AAOS COR 2 - cap1de hormonas esteroides. El retículo endoplasmático liso de las células...

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Aspectos básicos

© 2014 American Academy Of Orthopaedic Surgeons AAOS Comprehensive Orthopaedic Review 2 3

I. Componentes celulares: Terminología y definiciones

A. Núcleo: Es un orgánulo presente en las células euca-riotas rodeado de una membrana doble. Contiene los cromosomas de la célula, que a su vez contienen los genes de la célula además de distintas proteínas nucleares que comunican con el citosol circundante mediante transporte a través de numerosos poros en el núcleo. El núcleo es clínicamente importante para el cariotipado, o caracterización del número y del aspecto de los cromosomas de una célula; para la citometría de flujo, en la que se clasifican y defi-nen numerosos tipos distintos de células según sus características físicas y de otro tipo, y para las carac-terísticas mitóticas de las células de distintos tipos de cánceres, como la velocidad a la que se dividen estas células.

B. Nucléolo: Es un orgánulo prominente en el núcleo de una célula que contiene las estructuras denomi-nadas ribosomas, que traducen los códigos genéticos que transporta el ARN mensajero desde los cromoso-mas de una célula en péptidos que se transforman en proteínas. Las patologías con relevancia clínica que afectan al nucléolo son el síndrome de Rothmund-Thompson, el síndrome de Bloom y el síndrome de Treacher Collins. Estos tres síndromes están causa-dos por mutaciones genéticas que producen anoma-lías en las proteínas a través del mecanismo del nu-cléolo. Las mutaciones en el gen RECQL4 están muy implicadas en el síndrome de Rothmund-Thompson. Este gen proporciona instrucciones para producir un miembro de una familia de proteínas denominadas helicasas RecQ, que desempeñan una función impor-tante en la replicación y en la reparación del ADN. El síndrome de Rothmund-Thompson se caracteriza por escasez de pelo en la cabeza, las cejas y las pesta-

ñas, además de crecimiento lento y estatura baja. Hay varias anomalías óseas relacionadas, como huesos malformados, huesos fusionados y densidad mineral ósea baja. También existe un riesgo elevado de pre-sentar un osteosarcoma. El síndrome de Bloom está causado por mutaciones en el gen BLM, que tam-bién son responsables de la producción de helicasas RecQ. Las personas con síndrome de Bloom suelen tener estatura baja, cambios cutáneos sensibles al sol, una voz de tono agudo, una mandíbula pequeña, una nariz grande y orejas prominentes. Las mutaciones en TCOF1, POLR1C y POLR1D son responsables del síndrome de Treacher Collins. Estas mutaciones disminuyen la producción de ARN ribosómico, que es muy importante para la síntesis de proteínas. Este síndrome altera el desarrollo de los huesos de la cara y provoca que los huesos malares y maxilares sean pequeños.

C. Citosol/citoplasma: El citosol es el líquido contenido por la membrana de una célula y es el componente en el que tiene lugar la mayor parte del metabolismo de la célula. Rodea el núcleo celular, el nucléolo y otros orgánulos intracelulares diferentes. El citoplas-ma es el componente celular en el que se sintetizan proteínas y otras sustancias, y contiene una variedad amplia de sustancias solubles como sales y muchas proteínas y péptidos, además de actuar como medio de suspensión para las grasas y para otras sustancias insolubles en agua y moléculas más grandes de hidra-tos de carbono. En el citoplasma se localizan muchas vías de transducción de la señal y se produce la glu-cólisis por la que los hidratos de carbono complejos se someten a una digestión química para obtener hi-dratos de carbono más simples y otras sustancias.

D. Aparato de Golgi: Es una estructura rodeada por una membrana única, en la que se producen, almacenan y liberan enzimas y hormonas en vesículas unidas limi-tadas por una membrana, pasando posteriormente al citoplasma de la célula.

E. Lisosoma: Este orgánulo intracelular contiene enzimas denominadas hidrolasas ácidas. Estas enzimas son res-ponsables de la digestión intracelular de los orgánulos envejecidos, desechos celulares y patógenos fagocita-dos, como virus y bacterias. Los lisosomas tienen im-portancia clínica porque son el lugar de asiento de las tesaurismosis lisosómicas. Las tesaurismosis lisosómi-

Capítulo 1

Terminología de biología celular y molecular, inmunología y genéticaFrancis Y. Lee, MD, PhD; Sung Wook Seo, MD, PhD; Saqib A. Nizami, BS; Anny Hsu, MD

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El Dr. Hsu o algunos de sus familiares inmediatos trabajan como empleados o consultores reumerados de Hoffmann-La Roche. Ninguno de los otros autores (Dr. Lee, Dr. Seo o Sr. Nizami) ni sus familiares inmediatos han recibido rega-lías ni tienen acciones en ninguna compañía comercial o instutición directa o indirectamente relacionada con los contenidos de este capítulo

Sección 1: Aspectos básicos

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co. En este orgánulo tiene lugar la síntesis de lípidos y de hormonas esteroides. El retículo endoplasmático liso de las células hepáticas también degrada toxinas lipo-solubles y el de las células musculares almacena calcio y regula la liberación de calcio, y por tanto interviene en la contracción y en la relajación muscular. El retículo endoplasmático rugoso tiene numerosos ribosomas en su superficie, donde se produce la síntesis de proteínas. Entre los distintos trastornos en los que el retículo en-doplasmático tiene importancia clínica destaca la te-saurismosis del retículo endoplasmático hepático, que afecta a distintas proteínas que son fundamentales para una función intracelular e intercelular normal.

J. Ribosoma: Es una estructura intracelular que sinteti-za péptidos/proteínas mediante lectura de la secuencia de nucleótidos de las moléculas de ARN mensajero y ensamblado de los aminoácidos que corresponden a las secuencias específicas de nucleótidos triples en el ARN mensajero para formar proteínas y péptidos. Las alteraciones de los ribosomas de las células eucario-tas pueden causar trastornos con importancia clínica, como la anemia macrocítica y la hipoplasia cartílago-pelo. El ensamblado aminoácido inadecuado provo-ca una configuración defectuosa de péptidos para las proteínas, que no se pliegan de manera adecuada para ser activas. Esto causa enfermedades ribosómicas.

K. Citoesqueleto: Es un armazón intracelular de microtú-bulos, filamentos de actina (microfilamentos) y fibras intermedias que tiene un papel esencial en el mante-nimiento de la forma y de la motilidad de las células y de los movimientos intracelulares de los orgánulos celulares y en la motilidad celular. El citoesqueleto es responsable también de la contracción y de la relaja-ción de las fibras musculares. Las anomalías del citoes-queleto tienen importancia clínica en las miocardiopa-tías, miopatías congénitas, defectos en la fagocitosis y en la motilidad de los osteoclastos y en algunos tipos de sordera, además de en otros trastornos. Cualquier defecto en la disposición de los filamentos de actina, bien mediante alteración como consecuencia de sobre-carga, o por una producción defectuosa de la fibra, puede provocar una pérdida de función celular y de la activación normal porque el citoesqueleto desempeña funciones estructurales, fagocíticas y de motilidad.

II. Matriz extracelular

A. Matriz extracelular: Porción no celular de un tejido que proporciona soporte estructural para las células e influye en su desarrollo y en sus funciones bioquí-micas y fisiológicas (Tabla 1).

B. Colágeno: Es la proteína estructural principal de los tejidos conjuntivos del organismo. Consiste en una hélice triple formada por tres hebras o cadenas de proteínas entrelazadas, denominadas cadenas a1, a2 y a3, que constituye la mayor parte de las fibrillas en la matriz extracelular (Tabla 1). Por lo general, el colágeno tiene mucha resistencia y flexibilidad.

cas son un grupo de alrededor de 50 trastornos metabó-licos relacionados causados por una función lisosómica defectuosa. Habitualmente están causados por una de-ficiencia de una enzima necesaria para el metabolismo de los lípidos, las glucoproteínas y los mucopolisacári-dos. Esto ocasiona una acumulación excesiva de estos productos en el interior de la célula. Algunos ejemplos destacados son la enfermedad de Tay-Sachs y la enfer-medad de Gaucher. La enfermedad de Niemann-Pick se considera también una tesaurismosis lisosómica porque se caracteriza por la acumulación de esfingomielina en el interior de las células. La alteración del metabolismo de algunos componentes de la membrana celular como los esfingolípidos puede provocar un aumento de tama-ño del hígado y del bazo, dolor, marcha inestable, dis-fagia, distonía y convulsiones. También puede provocar un aumento de tamaño de la cavidad de la médula ósea y un adelgazamiento del hueso cortical.

F. Membrana celular: Está formada por una capa do-ble de fosfolípidos, o bicapa lipídica, que contiene el citosol, el núcleo y otras estructuras internas de una célula y actúa como barrera protectora frente al entorno exterior de la célula. La membrana celular tiene relevancia clínica en la distrofia muscular de Duchenne (una mutación en la distrofina aumenta la fragilidad o la permeabilidad de la membrana celu-lar), en el síndrome del QT largo (alteración de los canales iónicos presentes en la membrana celular), en la anemia hemolítica urémica (anomalía de la mem-brana del eritrocito) y en otras patologías diversas.

