DOENÇA DE NIEMANN-PICK

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1 Licenciatura em Bioquímica DOENÇA DE NIEMANN-PICK Trabalho realizado por: Patrícia Rodrigues 2º Ano de Bioquímica Ano lectivo de 2007/2008 Projecto Tutorial orientado por: Prof. Doutor Hassan Bousbaa

2 ÍNDICE Página Introdução 3 Lisossomas Estrutura 4 Função 5 Biogénese 7 Doenças lisossómicas 10 Doença de Niemann-Pick Subtipos da doença 11 Bases moleculares 13 Transmissão genética da doença 14 Diagnóstico e Tratamento 16 Conclusão 17 Bibliografia 18 2

3 INTRODUÇÃO Os lisossomas são organelos citoplasmáticos que têm como função a degradação de materiais que advém do meio extracelular, assim como a digestão de outros organelos e componentes celulares envelhecidos. São conhecidas diversas patologias humanas relacionadas com os lisossomas e com os receptores de enzimas lisossomais do complexo de Golgi. Exemplos dessas doenças são, a doença de Tay Sachs, Gaucher ou Niemann-Pick. A doença de Niemann-Pick é uma doença lisossómica ou de acumulação, em que a deficiência de uma enzima especifica tem como resultado a acumulação de esfingomielina, um produto do metabolismo das gorduras. O gene responsável por esta doença é recessivo, o que significa que uma criança com esta doença tem um gene defeituoso herdado dos dois progenitores. Este trabalho tem como finalidade o conhecimento e compreensão desta doença. 3

4 LISOSSOMAS Sendo a doença de Niemann-Pick uma doença lisossómica, interessa então compreender o funcionamento dos lisossomas e em que medida eles são uma importante influência para a manifestação da doença. Estrutura Os lisossomas são organelos citoplasmáticos delimitados por uma membrana, equipados de hidrolases ácidas e cuja função principal é a digestão intracelular de material endocitado (heterofagia) ou de material da própria células (autofagia). Por microscopia electrónica (figura 1), os lisossomas possuem uma forma redonda ou oval com material denso no seu interior, mas podem apresentar variações de tamanho, forma e conteúdo, dependendo do tipo de célula. Cerca de 50 enzimas estão localizadas nos lisossomas, incluindo lipases, proteases, glucosidases, nucleases, arilsulfatases e fosfatase ácida, que possibilitam decompor praticamente todo o tipo de macromoléculas nos seus constituintes fundamentais. Do ponto de vista da origem dos materiais degradados no seu interior, os lisossomas podem ser autolisossomas e heterolisossomas. 4

5 Figura 1 Visualização histoquímica dos lisosomas. Estas microfotografias electrónicas mostram duas secções de uma célula marcada para revelar a posição da fosfatase ácida, uma enzima lisossómica. Os organelos maiores incluídos na membrana são lisossomas. A sua heterogeneidade morfológica reflecte variações na quantidade e na natureza do material que estão a digerir. Duas vesículas pequenas carregadas com hidrolases ácidas provenientes do Golgi são indicadas por setas vermelhas no canto superior da microfotografia. Função Os lisossomas têm funções múltiplas. Os lisossomas participam na nutrição celular, digerindo os materiais obtidos por endocitose, actuam no catabolismo celular, destruindo macromoléculas, intervêm no processo de reciclagem dos materiais estruturantes, destruindo as estruturas inoperantes ou desnecessárias, ou ainda nos mecanismos de defesa contra agentes exteriores. As hidrólises promovidas pelos lisossomas são, na sua maioria endocelulares, referindo-se quer à digestão de materiais exógenos (heterofagia), quer a materiais próprios da célula (autofagia). No 5

