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RESUMEN. Osteogénesis imperfecta.
INTEGRANTES: Chicuéllar Villagómez Erika, Maya Rangel Dalila, Pérez Alergia Diana,
Xolalpa Vargas Brenda Itzel.
OSTEOGÉNESIS IMPERFECTA
La osteogénesis imperfecta (OI) es un grupo de trastornos genéticos que afectan principalmente a los huesos. El término " osteogénesis imperfecta " significa formación ósea imperfecta. Las personas con esta afección tienen huesos que se rompen fácilmente, a menudo por traumatismos leves o sin causa aparente. Las fracturas múltiples son comunes, y en casos severos, pueden ocurrir incluso antes del nacimiento. Los casos más leves pueden implicar solo unas pocas fracturas durante la vida de una persona.
Más del 80% de los casos de OI se deben a mutaciones heredadas predominantemente en COL1A o COL1A2, que codifican las cadenas a1 (I) y a2 (I) del colágeno tipo I. Con 2 excepciones (proteína transmembrana inducida por interferón 5 [IFITM5] y WNT1), las mutaciones en genes no colágenos se asocian con formas recesivas de OI. Un tipo recesivo está ligado a X. En general, las mutaciones de pérdida de función homocigotas o heterocigotas compuestas dan como resultado una producción de proteína severamente disminuida o ausente. Los genes OI recesivos pueden clasificarse generalmente en función de las vías celulares en las que se ejecutan sus funciones moleculares (Tabla I). Los genes OI recesivos que participan en la biosíntesis del colágeno, la modificación postraduccional y el procesamiento incluyen proteína asociada al cartílago (CRTAP), LEPRE1, PPIB, FKBP10, SERPINH1, PLOD2, TMEM38B y BMP1. Las mutaciones en SP7 y WNT1 indican la importancia del desarrollo y la actividad de los osteoblastos. La delineación de mutaciones en el sitio 2 de peptidasa del factor de transcripción fijado a la membrana (MBTPS2) y CREB3L1 subraya la importancia crítica de la proteólisis intramembrana regulada (RIP) en el desarrollo esquelético. La mejor comprensión de la diferenciación de osteoblastos y la mineralización de la matriz ósea se derivará de los estudios de OI causados por mutaciones en IFITM5 y SERPINF1. En general, la identificación de nuevos genes que causan OI ha ampliado en gran medida el alcance de las vías celulares y biológicas para la patogénesis OI.
Existen al menos ocho formas reconocidas de osteogénesis imperfecta, designadas de tipo I a tipo VIII. Los tipos se pueden distinguir por sus signos y síntomas, aunque sus características se superponen. El tipo I es la forma más leve de osteogénesis imperfecta y el tipo II es el más grave; otros tipos de esta condición tienen signos y síntomas que se encuentran en algún lugar entre estos dos extremos.
Tabla II. Descripción de tipos de osteogénesis imperfecta.
TIPOS DE OI DESCRIPCIÓN
Tipo I Las manifestaciones esqueléticas incluyen fracturas vertebrales y, por lo general, no están asociadas con deformidades, pueden provocar escoliosis. Las fracturas son en su mayoría prepúberes, asociadas con defectos extraesqueléticos de la esclerótica azul, sordera presenil y
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regurgitación aórtica.
Tipo II Se^ asocia^ con fracturas^ en^ el^ útero :^ costillas,^ huesos^ largos^ y^ fracturas esqueléticas. Ocurren en el período neonatal / perinatal y la muerte puede ocurrir debido a hipoplasia pulmonar, insuficiencia respiratoria, malformaciones del sistema nervioso central y hemorragias. También tienen esclerótica azul y dentinogénesis imperfecta. Tipo III Manifestaciones de tipo III pueden comenzar en el útero o en el momento del nacimiento, y pueden conducir a una deformidad progresiva y escoliosis. La esclerótica es azul al nacer, pero se blanquea con la edad y tiene dentinogénesis imperfecta. Sobreviven al período neonatal, pero tienen facies triangular, estatura baja, deformidades óseas largas y graves, pueden tener insuficiencia respiratoria por hipoplasia pulmonar, fracturas y pérdida frecuente de la audición. Tipo IV Pueden presentarse al nacer y pueden tener una deformidad progresiva. Tienen esclera grisácea o blanca, tienen dentinogénesis imperfecta. Pueden tener una variabilidad significativa en los fenotipos, incluso dentro de las familias, y se manifiestan con estatura baja, pueden presentar arqueamiento óseo largo, escoliosis y laxitud articula
Tipo V Tienen fracturas y pueden conducir a callos hipertróficos y se asocian a una deformidad progresiva. El aspecto irregular del hueso en forma de malla y la calcificación de las membranas interóseas del antebrazo pueden provocar una disminución de la movilidad de la mano y una dislocación radial de la cabeza. Tipo VI Las manifestaciones incluyen deformidades de moderadas a severas. Pueden tener esclerótica azul. Son sanos en el nacimiento con las deformidades posteriores progresivamente severas. Se observa un patrón de desmineralización y "escama de pez" en las biopsias de la cresta ilíaca.
