El origen de la enfermedad
Grupo de Telómeros y Telomerasa
Centro Nacional de Investigaciones
Oncológicas (CNIO), Madrid, España
La “edad” del cáncer
40-50 años
El mayor factor de riesgo para desarrollar cualquier enfermedad
(incluido el cáncer) es el envejecimiento
El envejecimiento saludable es un de los “grandes retos”
de la Comisión Europea para la próximas décadas
2009
65 años-> 17% de la población
(25% octogenarios)
2050 (proyección)
65 años-> 30 % de la población
(30% octogenarios)
Infancia/juventud/adulto envejecimiento
Cancercardiovascular
diabetes
enfermedad renal
inmunosenescencia
neurodegeneration
etc…
causa
consecuencia
intervenciones
terapéuticas
envejecimiento
Cancercardiovascular
diabetes
enfermedad renal
inmunosenescencia
neurodegeneration
etc…
Infancia/juventud/adulto
Entender las causas del envejecimiento para combatir la enfermedad
genética
ambiente
biomarcadores
para prevención
y diagnostico
hasta ahora futuro
Un cambio de paradigma
Linda Partridge
Lopez-Otín, Blasco, Partridge, Serrano & Kremer, Cell, 2013
Las causas del envejecimiento
telómerostelómeros
Cromosoma
(célula parental)
Los telómeros se acortan cada vez que nuestras células se dividen
“problema para copiar los extremos”
Pérdida de ADN de los extremos
Cromosoma
(célula hija #1)
Cromosoma
(célula hija #2)
Un gen embrionario llamado telomerasa es capaz de alargar los
telómeros en el estadío pre-implantacional, reseteando lo longitud de
los telómeros
Sin embargo, la telomerasa, se “apaga” al nacer… pero…
Las células cancerosas re-activan a la telomerasa, escapando así de la
mortalidad y convirtiendose en inmortales
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
genes telomeres
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
cell death
cell senescence
aging
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
genes telomeros
cancer
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
TTAGGG TTAGGG
AATCCC AATCCC
cancer(> 95% de los
cánceres activan
telomerasa)
highL
on
git
ud
telo
méri
ca
enfermedad
salud
edad
Telómeros, telomerasa, y envejecimiento
Patología humanas debido a mutaciones en telomerasa
(“SINDROMES TELOMERICOS”)
dysqueratosis congenita (DKC1, Terc, Tin2)
anemia aplásica (Terc, Tert, Tin2)
fibrosis pulmonar (Terc, Tert)
atrofias digestivas (Terc,Tert)
Pérdida prematura de la capacidad regenerativa
de la piel, la médula ósea, el pulmón, el intestino…
Longitud telomérica=biomarcador de
envejecimiento
Percentiles bajos de longitud telomérica=
Mayor riesgo de enfermedad (cardiovascular,
neurodegenerativas, infecciones…)
Blackburn & Epel, Nature, 2012
La longitud de los telómeros es un reflejo de los estreses vitales
# Los hábitos de vida influyen la longitud de los telómeros: fumar, ejercico, obesidad
# El estres percibido acorta los telómeros en adultos (Epel et al., PNAS, 2004)
# El estres durante la infancia o el stress de la madre durante el embarazo acorta los
telomeros prematuramente (Shalev et al, Mol Psychiatry, 2012; Entringer et al., PNAS,
2011)
# Los desordenes de personalidad (bipolaridad) acortan los telomeros (Elvsashagen et
al., J. Affect. Disord., 2011)
Canela et al., PNAS, 2007
0 5 10 15 200
20
40
60
mean telomere length (kb)
freq
uen
cy
Mean TL
% Short telomeres
1) Obtaining blood sample (5 ml) 2) HT Q-FISH 3) Confocal microscopy
4) Capture of individual telomeres5) Data processing6) Data analysis
Desarrollo de una tecnología para medir los telómeros cortos
Canela et al., PNAS (2007)
HT-Q
FIS
H
Una metodología muy precisa para medir telómeros
Me
dia
n te
lom
ere
le
ng
th (
Kb
)
≤20 21-30 31-40 41-50 51-60 >60
Age (years)
