doenças mitocondriais Bioquimica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
CENTRO DE CIÊNCIAS DA NATUREZA
DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA
BACHARELADO EM FARMÁCIA
DISCIPLINA: BIOQUÍMICA
PROFESSOR. DRA. GRAÇA CASTELO BRANCO
DOENÇAS MITOCONDRIAIS
JOSÉ ARIMATÉA DE OLIVEIRA NERY NETO
TERESINA-PI
2017
INTRODUÇÃO
 Depois da descoberta, na década de 60, de que a mitocôndria continha seu próprio DNA (DNAmt), dois avanços principais se seguiram: a seqüência de DNAmt humano foi publicada em 1981 e em 1988 foram relatadas as primeiras doenças relacionadas com mutações desse DNAmt. Foram ainda identificados vários genes nucleares que são fundamentalmente importantes para a homeostase mitocondrial e, quando estes genes são alterados, causam doenças mitocondriais herdadas de forma monogênica.
 Todos os tecidos podem ser afetados por mutações no DNAmt, o que explica o fato das doenças mitocondriais serem multissistêmicas. Aproximadamente 50% dos pacientes apresentam envolvimento neurológico. São muito comuns manifestações oftalmológicas, cardíacas, endócrinas e renais.
MITOCÔNDRIA E SUA FUNÇÃO NOS DISTÚRBIOS DE DNAmt
 As mitocôndrias estão intimamente envolvidas na homeostase celular. Elas executam um papel fundamental no metabolismo da energia celular, produzindo ATP através da cadeia respiratória. A cadeia respiratória mitocondrial é um grupo de cinco complexos de enzima situado na membrana interna mitocondrial, onde esses participam de vários processos e o processo global é chamado de fosforilação oxidativa.
 O complexo OXPHOS é central para algumas das principais funções das mitocôndrias. A alteração dessas atividades, decorrentes de mutações no DNAmt, provavelmente é subjacente à disfunção celular e à morte celular que ocorrem nas doenças de DNAmt.  
 Uma característica do OXPHOS é produzir energia para a célula. A redução de ATP caracteriza muitas doenças de DNAmt. Outra característica é a geração de subprodutos de OXPHOS. O aumento desses subprodutos ocorre em alguns defeitos de OXPHOS, um fator que também contribui para a morte celular. Terceiro, as mitocôndrias integram muitos sinais que iniciam a apoptose. Este processo usa alguns polipeptídeos de OXPHOS e as mutações no DNAmt podem aumentar a predileção pela apoptose.
DOENÇAS MITOCONDRIAIS
 As doenças mitocondriais são divididas em três grupos, o primeiro é o grupo das doenças de herança materna, geralmente heteroplásmica, como MELA, MERRF,CPEO,LHON,NARP,SKS,Leigh,Pearson.  
 No segundo grupo os sinais e sintomas apresentados pelo afetado não caracterizam uma síndrome como as citadas anteriormente. Geralmente há baixa estatura, surdez bilateral, oftalmoplegia, ptose ou história de enxaqueca e diabetes. A associação desses sinais e sintomas à miopatia ou alterações do sistema nervoso é indicativa de mitocondriopatia.   
 O terceiro grupo é mais difícil de definir. Os sintomas são miocardiopatia hipertrófica, doença tubular renal, hipoparatireoidismo, insuficiência adrenal de diabetes mellitus.
MERRF (Myoclonic Epilepsy Associated with Ragged-Red Fibers)
 MERRF (epilepsia mioclônica associada com fibras vermelhas anfractuadas) é um distúrbio multissistêmico caracterizado por mioclonia, que é freqüentemente o primeiro sintoma, seguido por epilepsia generalizada, ataxia, fraqueza muscular e demência. A mutação mais comum é uma transição A-G no nucleotídeo-8344 no gene tRNALys do DNAmt.
 Manifestações adicionais incluem surdez neurossensorial, neuropatia periférica, demência, baixa estatura, intolerância ao exercício e atrofia óptica. Os sinais clínicos menos comuns (<50% de pacientes) são cardiomiopatia, retinopatia pigmentar, sinais piramidais, oftalmoparesia, lipomas múltiplos.
