Aula desgravada de Biopatologia DOENÇAS DEGENERATIVAS MITOCONDRIAIS E LISOSSÓMICAS INTRODUÇÃO

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1 Aula desgravada de Biopatologia DOENÇAS DEGENERATIVAS MITOCONDRIAIS E LISOSSÓMICAS Leccionada por: Prof. Paula Duarte INTRODUÇÃO Grandes grupos de doenças: - degenerativas - inflamatórias - neoplásicas -As doenças lisossómicas e mitocondriais são incluídas no grupo das doenças degenerativas; -No entanto as doenças mitocondriais estão envolvidas em processos que se relacionam com as doenças neoplásicas; - As doenças degenerativas abordadas nesta aula têm relação com perda de capacidade e função a nível celular e orgânico; -Podemos dividi-las em: 1. Doenças por intoxicação, que provocam danos celulares tóxicos. a) São doenças que afectam reacções metabólicas e portanto são uma sequência de actividades catalíticas, envolvendo por isso enzimas, sequência de subprodutos até à obtenção de um produto final celular que, ou pode ser utilizado pela célula ou metabolizado sem problemas para as células; b)um erro na sequência das reacções metabólicas envolve dois possíveis trajectos: seguem vias metabólicas alternativas (não importantes quando a via principal está activa), que levam à formação de produtos que podem ser tóxicos para a célula; ou desse bloqueio o produto resultante não é metabolizado, mas sim acumulado; 2. Doenças por deficiência energética da célula e portanto levam a uma perda da função; DOENÇAS LISOSSÓMICAS Generalidades São também nominadas doenças de acumulação; Os lisossomas são vesículas intracitoplasmáticas ricas em enzimas (hidrólases), em ph ácido. Estas enzimas são produzidas no retículo endoplasmático, passam depois para o complexo de Golgi, onde são processadas, depois incluídas em vesículas que se vão fundir com os endossomas, formando-se assim os lisossomas; 1

2 No complexo de Golgi vão ser adicionadas às enzimas com destino aos lisossomas um marcador/endereço, que resulta da adição de um resíduo de manose-6-p. As vesículas que fazem o transporte até aos lisossomas possuem receptores para o resíduo de manose-6-p, estes são importantes pois impedem que as enzimas lisossomais degradem componentes da célula antes de serem incorporadas nos lisossomas. Ao chegarem ao destino quer as enzimas, quer os receptores são englobados, mas dado o ph ácido do interior dos lisossomas, a enzima separa-se do seu receptor, sendo este último reciclado para o retículo endoplasmático. Principais deficiências a nível das vias catabólicas Ausência da enzima ou produção insuficiente; Síntese da proteína com local catalítico inactivo (as provas bioquímicas são importantes nesta situação pois embora o doseamento da enzima esteja normal, ela não é activa); Ausência de activador enzimático (co-factor); Ausência de proteína ou sinal de transporte do material digerido para fora do lisossoma Manifestações tecidulares Dependem: localização/expressão tecidular do substrato a catabolizar; orgão onde ocorre o processo catabólico. Inclusion cell disease (doença de inclusão celular) É uma doença de acumulação lisossómica, que resulta de erros no processo de endereçamento, uma vez que se a enzima não tiver o resíduo manose-6-p ela não vai até ao lisossoma. Daqui resulta ausência de enzimas fulcrais para a digestão de conteúdos lisossomais; Manifesta-se sobretudo a nível dos fibroblastos, sendo no entanto considerada uma doença generalizada e grave com mortalidade ao fim de um ano (no máximo). Doença de Niemann-Pick (tipo A e B) A doença de Niemann-Pick tipo A e B está relacionada com a degradação da esfingomielina, cuja catabolização é feita por células do sistema fagocitário, daí a manifestação generalizada da doença em órgãos como o baço, fígado, medula óssea, gânglios linfáticos e pulmões (visceromegalia); Assim, esta doença cursa com a acumulação de esfingomielina e os sub-tipos A e B existem devido a mutações diferentes do gene que codifica a enzima esfingomielina fosfodiesterase. 2

3 Doença de Niemann-Pick (tipo C) É um exemplo de doença que consiste na ausência de proteína ou sinal de transporte do material digerido para fora do lisossoma; Esta doença relaciona-se com o processamento do colesterol ligado à LDL, ou seja, o colesterol entra na célula ligado ao receptor da LDL, é incorporado a nível dos lisossomas, há libertação do receptor, mas os lisossomas não libertam o colesterol livre, havendo assim acumulação; Doença Tay-Sachs Caracterizada por um defeito na catabolização de um gangliosídeo GM2, que é um componente da membrana celular dos neurónios, pelo que as manifestações mais graves da doença surjam no tecido nervoso, envolvendo mais precisamente os neurónios das células ganglionares da retina; Na observação do fundo do olho é característico verem-se células menos densas e um halo de células mais densas (que são as normais)- cherry-red spot ; A doença de Tay-Sachs pertence a um grupo de doenças designadas gangliosidoses GM2, em que o principal problema é a não catabolização do gangliosídeo GM2. Para que este fosse degradado seria necessário uma enzima composta por duas sub-unidades α e β e uma molécula activadora. No caso da doença Tay-Sachs é a sub-unidade α que esta afectada. Doença de Pompe É o único exemplo de uma doença que cursa com glicogenose; É uma doença de manifestação mais restrita porque afecta o tecido muscular (especialmente o cardíaco); Caracterizada por um defeito na maltase ácida, importante para a degradação do glicogénio, desta forma vai haver acumulação de glicogénio a nível dos lisossomas, dando efeitos relevantes a nível muscular; Temos alterações de dois tipos: o aumento do tamanho das células- a nível morfológico (cardiomegalia, hepatomegalia) e indirectamente a nível funcional uma vez que o substrato para produção energética não está disponível, havendo falência orgânica e hipotonia muscular ; Esta é uma doença degenerativa lisossómica que tanto potencia a toxicidade celular, como provoca uma diminuição da produção energética; Possíveis intervenções terapêuticas: -terapia farmacológica (fármacos que inibam a síntese ou a absorção das substâncias não degradadas ou substitutos da enzima por via parentérica; esta estratégia tem problemas que dizem respeito à dificuldade na passagem das membranas biológicas); -terapia de substituição (transplante de medula, transplante hepático); -terapia genica; -terapia regenerativa (seleccionar células estaminais do indivíduo e repará-las quanto à ausência daquela enzima - no entanto o insuficiente conhecimento da biologia celular é um entrave a este tipo de terapia). 3