Tipo VII Manifestaciones^ Tipo^ VII^ incluyen^ deformidades^ moderadas^ a^ severas.^ Pueden^ tener esclerótica azul. Se ve rizomelia de húmero y fémur. Este tipo solo ha sido identificado en los nativos americanos en el norte de Quebec. Tipo VIII Tienen deformidades progresivas. También tienen rizomelia y baja estatura. Tipo IX Se observan deformidad grave y esclerótica azul. Pueden tener baja estatura. Tipo X Se ven deformidad grave y esclerótica azul. También tienen cálculos renales. Tipo XI Se ven deformidades graves. Ellos tienen contracturas. Tipo XII Tienen fracturas recurrentes y deformidades óseas leves y retraso en la erupción de los dientes. Tipo XIII Tienen fracturas recurrentes y tienen articulaciones hiperextensibles. También tienen una gran masa ósea.
CARACTERÍSTICAS CLÍNICAS GENERALES
Las características clínicas se pueden clasificar en general en esquelético y extraesquelético. Las características esqueléticas incluyen fracturas excesivas / atípicas, baja estatura, escoliosis y deformidades basales del cráneo. Las manifestaciones extraesqueléticas incluyen la pérdida de la audición, que es una mezcla de pérdida conductiva y auditiva, y se observa en el 50% de los adultos en 50 años y en el 5% de los niños con OI. La dentina anormal que conduce a la aparición de pequeños dientes deformados y que son opalescentes debido a una mayor proporción de esmalte transparente a dentina opaca se denomina dentinogénesis imperfecta y junto con la maloclusión son las principales anomalías dentales. La esclerótica puede ser de color azul o gris. Las anormalidades del tejido conectivo que conducen a la hiperextensibilidad de las articulaciones pueden provocar la
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Es el pilar del tratamiento farmacológico de prevención de fracturas para la mayoría de las formas de OI. Los estudios observacionales muestran que los bisfosfonatos para niños reducen la frecuencia de fracturas hasta en un 100%. Los efectos a largo plazo en los resultados estructurales como la escoliosis y la invaginación basilar no están claros. El rango óptimo de dosis, el intervalo de dosificación, la duración del tratamiento y el perfil de eficacia y seguridad a largo plazo en el tratamiento de la OI aún no se han establecido.
Pamidronato intravenoso
Para pacientes con todas las formas de OI, se recomienda el pamidronato IV, excepto el tipo VI, en el que los beneficios clínicos son mayores que los posibles riesgos a largo plazo (es decir, aquellos con deformidades óseas largas, fracturas por compresión vertebral y ≥ 3 fracturas/año). La mayoría de la información sobre el uso de bisfosfonatos en OI proviene de estudios no controlados de infusiones cíclicas de pamidronato en diversos regímenes en niños. Los informes de DMO 1 han observado disminución de la tasa de fracturas y mejora de las habilidades funcionales, la movilidad, la ambulación y el dolor, sin efectos negativos sobre la curación de fracturas o la tasa de crecimiento en la mayoría de los estudios, incluso cuando se usan en niños pequeños. Pamidronato se administra por vía intravenosa en ciclos de 3 días consecutivos a intervalos de 2 a 4 meses con dosis que varían de 0,5 a 1 mg / kg / día, según la edad, con una dosis anual correspondiente de 9 mg / kg. Se debe usar la dosis efectiva más pequeña, con un control cuidadoso de la geometría vertebral, las fracturas de huesos largos y la DMO antes de iniciar un nuevo ciclo de tratamiento.
Ácido zoledrónico intravenoso
La seguridad y eficacia de la terapia zoledrónica se evaluó durante 2 años, entre 33 niños con OI, mostraron una reducción en las tasas de fracturas, dolor y mejoría en la DMO e hitos motores de desarrollo y dosis: 0.1 mg / kg ZA.
