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MERRFMyoclonic epilepsy
with ragged-red fibers
FUNDAÇÃO FACULDADE FEDERAL DE CIÊNCIAS MÉDICAS DE PORTO
ALEGRE
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS MORFOLÓGICAS
DISCIPLINA DE GENÉTICA HUMANA
Rafaela de Vargas Ortigara
Sheila Ferreira Fernandes
Tatiana Bianchi
Monitora: Niara Oliveira
Introdução
• Mitocôndrias essenciais no fornecimento de energia para as células.
• DNA mitocondrial grande influência na produção dessa energia.
• Defeitos mitocondriais ampla variedade de manifestações clínicas.
• Primeiros relatos década de 60.
• Década de 90 métodos diagnósticos mais eficientes.
• 1 : 10.000 nascidos vivos.
• MERRF uma das doenças associadas a defeitos no mitDNA.
Características Mitocondriais
• Mitocôndrias: organelas esféricas ou alongadas;
presentes em quase todas as células eucarióticas;
produção de energia - ATP (rico em ligações energéticas);
distribuição celular e nos tecidos: variável.
• Geração de energia:
fosforilação oxidativa;
cadeia respiratória - 5 complexos;
passagem de elétrons liberação de energia gradiente de prótons síntese de ATP.
DNA mitocondrial
• Mitocôndria DNA, RNA e ribossomos próprios.
• Células somáticas mononucleares 1000 a 5000 cópias de mitDNA.
• Ovócitos maduros 100.000 ou mais cópias de mitDNA.
• mitDNA informações genéticas para algumas proteínas mitocondriais - capacidade biossintética.
• Genoma mitocondrial humano:
pequena molécula circular de DNA de cadeia dupla;
16569 pares de bases;
compacto, sem íntrons;
37 genes 2 rRNAs 22 tRNAs 13 mRNAs 13 polipeptídeos (componentes da cadeia respiratória).
• Função celular e função mitocondrial: – interdependentes;– mais de 100 proteínas codificadas no
núcleo são necessárias para manter o mitDNA e expressar os produtos de seus genes.
• Nº das subunidades dos complexos da cadeia respiratória codificadas pelo mitDNA:– Complexo I 7 (ND1, ND2, ND3, ND4,
ND4L, ND5, ND6);– Complexo II 0 ;
– Complexo III 1 (citocromo b);– Complexo IV 3 (COXI, COXII,
COXII);– Complexo V 2 (ATPase 6 e 8).
• Suscetibilidade a mutações mitDNA sem histonas protetoras e sem um sistema de reparo efetivo - radicais livres.
• Mutações por rearranjos (deleções ou duplicações) e pontuais.
• Mais de 200 mutações mitocondriais patogênicas identificadas.
Evolução do mitDNA
• Hipótese endossimbionte:
Célula maior anaeróbica + células menores aeróbicas;
Célula maior nutrientes e proteção às menores;
Células menores oxidação e fornecimento de energia à maior;
Evolução: célula maior organismo eucarionte;
células menores mitocôndrias;
• Fatores que sustentam a hipótese endossimbionte:
mitDNA próprio;
genoma mitocondrial diferente do nuclear;
genoma mitocondrial com características comuns ao procarioto;
• Transferência de genes ao nDNA.
HERANÇA MITOCONDRIAL
• Não clássica.
• Exclusivamente materna.
• Homens afetados não transmitem a sua prole.
• Todos os filhos de mulheres afetadas têm a mutação.
• Multiplicidade de moléculas de mitDNA por célula
HOMOPLASMIA:– quando contém somente moléculas de
mitDNA normais ou anormais, isto é, são todas idênticas.
HETEROPLASMIA:– quando contém tanto moléculas de
mitDNA normais quanto anormais em proporções que podem variar.
• Segregação e transmissão complexas e não bem estabelecidas:– Segregação mitótica;– ¨Bottleneck¨.
DOENÇAS MITOCONDRIAIS
• Grupo de citopatias com expressão clínica heterogênea que decorrem de alterações no metabolismo energético celular.
• Decorrem mais freqüentemente de mutações no mitDNA.
