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
Bibliografia Texto de apoio - WOC
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.
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) 1988 1 as deleções mtdna (Holt; Lestionne & Ponsot) 1ª mutação pontual mtdna em LHON, nt 11778 (Wallace) 1995 1ª mutação ndna (Bourgeron) CITOPATIAS MITOCONDRIAIS Doenças da CRM afectam processo OXPHOS
OXPHOS DISEASE Epidemiologia, Portugal Prevalência estimada, Centro Portugal: 1997 2003 (n=577) crianças 1:7,576 (13,2:100.000) adultos 1:27,778 (3,6:100.000) total 1:20,000 (5,0:100.000) Grazina M, Tese de Doutoramento, 2004 Demographic data, Região Centro, CENSOS 2001, INE Ped Neurol, 2009 1997 2006 (n=200) Incidência: 1:6,490 Prevalência: 1:18,519 Diogo L, Tese de Doutoramento, 2009 Note: diversity of criteria! Manuela Grazina, IB-FMUC
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
ENVOLVIMENTO OFTALMOLÓGICO II Fundo de olho normal http://www.cemoc.com.br/ret.php Atrofia óptica LHON
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)
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?
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!! http://www.jmdbase.jp/jmdbaseext/genenetwork/allgenenetwork.aspx Manuela Grazina, IB-FMUC
Que factores são necessários para estarmos perante uma CRM funcional e ocorrer a OXPHOS? Grazina M, Tese de Doutoramento, 2004
MITOCÔNDRIA Dupla regulação genética ~35 4 10 10 ~14 MMI 7 0 1 3 2 Adaptado de Rötig et al., Medicine thérapeutique vol.1, nº5, 1995 Manuela Grazina, IB-FMUC
Genoma mitocondrial (mtdna) Hereditariedade materna Heteroplasmia Várias cópias/célula Semi-autonomia Código genético próprio Taxa de mutações elevada Circular, 16569 (-1) bp Codifica 37 genes: Rötig et al., Medicine thérapeutique vol.1, nº5, 1995 2 RNAr; 22 RNAt; 13 peptídeos (CRM)
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
ANEXO IV Código Genético mitocondrial (Adaptado de: www.mitomap.org) 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
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.
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
defeitos genéticos da FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA Disfunção Energética Mitocondrial Produção de radicais livres Decréscimo no ATP celular mutações do ADNmt Disfunção tecidular e morte celular
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?
Mitocôndria Central energética das células The New England Journal of Medicine; 333: 638-644, 1995
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
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
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
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
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
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?