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ORIGINAL
ENFERMEDAD CEREBROVASCULAR HEREDITARIA
Análisis de segregación compleja de una familia numerosa
con enfermedad cerebrovascular hereditaria
en Antioquia (Colombia)
F. Lopera a, N Rivera b, J. Arboleda a, T. Restrepo b, M. Arcos-Burgos a,b
SEGREGATION ANALYSIS OF HEREDITARY CEREBROVASCULAR DISEASE
IN A LARGE FAMILY FROM ANTIOQUIA (COLOMBIA)
Summary. Introduction. Among different kinds of cerebrovascular diseases, few of them are caused by genetic disturbances,
such as CADASIL (caused by Notch3 mutations), CARASIL, mitochondrial encephalopathy, MELAS and dementia typed
Binswanger. However, to describe these type of cerebrovascular diseases related with genetic mutations could permit to
determinate the causes of both hereditary and sporadic cerebrovascular diseases and then lead solutions. Objective. To describe
the genetic, environmental and cohort factors that determinate the presence of many affected people by a several cerebrovascular
diseases in the pedigree of a large family from Antioquia (Colombia). Patients and methods. We performed one pedigree (268
individuals), through singular recruit and then complex segregation analysis with POINTER program. Results. The model that
more close to data is autosomal dominant mayor locus without influence of environmental factors. Frequency of allele of
susceptibility to develop stroke or subcortical vascular dementia was 0.0006. Mayor gene is over epistatic effects or interactions
with other gene. Conclusions. Described an autosomal dominant hereditary model through complex segregation analysis in a
pedigree of patients with hereditary cerebral vascular diseases characterized by recurrent strokes, early onset subcortical
dementia, hearing loss, antecedent of migraine and MRI signal abnormalities, subcortical infarcts and leukoencephalopathy.
In this family the parameter calculated, autosomal dominant model, and clinical feature strongly support the diagnostic of
CADASIL, linkage analysis and sequentiation will be performed to determinate if mutant gene is Notch3. [REV NEUROL 2001;
32:] [http://www.revneurol.com/3203/k03pág.pdf]
Key words. Antioquia. CADASIL. Colombia. Complex segregation analysis. Hereditary vascular dementia. Human genetic.
Mayor gene. Multifactorial model. Notch3.
INTRODUCCIÓN
Tanto en los países desarrollados como en los que están en vía de
desarrollo existen índices elevados de pacientes con trombosis
cerebral (ECV). Los índices de prevalencia por edad y por sexo
reflejan una mayor frecuencia en grupos de 41 a 60 años, ocasionando una alta letalidad e incapacidad a causa de las secuelas. Este
problema de salud pública se ha ido agravando, en la medida que
existe una creciente tendencia demográfica al envejecimiento
poblacional y al incremento de factores de riesgo [1].
Entre los subtipos hasta ahora comunicados de demencia vascular, y queda claro que alguna de ellas obedece a un definitivo
componente genético, destaca el CADASIL (del inglés, Cerebral
Autosomal Dominant Arteriopathy with Subcortical Infarcts and
Leukoencephalopathy). Ésta es una arteriopatía cerebral con un
patrón de herencia autosómico dominante, que produce infartos
subcorticales recurrentes y alteraciones de la sustancia blanca,
similar a la leucoencefalopatía hipertensiva tipo Binswanger; pero
Recibido: 29.06.00. Aceptado tras revisión externa sin modificaciones: 16.07.00.
a
Universidad de Antioquia. Programa de Neurociencias. b Universidad de
Antioquia. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de
Biología. Grupo de Genética de Poblaciones y Epidemiología Genética.
Medellín, Colombia.
