Plano de aula - disciplinas.famerp.brdisciplinas.famerp.br/Neurologia/Documents/4ª Série 2016/Roteiro... · Plano de aula Profa. Dra Michele ... Integrar informação genética

Plano de aula

Profa. Dra Michele Lima Gregório

Data: 18/03/2015

“Neurogenética”

Conteúdo Programático

Genética Humana - avanços

Marcadores Biológicos e Aconselhamento Genético

Farmacogenômica e Terapia Gênica

Doenças neurológicas geneticamente determinadas

Doença de Parkinson

Distonia

Doença de Alzheimer

Doença de Huntington

Ataxia espinocerebelar

Doenças mitocondriais

Doenças mediadas por RNA: distrofia miotônica

Bibliografia

Smeets CJ, Verbeek DS. Cerebellar ataxia and functional genomics: Identifying the

routes to cerebellar neurodegeneration. Biochim Biophys Acta. 2014

Oct;1842(10):2030-2038.

Katsuno M, Banno H, Suzuki K, et al. Molecular genetics and biomarkers of

polyglutamine diseases. Curr Mol Med. 2008 May;8(3):221-34. Review.

Meola G. Clinical aspects, molecular pathomechanisms and management of myotonic

dystrophies. Acta Myol. 2013 Dec;32(3):154-65. Review.

Björklund A, Lindvall O. Cell replacement therapies for central nervous system

disorders. Nat Neurosci. 2000 Jun;3(6):537-44. Review.

Ross CA1, Aylward EH, Wild EJ, et al. Huntington disease: natural history, biomarkers

and prospects for therapeutics. Nat Rev Neurol. 2014 Apr;10(4):204-16.

Kumar A, Kumar Singh S, Kumar V, et al. Huntington's disease: an update of

therapeutic strategies. Gene. 2015 Feb 10;556(2):91-7.

Bonifati V. Genetics of Parkinson's disease--state of the art, 2013. Parkinsonism Relat

Disord. 2014 Jan;20 Suppl 1:S23-8.

Eskow Jaunarajs KL, Bonsi P, Chesselet MF, et al. Striatal cholinergic dysfunction as a

unifying theme in the pathophysiology of dystonia. Prog Neurobiol. 2015 Feb 17.

Charlesworth G, Bhatia KP, Wood NW. The genetics of dystonia: new twists in an old

tale. Brain. 2013 Jul;136(Pt 7):2017-37.

Lehmann S, Delaby C, Touchon J, et al. Biomarkers of Alzheimer's disease: the present

and the future. Rev Neurol (Paris). 2013 Oct;169(10):719-23.

American Academy of Neurology, 2014.

SLIDES

Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto

FAMERP

Profa. Dra. Michele Lima Gregório

2015

mecanismo de transmissão

dos caracteres de uma

espécie

Avanços da Genética – melhoria na saúde pessoal e

pública

Genética Ciência da hereditariedade

Através das gerações (variabilidade genética)

Evolução

Avanços no conhecimento

da Genética HumanaMedicina

personalizada

Informação clínica, genética e ambiental – melhor

tratamento individualizado

Além do diagnóstico, estabelecer a origem de

determinada doença – risco em outros familiares

Como usar essa informação biológica na

terapia?

Testes genéticos nas decisões terapêuticas

Uso dos genes como agentes ou alvos

terapêuticos

Farmacogenômica

Terapia gênica

Farmacogenômica

Como as variações gênicas influenciam

na resposta ao tratamento

Terapia gênica

O uso de ácidos nucléicos como agente terapêutico

Novas estratégias terapêuticas em doenças neurológicas são

baseadas em expressão gênica

Processo patogênico de doenças neurológicas envolve

desregulação desse processo

Farmacogenômica

Diferença entre pacientes na resposta ao tratamento –

fatores genéticos e ambientais

• Melhorar a abordagem terapêutica para cada paciente –

tratamento individualizado

• Evitar efeitos colaterais

• Otimização de doses

Terapia gênica

Uso de ácido nucléico como agente

farmacêutico no tratamento de doenças

herdadas ou esporádicas.

