Estudio de la Herencia Poligénica

Asignatura: Laboratorio de Genética (Segundo semestre)

Resumen

Las características fenotípicas, enfermedades, y algunas formas de comportamiento que no siguen patrones herencia clásicos o mendelianos, pertenecen a los modos de Herencia Atípicos. En éstos podemos encontrar a la herencia Poligénica o multifacorial, en la cual, los rasgos fenotípicos están determinados por factores genéticos en los que intervienen varios genes y que además están influenciados por factores ambientales modificando dichos rasgos, haciendo que la gama de características fenotípicas sea más amplia. Este documento es una adecuación de uno de los productos presentados para obtener el Certificado de Competencia Laboral en el Estándar EC0121: Elaboración de proyectos de aprendizaje integrando el uso de tecnologías de la información y comunicación. Elaborado en los Cursos impartidos por la DISA de la UAEH, y ejemplifica la forma en que el alumno debe utilizar integralmente los conocimientos básicos estadísticos y las TIC, analizando cuantitativamente la estatura, el peso, el Índice de Masa Corporal y el TRC, características que pueden ser utilizadas de manera simple para lograr un aprendizaje significativo de este modo de herencia.


Palabras clave: Herencia poligénica, Herencia Multifactorial, herencia no mendeliana.

Abstract

Phenotypic characteristics, disease, and some forms of behavior that do not follow classic or Mendelian inheritance patterns belong to Heritage Atypical. In this we can find the Polygenetic or multifactorial inheritance, in which phenotypic features are determined by several genes and also influenced by environmental factors modifying these traits, causing that phenotypical range becomes larger. This document is an adaptation of one of the products submitted to obtain the Certificate of Competency in EC0121 Standard: Elaboration of learning projects by integrating the use of information and communication technologies. It was made in the courses offered by the DISA of UAEH and exemplifies the way in which students should integrally use basic statistical knowledge and ICT, by quantitative analysis of height, weight, body mass index and CRT, as characteristics that can be used easily to achieve the meaningful learning of this mode of inheritance.


Keywords: Polygenetic inheritance, multifactorial inheritance, Non-Mendelian inheritance.

MARCO TEÓRICO

Desde principios del siglo XX se vio en la necesidad de encontrar una forma de herencia que explicara los casos que no seguían criterios de herencia mendeliana, los genetistas determinaron que muchas enfermedades no se presentaban de acuerdo a los patrones monogénicos y en las que la influencia del ambiente era evidente. A este tipo de herencia se le denomino poligénica, multifactorial o no mendeliana 1- 7.

La herencia poligénica, también denominada multifactorial, se define como un patrón de herencia en el que los rasgos fenotípicos están determinados por factores genéticos que a menudo son varios genes y por factores ambientales 1- 7 .

La herencia poligénica no se puede analizar empleando los pedigríes o estudiando los cromosomas; se da cuando algún carácter se debe a la acción de más de un gen que pueden tener además más de dos alelos, lo cual origina numerosas combinaciones que son la causa de que exista una gradación en los fenotipos aunado al efecto ambiental. Estos caracteres tienen ciertas características comunes 1- 7 :

  1. Los rasgos se cuantifican midiéndose.
  2. Los rasgos son controlados por 2 o más genes resultando en un efecto aditivo.
  3. Los rasgos son controlados por efecto de alelos múltiples.
  4. Los fenotipos de los rasgos poligénicos y multifactoriales varían de expresión por efecto de los factores ambientales.

La teoría poligénica de caracteres cuantitativos postula que estos son debidos a la coexistencia de múltiples genes que conjuntamente con la influencia del ambiente resultan en un continuo de variación cuantitativa. Los enfermos corresponderían al extremo del rango discontinuo. Se debe a este tipo de herencia el color de la piel en nuestra especie, por eso existen tantas posibilidades y tal variación de coloración entre las diversas poblaciones humanas 1- 7 .


Figura 1. Distribución normal de alelos en una población para herencia poligénica


Algunos ejemplos fenotípicos de este tipo de herencia son la estatura, el peso, el color del pelo, ojos o de la piel, la inteligencia y los patrones de comportamiento, entre otros 1- 7 .


Figura 2. Curva de distribución normal para la estatura.


Dentro de las enfermedades multifactoriales se encuentran los trastornos del desarrollo prenatales que originan malformaciones genéticas, como labio y paladar hendido, cardiopatías congénitas y numerosas enfermedades frecuentes en la vida adulta como diabetes e hipertensión 1- 7 .