Correspondencia: Mauricio Arcos-Burgos, MD. MS. PhD. Grupo de Genética de Poblaciones y Epidemiología Genética. Departamento de Biología. Universidad de Antioquia. AA 1226 Medellín, Colombia. E-mail:
[email protected]
Agradecimientos. Este trabajo fue realizado gracias a la financiación del
CODI y la Universidad de Antioquia (proyecto 9927). A Francisco Lopera
y Grupo de Neurociencias. A la generosa colaboración de las personas
afectadas con esta enfermedad en Santa Fe de Antioquia y Medellín.
 2001, REVISTA DE NEUROLOGÍA
REV NEUROL 2001; 32 (3):
con la diferencia de que en el CADASIL no existe hipertensión ni
factores de riesgo de enfermedad cerebrovascular. La agregación
familiar sugirió desde un principio una etiología genética en el
CADASIL. En 1993 se notificó ligamiento al cromosoma 19 en
dos familias francesas no relacionadas con el fenotipo CADASIL,
lo cual fue confirmado en 13 familias más [2]. Luego se clonó a
Notch3 como el gen responsable y se identificaron las primeras
mutaciones [3].
En un estudio preliminar a éste, nuestro grupo presentó las
características clínicas de una genealogía extensa multigeneracional, en la que existen múltiples afectados por enfermedad vascular cerebral sugestiva de CADASIL [4]. En el presente artículo
se presenta la disección mediante el uso de análisis de segregación
compleja de los factores genéticos ambientales y de cohorte que
pueden explicar mejor la agregación familiar de dichos trastornos
en la familia. Este paso es fundamental antes de iniciar estudios
genéticos de ligamiento o de tamizado molecular para detectar
mutaciones en el gen Notch3, con la finalidad de determinar los
parámetros genéticos que expliquen mejor la existencia de un gen
mayor y si el mismo está sometido a interacciones genéticas (epistasis).
PACIENTES Y MÉTODOS
Se consideraron afectados los individuos que por lo menos presentasen una
de las siguientes características: cuadro clínico de demencia vascular precoz,
historia clínica de episodio de trombosis cerebral o anormalidades tipo leucoencefalopatía o infartos subcorticales en la resonancia magnética nuclear
de cráneo (21 individuos).
Los pacientes provienen del municipio de Santa Fe de Antioquia y de la
ciudad de Medellín, ambos pertenecientes al departamento de Antioquia
(Colombia). En el artículo precedente a éste se describen minuciosamente las
características de la población que habita Antioquia y se describe en detalle
1
F. LOPERA, ET AL
la genealogía en extenso con todas las particularidades clínicas de los individuos afectados [4].
comparación de unos con otros, hasta que se obtiene una visión lo suficientemente clara para definir cuál es el mejor modelo que se ajusta a los datos.
Análisis de segregación
Se realizó una corrección de averiguación debido a que la familia fue seleccionada a partir de un afectado (averiguación singular). No obstante, con la
finalidad de observar el efecto que pudiera ocasionar el sesgo de selección
los análisis fueron realizados con valores p que estuvieron en el intervalo
entre 0,001 y 0,0001. Teniendo en cuenta que el prototipo de trombosis
cerebral, demencia vascular o resonancia anormal detectado tiene una penetración que depende de la edad, se definieron clases de susceptibilidad de
acuerdo con la edad de aparición del trastorno. Esta aproximación utiliza a
los familiares en primer grado de los probandos, quienes han tenido el mismo
riesgo genético de adquirir la enfermedad. Los probandos fueron descartados de acuerdo con el método descrito por Morton [5]. Además, de acuerdo
con las tablas de vida para la población colombiana, las clases de susceptibilidad fueron corregidas por la probabilidad de morir (nqx), para un individuo a una edad exacta x, antes de alcanzar el intervalo de edad x+n. El
análisis de segregación compleja se llevó a cabo según el modelo unificado
de Lalouel et al [6], implementado en el programa computacional POINTER. El modelo divide la variación total de la susceptibilidad subyacente a
DV en tres componentes independientes: un componente de locus mayor
simple con dos alelos, un fondo poligénico y un componente medio ambiental aleatorio. Los parámetros del modelo son: q, la frecuencia del alelo de alto
riesgo A; t, las desviaciones típicas de desplazamiento en locus mayor simple entre los dos homocigotos; d, el grado de dominancia del locus mayor
simple, cuando d= 0 corresponde a un gen recesivo, cuando d= 1 corresponde a un gen dominante, cuando 0< d< 1 corresponde a algún grado de aditividad, si d= 0,5 el gen es codominante; H, la heredabilidad poligénica en
la descendencia; Z, la razón de heredabilidad intergeneracional (adulto a
niño); y t1, t2 y t3, las probabilidades de que los genotipos AA, Aa, aa
transmitan el alelo A, respectivamente, o probabilidades de Elston. Por ejemplo, si el locus mayor simple tiene herencia mendeliana, entonces t1= 1,
t2= 0,5 y t3= 0; si las t son iguales no hay transmisión de un efecto mayor.