 O limiar de vulnerabilidade de um tecido provavelmente não varia substancialmente entre indivíduos, mas carga mutacional variável e distribuição no tecido podem responder pela diversidade clínica de pacientes com MERRF. A vulnerabilidade seletiva do núcleo dentado do cerebelo e o núcleo de oliva da medula é inexplicada, bem como a patogênese do lipoma múltiplo associado com mutações no gene tRNALys.  
 Em indivíduos que têm apenas poucos sintomas ou em parentes maternos assintomáticos a mutação pode ser indetectável em leucócitos e só pode ser descoberta em outros tecidos como fibroblastos de cultura de pele, sedimento urinário, mucosa oral, folículo de cabelo ou músculo-esquelético.
 Três mutações no gene tRNALys do DNAmt são consideradas em aproximadamente 90% das mutações em pacientes com MERRF. Duas mutações adicionais, T8356C e G8363A, estão presentes em 10% dos pacientes. Os 10% restantes provavelmente têm outras mutações no gene tRNALys, inclusive a mutação de A8296G, deleções únicas de mtDNA ou a mutação de A3243G geralmente observadas em MELAS. 
2 MELAS (Myopathy, Encephalopathy, Lactic Acidosis, Stroke-like-episodes)
 O diagnóstico clínico está baseado nas seguintes características: 
- Episódios tipo acidente cerebral vascular, tipicamente antes de 40 anos de idade; 
- Encefalopatia com demência e/ou convulsões; 
- Miopatia mitocondrial, evidenciada através de acidose láctica e/ou fibras vermelhas anfractuadas (RRF) em biópsia de músculo. 
 Outras características importantes são cefaléia ou episódios de vômitos periódicos. O início do distúrbio pode apresentar-se como miopatia com fraqueza, fadiga fácil e intolerância ao exercício. Os pacientes podem ter queixas visuais devido à oftalmoplegia, sofrer cegueira devido à atrofia óptica e dificuldades com visão noturna devido à retinopatia pigmentar. Polidipsia e poliúria podem ser os sinais apresentados pelo diabetes mellitus tipo II, que parece ser a manifestação mais comum de MELAS. Alguns pacientes podem experimentar perda de audição que pode acompanhar o diabetes. Podem ser observados também cardiomiopatia, manifestações gastrointestinais, neuropatia periférica e distúrbios psiquiátricos. 
 A mutação mais comum em MELAS, presente em 80% dos pacientes com achados clínicos típicos, é uma transição A-G no nucleotídeo 3243 no gene mitocondrial MTTL1 que codifica RNAt Leu (UUR). Mutações de ponto e uma deleção 4 bp em sete outros genes foram associados com a síndrome de MELAS. As mutações estão normalmente presentes em todos os tecidos e podem ser detectadas em leucócitos de pacientes com MELAS típico, porém, a ocorrência de "heteroplasmia" em distúrbios de DNAmt pode resultar em distribuição de DNAmt mutado em tecidos variados. Conseqüentemente, em indivíduos que têm um ou só alguns sintomas consistente com MELAS ou parentes maternos assintomáticos, a mutação pode ser indetectável em leucócitos e só pode ser descoberta em outros tecidos como fibroblastos, folículos de cabelo, sedimento urinário ou músculo-esquelético. 
 É importante notar que familiares com a mutação MTTL1 A3243G têm maior probabilidade de ter manifestações de não MELAS (como diabetes e surdez) do que de MELAS. O fenótipo de um indivíduo com uma mutação do DNAmt é o resultado de uma combinação de fatores como o tipo da mutação, a porcentagem de mitocôndria mutante e os órgãos e tecidos em que elas são encontradas. Os familiares herdam frequentemente porcentagens diferentes de DNAmt mutante e podem ter uma gama de sintomas clínicos.
 O tratamento não é específico para MELAS. A administração de coenzima Q10 (50 a 100 mg três vezes por dia) e L-carnitina (1000 mg três vezes por dia) foi de algum benefício para alguns pacientes. As convulsões respondem à terapia de anticonvulsivantes tradicional. O diabetes mellitus pode ser controlado com mudanças na dieta, especialmente em indivíduos magros ou com agentes hipoglicemiantes orais, mas frequentementerequer terapia com insulina. A surdez sensorial pode ser tratada com implante coclear.
