A bioquimica, metabolismo e defeitos hereditarios da via pentose fosfato

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A bioquimica, metabolismo e defeitos hereditarios da via pentose fosfato
introdução
A via da pentose fosfato (PPP) é constituído por duas partes distintas, as quais preenchem dois papéis 
específicos: um oxidante, filial não reversível, que permite a redução de NADP + a NADPH durante a 
conversão de glucose-6-fosfato a uma pentose fosfato e CO2, e um não -oxidativa, ramo reversível que 
liga fosfato de pentose com intermediários glicolíticas.
Nos últimos anos, nosso grupo descobriu dois novos defeitos no PPP. O primeiro defeito, ribose-5-fosfato 
isomerase deficiência (RPI), foi diagnosticada em um paciente, que se apresentou com uma progressiva 
lentamente Leuko encefalopatia (Huck et al 2004; van der Knaap et al 1999). O segundo defeito é 
transaldolase deficiência (TALDO), e no início do presente projecto de doutoramento apenas seis 
pacientes de três famílias tinham sido diagnosticados (Valayannopoulos et al 2006; Verhoeven et al 2001, 
2005). TALDO deficiência está associada com sintomas de fígado, ao passo que outros órgãos são 
atingidos em graus variados. Estes dois defeitos são raros, e, embora o
Desfazer edições
enzimas responsáveis estão presentes na mesma parte reversível do PPP, o fenótipo clínico de cada um 
deles é completamente diferente.
Durante este projecto de doutoramento os objetivos da pesquisa foram:
1 Para caracterizar o padrão normal de metabólitos envolvidos na PPP (polióis, açúcares e açúcar, 
fosfatos) e para melhorar o diagnóstico de pacientes com suspeita de defeitos no PPP.
2 Para explorar o fenótipo clínico e pathophys iology de deficiência TALDO humano.
3 Para identificar novas reações associadas com o PPP, e para investigar a sua inter-relação com outras 
vias.
Via das pentoses fosfato
A via da pentose fosfato (PPP), também conhecido como o shunt hexose-monofosfato, fornece uma via 
alternativa para a oxidação da glicose. Na maioria dos tecidos de 80-90% da oxidação da glicose através 
da glicólise é, 10-20% e o restante ocorre através do PPP. A via não necessita de oxigénio, e não gera 
ATP. Encontra-se presente no citosol de todas as células e tem duas funções principais: (1) produção de 
NADPH, que é usado como um agente redutor, em muitos biossintéticas path-ways e é também 
importante para a protecção contra os danos oxidativos, e (2) síntese de ribose 5-fosfato, o qual é 
necessário para a síntese de ácidos nucleicos e de nucleotídeos. O percurso pode ser dividido em dois 
ramos. O ramo oxidativo consiste em três reacções irreversíveis, que resultam em NADPH e produção de 
fosfato de pentose. O ramo não oxidativa da via de pentose fosfato reconverte em glicose-6-fosfato 
(glucose-6P), e dois dos compostos intermédios, a frutose-6P e gliceraldeído-3P (GA-3P), são também 
intermediários glicolíticas. As reações ções-no ramo não-oxidativa são reversíveis. O fluxo de glicose 
através do 6P-PPP ou glicólise é dependente do requisito de NADPH celular, ribose-5P e ATP.
PPP oxidativo
A ramificação oxidativa do PPP começa com a desi-drogenation de glucose-6P, uma reacção catalisada 
pela glucose-6P-desidrogenase (G6PD) com concomitante produção de NADPH (Fig. 1, A). O produto, 
6-phosphoglucono-d-lactona é rápida e irreversível hidrolisado por uma lactonase específico para se obter 
6-fosfo-gluconato. O último é oxidativamente descarboxilado por 6-fosfogluconato desidrogenase 
(6PGD) para produzir ribulose-5P, CO2 e NADPH.
Não-oxidativa PPP
Os intermediários da gama ramo não oxidativa de três a sete carbonos de carbono-espécies. O Ribu 
perder-5P-produzido pela ramificação oxidativa pode ser isomerizado a ribose-5P por RPI, ou 
epimerizado para 5P-xilulose por ribulose-5P epimerase (Fig. 1, B). Ribose-5P é incorporado nucleótidos 
e ácidos nucleicos. No entanto, a necessidade de NADPH em processos biossintéticos muitas vezes 
superior ao de ribose-5P para a síntese de nucleótidos. Nestes casos, a ribose e 5P-5P-xilulose são 
convertidos em GA-3P e sedoheptulose 7P-a-trans-ketolase e posteriormente metabolizado em eritrose-4P 
e frutose-6P por TALDO. Finalmente, converte transcetolase eritrose-4P e 5P-xilulose em GA-3P e 
frutose-6P. E transcetolase TALDO formar uma ligação reversível entre o PPP e glicólise através da 
produção de GA-3P e frutose-6P.
Funções do PPP
Ao produzir NADPH e ribose-5P, o PPP tem várias funções na proteção contra o estresse oxidativo, em 
hipóxia e em células que se dividem rapidamente, incluindo células malignas.