n= 16 n= 45 n= 78 n= 74 n= 32 n= 35
Q1 Q2 Q3 Q4
0
5
10
15
% s
ho
rt te
lom
ere
s (
<3
kb
)
≤20 21-30 31-40 41-50 51-60 >60
Age (years)
n= 16 n= 45 n= 78 n= 74 n= 32 n= 35
0
10
20
30
40
50
60
Q5 Q6 Q7 Q8Chen et al., Cell ( 2012)
Snyder tiene una mutación en telomerasa
Detección de los telómeros cortos…
Cardiovascular
(PESA, CNIC &
H.U. Salamanca)
Fertilidad
(IVI, Madrid)
Transtornos Bipolares
(Hospital de Oslo)
Toxicidad/eficacia tratamientos
cáncer
(Programa Clinico, CNIO)
Tolerancia a transplantes
(Hospital Clínic, BCN)
Cáncer de mama
(Consulta de cáncer familiar,
CNIO, Madrid)
SIDA
(Hospital Clínic, BCN)
Patologías asociadas a telomeros cortos
Cáncer familiar de mama y de ovario
BRCA1/BRCA2
BRCA1
Age (years)
Re
lati
ve
Te
lom
ere
len
gth
BRCA2
Age (years)
Re
lati
ve
Te
lom
ere
len
gth
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
10 20 30 40 50 60 70 80
BRCAX
Age (years)
Re
lati
ve
Te
lom
ere
len
gth
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
10 20 30 40 50 60 70 80
Sporadic BC
Age (years)
Re
lati
ve
Te
lom
ere
len
gth
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
10 20 30 40 50 60 70 80
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
10 20 30 40 50 60 70 80
A C
B D
Martínez-Delgado et al., PLoS Genetics, 2011
Martínez-Delgado et al., J. Medical Genetics, 2012 (ovarian)
Los telómeros cortos indican un mayor riesgo de cáncer de mama y ovario
Javier Benítez,
Grupo de Genética del Cáncer Humano, CNIO
Desde septiembre de 2011
Recogida de muestras de sangre de
familias con cáncer de mama y ovario
Encuesta de hábitos y estilo de vida
Medición de los telómeros
Estudio prospectivo para ver el papel de los telómeros en cáncer de mama
Colaboración con Javier Benítez,
Grupo de Genética del Cáncer Humano, CNIO
t/s-ajustado n p-valorcontroles 0.0037 389 -
pretratados 0.0282 13 ns0-90d 0.0359 41 ns
91-180d -0.2237 41 0.0460-180d POST-Tto -0.2854 68 0.0014
181-360d POST-Tto -0.2095 38 0.02
360-520d POST-Tto -0.1459 22 ns>520d POST-Tto -0.0921 32 ns
con
tro
les
pre
trat
ado
s
0-9
0d
91
-18
0d
0-1
80
d P
OST
-Tto
18
1-3
60
d P
OST
-Tto
36
0-5
20
d P
OST
-Tto
>5
20
d P
OST
-Tto
* ** *
Tf 1.5 años post TTi 6 m
Casos esporádicos de cáncer mama tratados (T) con taxanos (n=242)
telómeros
Efecto de la quimioterápia en la longitud de los telómeros
Colaboración con Javier Benítez,
Grupo de Genética del Cáncer Humano, CNIO
Predecir la longevidad
por la longitud de los
telómeros?
Longitud telomérica a dia 25 predice la longevidad en pinzones
Vera et al., Cell Reports, 2012
Facial vein bleeding
0 5 10 15 200
20
40
60
mean telomere length (kb)
freq
uen
cy
Mean TL
% Short telomeres
1) Obtaining blood sample (300µl) 2) HT Q-FISH 3) Confocal microscopy
4) Capture of individual telomeres5) Data processing6) Data analysis
El primer estudio de telómeros longitudinal en mamíferos
Linear regression:
WT: Slope=-7.03± 1.24 kb/year
R2=0.31 (Quadratic: R2=0.34)
p<0.0001
TgTERT: Slope=-7.05 ± 1.60 kb/year
R2=0.22 (Quadratic: R2=0.30)
p<0.0001
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.50
10
20
30
40
50
60
70
80
Age (years)
Me
an
te
lom
ere
len
gth
(kb)
Vera et al., Cell Reports, 2012
Los telómeros de ratón se acortan 100 veces más rápidos que los humanos
Humanos: 70 bps/año
Ratones: 7 Kb/año
Incre
ase
in t
he
% o
f
sh
ort
te
lom
ere
s (
pe
r m
on
th)
El aumento en el % de telómeros cortos predice la longevidad individual
0 50 100 150 200-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Lifespan (weeks)
WT: Slope=-0.005022 ± 0.002550
R2=0.2
p=0.06
TgTERT: Slope=-0.01267 ± 0.005604
R2=0.3
p=0.04
WT
TgTERT
WT
TgTERT
Cómo podemos revertir el envejecimiento?