6 primeiro caso, a captação dos materiais realiza-se por endocitose, ficando estes fechados em endossomas, com os quais os lisossomas primários funcionam. No segundo caso, ocorre um fenómeno de envolvimento das estruturas celulares a destruir por parte do retículo endoplasmático (por exemplo, as mitocôndrias excedentárias ou degradadas) ou macromoléculas (grãos de glicogénio, por exemplo). Formam-se assim autolisossomas com os quais coalescem os lisossomas primários. Tanto no primeiro como no segundo caso, após a fusão com os lisossomas primários, formam-se vesículas onde os materiais a digerir se misturam com as hidrolases dando origem aos lisossomas secundários. A heterofagia constitui um dos mecanismos celulares de captação de matéria, quando esta se encontra em condições físicas (volume, por exemplo) incompatíveis com os mecanismos de transporte transmembranar (figura 2). Em alguns casos, a heterofagia processa-se no exterior da célula. As hidrolases lisossómicas actuam no exterior, sendo libertadas por exocitose. Este tipo de digestão ocorre, por exemplo, no processo de remodelação dos tecidos ósseo e cartilagíneo. As pequenas moléculas resultantes da digestão são, em seguida, absorvidas pela célula, com recurso aos mecanismos habituais de transporte transmembranar. A autofagia constitui uma das funções principais dos lisossomas (figura 2). Com efeito, regendo-se o funcionamento da célula, por rigorosos princípios de economia que não autorizam a dissipação de recursos, as estruturas envelhecidas ou desajustadas das necessidades, são eliminadas e os seus componentes, recuperados e utilizados na síntese de novas moléculas ou na formação de novos organelos. A célula mobiliza, para esta reciclagem de materiais, mecanismos idênticos aos que emprega para digerir as substâncias endocitadas. 6

7 Figura 2 Representação esquemática da função dos lisossomas na digestão intracelular por autofagia e heterofagia. Biogénese A formação do lisossoma representa a intersecção entre a via secretora, através da qual as proteínas lisossomais são processadas, e a via endocítica, através da qual as moléculas extracelulares são adquiridas na membrana celular. As hidrolases lisossómicas são glicoproteinas que possuem, na sua estrutura, uma manose-6-fosfato (figura 3). Figura 3 estrutura da manose-6-fosfato numa enzima lisossomal. 7

8 As membranas das cisternas golgianas possuem, por sua vez, na face interna, receptores que identificam a manose, e que fixam as hidrolases referidas (figura 4). Só após esta operação, é que ocorre a formação de vesículas lisossómicas. Estas porém, não possuem ainda a acidez necessária ao pleno funcionamento dos enzimas. São por isso designados por pré-lisossomas (P.L). A aquisição da acidez é um processo posterior à formação da vesícula lisossómica. Resulta do bombeamento de protões (H + ) para o interior do pré-lisossoma, realizado por bombas protónicas intrínsecas à membrana lisossómica. Após esta fase de "maturação", o lisossoma está apto para intervir nos processos de digestão celular. Designa-se por lisossoma primário (L.p). Figura 4 Esquema da via de aquisição das enzimas lisossómicas a partir de Golgi. Na face de maturação dos dictiossomas, as diversas hidrolases lisossómicas (Hs) possuem, na sua estrutura glicoproteica, uma manose- 6-fosfato (M-6P); Receptores proteicos específicos (R.m) da M-6P localizam-se nas membranas dos dictiossomas; A ligação das hidrolases 8

9 aos receptores membranares, induz nestes uma alteração estrutural que se repercute na face oposta da membrana, sobre um revestimento externo constituído por uma malha de clatrina (R.Cl); Em resultado, a malha de clatrina aperta, estrangula localmente a cisterna golgiana e isola uma vesícula carregada de hidrolases (Pré-lisossoma- P.L); Enquanto a malha de clatrina se desmancha e desaparece, as bombas de transporte activo de protões (B.p), integradas na membrana, injectam protões na matriz lisossómica, acidificando-a. O lisossomas passa a estar activo e pronto a intervir nos processos de digestão (Lisossoma primário - L.p). 9

10 Doenças Lisossómicas Existem diversas doenças associadas com os lisossomas. Alguns exemplos dessas patologias apresentam-se na tabela seguinte: Doença Enzima deficiente Produto acumulado resultante do metabolismo Gaucher Glicocerebrosidase Glicocerebrosídeos Tay-Sachs Hexosaminidase A Gangliosídeos Sandhoff Hexosamindase A e B Gangliosídeos Fabry Alfa- Galactosidase Globotriaosilceramida Niemann-Pick Esfingomielinase Esfingomeilina Pompe Ácido α glicosidase Glicogénio tipo II 10