Produção de NADPH
A principal função da ramificação oxidativa do PPP é a produção de NADPH, que serve como co-factor 
para muitas reacções. O NADPH / NADP + relação é geralmente> 1,0. G6PD e 6PGD são responsáveis 
pela maior parte da NADPH produzido no citosol. Outras enzimas, como a isoforma citosólica da enzima 
málico, a forma citosólica de NADP + isocitrato desidrogenase dependente de quinase e aldeído 
desidrogenase NAD, é responsável pelo restante da NADPH produzido no citosol (Pollak et al 2007)
As piscinas NADPH citosólico e mitocondrial-tas a ser mantido de forma independente. NADPH é usado 
para a redução da glutationa oxidada (GSSG) para glutationa reduzida (GSH). GSH é importante para a 
desintoxicação de espécies reactivas de oxigénio (ROS) e converte o peróxido de hidrogénio reactivo em 
H2O. NADPH é usado também em muitas vias anabólicas, tais como a síntese de lípidos, a síntese do 
colesterol e de alongamento da cadeia de ácido gordo. O NADPH / NADP + par é essencial para manter a 
GSH na sua forma reduzida, e para manter a produção de determinadas hormonas (por exemplo, estradiol, 
testosterona). Até agora, não se sabe como as piscinas de NADPH em diferentes organelas, células e 
tecidos são gerados e regulados. É provável que as células não dependem de um único sistema NADPH 
geração dada a ameaça permanente de dano oxidativo (Pollak et al 2007). Para eritrócitos apenas as 
enzimas do PPP oxidativo estão presentes e deficiência de G6PD, a enzima limitante, pode resultar em 
anemia hemolítica, devido a uma diminuição potencial redox.
Produção de ribose
D-Ribose é sintetizado a partir da glucose-6P glicolíticas ou intermediários através de qualquer um dos 
ramos do oxidativo (catalisado pela G6PD e 6PGD) ou o ramo de não-oxidativo do PPP (catalisado pela 
transcetolase e TALDO) através de D-ribose-5P. Ribose e desoxirribose seu produto metabólico 
representam os componentes de açúcar do RNA e DNA, respectivamente, e, por conseguinte, 
desempenham um papel chave na divisão de células. Ribose é também um componente de numerosos 
outros intermediários celulares, incluindo o ATP, ADP, AMP, cAMP, coenzima A, FAD, NAD (P) + e 
NAD (P) H. O fluxo de glucose-6P, quer através dos ramos oxidativas ou não-oxidativo do PPP, ou 
através da glicólise, depende dos requisitos para a NADPH, ribose-5P ou ATP.
O estresse oxidativo
O PPP é regulada por um certo número de processos celulares, incluindo o stress oxidativo. O estresse 
oxidativo é causado por um desequilíbrio entre a produção de espécies reativas de oxigênio e uma 
capacidade system_s biológico para desintoxicar os intermediários reativos ou reparar o dano resultante. 
Nos seres humanos, o stress oxidativo está envolvido em muitas doenças, tais como a aterosclerose, a 
doença de Parkinson e doença de Alzheimer, mas pode também ser importante no envelhecimento. ROS 
pode ser benéfico, uma vez que são utilizados pelo sistema imunitário como uma forma de atacar e matar 
agentes patogénicos. ROS são também utilizados em sinalização celular. G6PD é a enzima chave na 
regulação da PPP e pode fornecer um marcador precoce de estresse oxidativo, uma vez que reage 
rapidamente com o aumento da procura de NADPH necessário para a manutenção do estado redox 
celular. O estado redox é essencial para manter a glutationa na sua forma (GSH) reduzida. Assim, o PPP 
fornece a maioria dos equivalentes redutores na forma de NADPH, que são necessários para a 
regeneração de glutationaGSH dissulfureto (GSSG), um processo catalisado pela glutationa-redutase 
(Kletzien et al 1994). A deficiência de G6PD em eritrócitos resulta em sensibilidade celular (hemólise) ao 
stress oxidativo a partir de substâncias alimentares (por exemplo, a partir de divicine favas) ou fármacos 
tais como Primaquina (Luzzatto 1987). Os eritrócitos não pode responder adap-tivamente aos oxidantes 
no nível de expressão do gene, ou por meio de produção de NADPH, uma vez que os eritrócitos não 
contêm isocitrato desidrogenase.
Inactivação da desidrogenase GA-3P glicolítica (GAPDH) é detectada na maioria dos tipos de células 
submetidas a oxidantes, tais como os peróxidos de hidrogénio (Chuang et al 2005; dastoor e Dreyer et 
2005; Du et al 2003; Janero al 1994; et al Shenton 2002; Newman et al 2007). Tem sido proposto que a 
inactivação GAPDH pode resultar em um redirecionamento do fluxo de hidrato de carbono (Chuang et al 
2005; Shenton e Grant 2003) a partir de glicólise para o PPP. Aumento da actividade do PPP tem sido 
observada em cardiomiócitos de ratos neonatais, bem como em células epiteliais humanas durante o stress 
oxidativo (Janero et al 1994; Goffe Le et al, 2002). Em levedura, mostramos que a actividade reduzida de 
GAPDH ou triose fosfato isomerase (TPI), a enzima directamente a montante do GAPDH, conduz ao 
aumento dos níveis de metabolitos de PPP e NADPH (Ralser et al 2007). Por conseguinte, parece 
plausível que a inactivação da GAPDH e funções da TPI como um comutador celular para o 
reencaminhamento do fluxo de hidratos de carbono, a fim de manter o celular NADPH / NADP + e 
equilíbrio paí-interajam estresse oxidativo.
Hipóxia
PPP actividade durante hipoxia (isquémia) tem sido estudado principalmente no músculo cardíaco e 
vascular. Resultados de hipoxia em aumento ROS e peróxido de hidrogénio para a desintoxicação 
exigindo GSH através da glutationa peroxidase e, portanto, NADPH. Em ratos, a atividade de G6PD ea 
geração de NADPH pela PPP aumenta rapidamente durante a isquemia-reperfusão em corações isolados. 
Ratinhos sem o enzima G6PD exibiram maior sensibilidade à isquémia-reperfusão induzida por contração 
e disfunção diastólica, associada com a depleção de tióis intracelulares e perda de homeostase redox (Jain 
et al 2004). Estes resultados indicam que a função do PPP oxidativo tem um papel importante na defesa 
contra a disfunção induzida por stress oxidativo cardíaco durante a isquemia-reperfusão. Mecanismos 
contrácteis controladas por níveis de NADPH / NADP + pode ser um factor contribuindo para a resposta 
contráctil à hipoxia (Wolin et al 2007), uma vez que a hipoxia foi também observada para aumentar os 
níveis de glucose-6P e NADPH em artérias de ratos isolados pulmonares e pulmões (Gupte et al 2006).