2011 – mais de 1.700 testes clínicos com uso de terapia gênica.

Nenhum tratamento ainda foi aprovado pelo FDA

• Substituição de genes – inserção de genes que produzem determinada proteína

• Terapia de reposição enzimática

• Silenciamento gênico – suprimir a expressão do gene mutado (miRNA and

RNAi) causadores de doenças.

Integrar informação genética e não-genética sobre um determinado

paciente no delineamento de um tratamento mais adequado

Kumar et al., 2015.

Marcadores biológicos

São componentes celulares, estruturais e bioquímicos, que podem definir

alterações celulares e moleculares tanto em células normais e em células

alteradas.

Detectam alterações no DNA, que podem influenciar diferenças fenotípicas

O marcador perfeito deveria ser altamente específico para uma determinada

doença e suficientemente sensível para detectar a presença de pequeno número

de células alteradas, permitindo o diagnóstico precoce e alta especificidade

para excluir falsos positivos.

Ainda de uma forma ideal, o marcador deveria facilmente detectado no

sangue ou fluidos biológicos.

Ross et al., 2014

Processo de comunicação que lida com problemas humanos associados com a

ocorrência, ou risco de ocorrência, de uma doença genética em uma família.

Participação de uma ou mais pessoas treinadas para ajudar o indivíduo ou sua

família a:

1) compreender os fatos médicos: diagnóstico, provável curso da doença e as

condutas disponíveis;

2) apreciar o modo como a hereditariedade contribui para a doença e o risco de

recorrência para parentes específicos;

3) entender as alternativas para lidar com o risco de recorrência;

4) escolher o curso de ação que pareça apropriado em virtude do seu risco,

objetivos familiares, padrões éticos e religiosos, atuando de acordo com essa

decisão;

5) ajustar-se, da melhor maneira possível, à situação imposta pela ocorrência do

distúrbio na família, bem como à perspectiva de recorrência do mesmo.

Aconselhamento genético

Heredograma

Doenças neurológicas geneticamente

determinadas

• Genética das doenças do movimento: doença de Parkinson

e distonia

• Genética da demência: doença de Alzheimer e doença de

Huntington

•Ataxia espinocerebelar (SCA)

• Genética das doenças mitocondriais

•Genética das doenças doenças musculares mediadas por

RNA: distrofia miotônica

Doença de Parkinson

• Degeneração dos neurônios dopaminérgicos da SNc - depleção de dopamina estriatal

(Núcleos da base )

• Sinais motores – rigidez muscular, tremor de repouso, instabilidade postural e lentidão

nos movimentos

•PARK - 10 formas monogênicas da doença – 3 autossômicas dominantes e 7 recessivas.

• PARK1 e 4 – SNCA

• Formas mais comuns da doença: autossômica dominante (AD), início tardio – mutações

LRRK2 e AD de início precoce - mutações no gene Parkin.

• ATP13A2, FBOX07, DNAJC6 e SYNJ1 – início juvenil e padrões atípicos e e

multisistêmicos – demência, movimento anormal do olho, sinais piramidais

Circuito motor

DAUER e PRZEDBORSKI, 2003

PARK 1-4

PARK 8

PARK 2

PARK 6

PARK 7

PARK 9

PARK 15

Distonia

“Síndrome da contração sustentada dos músculos, frequentemente causando

torção e movimentos repetidos do corpo ou posturas anormais”

sintomas - início gradual - com o tempo: os espasmos involuntários podem

continuar mesmo no repouso.

Classificação: idade de início, localização corporal, padrão temporal associação

com outras características.

Modo de herança: autossômico dominante

Isolada: ou primária – sem associação de outras características

Combinada: ou distonia “plus” – associação com outras desordens do

movimento.

Jananarajs et al., 2015

Em condições normais –

Dopamina ativa receptores estriatais D2

nos interneurônios colinérgicos e reduz

influxo de Ca2+ e inibindo liberação de

Ach.