 3 KSS (Kearns-Sayre Syndrome)
 A síndrome de Kearns-Sayre (KSS) é caracterizada por uma tríade de características que inclui:  
- Início em indivíduos com idade menor do que 20 anos; 
- Oftalmoplegia externa crônica progressiva;  
- Degeneração pigmentária da retina.  
 Outros sintomas são fraqueza muscular, diminuição crônica e progressiva do movimento dos olhos e ptose, disfagia, fraqueza muscular, disfunção do SNC, ataxia, demência, encefalopatia, ou ambos, surdez, cegueira noturna, síncope e sintomas de deficiência orgânica endócrina. Além disso, KSS pode incluir defeitos de condução cardíaca, ataxia cerebelar e elevados níveis de proteína (>100 mg/dL) no fluido cerebroespinhal.
KSS decorre de deleções no DNAmt, que causam um fenótipo particular. Em pacientes com KSS ocorrem deleções de DNAmt, das quais a maioria é esporádica e se acredita que aconteçam como mutações de células germinativas ou muito precoces no desenvolvimento embrionário. As deleções variam em tamanho e se posicionam dentro do genoma mitocondrial, porém o local mais comum está entre as posições 8469 e 13147 no gene. Esta mutação de 4.9 kb responde por um terço de casos de KSS. São encontradas deleções em todos os tecidos. Embora o tamanho da deleção varie, elas produzem um fenótipo semelhante. 
 Nem o tamanho nem o local da deleção sozinha determinam o fenótipo clínico. O fenótipo parece ser determinado pela quantidade relativa de deleções para DNAmt normal. É provável que níveis muito altos de deleções de DNAmt em todos os tecidos causem síndrome de Pearson, na qual a característica dominante é pancitopenia. Níveis mais baixos de deleções de DNAmt causam KSS. Em CPEO só podem ser diagnosticadas deleções do DNAmt em tecido muscular.
 KSS é uma doença rara. Há heterogeneidade e foram observados vários tipos de herança. Antes de 1992, já havia descrição de 226 casos na literatura. O bloqueio cardíaco é uma causa significante e evitável de morte.
 Não há terapia específica para KSS. No futuro, tratamento potencial em pacientes com KSS pode tentar inibir replicações de DNAmt mutante ou estimular a replicação de DNAmt normal(12). A administração de coenzima Q10 (CoQ10) e suplementos de vitamina provou benefícios em casos individuais, embora os efeitos sejam passageiros.
 4 LHON (Leber Hereditary Optic Neuropathy)
 Neuropatia óptica hereditária de Leber (LHON) se apresenta tipicamente em adultos jovens como falha visual bilateral subaguda indolor(8). Em um amplo estudo, 95% dos indivíduos com LHON apresentavam uma das três mutações de ponto no mtDNA: G11778A, T14484C, G3460A. A doença afeta mais os homens do que as mulheres, mas estas desenvolvem o distúrbio numa idade mais tardia e podem ser gravemente afetadas. Estudos afirmam que há um desenvolvimento de LHON em indivíduos que fumam ou consomem álcool em excesso, e alguns indivíduos têm uma história de trauma craniano ou tensão psicológica imediatamente antes de observar os primeiros sintomas. Embora seja incomum, há indivíduos que desenvolveram LHON na sétima década de vida. . 
 A fase aguda da doença começa com o obscurecer da visão central e desnaturação de cor que afetam ambos os olhos simultaneamente. A acuidade pode melhorar e é mais provável em pacientes com a mutação de T14484C do que nesses com a mutação de G11778A. 
 Anormalidades neurológicas secundárias, como um tremor postural ou a perda de reflexos do tornozelo, são comuns em pacientes com LHON. Alguns indivíduos com LHON, normalmente as mulheres, também sofrem de uma esclerose múltipla. A angiografia fluorescente pode mostrar pseudo-edema da camada da fibra do nervo, telangiectasia peripapilar e um aumento tortuoso dos vasos da retina. As mudanças podem ser súbitas e não são observadas em todos pacientes. Após a fase aguda, os discos ópticos se tornam atróficos. As investigações clínicas geralmente não ajudam a distinguir LHON de outras causas de neuropatia óptica. As mudanças significativas na acuidade visual ocorrem raramente durante o restante da vida de um paciente.