Evaluación y supervisión previas al tratamiento
La ingesta de calcio y vitamina D se basa en la ingesta dietética recomendada para la edad del niño (700-1300 mg / día de calcio y 400-600 UI de vitamina D) se debe complementar antes de iniciar el tratamiento si la ingesta alimentaria es inadecuada. Los índices de homeostasis del calcio (p. Ej., Calcio, fósforo y hormona paratiroidea) y la prueba de la función renal deben evaluarse antes del inicio del tratamiento y seguirse cada 6-12 meses. Los niveles de calcio deben evaluarse antes de cada infusión IV de bisfosfonato para asegurar que el niño no sea hipocalcémico.
Cirugía ortopédica y otros
Se recomienda el tratamiento de las fracturas (con movilización rápida para evitar la pérdida ósea debido a la inactividad) y la colocación de barras intramedulares para prevenir o corregir las deformidades de los huesos largos. Las barras telescópicas se recomiendan para pacientes mayores de 2 años que están creciendo activamente. Aquellos con escoliosis severa pueden beneficiarse de la cirugía.
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1 DMO
Medida de la cantidad de minerales (por lo general, calcio y fósforo) que contiene cierto volumen de hueso. Las mediciones de la DMO se pueden usar para diagnosticar la osteoporosis, determinar si los tratamientos contra la osteoporosis son eficaces y calcular la probabilidad de que los huesos se quiebren. La disminución de la DMO se puede presentar en pacientes tratados por cáncer. También se llama densidad mineral ósea, densidad ósea, y masa ósea.
Terapia física y ocupacional
Los fisioterapeutas desempeñan un papel decisivo en el diseño de un programa de actividad física que minimiza el riesgo de fractura, asegurando la movilización para evitar contracturas y la pérdida ósea de la inmovilidad. Los terapeutas ocupacionales pueden abordar las deficiencias en las actividades de la vida diaria secundarias a las deformidades de las extremidades superiores o inferiores.
Terapias Experimentales
Hormona de crecimiento
En un único ensayo aleatorizado, se observaron treinta niños prepúberes con OI (Tipos I, III y IV) durante 12 meses durante el tratamiento con neridronato en curso y luego se asignaron al azar a la hormona de crecimiento recombinante (GH) más neridronato o neridronato solo. Se encontró que la DMO y la velocidad de crecimiento eran significativamente más altas en el grupo que recibió GH en comparación con el grupo de control, pero no se observaron diferencias en el riesgo de fractura.
Terapias de reemplazo celular
Se realizó un estudio piloto de trasplante de células hematopoyéticas alogénicas en cinco niños con OI; tres niños tuvieron un injerto exitoso, y en estos 3, se observaron mejorías en la velocidad de crecimiento y reducción en la tasa de fracturas después del trasplante.
Terapia génica
Se ha realizado solo en modelos animales mediante dos técnicas. La terapia antisentido se ha usado para suprimir o silenciar un alelo mutante particular del gen del colágeno Tipo I y no interferir con la expresión del alelo normal, y por lo tanto, una forma grave se ha convertido potencialmente en una forma leve. La selección de genes se ha empleado utilizando células madre mesenquimales del paciente. Un estudio preliminar, que utilizó vectores de virus adenoasociado, interrumpió con éxito el alelo mutado ex vivo en estas células y la infusión en un modelo de ratón dio como resultado la formación de hueso.
Avances recientes:
Strontium ranelate y denosumab dirigidos a la vía RANKL están siendo estudiados para su uso en OI.
2. Defectos en la síntesis, estructura y procesamiento del colágeno.
Esta proteína, la más abundante en hueso y piel, es sintetizada en el retículo endoplasmático en forma de molécula precursora tras el ensamblaje de dos cadenas peptídicas de pro-colágeno α 1 (codificada por COL1A1) y otra de pro-colágeno α2 (codificada por COL1A2), en una triple hélice. La glicina se sitúa cada 3 residuos helicoidales (Gly-X-Y secuencia). Una vez formada la triple hélice en el RE, las moléculas de procolágeno I son exportadas al espacio extracelular vía Golgi y transformadas en moléculas de colágeno I funcionalmente competentes y aptas para su ensamblaje en fibrillas y fibras mediante el corte proteolítico de los pro-péptidos de los extremos amino y carboxilo (Ilustración 2).
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Ilustración 2. Síntesis de colágeno.
