el origen de la enfermedad- dra. maria blasco madrid - april 2014
TRANSCRIPT
El origen de la enfermedad
Grupo de Telómeros y Telomerasa
Centro Nacional de Investigaciones
Oncológicas (CNIO), Madrid, España
La “edad” del cáncer
40-50 años
El mayor factor de riesgo para desarrollar cualquier enfermedad
(incluido el cáncer) es el envejecimiento
El infarto de miocardio aumenta con el envejecimiento
La “edad” del infarto
40-50 años
El riesgo de muerte tras un infarto es tan alto o más que por cáncer
El envejecimiento saludable es un de los
“grandes retos sociales” de la EU en Horizonte 2020
2009
65 años-> 17% de la población
(25% octogenarios)
2050 (proyección)
65 años-> 30 % de la población
(30% octogenarios)
Estudio de la Fundacion General del CSIC
Infancia/juventud/adulto envejecimiento
Cancer cardiovascular
diabetes
enfermedad renal
inmunosenescencia
neurodegeneration
etc…
causa
consecuencia
intervenciones
terapéuticas
envejecimiento
Cancer cardiovascular
diabetes
enfermedad renal
inmunosenescencia
neurodegeneration
etc…
Infancia/juventud/adulto
Entender las causas del envejecimiento para combatir la enfermedad
genética
ambiente
biomarcadores
para prevención
y diagnostico
hasta ahora futuro
Un cambio de paradigma
Linda Partridge
Lopez-Otín, Blasco, Partridge, Serrano & Kremer, Cell, 2013
Las causas del envejecimiento
telómeros telómeros
Cromosoma
(célula parental)
Los telómeros se acortan cada vez que nuestras células se dividen
“problema para copiar los extremos”
Pérdida de ADN de los extremos
Cromosoma
(célula hija #1)
Cromosoma
(célula hija #2)
Un gen embrionario llamado telomerasa es capaz de alargar los
telómeros en el estadío pre-implantacional, reseteando lo longitud de
los telómeros
Sin embargo, la telomerasa, se “apaga” al nacer… pero…
Las células cancerosas re-activan a la telomerasa, escapando así de la
mortalidad y convirtiendose en inmortales
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
genes telomeres
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
cell death
cell senescence
aging
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
genes telomeros
cancer
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
cancer (> 95% de los
cánceres activan
telomerasa)
high
Lo
ng
itu
d t
elo
méri
ca
enfermedad
salud
edad
Telómeros, telomerasa, y envejecimiento
Patología humanas debido a mutaciones en telomerasa
(“SINDROMES TELOMERICOS”)
dysqueratosis congenita (DKC1, Terc, Tin2)
anemia aplásica (Terc, Tert, Tin2)
fibrosis pulmonar (Terc, Tert)
atrofias digestivas (Terc,Tert)
Pérdida prematura de la capacidad regenerativa
de la piel, la médula ósea, el pulmón, el intestino…
Longitud telomérica=biomarcador de
envejecimiento
Percentiles bajos de longitud telomérica=
Mayor riesgo de enfermedad (cardiovascular,
neurodegenerativas, infecciones…)
Blackburn & Epel, Nature, 2012
La longitud de los telómeros es un reflejo de los estreses vitales
# Los hábitos de vida influyen la longitud de los telómeros: fumar, ejercicio, obesidad,
nurtricion
# El estres percibido acorta los telómeros en adultos (Epel et al., PNAS, 2004)
# El estres durante la infancia o el stress de la madre durante el embarazo acorta los
telomeros prematuramente (Shalev et al, Mol Psychiatry, 2012; Entringer et al., PNAS,
2011)
# Los desordenes de personalidad (bipolaridad) acortan los telomeros (Elvsashagen et
al., J. Affect. Disord., 2011)
Canela et al., PNAS, 2007
0 5 10 15 200
20
40
60
mean telomere length (kb)
freq
uen
cy
Mean TL