Cuando se itera t2 se pueden producir alteraciones significativas con relación al modelo que lo tiene restringido. Si la variación significativa entre los
valores de los t2 tiende a ser menor de 0,5 significa que se pueden estar
presentando interacciones epistáticas del gen mayor; por el contrario, si las
variaciones estadísticamente significantes que se observan en t2 muestran un
incremento en la estimación hacia valores mayores de 0,5, lo más probable
que suceda es un efecto de heterogeneidad genética.
Según la iteración o noiteración de los diferentes parámetros resulta un
determinado modelo. Un modelo será más verosímil cuanto menor sea el
valor de -2ln (L) presente. Si dos modelos tienen igual valor de verosimilitud, es mejor el que explica el fenómeno con menos variables (criterio de
parsimonia). Recuérdese que [-2ln (L) (modelo x)]–[-2ln (L) (modelo y)]=
[-2 (L) (modelo x)]/(-2 (L) (modelo x)]= o razón de verosimilitudes, se distribuye de acuerdo con una χ2. De tal manera, que la comparación de los
modelos se evalúa de acuerdo con una distribución de χ2, en donde los
grados de libertad están dados por la diferencia entre parámetros iterados
o no iterados en cada modelo. De la comparación de modelos resulta en
consecuencia la refutación o no refutación de algunos de ellos. En teoría
se pueden comparar todos los modelos entre sí, pero existen algunos que
al compararlos nos dan una clara idea del modelo que mejor expresa la
variación fenotípica en las familias. El primer paso consiste en demostrar
que existe herencia por la comparación del modelo aleatorio con los otros
modelos de herencia. Si se refuta este modelo, se comparan el modelo
poligénico con el de gen mayor. Luego, dentro del modelo mixto se contrastan los dos componentes, el de gen mayor y el poligénico. En este caso,
cuando se compara el modelo que itera H (poligénico), con relación al
modelo general (el que itera H, d, t, q, t2), se está contrastando el modelo
de no existencia de gen mayor. Si el valor de -2ln (L) del modelo general
es significativamente menor que el del modelo poligénico, se refuta entonces la no existencia de un gen mayor, lo que significa en consecuencia que
existe un gen mayor. Lo mismo ocurre al comparar el modelo de gen mayor
con el modelo mixto: se contrasta el modelo de no existencia de componente poligénico en el modelo mixto. Por último, se contrasta el modelo de no
transmisión de gen mayor llevando todos los valores de t×s a un valor igual,
lo que implica en el modelo de Elston, la no existencia de gen mayor. De
esta manera, sucesivamente, se evalúan diferentes modelos mediante la
2
RESULTADOS
En la figura 1 se presenta la genealogía resumida del original que contiene
268 individuos. Se observan siete generaciones para un total de 118 hombres, 145 mujeres y cinco cuyo sexo es desconocido porque corresponden a
abortos; hay 49 personas fallecidas y 219 vivas. Según lo representado en la
genealogía, 14 individuos han sufrido trombosis cerebrovascular o desarrollaron demencia subcortical precoz; de ellos, siete padecían migraña. Siete
individuos tienen anormalidades típicas de CADASIL en la resonancia magnética de cráneo; cuatro de ellos son asintomáticos, uno ha presentado episodios de isquemia cerebral transitoria (IV-8) y dos tienen migraña (V-17 y
IV-29). Los pacientes con migraña son en total 31, de los cuales siete han
sufrido trombosis cerebral o demencia y dos tienen anomalías en la resonancia. Los descendientes de afectados que no han desarrollado la enfermedad
y no han superado la edad de inicio son en total 39 mujeres y 64 hombres.