Estas enfermedades son resultado de uno, dos o más genes diferentes que en conjunto pueden causar un afecto grave. Se calcula que estas enfermedades multifactoriales afectan alrededor del 5% de la población infantil y al 60 % de la población adulta 1- 7 .


Tabla 1. Alteraciones que muestran una herencia multifactorial.


Características de las enfermedades con patrón de herencia multifactorial 1- 7 :

  1. 1. Agregación familiar, sin un patrón claro de herencia en una familia
  2. 2. El riesgo es mayor para parientes en primer grado, mucho menor para parientes en segundo grado y desciende conforme el parentesco es más lejano.
  3. 3. El riesgo de recurrencia es mayor cuanto más afectados hay en la familia.
  4. 4. El riesgo de recurrencia aumenta cuanto más grave es la malformación.
  5. 5. Si un rasgo multifactorial es más frecuente en un sexo, el riesgo familiar es mayor si el afectado es del sexo menos susceptible.
  6. 6. El riesgo de recurrencia familiar de un rasgo multifactorial aumenta si hay consanguinidad.

Existe un límite de adición de factores por debajo del cual el rasgo no se expresa llamado umbral. Cuando se sobrepasa el umbral el rasgo se hace aparente. Algunos individuos exceden el umbral, pese a tener poca exposición a factores ambientales, porque tienen riesgo genético alto, y otros lo hacen por exposición a una carga ambiental elevada, pero una vez que se alcanza el umbral, el resultado es el mismo 1- 7 .


Figura 3.Efecto del umbral en subpoblaciones


Para ciertas malformaciones congénitas, cuya aparición se explica por medio delo modelo de umbral, aparecen más frecuentemente en un determinado sexo por ejemplo; los defectos de cierre del tubo neural son más frecuentes en niñas y la estenosis pilórica en varones. La manifestación del rasgo en un individuo del sexo menos afectado, se relaciona con un mayor riesgo de recurrencia en su familia, debido a que una carga genética más alta ha sido necesaria para que esto ocurra. El modelo de umbral está basado en análisis estadístico de agregación familiar de rasgos. Los genes involucrados pueden no conocerse, pero la aparición del rasgo resulta sin dudas de su crítica combinación con factores ambientales, los que tal vez, si se asociaran a otra constitución genética, resultarían totalmente inocuos 1- 7 .

Los fenotipos de las enfermedades con herencia poligénica los podemos dividir en dos: los rasgos cualitativos y los cuantitativos. A la enfermedad en la que está presente o ausente se le denomina un rasgo discreto cuantitativo, ya que el individuo tiene la enfermedad o no la tiene. Y los rasgos cuantificables bioquímica o fisiológicamente son por ejemplo: la talla, la presión sanguínea, el índice de masa corporal o el colesterol plasmático, que se relacionan con muchas enfermedades comunes en la población. Una característica de las enfermedades con herencia poligénica o multifactorial es que los individuos afectados pueden presentar una agregación familiar; sin embargo, esta agregación no significa que esta posea un efecto genético, por lo tanto los miembros de una familia pueden desarrollar el mismo rasgo o enfermedad solo por azar, sobre todo si son comunes en la población 1- 7 .

A lo largo de la historia, el hombre ha usado diversos métodos de identificación con la finalidad de separar a los individuos de sus semejantes; sin embargo ninguno de los métodos de utilizados ha resultado adecuado hasta que se adoptó la dactiloscopia. Francis Galton, en 1890, sugirió a las huellas dactilares como una forma adecuada para la identificación de los humanos, un ejemplo de su utilidad es el estudio de la huella del recién nacido para el diagnóstico precoz de anormalidades cromosómicas 1- 7 .

En las huellas dactilares, al igual que los demás caracteres de herencia poligénica, su herencia se ve influida por los factores ambientales aunque, por la precocidad y rapidez de su desarrollo, el fenotipo no cambia después el nacimiento. Las huellas dactilares se pueden detectar a partir de la 6ª semana del desarrollo fetal, llegando a su mayor desarrollo hacia las semanas 12-13. Posteriormente adquieren la morfología final que ya no se alterará durante el desarrollo restante 6 .

