Enfermedad Mitocondrial | Apuntes de Bioquímica

PRÁCTICA Nº9

Kearns – Sayre

Enfermedades del DNA mitocondrial

Introducción

Las citopatías mitocondriales son un grupo poco común de enfermedades

multisistémicas en las que existe evidencia bioquímica, histopatológica y/o

genética de disfunción mitocondrial. Estas enfermedades se manifiestan como

síndromes clínicos muy bien definidos y son causadas por defectos moleculares

en el DNA mitocondrial (mtDNA) que pueden variar desde mutaciones puntuales

a rearreglos génicos mayores como duplicaciones o deleciones. Los tejidos con

gran demanda metabólica de energía oxidativa, tales como el músculo y el

cerebro son particularmente susceptibles a las mutaciones del mtDNA.

A pesar de que las enfermedades relacionadas al mtDNA pueden ser

diferenciadas en base a sus características clínicas, la mayoría de ellas

comparten las manifestaciones de acidosis láctica y proliferación masiva de

mitocondrias en el músculo, que origina un patrón histopatológico típico de fibras

rojas-rasgadas. Las manifestaciones clínicas se inician generalmente en la

infancia y pueden incluir acidosis láctica, anemia, miopatía, anormalidades

neurológicas, alteraciones endocrinas, enfermedades renales, sordera

neurosensorial, distrofia retiniana atípica, y defectos en el sistema de conducción

cardiaca, siendo estos últimos la principal causa de muerte prematura.

Las tres principales enfermedades asociadas a deleciones del mtDNA son

el síndrome de Pearson, la oftalmoplejia externa progresiva crónica y el síndrome

de Kearns-Sayre SKS.

El SKS es un trastorno pleiotrópico, descrito por primera vez en 1958 y

que se caracteriza principalmente por oftalmoplejia externa progresiva crónica,

retinopatía pigmentaria, bloqueo cardiaco y ataxia cerebelosa (1), la edad usual

para su inicio es antes de los 20 años de edad y los sujetos afectados

frecuentemente presentan datos clínicos asociados como sordera y alta

concentración de proteínas en el líquido cefalorraquídeo (2). Son también

comunes síntomas endocrinos tales como diabetes, hiperaldosteronismo y

amenorrea.

Las deleciones en el mtDNA asociadas al SKS son variables y fluctúan

desde 1,3 hasta 8 kilobases (kb) con distintas cantidades de mtDNA delecionado

presentes en diferentes tejidos, lo que se correlaciona con la naturaleza

multisistémica del síndrome (3-5). El rearreglo más frecuente observado en el

mtDNA de pacientes con SKS es la «deleción común» de 4977pb (mtDNA4977),

localizada entre los nucleótidos 8482 y 13640 (6) del mtDNA y que se encuentra

en aproximadamente 50% de los sujetos afectados (6). Además de las

deleciones del mtDNA mencionadas, se han identificado también mutaciones

puntuales en algunos pacientes de SKS (2).