Lopez-Otín, Blasco, Partridge, Serrano & Kremer, Cell, 2013
Modelos animales para entender el papel de la telomerasa en cáncer & envejecimiento
Blasco et al., Science (1995)
Blasco, Lee, et al., Cell (1997)
Lee, Blasco, et al., Nature (1998)
Ratones sin telomerasa (Terc-/-)
Disfunción de las células madre
Capacidad regenerativa disminuida
Envejecimiento prematuro
MENOS CANCER
Inactivación de la telomerasa
González-Suarez et al., Nat Genet (2000)
Flores et al., Science (2005)
Ratones super-telomerasa (K5-TERT)
Menos envejecimiento
Ligero aumento del cáncer
TERT Tg+ Sp53+Sp16+Sp19ARF (“triple”)
Menos envejecimiento & 40% más vida
media
Activación de la telomerasa
Tomás-Loba et al, Cell (2008)
“Triple”Wild-type
González-Suarez et al., EMBO J. (2001)
Los ratones “triples” viven sanos durante más tiempo y viven más
Supervivencia sin cáncerSupervivencia global
0
20
40
60
80
100
0 60 80 100 120 140 160 180
Sp53 (n=25)Triple (p=0.003; n=6)
su
rviv
al (%
)
age (weeks)
+50%
Control (n=25)
0
20
40
60
80
100
0 60 80 100 120 140 160 180
Sp53 (n=49)
Triple (p<0.001; n=12)
su
rviv
al (%
)
age (weeks)
+40%
Control (n=49)
0
20
40
60
n=25
n=6
p=0.003
0
20
40
60
n=49
n=12
p<0.001
Control Triple
Su
rviv
al
at
3 y
ea
rs (
%)
Control Triple
Su
rviv
al
at
3 y
ea
rs (
%)
Tomás-Loba et al., Cell (2008)
He
alth
sp
an
Coordinación neuromuscular
0
25
50
75
100
125
Éx
ito
(%
)
n=11
n=9
normal
p=0.02
n=8 n=10
TRIPLE
p=1
jóven (5-20 semanas) Viejo (116-160 semanas)
Los ratones “triples” viven sanos durante más tiempo
Tomás-Loba et al., Cell (2008)
Heath-span
Vida media (85 años)
Vida máxima (120 años)
superv
ivencia
edad
e n f e r m e d a ds a l u d
40 años
Heath-span
Vida media (115 años)
Vida máxima (120 años)
superv
ivencia
edad
intervención
en
fe
rm
ed
ads a l u d
80 años
Que pasaría si retrasamos el envejecimiento en humanos?
