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control de citogenetica, Guías, Proyectos, Investigaciones de Citogenética del Cáncer

resumenes de citogenetica y importancia de los cromosomas

Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones

2019/2020

Subido el 23/05/2023

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151
salud pública de méxico / vol.43, no.2, marzo-abril de 2001
Enfermedades del mtDNA
A
RTÍCULO
DE
REVISIÓN
Enfermedades genéticas
del ADN mitocondrial humano
Abelardo Solano, Q. F. B.,
(1)
Ana Playán, Ph.D.,
(1)
Manuel J. López-Pérez, Ph.D.,
(1)
Julio Montoya, Ph.D.
(1)
Solano A, Playán A, López-Pérez MJ, Montoya J.
Genetic diseases
of the mitochondrial DNA.
Salud Publica Mex 2001;43:151-161.
The English version of this paper
is available at: http://www.insp.mx/salud/index.html
Abstract
Mitochondrial diseases are a group of disorders produced
by defects in the oxidative phosphorylation system (Ox-
phos system), the final pathway of the mitochondrial ener-
getic metabolism, resulting in a deficiency of the biosynthesis
of ATP. Part of the polypeptide subunits involved in the
Oxphos system are codified by the mitochondrial DNA.
In the last years, mutations in this genetic system have been
described and associated to well defined clinical syndromes.
The clinical features of these disorders are very heteroge-
neous affecting, in most cases, to different organs and tis-
sues and their correct diagnosis require precise clinical,
morphological, biochemical and genetic data. The peculiar
genetic characteristics of the mitochondrial DNA (mater-
nal inheritance, polyplasmia and mitotic segregation) give
to these disorders very distinctive properties. The English
version of this paper is available at: http://www.insp.mx/salud/
index.html
Key words: DNA, mitochondrial; mitochondrial diseases;
Spain
Solano A, Playán A, López-Pérez MJ, Montoya J.
Enfermedades genéticas
del ADN mitocondrial humano.
Salud Publica Mex 2001;43:151-161.
El texto completo en inglés de este artículo está
disponible en: http://www.insp.mx/salud/index.html
Resumen
Las enfermedades mitocondriales son un grupo de tras-
tornos que están producidos por un fallo en el sistema de
fosforilación oxidativa (sistema Oxphos), la ruta final del
metabolismo energético mitocondrial, con la consiguiente
deficiencia en la biosíntesis del trifosfato de adenosina (ATP,
por sus siglas en inglés). Parte de los polipéptidos que
componen este sistema están codificados en el ácido deso-
xirribonucleico (DNA) mitocondrial y, en los últimos años,
se han descrito mutaciones que se han asociado con sín-
dromes clínicos bien definidos. Las características genéti-
cas del DNA mitocondrial, herencia materna, poliplasmia y
segregación mitótica, confieren a estas enfermedades pro-
piedades muy particulares. Las manifestaciones clínicas de
estas enfermedades son muy heterogéneas y afectan a dis-
tintos órganos y tejidos por lo que su correcto diagnóstico
implica la obtención de datos clínicos, morfológicos, bio-
químicos y genéticos. El texto completo en inglés de este
artículo está disponible en: http://www.insp.mx/salud/
index.html
Palabras clave: ADN mitocóndrico; enfermedades mito-
condriales; España
Este trabajo ha sido subvencionado por la Dirección General de Enseñanza Superior e Investigación Científica (PB97-1019), el Fondo de Investigaciones
Sanitarias (FIS 98-0049-01), la Diputación General de Aragón (P24/97) de España, así como por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) de
México.
(1) Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y Celular, Universidad de Zaragoza, Zaragoza, España.
Fecha de recibido: 22 de mayo de 2000 • Fecha de aprobado: 13 de noviembre de 2000
Solicitud de sobretiros: Dr. Julio Montoya. Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y Celular, Facultad de Veterinaria,
Universidad de Zaragoza. Miguel Servet 177, E-50013 Zaragoza, España.
Correo electrónico: [email protected]
Las mitocondrias son organelos subcelulares que se
encuentran en el citoplasma de las células euca-
riotas, cuya función principal es la producción de la
energía celular en forma de trifosfato de adenosina
(ATP, por sus siglas en inglés). Una de las particulari-
dades de estos organelos es la de poseer un sistema
genético propio con toda la maquinaria necesaria
para su expresión, es decir, para replicar, transcribir y
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¡Descarga control de citogenetica y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Citogenética del Cáncer solo en Docsity!