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PRÁCTICA Nº

Kearns – Sayre

Enfermedades del DNA mitocondrial

Introducción

Las citopatías mitocondriales son un grupo poco común de enfermedades multisistémicas en las que existe evidencia bioquímica, histopatológica y/o genética de disfunción mitocondrial. Estas enfermedades se manifiestan como síndromes clínicos muy bien definidos y son causadas por defectos moleculares en el DNA mitocondrial (mtDNA) que pueden variar desde mutaciones puntuales a rearreglos génicos mayores como duplicaciones o deleciones. Los tejidos con gran demanda metabólica de energía oxidativa, tales como el músculo y el cerebro son particularmente susceptibles a las mutaciones del mtDNA. A pesar de que las enfermedades relacionadas al mtDNA pueden ser diferenciadas en base a sus características clínicas, la mayoría de ellas comparten las manifestaciones de acidosis láctica y proliferación masiva de mitocondrias en el músculo, que origina un patrón histopatológico típico de fibras rojas-rasgadas. Las manifestaciones clínicas se inician generalmente en la infancia y pueden incluir acidosis láctica, anemia, miopatía, anormalidades neurológicas, alteraciones endocrinas, enfermedades renales, sordera neurosensorial, distrofia retiniana atípica, y defectos en el sistema de conducción cardiaca, siendo estos últimos la principal causa de muerte prematura. Las tres principales enfermedades asociadas a deleciones del mtDNA son el síndrome de Pearson, la oftalmoplejia externa progresiva crónica y el síndrome de Kearns-Sayre SKS. El SKS es un trastorno pleiotrópico, descrito por primera vez en 1958 y que se caracteriza principalmente por oftalmoplejia externa progresiva crónica, retinopatía pigmentaria, bloqueo cardiaco y ataxia cerebelosa ( 1 ), la edad usual para su inicio es antes de los 20 años de edad y los sujetos afectados frecuentemente presentan datos clínicos asociados como sordera y alta concentración de proteínas en el líquido cefalorraquídeo ( 2 ). Son también comunes síntomas endocrinos tales como diabetes, hiperaldosteronismo y amenorrea. Las deleciones en el mtDNA asociadas al SKS son variables y fluctúan desde 1,3 hasta 8 kilobases (kb) con distintas cantidades de mtDNA delecionado presentes en diferentes tejidos, lo que se correlaciona con la naturaleza multisistémica del síndrome ( 3 - 5). El rearreglo más frecuente observado en el mtDNA de pacientes con SKS es la «deleción común» de 4977pb (mtDNA^4977 ), localizada entre los nucleótidos 8482 y 13640 ( 6 ) del mtDNA y que se encuentra en aproximadamente 50% de los sujetos afectados ( 6 ). Además de las deleciones del mtDNA mencionadas, se han identificado también mutaciones puntuales en algunos pacientes de SKS ( 2 ).

Al diagnóstico definitivo de la paciente, se llega después de una evaluación oftalmológica completa, así como el análisis del mtDNA en una paciente con sospecha de SKS mediante técnica de PCR que permite identificar la deleción común en el mtDNA de los pacientes con SKS tanto en estado de heteroplasmia como de homoplasmia.

CASO CLINICO

Una paciente de 15 años de edad fue referida al centro hospitalario debido a ptosis y limitación a los movimientos oculares bilaterales de 2 años de evolución. La paciente no contaba con antecedentes de diabetes, hipertensión o trauma, como antecedente ginecológico menarquia a los 13 años con ciclos regulares y no se encontraron antecedentes familiares de ptosis, miopatías o enfermedades hereditarias. A la exploración física la estatura de la paciente fue de 160 cm, y la exploración neurológica no mostraba evidencia de distrofia muscular, ataxia, o sordera. A la exploración oftalmológica, la agudeza visual en el ojo derecho (OD) fue de 20/40 y en el izquierdo (OI) de 20/25; las presiones intraoculares fueron de 11 mmHg (OD) y 12 mmHg (OI). La exploración de movimientos oculares mostró marcada limitación en todas las direcciones de la mirada para ambos ojos, con una exotropia de 15 dioptrías prismáticas (fig. 1). La apertura palpebral era de 7 mm en ambos ojos, con función muy disminuida del elevador en ambos ojos (5 mm) y reflejo pupila margen de 1 mm en ambos ojos. El diámetro pupilar se encontraba dentro del rango normal y los reflejos pupilares se hallaban intactos. No se encontraron alteraciones en el segmento anterior de ambos ojos. La exploración bajo dilatación pupilar del fondo de ojo reveló múltiples cambios pigmentarios con un patrón en «sal y pimienta» en el ecuador y la periferia retiniana de ambos ojos (fig. 2). La angiografía con fluoresceína mostró atrofia moderada del epitelio pigmentado de la retina (fig. 3 ), mientras que la electroretinografía evidenció disminución del umbral a respuesta de estímulos luminosos, previa dilatación y adaptación a la oscuridad. La electromiografía cinetológica demostró afección de todos los músculos extraoculares, del músculo frontal y de músculos faríngeos. En la electrocardiografía de 12 derivaciones se encontró bloqueo incompleto de rama derecha del haz de His. Fig. 1. Ptosis bilateral y oftalmoplejía en una paciente de 15 años de edad con el diagnóstico de Síndrome de Kearns-Sayre.