G. Peroxisoma: Es un conjunto de enzimas oxidativas unidas a la membrana que participan en procesos metabólicos como la oxidación de ácidos grasos y la síntesis de colesterol y de ácidos biliares. Los peroxi-somas de las células tienen importancia clínica en las tesaurismosis encefálicas como la adrenoleucodistro-fia o la enfermedad de Refsum del lactante y en el sín-drome cerebrohepatorrenal, entre otras enfermedades.

H. Mitocondrias: Son orgánulos con una membrana do-ble que proporcionan energía para el movimiento, la división y otras funciones de una célula eucariota. Las mitocondrias proporcionan la mayor parte de esta energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP), que producen mediante la acción de varias enzimas. Las mitocondrias de las células intervienen también en la síntesis de aminoácidos, que son los elementos básicos de las proteínas, y están implicadas en la se-ñalización en el interior de una célula, en la diferen-ciación de las células en tipos celulares específicos y en la muerte celular. Las anomalías mitocondriales tienen importancia clínica porque están implicadas en las miopatías, en la diabetes, en la sordera, en la ataxia-epilepsia, en la neuropatía óptica y en otros trastornos diferentes.

I. Retículo endoplasmático liso/retículo endoplasmáti-co rugoso: El retículo endoplasmático liso es una es-tructura que se extiende a lo largo del citoplasma de las células vegetales y animales y se ve como una membra-na lisa cuando se observa con el microscopio electróni-

Capítulo 1: Terminología de biología celular y molecular, inmunología y genética


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las, las fuerzas mecánicas, las matrices extracelulares y el contacto con otras células, hormonas y citocinas (Figuras 1 y 2).

B. Transducción de la señal: Es un proceso de transfor-mación de una señal extracelular en un mensaje in-tracelular que provoca una respuesta específica por parte de una célula.

C. Inicio de la transducción de la señal: La unión de un ligando específico a un receptor específico en la su-perficie celular inicia la transducción de la señal por distintas vías, según el tipo de receptor.

1. Receptores acoplados a proteína G de unión a nu-cleótido de guanosina: La unión de un ligando a este tipo de receptor activa una proteína G, que funciona como un interruptor molecular que hi-

C. Glicosaminoglicanos: Son polisacáridos estructurales en la matriz extracelular. Un glicosaminoglicano está formado por moléculas repetidas de un disacárido. Los disacáridos repetidos forman glicosaminoglica-nos como ácido hilaurónico, sulfato de dermatina, sulfato de condroitina, heparina, sulfato de heparina y sulfato de queratán. La mayoría de los glicosami-noglicanos están unidos a una proteína central por un enlace covalente, formando lo que se denominan proteoglicanos. El ácido hialurónico, un glucosami-noglucano no sulfatado, no se une a proteínas sino que se une a distintos proteoglicanos para formar moléculas muy grandes que, mediante su presencia en el líquido articular y en otras localizaciones en el organismo, proporcionan lubricación o amortigua-ción a distintos tejidos.

D. Fibronectina: Es una glucoproteína de peso molecular alto que forma parte de la matriz extracelular y se une a otros componentes de la matriz extracelular como la fibrina y el colágeno y que, por lo tanto, participa en la estructura y en la función de las células y de los tejidos. La fibronectina contiene además secuencias tripéptido (arg-gli-asp) denominadas dominios RGD, que son si-tios en los que la integrina se une a la fibronectina. Se ha demostrado que la fibronecina regula el desplaza-miento y la diferenciación celular.

E. Laminina: Es un componente importante de la lámi-na basal. La laminina y el colágeno tipo IV forman un armazón para la membrana basal, una matriz ex-tracelular que consiste en una capa delgada de tejido conjuntivo que actúa como un soporte estructural subyacente en el tejido epitelial de muchos órganos del cuerpo que sustenta y facilita el crecimiento de poblaciones celulares epiteliales.

III. Señalización intracelular

A. Respuesta celular: Las células expresan genes especí-ficos en respuesta a influencias extracelulares como la señalización bioquímica mediante moléculas ligando que se unen a receptores en la superficie de las célu-

Tabla 1

Tipos de colágenoTipo Tejidos

I Piel, tendones, hueso, anillo del disco intervertebral

II Cartílago articular, humor vítreo, núcleo pulposo del disco intervertebral

III Piel, músculos, vasos sanguíneos

IX Cartílago articular

X Cartílago articular, mineralización del cartílago en el cartílago de crecimiento

XI Cartílago articular

División simétrica

División asimétrica

División de progenitora

Diferenciación terminal

Célula progenitora (ejemplo; preosteoblasto)

Célula diferenciada (ejemplo: osteoblastos)

Célula madre somática adulta (ejemplo: célula madre mesenquimatosa)

Figura 1 Células madre somáticas adultas. (Reproducida de Lee FY, ZuscikMJ, Nizami S, et al.: Molecular and cell biology in orthopaedics, in O’Keefe RJ, Jacobs JJ, Chu CR, Einhorn TA, eds: Orthopaedic Basic Science, ed 4. Rosemont, IL, American Acadeny Orthopaedic Surgeons, 2013, pp 3-42.)

Masa celular interna (embrioblastos)

Diferenciación en varias estirpes celulares

Óvulo fertilizado

Blastocisto (trofoblastos)

Totipotencia Pluripotencia

Embrión de ocho células

Figura 2 Células madre embrionarias. (Reproducida de Lee FY, ZuscikMJ, Nizami S, et al.: Molecular and cell biology in orthopaedics, in O’Keefe RJ, Jacobs JJ, Chu CR, Einhorn TA, eds: Orthopaedic Basic Science, ed 4. Rosemont, IL, American Acadeny Orthopaedic Surgeons, 2013, pp 3-42.)



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específica contenida y transmitida por cada uno de los genes de una célula eucariota. El ADN tiene im-portancia clínica en los estudios de herencia genética, en el riesgo individual de padecer distintas enferme-dades, en el desarrollo de vacunas de ADN y en otras aplicaciones diversas.

B. Cromosoma: Es una estructura nuclear que contiene cadenas lineales de ADN. Los seres humanos tienen 46 cromosomas (23 pares). Los cromosomas tie-nen importancia clínica porque las anomalías del nú-mero, de la estructura o de ambos son responsables de una variedad amplia de enfermedades, como el síndrome de Down, el síndrome de DiGeorge y dis-tintos tipos de enanismo.

C. Promotor génico: Región de una molécula de ADN que regula el inicio de la transcripción de genes. La importancia clínica de los promotores génicos es que las mutaciones que sufren son responsables de varias enfermedades, como la enfermedad de Alzheimer.

D. Cromatina: Material genético formado por ADN y proteínas. Se localiza dentro del núcleo de la célula y se condensa para formar los cromosomas. La im-portancia clínica de la cromatina es que sus defectos pueden causar enfermedades por remodelación de la cromatina, como algunos tipos de cáncer.

E. Gen: Es un segmento de ADN específico que contiene toda la información necesaria para la síntesis de una proteína. El gen tiene secuencias de bases que parti-cipan en la codificación de una proteína y secuencias no codificadoras que no participan en este proceso pero tienen otras funciones, como determinar cuán-do se expresa un gen. Los genes tienen importancia clínica porque las mutaciones que alteran su estruc-tura normal están relacionadas con una amplia varie-dad de enfermedades, como distintos tipos de cáncer, trastornos metabólicos y deformidades anatómicas y estructurales del organismo.

F. Genoma: Es el conjunto completo de genes de un or-ganismo, que codifica la estructura de todas sus pro-teínas y otra información genética y, por lo tanto, la estructura y la función fundamental del organismo. El genoma tiene importancia clínica porque puede realizarse un cribado completo del mismo con micro-matrices de ADN para identificar defectos genéticos conocidos y probables que pueden causar enfermeda-des.

G. ADN mitocondrial: Es una forma circular de ADN presente en las mitocondrias de las células. El ADN mitocondrial codifica proteínas que son primordiales para la función de las mitocondrias. El ADN mito-condrial de los mamíferos tiene 16 kb de longitud, no contiene intrones y tiene muy poco ADN no codifi-cador. El ADN mitocondrial tiene importancia clínica porque sus mutaciones producen enfermedades como trastornos tiroideos, cataratas y diabetes.

H. ADN polimerasa: Es una enzima que sintetiza nuevas cadenas de ADN mediante unión de desoxirribonu-

droliza el trifosfato de guanosina en difosfato de guanosina liberando un grupo fosfato y energía. La proteína G regula un segundo mensajero espe-cífico o un canal iónico.

2. Receptores de canal iónico: La unión de un ligan-do a este tipo de receptor altera la conformación de un canal iónico específico. El movimiento re-sultante de iones a través de este canal y a través de la membrana celular activa una molécula in-tracelular específica.

3. Receptores ligados a tirosina cinasa: La unión de un ligando a este tipo de receptor activa una proteína tirosina cinasa citosólica, una enzima que transfiere un grupo fosfato desde el ATP a los residuos de tirosina en las proteínas dentro de la célula.

4. Receptores con actividad enzimática intrínseca: Algunos receptores tienen actividad catalítica intrínseca. Algunos tienen actividad guanina ci-clasa, que convierte el trifosfato de guanosina en monofosfato de guanosina cíclico (GMPc). Otros receptores, con actividad tirosina cinasa intrínse-ca, fosforilan distintos sustratos proteínicos.