Enfermedades del mtDNA (^) A RTÍCULO DE REVISIÓN

Enfermedades genéticas

del ADN mitocondrial humano

Abelardo Solano, Q. F. B., (1)^ Ana Playán, Ph.D., (1)

Manuel J. López-Pérez, Ph.D., (1)^ Julio Montoya, Ph.D. (1)

Solano A, Playán A, López-Pérez MJ, Montoya J. Genetic diseases of the mitochondrial DNA. Salud Publica Mex 2001;43:151-161. The English version of this paper is available at: http://www.insp.mx/salud/index.html

A b s t r a c t

Mitochondrial diseases are a group of disorders produced

by defects in the oxidative phosphorylation system (Ox-

phos system), the final pathway of the mitochondrial ener-

getic metabolism, resulting in a deficiency of the biosynthesis

of ATP. Part of the polypeptide subunits involved in the

Oxphos system are codified by the mitochondrial DNA.

In the last years, mutations in this genetic system have been

described and associated to well defined clinical syndromes.

The clinical features of these disorders are very heteroge-

neous affecting, in most cases, to different organs and tis-

sues and their correct diagnosis require precise clinical,

morphological, biochemical and genetic data. The peculiar

genetic characteristics of the mitochondrial DNA (mater-

nal inheritance, polyplasmia and mitotic segregation) give

to these disorders very distinctive properties. The English

version of this paper is available at: http://www.insp.mx/salud/

index.html

Key words: DNA, mitochondrial; mitochondrial diseases;

Spain

Solano A, Playán A, López-Pérez MJ, Montoya J. Enfermedades genéticas del ADN mitocondrial humano. Salud Publica Mex 2001;43:151-161. El texto completo en inglés de este artículo está disponible en: http://www.insp.mx/salud/index.html

R e s u m e n

Las enfermedades mitocondriales son un grupo de tras-

tornos que están producidos por un fallo en el sistema de

fosforilación oxidativa (sistema Oxphos), la ruta final del

metabolismo energético mitocondrial, con la consiguiente

deficiencia en la biosíntesis del trifosfato de adenosina (ATP,

por sus siglas en inglés). Parte de los polipéptidos que

componen este sistema están codificados en el ácido deso-

xirribonucleico (DNA) mitocondrial y, en los últimos años,

se han descrito mutaciones que se han asociado con sín-

dromes clínicos bien definidos. Las características genéti-

cas del DNA mitocondrial, herencia materna, poliplasmia y

segregación mitótica, confieren a estas enfermedades pro-

piedades muy particulares. Las manifestaciones clínicas de

estas enfermedades son muy heterogéneas y afectan a dis-

tintos órganos y tejidos por lo que su correcto diagnóstico

implica la obtención de datos clínicos, morfológicos, bio-

químicos y genéticos. El texto completo en inglés de este

artículo está disponible en: http://www.insp.mx/salud/

index.html

Palabras clave: ADN mitocóndrico; enfermedades mito-

condriales; España

Este trabajo ha sido subvencionado por la Dirección General de Enseñanza Superior e Investigación Científica (PB97-1019), el Fondo de Investigaciones Sanitarias (FIS 98-0049-01), la Diputación General de Aragón (P24/97) de España, así como por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) de México.

(1) Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y Celular, Universidad de Zaragoza, Zaragoza, España.

Fecha de recibido: 22 de mayo de 2000 • Fecha de aprobado: 13 de noviembre de 2000 Solicitud de sobretiros: Dr. Julio Montoya. Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y Celular, Facultad de Veterinaria, Universidad de Zaragoza. Miguel Servet 177, E-50013 Zaragoza, España. Correo electrónico: [email protected]

L

as mitocondrias son organelos subcelulares que se

encuentran en el citoplasma de las células euca-

riotas, cuya función principal es la producción de la

energía celular en forma de trifosfato de adenosina

(ATP, por sus siglas en inglés). Una de las particulari-

dades de estos organelos es la de poseer un sistema

genético propio con toda la maquinaria necesaria

para su expresión, es decir, para replicar, transcribir y

A RTÍCULO DE REVISIÓN

Solano A y col.