bandas. Cada 25 μl de reacción de PCR incluyeron 150 ng de mtDNA, MgCl2 a una concentración final de 1,5 mM, 200 μM de cada dNTP, 1 μM de cada cebador, y 1,25 U de HotStart Taq polimerasa (Quiagen). Los cebadores MT-1 y MT-4 fueron utilizados y el programa de temperaturas incluyó un ciclo inicial de desnaturalización a 95ºC por 15 minutos, 40 ciclos de desnaturalización a 95ºC por un minuto, alineamiento a 65,2ºC por minuto y extensión a 72°C por 3 minutos; con un ciclo de extensión final a 72ºC por 10 minutos. Tabla Secuencia de los primer utilizados en el estudio de la deleción de mtDNA Los números entre paréntesis indican la posición del primer nucleótido MT-1 (8468) 5´- CTT TGA AGT AGG GCC CGT ATT TAC – 3´ MT- 4 (13707) 5´-CTG CGA ATA GGC TTC CGG CTG CC - 3´ Se utilizó un marcador estándar de DNA de 100 pb para confirmar el tamaño de los productos amplificados. Para descartar la posibilidad de contaminación causada por la amplificación mediante PCR, en cada reacción de PCR se incluyó un tubo en el cual el templado de DNA fue omitido y sustituido por H2O el cual sirvió como control negativo. Fig. 4. Productos amplificados de mtDNA por medio de PCR. Línea 2: DNA control mostrando una banda de alto peso molecular correspondiente a mtDNA normal de ~5 kb; línea 3: DNA de la paciente mostrando una banda de 550 pb indicativa de la deleción común y una banda menos intensa de ~5 kb correspondiente al mtDNA silvestre. MARCADOR NORMAL CONTROL PACIENTE DE PM NEGATIVO 5 K B 55 0 PB 5

Estos resultados fueron consistentes después de 3 amplificaciones independientes de mtDNA de la paciente y control positivo. En ningún caso, el control negativo produjo amplificación del mtDNA, excluyendo amplificación debida a contaminación por DNA. Los resultados en la Amplificación mediante PCR del mtDNA de la paciente con SKS mostraron la presencia de dos productos: una banda de 550 pb que indica la presencia de la «deleción común» de ~5 kb y una banda de mtDNA silvestre (fig. 4, línea 3), lo cual demuestra la presencia de mitocondrias con DNA normal y otras con DNA con la deleción; en contraste, la amplificación por PCR en el mtDNA de un sujeto normal evidenció solo una banda de 5 kb excluyendo la presencia de deleción (fig. 4, línea 2).

BASES CLINICAS Y MOLECULARES

El SKS es una enfermedad neuromuscular poco frecuente caracterizada por un inicio antes de los 20 años de edad, oftalmoplejia externa progresiva crónica, y degeneración pigmentaria de la retina. Otros hallazgos frecuentes en los individuos afectados incluyen defectos en el sistema de conducción cardiaca, ataxia cerebelosa y concentración elevada de proteínas en líquido cefalorraquídeo (>100 mg/dl).

¿Por qué las enfermedades relacionadas con la deficiencia OXPHOS, son de carácter sistémico?
¿Qué característica clínica observada por el médico en su paciente del caso clínico, es relacionada directamente con una citopatía mitocondrial? ¿En base a qué puede sustentar su respuesta?
¿La paciente presenta una citopatía de carácter homoplásmico o más bien de tipo heteroplásmico? ¿Cómo puede llegar a esa conclusión?
¿En que se diferencia el fenotipo heteroplásmico del fenotipo homoplásmico en una enfermedad relacionada con el DNA mitocondrial? Podría dar algunos ejemplos.
¿En el Perú se han diagnosticado casos de enfermedades relacionadas con alteraciones en el DNA mitocondrial?
Si en una población aislada existiera un porcentaje alto de perdida de la visión ¿Qué estudios clínicos, laboratoriales, de imagen, epidemiológicos u otros, realizaría usted como médico?
¿Si la mitocondria evolutivamente resulta de la inclusión de una bacteria a la célula, los antibióticos pueden afectar a este organelo?
¿Qué es el Síndrome de Kearns-Sayre? ¿Es una enfermedad de transmisión materna?
¿Qué recomendaciones médicas se deben dar al paciente y a la familia?
¿Podría comentar sobre la existencia de herencia biparental del DNA mitocondrial? Bibliografía
Kearns TP, Sayre GP. Retinitis pigmentosa, external ophthalmoplegia and complete heart block: unusual syndrome with histologic study in one of two cases. AMA Arch Ophthalmol 1958; 60: 280-289.
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