Llama la atención que todos los migrañosos son hijos de afectados, excepto
el individuo V-5. En la genealogía el individuo IV-18 se muestra como
posible afectado porque representa una rama de la familia que apenas se está
estudiando; tenemos pocos datos sobre la enfermedad en esta paciente y aún
no se ha evaluado, por lo que no se tuvo en cuenta para los análisis del
presente artículo. En los 21 afectados hay un predominio del sexo femenino
(13 mujeres frente a ocho hombres) en una proporción de 1,6/1. Y en los
individuos que sólo tienen migraña (22) esta diferencia de sexo es aún más
evidente con una proporción de 4,5/1 (18 mujeres frente a cuatro hombres).
La edad de inicio promedio de la demencia o de la trombosis cerebral fue
de 51,6% años (DE: 6,8. Intervalo: 41-63 años). Si se considerara la migraña
como el primer síntoma de la enfermedad, entonces la edad de inicio sería
de 21,8 años (DE: 5,6. Intervalo: 14-30 años). La edad promedio de muerte
en los siete casos fallecidos fue de 61,4 años (DE: 3,6. Intervalo: 56-66 años).
La duración promedio de la enfermedad para ellos fue de 7,1 años (DE: 5,7.
Intervalo: 2-17 años).
Según las edades de inicio, se categorizaron ocho clases de susceptibilidad utilizando la distribución de frecuencias acumulativas para varones y
mujeres. Las clases de susceptibilidad fueron diferenciadas para hombres y
mujeres, puesto que existía una clara distorsión sexual en la susceptibilidad
para desarrollar la enfermedad de 2 mujeres: 1 hombre. En la figura 2se
presenta la distribución acumulativa de frecuencias en intervalos de 10 años.
Cuando se realizó el análisis de segregación compleja se evaluaron 12 hipótesis. En la tabla III se presentan los estimados obtenidos mediante máxima
verosimilitud para los parámetros iterados y los valores de -2ln de verosimilitud para cada uno de los modelos o hipótesis. Los valores de -2ln (L)+C para
cada hipótesis se compararon entre sí mediante una prueba de razones de
verosimilitud, que se distribuye como una χ2con ‘n’ grados de libertad, donde
‘n’ es igual a la diferencia de parámetros iterados entre las dos hipótesis.
El modelo de no transmisión hereditaria o modelo de efecto de cohorte
(modelo 1) fue rechazado cuando se comparó con los modelos de transmisión multifactorial y de gen mayor con d no restringido (modelos 2 y 7)
( χ21df= 159,7, p< 0,0001; χ23df= 168,63, p< 0,0001, respectivamente). El
modelo multifactorial (modelo 2) fue rechazado cuando se comparó con el
modelo de locus mayor con d irrestricto (modelo 7) (χ22df= 8,9,p< 0,0001).