La mayoría de los casos de OI (90%) se originan por mutaciones heterocigotas (descritas más 1500) bien autosómico dominantes (AD) o bien de novo, en uno de los dos genes que codifican las cadenas pépticas de pro-colágeno I (COL1A1 y COL1A2). Las anomalías genéticas más frecuentes encontradas en la OI-AD son mutaciones puntuales (Tabla 3)que afectan al residuo de glicina produciendo alteraciones en la estructura o en la cantidad de colágeno tipo 1, con un fenotipo esquelético y clínico que va desde subclínico a letal, dependiendo de la cadena que se vea afectada, en qué posición de la triple hélice se produce la sustitución y del aminoácido que sustituye a la glicina. Las mutaciones que crean un codón de parada prematuro en el COL1A1 en la mayoría de los casos se corresponden fenotípicamente con la OI Tipo I. Las mutaciones estructurales del colágeno que alteran la secuencia de la cadena en el dominio de la triple hélice dan como resultado un amplio rango fenotípico desde la OI letal tipo II hasta la OI tipo IV moderada.
En ambas cadenas (COL1A1 y COL1A2), las sustituciones en el extremo amino de la hélice tienen un resultado no letal. En el resto de la cadena COL1A2 hay una alternancia de regiones letales y no letales con las regiones letales coincidiendo con las regiones de unión a proteoglicanos en la cadena de colágeno. Por el contrario, COL1A tiene 2 regiones letales que coinciden con múltiples regiones de unión a ligando (MLBR). Sin embargo, no existe una correlación genotipo-fenotipo que sea suficientemente precisa para ser utilizada para tomar una decisión sobre si un niño individual será letal o no letal (Koehler, 2014).
Una vez que las moléculas de procolágeno se secretan desde los osteoblastos, se someten a un proceso de maduración extracelular en el que los propéptidos N y C se eliminan mediante proteasas específicas. Las mutaciones que alteran los sitios de escisión del propéptido provocan variantes fenotípicas específicas de OI. Los defectos de procesamiento del propéptido C tienen una forma
dominante causada por sustituciones en el sitio de escisión y una forma recesiva causada por defectos en la enzima de procesamiento; ambos conducen a una gran masa ósea.
Tabla 3. Clasificación de Osteogénesis Imperfecta y genes involucrados.
La deficiencia de proteína morfogenética ósea-1 (BMP1) y su isoforma más larga Tolloid (mtld) da como resultado una escisión retrasada del propeptidol C del procolágeno tipo I, y también dificulta el procesamiento del proteoglicano pequeño prodecorina rico en leucina, un regulador de la fibrilogénesis del colágeno, resaltando la importancia de la deficiencia de BMP1 / mTLD en la organización de la matriz extracelular (ECM). Los defectos en el procesamiento del propéptido N- terminal del colágeno tipo I también comprenden formas dominantes y recesivas. Las cadenas de procolágeno procesadas de manera incompleta, en las que se escindió el C-pero no el N-propéptido, se secretan e incorporan a las crecientes fibrillas de colágeno. El fenotipo de esta rara variante de Síndrome de Ehlers-Danlos (EDS) se caracteriza por hipermovilidad articular grave y generalizada y luxaciones recurrentes de las articulaciones, que incluyen luxación bilateral congénita de cadera, hiperextensibilidad de la piel, cicatrices atróficas, características dismórficas leves, baja estatura, esclerótica azul y osteopenia. En otra variante, los pacientes muestran un fenotipo que combina manifestaciones clínicas de OI y EDS. Los informes sobre tales pacientes con un fenotipo OI / EDS mixto demuestran que albergan una mutación en la parte más N-terminal de la región helicoidal de colágeno tipo I en la cadena a1 (I) o a2 (I), que despliega la región que contiene el sitio de escisión
Además de la prolil 3-hidroxilación, el complejo P3H1/CRTAP/CyPB también funciona como una PPIasa, ya que CyPB es un peptidil-prolil cis-trans isomerasa para colágeno tipo I, y como chaperona, evitando que las cadenas de colágeno tipo I formen agregados prematuros en el RE. P3H1 y CRTAP se estabilizan entre sí; la ausencia de uno resulta en la degradación del otro. Datos recientes sugieren que la prolil 3-hidroxilación de Pro986 no es necesaria para la estabilidad estructural del colágeno; sin embargo, la falta de 3-hidroxilación en Pro986 puede afectar las relaciones vecinas más cercanas requeridas para la disposición óptima de reticulación y el ensamblaje supramolecular permitiendo la deposición de cristales minerales junto con la resistencia a la fibrilación retenida.