traducir la información genética que contiene. El áci-

do desoxirribonucleico mitocondrial (mtDNA, por sus

siglas en inglés) humano es una molécula circular

compuesta por 16 569 pares de bases 1 que contiene

información para 37 genes: dos ácidos ribonucleicos

ribosómicos (rRNA), componentes de los ribosomas

específicos mitocondriales, 22 de transferencia (tRNA),

que son capaces de leer todo el código genético, y 13

polipéptidos que forman parte de cuatro de los cinco

complejos multienzimáticos del sistema de fosfo-

rilación oxidativa (sistema Oxphos), etapa terminal de

la ruta de producción de ATP. Estos péptidos corres-

ponden a siete subunidades (ND1, 2, 3, 4, 4L, 5, 6) del

dinucleótido de nicotinamida y adenina reducido

(NADH): ubiquinona óxido-reductasa (complejo I);

una subunidad (cyt b) de la ubiquinol: citocromo c

óxido-reductasa (complejo III); tres subunidades (CO

I, II, III) de la citocromo c oxidasa (complejo IV), y

dos subunidades de la ATP sintetasa (complejo V) 2

(figura 1). El resto de los polipéptidos componentes

de estos complejos, así como el complejo II completo,

están codificados en el DNA nuclear. La biogénesis de

este sistema constituye un caso único en la célula ya

que para su formación se requiere la expresión coordi-

nada de los dos sistemas genéticos.

Los caracteres moleculares básicos y peculiares

del sistema genético mitocondrial se descubrieron al

inicio de los años ochenta, 1,3-6^ y en 1988 se encontra-

ron las primeras mutaciones asociadas a enferme-

dades. 7-9^ Desde entonces, el número de mutaciones

en el mtDNA y de enfermedades asociadas ha creci-

do de modo espectacular y ha generado lo que hoy se

podría llamar como una “medicina mitocondrial”. 10,

Se designa con el nombre de enfermedades mi-

tocondriales a un grupo de trastornos cuya caracte-

rística común es un defecto en la producción de ATP.

Sin embargo, frecuentemente este término se aplica a

trastornos producidos por daños en el sistema Ox-

phos, debido a que durante muchos años sólo se

habían encontrado mutaciones en el mtDNA relacio-

nados con los mismos. Hoy en día, se han comenzado

a identificar genes nucleares codificantes de proteí-

nas de los complejos del sistema Oxphos o responsa-

bles de su ensamblaje. En este trabajo nos limitaremos

a describir las enfermedades debidas a daños en el sis-

tema genético mitocondrial por ser las más conocidas

y por presentar un modo de herencia muy particular.

Caracteres específicos de la genética

m i t o c o n d r i a l

El tipo de herencia del sistema genético mitocondrial,

su localización en un organelo citoplasmático, la dis-

posición contínua de los genes sin nucleótidos inter-

medios ni intrones y la poliplasmia (alto número de

copias en cada célula) proporcionan caracteres gené-

ticos que los diferencian claramente de los del DNA

nuclear. Cada célula contiene entre unas 1 000 y 10 000

copias de mtDNA dependiendo del tejido, pasando por

unos cuantos cientos en los espermatozoides y hasta

unas 100 000 en el oocito. Cada mitocondria contiene

entre 2 y 10 moléculas.

Herencia materna. El mtDNA se hereda por vía mater-

na con un patrón vertical no mendeliano. La madre

trasmite su genoma mitocondrial a todos sus hijos, pero

solamente las hijas lo pasarán a todos los miembros

de la siguiente generación y así sucesivamente. Esto

se debe al elevado número de moléculas de mtDNA

que existe en los óvulos (entre 100 000 y 200 000 co-

pias) en comparación con unos pocos cientos que hay

en los espermatozoides. Además, las mitocondrias

F IGURA 1. M APA GENÉTICO DEL DNA MITOCONDRIAL

HUMANO. S E REPRESENTA LAS DOS HEBRAS DEL DNA CON

LOS GENES QUE CODIFICAN : R RNA (12S Y 16S), T RNA,

SEÑALADOS CON LA ABREVIATURA DEL AMINOÁCIDO QUE

TRANSPORTAN , Y SECUENCIAS CODIFICADORAS DE PROTEÍ -

NAS (CO: SUBUNIDADES CITOCROMO C OXIDASA ; CYT B :

CITOCROMO B Y ND: SUBUNIDADES DE NADH DESHIDRO -

GENASA ). H 1 , H 2 Y L INDICAN LOS LUGARES DE INICIACIÓN

DE LA TRANSCRIPCIÓN DE LAS HEBRAS PESADA Y LIGERA ,

RESPECTIVAMENTE. O H Y O L SIMBOLIZAN LOS ORÍGENES DE

REPLICACIÓN DE LA CADENA PESADA Y LIGERA

Gln

Ala Asn Cys Tyr

Ser

Pro Glu ND 6

Cadena Ligera

F-met Leu Ser His

    • ••

      - - 

lle

ND 1

rARN 16S

Val

rARN 12S

O H

Leu

Phe BUCLE-D Thr

-^ Cyt. b Cadena pesada

ND 5

ND 4

ND 4L

ND 3

Arg Gly

CO III

ATPasa 6 ATPasa 8

Lys AspCO II

CO I

O L

Trp

ND 2

A RTÍCULO DE REVISIÓN

Solano A y col.