D. Segundos mensajeros: Moléculas de señalización in-tracelular cuya concentración está regulada por la unión de un ligando específico o “primer mensaje-ro” a un tipo particular de receptor en la membrana de una célula. Un aumento de concentración de un segundo mensajero, provocado por los efectos de en-zimas y de otras sustancias generadas por el primer mensajero, activa otras moléculas de señalización, como monofosfato de adenosina cíclico, monofos-fato de guanosina cíclico, diacilglicerol, trifosfato de inositol, fosfoinositoles y calcio.

IV. Terminología y definiciones relacionadas con el ADN

A. ADN: Polímero de cadena doble (bicatenario) en el que cada cadena está formada por desoxirribo-nucleótidos unidos entre sí por enlaces covalentes y cuyos componentes de ácido nucleico están em-parejados, mediante enlaces de hidrógeno, con sus correspondientes ácidos nucleicos en los desoxirribo-nucleótidos en la cadena opuesta del polímero. Los desoxirribonucleótidos están formados por desoxi-rribosa, un grupo fosfato y una de las cuatro bases denominadas adenina, guanina, citosina y timina. El ADN forma cada uno de los genes en una célula eucariota y contiene información biológica vital para la síntesis de proteínas y de otras sustancias que son esenciales para la replicación celular y el crecimiento celular, para la naturaleza de los distintos tipos de células que forman los tejidos y para muchas otras funciones celulares y tisulares, como la regulación de la expresión de genes diferentes. La secuencia de nu-cleótidos del ADN determina información biológica



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mente 50.000 a 100.000 genes individuales. Toda la información genética presente en un conjunto haploide individual de cromosomas, formado por la mitad de uno de los conjuntos pareados de cro-mosomas presentes en condiciones normales en el núcleo de una célula eucariota, constituye el ge-noma de un ser humano. Distintos trastornos del sistema musculoesquelético están causadas por mutaciones en el ADN genómico (Tablas 2 a 6).

2. En el ser humano se transcribe sólo el 5-10% del ADN genómico. Los genes formados por este ADN genómico se organizan en intrones, o se-cuencias no codificadoras, y exones, que contie-nen el código para el ARN mensajero particular necesario para transcribir en una proteína especí-fica el código genético contenido en un gen indivi-dual.

3. Las secuencias no codificadoras de ADN contie-nen regiones promotoras, elementos reguladores y potenciadores. Alrededor de la mitad de los genes codificadores en el ADN genómico humano son genes solitarios, que están presentes en secuencias que aparecen sólo una vez en el genoma haploide.

4. Direccionalidad: El ácido nucleico monocatena-rio se sintetiza in vivo en dirección 5’ a 3’, o en una orientación que empieza por el quinto carbo-no y pasa de manera secuencial al tercer carbono de la molécula cíclica de hidrato de carbono que forma parte de cada nucleótido en una cadena de ADN (Figura 3).

5. El ADN mitocondrial codifica ARN ribosómico, ARN de transferencia y las proteínas necesarias para el transporte de electrones y para la sínte-sis de ATP en el interior de las mitocondrias de una célula. El ADN mitocondrial procede sólo de los óvulos maternos y no está presente en los es-permatozoides masculinos. Las mutaciones en el ADN mitocondrial pueden causar trastornos neu-romusculares.

B. Control de la expresión génica

1. Transcripción: La regulación transcripcional es el paso principal en la regulación génica (Figura 3). El proceso de transcripción implica la síntesis, a partir de la “plantilla” proporcionada por una de las dos cadenas de una molécula de ADN, de una cadena complementaria de ARN cuyas secuencias de nucleótidos están emparejadas y se correspon-den con las secuencias de bases del ADN a partir del que se transcribe el ARN. Los nucleótidos en la cadena de ARN que se ensambla de esta mane-ra se unen entre sí por la enzima ARN polimerasa.

2. Traducción (Figura 3): En el proceso de traduc-ción, un ribosoma se une al inicio o “punto de partida” de la traducción de una molécula de ARN mensajero y empieza la síntesis de la pro-teína o de la molécula peptídica cuya secuencia específica de aminoácidos está codificada por la

cleótidos individuales a los polímeros. La polimerasa de desoxirribonucleótido tiene importancia clínica porque las mutaciones de esta enzima pueden causar distintos tipos de cáncer y otras enfermedades.

I. Exón: Es la porción de un gen que codifica ARN mensajero.

J. Intrón: Es la porción de un gen que no codifica ARN mensajero.

K. Potenciador de gen: Es una región corta de un gen que potencia el grado de su transcripción. Los potencia-dores génicos tienen importancia clínica porque sus mutaciones son responsables de ciertas enfermeda-des, como la enfermedad de Hirschsprung.

L. ADN recombinante: ADN obtenido de manera artifi-cial por recombinación, mediante empalme de seg-mentos de ADN que habitualmente no están adya-centes, o que forman parte de distintas moléculas de ADN.

M. Transgen: Es un gen insertado artificialmente en un embrión de una sola célula. El organismo que se for-ma a partir de este embrión tiene el transgen presente en todas sus células.

N. Polimorfismo de nucleótido único: Es una alteración en la secuencia de nucleótidos de una molécula de ADN causada por un cambio en un solo nucleótido. Los polimorfismos de nucleótido único están presentes en diferentes miembros de una especie concreta de planta o de animal. Los polimorfismos de nucleótido único tienen relevancia clínica en el diagnóstico y en otros estudios de investigación del genoma de un pa-ciente individual para detectar asociación entre estos polimorfismos y distintas enfermedades y caracteres genéticos.

O. Dogma central de la biología molecular: Es un marco o “mapa” que muestra cómo se procesa la información genética de manera secuencial en la célula. Se repre-senta por lo general como: ADN→ARN→proteína.

P. Epigenética: Es el estudio del modo en que los factores ambientales afectan a la expresión de genes sin cam-biar la secuencia de bases del ADN. La epigenética médica tiene importancia clínica en la investigación del cáncer.

Q. Genómica: Es el estudio de los genomas y de las fun-ciones de diferentes genes. Tiene importancia clínica en el cribado de genoma completo, para detectar la presencia de alelos concretos o variantes de diferen-tes genes, y en la impronta genética, en la se expre-san que distintos genes del genoma de una persona y otros se silencian.

V. Genética básica

A. ADN genómico

1. Los cromosomas humanos contienen 6.000 mi-llones de pares de bases, que forman aproximada-



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1. Mutación autosómica: Es una mutación génica localiza-da en un cromosoma distinto de los cromosomas X o Y.

2. Mutación ligada a cromosoma sexual: Es una muta-ción genética localizada en el cromosoma X o el Y.

3. Mutación dominante: Es una mutación de un solo alelo de un gen que es suficiente para causar un fe-notipo anómalo del organismo portador del alelo.

molécula de ARN mensajero. El ARN de trans-ferencia interpreta el código transportado por el ARN mensajero y libera los aminoácidos apro-piados, en la secuencia adecuada de su ensambla-do, al ribosoma para la creación de la proteína o del péptido codificado por el ARN mensajero.

C. Tipos de herencia de las enfermedades genéticas

Tabla 2

Displasias esqueléticas asociadas a defectos genéticosTrastorno genético Mutación genética Defecto funcional Fenotipos característicos

Acondroplasia Receptor 3 FGF Inhibición de la proliferación del condrocito

Talla baja (displasia esquelética), cabeza normal a grande, acortamiento rizomélico de las extremidades, brazos y piernas cortas (especialmente el brazo y el muslo), tronco de tamaño normal

Displasia tanatofórica

Receptor 3 FGF Inhibición de la proliferación del condrocito

Enanismo grave (notable acortamiento de las extremidades, tórax pequeño y cabeza relativamente grande); mortal después del nacimiento por compromiso respiratorio

Hipocondroplasia Receptor 3 FGF Inhibición de la proliferación del condrocito

Enanismo más leve que la acondroplasia

Seudoacondroplasia COMP Anomalía de formación del cartílago

Talla baja (displasia esquelética); acortamiento rizomélico de las extremidades, proporciones corporales similares a la acondroplasia pero sin los rasgos faciales distintivos de la acondroplasia; artrosis prematura

Displasia epifisaria múltiple

Gen que codifica COMP o colágeno tipo IX (COL9A2)

Anomalía de formación del cartílago

Talla baja (displasia esquelética); artrosis prematura

Displasia espondiloepifisaria

Gen que codifica el colágeno tipo II (COL2A1)

Defecto en la formación de la matriz de cartílago

Talla baja (displasia esquelética), tronco corto, malformación vertebral, coxa vara, miopía y degeneración retiniana

Displasia diastrófica Transportador de sulfato (gen DTDS)

Defecto en la sulfatación de los proteoglicanos

Acondroplasia tipo Fraccato, enanismo, eritroblastosis fetal

Condrodisplasia metafisaria de Schmid

Colágeno tipo X (COL10A1)

Defecto en la formación de la matriz de cartílago

Talla baja, coxa vara, genu varo, afectación de las metáfisis de los huesos largos pero no de la columna vertebral. Menos grave que el tipo Jansen: sin la calcificación metafisaria desorganizada presente en la condrodisplasia metafisaria tipo Jansen

Condrodisplasia metafisaria de Jansen

Receptor PTH/péptido relacionado con PTH

Defecto funcional de la hormona paratifoidea

Extremidades cortas, anomalías faciales características y malformaciones esqueléticas adicionales. Huesos escleróticos en los huesos craneales posteriores, que puede causar ceguera o sordera. Hipercalcemia

Displasia cleidocraneal

RUNX2 (CBF-alfa-1) Alteración de la osificación intramembranosa

Hipoplasia o aplasia de las clavículas, suturas craneales abiertas, hipoplasia facial leve, sínfisis del pubis ancha, talla ligeramente baja, anomalía dental, anomalía vertebral

CBF: factor de unión central; COMP: proteína oligomérica de la matriz de cartílago; DTDS: displasia diastrófica; FGF: factor de crecimiento fibroblásti-co; PTH: hormona paratiroidea; PTHrP: péptido relacionado con la hormona paratiroidea.