CRTAP
En el sistema esquelético, el CRTAP se expresa en epífisis óseas largas, cartílago articular y cartílago de la zona hipertrófica inferior en el pollo y en la placa de crecimiento, collar de hueso y cartílago calcificado de la unión condrosa en el ratón. Además, también se encuentra que el CRTAP se expresa por los osteoblastos y los osteoclastos en el hueso. Los ratones homocigotos para los alelos knock-out del gen Crtap tienen una osteocondrodisplasia grave con rizoma y osteoporosis, lo que les genera el desarrollo de una cifoescoliosis progresiva y severa a los 6 meses de edad, mostrando un retraso en el crecimiento prenatal y postnatal con acortamiento de los huesos de las extremidades proximales y osteopenia. Sin embargo, la ausencia de CRTAP da como resultado la pérdida de la Pro-hidrox 3-hidroxilación en α1(I) y α1(II). Revelando en la histomorfometría ósea una reducción en la deposición osteoide y la tasa de formación ósea, y un retraso en la tasa de aposición de la matriz, a pesar del número normal de osteoblastos. La fibrilogénesis del colágeno también se ve afectada, alterando los diámetros de la fibrilla dérmica.
Aunque el tipo VII de la OI había sido clínicamente identificado en pacientes con rizoma, el fenotipo de ratones Crtap se encontraba entre los factores críticos que llevaron a la identificación de mutaciones CRTAP como la primera causa de OI recesiva. La OI tipo VII es una displasia condroide recesiva letal/grave. Las fracturas y las deformidades de las extremidades están presentes en el momento del nacimiento. Los bebés con OI tipo VII con frecuencia mueren en el primer año de vida como resultado de insuficiencia pulmonar o infecciones. La gravedad de esta forma de OI varía según el tipo de mutación del CRTAP.
Los pacientes con defectos nulos casi invariablemente mueren en el período perinatal. Sin embargo, un pedigrí extendido de Quebec, que en realidad era el pedigrí índice para la OI tipo VII, tiene OI moderadamente grave, con rizoma celíaca y esclerótica blanca, asociada con una mutación de hipomórfico CRTAP.
Recientemente, las consecuencias de la deficiencia de CRTAP en las propiedades del material óseo se determinaron mediante imágenes cuantitativas de electrones retrodispersados para evaluar la BMDD en fémures de ratones Crtap de 12 semanas y biopsias óseas transilíacas de 4 niños con mutaciones de CRTAP hipomórficas. Observándose en el tejido óseo tanto de los animales Crtap como de los pacientes con OI tipo VII el aumento significativo de la media de calcio y el pico de calcio en comparación con los compañeros de camada de tipo salvaje y los niños control, respectivamente. La heterogeneidad de la mineralización (CaWidth) se redujo en ratones Crtap, pero fue normal en pacientes con OI de tipo VII. La fracción de matriz ósea altamente mineralizada (CaHigh) se incrementó notablemente en los pacientes, asociada con la persistencia del hueso primario. Los datos de BMDD sugirieron que la deficiencia de CRTAP da como resultado un
cambio hacia un mayor contenido mineral de la matriz ósea similar a la IO clásica con mutaciones del gen del colágeno.
Los ratones Crtap también tienen tejido conectivo anormal en los pulmones, los riñones y la piel, lo que concuerda con la desregulación sistémica de la homeostasis del colágeno. Tanto el pulmón de Crtap como los glomérulos renales mostraron una proliferación celular aumentada. Histológicamente, los pulmones mostraron un aumento en el espaciamiento alveolar, mientras que los riñones mostraron evidencia de glomeruloesclerosis segmentaria, con deposición anormal de colágeno, posiblemente porque se secreta algo de CRTAP. Un informe reciente sugirió un exceso de señalización TGF- β presente en hueso Crtap, basado en una mayor expresión de genes diana de TGF- β y activación de Smad. El tratamiento anti-TGF- β usando el anticuerpo neutralizante 1D mejoró las anormalidades óseas y pulmonares en ratones Crtap. Sin embargo, el papel de TGF- β como un efector en la patología de los tejidos, aún queda por demostrarse definitivamente.