4 Doença de Gaucher Doença autossómica recessiva que resulta de mutações no gene que codifica a glicocebrosidase; Tipo I: forma não neuropática crónica, o armazenamento de glicocerebrosídeos é limitado aos fagócitos mononucleares, com envolvimento predominante do músculo esquelético e do baço, sem que haja envolvimento cerebral; Tipo II: doença de Gaucher neuropática aguda. É uma forma infantil em que não existe nenhuma actividade detectável de glicocerebrosidase nos tecidos. Surge hepatoesplenomegalia e ainda um envolvimento progressivo do SNC levando à morte em idade precoce; Tipo III: forma intermédia da doença de Gaucher. Possui o envolvimento sistémico característico do tipo I e ainda a doença progressiva do SNC característico do tipo II. Geralmente começa na adolescência. DOENÇAS MITOCONDRIAIS Generalidades As doenças mitocondriais são doenças genéticas que afectam genes que são expressos na mitocôndria; As mitocôndrias possuem o seu próprio genótipo, tendo várias moléculas de ADN e dentro de cada molécula, múltiplas cópias do mesmo gene; Só uma parte mínima dos componentes da mitocôndria é codificada por ela própria, no entanto ela assume uma grande importância em processos metabólicos e na produção de energia, daí que as doenças mitocondriais caracterizam-se essencialmente por uma deficiente produção energética (ex: dos genes codificados pela mitocôndria, 13 codificam proteínas da cadeia respiratória; dos mil genes da mitocôndria, só 37 são codificados por ela e se houver ausência desses 37 genes essa situação vai ser incompatível com a vida); As várias moléculas de ADN dentro da mitocôndria podem ser todas iguais Homoplasmia, ou haverem cópias mutadas de ADN mitocondrial e outras de ADN mitocondrial normal Heteroplasmia (é nesta situação que se podem desenvolver células degenerativas, importantes, por exemplo, na formação de ovócitos); Na formação de ovócitos a separação das mitocôndrias é feita ao acaso, podendo surgir ovócitos com maior quantidade de mitocôndrias com ADN mutado o feto vai apresentar uma doença generalizada com fenótipo mais grave, ou ovócitos com menor quantidade de mitocôndrias com menos ADN mutado e assim o feto surge com uma doença mais restrita, a um ou outro tecido, e por isso, com fenótipo mais atenuado; A genética mitocondrial é de herança exclusivamente materna, embora possa afectar tanto o sexo masculino como sexo feminino; Os diversos tecidos têm diferentes requerimentos energéticos- efeito limitante, ou seja, há tecidos que precisam de muito mais energia do que outros. Desta forma, os tecidos com menor necessidade energética e que possuam mutações a nível do ADN mitocondrial, possam não apresentar sintomatologia; por outro lado as carências 4

5 energéticas em tecidos como o cérebro e o sistema muscular vão ser mais graves, daí que muitas das doenças mitocondriais sejam encaradas como encefalomiopatias. Mutações e heteroplasmia A mesma mutação mitocondrial pode surgir com diferentes manifestações, associadas a patologias diferentes; A patologia será tanto mais grave quanto maior for a heteroplasmia (maior a % de ADN mitocondrial mutado). Assim temos para a mesma mutação (trna para a leucina): - 90 a 95% de mtadn mutado- Síndroma MELAS (conjunto de doenças muito graves e altamente limitantes); - menos de 50% mtadn mutado- Oftalmoplegia externa progressiva (doença mais restrita, com fenótipo mais atenuado); Por outro lado, mutações em genes diferentes e diferentes mutações podem resultar na mesma doença. É o caso da atrofia óptica de Leber (degeneração do nervo óptico), que pode ser provocada por mutações em genes diferentes ND1, ND4 ou ND6 e no entanto o resultado final é o mesmo, ou seja, diminuição de rendimento energético surgindo a mesma doença; Síndroma de Leigh Caracteriza-se por defeitos em proteínas integrantes dos complexos I e II da cadeia respiratória; O complexo II da cadeia respiratória é constituído por proteínas codificadas pelo núcleo, e por isso uma doença mendeliana; por outro lado os defeitos a nível do complexo I, cujas proteínas constituintes são de base quer nuclear, quer mitocondrial, dão origem a uma doença de base mitocondrial. No seu conjunto são designadas por Síndroma de Leigh. EM RESUMO: Nas patologias mitocondriais não é fácil estabelecer uma correlação entre genótipo e fenótipo, ou seja, não basta saber se tem uma mutação no gene x do ADN mitocondrial, é preciso saber também se está muito ou pouco representado e se está igualmente representado em todos os tecidos. As doenças mitocondriais apresentam grande diversidade fenotípica devido a: 1- Grau de heteroplasmia 2- Efeito limitante 3- Relação entre o envolvimento do ADN nuclear e o ADN mitocondrial na génese da doença Fátima Santos T5 Marco Oliveira T5 5