Los patrones de los dibujos de las huellas se pueden clasificar en tres grupos principalmente:



  1. Arcos: Los patrones de arco tienen líneas que empiezan en un lado de la huella, van hacia el centro y salen del otro lado de la huella.
  2. Lazos: Los patrones de lazos tienen líneas que empiezan en un lado de la huella, van aumentando hacia el centro, se regresan y salen del mismo lado en que empezaron.
  3. Espirales: Los patrones en forma de espiral tienen muchos círculos que no se salen de cualquier lado de la huella.

El arco es el patrón más simple y menos frecuente. Las frecuencias de estos tres patrones en la población son de 5,0% para el arco, 5,4% para el lazo radial, 63,5% para el lazo cubital, y 26,1% para el espiral 6 .


Holt en 1968 determinó que para varones la media es de TRC es de 145, mientras que para las mujeres es de 126.


Características de algunos síndromes comunes:

  1. Trisomía 21: dedos con lazos cubitales generalmente, lazos radiales en dedos 4 y 5.
  2. Trisomía 18: líneas poco desarrolladas, gran frecuencia de arcos. En los pulgares sin arcos, con lazos radiales, recuentos TRC bajos.
  3. Síndrome de Turner (45,X): alto recuento TRC sin aumento de espirales.

OBJETIVO 5

El alumno comprenderá las características de la herencia poligénica, determinando a través de la aplicación de pruebas estadísticas y el uso de las Tecnologías de Información y comunicación, los parámetros de distribución normal de estatura, peso, cálculo del IMC, la morfología y recuento de las líneas de las líneas dactilares, basándose en observaciones y datos obtenidos en el laboratorio.

MATERIAL Y PROCEDIMIENTO 5



A.- Recuento de las líneas de las huellas dactilares:

  1. 1. Tomar las huellas dactilares de los alumnos en el formato de recogida de huellas
  2. 2. Clasificar el tipo de huella de acuerdo al patrón de las líneas.
  3. 3. Realizar el recuento parcial de las líneas de cada huella.
  4. 4. Realizar el conteo total de cada mano.
  5. 5. Llevar a cabo el recuento total de ambas manos.
  6. 6. Recopilar los datos en la tabla para todo el grupo.
  7. 7. Hacer el análisis de frecuencias para los TRC del grupo.

B.- Estaturas, peso e Índice de Masa Corporal (IMC):

  1. 1. Medir la estatura y el peso de todos los miembros del grupo
  2. 2. Calcular el IMC e identificar el estado nutricional con base en este dato.
  3. 3. Realizar el análisis de frecuencias para los datos de estatura, peso y del IMC.
  4. 4. Graficar por separado para ambos datos obtenidos.
  5. 5. Separa los datos por sexo, realizar el análisis de frecuencias y graficar los resultados obtenidos.

Resultados

Con ayuda de la Herramienta tecnológica computacional de EXCEL, se realizó el análisis de datos. En la siguiente tabla se presentan el concentrado de datos obtenidos de 42 alumnos de segundo semestre y se realizó el cálculo de IMC para determinar el estado nutricional de cada uno de ellos, de los cuales se obtuvieron las gráficas que se muestran posteriormente.


Tabla 2. Datos obtenidos de población de estudiantes


TRC y Patrones de Huellas Dactilares

En el laboratorio se realizó la recogida de datos para el análisis del patrón de huellas dactilares y sus líneas a partir del TRC. Del patrón de huellas se determinó la frecuencia con que se repetían en los dedos de los alumnos, encontrando que el patrón que más frecuente es el de los lazos, que tuvo una distribución del 59% en las 420 huellas analizadas en todo el grupo, seguida por las espirales con una distribución del 30% y finalmente los arcos con un 11%. (Gráfico 1)

Al realizar un análisis de frecuencias de los TRC del grupo de estudio, encontramos a través de los histogramas de la Gráfica 2, que el valor de TRC que se observa con más frecuencia en la población general está entre los valores de 101-140 y 141-180, que es el punto en el que de mayor concentración para la población con el recuento total de líneas en ambas manos. Al analizar ese mismo dato separando por sexo (Tabla 3), se observa que el valor que con más frecuencia en los hombres es un TRC de 101-140, mientras que en las mujeres es el de 141-180.


Gráfico 1. Frecuencia de Patrones de Huellas dactilares en Alumnos.


Gráfico 2. Frecuencia de TRC en Alumnos.


Tabla 3. Promedio de TRC por género


Al calcular los promedios de las TRC en la población se observa que para las mujeres su valor, de 146.33 cae dentro del rango que más se repite en el histograma, mientras que en los hombres y el grupal no, ya que sus valores promedio son de 180.37 y de 165.39; el que más se repite (pico del histograma) es de 101-140 en ambos casos.