Câncer
Em tecidos malignos, há um aumento do metabolismo da glicose, o principal substrato da PPP. A glicose 
é utilizada para a síntese aumentada de ácidos nucleicos nas células malignas. Ribose, o componente de 
açúcar de ácidos nucleicos, é sintetizado a partir da glicose ou glico-líticas intermediários, quer através da 
ramificação oxidativa do PPP (catalisado pela G6PD e 6PGD) ou o ramo de não-oxidativo (catalisado 
pela transcetolase e TALDO). Transcetolase reações são estritamente tia-mina-dependente, e 70% de 
ribose isolada do tumor de células de RNA é sintetizada através da reação transcetolase tia-mina-
dependente. A tiamina oxythiamine análogo é, portanto, um inibidor eficaz da proliferação do tumor por 
inibição da actividade de transcetolase. Três genes foram relatados transcetolase até agora (TKT, TKTL1 
e TKTL2) (Coy et al 2005), TKTL1 mRNA e pro-teína é encontrado sobre-expresso em tumores 
invasivos (Langbein et al 2006). Menos de 30% de ribose é sintetizada pelos passos oxidativos de PPP. 
Condições proliferativas em tecidos normais e de tumor são acompanhadas por um aumento da actividade 
de G6PD (Ramos-Montoya et al 2006). Oxythiamine combinado e dehidroepiandrosterona (DHEA, um 
inibidor não-competitivo de G6PD) intervenção pode resultar em completa inibição da síntese de ribose, e 
pode representar uma nova estratégia para novas terapias de câncer (Ramos-Montoya et al 2006).
Caminhos ligadas ao PPP
O PPP é ligado a duas vias de metabolismo de hidratos de carbono, a glicólise e a via do ácido 
glucurónico.
Glicólise
Glicólise, intimamente interligado com o PPP, é a via principal de metabolismo de hidratos de carbono, 
que ocorre no citosol de todas as células. Glicólise converte a glicose em piruvato (Fig. 1, C). Em 
organismos aeróbicos, pyru-vado pode entrar na mitocôndria glicólise, em ligação com o ciclo do ácido 
cítrico e da cadeia de transporte de electrões, em que a maior parte da energia livre de glicose é 
produzida. A entrada de glicose para dentro da célula é mediada por transportadores específicos de tecido 
GLUT. Dentro da célula, a glicose é fosforilada em glicose-6P por glucoquinase ou hexo-quinase. Todos 
os intermediários entre glicose e piruvato são fosforilados, garantindo assim que não deixe o celular. A 
primeira fase de glicólise requer ATP. Glicose, um substrato de seis carbonos, é convertida em duas, três-
carbono intermediários, dihidroxiacetona fosfato dicálcico-(DHAP) e GA-3P. Esta sequência de reacções 
requer duas moles de ATP por mole de glucose. GA-3P e DHAP são interconversíveis pela TPI. A 
segunda etapa da glicólise resultados na produção de ATP. GA-3P é metabolizado pela GAPDH e 
posteriormente oxidada a piruvato, simultaneamente produzir 2 moles de ATP e 1 mol de NADH por cada 
mole de GA-3P.
Via do ácido glucurônico
Similar ao PPP, a via metabólica do ácido glucurónico (via do ácido urónico) é uma via alternativa para a 
oxidação de glicose que não produz ATP, mas não produz activado UDP-glucuronato. A via do ácido 
glucurónico começa com a conversão de glicose em glicose-6P-1P por fosfoglucomutase, o qual é então 
activado para UDP-glucose por UDP-glucose pirofosforilase (Fig. 1, D). UDP-glicose é oxidada para 
UDP-glucuronato de NAD + que requer UDP-glucose desidrogenase. UDP-glucuronato serve então como 
um precursor para a síntese de ácido idurónico e de UDP-xilose e é incorporado proteogly-latas e 
glicoproteínas ou conjugados com bilirrubina, esteróides, xenobióticos, drogas e muitos outros compostos 
contendo hidroxilo (JOH) grupos.
Glucuronato é reduzido a L-gulonate, o precursor directo do ascorbato naqueles animais capazes de 
sintetizar esta vitamina, numa reacção dependente de NADPH. Em seres humanos e outros primatas, 
assim como cobaias, morcegos e alguns pássaros e peixes, o ácido ascórbico não pode ser sintetizado por 
causa da ausência de L-gulonolactone oxidase. L-Gulonate é então oxidado a 3-ceto-L-gulonate, que é 
então descarboxilado a L-xilulose. L-Xilulose é convertido para o isómero D por uma redução dependente 
de NADPH em xilitol, seguido por oxidação, numa reacção dependente de NAD a D-xilulose. Após a 
conversão de D-xilulose-5P, é metabolizado através do PPP.
Doenças hereditárias do PPP
Ribose-5-fosfato-isomerase de deficiência (RPI)
Acumulação dos pentitols ribitol e arabitol no cérebro e fluidos corporais foi descrita pela primeira vez 
em um paciente com uma leucoencefalopatia lentamente progressiva de origem desconhecida (van der 
Knaap et al 1999). RPI deficiência foi descrito por Huck e colaboradores (2004). Desde então, nenhum 
dos pacientes adicionais com deficiência RPI têm sido descritas.