bargo, la ausencia de algunos de estos caracteres no

debe descartar la posibilidad de enfermedad mito-

condrial, especialmente en pacientes en edad pediá-

trica. Además, los estudios familiares pueden ser

decisivos si se comprueba la existencia de herencia

materna de la enfermedad. El estudio genético del pa-

ciente y familiares relacionados por vía materna

pueden asegurar finalmente que nos encontramos

ante este tipo de trastornos. De hecho, hoy en día, el

desarrollo y rapidez de las técnicas de genética mo-

lecular permiten, en ocasiones, una confirmación de

la enfemedad antes de haber realizado muchas de las

pruebas anteriormente citadas. La complejidad del

diagnóstico de estas enfermedades hace preciso que

los pacientes tengan que acudir a centros muy espe-

cializados donde se pueda llevar a cabo evaluaciones

clínicas, metabólicas, patológicas, bioquímicas y ge-

néticas, y a que en su diagnóstico estén implicados

especialistas de muy diverso origen.

Desde que en 1988 se describieran las primeras

enfermedades causadas por daños en el mtDNA, 7-9^ se

han encontrado más de 150 mutaciones (más 100 dele-

ciones y unas 50 mutaciones puntuales) asociadas a

enfermedades humanas. El interés por su estudio ha

crecido enormemente debido al gran aumento de pa-

cientes diagnosticados con estos trastornos y a que se

presentan desde en recién nacidos hasta en adultos

de todas las edades. Además, muchas de estas mu-

taciones se trasmiten por línea materna, como se ha

indicado anteriormente, lo que hace que el diagnós-

tico en un individuo pueda tener implicaciones en

muchas generaciones de una familia.

A pesar de la importancia que las enfermedades

mitocondriales tienen últimamente y de ser respon-

sables de una considerable morbilidad, hasta ahora

no se han realizado estudios exhaustivos sobre su

prevalencia en la población general. Las razones son

múltiples: 18 complejidad de las manifestaciones clí-

nicas, necesidad de biopsias musculares para su

diagnóstico (no siempre se pueden detectar las mu-

taciones en muestras de sangre); necesidad de se-

cuenciar todo el genoma mitocondrial para poder

localizar mutaciones no detectadas hasta ahora, pro-

blemas éticos para realizar análisis genéticos presin-

tomáticos en niños, diagnóstico erróneo de muchos

pacientes al no ser atendidos en centros especializa-

dos, etcétera. Sin embargo, a pesar de todas estas difi-

cultades, el grupo del doctor Turnbull, en Newcastle,

Reino Unido, ha publicado muy recientemente los

primeros datos epidemiológicos de las enfermeda-

des del mtDNA, centrados en la población blanca de

Europa del Norte residente en el noreste de Inglate-

rra.^18 Así, ha mostrado que los defectos en el mtDNA

son la causa de enfermedad en 6.57 de cada 100 000

individuos de la población adulta trabajadora y que

7.59 por cada 100 000 adultos y niños no afectados

corren el riesgo de desarrollar una de estas enfer-

medades. En total, 12.48 por 100 000 individuos (1 de

cada 8 000) tienen o presentan un riesgo de padecer

una enfermedad causada por daños en el mtDNA.

Estos datos representan un mínimo de prevalencia

porque, muy probablemente, el número de pacientes

que han quedado sin diagnosticar es elevado por ha-

ber sido atendidos por médicos de asistencia prima-

ria, y no en clínicas neurológicas, y que hayan podido

pasar desapercibidos por presentar solamente algu-

nos de los síntomas acompañantes de estas enfer-

medades como diabetes o ptosis.

