltrato físico o psicologico de los padres. El fenotipo de las mujeres con personalidad limitrofe o histrionica los hace más vulnerables a una relación con individuos de personalidades psicopaticas.


ESQUIZOTAXIA Concepto postulado Por Paul Meehl. Personas geneticamente vulnerables que sufrieron exposici贸n a acontecimientos adversos en las primeras etapas de la vida (obstetricas) y que dieron lugar al desarrollo anomalo de ciertas estructuras cerebrales. Esta vulnerabilidad latente mas un acontecimiento ambiental adverso puede facilitar el desarrollo de una esquizofrenia o psicosis. (Perdidas parentales, consumo de THC, etc)


DEPRESION Acontecimientos vitales asociados a depresión. Fallecimiento de familiar cercano. Violencia familiar, separación o divorcio, conflicto conyugal grave. En mujeres con riesgo genético bajo, la incidencia de depresión fue de 0.5 a 6.2%. En mujeres con riesgo genetico alto las probabilidades aumentaron de 1.1 a 14.6%. El alcoholismo es un marcador de riesgo genetico que induce a la depresión. Las personas con riesgo genético a la depresión muestran una sensibilidad mayor frente al estrés.


GENETICA DE LA ESQUIZOFRENIA • Características: La enfermedad se inicia entre los 15 a 25 años, de inicio más precoz en los varones. La principal forma clínica es la paranoide. • Se ha postulado la teoría del neurodesarrollo. Factores poligenéticos condicionarían una disfunción en el proceso de organización cortical intrautero. Esta vulnerabilidad biológica se expresa en enfermedad durante la adolescencia por una sumatoria de factores de riesgo biológicos y psicosociales. • En pacientes esquizofrenicos se ha documentado atrofia prefrontal, parietal, cerebelar, dilatación de ventriculos laterales. La psicosis se debería a una hiperactividad mesolímbica e hipoactividad mesocortical de dopamina. • La enfermedad debe explicarse por un modelo poligenético y multifactorial, donde estarían implicados los cromosoma 5,6,8 11, X,22.


PREVALENCIA GENETICA EN LA ESQUIZOFRENIA

PREVALENCIA

%

Poblacional

1 (0.6-1.6)

Pariente de 1o grado

10

Ambos padres

40

Gemelos Dizigotos

10-15

Gemelos monozigotos

40-59


PSICOBIOLOGIA CONDUCTUAL


CARACTERISTICAS DEL SNC • El cerebro humano tiene aproximadamente 1011 neuronas y 1014 sinapsis. • Una sola neurona puede recibir 103 a 104 aferencias neuronales. • Cada vesicula sináptica puede contener 104 moleculas neurotransmisoras. • En el transcurso de 100 microsegundos los neurotransmisores pueden abrir unos 2 x 103 canales receptores.


CARACTERISTICAS DEL SNC (II) • Se ha documentado el concepto de cotransmisión , es decir, un neurotransmisor clasico ejerce su función con un neuropeptido en una misma neurona. Colocalización: Serotonina y GABA juntos. • Los neurotransmisores con actividad neuroconductual actualmente superan los 100 tipos y más de 40 receptores específicos de membrana fueron identificados. • Se ha demostrado sistemas de 1o, 2o y 3o mensajeros en el proceso de neurotransmisión. • El sistema de genes tempranos, permite explicar el complejo mecanismo de plasticidad neuronal y el modelamiento permanente del SNC.


TIPOS DE NEUROREGULADORES • Neurotransmisores. Generan señales químicas clásicas. • Neuromoduladores. Modifican la reacción del receptor al neurotransmisor al ajustar o regular la transferencia del mensaje. Pueden provenir de tejido no neuronal y se distribuyen por el líquido cefalorraquideo o extracelular y afectan a un gran número de neuronas. Su efecto puede durar minutos. • Neurohormonas. Se liberan desde células nerviosas hacia la circulación general y se transportan por todo el cuerpo.