A apresentação clínica
O paciente com RPI (CE 5.3.1.6) deficiência (OMIM 608611) apresentaram psicomotor lento o 
desenvolvimento, desenvolvimento da fala, especialmente atrasado (Huck et al 2004; van der Knaap et al 
1999). Com a idade de 4 anos ele desenvolveu epilepsia. A partir da idade de 7 anos, ele regrediu, com 
deterioração da visão, fala, coordenação motora, andar e controle das crises. Neurolog ical exame com a 
idade de 14 anos, mostrou alguns espasticidade, atrofia óptica bilateral,e nistagmo em olhar lateral, um 
aumento Masseter reflexo e disartria cerebelar / pseudobulbar mista. Ele tinha ataxia cerebelar 
proeminente de seus braços e pernas e neuropatia periférica leve. Ele tinha retardo mental grave-dação, 
mas suas parâmetros de crescimento foram normais. Ele não tinha nenhuma disfunção orgânica 
organomegalia ou interno. Ele agora está em seus vinte anos.
A ressonância magnética (RM), às 11 e 14 anos de idade apresentaram anormalidades extensas da 
substância branca cerebral com envolvimento proeminente do U-fibras. A substância branca cerebral 
anormal tinha uma aparência anormalidade metabólica
Na urina, plasma e CSF, concentrações elevadas do ribitol pentitols e arabitol foram detectadas (Tabela 
1), e também D-xilulose foi elevada na urina. Estes metabolitos são postulados para derivar a partir de 
intermediários de PPP (Fig. 2). As concentrações de ribitol e arabitol exibido um gradiente cérebro / 
LCR / plasma de 70:40:1 para arabitol e 125:55:1 para ribitol. Mio-inositol concentrações no CSF foram 
diminuídos (2 - a 10 vezes, em comparação com os controlos) (van der Knaap et al 1999).
defeito enzimático
Por incubação de fibroblastos ou linfoblastos com ou ribose-5P ou 6-fosfogluconato, a actividade do RPI 
foi seguido medindo os açúcar-fosfato a partir de inter-medeia o PPP. Diminuição da atividade foi dem-
trada no paciente RPI-deficiente (Huck et al 2004).ligeiramente inchada com alguma ampliação da giros. 
Espectroscopia de ressonância magnética (MRS), realizado em 14 anos de idade, revelou ressonâncias 
anormais na região 3,5-4,0 ppm, correspondente a arabitol e ribitol.
Genética e estrutura
O gene RPIA humano (GenBank # NM_144563) está localizado no locus 2p11.2 e tem 9 exões. Humano 
RPIA consiste de um monómero de 311 aminoácidos. A sua estrutura é esperado que seja semelhante ao 
RPIA levedura, que tem sete hélices alfa-e beta-fios 14 e funciona como um homotetramer (GRAILLE et 
al 2005).
Dois alelos mutantes foram demonstradas no paciente RPI-deficiente: a uma deleção (c.540delG), 
resultando num desvio de enquadramento no codão 181 e uma proteína truncada previsto de 196 
aminoácidos, e uma mutação missense c.182C> T, resultando em uma substituição de Ala-Val-(p.A61V). 
A descoberta de dois alelos mutantes no paciente e os pais aparentemente saudáveis sugere herança 
autossômica recessiva.
Diagnóstico
O diagnóstico de deficiência RPI pode ser feita por meio da análise de açúcares e polióis em urina, 
plasma, ou CSF. Urinária ribitol e arabitol, bem como xilulose, são elevadas (mais de 10 vezes o limite 
superior dos intervalos de referência). Concentrações elevadas dos pentitols também são observadas em 
CSF. As concentrações urinárias de os açúcares sete carbonos são normais (Tabela 1), o inverso da 
deficiência TALDO. A confirmação pode ser obtida através da medição dos açúcar-fosfato intermediá-
ates em fibroblastos ou linfoblastos após incubação com ou ribose-5P ou 6-fosfogluconato e por análise 
da sequência do gene RPIA (Huck et al 2004). In vivo MRS cérebro revela picos elevados na região 3,5-
4,0 ppm que correspondem a arabitol e ribitol.
Tratamento e prognóstico
As opções terapêuticas para a deficiência RPI ainda não foram identificados.
Fisiopatologia
Embora a contribuição quantitativa da PPP para o metabolismo da glucose no cérebro de adulto é mínima 
(inferior a 5%), numerosas experiências usando inibidores específicos e os estudos confirmam a 
importância do desenvolvimento e do papel ^ Bfunctional desta via no cérebro. O PPP pode ter um papel 
essencial durante o desenvolvimento do cérebro (Baquer et al, 1977), como se segue: (1) através do 
fornecimento de ribose-5P no desenvolvimento precoce para a síntese de ácidos nucleicos e depois para a 
rotatividade de ARN, e (2) a via de NADPH fornece para lípidos e colesterol síntese (importante para a 
mielina), a produção de neurotransmissores e a remoção de H2O2 (para proteger as membranas 
celulares).
No único paciente com deficiência RPI, especula-se que os resultados da produção diminuída de NADPH 
em mielinização incompleta, resultando em homeopatia-leukoencephal. A neuropatia pode representar 
intoxicação com altas concentrações de polióis (ribitol e arabitol) no cérebro (Huck et al 2004), como 
observado em galactosemia mellitus ou diabetes quando galacticol ou sorbitol acumula nos nervos. A 
ausência de per-eral envolvimento de órgãos nos órgãos patient_s sugere um papel fundamental para o 
RIP no cérebro. Pois apenas um paciente foi diagnosticado com deficiência RPI uma associação sem 
causalidade com o fenótipo neurológico é possível, e é necessário encontrar outros pacientes para 
esclarecimento do fenótipo.
Transaldolase deficiência (TALDO) 
A deficiência de TALDO foi descrita pela primeira vez em 2001 (Verhoeven et al 2001), com sete 
pacientes adicionais diagnosticados.
