Química Biológica Patológica Tema 10: Glucogenosis tipo II Año: 2013

Transcripción

1 ENFERMEDAD DE POMPE 1. INTRODUCCION Hace más de 50 años atrás, Pompe describe a una niña de 7 meses de edad, quien murió de repente, con hipertrofia idiopática del corazón. Aunque el síndrome se había descrito anteriormente, Pompe hizo la observación crítica que había acumulación masiva de glucógeno dentro de vacuolas, no sólo en el corazón, sino en todos los tejidos examinados. Glucogenosis tipo II (GSDII), también denominada deficiencia de maltasa ácida (AMD) o la enfermedad de Pompe es un trastorno hereditario del metabolismo del glucógeno que resulta de defectos en la actividad de α- glucosidasa hidrolasa acida lisosómal en todos los tejidos de los individuos afectados. El trastorno se transmite como un rasgo autosómico recesivo. La presentación clínica de GSDII abarca una gama de fenotipos, todos los cuales incluyen un grado variable de miopatía, pero difieren en cuanto a la edad de inicio, extensión de la afectación de órganos y la tasa de progresión a la muerte. La más severa es la enfermedad clásica con aparición de la enfermedad en edad infantil, descrita por Pompe y delineado antes del descubrimiento de la deficiencia de maltasa ácida, con un prominente cardiomegalia, hipotonía, hepatomegalia y muerte por insuficiencia cardiorrespiratoria, por lo general antes de los 2 años de edad. En el otro extremo es una forma de la enfermedad con inicio en la vida adulta en forma lenta y progresiva con la aparición tardía como la segunda a sexta década y la afectación esencialmente del músculo esquelético. Entre estos dos extremos hay un grupo heterogéneo, denominado como variante infantil, juvenil o muscular con un predominio de afectación de la musculatura esquelética, por lo general sin compromiso cardíaco, y un curso más lento y progresivo en comparación con la clásica aparición infantil de la enfermedad de Pompe. Domina la debilidad progresiva del músculo proximal incluyendo el deterioro importante de la función respiratoria y la muerte generalmente es por insuficiencia respiratoria. 2. FISIOPATOLOGÍA La enfermedad de Pompe involucra un defecto en la α-glucosidasa ácida lisosomal que resulta en incapacidad para degradar glucógeno vesicular Área Química Biológica Dra. Silvia M. Varas 50

2 autofagocitado. Resulta en la acumulación intralisosomal de glucógeno de la estructura normal en numerosos tejidos. La acumulación es más marcada en el músculo cardíaco y esquelético y en los tejidos hepáticos de niños con el desorden generalizado. En la GSDII de aparición tardía, la acumulación de glucógeno es prácticamente limitada al músculo esquelético y es de menor magnitud. El escaneo por TAC puede revelar el (los) sitio (s) de los músculos afectados. Figura Nº1: Morfología de los compartimentos de acumulación comúnmente observados en células con la enfermedad de Pompe. Estudios fisiopatológicos han mostrado un agrandamiento progresivo de las vesículas que acumulan glucógeno, con evidencia de vacuolas de acumulación autofágicas (ver figura) en las fibras musculares del tipo II pero no el tipo I. En definitiva, los defectos de acidificación en poblaciones de endosomas y lisosomas y disminuida movilidad vesicular se han informado en las células de Pompe sugiriendo un defecto secundario en el tráfico vesicular. D: vacuolas autofágicas La terapia de reemplazo enzimático ha sido desarrollada para pacientes de Pompe y utiliza la captación extracelular de la enzima funcional por los receptores de manosa-6-fosfato de la superficie celular. Esta terapia puede limpiar de glucógeno en el músculo cardíaco, pero ha sido menos eficaz en el músculo esquelético, en particular para el glucógeno autofágico en las fibras tipo II. Este fracaso de la terapia de sustitución enzimática para limpiar glicógeno del músculo esquelético puede ser debido a la incapacidad de la enzima endocitada para alcanzar los compartimentos de almacenamiento, ya sea debido al número limitado de receptores de manosa-6- fosfato en estas células musculares o debido al tráfico vesicular interrumpido en las fibras tipo II. El hecho de que sólo las fibras de tipo II del músculo esquelético muestra la desorganización en la red de tráfico de microtúbulos intracelular en las zonas de acumulación de autofagia es consistente con la interrupción del tráfico vesicular observado en estas células. La combinación de tráfico vesicular alterado y la acumulación de glucógeno autofagico es claramente central en el desarrollo de la fisiopatología de la enfermedad de Pompe. Área Química Biológica Dra. Silvia M. Varas 51

3 El camino de la autofagia se ha implicado en la patogénesis de otras enfermedades de depósito lisosomal, incluyendo la deficiencia de sulfatasa múltiple, mucopolisacaridosis IIIA, mucolipidosis IV y la enfermedad de Niemann-Pick. La activación de la autofagia puede representar un mecanismo de respuesta común por parte de las células afectadas tratando de engullir y limpiar sustratos no degradado y organelas no funcionales. Figura Nº2: Trafico de las enzimas lisosomales. La recientemente sintetizada α-glucosidasa que contiene un alto numero de residuos de manosa es transferida desde el RE a la red de Golgi donde adquiere el marcador manosa-6-manosa por la acción secuencial de N- acetilglucosamilfosfotransferasa (GnPT) y N-acetilglucosamina-1-fosfodiester α-nacetilglucosaminidasa (UCE), (Vía 2). La enzima que contiene residuos M-6-P luego se une a los R M-6-P y es transportada al lisosoma, (vía 1). Área Química Biológica Dra. Silvia M. Varas 52