OTRAS INFLUENCIAS SOBRE EL S.N.C. • Las áreas no sinápticas de las membranas neuronales pueden contener múltiples receptores para señales químicas. • Además las neuronas también son afectadas por el pH, concentraciones de electrolitos, prostaglandinas, calcio, fosforilación de la membrana celular. • Influencia del ambiente externo: Se opera a través de las tensiones ambientales, patrones de aprendizaje, cambios dietéticos, grados variables de estimulación sensorial.


NEUROTRANSMISORES AMINAS BIOGENAS

ACETILCOLINA

ACIDOS AMINAS

PEPTIDOS (ENDORFINAS)

OTROS (ADENOSINA)

MONOAMINAS

SEROTONINA

DOPAMINA

CATECOLAMINAS

ADRENALINA

NORADRENALINA


afinidad a dopamina nM

SISTEMA DE LA DOPAMINA Gi

D2alta

afinidad a dopamina µM

D2baja

AC

Gi

(–)

D1 Gs

AC (+)

hiperpolarización

cAMP ATP


SISTEMA DE LA DOPAMINA • Se sintetiza a partir del aminoácido fenilananina que es convertido sucesivamente en tirosina, DOPA, y por acción de la DOPA-decarboxilasa, en dopamina (DA). • La DA se distribuye en la retina, el hipotalamo, el tronco encefalico, en los sistemas activadores mesoestriado (del locus niger), mesolímbica y mesocortical (del nucleo tegmental ventral). Esta constituido por los receptores D1, D2A, D2B, D3, D4, D5. •La DA es destruida en parte por acción de la MAO, y otra parte se utiliza por recaptación (Bomba recaptación serotonina).

k


Funciones de la Dopamina

Juicio critico realidad Sexualidad

Movimiento voluntario Regulaci贸n de la Temperatura Sistema de refuerzo por recompensa

Motivaci贸n


Estriado Córtex frontal

Sistema DA nigroestriado

Hipotálamo posterior

Estriado ventral Cuerpo amigdalino Sistema

tuberoinfundibular

Sistema mesolímbico Area tegmentaria ventral Sustancia nigra

Hacia la médula espinal


SISTEMA DE LA SEROTONINA


SISTEMA DE LA SEROTONINA • Se sintetiza a partir del aminoáclido triptofano que se convierte en 5hidroxitriptofano, y por la acción de la enzima decarboxilasa de los aminoacidos aromáticos en serotonina o 5-hidroxitriptamina. • Actualmente se conocen los receptores: 5HT1a, 5HT1b, 5HT1c, 5HT1d, 5HT2, 5HT3, 5HT4, 5HT5. La 5HT es destruida en parte por la MAO y otra es recaptada. •Es el neurotransmisor del sistema de los núcleos del rafe, cuyas neuronas se distribuyen ampliamente en la médula espinal, el cerebelo, núcleos subcorticales y en la corteza cerebral.

aa


Funciones de la Serotonina

Sueno Vigilia Dolor y temperatura

Ritmos circadianos Actividad motora Regulaci贸n de la alimentaci贸n y sexualidad

Estado de 谩nimo, ansiedad


VIAS DE LA SEROTONINA VIA

FUNCION

Rafe mesencefalico al cortex prefrontal (a)

Acción antidepresiva de los farmaco ISRS

Rafe mesencefalico ganglios basales (b)

Acción anti TOC y sobre el movimiento

Rafe mesencefalico al cortex limbico ( c )

Acción antipánico, la memoria y ansiedad

Rafe mesencefalico al hipotalamo (d)

Trastorno de la conducta alimentaria y el apetito.

Rafe mesencefalico a la médula espinal (e)

Funcionamiento sexual

Vias del tronco cerebral

Circulo sueño vigilia


VIAS DE LA SEROTONINA

Stahl, 1999


SISTEMA DE LA ACETILCOLINA


Receptor de acetilcolina (colinérgico)  

Nicotinico: Acoplados a canales iónicos. Excitatorios. Unión neuromuscular. Muscarínico: Acoplados a proteína G. Excitatorios o inhibitorios. Glándulas, músculo liso.