Dentro de los modelos de gen mayor (modelos 4, 5 y 6) sólo el modelo de
gen mayor con herencia recesiva pudo ser rechazado cuando los tres modelos
fueron comparados con el modelo de gen mayor con d no restringida
( χ21df= 17,82, p< 0,0001). Puede observarse que los valores de verosimilitud de los modelos dominante y codominante (modelos 4 y 5) fueron muy
similares con los obtenidos para el modelo general de locus mayor (modelo 7). El modelo de no existencia de componente de locus mayor en el
modelo mixto (modelo 3 frente a modelo 11) fue rechazado (χ26df= 9,93,
p< 0,05), lo que plantea la existencia de un componente de gen mayor. El
modelo de no transmisión de componente poligénico en el modelo mixto
(modelo 7 frente a modelo 11) (χ21df= 1,04, p> 0,05) no pudo ser rechazado,
lo que plantea la inexistencia de componente multifactorial. Es evidente que
la verosimilitud del modelo general de locus mayor (modelo 7) es casi idéntica al modelo general mixto (modelo 11); no obstante, cuando se itera el
parámetro t2 (modelo 8 y modelo 10), se observa que la verosimilitud es
significativamente menor que la obtenida para los modelos 7 y 11 (χ21df= 4,6,
p< 0,03 y χ21df= 6,03, p< 0,05), lo cual plantea la existencia de epistasis
REV NEUROL 2001; 32 (3):
ENFERMEDAD CEREBROVASCULAR HEREDITARIA
Table II. Hypotheses Tested By Complex Segregation Analysis
Parameters
Hypothesis
d
t
q
H
Z
t1
t2
t3
-2ln(L)+C
(0)
(0)
(0)
(0)
(1.)
...
...
...
225.27
2. No cohort effect
(0)
(0)
(0)
.99
(1.)
...
...
...
65.54
3. Cohort effect
(0)
(0)
(0)
1.0
.99
...
...
...
65.54
(1)
5.2
.0004
(0)
(1.)
(1.)
(.5)
(0)
56.64
10.2
.0004
(0)
(1.)
(1.)
(.5)
(0)
56.62
6. Recessive
(0)
7.3
.026
(0)
(1.)
(1.)
(.5)
(0)
74.46
7. Unrestricted d
1.0
5.2
.0004
(0)
(1.)
(1.)
(.5)
(0)
56.64
0.78
4.4
.0008(0)
(1.)
(1.)
0.0
(0)
52.04
(1)
5.1
.0004
.0094 (1.)
(1.)
(.5)
(0)
56.63
13. Unrestricted d and t2
1.0 3.2 0.0013 .3 (1.)
(1.)
0.0
(0) 49.58
14. Unrestricted d and Z
1.0 3.8 0.0006 .82
1.2
(1.)
(0.5)(0)
.99
1.8
.001
.40
1- No Trasmission
(q=H=O). Sporadic
Multifactorial
Major locus
4. Dominant
5. Codominant (.5)
8. Unrestricted d and t2
Mixed model
9. Dominant
15. no transmission of
55.61
(1.)0.99 0.99 0.99 105.32
major effect (t’s equal)
sobre el locus mayor, teniendo en cuenta que el valor de t2 es significativamente menor de 0,5. El modelo de no transmisión de efecto mayor (t1= t2= t3)
(modelo 12 frente a modelo 7) fue rechazado (χ23df= 48,68, p< 0,0001), lo
que corrobora la existencia de locus mayor.
DISCUSIÓN
La contrastación de los diferentes modelos mediante el análisis
de segregación compleja, del modo de herencia de esta encefalopatía vascular hereditaria en Colombia, plantea que el mejor
modelo es el de locus mayor sin componente ambiental. De
acuerdo con el modelo más general, la frecuencia del alelo de
susceptibilidad para desarrollar enfermedad vascular cerebral
es de 0,0006. Por los resultados obtenidos cuando se iteró el
parámetro t2, posiblemente el gen mayor está sometido a efectos epistáticos o a variaciones en la expresividad. Es muy probable que esta interacción epistática tenga que ver con las
variaciones en el espectro de la entidad y con la edad de inicio
del cuadro demencial o la trombosis cerebral; esta última presenta un amplio margen –entre 41 y 63 años–, esto sin tener en
cuenta el hecho de que la migraña podría ser el primer síntoma
de la enfermedad. Por ello, entonces, la edad de inicio sería de
21,8 años, con un límite inferior de 14 años.
