Doenças mitocondriais

Transcrição

1 Doenças mitocondriais XI Curso Básico de Doenças Hereditárias do Metabolismo Coimbra, setembro 2013 Luísa Diogo Serviço de Centro de Desenvolvimento da Criança Hospital Pediátrico Carmona da Mota CHUC, EPE

2 Erros inatos metabolismo energético Glúcidos Lípidos Prótidos Défice da produção de energia Cérebro, Fígado, Músculo, Miocárdio CO 2 ATP Creatina~P Atraso de crescimento, Hipoglicémia, hiperlactacidémia, Hipotonia generalizada, miopatia, Cardiomiopatia, colapso circulatório, Morte súbita, Malformações

3 Erros inatos metabolismo energético Glicogénio Glicose ~ 2 ATP Aminoácidos Citosol Alanina Piruvato Lactato Mitocôndria PDH Acetil-CoA boxid.ag Ác. gordos C. cetónicos Oxaloacetato Ácido cítrico C. Krebs NADH ADP ATP Creatina~P FADH 2 2CO 2 CRM O2 H 2 O ~38 ATP

4 MEM MIM Matriz EIM Cadeia respiratória mitocondrial NADH O 2 D 1,14 V FADH 2 O 2 D 0,88 V Loc. membrana mitocondrial interna Constituída por 2 transportadores e- coq e Citocromo c 5 complexos multi-enzimáticos I, II, III, IV, V mecanismos regulatórios complexos, pouco conhecidos Supercomplexos respirassomas

5 Cadeia respiratória mitocondrial - - 0,15V + (adaptado de DiMauro and Schon, 2006) Oxidação substratos energéticos redução de coenzimas (NAD + e FADH-flavoproteínas) Reoxidação NADH e FADH 2 transf. H + da matriz p/ espaço intermb Retorno H + p/ matriz +++ ATP sintase (complexo V) síntese de ATP

6 Metabolismo energético Oxidação mitocondrial ATP ( >90% energia celular ) Oxigénio Substratos energéticos Mitocôndria Capacidade oxidativa Homeostase energética ATP/ADP Transferência Feed-back Locais de utilização de energia Cálcio Pi Creatina~P

7 Mitocôndria morfologia Mitos = fio + Condrion = grânulo Organelos dupla mb ; ~2m (~bactérias) x100 a x citoplasma das células Mitocôndrias vs Rede mitocondrial Fusão e fissão Distribuição dinâmica, heterogénea na célula

8 Mitocôndria - dupla regulação genética (adaptado de Mitomap, 2008 e de DiMauro e Schon, 2006) Região da ansa D início replicação e transcrição mtdna mtdna ndna ~1500 proteínas mitocondriais

9 Circular, pb, monocatenar Genoma mitocondrial (mtdna) Codifica: 2 RNAr; 22 RNAt; 13 peptídeos (CRM) Muitas cópias/célula (poliplasmia) 5-10/ mit. e até 1000 mit/célula até mtdna/ cél. Ovócito maduro: cópias Espermatozóide: 100 cópias Homoplasmia Heteroplasmia > exposição vs < protecção < capacidade de reparação alta tx de mutação

10 Hereditariedade mitocondrial Segregação mitótica Segregação mitótica heteroplasmia fenótipo limiar função de: - % DNA mutado - necessidades energéticas da célula - outros fatores... Efeito limiar (adaptado de Shoffner e Wallace, 1995)

11 Hereditariedade mitocondrial Efeito de gargalo (bottleneck) na oogénese O grau de transmissão duma alteração p/ geração seguinte é imprevisível A % mtdna mutado varia na ovogénese e pode variar de tecido p/ tecido e ao longo da vida

12 DCRM - definição D as da cadeia respiratória mitocondrial (DCRM) Citopatias mitocondriais ou Doenças da fosforilação oxidativa doenças primárias da fosforilação oxidativa = cadeia respiratória + síntese de ATP 1962 Primeiro caso (Luft) (Naviaux, 2004) Ragged red fibers (Engel & Cunning) 1977 Encefalomiopatia mitocondrial (Shapira) 1988 Primeira del. (Holt; Lestionne & Ponsot) ««mut. (Wallace) mtdna 1995 Primeira mut. ndna (Bourgeron) 2013: > 250 genes associados a dª dos >1200 codificantes para proteínas mitocondriais

13 DCRM classificação genética mtdna genes de síntese proteica (rrnas, trnas) genes codif. de subunidades da CRM grandes deleções ndna Defeitos das subunidades da cadeia respiratória Defeitos na biogénese da mit Defeitos da membrana mt (ex.: cardiolipinas) Defeitos de proteinas auxiliadoras ( assembly ) Defeitos da sinalização intergenómica (manutenção mtdna) Defeitos do ambiente lipídico Defeitos da homeostase da mitocôndria Expresso 17Set 05