 Embora as mutações de DNAmt de LHON afetem diferentes genes da subunidade do complexo I da cadeia respiratória, tais mutações nem sempre estão associadas com uma anormalidade da cadeia respiratória que possa ser medida in vitro. No geral, um defeito bioquímico do complexo I é achado mais comumente nos pacientes com a mutação G11778A e menos comumente nos pacientes com a mutação G3460A. Os estudos bioquímicos têm sido substituídos por testes de genética molecular.
A prevalência de cada mutação varia consideravelmente. A mutação de G11778A é a mais comum (70% dos casos). Em canadenses a mutação T14484C do DNAmt é a causa mais comum de LHON, mas esta mutação é incomum no Reino Unido e rara na Escandinávia.
Aproximadamente 5% de indivíduos com LHON não têm uma das três mutações de ponto do DNAmt comuns. A investigação adicional destas famílias é difícil porque DNAmt é altamente polimórfico. Várias mutações de DNAmt diferentes foram descritas em famílias isoladas, porém, uma mutação não pode ser considerada patogênica até que sejam observadas em duas ou mais ocasiões e só em associação com LHON. 
Várias alterações no nucleotídeo adicional de DNAmt, chamadas mutações "secundárias", foram associadas a LHON, como T4216C, G13708A, G15257A, e são prevalentes na população geral. Testes clínicos para algumas mutações secundárias estão disponíveis, porém, a interpretação clínica das mutações secundárias de DNAmt é complexa e, então, testes para estes alelos não são rotineiros. 
 A heteroplasmia ocorre em aproximadamente 15% de indivíduos com LHON. É possível que a heteroplasmia influencie a expressão e o padrão de herança de LHON, mas não foi realizado nenhum estudo rigoroso para esclarecer esta possibilidade. Heteroplasmia não influencia a sensibilidade do teste de genética molecular por LHON porque os indivíduos afetados geralmente têm mais de 75% de DNAmt mutante em leuócitos. 
 As mutações primárias de DNAmt em LHON têm uma marcada redução da penetrância. Um indivíduo só pode desenvolver LHON se a mutação primária de DNAmt estiver presente, mas aproximadamente 50% de homens e 85% de mulheres que possuem uma mutação primária do DNAmt para LHON não desenvolvem cegueira. Fatores ambientais e genéticos adicionais podem interagir com o defeito de DNAmt primário. Os dois fatores de risco mais importantes são sexo e idade. 
 Testes de risco para adultos assintomáticos para LHON têm sido utilizados, mas não são úteis para determinar a idade de início dos sintomas, gravidade ou progressão em indivíduos assintomáticos. Ao testar os indivíduos com risco para LHON, um familiar afetado deveria ser testado primeiro para confirmar a identificação da mutação causadora da doença. A presença da mutação em leucócitos confere um risco por toda a vida. 
Por exemplo, um homem de 18 anos tem risco de aproximadamente 50% para desenvolver LHON depois de um resultado de teste positivo. O risco reduz com a idade, mas, porque a perda de visão pode acontecer a qualquer idade, o risco nunca cai a zero. É importante para confirmar o estado genético porque é possível que a mutação seja heteroplásmica no indivíduo afetado ou na mãe dele e pode não estar presente em todos familiares. 
 A mutação de T14484C é a causa mais comum de LHON em canadenses, mas é muito menos freqüente em europeus do norte e é associada com a melhor prognóstico a longo prazo. G3460A tem um fenótipo intermediário.
 Nenhum tratamento é de eficácia comprovada para LHON. Estudos informaram um benefício de usar análogo de quinona durante a fase aguda. 
 Embora LHON tenha um fenótipo bem definido, a fisiopatologiaé complexa. A patologia primária em LHON envolve a camada de células da retina, mas não são conhecidas como as mutações de DNAmt causam a doença neurodegenerativa focal. Também não se sabe por que os indivíduos completamente saudáveis desenvolvem disfunção do nervo óptico na vida adulta. 
 Análises de segregação determinaram que em várias populações diferentes a presença de uma mutação recessiva ligada ao X interage com a mutação primária de LHON para causar doença. 
Variações de seqüência no DNAmt podem influenciar mutações primárias de LHON e, embora fatores ambientais pareçam ter alguma influência, o mecanismo é desconhecido.  