Los datos obtenidos por el grupo de Newcastle

han permitido comprobar que la prevalencia de las

enfermedades debidas a daños en el mtDNA, consi-

deradas en su conjunto, es equivalente a la de otras

enfermedades neurológicas como la enfermedad de

Huntington y la esclerosis amiotrófica lateral (6.4 y

6.2 por cada 100 000 individuos, respectivamente),

y superior a la de otras enfermedades neuromus-

culares hereditarias como la distrofia de Duchenne

(3.2 por cada 100 000 individuos). 18

La experiencia de nuestro servicio de diagnós-

tico en la Universidad de Zaragoza es que un 16% de

los pacientes remitidos para el estudio genético pre-

sentan una deleción o mutación puntual. 19,20,^ * No he-

mos realizado ningún estudio de lo que este número

representa entre la población general española; pero,

seguro que tanto en el estudio realizado en Inglaterra

como en nuestro laboratorio, el número de pacientes

será muy superior cuando se secuencie el mtDNA

de todos los posibles implicados y se detecten nue-

vas mutaciones. Estos números, junto al hecho de

que no exista una terapia eficaz, y que, aunque algu-

nas de estas enfermedades puedan mejorar o estabi-

lizarse a lo largo de su curso, ilustran la importancia

que tienen en relación con la salud pública, particu-

larmente en cuanto a su atención y consejo genético,

pues la mayoría tiene un desenlace fatal.

La heterogeneidad de las manifestaciones clíni-

cas, morfológicas y bioquímicas de las enfermedades

del mtDNA, hace que su clasificación se base muy

frecuentemente en las características genéticas de

las mutaciones, a pesar de que, en algunos casos, una

misma mutación pueda dar lugar a fenotipos clíni-

cos muy diversos. Así, las enfermedades del mtDNA

  • Solano A. Enfermedades del mtDNA (tesis doctoral). Zaragoza: Universidad de Zaragoza. En realización, 2000.

Enfermedades del mtDNA (^) A RTÍCULO DE REVISIÓN

se pueden dividir en tres grandes grupos según estén

asociadas a mutaciones puntuales, a reorganizaciones

o a disminución de número de copias del mtDNA. En

la severidad de la manifestación de la enfermedad in-

tervienen varios factores: la naturaleza de la muta-

ción, el grado de heteroplasmia, los requerimientos

energéticos del tejido y la capacidad del tejido para

compensar el daño celular. A continuación se presenta

un resumen de las enfermedades más comunes aso-

ciadas a estos tipos de mutaciones.

Enfermedades asociadas a mutaciones puntuales

en el mtDNA

Dado el alto índice de mutación del mtDNA, como se

ha indicado anteriormente, es posible encontrar un

gran número de mutaciones puntuales. Sin embargo,

la mayoría son mutaciones silenciosas que no causan

ningún tipo de defecto. Las mutaciones patológicas se

pueden encontrar tanto en los genes de tRNA, de

rRNA, como en los codificantes de proteínas, y res-

ponden siempre a un tipo de herencia materna.

Neuropatía óptica hereditaria de Leber. La neuropatía óp-

tica hereditaria de Leber (LHON) se caracteriza por la

pérdida bilateral de la visión central, originada por

atrofia del nervio óptico. Aparece en la segunda o ter-

cera década de la vida y afecta a más hombres que a

mujeres. Aunque normalmente sólo la visión está

afectada, hay casos en los que también aparecen tras-

tornos en la conducción cardiaca, neuropatía perifé-

rica y ataxia cerebelar.

Esta fue la primera enfermedad humana de he-

rencia materna que se asoció a una mutación en el

mtDNA. Después se llegó a asociar hasta con 16 mu-

taciones puntuales (cuadro I), localizadas todas ellas

en genes codificantes de proteínas, y que se clasifica-

ron en primarias, secundarias o intermedias según su

relación con la aparición de la enfermedad. Sin em-

bargo, últimamente sólo tres, G3 460A, G11 778A y

T14 484C, están consideradas como primarias o pa-

togénicas verdaderas, siendo la G11 778A la respon-

sable en 50% de los casos y la que provoca la forma

más severa de la enfermedad. Las tres se encuentran

en genes que codifican algún polipéptido del com-

plejo I del sistema Oxphos. La detección de estas mu-

taciones se suele hacer en células sanguíneas donde se

encuentran tanto en forma homo como heteroplás-

mica. El resto de las mutaciones se consideran como

secundarias, suelen acompañar a las anteriores en

forma homoplásmica y se desconoce su relación di-

recta con la enfermedad. Entre estas últimas vale la

pena mencionar que la mutación G15257A, consi-

derada como intermedia por algunos autores, se ha

encontrado en varias familias analizadas en nuestro

laboratorio por lo que pensamos que puede contribuir

de forma decisiva a la aparición de la enfermedad.

La prevalencia de la enfermedad en hombres ha

sugerido la influencia de un gen nuclear, y aunque

se ha descrito un ligamiento de la enfermedad con

ellocus (DXS7) situado en el cromosoma X en fami-

lias finlandesas, 21 no se ha podido confirmar en fa-

milias de otro origen.

