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Centre deDiagnòsticBiomèdic

Investigación y terapias actuales en enfermedades

de almacenamiento

Laura Gort

Secció Errors Congènits del metabolisme,

Servei Bioquímica i Genètica Molecular,

CDB, Hospital Clínic de Barcelona

Congreso Nacional Laboratorio Clínico

2018

El lisosoma

Los lisosomas son orgánulos

membranosos que contienen

enzimas hidrolíticos.

Estos enzimas realizan la

digestión celular controlada de los

materiales intra y extracelulares y

de los orgánulos inservibles.

Estan situados en el citoplasma.

Se originan por gemación de las

cisternas “trans” del aparato de

GolgiCongreso Nacional Laboratorio Clínico

2018


2018

Las enfermedades lisosomales

Son trastornos debidos a la deficiencia de alguna de las hidrolasas del lisosoma, de la via

de la biogénesis o de la via de transporte lisosomal

La incapacidad de la hidrolasa de llegar al lisosoma o de degradar su sustrato, o de las

proteínas de transporte de extraerlo, provoca que éste se acumule

Este acúmulo lleva a la acumulación secundaria de otras macromoléculas


2018

Gal-GalNAC

Gal-Glc-Cer [GM1]

NANA

GalNAC

Gal-Glc-Cer [GM2]

NANA

Gal-Glc-Cer [GM3]

NANA

Gal-Glc-Cer

GalNAC

Gal-Gal-Glc-Cer [Globoside GM2]

Gal-Gal-Glc-Cer [Globoside]

Glc-Cer

Ceramida Fosforilcolina-Cer(Esfingomielina)

SO3H-Gal-Cer Gal-Cer

b-galactosidasa

b-hexosaminidasa A b-hexosaminidasa A i B

Neuraminidasa a-galactosidasa

b-galactosidasa

b-glucocerebrosidasa

Esfingomielinasa

b-galactocerebrosidasaArilsulfatasa A

Catabolismo de los

esfingolípidos

Esfingosina + ácido graso

ceramidasa

Gangliosidosis GM1

Enfermedad de Tay-Sachs Enfermedad de Sandhoff

Enfermedad de Fabry

Gangliosidosis GM1Leucodistròfia metacromàtica

Enfermedad de Krabbe

Enfermedad de Gaucher

Enfermedad de Niemann-Pick A/BEnfermedad de Farber

Sialidosis


2018

O O O OCOOH

COOH

O-S O-S

O-S

N-S N-Ac

etcGlcN Ác. Glu GlcNAcÁc. Idu

O O O OCOOH

O O-SN-S N-Ac

etcGlcN Ác. Glu GlcNAcÁc. Idu

O O O

O-SN-S N-Ac

etcGlcN Ác. Glu GlcNAc

O O O

O-SN-H2 N-Ac


O O O

O-SN-Ac N-Ac


O O

O-S N-Ac

etcÁc. Glu GlcNAc

O O

N-Ac

etcÁc. Glu GlcNAc

Iduronat sulfatasa

a-L-Iduronidasa

Heparan N sulfatasa

a-N-acetil glucosaminidasa

Acetiltransferasa

glucuronat sulfatasa

O

N-Ac

etcGlcNAc

b-glucuronidasa

Catabolismo

del heparan

sulfato

E. de Hunter

E. de Hurler

E. de Sanfilippo A

E. de Sanfilippo C

E. de Sanfilippo B

E. de SlyCongreso Nacional Laboratorio Clínico

2018

La consecuencia es la alteración de la morfología celular, de la autofagia, estrés

oxidativo y neuroinflamación, lo que conlleva a una alteración de la función de

órganos y tejidos

Son, por lo tanto, enfermedades de acúmulo y progresivas



2018

Son enfermedades hereditarias, debidas a mutaciones en el gen específico que

codifica para la hidrolasa o proteína correspondiente

Todas son enfermedades autosómicas recesivas excepto las enfermedades de

Fabry, de Hunter (MPSII) y la Ictiosis X-linked, que son recesivas ligadas al cromosoma