Variabilidade fenotípica
TALDO deficiência (CE 2.2.1.2) (OMIM 606003) foi diagnosticado em cinco famílias (8 pacientes; 3 
meninas e 5 meninos) (Fung et al 2007; Valayannopoulos et al 2006; Verhoeven et al 2001, 2005; 
Wamelink et al 2008a ) (Fig. 1, B). Doença hepática está presente em todos. Os pacientes nasceram 
consangüíneos turco, árabe Emirados ou casais paquistaneses, sugerindo alelos raros na população 
humana. Em uma família de quatro pacientes foram afetados, incluindo um feto de 28 semanas 
apresentando hidropsia primeiros pré-natal e uma síndrome polymalformative. Todos os pacientes 
apresentaram no período neonatal ou pré-natal com hepatoesplenomegalia, testes de função hepática 
anormais, fibrose hepática e anemia hemolítica (Tabela 2). A maioria mostrou dismórficos (inclinação 
anti-mongolóide, por exemplo, baixa de orelhas e cutis laxa), edema neonatal, defeitos cardíacos 
congênitos, renal problemas (tubulopatia, insuficiência renal, nefrocalcinose) e / ou hipoglicemia 
intermitente. Mental e desenvolvimento motor foi normal na maioria, em que a avaliação foi possível 
(três pacientes morreram antes da idade de 6 meses). Em casos isolados clitóris aumentado, microfalo 
surdez sensório-neural e condutor, e raquitismo foram anotados. MRI e MRS do cérebro não revelou 
anormalidades.
Patologia do fígado inclui dano hepatocelular e degeneração dos hepatócitos ou hepatócitos hiperplásicos 
e ampliada com fibrose
anormalidade metabólica
TALDO deficiência apresenta elevada urina eritritol, arabitol, ribitol, sedoheptitol, perseitol, 
sedoheptulose, mannoheptulose e sedoheptulose 7P-(Verhoeven et al 2001, 2005; Wamelink et al 2005a, 
b, 2007) (Tabela 3). Elevações são marcantes no período neonatal, e mais sutil em pacientes mais velhos. 
No plasma e LCR, talvez haja apenas pequenas elevações poliol.
defeito enzimático
Deficiência TALDO é detectada através da medição da formação de açúcar-fosfato intermediários após a 
adição de ribose-5P a homogeneizados de eritrócitos, fibroblastos, linfoblastos e / ou de tecido do fígado. 
Não houve actividade TALDO detectável em todas as amostras dos pacientes.
Genética e estrutura
O ser humano TALDO gene (TALDO1; GenBank # NM_006755; gi 5.803.186) está localizado no 
cromossomo 11p15.5-p15.4 e um pseudogene está no cromossomo 1p34.1-p33. O gene consiste em cinco 
exões (Banki et al 1994). Humano TALDO é um monómero de 337 aminoácidos. A estrutura do núcleo é 
um alfa oito cadeias / barril beta formada por oito fios paralelos beta-e 14 alfa-helicoidal regiões (Thorell 
et al 2000). Na estrutura de cristal, humano TALDO é operativo como um dímero.
Até agora, três mutações homozigóticas foram detectados, incluindo uma deleção 3 (c.512-514delCCT) 
resultando em p.Ser171del (cinco pacientes), uma mutação sem sentido c.574G> A (p.Arg192His) (dois 
pacientes) ou c.575C> T (p.Arg192Cys) (um paciente), substituindo Argi-nine 192 ou com histidina ou a 
cisteína. Arginina 192 é proposta para fazer parte do local de ligação do fosfato, envolvida na catálise 
(Thorellet al 2000). Homozigose alélica, padrão de herança e localização cromossômica confirmam 
herança autossômica recessiva.
O gene TALDO1 portador da mutação p.Ser171del é transcrita, mas não proteínas ou a actividade 
enzimática é detectada em fibroblastos ou linfoblastos a partir de um paciente com essa mutação 
(Grossman et al 2004). O tratamento com inibidores de proteossomas sugere que a supressão da Ser171 
leva à inactivação e protea-alguma degradação mediada de TALDO.
diagnóstico
TALDO recicla pentose-P em glicolíticas intermediá-ates em conjunto com transcetolase, e deficiência 
resulta TALDO na acumulação de polióis e sete carbonos açúcares provavelmente derivadas a partir de 
intermediários da via (Fig. 2). Diagnóstico de deficiência de TALDO é conseguida por concentrações de 
urina elevadas destes intermediários (Wamelink et al 2005a, b, 2007). Elevat-ed concentrações de 
sedoheptulose-7P pode ser detectado em manchas de sangue, o que sugere que a triagem neonatal pode 
ser viável (Huck et al 2003). MRS não é informativo, e o padrão de ouro de diagnóstico é a medição da 
actividade in vitro e TALDO análise da sequência TALDO gene.
Diagnóstico pré-natal
O diagnóstico pré-natal é possível através da análise da sequência do gene TALDO em vilosidades 
coriónicas e amniócitos. Aumento das concentrações de sedoheptulose e ribitol foram detectados no 
líquido amniótico de um feto afetado (Wamelink et al 2008b). O diagnóstico pré-natal pode também ser 
possível através da medição sedoheptulose e ribitol no sobrenadante líquido amniótico.
Tratamento e prognóstico
As opções terapêuticas para a deficiência TALDO permanecem indefinidos. O tratamento deve tentar 
restaurar a fisiopatologia dis-turbed ou para substituir os órgãos afetados (por exemplo, o transplante de 
fígado ou hepatócitos).
Fisiopatologia
TALDO tem sido proposto como a enzima limitante da velocidade do ramo não-oxidativo do PPP 
(Gumaa et al 1969; Vatanaviboon et al 2002), enquanto que o ramo de G6PD controla oxidativo. Os dois 
ramos estão interligados. O ramo não oxidativa converte ribose-5P em glicose-6-P e indirectamente 
contribui para a produção de NADPH. A actividade de TALDO parece estar ligada à actividade de G6PD. 