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Tabla 3

Enfermedades metabólicas del huesoTipo Mutación genética Defecto funcional Fenotipos característicos

Raquitismo hipofosfatémico ligado al cromosoma X

PEX (endopeptidasa celular) Raquitismo resistente a vitamina D

Raquitismo, talla baja y alteración de la reabsorción renal de fosfato y del metabolismo de la vitamina D

Hipofosfatasia Gen de fosfatasa alcalina inespecífico de tejido (gen fosfatasa alcalina)

Deficiencia generalizada de la mineralización ósea

Raquitismo, piernas arqueadas, caída de dientes, talla baja

Osteolisis familiar Gen del miembro 11A de la superfamilia del receptor del factor de necrosis tumoral (ligando osteoprotegerina; activador del receptor del factor nuclear kB)

Osteolisis multicéntrica idiopática

Cara característica con nariz afilada, hipoplasia maxilar y micrognatia; deformidades de las manos parecidas a las de la artritis reumatoide

MPS I Gen iduronidasa Deficiencia de a-L-iduronidasa (enzimas lisosómicas de escisión de glicosaminoglicanos)

Síndrome de Hurler; daño celular progresivo que afecta al desarrollo neurológico y del sistema musculoesquelético (talla baja y displasia ósea)

MPS II Gen iduronato sulfatasa; recesiva ligada al cromosoma X

Deficiencia de iduronato sulfatasa

Síndrome de Hunter; características leves a moderadas de MPS

MPS III Gen heparano N-sulfatasa (IIIA); N-acetilglicosaminidasa [NAGLU] (IIIB); gen GNAT (IIIC); N-acetilglicosamina 6-sulfatasa (IIID)

Deficiencia de heparano N-sulfatasa (IIIA); a-N-acetilglicosaminidasa (IIIB); acetil-coenzima A; a-glicosaminida-N-acetiltransferasa (IIIC); N-acetilgucosamina 6-sulfatasa (IIID)

Síndrome de Sanfilippo; síndrome neurológico grave con síndrome musculoesquelético progresivo leve

MPS-IV Enzimas deficientes N-acetilgalactosamina 6-sulfatasa (Tipo A) o b-galactosidasa (Tipo B)

Deficiencia de enzimas lisosómicas para degradar sulfato de queratán

Síndrome de Morquio; tórax en forma de campana, anomalía vertebral, huesos largos acortados, y displasia de caderas, rodillas, tobillos y muñecas; hipoplasia apófisis odontoides

GNAT: glicosaminida N-acetiltransferasa; MPS: mucopolisacaridosis.

Tabla 4

Enfermedades del tejido conjuntivoTipo Mutación genética Defecto funcional Fenotipos característicos

Osteogénesis imperfecta

Genes de colágeno tipo I (COL1A1 o COL1A2)

Colágeno menos abundante y de peor calidad que lo normal

Características frecuentes: huesos frágiles, tono muscular bajo, posible hipoacusia, dentinogénesis imperfecta

Tipo I: forma más frecuente y leve; escleróticas azulesTipo II: forma más grave; mortal después de nacer por problemas respiratorios

Tipo III: talla bastante inferior a la normal; escleróticas azules

Tipo IV: escleróticas normales

Síndrome de Ehlers-Danlos

Gen de colágeno fibrilar (colágeno V o III)

Laxitud y debilidad del tejido conjuntivo

Articulaciones laxas, piel hiperextensible

Síndrome de Marfan

Fibrilina Anomalía del tejido conjuntivo

Talla alta, escoliosis, miopía, luxación de cristalino, aneurisma aórtico, prolapso valvular mitral



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Tabla 5

Tumores musculoesqueléticosTipo Mutación genética Defecto funcional Fenotipos característicos

Síndrome de Bloom Mutación del gen codificador de proteína del síndrome de Bloom (BLM) localizado en el cromosoma 15, en banda q26.1

Disfunción helicasa (desenrollado de cadenas dobles de ADN y ARN entre sí)

Talla baja y predisposición a sarcoma y a otros tipos distintos de cáncer

Síndrome de Rothmund-Thompson

Gen RecQ helicasa (RECQ4) Defecto en la replicación de ADN y en la proliferación celular

Talla baja; cataratas; cambios dispersos de pigamentación cutánea; calvicie; anomalías óseas, ungueales y dentales; incidencia elevada de sarcoma

Síndrome de Li-Fraumeni

Gen supresor tumoral p53 Aumento de predisposición a cáncer

Distintos cánceres, como osteosarcoma y liposarcoma, a edad temprana

Displasia fibrosa Gsa (proteína de señalización acoplada a receptor); gen polipéptido 1 con actividad estimulante alfa (GNAS1) proteína de unión a nucleótido guanina (proteína G)

Estimulación inapropiada de adenilato ciclasa

Síndrome de McCune-Albright: displasia fibrosa; anomalías de pigmentación cutánea y función endocrina

Exostosis hereditaria múltiple

Genes exostosina-1 y 2 (EXT1, EXT2)

Disfunción de gen supresor tumoral

Exostosis aparentes

Sarcoma de Ewing t(11;22): gen de sarcoma de Ewing (EWS) del cromosoma 22 se fusiona con el gen de integración de leucemia Friend (FLI) en cromosoma 11

Tumor neuroectodérmico primitivo en hueso y partes blandas

Con más frecuencia en diáfisis de huesos largos

Sarcoma sinovial t(X;18): gen de fusión X sarcoma sinovial-sinaptotagmina (SYT-SSX)

Alteración de la regulación de expresión de gen (proteína de fusión SYT-SSX)

Sarcoma adyacente a articulaciones

Liposarcoma mixoide t(12;16)(q13:p11): fusionado en gen híbrido transcrito 3 daño ADN inducible-sarcoma (FUS-DDIT3)

Anomalía citogenética Tumor lipógeno en partes blandas

Tabla 6

Otros trastornos musculoesqueléticosTipo Región o sustancia afectada Defecto funcional Fenotipos característicos

Distrofia muscular de Duchenne

Distrofina Ausencia de distrofina en músculo

Degeneración y debilidad muscular progresiva, esperanza de vida corta

Osteopetrosis Anhidrasa carbónica tipo II; bomba proteínica (humano) c-src, M-CSF, b3 integrina (ratón)

Disfunción de osteoclastos

Hueso frágil, anemia, deficiencias inmunitarias por deficiencia de médula ósea

Fibrodiplasia osificante progresiva

Mutación del gen noggina (NOG)

Receptor BMP-1

Osificación heterotópica

Osificación heterotópica y rigidez articular

BMP: proteína morfogenetica ósea; M-CSF: factor estimulante colonias de macrófagos.



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B. ARN mensajero: Es una molécula de ARN que codi-fica la secuencia aminoácida específica de una proteí-na o de un péptido. El ARN mensajero se transcribe a partir del ADN y se desplaza a los ribosomas de las células, donde su secuencia de ácidos nucleicos se traduce en una proteína o en un péptido correspon-diente apropiado.

C. Ácido microrribonucleico (microARN): Son segmen-tos pequeños (aproximadamente 22 nucleótidos) de ARN que regulan la expresión de moléculas de ARN mensajero mediante interacción con éstas para inhi-bir su traducción en proteínas o en péptidos.

D. ARN ribosómico: Es el ARN que forma del riboso-ma y participa en la síntesis de proteínas. El ARN ribosómico tiene importancia clínica porque puede utilizarse para detectar bacterias patógenas. Esto se consigue mediante amplificación y análisis de la se-cuencia de los genes ARN ribosómico 16S. Utilizan-do secuencias de este gen de distinta longitud, pueden detectarse bacterias en muestras clínicas empleando una reacción en cadena de la polimerasa.

4. Mutación recesiva: Es una mutación que debe es-tar presente en los dos alelos de un gen para cau-sar un fenotipo anómalo del organismo portador de los dos alelos.

