ASPM (gen)

Proteína fusiforme anormal asociada a la microcefalia, también conocida como homólogo de la proteína del huso anormal u homólogo de Asp, es una proteína que en los humanos está codificado por el gen ASPM. ASPM se encuentra en el cromosoma 1, banda q31 (1q31). El gen ASPM contiene 28 exones y codifica una proteína de 3477 aminoácidos de longitud. La proteína ASPM se conserva en todas las especies, incluidas las humanas, las de ratón, Drosophila y C. elegantes. Las formas defectuosas del gen ASPM se asocian con microcefalia primaria autosómica recesiva.

"ASPM" es un acrónimo de "Abnormal Spindle-like, Microcephaly-associated", lo que refleja que es un ortólogo al Drosophila melanogaster "huso anormal" (asp) gen. El producto proteico expresado del gen asp es esencial para la función normal del huso mitótico en los neuroblastos embrionarios y la regulación de la neurogénesis.

Un nuevo alelo de ASPM surgió en algún momento de los últimos 14.000 años (estimación media 5.800 años), durante el Holoceno, parece haber extendido a gran parte de la población europea y de Medio Oriente. Aunque el nuevo alelo es evidentemente beneficioso, los investigadores no saben qué hace.

Estudios en animales

El gen del ratón, Aspm, se expresa en los sitios primarios de la neurogénesis cortical cerebral prenatal. La diferencia entre Aspm y ASPM es una codificación de inserción única y grande para los llamados dominios IQ. Los estudios en ratones también sugieren un papel del producto del gen Aspm expresado en la regulación del huso mitótico. La función se conserva, la C. elegans se demostró que la proteína ASPM-1 está localizada en los ásteres del huso, donde regula la organización y rotación del huso al interactuar con la calmodulina, la dineína y el LIN-5 relacionado con NuMA.

Un estudio con ratones que analizó el crecimiento del meduloblastoma en ratones para estudiar el gen Aspm, un ortólogo del ASPM humano, sugiere que la expresión de Aspm puede impulsar la neurogénesis cerebelosa posnatal. Este proceso ocurre al final de la embriogénesis e inmediatamente después del nacimiento durante un lapso de aproximadamente 2 semanas en ratones y 12 meses en humanos, y está regulado por la expresión del gen Shh. En los progenitores de neuronas granulares cerebelosas (CGNP) en proliferación, la expresión de Shh en modelos de ratón mostró cuatro veces la cantidad de expresión de Aspm que aquellos privados de la expresión de Shh in vivo. Esta inducción de Aspm y su regulación positiva durante la neurogénesis cerebelosa también se observó en la PCR en tiempo real, donde su expresión fue relativamente alta en el pico de la neurogénesis y mucho menor al final de la neurogénesis. Además, el estudio indica que Aspm es necesario para la neurogénesis cerebelosa. En presencia de mutaciones y deleciones de Aspm KO, los modelos de ratones experimentales muestran una disminución del volumen cerebeloso en la resonancia magnética, en comparación con los controles. Además de los efectos de la mutación Aspm's sobre la neurogénesis, estas mutaciones también pueden desempeñar un papel importante. papel en la diferenciación neuronal. Al observar cerebros adultos en ratones Aspm KO, hubo una tendencia en la reducción del tamaño general y variaciones en el grosor cortical entre los modelos mutantes y de tipo salvaje. En la corteza somatosensorial, los ratones KO tenían una corteza de capa I significativamente más gruesa, una corteza de capa VI más delgada y una disminución general en el espesor cortical en la placa cortical. Ciertas expresiones de factores de transcripción también fueron anormales en los ratones KO. Por ejemplo, Tbr1 y Satb2 tuvieron una mayor presencia en la subplaca cortical, el primero de los cuales es importante para la diferenciación y la migración neuronal, y el segundo es un regulador de la transcripción y la remodelación cromosómica.

Si bien los estudios en ratones han establecido el papel de las mutaciones Aspm en la microcefalia, varios han relacionado esta mutación con otros defectos importantes. Un estudio mostró alteraciones de las fibras nerviosas en las que se alteraba la forma de la corteza y el tejido de la materia blanca. Esto se demostró posnatalmente al comparar ratones KO y controles, donde tanto el número de células como el grosor cortical disminuyeron en los ratones KO. Utilizando una metodología de tinción celular para el análisis histológico, el estudio también mostró distancias más cortas entre neuronas adyacentes en ratones KO, lo que indica anomalías en la alineación celular en ausencia de Aspm normal.

