BASES MOLECULARES, BIOQUÍMICAS E CELULARES DAS DOENÇAS GENÉTICAS Erros inatos do metabolismo

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BASES MOLECULARES, BIOQUÍMICAS E CELULARES DAS DOENÇAS GENÉTICAS
Erros inatos do metabolismo
Doença genética é aquela cujo efeito causador é uma variante em um gene essencial, envolvendo:
· Proteínas ou RNAs;
· Herdada ou adquirida;
· Afeta estrutura e/ou expressão do gene.
Princípios gerais: 
Genes que codificam proteínas de manutenção geral (essenciais) – efeito sistêmico, mas afetam tecido/órgão mais sensíveis ou com maior expressão daquele gene. Exemplo: Tay-Sachs.
Genes que codificam proteínas célula/tecidos específicos – são produzidas em algumas células e tem função específica, afetam o tecido onde o gene se expressam, mas podem afetar outros órgãos mais sensíveis que não expressam o gene em questão. Exemplo: fenilcetonúria. 
Exemplos de genes:
· Enzimas (enzimopatias);
· Receptores de membrana;
· Transporte intracelular;
· Proteínas estruturais;
· Mitocondriais.
Doenças metabólicas: doenças genéticas causadas por um defeito específico que leva ao bloqueio de uma determinada rota metabólica. Existem mais de 500 doenças com incidência estimada de 1:5.000 recém-nascidos vivos. 
Base molecular das doenças: deficiência do funcionamento enzimático culmina em acúmulo de substrato não metabolizado. Dado o acúmulo do percursor, são utilizadas vias metabólicas secundárias alternativas, com superprodução de metabólicos tóxicos. 
O próprio produto pode ser substrato para uma reação subsequente, que, então, não se realiza. O mecanismo de controle por inibição retroativa que o produto realizaria é prejudicado. 
Os erros inatos do metabolismo (EIM) correspondem a 10% das doenças genéticas e são um grupo heterogêneo que afetam o metabolismo, tanto o catabolismo quanto o anabolismo. São conhecidas mais de 600 patologias de EIM.
A maioria das doenças são de herança autossômica recessiva – haplossuficiência (50% do nível enzimático normal geralmente é capaz de sintetizar o produto em quantidade normal). 
São raros os casos de dominância e ocorrem em proteínas não enzimáticas – receptores e proteínas estruturais (doença de colágeno); mutações causam a doença mesmo em heterozigose. 
1. Distúrbios do metabolismo de aminoácidos e peptídeos – fenilcetonúria;
2. Distúrbios do metabolismo de carboidratos – galactosemia, doença de pompe, intolerância hereditária à frutose;
3. Distúrbios do metabolismo dos ácidos graxos e corpos cetônicos – acidúria malônica;
4. Distúrbios no metabolismo de energia – doenças mitocondriais;
5. Distúrbios no metabolismo de purinas, piramidinas e nucleotídioes – síndrome de Lesch-Nyhan;
6. Distúrbios do metabolismo de esteróis – síndrome de Smith-Lemli-Opitz (SLO);
7. Distúrbios do metabolismo da porfirina e do grupo heme – porfirias;
8. Distúrbios do metabolismo lipídico e lipoproteico – hipercolesterolemia familiar;
9. Desordens congênitas de glicosilação e outras de modificação de proteína – síndrome de glicoproteínas deficientes em carboidratos;
10. Doenças lisossômicas – MPSs, esfingolipidoses (Fabry, Gaucjer, Tay-Sachs), NCLs;
11. Distúrbios peroxissômicos – síndrome de Zellweger;
12. Distúrbios do metabolismo de neurotransmissores – deficiência de tirosina hidroxialse;
13. Distúrbios no metabolismo de vitaminas e cofatores (não proteicos) – deficiência de biotinidase;
14. Distúrbios no metabolismo de oligoelementos e metais – hemocromatose hereditária;
15. Distúrbios e variantes no metabolismo de xenobióticos – doenças de oxidação no citocromo P450.
Fenilcetonúria
1:10-15.000 nascimentos. É uma deficiência da fenilalanina hidroxilase (PAH) no fígado (atividade enzimáica menor que 1% do normal causada por uma mutação de perda de função no gene PAH). Gera hiperfenilalaninemia (sem conversão a tirosina) e danos em células nervosas.