D. Los trastornos genéticos musculoesqueléticos se enu-meran en las Tablas 2 a 5.

VI. Terminología y definiciones relacionadas con el ARN

A. ARN: Es un polímero formado por monómeros de ribonucleótido unidos entre sí por enlaces covalentes. Los ribonucleótidos presentes en este polímero tienen ribosa (en vez de desoxirribosa, como en el ADN) como componente de hidrato de carbono cíclico, un grupo fosfato y una base que puede ser adenina, gua-nina, citosina o uracilo. El ARN es fundamental para la síntesis de proteínas, las reacciones biológicas y la comunicación celular.

Técnicas ADN Técnicas de ARN Técnicas de proteínas

• Reacción en cadena de la polimerasa transcriptasa inversa (RT-PCR)• Análisis de protección ARNasa• Inmunotransferencia de ARN (técnica Northern)• Hibridación in situ (ISH)• Micromatrices ADN complementario (genómica)• ARN de interferencia pequeño (anulación o terapéutica de gen de pérdida de función)

• Electroforesis en gel de poliacrilamida con sulfato dodecilsulfato sódico (SDS-PAGE)• Inmunotransferencia de proteínas (técnica Western)• Inmunohistoquímica• Enzimoinmunoanálisis de adsorción (ELISA)• Inmunoprecipitación• Análisis comparativo de proteínas (proteómica)

3’3’5’

3’3’5’ ’5’5’’

’Exón 1 Intrón Exón 2Promotor

Transcripción Traducción

ARN nuclearExón 1 Intrón Exón 2

ARN mensajeroExón 1 Exón 2

IntrónEmpalme de ARN

ARNm

Modificación postranscripcional (• microARN • ARN de interferencia pequeño)

Epigenética (• impronta • metilación)

Genética

Modificación después de la transcripción (• acetilación • fosforilación)

Ribosoma

Proteínas

• Tecnología recombinante (digestión con enzimas de restricción; ligadura; transformación; transfección)• Inmunotransferencia de ADN (técnica Southern)• Secuenciación de ADN• Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)• Prueba de gen indicador• Hibridación in situ citogenética molecular (FISH)• Micromatrices de ADN (genómica)• Matriz de mapeo de polimorfismos de nucleótido único• Citometría de flujo• Cariotipado• Ratones transgénicos/genomanipulados• Inmunoprecipitación de cromatina

Figura 3 Proceso de traducción del ADN en ARN y de traducción de códigos de proteínas y de péptidos en el ARN en proteínas, y técnicas de investigación que utilizan distintos pasos de este proceso. (Reproducida de Lee FY, ZuscikMJ, Nizami S, et al: Molecular and cell biology in orthopaedics, in O’Keefe RJ, Jacobs JJ, Chu CR, Einhorn TA, eds: Orthopaedic Basic Science, ed 4. Rosemont, IL, American Acadeny Orthopaedic Surgeons, 2013, pp 3-42.)



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procesado enzimático puede producirse por dis-tintas vías, como formación de puente disulfuro, acetilación, glucosilación y fosforilación. Las mo-dificaciones postraduccionales de ciertas proteí-nas, como distintas enzimas, son fundamentales para que su función final sea adecuada.

3. Proteómica: Es el estudio de todas las proteínas codificadas en el genoma de una célula, también denominado proteoma.

VIII. Métodos de biología molecular relacionados con ADN o con ARN mensajero

A. Citogenética molecular: Son técnicas que combinan la biología molecular y la citogenética para el análisis de un ADN específico dentro del genoma de una cé-lula. Estas técnicas son hibridación in situ mediante fluorescencia (FISH) e hibridación genómica compa-rativa (CGH). En los trastornos del sistema muscu-loesquelético, estas técnicas citogenéticas se han uti-lizado para detectar tumores óseos, para el estudio genético de deformidades anatómicas y en estudios de investigación.

B. Hibridación in situ: Esta técnica utiliza una cadena corta y marcada de ADN o de ARN (una sonda) complementaria de la sección de ADN o de ARN en una célula o en una muestra de tejido para localizar y detectar un ácido nucleico específico o una secuen-cia específica de ácidos nucleicos en la célula o en la muestra de tejido. En la técnica FISH, se establece un enlace químico entre una sustancia fluorescente y la sonda de ADN o de ARN, lo que permite identificar mediante microscopia de fluorescencia el ácido nu-cleico individual o la secuencia de ácidos nucleicos a los que se une la sonda. En los trastornos del sistema musculoesquelético, la técnica FISH se usa para de-tectar oncogenes (ARN mensajero) o genes mutados en muestras anatomopatológicas.

C. Citometría de flujo: Esta técnica se emplea para cla-sificar, analizar o contar componentes biológicos, por lo general células, haciéndolos pasar a través del aparato detector. En los trastornos del sistema mus-cueloesquelético, la citometría de flujo se ha usado para identificar tumores óseos. Por ejemplo, se han detectado células del sarcoma de Ewing mediante ci-tometría de flujo utilizando la expresión del antígeno CD99 y la ausencia del antígeno CD45 en las células cancerosas.

D. Análisis de gen indicador: Este método utiliza un gen específico como marcador o señal para estudiar la expresión y la localización de otros genes vecinos o asociados en las células. Entre estos genes producto-res de señal están los genes de la proteína de fluores-cencia verde, luciferasa y LacZ, el gen que codifica la enzima b-galactosidasa. Los análisis de gen indicador se usan con frecuencia en estudios de investigación en traumatología y cirugía ortopédica para evaluar la

VII. Terminología relacionada con la expresión génica y con la síntesis de proteínas

A. Expresión génica: transcripción: ADN→ARN mensajero

1. Transcripción: Es un proceso en el que la informa-ción contenida en la secuencia de nucleótidos del ADN se codifica en ARN mediante el ensamblado de las secuencias complementarias y correspon-dientes de ARN por la enzima ARN polimerasa. La transcripción tiene importancia clínica en los trastornos musculoesqueléticos porque debe ser apropiada para que la síntesis de proteínas y la función celular sean normales. Las alteraciones en la transcripción pueden provocar enfermedades y patologías estructurales.

2. Empalme: Es la eliminación de secuencias intró-nicas del ARN recién transcrito, que da lugar a la formación de ARN mensajero. El empalme tiene importancia clínica en los trastornos musculoes-queléticos porque las variaciones en el empalme pueden alterar las funciones de los genes y pueden causar enfermedad.

3. Factor de transcripción: Es una proteína que puede iniciar la transcripción de ADN mediante unión a sus elementos reguladores. Los factores de transcripción importantes para los trastornos musculoesqueléticos son el factor de transcrip-ción relacionado con runt-2 (RUNX2; CBF-al-fa-1), que es esencial para la diferenciación de los osteoblastos y para la morfogénesis del es-queleto; el osterix, que también es esencial para la diferenciación del osteoblasto; el SOX-9, que es esencial para la diferenciación del cartílago, y los receptores activados por proliferador de pro-teínas (PPAR) que funcionan como factores de transcripción que regulan la expresión génica, y uno de los cuales, el PPAR-g, es esencial para la diferenciación del tejido adiposo.

B. Expresión de proteínas: traducción: ARN mensaje-ro→proteínas

1. Traducción: Es el proceso en el que una secuencia de nucleótidos en el ARN mensajero actúa como código para una serie de aminoácidos que se en-samblan en el ribosoma en una proteína o en un péptido específico. El proceso de ensamblado ne-cesita varios ARN de transferencia que aporten los aminoácidos necesarios al ribosoma, donde se ensamblan según la secuencia de bases del ARN mensajero para formar la proteína o el péptido específico. La traducción correcta del ARN men-sajero en la proteína o el péptido que codifica es fundamental para la supervivencia celular. Algu-nos antibióticos, como las tetraciclinas, inhiben la unión del ARN de transferencia al ribosoma.

2. Modificación postraduccional: Es el procesado enzimático de un péptido recién formado. Este



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se ha utilizado para detectar la expresión de distin-tos ARN mensajeros en células, tejidos y líquidos. El receptor asociado al osteoclasto y su ligando se des-cubrieron mediante el análisis con la técnica de inmu-notransferencia de ARN de células osteoclastógenas RAW264.7.

H. Micromatriz de ADN complementario: Es un proce-so en el que se utiliza una superficie pequeña o matriz de un material sólido que contiene microcantidades de distintos genes o segmentos de ADN o el ARN mensajero complementario a este ADN para deter-minar si una célula o una muestra de tejido contiene los segmentos de ADN que complementan y se co-rresponden con cualquiera de los segmentos de ADN o de ARN mensajero presentes en la matriz. Si es así, los segmentos de ARN mensajero de ADN corres-pondientes se une e hibridan con los presentes en la matriz. Los genes o los segmentos de ADN presentes en la matriz están marcados con sustancias fluores-centes que actúan como sondas para facilitar la iden-tificación de los genes o de los segmentos de ADN de interés. En traumatología y cirugía ortopédica, las micromatrices de ADN complementario se usan para comparar la expresión de genes en células normales y malignas (como las células que reabsorben hueso de manera patológica, como en el osteosarcoma) y para examinar el perfil de expresión génica de los macró-fagos expuestos a biomateriales para determinar la li-beración de citocinas y de quimiocinas inflamatorias en presencia de partículas de desgaste de un implante (metal/polietileno).

I. Secuenciado de ADN: Es la identificación de las se-cuencias en la que están presentes nucleótidos especí-ficos dentro de un gen o de una región de ADN.