Síndrome de neuropatía, ataxia y retinopatía pigmenta-

ria. Este síndrome está caracterizado por debilidad

muscular neurogénica, ataxia y retinitis pigmentosa.

Suele ir acompañado de demencia, convulsiones y

neuropatía sensorial axonal, presenta una herencia

materna y se ha asociado a una mutación puntual,

T8993G, en el gen de la subunidad 6 de la ATPasa

(cuadro I). La mutación aparece normalmente en for-

ma heteroplásmica y en todos los tejidos estudiados:

leucocitos, fibroblastos, músculo, riñón y cerebro.

Existe una alta correlación entre la proporción del

DNA mutado y la severidad de la enfermedad.

Síndrome de Leigh de herencia materna. El síndrome de

Leigh de herencia materna (MILS) es una enferme-

dad muy heterogénea que se puede presentar aso-

ciada a diferentes tipos de herencia, autosómica

recesiva, ligada al cromosoma X o materna (mitocon-

drial) según el gen que esté dañado. Es una enfer-

medad devastadora que se caracteriza por trastornos

degenerativos multisistémicos que aparecen en el

primer año de vida, disfunciones del tallo cerebral y

de los ganglios basales, desmielinización, regresión

psicomotora, retraso en el desarrollo, ataxia, convul-

siones, neuropatía periférica. El diagnóstico se confir-

ma por la presencia de lesiones necróticas cerebrales

focales en el tálamo, tallo cerebral y núcleo dentado.

La forma de la enfermedad, que se hereda por vía

materna, está producida por la mutación en el gen de

la subunidad 6 de la ATPasa, T8993G, la misma que

produce el síndrome de neuropatía, ataxia y retino-

patía pigmentaria, pero con un porcentaje de la mu-

tación superior a 90%. Otras formas menos severas

de esta enfermedad se han asociado con un cambio

T∅C* en la misma posición del mtDNA.

Síndrome de epilepsia mioclónica con fibras rojo-rasgadas

(MERRF). Este síndrome de herencia materna, está ca-

racterizado por epilepsia mioclónica, convulsiones

generalizadas y miopatía con presencia de fibras rojo-

rasgadas. Otros síntomas clínicos que pueden acompa-

ñar a los anteriores son demencia, sordera, neuropatía,

  • Timina por citosina.

Enfermedades del mtDNA (^) A RTÍCULO DE REVISIÓN

Síndrome de encefalomiopatía mitocondrial con acido-

sis láctica y episodios de accidentes cerebro-vasculares

(MELAS). Se trata de una encefalomiopatía mitocon-

drial, de herencia materna, caracterizada por accidentes

cerebrovasculares producidos a edad temprana que

provocan una disfunción cerebral subaguda y cam-

bios en la estructura cerebral, y por acidosis láctica.

Estos caracteres suelen ir acompañados de convul-

siones generalizadas, dolor de cabeza, sordera, demen-

cia y, a veces, presenta fibras rojo-rasgadas.

Esta enfermedad ha sido asociada fundamental-

mente con mutaciones en el gen del tRNA Leu(UUR)^ del

mtDNA. La mayor parte de los casos (80%) está asocia-

da a la mutación A3.243G, pero también se han encon-

trado otras con menor incidencia y alguna en genes

codificantes de proteínas (cuadro I), todas en forma

heteroplásmica. Al igual que en la epilepsia mioclóni-

ca, las mutaciones en el tRNA dañan la síntesis de pro-

teínas mitocondriales.

Diabetes de herencia materna con sordera. Además de los

dos tipos clásicos de diabetes dependiente y no de-

pendiente de insulina (tipo 1 y 2, respectivamente), se

ha descrito recientemente un nuevo tipo de diabetes

asociada a sordera, que no encuadra dentro de la cla-

sificación de la Organización Mundial de la Salud.

Esta diabetes, de herencia materna, está producida

por la mutación A3.243G en el gen del tRNALeu(UUR)

(cuadro I), la misma descrita para el síndrome de

(MELAS). La frecuencia de diabetes y sordera es apro-

ximadamente de un 1.5% de la población diabética

total.^74 Por otra parte, la diabetes es una de las enferme-

dades que se han descrito asociadas a otros síndromes

mitocondriales como la encefalomiopatía mitocon-

drial, oftalmoplejia progresiva externa crónica, Kearns-

Sayre, Pearson y diabetes insípida, diabetes mellitus,

atrofia óptica y sordera (DIDMOAD).