 Os sintomas incluem convulsões, atraso no desenvolvimento, alterações de comportamento e danos neurológicos permanentes, pele cabelos mais claros que em parentes não afetado. Início logo nos primeiros meses de vida e o tratamento é com dieta com restrição de fenilalanina (proteínas).
As hiperfenilalaninemias tem característica de heterogeneidade alélica no gene PAH: 
· Variantes que reduzem a atividade da enzima, porém não totalmente (Atividade residual);
· Maior parte dos indivíduos com hiperfenilalaninemia são heterozigotos compostos;
· Diferenças nos níveis de restrição de fenilalanina na dieta. 
As mutações mais comuns (em asiáticos): 
· Substituição de uma arginina por prolina na posição 413;
· Substituição de arginina por glicina na posição 243.
As mutações mais comuns (em europeus): 
· Substituição de uma arginina por um triptofano na posição 408;
· Mutações em íntrons.
Há também hiperfenilalaninemias não relacionadas à PAH: há heterogeneidade de locus. São mutações de genes relacionados à produção de tetrahidrobiopterina (BH4) que é cofator para a enzima PAH. Corresponde a 1-3% das hiperfenilalaninemias e afeta outras vias bioquímicas, com quadro clínico mais amplo. O tratamento é com BH4 oral para restaurar a função enzimática.
E a fenilcetonúria materna gera crianças heterozigotas para a mutação, com danos ao neurodesenvolvimento devido à toxicidade do excesso de fenilalanina materna. É necessária uma dieta materna durante o planejamento da concepção. 
Doenças lisossômicas 
Os lisossomos são responsáveis por reciclagem de macromoléculas (fazem por meio de enzimas hidrolíticas e proteínas transportadoras). As doenças lisossômicas (DL/DLs) são deficiências de proteínas lisossomais específicas. São conhecidas mais de 50 DLs, divididas em lipidoses, glicogenoses e mucopolissacaridoses. 
Mucopolissacarisoes (MPSs): ocorre degradação dos glicosaminoglicanos (GAGs) (são polissacarídeos longos não ramificados, componentes fundamentais da matriz extracelular, com alta capacidade de absorção de água; também fazem sinalização de fatores de crescimento, adesão celular e interação com a matriz extracelular). São mais de 11 enzimas envolvidas na degradação das GAGs. Incidência de 1:10-25.000 nascidos vivos. 
A I é a mais grave e, em geral, fatal na infância. 
Há similaridade fenotípicas entre as MPSs e as características clínicas multissistemicas incluem: baixa estatura pós-natal, macrocefalia, alterações faciais, hepato e esplenomegalias, alterações esqueléticas e degeneração neurológica. 
Gangliosidoses – gangliosídeo GM2 acumulado: são esfingolipidoses, onde a enzima hexosaminidase A é codificada por 3 genes (cujas manifestações clínicas são indistinguíveis):
· Hexosaminidase A + hexosaminidase B + ativador;
Efeito no cérebro – sítio prevalente de síntese de GM2.
· Doença de Tay-Sachs - HEXA;
· Doença de Sandhoff - HEXB;
· Deficiência de ativador - gene da proteína ativadora. 
Tay-Sachs: ocorre uma degeneração neuronal progressiva, fenotipicamente normal de 3 a 6 meses de vida, mas com morte entre 2 e 4 anos de idade. Há perda da atividade motora, convulsões, perda auditiva e visual e paralisia. Forma adulta é possível por mutações com função residual da enzima
Frequência por volta de 1:400.000. Mutação mais comum (inserção TATC) em 80% dos casos é na população de judeus Ashkenazi – 1 a cada 27 indivíduos porta a mutação. 
Mutações em proteínas receptoras
Hipercolesterolemia familiar: altos níveis de lipídeos plasmáticos carreados por apoproteínaB (ApoB). Ocorre aterosclerose prematura, aumento do risco de ataque cardíaco (em idade menor de 40 anos) e AVC. Frequência de heterozigotos = 1:500. Há heterogeneidade de locus. 