LEPRE
El gen LEPRE1 codifica la propil 3-hidroxilasa (P3H1). La expresión de P3H1 se localiza en tejidos ricos en colágenos fibrilares en ratón. La OI de tipo VIII, causada por la homocigosidad para los alelos LEPRE1 nulos, es clínicamente similar a la OI de tipo VII. Los pacientes con OI tipo VIII se presentan con OI de severa a letal, esclerótica blanca, rizoma e infraortubulación de huesos largos. Aquellos que sobreviven a la infancia tienen DMO extremadamente baja, deficiencia severa de crecimiento y metáforas bulbosas. Actualmente se reporta una mutación del LEPRE1 originaria de África occidental, portada por un bajo porcentaje de afroamericanos, generando en casi la mitad de los casos OI tipo VIII. La falta de P3H1, debido a mutaciones en LEPRE1, da como resultado OI recesiva severa, que es muy a menudo letal en el período perinatal y se parece a los tipos IIB y III. Los ratones deficientes en P3H1 tienen un fenotipo más leve que los pacientes con OI tipo VIII. El fenotipo general del modelo de ratón deficiente en P3H1 se caracteriza por anormalidades en la piel, tendones y huesos, debido a alteraciones de fibrillas de colágeno, así como a pérdida auditiva. Los ratones deficientes en P3H1 son viables y fértiles, menos radiodensos y más débiles de huesos en comparación con sus compañeros de camada salvaje. Ya que el plegamiento y la secreción de colágeno por los fibroblastos de la piel se retrasa, lo que provoca la sobremodificación de las moléculas de colágeno y alteraciones en el ensamblaje de fibrillas de colágeno de orden superior. La deficiencia de P3H1 en ratones da como resultado un volumen óseo trabecular bajo y una tasa de aposición mineral, pero el tiempo de maduración osteoide y las superficies de osteoblastos y osteoclastos son normales. Las imágenes cuantitativas retrodispersadas de electrones produjeron una hipermineralización de la matriz ósea, como en los pacientes con OI de tipo VII y VIII dominante clásica. Parece que la deficiencia de P3H1 conduce a una menor deposición de MEC por los osteoblastos y una mayor incorporación de minerales en la matriz. Debido a que P3H1 y CRTAP forman un complejo Q8 que se estabiliza mutuamente en la sala de urgencias, cabría esperar que la histología de los tipos VII y VIII. Los pacientes OI y los modelos murinos KO para P3H1 y CRTAP serían similares entre sí, pero podrían diferir de OI con una anormalidad estructural del colágeno. De hecho, el hueso de pacientes con OI tipo VIII no letal mostró características similares al hueso OI de tipo VII. Las características distintivas de la histología ósea de tipo VIII OI incluyeron trabéculas extremadamente delgadas y dispersas y acumulación focal de osteoide no mineralizado. La proporción de hueso sometido a mineralización primaria aumenta en OI de tipo VIII, en comparación con el tipo VII y I. La reducción del grosor trabecular en el fémur de los ratones P3h1 no fue tan grave como en los pacientes, lo que concuerda con un fenotipo menos grave en los roedores P3h1 que en los niños. El hueso del paciente de OI tipo VIII tenía una corteza
plegamiento alterado de colágeno. Además, la hidroxilación reducida de los restos de colágeno helicoidal de lisina condujeron a un cambio en el patrón de enlaces cruzados intermoleculares en el tejido óseo, y redujeron la deposición de colágeno en la matriz. Estos estudios establecen nuevas funciones para CyPB en la regulación de la biosíntesis de colágeno y la modificación postraduccional. En el colágeno del tendón, la deficiencia de CypB dio como resultado una menor hidroxilación de lisina en los sitios de reticulación helicoidal y un aumento de la hidroxilación en los sitios de reticulación de telopéptidos. Esto dio como resultado la generación de reticulaciones derivadas de hidroxilisina aldehído, que estaban ausentes de tipo salvaje y ratones Ppib. Se observó que CypB interactuaba con todas las isoformas de lisil hidroxilasa (isoformas 1-3) y una chaperona lisil hidroxilasa-2, proteína de unión a FK506. El colágeno del tendón en ratones Ppib2 mostró anormalidades organizacionales severas.
TMEM38B
La liberación de Ca2+^ del RE y del retículo sarcoplásmico regula importantes funciones celulares. Dos canales de catión trimérico intracelular (TRIC), TRIC-A y TRIC-B, se localizan en el RE, retículo sarcoplásmico y membranas nucleares. Los estudios de genes knock-out indican que los canales TRIC apoyan la liberación de Ca 2+^ de las reservas intracelulares. Los ratones knock-out doble que carecen de ambos subtipos TRIC mueren durante las etapas embrionarias tempranas, y sus cardiomiocitos presentan una alteración de la liberación de Ca 2+^ mediada por RyR. Los canales TRIC, por lo tanto, pueden contribuir a regular el flujo requerido para la liberación fisiológica de Ca2+^ en varios tipos de células. Los ratones Tric-b mueren inmediatamente después del nacimiento debido a insuficiencia respiratoria, y las células epiteliales alveolares de estos ratones exhiben producción insuficiente y secreción de lípidos surfactantes probablemente debido a la disminución de la liberación de Ca 2+^ mediada por IP3R.