Otras enfermedades del mtDNA asociadas a mutaciones

puntuales

Además de las enfermedades descritas anteriormente,

hay otras muchas que se han asociado a otras muta-

ciones puntuales (cuadro I). Entre ellas, se pueden citar

las cardiomiopatías de herencia materna relacionadas

fundamentalmente con mutaciones en el tRNA Ile^ : la

sordera inducida por aminoglicósidos que está pro-

ducida por una mutación en el rRNA 12S (A1555G), y

otros tipos de sordera sindrómica o no sindrómica de

herencia materna; LHON y distonía; miopatías de he-

rencia materna unidas a mutaciones en tRNA Leu^ ,

tRNA Pro, tRNA Asn^ , tRNA Tyr^ ; oftalmoplejia progresiva

externa crónica; anemia sideroblástica; deficiencia

fatal de la cadena respiratoria infantil; lipomatosis si-

métrica múltiple asociada a la mutación A8.344G del

gen del tRNA Lys^ (descrita en nuestro laboratorio) y,

recientemente, se ha relacionado la intolerancia al

ejercicio, como entidad propia, a mutaciones pun-

tuales en el gen del citocromo b. Así, se han descrito

mutaciones en este gen que crean un codón de termi-

nación, que cambian un aminoácido o, incluso, una

deleción de 24 pares de bases. En el cuadro I se citan

éstos y otros síndromes que se han asociado a muta-

ciones puntuales y, sin ninguna duda, el espectro de

fenotipos relacionados con mutaciones en el mtDNA

aumentará más en un futuro. Asimismo, cabe mencio-

nar que alguna de las mutaciones, como la A3.243G,

puede estar relacionada con muy diversos fenotipos

clínicos como sindromes de encefalopatía mitocon-

drial con acidosis láctica y episodios de accidentes

cerebrovasculares de epilepsia mioclónica con fibras

rojo-rasgadas y solapados, cardiomiopatías, CPEO,

etcétera. Actualmente, se estudia la posible implica-

ción del mtDNA en enfermedades neurodegenerati-

vas como Parkinson y Alzheimer.

Enfermedades asociadas a reorganizaciones en el DNA

mitocondrial

Además de las mutaciones puntuales, el mtDNA pue-

de sufrir otro tipo de daños como son la pérdida de

parte del mismo (deleciones) o la adición de un nuevo

fragmento del DNA (duplicaciones), que, como en los

casos anteriores, afectan a la biogénesis del sistema

Oxphos y, por tanto, a la síntesis de ATP. En la actua-

lidad hay descritos más de 100 tipos de deleciones y

sólo unos cuantos casos de inserciones. Este tipo de

mutaciones suelen ser espontáneas, probablemente

causadas por daños en genes nucleares que controlan

la replicación del mtDNA, aunque hay descritos casos

de herencia materna. 75 Se presentan siempre en forma

heteroplásmica, ya que la homoplasmia sería incom-

patible con la vida, y se sabe que la gravedad de los

casos aumenta con la edad debido a la ventaja replica-

tiva de estas moléculas de DNA más pequeñas en re-

lación con la de tamaño normal.

Los tres tipos de síndromes más comunes en los

que se presentan deleciones son los de Pearson, oftal-

moplejia progresiva externa crónica y Kearns-Sayre.

Síndrome de médula ósea-páncreas de Pearson. Es una en-

fermedad que aparece en los primeros años de vida y

que afecta a la hematopoyesis y a la función pancreá-

tica exocrina. Las características clínicas más comunes

son anemia sideroblástica con vacuolización de pre-

cursores de la médula ósea que se manifiesta con una

anemia macrocítica, trombocitopenia y neutropenia.

A RTÍCULO DE REVISIÓN

Solano A y col.

Los niños afectados suelen morir antes de los tres

años de edad y los que sobreviven suelen desarrollar

posteriormente el fenotipo de Kearns-Sayre, que ve-

remos más adelante. Estos pacientes presentan dele-

ciones grandes únicas del mtDNA, en general son

esporádicas aunque se ha descrito algún caso de he-

rencia materna.

Oftalmoplejia progresiva externa crónica. Esta enferme-

dad está caracterizada por oftalmoplejia, ptosis bila-

teral de los párpados y miopatía. Suele ir acompañada

también de intolerancia al ejercicio y debilidad mus-

cular. En el músculo se encuentran fibras rojo-rasga-

das COX negativas. En general, es una enfermedad

benigna que suele aparecer en la adolescencia o en

adultos jóvenes. Aparece de forma esporádica sin his-

toria familiar. Se ha asociado fundamentalmente a

deleciones grandes y únicas en el mtDNA (ver más

adelante). Asimismo, se han encontrado otras for-

mas de CPEO con mutaciones puntuales de herencia

materna (cuadro I) o con deleciones múltiples de he-

rencia autosómica recesiva o dominante.