11 Doença de Niemann-Pick A doença de Niemann-Pick é uma doença de acumulação que resulta de erros no processo de endereçamento, uma vez que, se a enzima não tiver o resíduo manose-6-fosfato ela não vai até ao lisossoma. Daqui resulta a ausência de enzimas basilares para a digestão de conteúdos lisossomais. Manifesta-se sobretudo a nível dos fibroblastos, sendo no entanto considerada uma doença generalizada e grave. Esta doença tem cerca de 5 formas, dependendo da gravidade da deficiência enzimática. Na forma juvenil grave, a enzima está completamente ausente. Desenvolvem-se alterações graves no sistema nervoso porque os nervos não podem utilizar a esfingomielina para produzir a mielina necessária para as bainhas que normalmente envolvem muitos nervos. Subtipos da doença Niemann Pick tipo A A doença inicia-se na infância e é caracterizada pelo aumento do tamanho do fígado e baço (hepatoesplenomegalia) (figura 5), e progressiva deterioração do sistema nervoso. Crianças afectadas por esta condição geralmente, não sobrevivem passado a infância. A doença de Niemann Pick tipo A ocorre mais frequentemente entre indivíduos de Ashkenazi (da Europa Oriental e Central) ascendência judaica do que na população em geral. A incidência dentro da população Ashkenazi é de aproximadamente 1 em pessoas. A incidência em outras populações é desconhecida. 11

12 Figura 5 A doença de Niemann-Pick no fígado. Os hepatócitos e as células de Kupffer têm uma aparência espumosa devido à acumulação de lípidos. (Courtesy of Dr. Arthur Weinberg, Department of Pathology, University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, TX.) Niemann Pick tipo B Este tipo da doença pode compreender sinais de hepatosplenomegalia, retardo no crescimento, e problemas com a função pulmonar, incluindo infecções pulmonares frequentes. Outros sinais incluem colesterol e níveis lípidicos elevados. As pessoas afectadas por este tipo de Niemann-Pick geralmente sobrevivem em idade adulta. O tipo B ocorre em todas as populações. Niemann Pick tipo C O tipo C é caracterizado pelo aparecimento na infância, embora. Outros sinais incluem doença grave do fígado, dificuldades respiratórias, atraso de desenvolvimento, convulsões, distonia, falta de coordenação motora, problemas com a alimentação, e uma incapacidade de mover os olhos verticalmente. As pessoas com esta doença podem sobreviver durante a idade adulta. A incidência da doença Niemann - Pick, tipo C calcula-se que seja de 1 em pessoas. 12

13 Figura 6 A figura mostra, através da coloração Filipin, os fibroblastos da pele numa cultura controlo (esquerda) e os fibroblastos de um doente com Niemann-Pick tipo C (direita). Bases Moleculares As bases moleculares desta doença são extremamente complexas, devido ao papel que a formação dos endossomas tem em pacientes com a doença. Niemann-Pick tipos A e B Mutações no gene SMPD1 (sphingomyelin phosphodiesterase 1) causam os tipos A e B. Este gene codifica uma enzima chamada ácido esfingomielinase. Esta enzima é encontrada nos lisossomas, onde se processa lipidos, como a esfingomielina. Mutações genéticas neste gene conduzem a uma deficiência de ácido esfingomielinase e acumulação de esfingomielina, colesterol, e outros tipos de lipidos no interior das células e tecidos dos indivíduos afectados. 13