Mutações no gene LDLR – receptor de LDL:
· Classe 1: síntese de receptor (mais grave);
· Calsse 2: transporte do receptor RE > golgi;
· Classe 3: ligação de LDL pelo receptor;
· Classe 4: receptor agrupando-se no poço revestido;
· Classe 5: falha do descarregamento de LDL no endossomo (defeito de reciclagem);
· Classe 6: direcionamento defeituoso para a membrana basolateral.
Mutações em proteínas de transporte
Fibrose cística: incidência estimada de 1:7.000 nascidos vivos no Brasil. É autossômica recessiva. Se caracteriza por ser causada por mutação no gene CFTR – codifica uma proteína transmembrana transportadora de cloreto. 
A FC(mucoviscidose) é multissistemica e progressiva. Nos pulmões há aumento na viscosidade, o que bloqueia as vias aéreas propiciando a proliferação bacteriana (causa infecção crônica, lesão pulmonar e óbito por disfunção respiratória). No pâncreas há obstrução dos ductos, então as enzimas digestivas não chegam ao intestino, gerando má absorção de nutrientes e não digestão de gorduras (esteatorreia). O suor salgado é característico (excesso de cloreto). 
O gene CFTR é composto por 27 éxons e codifica uma proteína com 5 domínios. A mutação mais comum é uma deleção da fenilalanina na posição 508. Há 6 classes de mutações associadas:
· Sem proteína – Frameshift alt. Splicing códon de parada prematuro;
· Falha no dobramento e manutenção da enzima – troca de sentido, deleção aa fenilalanina na posição 508;
· Sem função – troca de sentido. Ex: glicina trocada por asparagina na posição 551;
· Função reduzida na condução de íons – troca de sentido;
· Síntese reduzida – troca de sentido alt. Splicing;
· Estabilidade reduzida – troca de sentido. 
Mutações em proteína estruturais
Osteogênese imperfeita: é um grupo de doenças, de I à IV. Há má formação esquelética e fragilidade óssea, com fraturas frequentes. 
95%: genes de colágeno COL1A1 e COL1A2, mais de 2000 variantes genéticas já identificadas. 
Heterogeneidade clínica: letalidade no período perinatal a um aumento na frequência de fraturas. Heterogeneidade de locus + alélica. Fenótipo influenciado pelo tipo de cadeias de pró-colágeno afetadas e tipo e local da variante genética no lócus.
É uma herança autossômica dominante com incidência de 1:10.000 nascidos vivos. 
Variantes que resultam na diminuição do produto gênico levam a fenótipos mais brandos que mutações que acarretam mudanças estruturais na proteína. 
Genes mitocondriais
Genes ligados ao metabolismo oxidativo e geração de ATP (energia). 
Genes para 13 proteínas do complexo de fosforilação oxidativa. Outras 75 proteínas são produzidas por genes nucleares. 
Mutações nesses genes afetam, principalmente, tecidos e órgãos com alta demanda energética (cérebro e músculos). 
Tecidos afetados e fenótipos clínicos:
Particularidades das doenças mitocondriais:
Muitas das proteínas que atuam na mitocôndria são sintetizadas no núcleo. 
Mutações podem ser herdadas maternalmente ou adquiridas de novo em células somáticas. 
Gravidade dos sintomas é bastante variável devido a heteroplasmia (presença de variantes genéticas distintas no genoma mitocondrial de uma mesma célula – presença de cerca de mil mitocôndrias em 1 célula). Dessa forma, as células podem se apresentar em homoplasmia (todas as mitocôndrias com DNAmt normal ou mutado) ou em um grau variável de heteroplasmia.
Mitocôndrias tem replicação independente do núcleo celular. Durante as divisões celulares, as cópias de DNAmt são distribuídas aleatoriamente entre as células filhas – segregação replicativa. 
Três tipos principais de mutações:
· Rearranjos que geram deleções ou duplicações;
· Mutações de ponto em genes tRNA e rRNA – problemas na síntese de proteínas mitocondriais;
· Mutações de troca de sentido (missense) nas regiões codificantes dos genes – alteração da atividade da proteína.