Síndrome de Kearns-Sayre. Este síndrome es, por otra

parte, una enfermedad multisistémica progresiva

caracterizada clinicamente por CPEO, retinopatía pig-

mentaria atípica, ataxia, miopatía mitocondrial, blo-

queo de la conducción cardiaca, elevados niveles de

proteína CSF (fluido cerebro espinal, por sus siglas en

inglés), sordera y demencia. Aparece antes de los 20

años de edad.

Estas tres enfermedades están causadas por dele-

ciones (de 2 a 9 kb) en el mtDNA que suelen aparecer

de forma espontánea. En general, la deleción es única,

pero también se han descrito casos de deleciones múl-

tiples. La gravedad de la enfermedad depende del por-

centaje de DNA mutado en el individuo. En general

están localizadas en el arco grande comprendido entre

los orígenes de replicación del DNA y mantienen siem-

pre las secuencias requeridas para la replicación del

DNA y los promotores de la transcripción. Entre to-

das las deleciones conocidas, hay una que aparece con

más frecuencia (hasta en 50%), la llamada deleción

común, que elimina un tramo de DNA de 4 977 pares

de bases (entre los nucleótidos 8 483 a 13 460), que

comprende los genes localizados entre la subunidad

8 de la ATPasa y ND5 (figura 1). No existe una clara

relación entre el fenotipo y el tipo, tamaño o porcen-

taje del DNA delecionado ya que la misma deleción

puede dar lugar a varios fenotipos diferentes. La ma-

yor parte de las deleciones encontradas están flan-

queadas por repeticiones directas de longitud variable

(3-13 nt). Este hecho sugiere que la delección se pro-

duce por errores sucedidos en el proceso de replica-

ción dependientes de la presencia de estas repeticiones.

La pérdida de genes, especialmente la de los tRNA,

hace que estos genomas no se puedan traducir y, por

tanto, que sean dependientes de complementación

con moléculas de mtDNA normales en la misma mi-

tocondria. El umbral se suele alcanzar cuando el por-

centaje de moléculas delecionadas supera 60%.

Existen otras enfermedades como una diabetes

con sordera y atrofia óptica; miopatías en general; el

síndrome de encefalomiopatía mitocondrial neuro-

gastrointestinal; el de diabetes mellitus, diabetes in-

sípida, atrofia óptica y sordera, etcétera, que están

asociadas a la presencia de deleciones en el mtDNA.

Como se ha mencionado anteriormente, entre las

reorganizaciones del mtDNA se pueden encontrar

duplicaciones en pacientes con defectos en el sistema

Oxphos. Estas pueden ser también esporádicas o de

herencia materna. Se han encontrado en pacientes

de Kearns-Sayre, Pearson, diabetes mellitus, tubu-

lopatía renal y miopatía mitocondrial e incluso en in-

dividuos normales. El mecanismo por el cual pueden

causar la patogenicidad no está nada claro todavía.

Enfermedades asociadas a depleciones de DNA

mitocondrial

El tercer tipo de daños en el genoma mitocondrial que

puede causar enfermedades no se debe a mutaciones

propiamente dichas sino a una disminución de los ni-

veles del mtDNA. El espectro clínico que produce la

depleción es muy variado. Los casos descritos hasta

ahora afectan fundamentalmente a niños con combi-

naciones variables de miopatía, nefropatía o hepa-

topatía, miopatía infantil fatal por fallo respiratorio y

algún otro con implicación multisistémica. La deple-

ción puede estar producida por mutaciones en genes

nucleares que controlan el número de copias del

mtDNA. Es, por tanto, un trastorno de herencia men-

deliana que afecta a la coordinación núcleo-mito-

condria, y que parece ser autosómico recesivo.

Regreso a la genética mendeliana

Debido al doble origen genético nuclear y mitocon-

drial del sistema Oxphos las enfermedades genéti-

cas mitocondriales pueden estar originadas, además

de por mutaciones en genes del mtDNA con herencia

materna, como ya hemos visto, por mutaciones en

genes nucleares que codifican proteínas mitocon-

driales, por mutaciones que afecten al procesamiento

postraduccional, al importe de proteínas por la mito-

condria y al ensamblaje de los complejos, y por mu-

taciones que afecten al control nuclear del genoma

A RTÍCULO DE REVISIÓN

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