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Esta área está ubicada en el campus de Chamartín e incluye tres unidades de investigación: Anomalías Congénitas, Epidemiología de las Enfermedades Raras, y la Unidad del Síndrome del Aceite Tóxico (SAT). Además, mantiene el Registro de Pacientes de Enfermedades Raras (RePER) y el Biobanco Nacional de Enfermedades Raras (BioNER).
Este Área de Epidemiología está formado por las unidades:
En marzo de 2013 el Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) puso en marcha un área de Genética Humana adscrita al Instituto de Investigación de Enfermedades Raras (IIER): Esta área incluye cuatro unidades de investigación en genética molecular, biotecnología celular, terapias farmacológicas y tumores sólidos infantiles y un servicio de diagnóstico genético.
Este Área de Genética Humana está formado por las unidades:
Nuestro principal objetivo es encontrar mecanismos detrás del desarrollo y la progresión de las enfermedades humanas y buscar nuevas estrategias terapéuticas para luchar contra ellas. Actualmente, nos centramos en tres líneas de investigación principales: (i) un estudio integrador de la conexión entre la inestabilidad de los cromosomas y el cáncer, (II) la aplicación de terapias mediadas por CRISPR a las distrofias musculares congénitas asociadas a LMNA, y (iii) la búsqueda de nuevos enfoques terapéuticos para el tratamiento de los cánceres infrecuentes.
La Unidad de Modelos y Mecanismos tiene como objetivo la generación de modelos celulares para facilitar el diagnóstico de enfermedades raras complejas y estudiar los mecanismos moleculares responsables de la sintomatología de los pacientes. Entre otros modelos generamos células madre pluripotentes inducidas, también conocidas como iPSCs, a partir de células somáticas de pacientes con enfermedades raras que posteriormente diferenciamos a tipos celulares relevantes para estudiar la enfermedad, como por ejemplo neuronas. Nuestra unidad se centra especialmente (aunque no exclusivamente) en el estudio de enfermedades raras con base epigenética y en el uso de perfiles epigenéticos para mejorar el diagnóstico.
Nuestro principal objetivo es estudiar los mecanismos epigenéticos que regulan la fisiología y la patofisiología del músculo estriado, centrándonos en el complejo remodelador de la cromatina Chd4/NURD. Hemos demostrado que Chd4/NURD controla la identidad de ambos músculos estriados ya que, en el corazón, mantiene reprimidos los genes sarcoméricos del músculo esquelético y viceversa. Actualmente, hemos enfocado nuestro estudio en las proteínas que interaccionan con la ADN-helicasa Chd4, componente principal del complejo NuRD, para intentar comprender cómo influyen estas proteínas en el reclutamiento y función del complejo Chd4/NuRD, y su impacto en la expresión génica que determina la identidad del músculo estriado. Por otra parte, estamos también estudiando el papel de la helicasa de ADN y RNA llamada Rhau en el desarrollo cardiaco y su impacto en el funcionamiento del sistema de conducción cardiaco. Nuestra metodología de trabajo incluye tanto abordajes in vivo, con el uso de ratones modificados genéticamente, como abordajes in vitro. Con todo, intentamos entender los mecanismos por los cuáles se desarrolla la identidad del músculo estriado para comprender las bases moleculares de algunas patologías raras asociadas a este tejido, tales como algunas miopatías y determinados problemas de conducción cardiaca para, con ello, desarrollar terapias para estas enfermedades.
La Unidad de Terapias Farmacológicas desarrolla una investigación traslacional centrada en el estudio de los mecanismos fisiopatológicos implicados en el desarrollo de enfermedades raras que presentan alteraciones en los componentes inflamatorios. Con origen conocido solo para un tercio de las mismas, el interés principal de la UNIDAD es comprender los mecanismos que conducen al desarrollo de estas enfermedades, profundizando en el conocimiento del sistema inmune y la inflamación en la patogénesis de las mismas; y explorando el papel de nuevos reguladores del proceso. El objetivo de estos estudios es identificar nuevas dianas de intervención terapéutica que nos permitan diseñar agentes terapéuticos más eficaces a partir de productos naturales. Así la actividad desarrollada en los diversos proyectos de investigación de la Unidad tiene una clara orientación hacia el desarrollo de aspectos transferibles al área de la salud, comprendiendo estudios de aspectos básicos de la enfermedad, el desarrollo y la implementación de nuevos modelos preclínicos de estas patologías en modelos animales, estudios en pacientes y finalmente el diseño de nuevos agentes terapéuticos para su tratamiento o el reposicionamiento de fármacos ya existentes.