14 Niemann-Pick tipo C Mutações nos genes NPC1 ou NPC2 causam o tipo C. O gene NPC1 produz uma proteína que está localizado em membranas no interior da célula e está envolvida no transporte de colesterol e lipidos no interior das células. A deficiência desta proteína leva à acumulação anormal de lipidos e colesterol dentro membranas celulares. O NPC2 produz uma proteína que se liga e transporta colesterol, embora a sua função exacta não é completamente compreendida. Transmissão genética da doença As células do nosso corpo normalmente contêm 46 cromossomas. Cada cromossoma é um pacote que contém centenas de genes. Esses genes contêm a totalidade dos projectos para o nosso crescimento e desenvolvimento, que são as instruções que fazem de nós quem somos. Todos os nossos cromossomas (e os genes que estão localizados nestes cromossomas) vêm em pares. Nós herdarmos um cromossoma de cada par de nossa mãe e os outros cromossomas do par do nosso pai. Quando há uma mudança num gene (chamado de mutação) que contém as informações que não são as mais correctas, os genes não podem exercer a sua função. Pessoas com doença de Niemann-Pick têm duas cópias de uma mutação, uma cópia herdada de cada progenitor (figura 7). Quando o gene não está a funcionar correctamente, faz com que os sintomas da doença apareçam. 14

15 Figura 7 Transmissão genética da doença de Niemann-Pick. A portadora da doença de Niemann-Pick é uma pessoa que tem uma mutação genética num dos pares. Os portadores não são afectados com a doença, porque o bom funcionamento do gene é capaz de compensar o gene que contém a mutação. Quando dois pais são portadores de Niemann - Pick doença, existe 1 em 4 (25%) probabilidades de ter uma criança com a doença de Niemann- Pick, 1 em 2 (50%) probabilidades de ter um filho que é um pouco afectado como os pais e 1 em 4 (25%) probabilidades de ter um filho que não é afectado e não é portador. Quando um dos pais é um portador da doença de Niemann-Pick e o outro progenitor não é, não estão em maior risco de ter uma criança com a doença de Niemann-Pick. Em vez disso, existe 1 em 2 (50%) probabilidades de ter um filho um pouco afectado como um dos pais. 15

16 Diagnóstico e tratamento O diaagnóstico para esta doença pode ser estabelecido por ensaios bioquímicos para a actividade da enfingomiolinase, através da biopsia da medula óssea ou do fígado. Não existe tratamento para a doença de Niemann-Pick. Recomenda-se o aconselhamento genético e o diagnóstico pré-natal, por meio da determinação da actividade enzimática. Graças ao avanço da tecnologia de DNA recombinante, é possível clonar o gene responsável pela produção de esfingomielinase e a partir daí os indivíduos afectados e portadores da doença podem ser detectados pela análise de DNA. Isso já é o início de uma melhor compreensão da doença e traz perspectivas de tratamento futuro. 16

17 CONCLUSÃO Com a realização deste trabalho, verifica-se que a doença de Niemann-Pick é uma doença lisossómica, provocada pela deficiência de uma enzima específica, esfingomielinase que causa uma acumulação de esfingomielina (um produto que advém do metabolismo das gorduras). O gene responsável pela doença é recessivo, o que significa que uma criança com esta doença tem um gene defeituoso herdado dos dois progenitores. Existem três subtipos desta doença em que os tipos A e B são bastante semelhantes e também possuem um elevado grau de gravidade, enquanto que o tipo C é uma forma mais suave da doença. A doença actualmente não tem tratamento e portadores das formas mais graves da doença, tendem a morrer por infecção ou por disfunção progressiva do sistema nervoso central. 17

18 BIBLIOGRAFIA Azevedo, C., Biologia Celular e Molecular. 4ª Edição. Lidel- Edições técnicas, Lisboa. Págs anares.htm htm anares.htm k/glycob/dan_sillence/endocytosismodified.jpg&imgrefurl= illence/&h=655&w=1498&sz=293&hl=pt- BR&start=6&um=1&tbnid=6mIuHNu4BzQZ8M:&tbnh=66&tbnw=150 &prev=/images%3fq%3dniemann- pick%26svnum%3d10%26um%3d1%26hl%3dpt- BR%26rlz%3D1T4HPEB_pt-BRPT249PT251%26sa%3DN m/img/content_images/reports/autorecessive.jpg&imgrefurl=http: // &h=396&w=307&sz=68&hl=pt- BR&start=20&um=1&tbnid=NX8QKuw6vZZ1- M:&tbnh=124&tbnw=96&prev=/images%3Fq%3Dniemann- pick%26svnum%3d10%26um%3d1%26hl%3dpt- BR%26rlz%3D1T4HPEB_pt-BRPT249PT251%26sa%3DN

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