X

Hay más de 50 enfermedades lisosomales distintas descritas

La incidencia de cada enfermedad por separado es baja, un caso por cada 100.000

nacidos vivos, pero consideradas en conjunto la incidencia aproximada es de 1 por

cada 5.000 – 8.000 recién nacidos



2018

Amplio espectro de síntomas con gran heterogeneidad fenotípica

En general:

Clínica de las enfermedades lisosomales

- Cuadro neurodegenerativo severo

- Dismorfia facial

- Anomalías óseas

- Visceromegalia

- Lesiones cardíacas y renales

- Alteraciones oculares y cutáneas

- Atrofia muscular

Suelen ser de presentación infantil pero también existen formas juveniles y adultas

Y, sobretodo, son progresivas Congreso Nacional Laboratorio Clínico

2018

Cada enfermedad lisosomal presenta un cuadro

clínico y patológico diferente, relacionado con

la naturaleza del sustrato acumulado y con los

tipos celulares y tejidos en los cuales se

acumula.

Es por esto que, según la via de catabolismo afectada, los pacientes pueden

presentar clínicas similares, y en otros casos no


2018

Clínica de las Mucopolisacaridosis


2018

Parenti (2009) EMBO Mol Med 1, 268-279

Terapia de las enfermedades lisosomales


2018



-Ortopedia-Fisioterapia-Cirugía-Audífonos-…


2018




2018

Trasplante de células madre hematopoiéticas

Pros:

Para algunas enfermedades, por ejemplo MPS I , continúa siendo la primera opción de tratamiento. Si se realiza en edad temprana, se aumenta la esperanza de vida y mejoran las manifestaciones clínicas.

Contras:

Proceso lento e incompleto, por lo que el éxito en tratar enfermedades neurológicas severas es limitado.En otros tipos de MPS, HSCT no ha sido tan efectivo como en la MPS I y se opta por otras terapias

Principio:

Las células donantes sanas pueden migrar a los órganos del paciente y corregir el defecto liberando localmente el enzima.

Por ejemplo, en el SNC las células de la microglia son parcialmente sustituidas por las células donantes y pueden entregar enzima activo a las neuronas

Parenti et al (2013) Int J Molec Med 31: 11-20


2018




2018

Terapia de sustitución enzimática (ERT)

Principio:

Compensar la falta de enzima activo mediante infusiones semanales o quincenales de enzima recombinante. El enzima aplicado intravenosamente puede ser captado por las células y transportado a los lisosomas donde realizará su función catalítica.

El enzima terapéutico se produce a partir de células modificadas genéticamente a partir de diferentes organismos.

Fuente: https://www.ultragenyx.comFuente: https://www.medgadget.comCongreso Nacional Laboratorio Clínico

2018


Pros:

• Efectiva en reducir el acúmulo de sustrato• Reduce organomegalias (hígado, bazo, corazón…)• Mejora la función de algunos órganos (función cardíaca, hepática…)• Enlentece la progresión de la enfermedad• Mejora de la calidad de vida de los pacientes

Contras:

• Existe variabilidad en la eficacia clínica dependiendo de la afectación previa del paciente• Puede provocar el desarrollo de anticuerpos contra el enzima recombinante lo que puede implicar la ineficacia completa de la terapia• Existe la dificultad de dirigir el enzima a tejidos no irrigados por la circulación sistémica: huesos, cartílagos y cerebro• Es una incomodidad para el paciente por las infusiones intravenosas semanales o quincenales• Es una terapia muy cara

Avances:

• Ensayos clínicos con infusión intratecal directa del enzima recombinante para direccionarlo al cerebro• Ensayos con enzimas modificados para poder atravesar la barrera hematoencefálica, por ejemplo por fusión con anticuerpos monoclonales específicos Congreso Nacio

nal Laboratorio Clínico 2018


10 terapias aprobadas para enfermedades lisosomales

Platt et al. (2018) Nat Rev Dis Primers 4(1):27


2018


5 terapias en ensayo para enfermedades lisosomales



2018




2018

Terapia de reducción de sustrato (SRT)