Otro impacto significativo de la Aspm mutada se observa en las anomalías de la línea germinal en modelos de ratón. Se demostró que las mutaciones en Aspm reducen la fertilidad tanto en ratones hembra como en machos, lo que se indica por una disminución en la tasa de embarazo y, en consecuencia, en el número de crías, así como una disminución en el tamaño de los ovarios femeninos. como el recuento de espermatozoides masculinos y el tamaño testicular. El enfoque en mutaciones graves de la línea germinal (a diferencia de solo la microcefalia leve) en estos modelos de ratón plantea la pregunta de si la selección de ASPM humana puede estar más significativamente relacionada con la reproducción que con el tamaño del cerebro. Además de los modelos de ratón, un estudio con hurones revela más sobre ASPM y su papel en la determinación del tamaño y grosor cortical. Los investigadores de este estudio eligieron hurones en lugar de modelos de ratones debido a incongruencias entre los efectos de Aspm en ratones versus los efectos de ASPM en humanos: los humanos con microcefalia debido a esta mutación genética tienden a tener tamaños cerebrales significativamente reducidos (alrededor del 50% reducción), mientras que la mutación análoga en ratones sólo produce una leve reducción del tamaño del cerebro. Los hurones también muestran más similitudes con los humanos en términos de estructura cerebral; hurones' Los cerebros tienen girificación en grandes cantidades, similar a la de los humanos, a diferencia de los cerebros relativamente lisos de los ratones. Como resultado, hay menos superficie cortical en ratones en comparación con la de hurones y humanos. En este estudio de 2018, los investigadores se centraron en el exón 15 del Aspm, donde una mutación en humanos está relacionada con casos graves de microcefalia. Con una pérdida de función en Aspm, los hurones con mutaciones Aspm experimentaron una disminución del 40% en el tamaño total del cerebro junto con ninguna reducción en el tamaño corporal, similar a los efectos de la pérdida de ASPM en humanos. El estudio también analizó las vías y mecanismos de desarrollo neurológico que conducen a la neurogénesis en los hurones KO en comparación con los controles WT, estudiando específicamente tres tipos diferentes de células progenitoras de neuronas (NPC), todas las cuales expresan el marcador mitótico Ki-67 y sufren migración glial radial. a la placa cortical. Descubrieron que los NPC de la zona subventricular externa (OSVZ) estaban en gran medida desplazados, especialmente frontal y dorsalmente, lo que refleja los efectos observados en las reducciones del volumen cortical debido a ASPM KO.

Estudios humanos

La microcefalia primaria humana (MCPH) es un subtipo distinto que se hereda genéticamente como un rasgo autosómico recesivo. MCPH se caracteriza por una corteza cerebral más pequeña asociada con un retraso mental de leve a moderado y ningún otro déficit neurológico. Además, la MCPH se asocia con la ausencia de causas ambientales como infecciones intrauterinas, exposición a radiación o fármacos prenatales, fenilcetonuria materna y asfixia al nacer. MCPH tiene una tasa de incidencia de 1/30.000 a 1/250.000 en las poblaciones occidentales. Hasta la fecha, se han descubierto en humanos mutaciones en seis loci y cuatro genes asociados con la microcefalia. ASPM, uno de estos genes, se encuentra en el locus MCPH5. La causa más común de MCPH en humanos es la mutación genética homocigota del gen ASPM, ortólogo del gen del huso anormal de Drosophila (asp ). En los seres humanos, el gen ASPM puede desempeñar un papel importante en el crecimiento de la corteza cerebral. Se han descubierto un total de 22 mutaciones en el gen ASPM en individuos de Pakistán, Turquía, Yemen, Arabia Saudita, Jordania y Países Bajos.

Un estudio realizado en Karnataka, sur de la India, por Kumar et al. analizaron la genética del MCPH debido a mutaciones en el gen ASPM. El estudio incluyó a nueve familias con parientes consanguíneos de muchas generaciones familiares. Kumar y cols. realizó análisis cromosómicos de bandas G de alta resolución y análisis de haplotipos de individuos y familias de personas afectadas por MCPH. Kumar y cols. descubrió que las familias del sur de la India afectadas por mutaciones en el locus MCPH5 no compartían un haplotipo de enfermedad común; por tanto, los autores propusieron que diferentes mutaciones en el gen ASPM son responsables de la MCPH.