Na distonia causada por mutação DYT1 – ativação de receptores D2 provoca

inibição anormal da dos canais de Ca2+, resultando em um aumento da liberação

de Ach.

Charlesworth et al., 2013

Charlesworth et al., 2013


Demências – classificadas como “proteinopatias” – acúmulo anormal de

proteínas específicas. Ex.: amilóidopatias, tauopatias, sinucleinopatias....

• Proteinopatias – podem ser hereditárias (mutações dominantes) ou

esporádicas (vários fatores como idade) – fator de risco genético.

• Demências apresentam influencia genética e ambiental.

• Misto de proteinopatias. Ex.: Doença de Alzheimer – amiloidopatia e tauopatia.

• Início tardio ou precoce: média de idade 65 anos, de progressão lenta,

iniciando com prejuízo cognitivo leve até demência total.

• Atrofia cerebral acompanhada de placas amilóides (β-amilóide) e

emaranhados neurofibrilares de proteína tau.


Deterioração cognitiva

Atrofia cerebral:

- Placas senis ß-amilóide

- Emaranhados neurofibrilares proteína tau

Déficit de memória/raciocínio Desorientação

Alois Alzheimer – 1906

Sá et al., Front Neurol. 2012;3:81.

Du Y et al. Brain Res Mol Brain Res 2005; 136: 177-88.


Início precoce – mutações – formas herdadas e familiais da DA

(~2% de todas as DA) – 3 diferentes genes

• Gene da proteína precursora amilóide (APP) – codifica APP através da qual

a β-amilóide é liberada.

• Presenilinas 1 e 2 - componentes do complexo da γ-secretase (clivagem da

APP) – mutações da presenilina 1 – forma mais comum de DA familial.

Proteína Precursora da β Amilóide

http://www.nia.nih.gov/alzheimers/scientific-images. National Institute on Aging

α γ β secretases

βA-42 aa.

Insolúvel

21q21.1


Início tardio – maioria da DA - as causas podem ou não serem genéticas –

embora fatores genéticos sejam importantes.

• Apolipoproteína E (ApoE) – principal fator de risco da forma tardia.

•Alelo E4 – risco aumentado de DA e E2 – risco reduzido (proteção).

- não usado clinicamente para diagnóstico.

Determinantes

(2% casos)

PS1

PS2

APP

Herança autossômica dominante

Apolipoproteína E

APOE*4

Du Y et al. Brain Res Mol Brain Res 2005; 136: 177-88.

PRÉ SENIL (<65 anos de idade)

TARDIO (>65 anos de idade)

Patogênese da DA – aumento da produção ou acúmulo de amilóide

Lehmann et al., 2013


George Huntington (1872) – doença hereditária – pai e avô afetados.

Doença neurodegenerativa progressiva – movimentos involuntários, com

desordem intelectual e psiquiátrica

Média de idade – 25 a 70 anos

Graus variados de atrofia estriatal – lesão dos neurônios estriatais (inibitórios –

GABA) que se projetam a substância negra e globo pálido (DA) - níveis

GABA

DA Sinais motores da doença

Drogas antidopaminérgicas - tratamento

Kumar et al., 2015.

Björklund et al., 2000; Ross et al., 2014


Doença autossômica dominante – 5/100.000 indivíduos

Região 4p16.3

Kumar et al., 2015.

Mutação gene IT15 –proteína huntigtina (htt) – função

desconhecida – essencial ao desenvolvimento –

ausência é letal em ratos

Importante no funcionamento normal dos núcleos da

base –

Proteína normal – regula expressão do BDNF


Doença poliglutamina – mais de 39 repetições CAG

(glutamina)

Repetição promove agregação – toxicidade: apoptose,

excitotoxicidade, disfunção mitocondrial, desregulação

transcricional – características neuropatológicas da doença


Grupo heterogêneo de doenças neurodegenerativas geneticamente heterogênea –

atrofia do cerebelo e perda das células de Purkinje –

- ataxia dos membros, tronco e marcha (e outras específicas de cada doença)

Desafio – sobreposição fenotípica entre as etiologias adquiridas, idiopáticas e

herdadas

Doença autôssomica dominante – SCAs – ações motoras descoordenadas –

disartria, disfagia, alterações no movimento dos olhos, desequilíbrio postural.