4 3. DIAGNÓSTICO La mayoría de los pacientes tienen elevados los niveles plasmáticos de creatina quinasa (CK) y se puede encontrar elevaciones de las enzimas hepáticas, particularmente en pacientes con la forma de inicio adulto. El diagnóstico clínico se confirma por la ausencia virtual (en la forma infantil) o actividad marcadamente reducida (de aparición tardía) de ácido α -glucosidasa acida en biopsias de músculo y fibroblastos cultivados. Los linfocitos purificados y células de líneas linfoides también exhiben las anomalías en las enzimas, pero no han sido tan ampliamente utilizados para el diagnóstico y se pueden cometer errores de diagnóstico con los linfocitos de sangre periférica imperfectamente fraccionados. El ensayo de leucocitos no fraccionados no es fiable en la mayoría de los laboratorios a menos que se combine con el uso de anticuerpos. En general, la cantidad de actividad enzimática residual se correlaciona inversamente con la gravedad de la enfermedad. El diagnóstico prenatal se ha hecho mediante la determinación de la deficiencia de alfa-glucosidasa ácida en células amnióticas cultivadas y las biopsias de las vellosidades coriónicas. El análisis del ADN es de valor diagnóstico de apoyo y proporciona un medio para la detección de portadores. 4. ESTRUCTURA DEL GEN Y MUTACIONES MAS COMUNES Tanto el ADNc como el gen estructural humano se han aislado, caracterizado, y se utiliza para analizar las mutaciones. El cdna para el alfaglucosidasa ácida humana es más de 3,6 kb, con 2859 nucleótidos (nt) de la secuencia de codificante. Presenta una región 3' no traducida de 550pb, y una región 5 no traducida de al menos 218 pb. La región codificante predice una proteína de 952 aminoácidos en una proteína no glicosilada de 105,37 kda, con una secuencia señal aminoterminal para la síntesis en el RE. La enzima es ampliamente modificada por glicosilación posttraduccional dentro RE en los siete sitios predichos, posterior remodelación del carbohidratos ligado a asparagina y la fosforilación de los residuos de manosa, proporcionando el marcador reconocimiento manosa-6- fosfato para orientar hacia los lisosomas. Área Química Biológica Dra. Silvia M. Varas 53

5 La enzima adicionalmente se modificó por tanto la escisión proteolítica aminocomo C-terminal, principalmente dentro de los lisosomas. El gen estructural contiene 20 exones en aproximadamente 20 kb de ADN genómico y se ha localizado en el cromosoma 17q25 humanos y es designado como GAA. Figura Nº3: Arriba: la estructura genómica del GAA humana. Las barras representan los exones y las líneas horizontales representan los intrones. Gris representa secuencia no traducida y negro representa la secuencia codificante. Abajo: La distribución de los diferentes tipos de mutaciones perjudiciales que se encuentran en pacientes con GSDII. (Sólo los exones se indican, las flechas representan las mutaciones en los sitios de empalme.) Mutaciones más comunes Avances significativos se han hecho durante los últimos años en diferentes áreas relacionadas con la patología molecular de deficiencia de alfa--glucosidasa ácido. El número de mutaciones identificadas ha ido aumentando rápidamente y ya se ha cuadruplicado con más de 40 mutaciones identificadas. Estos son catalogados y se actualizan regularmente en varios sitios en el Internet incluyendo En un principio, el análisis por Southern y Northern Blot permitió detectar múltiple anomalías para distinguir diferentes ARNm en tamaño y cantidad y de ADN genómico sometido a digestión con enzimas de restricción, consistente con una alta frecuencia de mutaciones puntuales con cambio de sentido. Sin embargo, aproximadamente la mitad de las mutaciones informadas son las mutaciones sin sentido, y el resto constituido por mutaciones sin sentido, en el sitio de empalme, pequeñas inserciones y deleciones y grandes deleciones. La Área Química Biológica Dra. Silvia M. Varas 54

6 aparente preponderancia de las mutaciones sin sentido puede reflejar el énfasis en los estudios iniciales sobre el análisis de cdna. Con el uso creciente de la detección de mutaciones basadas en la amplificación por PCR del DNA genómico, el espectro de mutaciones se ha desplazado a las mutaciones que afectan a la estabilidad del mrna, tales como sin sentido, sitio de empalme, y las pequeñas inserciones con cambio en el marco de lectura y / o supresiones que dan lugar a la terminación prematura, en conformidad con los resultados previos usando análisis por Southern y Northern Blot. Tabla Nº 1: Mutaciones frecuentes en pacientes GSD II Mutación Grupo étnico Frecuencia Alélica Fenotipo IVS 1-13t>g (splice) Asp645Glu Arg854X Del525T del exón 18 Caucásico Taiwanes Afroaméricano Alemán Alemán 0,4-0,6 0,8 0,5 0,34 0,23 Juvenil/Adulto Desde 2006 hay disponible una terapia de reemplazo enzimática para EAG2. Myozyme, (Genzyme Corporation, Framingham, MA, USA) es α glucosidasa acida humana, ha sido aprobado en Europa y USA. Área Química Biológica Dra. Silvia M. Varas 55