J. Inmunotransferencia de ADN (técnica Southern): Esta es una técnica que se emplea para detectar una secuencia específica de ADN en una muestra de ADN. En esta técnica, se utiliza una enzima (endonucleasa) para descomponer la muestra de ADN en fragmen-tos, que se colocan en un gel de agarosa sobre una placa plana a la que se aplica un campo eléctrico. Los fragmentos de ADN se desplazan a través de la placa según su tamaño y su carga eléctrica, después de lo cual se transfieren a una lámina de nitrocelulosa o a una membrana de nailon. Después se calienta en el horno la lámina de nitrocelulosa o la membrana de nailon y se expone a radiación ultravioleta para unir los fragmentos de ADN a la lámina o a la mem-brana. A continuación se expone la lámina o la membrana a una solución que contiene ADN o ARN que es complementario de los fragmentos de interés de ADN específico y que se marca con una sustancia fluorescente o cromógena que permite ver y recono-cer cualquier ADN de este tipo presente en la mues-tra original. Esta técnica de inmunotransferencia de ADN se ha utilizado en estudios de investigación en traumatología y cirugía ortopédica para identificar genes específicos de muestras de hueso. También se ha usado para determinar la presencia de varias co-

expresión de un gen específico en una célula o en un tejido. BGLAP, que codifica la osteocalcina, es uno de estos genes indicadores usados para identificar el anabolismo o la formación de hueso.

E. Reacción en cadena de la polimerasa: Es un método de replicación, o amplificación, de una región de in-terés específica en el ADN de una célula a una con-centración que puede detectarse utilizando uno de varios métodos analíticos. La amplificación se rea-liza utilizando un cebador apropiado para iniciar la transcripción de la región de ADN pertinente, con los nucleótidos complementarios necesarios para re-plicar la región de interés, con una ADN polimerasa termoestable y con otros componentes imprescindi-bles para la técnica. Para exponer la región de inte-rés que va a amplificarse, se desnaturaliza el ADN de cadena doble que contiene esta región dentro de una célula en una cadena única mediante calentamiento. Se permite que el cebador necesario para iniciar la transcripción de este ADN se una a la región de ADN que va a amplificarse, y se transcribe de manera re-petida esta región del ADN, en presencia de las bases necesarias y de la ADN polimerasa, para obtener una cantidad mensurable de la región de interés del ADN. En traumatología y cirugía ortopédica y en otras es-pecialidades, además de en estudios de investigación, la reacción en cadena de la polimerasa se utiliza para el diagnóstico de infección cuando no es factible el cultivo del microorganismo patógeno (p. ej., tuber-culosis o infección por VIH).

F. Reacción en cadena de la polimerasa-transcriptasa inversa (RT-PCR): Esta es una técnica sensible que utiliza tanto la transcripción inversa (obtención de ADN complementario a partir de una plantilla de ARN) como la reacción en cadena de la polimerasa para generar numerosas copias del ARN mensajero de un gen concreto en el genoma de una célula. Este ARN mensajero se usa como plantilla, en presencia de los nucleótidos apropiados y de ADN polimerasa, para producir varias copias del gen de interés. Los productos de la reacción en cadena de la polimerasa-transcriptasa inversa se detectan simultáneamente con una técnica denominada reacción en cadena de la polimerasa-transcriptasa inversa simultánea o reac-ción en cadena de la polimerasa simultánea cuantita-tiva (Q-PCR).

G. Inumotransferencia de ARN (técnica Northern): Es una técnica que se utiliza para identificar y cuantifi-car moléculas de ARN específicas. En esta técnica, se somete el ARN a electrofresis en gel de agarosa, que separa los ARN de diferente tamaño y carga eléctrica según su capacidad para desplazarse a través de un gel sobre una placa plana a la que se aplica un campo eléctrico. Para identificar estas moléculas de ARN se aplican a la placa sondas que se hibridan de manera específica con la molécula, o moléculas, ARN de in-terés, o se extraen de la placa las moléculas de ARN y se analizan con otros métodos. En traumatología y cirugía ortopédica, la inmunotransferencia de ARN



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PCR. Por ejemplo, un fragmento de un gen de una proteína bioluminiscente puede introducirse en una célula osteogénica, que básicamente marca la célula y hace que su evolución sea detectable mediante técni-cas de imagen molecular.

P. Transfección: Es un método para introducir ácidos nucleicos exógenos en una célula eucariota de mane-ra que estos ácidos nucleicos se incorporan al ADN cromosómico de la célula. Los ácidos nucleicos pue-den introducirse en una célula empleando distintos métodos, como la electroporación, que hace que la membrana de la célula sea permeable a la entrada del fragmento de ADN deseado y el uso de sustancias como el fosfato cálcico, que actúa por medios quími-cos para hacer permeable la membrana de la célula.

IX. Métodos biológicos moleculares relacionados con proteínas (citocinas, enzimas, factores de transcripción, marcadores de enfermedad)

A. Inmunohistoquímica/inmunocitoquímica: Es un mé-todo para detectar y localizar una proteína de interés en una célula o tejido. El método consiste en usar un anticuerpo específico para la proteína de interés que se une a dicha proteína en un tejido o en una célula. Normalmente, el anticuerpo está unido a una sustan-cia fluorescente o de otro tipo que permite identificar la proteína de interés después de que el anticuerpo se haya unido a ella. Algunas proteínas de interés detec-tadas habitualmente mediante inmunohistoquímica e inmunocitoquímica son marcadores tumorales y citocinas. En traumatología y cirugía ortopédica, la inmunohistoquímica y la inmunocitoquímica se usan para diagnosticar tumores musculoesqueléticos y he-matopoyéticos.

B. Enzimoinmunoanálisis de adsorción (ELISA): Es un método bioquímico para detectar y cuantificar una proteína soluble específica. En esta técnica, se une químicamente una enzima a un anticuerpo que re-conoce y se une a una proteína específica. Después de esta unión, la enzima que está unida al anticuerpo se expone a un sustrato, y transforma dicho sustra-to en un producto coloreado y por tanto visible que actúa como marcador para identificar la presencia de la proteína que se busca. En traumatología y cirugía ortopédica, la técnica ELISA se utiliza para identi-ficar y cuantificar la fosfatasa alcalina, la amilasa y otras sustancias de interés clínico en los líquidos, las células y los tejidos corporales.

C. Análisis de ácido bicinconínico: Es una prueba bio-química usada para determinar la concentración to-tal de proteína en una muestra de líquido corporal. En esta técnica, el péptido unido a una proteína re-duce los iones de cobre bivalentes (Cu2+) presentes en la muestra de líquido a iones de cobre monovalentes (Cu+), que forman un producto combinado de color morado con un reactante de ácido bicinconínico. La intensidad de color del producto de combinación

pias del gen de osteocalcina en los ratones en vez de una sola copia como se creía hasta entonces. También se han descubierto con esta técnica reordenaciones en el gen del receptor tipo 2 de la proteína morfogenéti-ca ósea (BMPR2).

K. Tecnología recombinante: Son una serie de técnicas que se usan para producir una proteína deseada. En la tecnología recombinante, se sintetiza a partir de sus ácidos nucleicos una secuencia específica de ADN que codifica la proteína deseada y se inserta en el ADN de una célula, que produce la proteína deseada, o se realiza RT-PCR del ADN o del ARN mensaje-ro de la proteína deseada, que sintetiza la proteína in vitro. La tecnología recombinante se ha utilizado para la producción de numerosas proteínas de interés en traumatología y cirugía ortopédica, como la pro-teína morfogenética ósea humana recombinante-2 (rhBMP-2), que estimula la formación de hueso para rellenar defectos óseos y acelera la consolidación ósea en las fracturas, la rhBMP-7, la eritropoyetina, el antagonista del ligando del receptor activador del factor nuclear-k (RANKL), que bloquea la prolifera-ción de los osteoclastos, el antagonista del factor de necrosis tumoral (TNF) y el antagonista de la inter-leucina-6 que bloquea la producción de osteoclastos. También se usa en estudios funcionales de los genes.

L. Manipulación de ADN: Son una serie de técnicas que implican el corte enzimático del ADN o del ARN, la combinación con o la inserción de segmentos de ADN o de ARN en otros segmentos de ADN o de ARN, o la copia de ADN o de ARN para producir proteínas o péptidos específicos, o para corregir de-fectos en los genes.

M. Digestión del ADN con enzimas de restricción: Es una técnica que utiliza enzimas de restricción (endo-nucleasas) que cortan el ADN bicatenario en puntos específicos determinados por la naturaleza de la en-zima de restricción. La digestión con enzimas de res-tricción es una técnica molecular de uso generalizado para eliminar fragmentos específicos de ADN de ca-denas de ADN más grandes.

N. Ligadura o pegado de fragmentos de ADN: Esta téc-nica emplea una enzima denominada ligasa, que for-ma enlaces fosfato covalentes entre los nucleótidos y que se usa para unir los nucleótidos entre sí. En los estudios de investigación en traumatología y cirugía ortopédica, la ligadura se usa para insertar fragmen-tos de ADN en secuencias más largas de ADN, inclu-so genes.