5 Síndrome de Leigh
 Síndrome de Leigh é um distúrbio neurodegenerativo progressivo. O início dos sintomas pode ocorrer no período neonatal, mas a maioria ocorre entre 3 e 12 meses de idade, seguido freqüentemente de uma infecção virótica, sendo que 75% dos pacientes morrem antes dos três anos, freqüentemente devido a uma parada cardíaca ou respiratória. A descompensação (freqüentemente com acidose láctica) durante uma doença intercorrente é tipicamente associada com retardo psicomotor. Um período de recuperação pode seguir à decompensação inicial, mas o indivíduo raramente volta ao estado de desenvolvimento que apresentava antes da doença. Características neurológicas incluem hipotonia, espasticidade, distonia, fraqueza muscular, hipo ou hiper-reflexia e crises convulsivas. Exames oftalmológicos incluem atrofia óptica, retinite pigmentosa e distúrbios do movimento do olho. Outras manifestações incluem cardiomiopatia hipertrófica, hepatomegalia e tubulopatia renal.
 O diagnóstico laboratorial deve ser realizado a partir de exames de neuroimagem, nível sérico de ácido lático elevado, teste de genética molecular para mutações de DNAmt comuns. Se nenhuma mutação de DNAmt for identificada, serão analisadas enzimas de cadeia respiratórias em uma biópsia de músculo-esquelético. Estudos de enzimas em outros tecidos que incluem fibroblastos, leucócitos, fígado ou músculo cardíaco podem ser executados em alguns centros. 
 Os genes mitocondriais associados com essa síndrome são MTATP6, MTTL1, MTTK, MTND1, MTND3, MTND4, MTND5, MTND6, MTCO3, MTTW e MTTV. 
 As mutações T8993G e T8993C mostram correlação de genótipo-fenótipo mais forte do que qualquer mutação de DNAmt. Uma característica notável é que elas mostram uma variação tecido-dependente ou idade-dependente muito pequena na carga mutacional e tem uma correlação forte entre carga mutante e gravidade da doença. A mutação T8993C é menos grave do que T8993G e virtualmente todos indivíduos sintomáticos têm cargas mutantes maior do que 90% de T8993C. Indivíduos com carga mutacional de T8993G abaixo de 60% são assintomáticos, têm retinopatia pigmentar moderada ou dores de cabeça. Correlações de genótipo-fenótipo são muito mais fracas para outras mutações de DNAmt descobertas em casos sem conexão de síndrome de Leigh como A3243G em MTTL1, A8344G em MTTK, T9176C em MTATP6, G14459A em MTND6, e G13513A em MTND5. A presença de quaisquer destas mutações em pacientes com sintomas de síndrome de Leigh identifica a causa genética do distúrbio. 
OUTRAS DOENÇAS MITOCONDRIAIS
CPEO
 Oftalmoplegia externa progressiva crônica (CPEO) é um distúrbio caracterizado por paralisia lentamente progressiva dos músculos extra-oculares. Os pacientes normalmente têm ptose bilateral, simétrica, progressiva e seguida por oftalmoparesia. O início dos sintomas é antes dos 20 anos de idade. Testes de biologia molecular (PCR) são utilizados para diagnóstico de certeza(16,30,26). A maioria das famílias com CPEO têm mutações heterozigóticas em um dos três genes, o ANT1, codificando o nucleotídeo translocador mitocondrial adenina do músculo cardíaco, o Twinkle, codificando uma helicase do DNAmt e POLG1, codificando a subunidade catalítica do DNAmt pol-[gamma.
 NARP
 Fraqueza muscular Neurogênica, Ataxia e Retinite Pigmentosa, descrita por Holt et al. (1990), é caracterizada por crises convulsivas, dificuldades do aprendizado e demência. O início dos sintomas se dá na infância. As manifestações clínicas se iniciam freqüentemente em associação com doenças viróticas. MTATP6 é o único gene relacionado com NARP. Uma mutação T-G (T8993G) é muito comum.
Síndrome de Pearson
 É reconhecida como uma doença multissistêmica mitocondrial rara. Suas características são anemia sideroblástica refratária, pancitopenia, fosforilação oxidativa defeituosa, insuficiência pancreática exócrina e insuficiência hepática, renal e endócrina. Deleções de certos componentes da cadeia transportadora de elétrons, codificada por DNAmt, causam um defeito no metabolismo de energia oxidativa celular.