Histogramas de Estaturas

Se realizaron los histogramas para las estaturas, encontrando que en la población general el pico de éste se observa en el rango de 1.61-1.70m (Gráfico 3). La estatura promedio grupal es de 1.66m, entrando en el rango de valores que más se repiten en esta población, con 17 personas de un total de 42.


Gráfico 3. Estatura de alumnos de segundo semestre.


Gráfico 4. Estatura en mujeres.


Gráfico 5. Estatura en hombres.


Al realizar el análisis separando la población por sexo, se observa que en los hombres (Gráfico 4) el rango de estatura más repetido es de 1.71-1.80m (12 personas), mientras que en las mujeres (Gráfico 5) es de 1.61-1.70m (9 personas).

Histograma de Pesos

Al realizar el histograma de distribución del peso en la población general y por sexo, se observa que los rangos de peso con mayor población son de 51-55 y 56-60 Kg para las mujeres y para el total de la población, mientas que en el caso de los hombres es de 78-80 Kg. El valor promedio de peso observado en la población estudiada es de 67.5 Kg.


Gráfico 6. Peso de los alumnos de segundo semestre.


IMC y Estado Nutricional


Gráfico 7. IMC de los alumnos de segundo semestre


Gráfico 8. Estado nutricional de los alumnos.


Gráfico 9. Frecuencia del estado nutricional de los alumnos.


Gráfico 10. Frecuencia del estado nutricional por sexo.


Finalmente, se calculó en IMC con los datos de Talla y Peso de la población general y separada por sexo, observando que el IMC que más se presenta en el grupo completo y sólo en mujeres es de 20-21, mientras que para los hombres es de 22-23 (Gráfico 7).

Respecto al estado nutricional general de los alumnos, el 55%, es decir, la mayoría de ellos (23) se encuentra dentro de su peso normal, repartido en proporciones parecidas entre hombres y mujeres en un 29 y 26% respectivamente. Del 33% de los alumnos (14) del grupo que presentan sobrepeso, éste se presenta en un 10% en hombres y en 14% en mujeres; el 10% (4) presentan obesidad, todos ellos son hombres, y el 2% se encuentra en infrapeso correspondiendo a una mujer.

Discusión

Al estudiar los TRC para el estudio de la herencia poligénica a través del análisis de frecuencias y graficar mediante histogramas, éstos tienen un comportamiento muy parecido al esperado, tanto en población general, como al separarlos por sexo; sin embargo, tras esta clasificación por género es posible ver que existen valores de TRC que los hacen diferentes, tanto en el valor promedio de TRC, que es muy distinto para los géneros, como para el rango que más se repite. Los valores umbrales se pueden determinar cómo menos de 21 líneas y más de 400. La frecuencia de aparición de los distintos patrones de las huellas dactilares difiere en porcentajes, pero es congruente respecto a lo esperado, es decir, más frecuentemente presencia de lazos, seguida de espirales y por último los arcos en menor proporción de distribución.

Algo similar sucede con los valores obtenidos en la estatura, ya que como se observa en la gráfica general, ésta presenta un patrón idéntico al reportado en la bibliografía. Al separar por género, se observa el incremento en la estatura de la población femenina sin un decremento esperado, mientras que en los hombres baja súbitamente para los valores mayores. Es probable que factores ambientales como la alimentación y el ejercicio hayan contribuido a que en esta población universitaria se haya pasado de una estatura promedio a una preferentemente alta. Los valores de umbral se pueden determinar en la gráfica general, ya que ésta sí presenta la campara tipo Gauss, proponiendo que estos valores están por debajo de 1.45m y por encima del 1.90m. Para mujeres el valor umbral sería el mismo, y para varones sería de 10cm más que en mujeres. Esto indica que por sexo, el hombre tiene una tendencia umbral que debe establecerse adecuadamente.

En el caso del peso, se observa una tendencia a formarse la campana de Gauss, no obstante cuando comienza a decrecer la curva esperada, vuelve a subir; esto indica que los estilos de vida como el sedentarismo y la mala alimentación, en parte de la población, han modificado los valores esperados, por lo que se tendrían que aislar a los alumnos con sobrepeso e infrapeso para determinar nuevamente los valores de umbral, aunque es evidente que este valor, inferior en mujeres, está por debajo de los 42.5Kg, y por encima de los 65Kg, mientras que para los hombres es de menos de 55Kg y más de 85 Kg. Esto indica que quienes sobrepasan estos valores, si no están acorde a su altura, estarían en infrapeso y sobrepeso respectivamente.