Tumores cerebrales (Glioblastomas) Estudio del efecto neurodegenerativo que causan los glioblastomas. En este proyecto describimos como el desarrollo de un glioblstoma (GB) causa una pérdida de sinapsis, y un declive cognitivo en los pacientes. Estudiamos los mecanismos de transporte vesicular implicados en el crecimiento tumoral y descubrimos el efecto beneficioso de la Brefeldina A como potencial tratamiento para proteger a las células del glioma de los cambios en el transporte vesicular. Por otro lado, estudiamos las señales que median la comunicación entre GB y neuronas que median la progresión tumoral y la neurodegeneración. Descubrimos que las células de GB emiten unas proyecciones denominadas Tumor microtubes (TM) que facilitan la infiltración del tumor en el cerebro. Como consecuencia las células de GB roban Wg a las neuronas sanas y causa la pérdida de sinapsis y la muerte neuronal, por otro lado, las células de GB aumentan la señalización de la vía de Wg, lo que facilita la proliferación, la activación de la ruta JNK y la acumulación y secreción de MMP1. Por último, en nuestro trabajo más reciente en este proyecto describimos como la expresión y secreción desde las células de GB de ImpL2 (Antagonista de la ruta de la insulina), causa una reducción en la señalización de la ruta de la insulina en neuronas, alteraciones mitocondriales y reducción del número de sinapsis. Estos efectos no autónomos del GB sobre la neurona, facilitan el crecimiento del tumor. Este proyecto novedoso ha puesto de manifiesto la visión del glioblastoma como una enfermedad neurodegenerativa, y ha demostrado que la afectación neuronal juega un papel decisivo en la progresión del tumor, y en los síntomas y la muerte prematura. Enfermedades raras Laminopatías (Lamina C) En colaboración con el Dr. Ignacio Perez de Castro (IIER-ISCIII) en el desarrollo de modelos animales de laminopatía en Drosophila melanogaster. El gen LMNA en humanos codifica para las laminas A/C, que son unas proteínas de la envoltura nuclear esenciales para el mantenimiento de la integridad del núcleo. Mutaciones en este gen producen un conjunto de enfermedades conocidas como laminopatías, que incluyen varios tipos de distrofia muscular. Se ha identificado una forma mutante en heterocigosis del gen LMNA, causada por la sustitución de un aminoácido, en un paciente con Distrofia muscular Congénita asociada LMNA (L-CMD). Para evaluar si la mutación altera la función de la lamina, realizamos estudios in vivo usando Drosophila melanogaster como modelo. Esta mutación específica de la lamina C de Drosophila ha sido modelada a partir de la encontrada en el paciente y el fenotipo generado se comparó con el que causan otras mutaciones de LMNA, asociadas a la Distrofia Muscular de Emery Dreifuss Autosómica Dominante (AD-EDMD). La expresión de la mutación LamC mutada tiene un efecto dominante en el músculo de larva, produjo semi-letalidad en el estadio pupal y cambios citológicos como defectos en la morfología nuclear, agregación de la lamina C, reducción en el número de núcleos y fallos en la estructura de los sarcómeros. Los otros mutantes presentaron diferencias en el fenotipo, lo que indicó que mutaciones en distintos dominios de la proteína y en diferentes aminoácidos producen fenotipos diferentes. Uso de compuestos para tratar la laminoatía- Estudios previos in vitro han demostrado que los compuestos que revierten los defectos en la morfología circular causadas por mutaciones en el gen LMNA tienen un efecto beneficioso. Con el objetivo de revertir el fenotipo patológico de las mutaciónes en LamC en Drosophila, estamos evaluando el efecto de diferentes compuestos químicos. El tratamiento revierte parcialmente el fenotipo observado en moscas con la mutación LamC, pero no fue capaz de recuperar la morfología circular del núcleo. Los resultados obtenidos hasta el momento nos muestran el potencial de estos tratamientos como estrategia terapéutica para la Distrofia Muscular Congénita asociada a LMNA. Uso de terapia génica- Una de las propuestas para tratar a los pacientes con Distrofia Muscular Congénita asociada a LMNA es el uso de terapia génica para sustituir los genes mutados por sus formas no mutadas. Estas estrategias traen implícita la duda de si los fenotipos son reversibles o no. Para determinar la evolución de los músculos una vez restaurada la forma silvestre de la LMNA, hemos diseñado un proyecto en el que induciremos la expresión de formas mutadas de LMNA usando el sistema binario de expresión Gal4/UAS, y a diferentes momentos de la enfermedad revertiremos genéticamente la expresión LMNA mutada. Nos