SISTEMA DE LA ACETILCOLINA I • Tiene dos clases de receptores : Muscarínicos 1 (en ganglios autonómicos y en el SNC), muscarínicos 2 (en el corazón), muscarínicos 3 (en el musculo liso) y Nicotínicos m (en la placa mioneural) y nicotínicos n (en los ganglios autonómicos, glándulas suprarenales y el SNC). • Localizacion. Hay receptores nicotinicos en el tectum, en el hipocampo, cortex, núcleos basales, cerebelo, tronco encefálico, sistema de activación cortical del núcleo basal de meynert y las células de renshaw de la médula espinal.


Funciones de la Acetilcolina

Sed Excitaci贸n cortical

Sueno REM Dolor Memoria

Aprendizaje


SISTEMA DE LA ACETILCOLINA II • En la demencia de Alzheimer, se ha observado una destrucción específica de las neuronas del núcleo basal de Meynert. En general la demencia se acompaña de disminución de las concentraciones de acetilcolina en la neocorteza temporal, hipocampo y amígdala. • Los antidepresivos, neurolepticos e IMAO producen efectos colaterales anticolinérgicos como visión borrosa, boca seca, taquicardia sinusal, estreñimiento y retención urinaria.


SISTEMA GABA Célula glial

Terminal Gabaérgico

Glutamina

Glutamina

Glu-Sin λ cetoglutarato Glutamato

Ciclo del cítrico

λ cetoglutaratoGlutaminasa Glutamato

Gaba-T

GAD

Gaba-T Semialdehído Gaba succínico SSADH Acido succínico Gaba

Célula postsináptica

Gaba Semialdehído succínico

Cl-


SISTEMA GABA • Se sintetiza por decarboxilación del ácido glutámico dentro del ciclo del ácido cítrico. • Se encuentra en las interneuronas locales de la corteza cerebral, cerebelo, núcleos basales y sistema de activación caudal del hipotalamo. • Los receptores son GABA a que son postsinápticos (agonistas de las barbituricos y las benzodiazepinas), GABA b que son presinápticos, donde controlan la liberación de otro neurotransmisor. • Funciones. Las neuronas que contienen GABA intervienen en la ansiedad, las emociones y el control de ingesta de los alimentos. Implicado en el Alcoholismo.


Receptor BZD

GABA

Canal Cl-

Complejo Supramolecular formado por el receptor benzodiacepínico (BZP ), el receptor GABA y el canal Cloruro ( Cl-).La estimulación del receptor GABA por el GABA provoca la apertura del canal CL-. Los agonistas de los receptores benzodiacepínicos se fijan en los receptores benzodiacepínicos y refuerzan la acción del GABA sobre el canal Cl-. Los barbitúricos en dosis medias actúan sobre el canal Claumentando su duiración de abertura. Bernard Delbarre & Gisele Delabarre, Manual de Psicofarmacología. Capítulo IV Psicopatología:93-123 Masson 1991


SISTEMA GLUTAMATO


SISTEMA GLUTAMATO  

Es el neurotransmisor excitador por excelencia. Hipoactividad glutamatergica, por bloqueo del receptor NMDA, puede producir alucinaciones y disociación de la realidad. La hiperactividad Glutamatergica produciría una cascada excitotoxica en el SNC (Neurotoxicidad) , que magnifica los daños que se produce en hipoglicemia, hipoxia y convulsiones .


Glutamato en Esquizofrenia GLIA GABA A

Ca2+ NMDA ↑ Ca2+ Glutamato NPS

Ca2+ No NMDA Eflujo de Ca2+

NPS


permanente

transitorio

Duración del Efecto

Efectos Neurotóxicos de la Función Glutamatérgica Neurotoxicidad Cambios morfológicos (Arborización dentrítica tamaño del soma) Modificación de la Plasticidad sináptica (LTP, LTD) Motivación Arousal Emoción Leve

Moderado

Grave

Cronico

Acción Glutamatérgica Jeansok J. Trends Neurosci 1998; 21: 505 - 9



Genetica y aspectos psicobiologicos de la conducta