Perspectivas bioquímicas na doença:

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1 BIOQUÍMICA II 2010/2011 Ensino teórico - 1º ano Mestrado Integrado em Medicina 9ª Aula teórica Perspectivas bioquímicas na doença: As citopatias mitocondriais O DNA mitocondrial 22/03/2011

2 Bibliografia Texto de apoio - WOC

3 DISFUNÇÃO DA OXPHOS Uma mãe teve um filho que faleceu aos 18 meses de idade. Quer engravidar O que deve o médico aconselhar? Dois propósitos do Médico: 1- Diagnóstico da criança falecida; 2- Diagnóstico pré-natal.

4 Doenças da CRM 1962 Caso hipermetabolismo não tiroideu (Luft) 1963 Fibras vermelhas rotas (RRF) (Engel & Cunning) 1977 Encefalomiopatias mitocondriais (Schapira) 1987 Classificação bioquímica das DCRM (DiMauro) as deleções mtdna (Holt; Lestionne & Ponsot) 1ª mutação pontual mtdna em LHON, nt (Wallace) ª mutação ndna (Bourgeron) CITOPATIAS MITOCONDRIAIS Doenças da CRM afectam processo OXPHOS

5 OXPHOS DISEASE Epidemiologia, Portugal Prevalência estimada, Centro Portugal: (n=577) crianças 1:7,576 (13,2: ) adultos 1:27,778 (3,6: ) total 1:20,000 (5,0: ) Grazina M, Tese de Doutoramento, 2004 Demographic data, Região Centro, CENSOS 2001, INE Ped Neurol, (n=200) Incidência: 1:6,490 Prevalência: 1:18,519 Diogo L, Tese de Doutoramento, 2009 Note: diversity of criteria! Manuela Grazina, IB-FMUC

6 Exemplos de citopatia mitocondrial Atraso de crescimento Hipotonia Hiperlactacidémia ACIU + malformações faciais + surdez Cardiomiopatia ARRITMIAS BLOQUEIO DE RAMO BIFASCICULAR Anemia... Encefalopatia S. de Leigh acidose láctica défice C IV Ptose palpebral Oftalmoplegia

7 ENVOLVIMENTO OFTALMOLÓGICO II Fundo de olho normal Atrofia óptica LHON

8 DOENÇAS DA CADEIA RESPIRATÓRIA MITOCONDRIAL (DCRM) Qualquer órgão ou tecido sintoma idade neurológico, não neurológico tipo de hereditariedade Fenótipo clínico, bioquímico e perfil genético HETEROGÉNEOS Vários órgãos afectados (não relacionados) Hereditariedade materna (mtdna)

9 Objectivo: encontrar as respostas Que factores são necessários para estarmos perante uma CRM funcional e ocorrer a OXPHOS? Quais as consequências de uma falha num desses factores? Como saber se estamos perante uma DCRM?

10 Cadeia respiratória mitocondrial funcional Complexidade ~1500 genes nucleares codificam factores necessários às mitocôndrias para: - Síntese de DNA - Transcrição de DNA - Reparação de DNA - Processamento de RNA - Tradução/ síntese proteica Todos importados para a mitocôndria!! Manuela Grazina, IB-FMUC

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12 Que factores são necessários para estarmos perante uma CRM funcional e ocorrer a OXPHOS? Grazina M, Tese de Doutoramento, 2004

13 MITOCÔNDRIA Dupla regulação genética ~ ~14 MMI Adaptado de Rötig et al., Medicine thérapeutique vol.1, nº5, 1995 Manuela Grazina, IB-FMUC

14 Genoma mitocondrial (mtdna) Hereditariedade materna Heteroplasmia Várias cópias/célula Semi-autonomia Código genético próprio Taxa de mutações elevada Circular, (-1) bp Codifica 37 genes: Rötig et al., Medicine thérapeutique vol.1, nº5, RNAr; 22 RNAt; 13 peptídeos (CRM)

15 Genoma mitocondrial (mtdna) mitocôndria célula mtdna mtdna com mutação HETEROPLASMIA segregação mitótica distribuição aleatória nos tecidos forma mosaicos Aumento da concentração de cópias mutantes de mtdna Fenótipo Limiar - expressão fenótipo Efeito limiar % mtdna mutante Grazina M, Tese de Doutoramento, 2004