• Também podem ocorrer devido a mutações no nDNA ou defeitos na sinalização intergenômica.
• As mutações no mitDNA podem ser:
REARRANJO:– esporádicas, não transmitidas às gerações
subseqüentes;– ocorrem na área de deleções comuns;– Síndrome de Kearns-Sayre (KSS);– Síndrome de oftalmoplegia externa
progressiva crônica (CPEO);– Síndrome de Pearson.
SUBSTITUIÇÕES PONTUAIS:– troca de uma base nitrogenada por outra em
um gene mitocondrial;– podem afetar genes mitocondriais dos 13
polipeptídeos, dos 2 rRNAs, ou dos 22 tRNAs;– são de herança estritamente materna;– Neuropatia óptica hereditária de Leber
(LHON) - GA no gene da subunidade ND4 do complexo I, convertendo arginina para histidina;
– Síndrome de Leigh - TG no gene da ATPsintetase mitocondrial, convertendo leucina para arginina.
– MELAS - mitochondrial encephalomyopathy, lactic acidosis and stroke episodes - AG no gene do tRNAleu ;
– MERRF- myoclonic epilepsy with ragged-red fibers;
– outras são sugeridas, como a Surdez não sindrômica.
MERRF
• Myoclonic epilepsy with ragged-red fibers.
• Encefalomiopatia mitocondrial.• Rara, de herança materna, progressiva e
devastadora.– Mutação em genes mitocondriais que
codificam tRNAs produção defeituosa de diversas proteínas fosforilação oxidativa afetada decréscimo na produção energética manifestações clínicas.
Etiologia - bases moleculares e bioquímicas
• Mutações no gene tRNALys.• 80 a 90% transição AG na posição
8344.• 10 a 20% transição TC na posição
8356.• Outras mutações: AG na posição 3243
(MELAS).• Heteroplasmia.
• Mutação defeito na síntese proteíca mitocondrial.– redução geral da síntese proteíca;
– códon de terminação, determinando uma finalização precoce da tradução;
– geração anormal dos produtos da tradução;
– número de resíduos de lisina nos polipeptídeos;
– redução no consumo de O2 e na atividade enzimática da cadeia respiratória;
– NADH desidrogenase (complexo I) e citocromo c oxidase (complexo IV).
• Resultado déficit energético celular.
• Mutações no tRNA do mitDNA deficiências enzimáticas e defeitos na tradução independentemente do nDNA.
FISIOPATOLOGIA E CORRELAÇÃO FENÓTIPO
GENÓTIPO-LIMIAR DE EXPRESSÃO
• Mutação que causa defeitos nos complexos I e IV da cadeia respiratória.
• Questão chave: requerimento energético do tecido conforme sua função celular.
• Manifestações clínicas dependem de uma série de fatores.
• LIMIAR DE EXPRESSÃO:
limite de déficit energético suportado pelo tecido, conforme seu trabalho celular;
tecidos diferem quanto ao grau de requerimento energético;
classificação bioenergética em limiar de expressão em órgãos humanos são, em ordem decrescente: SNC, coração, músculo esquelético, sistema renal, endócrino e hepático.
• Quando excedido seu limiar de expressão as manifestações clínicas são apresentadas.
• Sugere-se que estejam associadas com a percentagem de mitDNA mutante do tecido.
• Células cerebrais in vitro têm sua síntese protéica prejudicada quando um limiar específico de ~85% de mitDNA é excedido.
• Mais que 60% de mitDNA mutante no tecido cerebral.
• Mais que 92% de mitDNA mutante no tecido muscular.
• Correlação idade, nível de mitDNA mutante e fenótipo.
HERANÇA MITOCONDRIAL EM MERRF
• Respeita as características da herança mitocondrial em geral.
• Transmissão estritamente materna.• Menor freqüência de filhos clinicamente
afetados, comparada a MELAS.• Nível de mitDNA mutante no sangue
materno> 40% = possibilidade de filhos clinicamente afetados.
Características Clínicas
• Início dos sintomas: entre 5 e 12 anos.
• Piora progressiva com a idade.