A sobre-expressão de TALDO em Jurkat e H9 humanas resultados linhas de células T de uma diminuição 
da actividade de G6PD e 6PGD e NADPH e níveis de GSH, enquanto que a actividade reduzida TALDO 
nestas células induz um aumento actividades G6PD e 6PGD e níveis de GSH (Banki et al 1996). Células 
com superexpressão TALDO foram mais suscetíveis à apoptose induzida por vários mecanis-mos, 
enquanto as células com atividade reduzida TALDO mostrou inibido apoptose. O impacto da deficiência 
TALDO aparece tipo de célula e da espécie, uma vez que os níveis de NADPH e GSH são reduzidos em 
TALDO camundongos deficientes (Perl et al 2006), em oposição a ser aumentada em linhas de células 
com actividade TALDO reduzida. Reduzidos de proteína e actividades de G6PD enzima foram detectados 
em células de um paciente com deficiência de TALDO (Qian et al 2008).
Em oito pacientes com diagnóstico de deficiência TALDO há evidência de diminuição da NADPH + / 
NADP, conduzindo à diminuição da actividade da NADPH-dependente reacções (ou seja, a biossíntese do 
colesterol, hormona me-tabolism) (Wamelink et al, 2008a). Colesterol baixo, estradiol, testosterona ou 
níveis de vitamina D foram detectado em um ou mais pacientes. Anemia hemolítica foi observada na 
maioria dos pacientes, talvez relacionados com a diminuição da produção de NADPH nos eritrócitos.
O quadro clínico da deficiência de TALDO é dominados por fibrose hepática / cirrose, resultando em 
perma-nente tecido cicatricial. Desde TALDO tem sido reconhecida como um regulador de 
processamento de sinal de apoptose (Banki et al, 1996), esta pode ter relevância para a patogénese da 
doença do fígado. Por fim, acumulação de sedohep-tulose-7P e sedoheptulose tem sido sugerido que têm 
uma relação causal com alguns dos sintomas clínicos.
Distúrbios do metabolismo dos carboidratos relacionados
Outras doenças hereditárias do metabolismo de carboidratos estão intimamente relacionados com RPI ou 
deficiência TALDO quer através da associação com polióis acumulados ou ser-causar via de inter-
relações com o PPP.
Pentosuria essencial
Pentosuria essencial foi reconhecida como um erro inato do metabolismo, em 1892 (Hiatt, 2001). 
Indivíduos excretam 1-4 g por dia de L-xilulose pentose na urina. Pentosuria essencial é considerada uma 
condição benigna, que resulta de um defeito na via glucurônico oxidação. Os resultados metabólicos 
bloco de actividade reduzida do xilitol NADP-linked desidro-oxigenase (EC 1.1.1.9), a enzima que 
catalisa a conversão da L-xilulose a xilitol (Fig. 1, D).
L-Arabinosuria
Em 2002, uma menina de 16 meses de idade, com atraso no desenvolvimento motor, dismorfismo facial, 
palatoschizis e várias anormalidades esqueléticas incluindo hipo-plástico escápulas, OS hipoplásica ilea, e 
uma cifose extrema cervical (Onkenhout et al 2002). Grandes quantidades de L-arabinose foram 
detectadas na urina, togeth-er com um aumento de L-arabitol na urina, plasma e líquido cerebrospinal. A 
deficiência de L-presume arabitol desidrogenase era suspeito. Retirada de fruta na dieta levou à 
normalização dos níveis de poliol. Os autores sugerem que os sintomas clínicos pode ter sido um 
epifenômeno sem relação com as anormalidades bio-químicas neste paciente.
Glucose-6P desidrogenase
G6PD (EC 1.1.1.49) catalisa a reacção em primeiro lugar no PPP, proporcionando equivalentes redutores 
(NADPH) para todas as células (Fig. 1A). G6PD deficiência (OMIM 305900) é o mais comum defeito 
hereditário enzima humana, presente em mais de 400 milhões de pessoas (Cappellini e Fiorelli 2008). A 
deficiência de G6PD é uma doença ligada ao X do gene G6PD. As manifestações clínicas mais freqüentes 
são icterícia neonatal e anemia hae-molytic aguda, muitas vezes desencadeada por um agente exógeno. O 
principal papel metabólico de G6PD nas células vermelhas é a defesa contra agentes oxidantes através da 
produção de NADPH necessário para repor a glutationa reduzida (GSH). GSH é essencial para a 
desintoxicação de peróxido de hidrogénio, radicais de oxigénio, bem como a manutenção da hemoglobina 
e outras proteínas do sangue no estado reduzido. Produção de NADPH diminuiu provavelmente associado 
com o fenótipo clínico.
Sedoheptulokinase deficiência 
Em aproximadamente 50% de todos os doentes com cistinose de descendência norte da Europa, uma 
grande deleção 57 kb leva para paralelo de deleção do gene CTNS eo CARKL gene adjacente (Touchman 
et al 2000). Ly recente, foram documentadas que o gene codifica uma CARKL sedoheptulokinase, que é 
responsável pela phos-phorylation de sedoheptulose para sedoheptulose-7P; ainda sugerido que esta 
quinase renomeando sedoheptulose gene (SHPK) (Wamelink et al 2008b). Sedoheptulose 7P-Acredita-se 
que introduza o PPP e podem regular a produção de ribose e NADPH. Os pacientes com deficiência 
sedoheptulokinase ligados ao 57 kb excretam DELE-ção elevada sedoheptulose e eritritol na urina, e 
diminuíram sedoheptulose actividade phosphorylat-ing. Cistinose pacientes homozigóticos para a deleção 
sofrem da forma infantil grave nefropática da doença. Anteriormente, não houve diferença no fenótipo 
clínico de pacientes com outras mutações que causam o tipo infantil grave nefropática ou pacientes 
portadores a 57 kb deleção pode ser detectado. No entanto, existe uma grande heterogeneidade clínica em 
cistinose e deficiência SHPK que pode modificar o fenótipo clínico. Uma deficiência SHPK isolado não 
foi descrita, e ainda não está claro se haveria um fenótipo clínico.