O. Transformación: Es la inserción de un gen o de otro fragmento de ADN en el genoma de una célula, que provoca la modificación genética de dicha célula. La transformación puede producirse de manera natural, mediante el paso de un fragmento de ADN a través de la membrana de una célula y la incorporación del fragmento al genoma de la célula, o mediante la in-serción en el genoma de una célula de un fragmento de ADN natural o sintético, obtenido mediante RT-



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E. Electroforesis en gel de poliacrilamida con dode-cilsulfato sódico (SDS-PAGE): Es una técnica que separa las proteínas según su peso molecular y su carga eléctrica. En esta técnica, se aplica un líquido que contiene proteínas disueltas a un extremo de un medio gel sobre una placa plana, y se aplica una co-rriente eléctrica a la placa. Al aplicar la corriente, las proteínas aplicadas a la placa se desplazan a puntos diferentes de la placa según su peso molecular y su carga. En traumatología y cirugía ortopédica, la téc-nica SDS-PAGE se utiliza para identificar, separar e investigar una amplia variedad de proteínas.

F. Tinción azul de Coomassie: Es una técnica para visua-lizar, empleando el azul brillante de Coomassie, bandas

morado es proporcional a la concentración de pro-teína en la muestra de líquido original y puede cuan-tificarse mediante técnicas fotométricas. En los cam-pos clínicos y de investigación de la traumatología y cirugía ortopédica, la prueba del ácido bicinconínico se emplea para determinar las concentraciones de distintas proteínas en muestras de líquido.

D. Análisis de fosfatasa ácido resistente a tartrato (TRAP): Es una técnica de tinción para identificar TRAP, una enzima que es un marcador frecuente de los osteoclastos (Figura 4). En el campo de la inves-tigación en traumatología y cirugía ortopédica, la prueba TRAO se usa para identificar y cuantificar los osteoclastos en muestras óseas.

OPG^

Precursor de osteoclasto en médula ósea

M-CSF^

Preosteoclasto Osteoclasto activadoPolicarión fusionado

OPG^

RANKL^

Preosteoclasto

F4/80 –TRAP +CTR +

F4/80 −TRAP −CTR −

F4/80 −TRAP −CTR −

F4/80 –TRAP +CTR +

αvβ3 +αvβ3 +αvβ3 +αvβ3 +

M-CSF^RANKL^

MITF* PU.1* • C-Fms • Bcl-2

c-Fos* NFATc1* • TRAF6 • FcRγ• GAB2 • TEC/BTK• PLCγ • CaMK • NF-κB • IKK

C-SRC* †catepsina K†CLC7 •OSTM1 †TRPV5 •PLEKHM1 †CA II •ATP6i

Ph

Marcadores fenotípicos

* Factores de transcripción

^^ Reguladores de osteoclastogénesis

• Transductores de señal y otros factores † Proteínas de osteoclartos funcionales

Monocitos Osteoclastos TRAP (+)

M-CSF + RANKL

3-4 días

Figura 4 Factores de transcripción en osteoclastogénesis. ATP: trifosfato de adenosina, BTK: tirosina cinasa Bruton, CaMK: cinasa dependiente de Ca2+/calmodulina, CTR: receptor de calcitonina, FcR: receptor Fc, GAB2: proteína de unión 2 asociada a GRB2, IKK: cinasa IkB, M-CSF: factor estimulante de colonias de macrófagos, NF-kB, amplificador cadena ligera kappa factor nuclear de linfocitos B activados, NFATc1: factor nuclear de linfocitos T activados citoplásmico 1, OPG: osteoprotegerina, OSTM: transmembrana asociado a osteopetrosis, PLC: fosfolipasa C, PLEKHM1: miembro 1 de la familia M con homología de dominio de pleckstrina, RANKL: ligando del receptor activador del factor nuclear kB, TEC: tirosina-proteína cinasa, TRAF: factor asociado a receptor de factor de necrosis tumoral, TRAP: fofastasa ácida resistente a tartrato. (Reproducida de Lee FY, ZuscikMJ, Nizami S, et al.: Molecular and cell biology in orthopaedics, in O’Keefe RJ, Jacobs JJ, Chu CR, Einhorn TA, eds: Orthopaedic Basic Science, ed 4. Rosemont, IL, American Acadeny Orthopaedic Surgeons, 2013, pp 3-42.)



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al mismo y contra distintos agentes patógenos depen-de durante los primeros años de vidas de la inmu-nidad innata o intrínseca y más adelante durante la vida, de la inmunidad adaptativa.

1. La inmunidad intrínseca o innata, que propor-ciona al organismo la defensa inicial contra sus-tancias ajenas y agentes patógenos, es estimula-da por una estructura específica compartida por un grupo de microbios. Responde con rapidez a la infección, y responderá del mismo modo ante infecciones repetidas. Las barreras físicas son la epidermis, la dermis y las mucosas. Las barreras celulares son las células fagocíticas y las células citolíticas naturales. Las barreras químicas son las sustancias antibióticas, las proteínas de la sangre (sistema del complemento) y las citocinas.

2. En la inmunidad adaptativa, la exposición a un antígeno específico inicia un proceso que provoca la proliferación de un grupo de células inmunita-rias que reconocen y “recuerdan” dicho antígeno, y que están preparadas para responder contra éste si vuelve a entrar en el organismo. Mediante la in-munidad adaptativa, el organismo, después de los primeros encuentros con antígenos diversos y es-pecíficos, es capaz de reconocerlos y de luchar con-tra ellos. La exposición posterior a los antígenos disminuye la magnitud de la reacción inmunitaria contra ellos. La inmunidad adaptativa comprende dos tipos de respuestas, denominadas respuesta in-munitaria humoral y respuesta inmunitaria celular.

a. Inmunidad humoral: Mediada por anticuer-pos, producidos por los linfocitos B, y dirigida contra antígenos específicos que pertenecen a una sustancia extraña o a un patógeno como un virus o una bacteria infecciosa.

b. Inmunidad celular: Mediada por los linfocitos T. Los linfocitos T pueden activar los macrófagos para que destruyan los antígenos fagocitados o pueden destruir directamente las células in-fectadas. Una persona que ha contraído la va-ricela desarrolla inmunidad contra el virus de la varicela. Si el virus vuelve a intentar entrar en el organismo, será atrapado por un tipo de leucocitos denominados macrófagos, que se-gregan sustancias proteicas que envían señales a otras células del sistema inmunitario para que destruyan rápidamente las células que han atrapado el virus y el virus que está en su in-terior.

B. Mediadores inmunitarios y regulación de la masa ósea (Tabla 7)

1. La destrucción ósea inflamatoria u osteolisis se ve clínicamente en la artritis reumatoide (fármacos antirreumáticos modificadores de la enfermedad), en la enfermedad inflamatoria crónica, en la perio-dontitis y en la osteolisis por partículas de desgaste. Los osteoblastos y los osteoclastos se comunican e interactúan en la regulación de la masa ósea.

de proteínas que se han separado mediante SPS-PAGE. El colorante se une a las proteínas de manera inespecí-fica. Esta técnica se emplea en investigación biomédica para observar proteínas en geles SDS-PAGE. Esto puede usarse para separar e identificar proteínas por tamaño (como las proteínas de la matriz ósea o las proteínas morfogenéticas óseas) en una muestra de tejido para investigación e identificación complementarias.

G. Inmunotransferencia de proteínas (técnica Western): Es una técnica que se emplea a menudo para identificar una proteína de interés específica en un homogeneiza-do o en un extracto de tejido. Esta técnica consiste en una separación de las proteínas mediante SDS-PAGE, seguida de una transferencia o desplazamiento de las proteínas sobre el gel de poliacrilamida a una mem-brana. Después de esta transferencia, la proteína de interés se detecta en la membrana mediante aplicación de un anticuerpo ligado a una enzima que se une de manera específica a la proteína de interés y que a conti-nuación se expone a una sustancia de la que la enzima ligada produce un producto “marcador” coloreado para identificar la proteína. En traumatología y ciru-gía ortopédica, la técnica Western se usa para investi-gar la expresión de proteínas específicas en muestras tisulares. Gracias a esta técnica, es posible identificar proteínas que pueden estar desreguladas en un estado de enfermedad, o descubrir relaciones de causa-efecto en algunas funciones óseas como la osteoclastogénesis.

H. Inmunoprecipitación: Es una técnica para precipitar una proteína en una solución utilizando un anticuer-po específico que se une a la proteína de manera específica. La inmunoprecipitación se usa en inves-tigación en traumatología y cirugía ortopédica para identificar proteínas y determinar la presencia de una proteína que podría utilizarse para descubrir meca-nismos biológicos óseos.

I. Prueba de inmunoprecipitación de cromatina (ChIP): Es un tipo de prueba de inmunoprecipitación usada para examinar las interacciones y las localizaciones de proteínas con el ADN en una célula. Esta prue-ba se utiliza en investigación para analizar proteínas, como los factores de transcripción, que están asocia-das a regiones específicas del ADN.

J. Análisis proteinómico comparativo: Es una técnica que emplea un ordenador y una máquina de secuen-ciación de péptidos para realizar un análisis rápido y exhaustivo de todas las proteínas en tejidos o células. Este método de análisis permite al investigador en traumatología y cirugía ortopédica crear un perfil de actividad proteica en una muestra ósea normal, ma-ligna o tratada, que puede llegar a ser muy útil para investigación sobre fármacos.