Recientemente, una nueva forma de OI recesiva (Tipo XIV), causada por una mutación fundadora, fue reportada en familias beduinas de Israel y Arabia Saudita. Los probandos de estas familias presentaron un fenotipo óseo moderadamente severo, con arqueamiento y fragilidad de los huesos largos que conducen a múltiples fracturas en la infancia. Esclerosis azul, pero se informaron dientes, facies y audición normales. Dos grupos identificaron independientemente la misma mutación en TMEM38B, una deleción del exón 4 y la secuencia intrónica circundante. Un segundo alelo mutante también se identificó en un niño albanés nacido de padres consanguíneos que albergaban una deleción genómica incluyendo los exones 1 y 2 de TMEM38B con un fenotipo similar.
TMEM38B codifica la proteína de membrana ER TRIC-B, que se ha propuesto que funciona como un canal de catión monovalente que regula la cinética de recuperación para la liberación de Ca 2+ mediado por IP3R a partir del RE, el sitio principal del almacenamiento intracelular de Ca 2+^. El mecanismo molecular a través de cuya ausencia de TRIC-B provoca un fenotipo de OI se trató en una informe reciente. Se demostró que la ausencia de TRIC-B de fibroblastos y osteoblastos de pacientes con OI de tipo XIV disminuye el flujo de Ca2+^ del RE al citoplasma y aumenta la vía PERK4 del estrés del RE. Múltiples pasos en la síntesis y la modificación del colágeno tipo I se desregularon en células deficientes en TRIC-B. Curiosamente, la hidroxilación de lisina helicoidal de colágeno se reduce 20% -30% en células deficientes en TRIC-B, a pesar del aumento de LH1; esto se puede comparar con la reducción del 85% en la hidroxilación de lisina helicoidal de colágeno observada en EDS VI.
Estas alteraciones en la modificación del colágeno y la disminución de la secreción de colágeno de los osteoblastos del paciente indican que el mecanismo del tipo XIV OI está dentro del paradigma relacionado con el colágeno de OI recesiva. Los datos complementarios sobre la histología ósea de los cachorros Tric-b letales muestran colágeno reducido en matriz y mineralización ósea dañada. Los osteoblastos knockout murinos tenían alteración de la liberación de colágeno sin una disminución en las transcripciones que codifican colágeno, mientras que sus osteoclastos eran similares al tipo salvaje.
P4HB. Variante heterocigótica c.1178A> G, p.Tyr393Cys en el exón 9 de OI, síndrome
de Cole-Carpenter (CCS).
P4HB, también conocido como 'procolágeno-prolina 2-oxoglutarato-4-dioxigenasa, subunidad beta (OMIM * 176790)' se asigna al cromosoma 17q25.3 y abarca 18 Kb con 10 exones. P4HB codifica para proteína disulfuro isomerasa (PDI) y, en células nucleadas, en su forma tetramérica, ayuda a la formación de 4-hidroxiprolina en colágeno por P4HA prolil hidroxilasa. Es probable que la mutación missense recurrente en P4HB produzca una forma muy específica de fragilidad ósea al interferir con la formación de colágeno, lo que podría asociarse con cambios adicionales en la deposición y/o el ensamblaje de la matriz extracelular (MEC).
P4HB codifica la subunidad beta de prolil 4-hidroxilasa, que es una enzima multifuncional muy abundante que pertenece a la familia PDI. La familia de PDI comprende PDI y proteínas de tipo PDI con más de 20 miembros que se han estudiado en seres humanos.