Modelo do rato de TALDO deficiência
Os TALDO J / J ratos, desenvolvidos por recombinação homóloga (Perl et al 2006), desenvolver-se 
normalmente, no entanto, os machos são estéreis por causa de defeitos estruturaise funcionais 
mitocondriais. Há infertilidade masculina completa em j / j, e infertilidade masculina parcial, em ratinhos 
+ / j knockout. Camundongos fêmeas com completa ou parcial de fertilidade manifesta deficiência 
TALDO normal. Nos J / J TALDO ratos, sedoheptulose-7P acumulada na urina, testículos e fígado. A 
diminuição do nível de NADPH foi detectada em cauda de epididimário TALDO j / j e + / j ratos, 
indicando uma produção reduzida através G6PD e 6PGD, associada a uma incapacidade de reciclar 
ribose-5P a glucose-6P através da fase não oxidativa de o PPP. Nucleotídeos de piridina outros (por 
exemplo, ADP-ribose, AMP, cAMP, ADP e ATP) diminuíram em cauda epididimário de TALDO J / J 
ratos. Na urina dos J / J TALDO ratos havia níveis elevados de D-arabitol, ribitol e 6-fosfo-gluconato 
(EVA et al 2006). As actividades da G6PD e TK não foi alterada em j / j ou + / j ratinhos (Perl et al 2006). 
Em células TALDO deficientes esperma, um potencial transmembrana mitocondrial diminuiu rendeu 
dimin-tada produção de ROS, e reduziu citoplasmática e mitocondrial de Ca2 + níveis. Além disso, os 
níveis de pH intracelulares foram reduzidas. Teor de tiol intracelular, composto em grande parte de GSH, 
foi reduzida em TALDO j / j, mas não TALDO + / j espermatozóides. Nos ratinhos heterozigóticos, a 
fertilidade foi restabelecida após tratamento com N-acetilcisteína, um composto capaz de estimular a 
síntese e / ou poupar a utilização da GSH. N-acetil-cisteína não afectou a esterilidade do TALDO j / j 
ratos.
Métodos
A determinação quantitativa de açúcar-fosfato, açúcares e polióis em tecidos e fluidos corporais é 
essencial para o diagnóstico de defeitos metabólicos no PPP ou doenças relacionadas.
Métodos para medição de açúcar-fosfatos
Vários estudos abordaram a medição de açúcar-fosfato nos tecidos (Hofer 1974; Jensen et al 2001; 
Kauffman et al 1969; Smits et al 1998; Swezey 1995). Medição da basais açúcar-fosfato concen-trações 
em tecidos é complicado devido à sua fraca abundância e a sua estrutura química. Além disso, a 
diferenciação de diferentes fosfatos de açúcar é desafiadora devido às suas semelhanças na carga, peso e 
estrutura.
Kauffman e colaboradores têm quantificado PPP metabolitos no cérebro de rato e tecido hepático 
indirectamente através de um ensaio espectrofotométrico (Kauffman et al 1969) e verificou-se que os 
fosfatos de açúcar estão presentes na gama de tecidos nmol / g de peso fresco. No entanto, o seu método 
falharam a diferenciação de açúcar-fosfatos. Por exemplo, a ribose-5P e sedoheptulose-7P foram 
quantificados em soma. Métodos de HPLC foram apresentados (Hofer 1974; Swezey 1995) que foram 
morosos. Jensen e seus colegas desenvolveram um fluxo de massa em tandem injeção espectrometria 
(MS / MS) método para a triagem neonatal de galactosemia com base na presença de elevada intracelular 
galactose-1P (Jensen et al, 2001). A cromatografia líquida de MS / MS do método (LC-MS/MS) para a 
análise de diferentes fosfatos de açúcar, em manchas de sangue foi apresentada (Huck et al 2003). Este 
ensaio foi aplicado ao tecido de fibroblastos, fígado linfoblasto, e amostras de urina (Valayannopoulos et 
al 2006; Wamelink et al, 2005a, 2007). Isto facilita a aplicação distinção de pentose-5P e pentulose-5P, 
enquanto ribulose-5P-5P xilulose e não podia ser independentemente quanti-ficada, como foi o caso para 
a glicose e a frutose-6P-6P.
Os métodos para a medição de açúcares e polióis
As concentrações anormais de açúcares e polióis em fluidos corporais ocorrem num certo número de con-
dições patológicas, tais como diabetes mellitus, doença renal e hepático e vários erros inatos do 
metabolismo de carboidratos. Polióis, ou álcoois polifuncionais, podem ser formadas por meio de redução 
de açúcar. Eles são classificados de acordo com um dos números de átomos de C: C4, Tetroses e tetritols; 
C5, pentoses e pentitols; C6, hexoses e hexitols, e C7, heptuloses e heptitols. O profil-ção de açúcares e 
polióis em fluidos e tecidos corporais é geralmente feito por HPLC (Agblevor et al 2004; Jandera e 
Chura'cek 1974; Verhaar Kuster e 1981) ou GC (Haga e Nakajima 1989; Jansen et al, 1986; Laker 1980). 
GC com detecção de ionização de chama ou detecção por espectrometria de massa de alta resolução 
cromatográfica oferece com boa sensibilidade e seletividade. No entanto, a preparação da amostra 
trabalhoso (incluindo a purificação da amostra e derivatização) é uma limitação. Dois métodos de LC-
MS/MS para a investigação de polióis na urina foram desenvolvidos recentemente (Wamelink et al 
2005b). O tempo de preparação da amostra é reduzida sem comprometer o desempenho analítico. Os 
métodos utilizam apenas 200 ml de urina.