Es por ello que el estudio del IMC ha tomado mucha fuerza para determinar si la persona se encuentra en el estado nutricional que le corresponde, de acuerdo a su estatura. Se encontró que en la población, como se esperaba, la campana tipo Gauss se empezaba a formar y cuando comenzaba a decrecer, nuevamente crecía la población con valores altos de IMC por encima de los 26 puntos, valor en el que se debería observar el umbral. Todo esto señala que en la población estudiantil el sobrepeso y la obesidad han ganado terreno, especialmente en los varones, mientras que el infrapeso es observado principalmente en mujeres. Estos rasgos, como lo hemos visto en la herencia poligénica, son influenciados por el medio ambiente, tienen su causa social y no es raro observar que las mujeres sean las que presenten infrapeso por los patrones de esbeltez que nos muestran en los medios de comunicación masiva, como la televisión y las revistas, mientras que el problema de obesidad está impactando más a la población masculina. Sería interesante verificar las causas que provocan que el comportamiento poblacional no es normal y no permiten ver el valor umbral en las gráficas de peso e IMC. Solo el 55% de la población presenta IMC normal y está similarmente distribuido entre mujeres y hombres, mientras que el resto 45% sale de los parámetros saludables.

Conclusiones

El estudio de los patrones fenotípicos que presentan más de dos variantes para una misma característica, permite al alumno de médico cirujano comprender la importancia de la herencia poligénica así como muchos de los rasgos, características y principalmente enfermedades que están relacionados con este tipo de herencia, ya que el conocer al máximo estos datos es de vital importancia para los futuros profesionales de la salud, pues al realizar un adecuado análisis de resultados a partir de los histogramas, aprenden a deducir los valores umbral que permiten establecer los parámetros a partir de los cuales comenzaremos a observar la aparición de una enfermedad.

Saber manejar adecuadamente los parámetros normales que ya se han establecido en tablas y gráficas permitirá al futuro profesionista de la salud, dar a conocer a los pacientes y familiares de éstos cómo, a partir de los rasgos genéticos y los etilos de vida, se desarrolla o desarrollará una enfermedad por herencia poligénica como es el caso de la diabetes mellitus, hipertensión, etc., y encontrar las estrategias disponibles para reducir el riesgo de padecer estas enfermedades.


Referencias Bibliográficas

1. Cardesa J, Galán E. Herencia no tradicional. Pediatr. Integral. 2002; 6 (9): 775-782.

2. Pinto-Escalante D, Ceballos-Quintal JM, Castillo-Zapata I, López-Ávila MT. Fundamentos y actualidades del asesoramiento genético. Rev. Biomed. [revista en Internet]. 2001 julio-septiembre. [acceso 15 de febrero de 2013]; 12 (3): 186-195. Disponible en: http://www.revbiomed.uady.mx/pdf/rb011236.pdf

3. Zavala C. Interacción genético ambiental en las enfermedades hereditarias. En: Guizar-Vazquez J. Genética Clínica. Diagnóstico y manejo de las enfermedades hereditarias. 3ª ed. México: Manual Moderno; 2001. p. 251-258

4. López-Santillán IC, Figueroa-Gutiérrez AH, Hernández-Ceruelos A. Manual de Prácticas de Genética. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. 2013. p.56-63

5. Nusbaum RL, et al. Thompson & Thompson. Genética Médica. 7ª ed. España: Elsevier Masson; 2008. p. 151-173

6. Sistema de Laboratorios para el Desarrollo y la Innovación (SILADIN) “Dr. Juan Manuel Lozano Mejía” [sede Web] México: SILADIN Oriente; 2008 [acceso 20 de Marzo de 2013] Corona M, Dávila M, García J, Saitz S, Velásquez M. Mecanismos de la herencia, Herencia no Mendeliana: dominancia incompleta, alelos múltiples y herencia ligada al sexo. Disponible en: http://siladin.cch-oriente.unam.mx/coord_area_cienc_exp/biologia/GuiaBioI/H.POLIGEN.pdf

7. Solari AJ. Genética Humana. 3a ed. Buenos Aires, Argentina: Médica Panamericana. 2007. p.285-299.


[a] Profesor Investigador de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo