Enfermedades

Peroxisomales

El Peroxisoma

• Es una organela con una membrana simple,

• Está presente en todas las células eucarióticas,

• Su número por célula es variable,

• Su dimensión también es variable (0.1-1.0 μm de

diámetro),

• Tiene una matriz granular conteniendo alrededor de 70

enzimas que participan en una amplia variedad de

caminos metabólicos.

Morfología del Peroxisoma. A-marcado inmunofluorescente de células de hepatoblastoma

humano HepG2 con anticuerpos específicos contra la proteína integral de membrana

peroxisomal. PMP70. Barra=20nM. Notese la presencia de cientos de peroxisomas discretos.

B- Microfotografía electrónica de hígado humano marcado citoquímicamente para la catalasa

peroxisomal que revela un grupo de peroxisomas diaminobenzidina positivos.

Biogénesis peroxisomal

• Formación de la membrana peroxisomal

• Importación de las proteínas de la

membrana y de la matriz

• Crecimiento de la organela

• División

• Proliferación

Peroxinas

Genes PEX

Señales de reconocimiento e

importación de proteínas a la

matriz y a la membrana

peroxisomal

Importe de proteínas al peroxisoma (Biochimica et Biophysica Acta 1863 (2016) 922–933)

Esquema de la biogénesis de peroxisomas en humanos

Modelo para la biogénesis y división de los peroxisomas

(Biochimica et Biophysica Acta 1863 (2016) 922–933)

Funciones peroxisomales

• Anabólicas

– Biosíntesis de éter-fosfolípidos

– Biosíntesis de ácidos biliares

– Biosíntesis de ácido docosahexanoico

– Biosíntesis de colesterol

• Catabólicas

– Respiración celular basada en H2O2 – β-oxidación de ácidos grasos (ácidos grasos de cadena muy

larga, ácido pristánico y ácidos di y trihidroxicolestanoico,

ácidos grasos dicarboxílicos de cadena larga).

– α-oxidación de ácidos grasos (ácido fitánico)

– Catabolismo del ácido pipecólico

– Detoxificación del glioxilato

Organización enzimática de la síntesis de eter-fosfolípidos. Alkyl-DHAP

synthase=alquilhidroxiacetona fosfato sintasa; DHAP=dihidroxiacetona fosfato;

DHAPAT=dihidroxiacetonafosfato acil transferasa; G3P=Glicerol -3-fosfato

Biosíntesis de ácidos

biliares

Biosíntesis de colesterol

β-oxidación de ácidos grasos

β-Oxidación de ácidos grasos

α – oxidación de ácidos grasos

Organización enzimática de los sistemas de degradación del ácido fitánico y

del pristánico en el peroxisoma.

Degradación de L-Lisina via el camino del ácido L-pipecólico y el camino de

sacaropina. La ruta principal de la degradación de la L-lisina es vía sacaropina. Sin

embargo, la actividad de la L.Lisina a-cetoglutarato reductasa es baja en el

cerebro, lo cual explica porqué el camino del ácido L-pipecólico es la ruta principal

de degradación en el cerebro.

Detoxificación del glioxilato

Funciones metabólicas de los peroxisomes en

humanos

Desórdenes peroxisomales

Desórdenes peroxisomales

Desórdenes debidos a una falla

en la biogénesis peroxisomal

• Resultan de mutaciones en alguno de los

14 genes PEX (que codifican para las

proteínas peroxinas)

• 70% corresponden a mutaciones en PEX1

• 26% corresponden a mutaciones en

PEX6, PEX10, PEX12 y PEX26

• 80% corresponden al espectro Zellweger:

– Sindrome cerebro-hepato-renal o enfermedad

de Zellweger (Forma severa)

– Adrenoleucodistrofia neonatal (Forma

intermedia)

– Enfermedad de Refsum Infantil (Forma

moderada)

• 20% corresponden

– Forma rizomélica de la condrodisplasia

punctata

Peroxinas asociadas a defectos de la biogénesis

peroxisomal

Enfermedad de Zellweger (Espectro Zellweger, forma severa)

• Severo déficit neurológico

• Disfunción hepática y renal progresiva

• Anormalidades esqueléticas

• Raramente sobreviven el 1º año de vida

Cuadro clínico de las enfermedades debidas a defectos

en la biogénesis de peroxisomas

Cuadro clínico

• Estudios neurofisiológicos anormales

• Cerebro:

anormalidades en la migración neuronal

anormalidades en la sustancia blanca

• Ojo:

cataratas y glaucoma congénitos

anormalidades en la retina

gliosis del nervio óptico

retinitis pigmentosa

• Oído:

pérdida de la audición

• Higado:

normal hasta cirrosis severa con falla del órgano

• Rinón:

quistes renales

• Adrenal:

insuficiencia

Casos en los cuales

información acerca de

la característica

estaba disponible

Casos en los cuales la

característica estaba

presente

Característica anormal Nro. % Nro. %

Frente amplia 60 53 58 97

Occipucio plano 16 14 13 81

Fontanela(s) grande(s), suturas anchas 57 50 55 96

Cadenas o crestas orbitales poco profundas 33 29 33 100

Puente nasal bajo/ancho 23 20 23 100

Epicanto (pliegue epidérmico entre la nariz y el ojo) 36 32 33 92

Paladar alto y arqueado 37 32 35 95

Deformidad externa de la oreja 40 35 39 97

Mandíbula inferior muy pequeña (Micrognathia) 18 16 18 100

Pliegues epidérmicos redundantes en el cuello 13 11 13 100

Decoloraciones blanquecinas o grisáseas en el iris (Brushfield spot) 6 5 5 83

Catarata/córnea nubosa 35 31 30 86

Glaucoma 12 11 7 58

Pigmentación anormal de la retina 15 13 6 40

Disco óptico pálido 23 20 17 74

Hipotonía severa 95 83 94 99

Respuesta anormal al Moro (reflejo hacia sonidos altos no esperados o

sensación de caída) 26 23 26 100

Hiporreflexia o arreflexia 57 50 56 98

Succión pobre 77 68 74 96

Alimentación nasogástrica 26 23 26 100

Ataques epilépticos 61 54 56 92

Retardo psicomotor 45 39 45 100

Audición deteriorada 21 18 9 40

Nystagmo 37 32 30 81

Recién nacidos con sindrome de Zellweger. Notese la frente

prominente, hipertelorismo, pliegues epicantales, cresta supraorbital

hipoplástica y el puente nasal deprimido (Cortesía del Dr. Hans

Zellweger, Iowa.)

Apariencia facial de niños con NALD (A y B) y IRD (C y D).

Cuadro bioquímico

• Los peroxisomas están ausentes o severamente

disminuídos

• La síntesis de plasmalógenos está alterada

• Están aumentados los ácidos grasos de cadena

muy larga, el ácido pipecólico y los

intermediarios de la síntesis de los ácidos

biliares.

• Está disminuída la oxidación del ácido fitánico.

Comparación de niveles plasmáticos VLCFA (A) y sobrevivencia (B) en

pacientes en el espectro Zellweger. Los valores para ambos A y B son de

pacientes tratados en el Instituto Kennedy Krieger

Diagnóstico

Sospecha clínica de una enfermedad peroxisomal

Resumen de grupos complementarios PBD, números de pacientes en cada grupo y sus fenotipos, la proporción de los pacientes PBD, los defectos

genéticos asociados, la posición del gen, la característica peroxina y el rol presumido en la biogénesis de los peroxisomas.

CG Fenotipos % Gen Localización Tamaño Peroxion-

distrib. Motivos Función

CG1 75 ZS, 49 NALD, 26

IRD 57 PEX1 7q21-22 143kDa, n.d AAA ATPasa Import. Prot. Matriz

CG2 1 ZS, 2 NALD, 1 IRD 1 PEX5 12p13 67 kDa citosólico/

Peroxisomal Dominio TPR

Import. Prot. Matriz Receptor PTS1

CG3 6 ZS, 2 NALD, 2 IRD 4 PEX12 41 kDa. PMP

Integral zinc Anillo Import. Prot. Matriz

CG4 11 ZS, 11 NALD 9 PEX6 6p21.1 104 kDa, n.d. AAA ATPasa Import. Prot. Matriz

CG7 4 ZS, 1 NALD 2 PEX10 1p36 37 kDa, PMP

integral zinc Anillo

Import. Prot. Matriz

CG8 4 ZS,5 NALD, 2 IRD 4 ? ? ? Import. Prot.

Matriz

CG9 1 ZS menos

1% PEX16

39 kDa PMP integral

desconocido biogenesis membrana

peroxisomal

CG10 5 ZS, 2 IRD 3 PEX2 8Q21.1 35 kDa pmp

integral zinc Anillo

Import. Prot. Matriz

CG11 44 RCDP 17 PEX7 6q21-22 2 35 kDa

citosólico/peroxisomal

WD-40 Import. Prot.

Matriz Receptor PTS2

CG12 2 ZS 1 PEX3 6q23-24 42 kDa, PMP

integral no conocido

biogénesis membrana perxisomal

CG 13 1 ZS, 1 NALD 1 PEX13 2p14-16 44 Kda, pmp

integral dominio SH3

Import. Prot. Matriz

CG14 1 ZS menos

1% PEX19 1q22

33 kDa citosólico/Peroxis

omal farnesilación

biogénesis de membrana

Receptor PMP

Tests para el diagnóstico de las enfermedades debidas

a defectos en la biogénesis de peroxisomas

Forma rizomélica de la

condrodisplasia punctata

• Acortamiento proximal de los miembros

• Calcificación en las epífisis

• Cataratas

• Retraso en el desarrollo

Defecto en la importación de proteínas PTS2

(mutaciones en PEX7)

• Síntesis de plasmalógenos deficiente

• Oxidación de ácidos grasos de cadena

ramificada deficiente.