proponemos evaluar el efecto de esta reversión, y determinar si hay un punto de no retorno o, por el contrario, la distrofia muscular es reversible fenotípicamente, y funcionalmente. Síndrome de Leigh (MIM#250620) Desde 2020 colaboro con la asociación “Todos con Hugo” para el estudio de la Neurodegeneración por deficiencia en 3-hidroxisobutiril-CoA-hidrolasa. Hugo es el único paciente en España de un total de 12 pacientes en todo el mundo. Esta mutación afecta al metabolismo del aminoácido Valina y causa deterioro neurológico y muscular. Nosotros hemos generado un modelo en Drosophila melanogaster de falta de expresión que produce atrofia muscular, deterioro neurológico y muerte prematura. Este modelo es esencial para realizar un cribado de compuestos supresores y así buscar posibles soluciones. Repositorio de modelos de Drosophila para enfermedades raras no diagnosticadas El IIER dispone de una base de datos de casos de pacientes con enfermedades raras no diagnosticadas. Entre los datos disponibles, se han secuenciado las muestras de estos pacientes y se conocen los genes afectados en cada caso y las mutaciones concretas. Dentro de las líneas futuras de mi laboratorio se encuentra la creación de un repositorio de Drosophila que incluya las líneas transgénicas de cada uno de los genes de esta base de datos con el fin de estudiar in vivo el efecto de estas mutaciones, y generar modelos animales para estas enfermedades. El tejido nervioso y muscular están muy conservados desde Drosophila hasta humanos y representan dos de los tejidos más afectados en las enfermedades raras.
Bases moleculares del sarcoma de Ewing. Identificación de nuevas dianas terapéuticas. El sarcoma de Ewing es un tumor pediátrico muy agresivo que se caracteriza desde el punto de vista genético por la presencia de traslocaciones cromosómicas que dan lugar a factores de transcripción aberrantes formados por la fusión de dos genes (principalmente EWSR1 y FLI1). Estos factores de transcripción quiméricos (p. ej. EWSR1-FLI1) inducen e inhiben la expresión de genes que son claves en el proceso tumorogénico. Uno de nuestros principales objetivos es la caracterización funcional de los genes diana de EWSR1-FLI1 que están implicados en el desarrollo del tumor con el objeto de identificar nuevas dianas terapéuticas. Caracterización genética de tumores infantiles. Programa de medicina de precisión en cáncer infantil El objetivo de este proyecto es evaluar la utilidad de la secuenciación masiva para caracterizar las alteraciones genéticas tumorales presentes en pacientes con cáncer infantil y valorar, en el contexto de un equipo multidisciplinar, la utilidad diagnóstica, pronóstica y terapéutica de las alteraciones identificadas. Este proyecto está abierto a colaboraciones con los servicios de oncología pediátrica interesados en el mismo Programa de pacientes sin diagnóstico SpainUDP Nuestro grupo también participa en el programa de pacientes sin diagnóstico (SpainUDP) del IIER, contribuyendo a caracterizar las bases moleculares de los casos más complejos mediante el diseño y realización de estudios funcionales ad hoc.
La Unidad de Biotecnología Celular tiene una clara vocación traslacional en sus líneas de investigación, poniendo el foco en el paciente. Trabajamos para entender las enfermedades, su origen y evolución, pero siempre con el objetivo del desarrollo de nuevos tratamientos terapéuticos, especialmente en el área de las Terapias Avanzadas.
Nuestro grupo está centrado en la investigación del Déficit de Alfa-1 antitripsina (DAAT). Estudiamos esta enfermedad desde diferentes puntos de vista: desde el diagnóstico genético, regulación génica, mecanismos moleculares y fisiopatología de la enfermedad hasta la investigación de nuevas terapias. Parte del interés se centra en la identificación de variantes comunes y raras en el gen causante de la enfermedad, SERPINA1, y otros genes relacionados. Además de las variantes más frecuentes (S y Z) y otras variantes raras ya conocidas (Malton, Mattawa, Procida, Lowel, Herleen, I, F ), nuestro grupo ha contribuido a la descripción y caracterización de más de diez nuevas variantes causantes de la enfermedad, incluyendo un nuevo alelo nulo (QOmadrid). Por otro lado tenemos un gran interés en investigar los mecanismos que regulan la transcripción del gen SERPINA1, así como la caracterización de transcritos alternativos y sus variaciones específicas de tejido y la regulación de la expresión génica mediada por miRNAs. Además hemos desarrollado un modelo celular en 3D de la enfermedad hepática asociada al DAAT, basado en la formación de organoides de hígado.