SCAs – repetição CAG (glutamina) – ataxias poliglutaminas (SCA1, 2, 3, 6 e 7)

Doença autôssomica recessiva– tb apresentam sinais cerebelares, entretanto

possuem neuropatia periférica associada.

Repetição intron GAA no gene frataxin –

ataxia de Friedreich


Smeets & Verbeek, 2014

Katsuno et al., 2008

American Academy of Neurology, 2014

Katsuno et al., 2008


Doenças heterogêneas – clínico, bioquímico e genético.

Mitocôndria: diversas funções

Produção de ATP e controle genético (DNAnuclear e

DNAmitocondrial)

Definição – defeitos na via energética final do metabolismo

mitocondrial, ou seja, na fosforilação oxidativa.


Sob controle do DNAn e DNAmt

Das 90 proteínas, 13 são codificadas por DNAmt –

mutações nesse DNAmt ocasionam as doenças

Fosforilação oxidativa

Tipos de Mutação

Pequena escala de mutação

Substituição de nucleotídeos

ATCGAATCGA

ATGGAATCGA


Mutações no DNAmt – Deleções e mutações pontuais

Síndrome Kearns-Sayre (KSS) –deleções em larga escala

Epilepsia mioclonica (MERRF) – m.8344A>G no gene RNAtLys

Síndrome Kearns-Sayre (KSS) – m.11778A>G gene ND4

MELAS – m.3243A>G no gene RNAtLeu(UUR)

Defeitos na síntese de proteína mitocondrial


Mutações no DNAn – defeitos na cadeia respiratória

mitocondrial

Síndrome de Leigh – mutações heterozigotas na subunidade

flavoproteína do complexo II, e outras mutações no complexo I, III,

IV e V


Mutação POLG – codifica polimerase γ do DNAmt – doença

autossômica dominante

MNGIE – encefalopatia neurogastrointestinal mitocondrial –

depleção, deleções multiplas e mutações pontuais no DNAmt

(autossômica recessiva)

TYMP – codifica a timidina

fosforilase – importante na

replicação do DNAmt

Doenças musculares

Distrofia miotônica – doença mustissistêmica autossômica

dominante.

Miotonia, distrofia muscular, defeitos na condução cardíaca, envolvimento cerebral

e endócrino.

Consórcio Intern. Distrofia Muscular – nomenclatura com base no

DNA

Distrofia muscular tipo 1 (DM1) – expansão instável da repetição

de trinucleotídeos CTG no cromossomo 19.

Distrofia muscular tipo 2 (DM2) – expansão instável da repetição

de tetranucleotídeos CCTG no cromossomo 3.

Meola et al., 2013

Mutação

DM1

Repetição instável do trinucleotídeo

CTG na região 3’UTR do gene

DMPK

Repetição 150-12.000 pb

19q13.3

Mutação

DM2 Repetição instável do

tetranucleotídeo CCTG no intron 1

do gene CNBP

Repetição <30 em indivíduos

normais

3q21

Mutação

DM1

Mutação

DM2

Em cromossomos diferentes, mas com padrões

semelhantes da doença

RNA ocasiona a patogênese da doença

Expansão é transcrita e o

RNA mutante contendo as

expansões acumula-se no

núcleo

Inclusões

ribonucleares

Padrões

patológicos

das doenças

“Existem muitas hipóteses em ciências que estão erradas.

Isso é perfeitamente aceitável, elas são a abertura

para achar as que estão certas”

(Carl Sagan)Obrigada !!!

[email protected]

Núcleo de Pesquisa em Bioquímica e Biologia

Molecular – NPBIM/FAMERP

Ramal 5864