Una niña recién nacida (A) y un niño de 12 años (B) con RCDP. Note el

acortamiento de brazos, puente nasal deprimido y piel eritematosa en

el paciente A. Ambos niños tienen el defecto bioquímico característico

de RCDP

Síntoma %

Dificultades de aprendizaje 16

Disturbios de comportamiento 13

Visión defectuosa 11

Audición defectuosa 8

Pobre coordinación 8

Demencia 7

Tamaño alterado 7

Hiperactividad 6

Visión doble-fantasmas 5

Dificultad de traslado 4

Dificultad del habla 4

Debilidad en los brazos 3

Escritura defectuosa 2

Dolor de cabeza 2

Pérdida de habilidad atlética 1

Incontinencia urinaria 1

Tics 1

Incontinencia intestinal 0,3

Presión intracraneal aumentada 0,3

Dificultad de aspiración 0,3

Coma 0,3

Resumen de las diferentes formas de la Condrodisplasia Punctata y las anormalidades Bioquímicas observadas

(Rhizomelic) Condrodisplasia Punctata

Parámetro analizado Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3

Eritrocitos:

Plasmalógenos Deficiente Deficiente Deficiente

Plasma:

Acidos grasos de cadena muy larga Normal Normal Normal

Acido di y tri hidroxi colestanoico Normal Normal Normal

Acido Fitánico Elevado Normal Normal

Acido Pristánico Normal Normal Normal

Síntesis de plasmalógeno Fibroblastos De novo Deficiente Deficiente Deficiente

Actividad de DHAPAT Disminuída Deficiente Deficiente/Normal

Actividad de Alquil-DHAP sintetasa Deficiente Normal Deficiente

Fitanoil-CoA hidroxilasa Deficiente Normal Normal

Inmunofluorescencia Catalasa (peroxisomas) Normal Normal Normal

Bases Moleculares:

Gen afectado PEX7 DHAPAT

AlquilDHAP Sintetasa

Deficiencia de una única enzima

(proteína) peroxisomal

Resumen de las deficiencias enzimáticas peroxisomales identificadas a la fecha

Función peroxisomal involucrada

Desorden Fenotipo Deficiencia

enzimática/proteína identificada

Base genética resuelta

β-oxidación de ácidos

grasos X-ALD X-ALD ALDP SI

Deficiencia de Acil-

CoA oxidasa NALD-Like Acil-CoA Oxidasa SI

Deficiencia de

proteína D-bifuncional

ZS/NALD-like Proteína D-Bifuncional

SI

Deficiencia de

Tiolasa ZS-like

Tiolasa 1 peroxisomal

NO

Deficiencia de acil-

Coa oxidasa de cadena ramificada

sin pacientes identificados

Deficiencia de

proteína L-Bifuncional

Deficiencia de tiolasa

peroxisomal de cadena ramificada

sin pacientes identificados

Deficiencia de

Racemasa Neuropatía tardía Racemasa SI

Biosíntesis de Eter fosfolípidos

Deficiencia de DHAPAT

(Rhizomelic) Condrodisplasia

Punctata SI SI

Deficiencia de Alquil-DHAP

sintetasa

(Rhizomelic) Condrodisplasia

Punctata SI SI

α-oxidación de ácidos grasos

Deficiencia de Fitanoil-CoA hidroxilasa

Enfermedad de Refsum

SI SI

Biosíntesis de Isoprenoides

Deficiencia de Mevalonato

quinasa (MK)

1. Deficiencia de MK CLásica

SI SI

2. Sindrome de fiebre

periódica/Hiper IgD

Degradación de ácido Pipecolico

Acidemia hiperpipecólica

aislada Variable NO NO

Metabolismo de

Glutaril-CoA Deficiencia de

Glutaril-CoA oxidasa Aciduria glutárica

tipo 3 SI NO

Metabolismo de

peróxido de hidrógeno

Deficiencia de catalasa

Acatalasemia SI SI

Detoxificación de Glioxilato

Deficiencia de Alanina glioxilato aminotransferasa

Hiperoxaluria tipo 1

SI SI

Adrenoleucodistrofia ligada al

sexo (X-ALD)

Escena de “Óleo de Lorenzo”

Distintos fenotipos

• Forma cerebral infantil (31-35%): Comienza entre los 3 y 10 años. Tienen déficit cognitivo y neurológico progresivo. Los síntomas neurológicos preceden los signos de de insuficiencia adrenal. La progresión es muy rápida, entre los primeros signos neurológicos y el el estado vegetativo pasan 2 años.