• Sintomas relacionados à:– proporção entre mitocôndrias mutantes e
normais;– necessidade energética do órgão afetado.
• Sistema nervoso necessita de maior aporte energético.
• Manifestações mais freqüentes:– miopatia mitocondrial;– mioclônus;– ataxia;– epilepsia;– surdez neuro-sensorial.
• Menos freqüentes: demência, neuropatia, baixa estatura, atrofia óptica, DM, AVC.
Diagnóstico• Clínica:
– levantar suspeita de d. mitocondrial;– praticamente é diagnóstico de exclusão.
• Histopatológico:– músculo é tecido ideal;– fibras rotas vermelhas(ragged-red fibers) –
cortes de criostato corados pelo tricrômio de Gomori;
– quando > que 3% é quase patognomônico;– quando em crianças e adolescentes,
necessita-se de outros métodos diagnósticos.
• Bioquímico:– Alteração no estado de oxirredução do
plasma, devido à deficiência funcional do ciclo de Krebs:
• aumenta concentração de lactato, piruvato, relação lactato/piruvato e corpos cetônicos;
• se lactato estiver entre 2,2 e 7mmol/L, fazer relação L/P após teste de esforço e/ou após sobrecarga de glicose;
• se lactato for > que 7mmol/L, não é necessário.
– A partir de índices de oxirredução alterados, dosar atividade das enzimas mitocondriais:
• medida do consumo do O2 pela mitocôndria (polarografia): diminuído em MERRF;
• medida da atividade da citocromo c oxidase (compl.IV): diminuída em MERRF;
• atividade da NADH-CoQ-citocromo c redutase (compl.I eIII): diminuída em MERRF;
• atividade da oxidação da NADH na presença da ubiquinona (receptor de elétrons): também diminuída;
• atividade da citrato sintetase (enz do ciclo de Krebs).
• Molecular:– As mutações de ponto mais freqüentes em
MERRF (MTTK*MERRF8344G e MTTK*MERRF8356C) são detectadas através do estudo de polimorfismos de comprimentos de fragmentos de restrição de regiões do mitDNA amplificadas por PCR.
• Investigação adicional:– Eletroencefalograma: ondas basais lentas
e picos multifocais;– Eletromiografia: perda de unidades
motoras, velocidade de condução diminuída;
– Imagem (TC, RNM): calcificação de núcleos da base, atrofia de hemisférios cerebrais e cerebelares, alterações na substância branca;
– ECG, ecocardiograma, etc.
Tratamento
• Não há cura para MERRF.
• Os objetivos são melhorar o funcionamento anormal da cadeia respiratória e proporcionar alívio sintomático.
• A resposta ao tratamento varia de um indivíduo para outro.
• Vitaminas e co-fatores:
proporcionar > produção de ATP;
Coenzima Q e derivados quinona: regularização do piruvato e lactato;
vitamina K3, K1, C: melhorar o transporte de elétrons;
vitamina B2: co-fator nos complexos de fosforilação I e II;
vitamina B1, B3, E, ácido fólico, ácido lipóico, selênio, betacaroteno, biotina e outros: diminuem a progressão da doença pelo poder antioxidante;
dicloroacetato: regularização do lactato e piruvato.
• Mudanças na rotina:
- evitar o jejum prolongado;
- vômitos/anorexia: hospitalização;
- cuidados com regimes de emagrecimento;
- evitar alimentos ricos em Fe: lesão na mitocôndria e mitDNA;
- evitar bebidas alcoólicas e cigarro;
- evitar ambientes muito frios ou quentes;
- evitar situações cansativas.
• Tratamento sintomático:
- atenuar manifestações de MERRF nos diversos órgãos;
- mioclônus: antiepilépticos;
- musculatura esquelética: fisioterapia;
- descompensação metabólica: hidratação, glicose EV, correção da acidose e repouso.
Diagnóstico Pré-natal eAconselhamento Genético
• Não há relação entre o resultado dos testes e o verdadeiro fenótipo a ser manifestado pelo indivíduo.
• Orientar as famílias e as gestantes é uma tarefa de grande desafio para o médico.