Principio:

La SRT pretende reducir la producción del sustrato acumulado en lugar de degradarlo

SUSTRATO

PRODUCTO

Enzimadeficiente

Enzima de labiosíntesis

Terapiareducciónsustrato

Pros:

• Útil para pacientes con clínica leve a moderada• Útil para pacientes en los que la ERT no es una opción (p.ej. por presencia de anticuerpos)• Se administra oralmente• No genera reacción inmune• Pueden atravesar la barrera hematoencefálica

Contras:

• Eficacia moderada• No es adecuado para pacientes con clínica severa• Actualmente sólo hay dos productos aprobados para dos enfermedades lisosomales: Gaucher y Niemann-Pick CCongreso Nacio

nal Laboratorio Clínico 2018

2 terapias aprobadas para enfermedades lisosomales




2018





2018

Terapia con chaperonas

Principio:

Existen mecanismos celulares que controlan el correcto plegamiento de los enzimas sintetizados. Si el plegamiento no es correcto la proteína es degradada.Las chaperonas son moléculas que ayudan a conseguir el correcto plegamiento de las proteínas, que no se degraden y que recuperen total o parcialmente su actividad .

Adaptado de Sanchez-Fernandez et al. Chem. Commun., 2016, 52, 5497-5515

Pros:• Se administra oralmente• Administrada juntamente con ERT, mejora mucho los resultados clínicos

Contras:

• Son mutación-dependiente. Sólo es efectiva en pacientes con ciertas mutaciones.• Puesto que las chaperonas se unen al centro catalítico, en según que concentraciones, pueden inhibir en lugar de fomentar la actividad.


2018

1 terapia aprobada para enfermedades lisosomales




2018





2018

Terapia génica

Principio:

Las enfermedades lisosomales son buenas candidatas para la terapia génica:• Son enfermedades monogénicas• Se ha demostrado que una recuperación parcial de la actividad es suficiente para observar mejora clínica en los pacientes

Penati et al. (2017) J Inher Metab Dis40:543–554


2018



Terapia génica


2018

Acúmulo de macromoléculas

BLOQUEO DEL FLUJO AUTOFÁGICO

Los compuestos inductores de la autofagia permitirán

reactivar el flujo autofágico, restablecer la homeostasis

celular y disminuir la apoptosis.

Acumulación de agregados tóxicos de proteínas

Respuesta inflamatoria

APOPTOSIS CELULAR

Terapia sobre la autofagia


2018

mTORC1

Lisosoma

P

TFEB

TFEB

Situaciónfisiológica

Núcleo

(BIOGÉNESIS LISOSOMAL /AUTOFAGIA)

Autofagosoma Lisosoma

Acúmulo de sustratos

Recolección de nutrientes

Autolisosoma

EXOCITOSIS

FLUJO AUTOFÁGICO



2018


Seranova et al. Essays in Biochemistry (2017) 61:733–749


2018


Seranova et al. Essays in Biochemistry (2017) 61:733–749

Sobreexpresión de TFEB

Resultados prometedores

in vitroCongreso Nacional Laboratorio Clínico

2018

Conclusiones

• Existen diferentes terapias para tratar a los pacientes con enfermedadeslisosomales. Aunque ninguna de ellas cura definitivamente la enfermedad, lamás extendida y aprobada es la terapia de sustitución enzimática.

•Se ha demostrado que la aplicación simultánea de dos o más terapias (porejemplo ERT+SRT) potencia sus efectos y los resultados clínicos obtenidos sonmejores.

•La terapia génica está en una fase avanzada de ensayos clínicos y parece quepodrá ser aplicable en un tiempo no muy lejano

•Existen varias líneas de investigación en inducción de la autofagia y laexocitosis y parece una terapia que en un futuro podría ser útil en lasenfermedades lisosomales.


2018


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