• Adolescente cerebral (4-7%): Igual a la anterior pero se manifiesta entre los 11 y 21 años y la progresión suele ser más lenta.

• Adrenomieloneuropatía (40-46%): Comienza en la tercera década. Es progresiva. Involucra el cordón espinal, axonopatía distal sin inflamación. Se manifiesta un cuadro de Adison junto con los signos neurológicos.

• Forma adulta cerebral (2-5%): Demencia, disturbios en el comportamiento. Respuesta inflamatoria en la sustancia blanca. La progresión es similar a la forma infantil.

• Forma olivo-ponto-cerebelar (1-2%): Involucra al cerebelo y al tronco cerebral. Se manifiesta en la adolescencia o en el adulto.

• Sólo Adison: Insuficiencia adrenal sin síntomas neurológicos. Comienza antes de los 7 años. Suele desarrollar AMN.

• Asintomáticos: Tienen la anormalidad genética y bioquímica pero signos adrenales ni neurológicos.

Fenotipos de las mujeres heterocigotas

• Asintomáticas

• Mielopatía leve: 50% en mujeres mayores de 40

años

• Mieloneuropatía moderada a severa: 15% en

mujeres mayores de 40 años. Similar a la AMN

• Cerebral: 2%

• Insuficiencia adrenal: 1%

Patología

• Forma cerebral:

– Sustancia gris intacta

– Pérdida de mielina confluente y simétrica, prominente en la región parieto-occipital

– Pérdida de axones y oligodendrocitos

– Astrocitosis reactiva

• Adrenomieloneuropatía

– Se pierden fibras mielinizadas y menos oligodendrocitos en los tractos ascendentes y descendentes del cordón espinal, consistente con una axonopatía distal.

• Corteza adrenal

– Las células tienen aspecto estriado por la acumulación de lípidos anormales.

• Testículo

– Las células afectadas son las intersticiales y las de Leydig.

Cuadro bioquímico

• Aumentan los ácidos grasos de más de 22

C (sobre todo C26:0 y C24:0)

– En plasma

– En glóbulos rojos

– En fibroblastos

– Esterificando cerebrósidos y sulfátidos

cerebrales y esfingomielina de los GR

– Esterificando colesterol

Elongación de las ácidos grasos de cadena larga

X-ALD gen y proteína

• El gen mapea en el cromosoma Xq28

• Está constituído por 10 exones (26kb)

• La proteína (ALDP) está formada por 745 aa y

pertenece a la familia de las proteínas

transportadoras ABC (ATP-binding cassette)

Modelo topológico de la proteína adrenoleucodistrofia, El re-arreglo de

trasmembrana mostrado se predice por análisis de la secuencia de

aminoácidos deducida. El pliegue que liga nucleótidos se indica como un loop

que contiene el sitio para ATP (De Gartner et al.)

Diagnóstico

• Las formas cerebral infantil y la adrenomieloneuropatía tienen un cuadro clínico muy característico

• Determinación de ácidos grasos de cadena muy larga en plasma y de la β-oxidación en cultivo de fibroblastos

• Inmunocitoquímica para determinar la presencia de ALDP en cultivo de fibroblastos o en leucocitos (70% de los pacientes son negativos)

• Análisis de las mutaciones

En pacientes varones con paraparesia

espástica progresiva de causa desconocida o

con enfermedad de Addison se recomienda:

• Analizar la concentración de C26:0 y las

relaciones C24:0/C22:0, C26:0/C22:0

Tratamiento

• Transplante de médula ósea

• Terapia dietaria – Disminuir la ingesta de ácidos grasos de cadena muy

larga

– Inhibir la síntesis endógena con la mezcla glicerol trioleato:glicerol trierucato 4:1 (aceite de Lorenzo)

– Potenciales nuevas terapias • Lovastatina: disminuye los niveles de C24:0

disminuye la reacción inflamatoria

• 4-fenilbutirato: induce proliferación peroxisomal

induce expresión de ALDRP

• Terapia génica

Localización peroxisomal en la mielina

Enfermedad de Refsum del

adulto

Structure of phytanic acid (3,7,11,15-tetramethylhexadecanoic acid), a 20-

carbon, fully saturated, fatty acid with methyl-groups at positions 3, 7, 11 and

15 as indicated.

Patient with classical Refsum disease and a long-standing

polyneuropathy. Note the marked muscular atrophy.

Models proposed by Singh and coworkers for the differential oxidation

of phytanic acid in rat and human.

Enzymatic organization of the phytanic and pristanic acid degrading systems

in peroxisomes, with particular emphasis on the activation of pristanic acid

within the peroxisomal interior or outside peroxisomes.