% Short telomeres
1) Obtaining blood sample (5 ml) 2) HT Q-FISH 3) Confocal microscopy
4) Capture of individual telomeres 5) Data processing 6) Data analysis
Desarrollo de una tecnología para medir los telómeros cortos
Canela et al., PNAS (2007)
HT-Q
FIS
H
Una metodología muy precisa para medir telómeros
Me
dia
n t
elo
me
re le
ng
th (
Kb
)
≤20 21-30 31-40 41-50 51-60 >60
Age (years)
n= 16 n= 45 n= 78 n= 74 n= 32 n= 35
Q1 Q2 Q3 Q4
0
5
10
15
% s
ho
rt te
lom
ere
s (
<3
kb
)
≤20 21-30 31-40 41-50 51-60 >60
Age (years)
n= 16 n= 45 n= 78 n= 74 n= 32 n= 35
0
10
20
30
40
50
60
Q5 Q6 Q7 Q8 Chen et al., Cell ( 2012)
Snyder tiene una mutación en telomerasa
Detección de los telómeros cortos…
Cardiovascular
(PESA, CNIC &
H.U. Salamanca)
Fertilidad
(IVI, Madrid)
Transtornos Bipolares
(Hospital de Oslo)
Toxicidad/eficacia tratamientos
cáncer
(Programa Clinico, CNIO)
Tolerancia a transplantes
(Hospital Clínic, BCN)
Cáncer de mama
(Consulta de cáncer familiar,
CNIO, Madrid)
SIDA
(Hospital Clínic, BCN)
Patologías asociadas a telomeros cortos
Análisis genéticos: los genes nos dicen
el riesgo de padecer enfermedades
HERENCIA
Longitud telomérica: indica el envejecimiento
celular
HERENCIA AMBIENTE
MEJOR PREDICCION DE
RIESGOS Y TIEMPO DE
APARICIÓN DE ENFERMEDAD
# el envejecimiento es el mayor factor de riesgo para la mayoría de la enfermedades
# la longitud telomérica integra factores genéticos y ambientales
DESARROLLO DE
NUEVOS TRAMAMIENTOS
PARA PREVENCIÓN
Longitud telomérica en medicina preventiva y personalizada
Cáncer familiar de mama y de ovario
BRCA1/BRCA2
BRCA1
Age (years)
Re
lati
ve
Te
lom
ere
len
gth
BRCA2
Age (years)
Re
lati
ve
Te
lom
ere
len
gth
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
10 20 30 40 50 60 70 80
BRCAX
Age (years)
Re
lati
ve
Te
lom
ere
len
gth
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
10 20 30 40 50 60 70 80
Sporadic BC
Age (years)
Re
lati
ve
Te
lom
ere
len
gth
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
10 20 30 40 50 60 70 80
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
10 20 30 40 50 60 70 80
A C
B D
Martínez-Delgado et al., PLoS Genetics, 2011
Martínez-Delgado et al., J. Medical Genetics, 2012 (ovarian)
Los telómeros cortos indican un mayor riesgo de cáncer de mama y ovario
Predecir la longevidad
por la longitud de los
telómeros?
Longitud telomérica a dia 25 predice la longevidad en pinzones
Vera et al., Cell Reports, 2012
Facial vein bleeding
0 5 10 15 200
20
40
60
mean telomere length (kb)
freq
uen
cy
Mean TL
% Short telomeres
1) Obtaining blood sample (300µl) 2) HT Q-FISH 3) Confocal microscopy
4) Capture of individual telomeres 5) Data processing 6) Data analysis
El primer estudio de telómeros longitudinal en mamíferos
Linear regression:
WT: Slope=-7.03 ± 1.24 kb/year
R2=0.31 (Quadratic: R2=0.34)
p<0.0001
TgTERT: Slope=-7.05 ± 1.60 kb/year
R2=0.22 (Quadratic: R2=0.30)
p<0.0001
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Age (years)
Me
an
te
lom
ere
len
gth
(kb)
Vera et al., Cell Reports, 2012
Los telómeros de ratón se acortan 100 veces más rápidos que los humanos
Humanos: 70 bps/año
Ratones: 7 Kb/año
Incre
ase
in t
he
% o
f
sh
ort
te
lom
ere
s (
pe
r m
on
th)
El aumento en el % de telómeros cortos predice la longevidad individual
0 50 100 150 200-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Lifespan (weeks)
WT: Slope=-0.005022 ± 0.002550
R2=0.2
p=0.06
TgTERT: Slope=-0.01267 ± 0.005604
R2=0.3
p=0.04
WT
TgTERT
WT
TgTERT
Cómo podemos revertir el envejecimiento?