X. Inmunología

A. Inmunidad innata y adaptativa: La defensa del orga-nismo contra sustancias y proteínas extrañas o ajenas



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b. División asimétrica, que produce una célula madre y una célula progenitora, que se dife-rencia en un tipo concreto de célula.

3. Las células madre mesenquimatosas son células ma-dre somáticas que pueden diferenciarse en condroci-tos, osteoblastos, fibroblastos, tenocitos y adipocitos.

B. Células madre embrionarias

1. Se obtienen a partir de la masa celular interna de un blastocisto (Figura 1).

2. Se caracterizan por dos propiedades importantes:

a. Pluripotencia, la capacidad de las células ma-dre embrionarias para diferenciarse en células de cualquiera de las tres capas germinales: mesodermo, endodermo o ectodermo.

b. Autorrenovación, que permite a las células madre embrionarias multiplicarse y permane-cer en un estado indiferenciado, propagando así más células madre embrionarias.

3. Pueden verse afectadas por un rechazo de injerto contra el huésped.

C. Células madre pluripotentes inducidas

1. Las células madre pluripotentes inducidas se ob-tienen por medios artificiales a partir de las célu-las madre pluripotentes (Figura 2).

2. Los estímulos inflamatorios puede aumentar la expresión de RANKL por los osteoblastos, un miembro de la superfamilia de proteínas TNF y la molécula clave que induce la osteoclastogénesis.

3. Algunos factores anabólicos como el factor de crecimiento transformante beta (TGF-b) y las proteínas mofogenéticas óseas (BMP) pueden es-timular las células precursoras de los osteoblastos para que se diferencien en osteoblastos.

XI. Células madre

A. Células madre somáticas adultas (Figura 5)

1. Células indiferenciadas presentes en el organismo con capacidad de autorrenovación y de multipo-tencia.

2. Las células madre somáticas adultas pueden divi-dirse de manera indefinida y también son capaces de producir distintos tipos de células diferentes, lo que consiguen mediante dos tipos de división celular:

a. División simétrica, en la que las células madre somáticas se multiplican y producen más célu-las madre somáticas.

Tabla 7

Fármacos antirreumáticos modificadores de la enfermedad más utilizados para tratar la artritis reumatoideFármaco Tipo de fármaco Objetivo Mecanismo de acción

Abatacept Proteína de fusión recombinante

Receptores MHC

Se une a receptores en las células presentadoras de antígenos para bloquear la activación de linfocitos T

Anakinra Antagonista de receptor Receptores IL-1

Se une a receptores IL-1 para bloquear la vía de señalización proinflamatoria IL-1

Canakinumab Anticuerpo monoclonal IgG IL-1b Se une a IL-1b con alta afinidad para inhibir IL-1b y la asociación al receptor

Infliximab Anticuerpo monoclonal híbrido humano-murino recombinante

TNF-a Se une a TNF-a. El fármaco tiene más afinidad por TNF-a que el receptor, por lo que el TNF-a puede disociarse de su receptor

Adalimumab Anticuerpo monoclonal recombinante

TNF-a Se une a TNF-a e inhibe las interacciones de esta citocina con receptores p55 y p75

Etanercept Proteína de fusión recombinante

TNF-a Compite con receptor TNF-a por la unión de TNF-a

Tocilizumab Anticuerpo monoclonal humanizado

Receptores IL-6

Se une a los receptores IL-6 para inhibir la asociación entre el receptor e IL-6

Sulfasalazina Combinación de sulfapiridina y ácido 5-salicílico

Desconocido Regula la respuesta de los linfocitos B y la angiogénesis

Metotrexato Antagonista del ácido fólico Dihidrofolato reductasa

Inhibe la actividad dihidrofolato reductasa, y esto produce una inhibición dependiente de adenosina de la inflamación

IgG: inmunoglobulina G, IL: interleucina; MCH: complejo mayor de histocompatibilidad, TNF: factor de necrosis tumoral.



1: A

spec

tos

bás

ico

s

3. En la actualidad están investigándose similitudes entre las células madre pluripotentes inducidas y las células madre embrionarias. Ya se han obser-vado algunos paralelismos entre estos dos tipos de células, como el tiempo de duplicación celular, la formación de un cuerpo embrioide, la forma-ción de teratoma y los patrones de metilación de la cromatina.

2. La transducción vírica se utiliza para inducir las células adultas diferenciadas a presentar una evo-lución retrógrada en células madre mediante ge-nes asociados a las células madre.

a. Los genes asociados a las células madre son SOX2, Oct3/4, c-Myc, KLF4 y otros. Estos ge-nes son importantes para la capacidad de auto-rrenovación de las células madre pluripotentes. Son importantes para inducir pluripotencia.

Células madre hematopoyéticas

Estirpe de linfocitos T

Estirpe de linfocitos B

Th0

Th1 Th2

Células madre linfoides Células madre mieloides

Eritrocito

Megacariocito

Monocito

Granulocito

Linfocito B

Célula plasmática

Linfocito T citotóxico

Linfocito T colaborador

Linfocito T regulador Linfocito T supresor

Célula dendrítica Célula de Langerhans (piel)

Osteoclasto Macrófago

• Producción de anticuerpo• Inmunidad humoral• Mieloma múltiple

• Osteoporosis• Osteolisis de origen tumoral• Reacción de cuerpo extraño (implantes)• Fagocitosis

• Histiocitosis• Diana celular VIH• Célula presentadora de antígeno

• Inflamación• Osteomielitis• Artritis séptica

Plaquetas

• Hemostasia• Trombosis

• Anemia• Eritropoyetina humana recombinanteEritroblasto

• Neutrófilo• Eosinófilo• Basófilo

• Linfocitos CD4+• VIH

• Linfocitos CD8+• Linfocito T citolítico• Hepatitis

• CD4/8/FOXP3+• Inhibe autoinmunidad• AR

Th17

• Producción IL-17• Inflamación• Enfermedad autoinmune• AR, psoriasis

Estirpe Th17

Figura 5 Implicaciones en traumatología y cirugía ortopédica de la diferenciación de céluals madre hematopoyéticas. IL: inter-leucina, AR: artritis reumatoide. (Reproducida de Lee FY, ZuscikMJ, Nizami S, et al.: Molecular and cell biology in or-thopaedics, in O’Keefe RJ, Jacobs JJ, Chu CR, Einhorn TA, eds: Orthopaedic Basic Science, ed 4. Rosemont, IL, American Acadeny Orthopaedic Surgeons, 2013, pp 3-42.)



1: Asp

ectos b

ásicos

Zuscik MJ, Drissi MH, Chen D, Rosier RN: Molecular and cell biology in orthopaedics, in Einhorn TA, O'Keefe RJ, Buc-kwalter JA, eds: Orthopaedic Basic Science, ed 3. Rosemont, IL, American Academy of Orthopaedic Surgeons, 2000, pp 3-23.

Bibliografía

Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K, Watson JD: Molecular Biology of the Cell, ed 4. New York, NY, Garland Publishing, 2002.

Shore EM, Kaplan FS: Tutorial: Molecular biology for the cli-nician. Part II: Tools of molecular biology. Clin Orthop Relat Res 1995;320:247-278.

Puntos clave a recordar

1. La transducción de señal es el proceso por el que se-ñales extracelulares, en forma de sustancias que se unen a receptores en una membrana celular o por otros medios, actúan para provocar una respuesta específica en una célula.

2. El ARN mensajero transporta a los ribosomas de una cé-lula la información genética contenida en el ADN, donde esta información se transforma en proteínas y péptidos.

3. El ADN es un polímero bicatenario en el que cada cadena está formada por desoxirribonucleótidos unidos entre sí por enlaces covalentes.

4. El genoma de una célula o de un organismo es el con-junto completo de sus genes, que codifican la estructu-ra de todas las proteínas y otra información genética.

5. Un transgen es un gen insertado de manera artifi-cial en un embrión de una sola célula.

6. Toda la información genética presente en un con-junto haploide de cromosomas, formado por la mi-tad de una de las parejas de cromosomas presentes normalmente en el núcleo de una célula eucariota, constituye el genoma de un ser humano individual.

7. Una mutación autosómica es una mutación de un gen localizado en un cromosoma diferente de los cromosomas X o Y.

8. La hibridación in situ es una técnica que consiste en usar una cadena corta de ADN o de ARN marcada (una sonda) complementaria de una sección de ADN o ARN en una muestra celular o tisular para localizar y detectar un ácido nucleico específico o una se-cuencia específica de ácidos nucleicos en la muestra celular o tisular.

9. La tecnología recombinante consiste en unir seg-mentos de ADN o de ARN con otros segmentos de este tipo o en introducir dichos segmentos en seg-mentos más grandes de ADN o ARN para producir proteínas o péptidos específicos.

10. El infliximab es un anticuerpo monoclonal que impi-de la unión del TNF-a a sus receptores en las células.

11. Los estímulos inflamatorios pueden aumentar la expresión de RANKL por los osteoclastos, una molécula clave en la proliferación de los os-teoclastos.

AAOS COR 2 - cap1de hormonas esteroides. El retículo endoplasmático liso de las células...

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