16 ANEXO IV Código Genético mitocondrial (Adaptado de: Phe F Leu (1) L (UUA/G) Leu (2) L (CUN) Ile I Met M Val V Ser (1) S (UCN) Pro P UUU UUC UUA UUG CUU CUA CUC CUG AUU* AUC AUA AUG GUU GUA GUC GUG UCU UCA UCC UCG CCU CCA CCC CCG Ile Thr T Ala A Tyr Y Ter His H Gln Q Asn N Lys K ACU ACC ACA ACG GCU GCA GCC GCG UAU UAC UAA UAG CAU CAC CAA CAG AAU AAC AAA AAG Asp D Glu E Cys C Trp W Arg R Ser (2) S (AGU/C) Ter Gly G GAU GAC GAA GAG UGU UGC UGA UGG CGU CGA CGC CGG AGU AGC AGA AGG GGU GGA GGC GGG Notas: *AUU codifica para isoleucina durante o elongamento, mas pode codificar metionina na iniciação (ND2). Genes traduzidos: ND1, ND2, ND3, ND4, ND4L, ND5, ND6, CO1, CO2, CO3, Cytb, ATP6, ATP8. Abreviaturas: ND- subunidades da NADH Desidrogenase; CO- subunidades da Citocromo Oxidase; CytBcitocromo b; ATP- subunidades da ATP sintetase. Ter Arg Grazina M, Tese de Doutoramento, 2004

17 Susceptibilidade do mtdna Enzimas envolvidas no metabolismo de xenobióticos localizadas na MM e produzem ROS; Localização do mtdna; Ausência de proteínas tipo histonas; Número limitado de intrões; Processos de reparação limitados.

18 MEM EsIm H + H + H + H + G3P G3PDH DHAP MIM Matriz I rotenona 2 e - II malonato Q O 2 NADH 2 e - e - SUCCINATO O.- O 2 2 GSHR 2 e - ONOO - NO. 2 GSH SeGlPx GSSG 2 e - QH 2 e QH - O 2 H 2 O 2 MnSOD H 2 O Catalase e - Fe 2+ III antimicina. OH C Disfunção energética H 2 O CN -, azida IV Subunidades CRM danificadas ATP oligomicina mtdna Pi ADP MORTE CELULAR Grazina M & Oliveira CR, Envelhecer Vivendo, 2001

19 defeitos genéticos da FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA Disfunção Energética Mitocondrial Produção de radicais livres Decréscimo no ATP celular mutações do ADNmt Disfunção tecidular e morte celular

20 Objectivo: encontrar as respostas Que factores são necessários para estarmos perante uma CRM funcional e ocorrer a OXPHOS? Quais as consequências de uma falha num desses factores? Como saber se estamos perante uma DCRM?

21 Mitocôndria Central energética das células The New England Journal of Medicine; 333: , 1995

22 Mutações patogénicas do mtdna heterogeneidade genética Heteroplasmia e mosaicismo variações de sequência rearranjos (deleções/inserções) redução do nº de cópias LHON Neuropatia óptica de Leber MELAS encefalomiopatia, acidose lática, AVC MERRF - epilepsia mioclónica e fibras vermelhas rasgadas NARP - fraqueza neurogénica, ataxia e retinite pigmentar PEO - oftalmoplegia externa progressiva MMC - miopatia e cardiomiopatia DEAF - surdez e diabetes KSS - Síndrome Kearns-Sayre

23 Doenças envolvendo o processo da OXPHOS Mutações ndna / mtdna Alterações estruturais e bioquímicas: Modificação da interacção entre os 2 genomas (p.e. estabilidade do mtdna, gama polimerase) Défice na importação e/ou agrupamento e/ou montagem das subunidades enzimáticas da CRM Disfunção dos complexos enzimáticos da CRM Défice da formação/ função de transportadores de substratos

24 Doenças envolvendo o processo da OXPHOS Implicações noutras vias metabólicas Alteração do estado redox mitocondrial e citosólico Beta-OH OH-butirato/ acetoacetato Lactato/piruvato Lactato Alanina Cetonémia paradoxal Perturbação do ciclo Krebs/ beta-oxida Oxidação AG Acidúria orgânica

25 Glucose Alanina TGP Piruvato LDH Lactato Aminoácidos PDH Lípidos Acetil-CoA Ciclo de Krebs 3 NADH 1 FADH 2 Corpos cetónicos AcetoAcetato NADH B-OH-Butirato TGP Transaminase Glutâmico Pirúvica LDH lactato desidrogenase PDH piruvato desidrogenase CRM Cadeia Respiratória Mitocondrial ATP CRM

26 Citosol RECORDAR! AAs Glucose AGL AAs ramificados (leu, Ile, Val) Lactato Piruvato AGL-CoAs AAs ramificados α cetoácidos ramificados α-cetoglutarato Glutamato Piruvato NAD+ NADH CO 2 Acetil-CoA cpdh AGL-CoAs CO 2 Acil-CoAs NAD+ NADH BCKADC Oxaloacetato Citrato AAs Glutamato Succinil-CoA CO 2 α-cetoglutarato Mitocôndria AAs NADH NAD+ α KGDC

27 Objectivo: encontrar as respostas Que factores são necessários para estarmos perante uma CRM funcional e ocorrer a OXPHOS? Quais as consequências de uma falha num desses factores? Como saber se estamos perante uma DCRM?