Terápia génica contra el
envejecimiento
Virus Adeno Asociados como vehículos
para activar a la telomerasa
1 año
AAV9-eGFP or
AAV9-mTERT
nacimiento muerte2 años
5.0
AAV9-eGFP
Tail skin
Brain
LiverLungHeart
Kidney
Muscle
AAV9-eGFP AAV9-mTERT
AAV9-mTERT
Tail skin
Brain
LungHeart
Kidney
Muscle
3.0
p/sec/
cm^2/sr
x108
4.0
7.0
6.0
3.0
x108
4.0
5.0
7.0
6.0
p/sec/
cm^2/sr
3.0
6.0
4.0x108
Liver
Terápia génica para activar la telomerasa en adultos
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
p= 0,03
~ 1 yr ~2 yr
AAV9-
mTERT
AAV9-
eGFP
AAV9-
mTERT
AAV9-
eGFP
p= 0,003
Fo
ld c
ha
ng
es
in
te
lom
era
se
ac
tivit
y
Lung
n=3
n=3
n=3
n=3
Rnase - + - - - + - - - + - - - + - - - + - - - +1 3 5 5 Protein (mg) 1 3 5 5 1 3 5 5 1 3 5 5 1 3 5 5
AAV9-mTERT #1 AAV9-mTERT #2 AAV9-mTERT #3 AAV9-eGFP #1 AAV9-eGFP #2
Pulmón (ratón de 2 años)
IC
3 3
3 months PI
Posible terápia para los síndromes teloméricos:
fibrosis pulmonar
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
Un solo tratamiento con AAV9-TERT reactiva telomerasa en adultos
osteoporosis
Grasa
subcutanea
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
Un solo tratamiento con AAV9-TERT aumenta el “health span”
0
20
40
60
80
100 n= 18
n= 6
n= 8
Tig
htr
op
e s
uc
ce
ss
(%
) n= 11
~1 yr
(6 months PI)
~1 yr
(11 months PI)
p= 0,4 p= 0,01
AAV9-
mTERT
AAV9-
eGFP
AAV9-
mTERT
AAV9-
eGFP
Un solo tratamiento con AAV9-mTERT mejora la coordinacioón neuromuscular
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
13% median lifespan
20% maximum lifespan
AAV9-mTERT n=21
AAV9-eGFP n=12
V.I. – Viral injection
Control n=33
eGFP vs mTERT
p= 0,02 (Log Rank test)
Control vs mTERT
p= 0,02 (Log Rank test)
WeeksP
erc
en
t S
urv
iva
l
V. I.~1 yr old group
24%
13%
24% median lifespan
13% maximum lifespan
Weeks
Pe
rce
nt
Su
rviv
al
V. I.~2 yrs old group
13%
20%
eGFP vs mTERT
p= 0,05 (Log Rank test)
Control vs mTERT
p= 0,007 (Log Rank test)
AAV9-mTERT n=23
AAV9-eGFP n=14
V.I. – Viral injection
Control n=25
Un solo tratamiento con AAV9-mTERT aumenta la vida media y máxima
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
0
20
40
60
80
100
7
21 Mic
e a
ffe
cte
d (
%)
AAV9-eGFP AAV9-mTERT
n= 26 n= 40
31
9
14
34
2
Histiocytic sarcoma
Adenoma
Lymphoma
Adenocarcinoma
p= 0,87
Un solo tratamiento con AAV9-mTERT no aumenta la incidencia de cáncer
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
Boccardi & Herbig, EMBO Molecular Medicine, 2012
Tratamiento con AAV9-telomerasa aumenta el “health-span” y la longevidad
Bernardes et al. , EMBO Molecular Medicine, 2012
Infancia/juventud/adulto envejecimiento
Cancercardiovascular
diabetes
enfermedad renal
inmunosenescencia
neurodegeneration
etc…
acortamiento
telomérico
consecuencia
activación de
telomerasa
envejecimiento
Cancercardiovascular
diabetes
enfermedad renal
inmunosenescencia
neurodegeneration
etc…
Infancia/juventud/adulto
Entender las causas del envejecimiento para combatir la enfermedad
genética
ambiente
biomarcador
para prevención
y diagnostico
Tratamiento de las
enfermedades del
envejecimiento
El infarto de miocardio aumenta con el envejecimiento
La “edad” del infarto
40-50 años
El riesgo de muerte tras un infarto es tan alto o más que por cáncer
Cardiovascular
(PESA, CNIC &
H.U. Salamanca)
Fertilidad
(IVI, Madrid)
Transtornos Bipolares
(Hospital de Oslo)
Toxicidad/eficacia tratamientos
cáncer
(Programa Clinico, CNIO)
Tolerancia a transplantes
(Hospital Clínic, BCN)
Cáncer de mama
(Consulta de cáncer familiar,
CNIO, Madrid)
SIDA
(Hospital Clínic, BCN)
Patologías asociadas a telomeros cortos
semanas
Longitud telomérica media
3er tercil
1er tercil
Abundancia de telómeros cortos
semanas
198 casos
106 controles
Telómeros cortos tienen valor predictivo de mortalidad en estudios
prospectivos con pacientes que han tenido síndrome coronario agudo (SCA)
El riesgo de muerte tras un infarto es tan alto o más que por cáncer
X
ligación
arterias
Es la activación de telomerasa una opción terapéutica en infarto?
