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.