14 DCRM doenças hereditárias História familiar /site2/ocwCoursePPT/73Determin... Hereditariedade mitocondrial Miopatia, miocardiopatia mtdna 3302A>G Hereditariedade mendeliana Esporádica Frequente/ não informativa

15 Transmissão materna Hereditariedade mitocondrial

16 DCRM meios de diagnóstico Manifestações clínicas (história familiar) Rastreio laboratorial basal estado redox plasma & LCR, AA, Ácidos orgânicos urina post prandial / TTGO/ exercício Rastreio de envolvimento multi-orgânico (músculo, SNC, SN periférico, cardíaco, endócrino, hepático, pâncreas exoc., intestino, medula óssea, olho, audição, cutâneo) RMS 1 H: cérebro > lactato; 31 P: músculo e cérebro> Pi/Pcr Histologia músculo, outros tecidos Estudos funcionais Polarografia (O 2 ), oxidação 14 C metabolitos, ATP, Pcr, enzimas CRM Estudos genéticos (mtdna, ndna) Outros (proteínas CRM, RNA ) investigação

17 DCRM manifestações clínicas ~50%: início idade pediátrica < 6 A (Naviaux, 2004) < 16 A (Skladal et al., 2002) Hipotálamo / hipófise SNC Cabelo Audição Face Nervo óptico/ Olho Tiróide / paratiróide Fígado Coração Sangue Pâncreas Rim Intestino Músculo esquelético Pele Articulações A. Munnich in Scriver, 2001

18 DCRM - pistas para o diagnóstico clínico - encefalopatia migraine alt. coordenação episódio tipo AVC epilepsia ep.partialis continua disautonomia insuf. hepática atraso DPM ataxia défice auditivo degener. retina atrofia óptica oftalmoplegia miocardiopatia Envolvimento 3 orgãos / sistemas Hist. familiar hereditariedade materna 1 sintomas alta/ suspeitos 2 sintomas suspeitos Suspeita elevada de doença mitocondrial fraqueza muscular intol. exercício neuropatia periférica Mitochondrial medicine - a clinical guideline S.Koene & J.Smeitink

19 Doenças vs síndromes mitocondriais Leigh (other IEM of energy metabolism ) Pearson Alpers mtdna depletion Barth Sengers GRACILE CoQ Deficiency MELAS MERRF MNGIE Kearns-Sayre NARP LHON CPEO Síndromes típicas raras na criança Pista diagnóstica Genótipo / Fenótipo Sobreposição clínica & genética (+++)

20 DCRM fenótipos clínicos Sintomático Subclínico Isolado Multi-sistémico ndna Crianças +++ Início mais precoce 1 os M infância Curso progressivo, grave Mais uniforme Idade de início gravidade prognóstico variabilidade intrafamiliar mtdna Adultos +++ Espectro clínico mais amplo em Idade de início e gravidade Mais gradual, Menos grave Rubio-Gozalbo et al. Hum Mutat 2000;15:522-32

21 DCRM meios de diagnóstico Manifestações clínicas evolução Síndrome de Leigh. Défice complexo IV. Deleção SURF1

22 DCRM meios de diagnóstico Glicose NADH NAD Alanina Pyruvato Lactato Citosol PDH * boxidação Ácidos gordos Mitocôndria Acetyl-CoA Cetogénese bohb AcAc C.Krebs * 2CO 2 * aciduria orgânica NADH FADH 2 CRM X ADP O 2 ATP NAD H 2 O NADH > lactato > lactato/pyruvato > alanina (prolina) > C cetónicos > bohba/acac Cetonémia Px Aciduria orgânica

23 DCRM meios de diagnóstico MRS 1 H Cérebro (lesões; gânglios base) > lactato SRM 1 H Não invasivo: metabolismo energético in vivo RMN cerebral

24 DCRM meios de diagnóstico RMN cerebral Síndrome de Leigh Atraso de crescimento Hipotonia generalizada Hiperlactacidémia Défice do complexo IV

25 DCRM meios diagn. específico Leucócitos Músculo Fígado Fibroblastos Estudos histológicos Estudo funcional da CRM Estudos genéticos

26 DCRM meios de diagnóstico Biópsia muscular Histologia Microscopia clássica Histoenzimologia ATPase fibras tipo I - oxidativas fibras tipo II - glicolíticas COX (complexo IV da CRM) Biópsia hepática Outra SDH (complexo II da CRM) Imunocitoquímica Microscopia electrónica reservar...