Con estos resultados obtenidos se pueden realizar análisis de
ligamiento sobre genes sospechosos como Notch3 o buscar mutaciones sobre los exones 3 y 4 del gen, en los que se han descrito
la mayor cantidad de las mismas [3].
BIBLIOGRAFÍA
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3
F. LOPERA, ET AL
ANÁLISIS DE SEGREGACIÓN COMPLEJA DE UNA FAMILIA
NUMEROSA CON ENFERMEDAD CEREBROVASCULAR
HEREDITARIA EN ANTIOQUIA (COLOMBIA)
Resumen. Introducción. Entre las diferentes formas de enfermedad
cerebrovascular que existen, pocas son causadas por anomalías
genéticas, tal es el caso del CADASIL (causado por mutaciones en
el gen Notch3), el CARASIL, la encefalopatía mitocondrial MELAS
y la demencia tipo Binswanger. Sin embargo, describir estas formas
de enfermedades vasculares cerebrales asociadas a alteraciones genéticas permitirá discriminar las causas de las formas hereditarias
y esporádicas de la enfermedad cerebrovascular y, consecuentemente, acercarnos a soluciones. Objetivos. Discriminar los componentes genéticos, ambientales y de cohorte que determinan la existencia
de un gran número de afectados por una forma de enfermedad vascular cerebral hereditaria en la genealogía de una extensa familia
proveniente de Antioquia (Colombia). Pacientes y métodos. Reconstrucción de la genealogía (268 individuos) mediante reclutamiento
singular y posterior realización de análisis de segregación compleja
usando el programa POINTER. Resultados. El modelo que mejor
ajusta los datos es el de un locus mayor autosómico dominante sin
la existencia de efectos ambientales. La frecuencia del alelo de susceptibilidad para desarrollar trombosis cerebral o demencia vascular subcortical es de 0,0006. El gen mayor detectado está sometido
a efectos epistáticos o interacciones con otros genes. Conclusiones.
Describimos un patrón de herencia autosómico dominante a través
de un análisis de segregación compleja en una genealogía de pacientes con enfermedad cerebrovascular hereditaria caracterizada
por episodios de trombosis cerebral recurrente, demencia subcortical precoz, hipoacusia, historia de migraña y alteraciones de tipo
leucoencefalopatía e infartos subcorticales en la resonancia magnética de cráneo. En esta familia, los parámetros estimados, el modelo
autosómico dominante y la correlación con la clínica sugieren fuertemente el diagnóstico de CADASIL; se realizarán estudios posteriores de ligamiento y secuenciación para determinar si el gen mutado
es Notch3. [REV NEUROL 2001; 32:] [http://www.revneurol.com/
3203/k03pág.pdf]
Palabras clave. Antioquia. Análisis de segregación compleja. CADASIL. Colombia. Demencia vascular hereditaria. Genes mayores.
Genética humana. Modelo multifactorial. Notch3.
ANÁLISIS DE SEGREGACIÓN COMPLEJA DE UNA FAMILIA
NUMEROSA CON ENFERMEDAD CEREBROVASCULAR
HEREDITARIA EN ANTIOQUIA (COLOMBIA)
Resumo. [REV NEUROL 2001; 32:] [http://www.revneurol.com/
3203/k03pág.pdf]
Palavras chave.
Dr. Lopera,
Apreciamos que se mencionan 2 figuras en el texto pero no las tenemos. Por otra parte, la tabla debe estar
en español. Esta tabla no sé si es la II o, como dice en el texto, la III, pero en todo caso si hay 3 tablas faltarían
2 que no tenemos.
Por último, no mencionan en el texto la cita 7. Muchas gracias.
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