Lopez-Otín, Blasco, Partridge, Serrano & Kremer, Cell, 2013
Modelos de ratón para demonstrar el papel de los telomeros en enfermedad
Blasco et al., Science (1995)
Blasco, Lee, et al., Cell (1997)
Lee, Blasco, et al., Nature (1998)
Ratones sin telomerasa (Terc-/-)
Disfunción de las células madre
Pérdida de la capacidad regenerativa
Enfermedades asociadas al envejecimiento
Menos cáncer
Inactivación de la telomerasa
González-Suarez et al., Nat Genet (2000)
Flores et al., Science (2005)
Ratones transgénicos para telomerasa (TgTERT)
Menos envejecimiento
Ligero aumento del cáncer
TERT Tg+ Sp53+Sp16+Sp19ARF (“triple”)
Menos envejecimiento & aumento del 40%
de la vida media
Activación de la telomerasa
Tomás-Loba et al, Cell (2008)
“Triple” Wild-type
González-Suarez et al., EMBO J. (2001)
Telomerase as an anti-cancer target (Imetelstat)
Los ratones “triples” viven sanos durante más tiempo y viven más
Supervivencia sin cáncer Supervivencia global
0
20
40
60
80
100
0 60 80 100 120 140 160 180
Sp53 (n=25) Triple (p=0.003; n=6)
su
rviv
al (%
)
age (weeks)
+50%
Control (n=25)
0
20
40
60
80
100
0 60 80 100 120 140 160 180
Sp53 (n=49)
Triple (p<0.001; n=12)
su
rviv
al (%
)
age (weeks)
+40%
Control (n=49)
0
20
40
60
n=25
n=6
p=0.003
0
20
40
60
n=49
n=12
p<0.001
Control Triple
Su
rviv
al
at
3 y
ea
rs (
%)
Control Triple
Su
rviv
al
at
3 y
ea
rs (
%)
Tomás-Loba et al., Cell (2008)
He
alth
sp
an
Coordinación neuromuscular
0
25
50
75
100
125
Éx
ito
(%
)
n=11
n=9
normal
p=0.02
n=8 n=10
TRIPLE
p=1
jóven (5-20 semanas) Viejo (116-160 semanas)
Los ratones “triples” viven sanos durante más tiempo
Tomás-Loba et al., Cell (2008)
Los ratones “triples” envejecen más lentamente
triple normal
Heath-span
Vida media (85 años)
Vida máxima (120 años)
superv
ivencia
edad
e n f e r m e d a d s a l u d
40 años
Heath-span
Vida media (115 años)
Vida máxima (120 años)
superv
ivencia
edad
intervención
en
fe
rm
ed
ad
s a l u d
80 años
Que pasaría si alargaramos el “health span” en humanos?