27 DCRM meios de diagnóstico Ragged red fibers Fibras COX negativas Trichrome Gomori Rara na criança neuromuscular.wustl.edu < 5% (Smeitink)

28 DCRM meios de diagnóstico Crescentes subsarcolémicos SDH aumento da actividade oxidativa subsarcolémica COX mais frequente em crianças

29 DCRM meios de diagnóstico Microscopia electrónica Músculo normal Miopatia mitocondrial >> mitocôndrias no espaço subsarcolémico inclusões paracristalinas aspecto "parking lot" missinglink.ucsf.edu

30 DCRM meios de diagnóstico Estudos funcionais da CRM Polarografia (O 2 ) Oxidação metabolitos 14 C Síntese de ATP e Creatina~P Actividade enzimática da CRM Hofhaus et al Methods Enzymol 1996;264: % média/cs <20% média/cs 66 biópsias músculo esquelético Bernier et al.neurology 2002; 59:

31 DCRM meios de diagnóstico Estudos genéticos mtdna ndna Mitomap, 2008; DiMauro & Schon, 2006 Expresso 17Set 05

32 Doenças vs síndromes mitocondriais Neurologistas & oftalmologistas de adultos síndromes mitocondriais síndromes mitocondriais MELAS MERRF mtdna (primário) Kearns-Sayre Pearson CPEO CPEO LHON ndna Sínd. de depleção Alpers Leigh (MILS) NARP Barth CoQ def. Leigh MNGIE [deleção mtdna]

33 DCRM - diagnóstico Sistemas de classificação (~ critérios de Jones Febre reumática) - Walker (1996) - Bernier (2002) - Wolff (2002) DCRM improvável possível provável definida Clínica compatível + Alt.patog.mtDNA/nDNA DCRM definitiva

34 DCRM diagnóstico Sinais / Sintomas História familiar Rastreio laboratorial Rastreio envolvimento multiorgânico Quadro clinicolaboratorial orientador não Biópsia muscular outra sim Estudo genético Estudo histológico Histoquímica Mic electrónica Estudo funcional Oxidação 14 C metabolitos Polarografia (O 2 ), ATP, Atividade enzimática D Definido D Provável D Possível D Improvável D Definitivo

35 DCRM - incidência & prevalência Incidência - 1/ a 1/ nadovivos (Naviaux,2004; Thorburn, 2004) Prevalência <16 A: 4,7-8,7 / (Darin et al., 2001; Skladal et al., 2002) Dª mtdna adultos em idade activa: 6,6 / (Chinnery e Turnbull, 2001) Prevalência d a mtdna 1/5000 Schaefer et al. 2007

36 DCRM - incidência & prevalência Incidência Prevalência? Diagnóstico diferencial vasto Variação do quadro clínico com a evolução Critérios de diagnóstico diversos Défices secundários da CRM frequentes Dificuldade interpretação resultados testes genéticos

37 DCRM - tratamento Equipas multidisciplinares Sintomático (epilepsia, espasticidade, infeções...) Cofatores/ transportadores e - / prevenção lesão ROS MELAS arginina iv (precursor NO) Evicção de fármacos/ procedimentos valproato de sódio... transplante de orgãos (?) Recomendações dietéticas Normal, sem excesso de calorias Dieta cetogénica (défice I; epilepsia, todos?) Não altera significativamente o curso da doença... Diagnóstico correcto Aconselhamento genético

38 DCRM - prognóstico Variável HPC- 78 doentes Mortalidade: ~30% (id mediana: 8M) habitualmente desfavorável Criança +++ Menor sobrevida: início precoce hepático ou cardíaco acidose láctica

39 Idade vs Prognóstico M. Zeviani 2011

40 MD - Patient Acute liver failure day 3 Cholestasis Hypoglycemia High lactate Ferritin 1500 (N<120) a-fetoprotein (N<30) Family history: brother died NN Hemochromatosis * mt DNA (lymphocytes): 7.1% (depletion <30%) DGUOK gene : c.749t>c mutation

41 Mitochondrial Diseases Summary MD are the most frequent inherited metabolic disorders. Family story is seldom informative Can involve any organ or system, at any age, with any form of transmission and be presented at any health professional Present huge clinical heterogeneity both at onset and evolution with a broad differential diagnosis Multisystem involvement is their hallmark but it may take several years for it to emerge clinically Classical mitochondrial syndromes are rare; clinical presentations overlap

42 Mitochondrial Diseases Summary (cont.) Great progress in methods for evaluating mitochondrial function no consensus in diagnostic criteria for primary MRC diseases Contrary to adults, in children, most are caused by ndna mutations (mtdna mutations 25%) Diagnosis is often based on MRC enzyme complexes deficiency/ mitochondria morphological abnormalities Recently: mitochondrial exom sequencing not always clear results No efective treatment for most patients Prognosis is usually poor

43 Bom trabalho!