Um método específico para a quantificação LC-MS/MS de sedoheptulose mannoheptulose e na urina foi 
desenvolvido para a detecção de deficiência TALDO (Wamelink et al 2007).
Resumo perspectivas e futuro
Durante este projecto de doutoramento, desenvolvemos novos métodos analíticos para medir os fosfatos 
de açúcar, polióis e sete carbonos açúcares para a detecção do (novo) defeitos no PPP e para caracterizar a 
função do PPP (Wamelink et al 2005a, b, 2007) .
Foram identificados novos marcadores metabólicos urinários de deficiência TALDO e marcadores 
possíveis amniótico fluido que pode facilitar o diagnóstico pré-natal (Wamelink et al 2007, 2008b). A 
apresentação de hidropisia fetal e um síndrome polymalformative num feto de 28 semanas de idade, com 
deficiência TALDO, associado metabólica anomalias no fluido amniótico que implica TALDO é relevante 
durante o desenvolvimento fetal. O PPP é altamente activo em tecidos que proliferam rapidamente, 
porque gera 5P-ribose necessária para a síntese de ácidos nucleicos. Além disso, gera NADPH como o 
redutor primário usado em vias anabólicas e é essencial para a manutenção de GSH (Jauniaux et ai, 
2005).
Com o número crescente de pacientes recém-diagnosticados TALDO deficientes (Wamelink et al, 2008a) 
e as investigações desses defeitos metabólicos herdados no PPP, o conhecimento de seus fenótipos 
bioquímicos e clínicos têm aumentado. No entanto, muitas questões sobre a fisiopatologia desses defeitos 
permanecem. A descoberta, utilizando um modelo de levedura, que o estresse oxidativo induz uma ativa 
reencaminhamento da glicólise ao PPP para manter o citoplasmática NADPH / NADP relação + (Ralser et 
al 2007) é relevante para a fisiopatologia de defeitos no PPP ou glicólise e isso pode sugerir estresse 
oxidativo que deve ser evitada em pacientes. RPI e TALDO são ambos enzimas na parte reversível do 
PPP. Embora estas funções enzimas na mesma parte da via, o seu resultado deficiências em duas 
totalmente diferentes fenótipos clínicos, ou seja, neurológicos (RPI) versus hepática / sistêmica 
(TALDO). A função do PPP e, especialmente, RPI no cérebro não tem sido extensivamente estudada. 
Animais knock-out modelos será muito importante para estudar os papéis da RPI e TALDO em diferentes 
tecidos e vai permitir que as investigações sobre a fisiopatologia exata desses transtornos. Inves-tigações 
da RPI e da TALDO atividades e expressão em diferentes tecidos pode revelar as relações entre padrões 
de células específicas de expressão e os clínicos phe-notypes em caso de seus defeitos. A toxicidade de 
acumulação de polióis e açúcar-P pode desempenhar um papel na patofisiologia e poderia ser estudada. 
Além disso, mais se desenrolando, os mecanismos fisiopatológicos destas doenças é essencial para o 
tratamento de desenvolvimento. Abordagens hipotéticas para estratégias de tratamento são os seguintes: 
para induzir a produção de glutationa reduzida, com N-acetilcisteína, para reduzir o stress oxidativo com 
anti-oxidantes (por exemplo, a vitamina C ou E), e para reduzir a acumulação de poliol ou de açúcar-P, 
utilizando inibidores específicos da PPP. Estas estratégias de tratamento pode ser melhor testado em 
animais (por exemplo, levedura)modelos.
Os polióis acumulando, ribitol, arabitol e eryth-ritol, encontrados em pacientes com deficiência de RPI 
TALDO e estão pensados para derivar através de P-açúcar a partir do PPP.
Contudo, o metabolismo destes polióis e as enzimas envolvidos não foram ainda completamente 
determinada e mais pesquisa precisa de ser feito para confirmar estas vias suspeitas para a produção de 
polióis.
Nós determinamos que a proteína é um CARKL sedo-heptulokinase, e rebatizou-SHPK (Wamelink et al 
2008c). Doentes com cistinose com uma deleção de 57 kb comum, que altera os dois CTNS e genes 
SHPK, display diminuição da atividade sedoheptulokinase em fibroblastos e acumular sedoheptulose na 
urina. A consequência de uma carência bioquímica sedoheptuloki-nase isolado não foi ainda identificado. 
Isto pode ser estudado através da transfecção de linhas celulares em cultura de pacientes com cistinose 
transportando a supressão de 57 kb com o gene CTNS.
Ambas as deficiências e TALDO RPI são susceptíveis de ser sub-diagnosticada uma vez que ambas as 
doenças só recentemente foram descritos e são pouco conhecidas. Além disso, a disponibilidade limitada 
de determinadas técnicas de análise que são requeridos para as medições dos biomarcadores adequados 
dificulta a utilização em investigações de rotina. Nós sentimos que é legítimo para a tela todos os 
pacientes com hepatoesplenomegalia inexplicável, problemas de função hepática, fibrose hepática e 
hemolítica anae-mia apresentando no período neonatal ou pré-natal e pacientes com hemocromatose 
neonatal para deficiência TALDO por polióis urinário de medição e / ou sete carbono açúcares . Além 
disso, todos os pacientes com um pouco compreendidos curso clínico neurodegenerativa incluindo 
leucoencefalopatia devem ser rastreados para a deficiência RPI medindo polióis urinário. Nos casos em 
que as concentrações anormais de açúcares e polióis são encontrados, ensaios enzimáticos estão agora 
disponíveis para o investigação detalhada da causa subjacente (s) de anormalidades do metabolismo do 
açúcar-mal / poliol.
Reconhecimento Temos uma grande dívida com o professor Michael Gibson por seus comentários sobre e 
correções deste manuscrito.