Terápia génica contra el
envejecimiento
Virus Adeno Asociados como vehículos
para activar a la telomerasa
1 año
AAV9-eGFP or
AAV9-mTERT
nacimiento muerte 2 años
5.0
AAV9-eGFP
Tail skin
Brain
Liver Lung Heart
Kidney
Muscle
AAV9-eGFP AAV9-mTERT
AAV9-mTERT
Tail skin
Brain
Lung Heart
Kidney
Muscle
3.0
p/sec/
cm^2/sr
x108
4.0
7.0
6.0
3.0
x108
4.0
5.0
7.0
6.0
p/sec/
cm^2/sr
3.0
6.0
4.0 x108
Liver
Terápia génica para activar la telomerasa en adultos
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
p= 0,03
~ 1 yr ~2 yr
AAV9-
mTERT
AAV9-
eGFP
AAV9-
mTERT
AAV9-
eGFP
p= 0,003
Fo
ld c
ha
ng
es
in
te
lom
era
se
ac
tivit
y
Lung
n=3
n=3
n=3
n=3
Rnase - + - - - + - - - + - - - + - - - + - - - + 1 3 5 5 Protein (mg) 1 3 5 5 1 3 5 5 1 3 5 5 1 3 5 5
AAV9-mTERT #1 AAV9-mTERT #2 AAV9-mTERT #3 AAV9-eGFP #1 AAV9-eGFP #2
Pulmón (ratón de 2 años)
IC
3 3
3 months PI
Posible terápia para los síndromes teloméricos:
fibrosis pulmonar
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
Un solo tratamiento con AAV9-TERT reactiva telomerasa en adultos
osteoporosis
Grasa
subcutanea
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
Un solo tratamiento con AAV9-TERT aumenta el “health span”
0
20
40
60
80
100 n= 18
n= 6
n= 8
Tig
htr
op
e s
uc
ce
ss
(%
) n= 11
~1 yr
(6 months PI)
~1 yr
(11 months PI)
p= 0,4 p= 0,01
AAV9-
mTERT
AAV9-
eGFP
AAV9-
mTERT
AAV9-
eGFP
Un solo tratamiento con AAV9-mTERT mejora la cordinación neuromuscular
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
13% median lifespan
20% maximum lifespan
AAV9-mTERT n=21
AAV9-eGFP n=12
V.I. – Viral injection
Control n=33
eGFP vs mTERT
p= 0,02 (Log Rank test)
Control vs mTERT
p= 0,02 (Log Rank test)
Weeks
Pe
rce
nt
Su
rviv
al
V. I. ~1 yr old group
24%
13%
24% median lifespan
13% maximum lifespan
Weeks
Pe
rce
nt
Su
rviv
al
V. I. ~2 yrs old group
13%
20%
eGFP vs mTERT
p= 0,05 (Log Rank test)
Control vs mTERT
p= 0,007 (Log Rank test)
AAV9-mTERT n=23
AAV9-eGFP n=14
V.I. – Viral injection
Control n=25
Un solo tratamiento con AAV9-mTERT aumenta la vida media y máxima
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
0
20
40
60
80
100
7
21 Mic
e a
ffecte
d (
%)
AAV9-eGFP AAV9-mTERT
n= 26 n= 40
31
9
14
34
2
Histiocytic sarcoma
Adenoma
Lymphoma
Adenocarcinoma
p= 0,87
Un solo tratamiento con AAV9-mTERT no aumenta la incidencia de cáncer
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
Boccardi & Herbig, EMBO Molecular Medicine, 2012
Tratamiento con AAV9-telomerasa aumenta el “health-span” y la longevidad
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
Infancia/juventud/adulto envejecimiento
Cancer cardiovascular
diabetes
enfermedad renal
inmunosenescencia
neurodegeneration
etc…
acortamiento
telomérico
consecuencia
activación de
telomerasa
envejecimiento
Cancer cardiovascular
diabetes
enfermedad renal
inmunosenescencia
neurodegeneration
etc…
Infancia/juventud/adulto
El acortamiento de los telómeros es una de las causas de la enfermedad
genética
ambiente
biomarcador
para prevención
y diagnostico
Potenciales usos terapéuticos de la activación de telomerasa
Síndromes Teloméricos
(fallo medular,
fibrosis pulmonar…)
Prevención de enfermedades
en individuos con telómeros cortos
(“sanos”, SIDA, cáncer…)
Enfermedades
asociadas al envejecimiento:
cardiovascular, diabetes,
neurodegenerativas…)
“Las edades del hombre”
Hans Baldung (aka “Grier”)
Museo del Prado
Longitud telomérica
“Saber” para prevenir
& diagnóstico precoz
TERT
Grupo de telómeros y telomerasa
Isabel L. Silanes
Aksinya Derevyanko Bruno Bernardes Christian Bär Juanma Povedano Mercedes Gallardo
Fabian Beier
Elsa Vera
Iole Ferrara
Alicia Lemus
Rosa Serrano Nora Soberon
Ben Kumfmüller Elisa Varela
Ianire Garrobo
Gina de Bonis Nani Marion Ralph Schneider
Maria Garcia Martina Stagno Miguel Foronda Paula Martinez Agueda Tejera
Financiación del Grupo de Telómeros y Telomerasa