Modelo preclínico para infarto de miocardio
corazón normal
corazón infartado
corazón infartadocorazón normal
PET – FDG uptake
histología
AAV9-TERT
AAV9-empty
1x1012vg/mouse
7%
2x1012vg/mouse
61%
AAV9-eGFP
2x1012vg/mouse
64%
C57B
l6
FV
B/N
AAV9-empty
0%
2x
10x
2x1012vg/mouse
~ 1%
liver
2x
10x
brain
2x1012vg/mouse
< 1%
Bruno Bernardes de Jesus
Christian Bär
AAV9-TERT va preferencialmente al corazón tras injección intravenosa
0
200
400
600
Fo
ld c
han
ge in
mT
ER
T
mR
NA
levels p<0.0001
p=0.0007
n=8
n=2
n=4
p<0.0001
p=0.0013
No virusAAV9-mTERT: 1x1012vg/mAAV9-mTERT: 2x1012vg/m
n=8n=2
n=4
Heart Liver
Bruno Bernardes de Jesus
Christian Bär
ca
rdio
my
oc
yte
s
GFP
GFP
Merged
MergedMHC
Troponin I
2x1012vg/mouse
AAV9-TERT va preferencialmente al corazón tras injección intravenosa
Tratamiento con AAV9-TERT previene un 20% de muertes tras infarto
Bruno Bernardes de Jesus
Christian Bär
0 10 20 30 4040
60
80
100
AAV9-empty
AAV9-mTERT:
2x1012vg/m
No virus
Pe
rce
nt su
rviv
al
Hea
rt infa
rct
Days after myocardial infarction
n=35
n=37
n=21
p=0,07
74%
57%
FVB/N
0.0
0.5
1.0
1.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Lo
ng
itu
din
al th
ickn
ess
(mm
)
Tra
nsvers
al th
ickn
ess
(mm
)
1 week
p=0.02 p=0.01
p=0.5
n=4
n=13
n=5 n=4
n=13
n=5
p=0.03 p=0.01
p=0.7
1 week
AAV9-empty
AAV9-mTERT:
2x1012vg/m
Sham (no myocardial infarction)
Echocardiography
Myocardial Infaction
AAV9-empty
SHAM
AAV9-mTERT: 2x1012vg/m
El tratamiento con AAV9-TERT previene las fibrosis tras infarto
Bruno Bernardes de Jesus
Christian Bär
Masson trichrome
Scar size/LV size, %
0
10
20
30
40
% o
f are
a
AAV9-
eGFP
AAV9-
mTERT
n=10
n=7
p=0.14 AAV9-empty
AAV9-mTERT:
2x1012vg/m
0
50
100
150
200
me
an
sp
ot
inte
ns
ity /
nu
cle
us
(a
.u.)
mean 52.33 a.u.
(1850 nuclei)mean 64.98 a.u.
(1968 nuclei)
124% of AAV9 empty
p<0.0001
cardiomiocitos
El tratamiento con AAV9-TERT alarga los telómeros de los cardiomiocitos
Bruno Bernardes de Jesus
Christian Bär
AAV9-
eGFP
AAV9-
mTERT
Infancia/juventud/adulto envejecimientoMuerte por infarto
de miocardio
acortamiento
telomérico
consecuencia
activación de
telomerasa
Entender las causas del envejecimiento para combatir la enfermedad
20% menos muerte tras
infarto de miocardio
Grupo de telómeros y telomerasa
Isabel L. Silanes
Aksinya Derevyanko Bruno BernardesChristian Bär Juanma Povedano Mercedes Gallardo
Fabian Beier
Elsa Vera
Iole Ferrara
Alicia Lemus
Rosa SerranoNora Soberon
Ben Kumfmüller Elisa Varela
Ianire Garrobo
Gina de Bonis Nani MarionRalph Schneider
Maria Garcia Martina Stagno Miguel Foronda Paula MartinezAgueda Tejera
Financiación del Grupo de Telómeros y Telomerasa