Gul et al. realizaron un estudio genético similar de MCPH en familias paquistaníes. para evaluar la relación entre las mutaciones del gen ASPM y la microcefalia. El estudio fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad Quaid-I-Azam en Islamabad, Pakistán, e implicó la extracción de ADN y técnicas de PCR para mapear genéticamente el gen ASPM. El genotipado utilizando regiones microsatélites en el gen reveló que las mutaciones del locus MCPH5 eran la causa más común de MCPH. El genotipado vinculó aún más mutaciones en el locus MCPH2, el locus MCPH4 y el locus MCPH6 con la microcefalia. El análisis de secuencia de ASPM en humanos reveló cuatro mutaciones nuevas; Estos cuatro tipos de mutaciones son una inserción de cuatro nucleótidos (9118insCATT), una mutación sin sentido (L3080X), una eliminación de siete nucleótidos (1260delTCAAGTC) y una mutación sin sentido (Q3180P). Gül et al. encontró que los padres que eran portadores heterocigotos de ASPM tenían circunferencias cerebrales normales y niveles de inteligencia normales. Los científicos no pudieron identificar mutaciones en el locus MCPH5 en nueve familias que tenían miembros afectados por MCPH. Concluyeron que las mutaciones podrían localizarse en las secuencias reguladoras de ASPM, o que un gen distinto del ASPM situado en la misma región podría estar mutado.

Los tipos de mutaciones que causan MCPH en humanos se ampliaron mediante un estudio realizado por Pichon et al. en un individuo con microcefalia primaria, ya que el estudio reveló un punto de ruptura de translocación en el gen ASPM. Pichón et al. Obtuve clones BAC con fragmentos de digestión BamHI del gen "RP11-32D17" Inserte y utilice hibridación fluorescente in situ (FISH) para marcar los clones con fluoresceína-12-dUTP. Para localizar con precisión el punto de interrupción de la translocación, los fragmentos de digestión BamHI de "RP11-32D17" fueron analizados. El punto de interrupción de la translocación se ubicó dentro del intrón 17 del gen ASPM. La translocación dio como resultado una proteína ASPM truncada, que probablemente sea una proteína no funcional que también se observa en mutaciones puntuales truncadas informadas en pacientes con MCPH.

Evolución

Un nuevo alelo (versión) de ASPM apareció en algún momento de los últimos 14.100 años, con una estimación media de hace 5.800 años. El nuevo alelo tiene una frecuencia de alrededor del 50% en poblaciones de Medio Oriente y Europa, es menos frecuente en el este de Asia y tiene frecuencias bajas entre las poblaciones de África subsahariana. También se encuentra con un porcentaje inusualmente alto entre la población de Papua Nueva Guinea, con una incidencia del 59,4%.

La edad media estimada del alelo ASPM de hace 5.800 años se correlaciona aproximadamente con el desarrollo del lenguaje escrito, la expansión de la agricultura y el desarrollo de las ciudades. Actualmente existen dos alelos de este gen: el más antiguo (anterior a hace 5.800 años) y el más nuevo (hace posterior a 5.800 años). Aproximadamente el 10% de los humanos tiene dos copias del nuevo alelo ASPM, mientras que alrededor del 50% tiene dos copias del alelo antiguo. El otro 40% de los humanos tiene una copia de cada uno. De aquellos con una instancia del nuevo alelo, el 50% son una copia idéntica. El alelo afecta al genotipo en una región grande (62 kpb), lo que se denomina barrido selectivo que señala una rápida propagación de una mutación (como la nueva ASPM) a través de la población; esto indica que la mutación es de alguna manera ventajosa para el individuo.

Las pruebas del coeficiente intelectual de personas con y sin el nuevo alelo ASPM no han mostrado diferencias en el coeficiente intelectual promedio, lo que no proporciona evidencia que respalde la idea de que el gen aumenta la inteligencia. Otros genes relacionados con el desarrollo del cerebro parecen haber estado bajo presión selectiva en diferentes poblaciones. El gen DAB1, implicado en la organización de las capas celulares de la corteza cerebral, muestra evidencia de un barrido selectivo en los chinos. El gen SV2B, que codifica una proteína de vesícula sináptica, también muestra evidencia de un barrido selectivo en los afroamericanos.