PDI generalmente se encuentra en el retículo endoplásmico (RE) pero también se puede liberar para funcionar en el MEC o la superficie celular. PDI es el miembro de la familia más abundante que comprende el 0,8% de la proteína celular total en levaduras y células de mamíferos y es crítico para la viabilidad celular en levaduras. Funciona como un catalizador redox y como chaperona al evitar la agregación de proteínas en el RE o al retener proteínas dentro del ER, cuando sea necesario. P4HB comprende cuatro dominios similares a TRX (tiorredoxina) denominados a, b, b ', a', un enlazador (x) y un dominio de extensión C-terminal organizado en el orden de abb'xa 'do. Sin embargo, solo dos de estos cuatro dominios (a y a ') tienen actividad de disulfuro isomerasa y están separados el uno del otro por el enzimáticamente inactivo b y b 'dominios. P4H existe como un heterotetrámero estequiométrico 2: 2 y generalmente se denomina subunidad α existente como tres isoformas (α (I), α (II) y α (III)). Las tres subunidades α requieren una subunidad β, es decir, PDI para formar un complejo enzimáticamente activo. La subunidad β de PDI es necesaria para mantener la solubilidad de la subunidad P4H α y mantener el complejo dentro de la ER. Además de la actividad disulfuro isomerasa, la forma tetramérica es activa en la hidroxilación de restos de prolina dentro del preprocolágeno. Por lo tanto, PDI como disulfuro isomerasa independiente y como heterotetrámero P4H es crucial para la biosíntesis de procolágeno. Por lo tanto, los miembros de la familia PDI funcionan como chaperonas moleculares y como disulfuro oxidorreductasa / isomerasas. Como resultado, pueden crear, romper o reorganizar enlaces disulfuro en las proteínas del cliente, incluidas las proteínas de colágeno y MEC. Estos enlaces disulfuro son esenciales para asegurar que la proteína tenga estabilidad estructural y también para mantener complejos multiméricos juntos. La función celular depende de la capacidad de las proteínas para adoptar sus pliegues correctos, y se reconoce muy bien que se sabe que las proteínas mal plegadas producen enfermedad; esto es especialmente cierto en OI. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la mutación P4HB recurrente informada aquí (CCS) no altera directamente el motivo catalítico CGHC de PDI. Más bien, la mutación da como resultado la ganancia de un residuo de cisteína, que puede conducir a un fenotipo de "ganancia de función". En este escenario, PDI podría desoxidar, no interactuar apropiadamente con P4HA o interactuar inapropiadamente con otras proteínas a través
térmico; las otras proteínas de estrés RE son inducidas por estrés RE. Mientras que otras chaperonas moleculares tienen una amplia especificidad de sustrato, Hsp47 se une específicamente a procolágenos en el RE y, además, Hsp47 tiene un patrón de expresión característico en células y tejidos que se correlaciona estrechamente con la expresión de colágeno. La inducción de Hsp47 por choque térmico está regulada por un elemento de choque térmico en su región promotora, mientras que la expresión constitutiva y específica de tejido de Hsp47 se correlaciona con la del colágeno y se regula a través de elementos potenciadores localizados en las regiones promotoras e intrónicas. Hsp47 se une transitoriamente al procolágeno en el ER y se disocia en la región del compartimento intermedio cis-Golgi o ER-Golgi (ERGIC). Los estudios de ablación genética indicaron que Hsp es esencial para el desarrollo embrionario y la maduración de varios tipos de colágeno. El requisito de Hsp47 en la maduración del colágeno puede reflejar su capacidad para inhibir la agregación de colágeno uniendo procolágeno en el ER y facilitar la formación de triple hélice. En las células deficientes en Hsp47, los agregados de procolágeno mal plegados en el ER se degradan por la vía autofagia-lisosoma, pero no a través de la vía del ubiquitin proteasoma. Hsp47 puede ser un objetivo terapéutico para los trastornos relacionados con el colágeno, tales como la fibrosis, que presentan acumulaciones anormales de colágeno y una mayor expresión de Hsp47. Esto está respaldado por modelos de fibrosis en ratones en los que la caída de Hsp47 disminuyó claramente la acumulación de colágeno en los tejidos fibróticos y evitó la promoción de la fibrosis. Por otro lado, las mutaciones en Hsp47 causan enfermedades genéticas relacionadas con el colágeno, como la osteogénesis imperfecta. Por lo tanto, Hsp47 es una chaperona molecular indispensable para el colágeno que es importante en varias enfermedades humanas (Ishida, 2011).
Se han identificado muchas mutaciones en los genes del colágeno, particularmente el colágeno tipo I, que causa enfermedades genéticas graves como la osteogénesis imperfecta (OI). En muchas de estas enfermedades, el procolágeno no forma una triple hélice correctamente plegada y su secreción se ve obstaculizada, lo que lleva a la imposibilidad de construir fibras de colágeno normales en la MEC y a la acumulación de procolágeno mal plegado en la sala de emergencias. Se desconoce el destino del procolágeno mal plegado que se acumula en la ER en estas enfermedades genéticas
Se exploró el mecanismo para la eliminación del procolágeno mutante en el RE mediante el uso de células Mov13, que no sintetizan las cadenas a1 del colágeno tipo I debido a una mutación genética En las células Mov13, la cadena a2 del procolágeno tipo I se degrada después del transporte a los lisosomas. Cuando se introdujo la cadena a1 de colágeno de tipo I en las células Mov13, las cadenas a1 y a2 pudieron formar una triple hélice que se secretó en la MEC. Sin embargo, al introducir una cadena a1 que alberga una mutación en la región de la triple hélice, se forma un trímero con la cadena a2, pero no se forma correctamente una triple hélice. Estos trímeros mal plegados de procolágeno se degradaron a través de la ruta autofagia-lisosoma, similar a hsp47 / células. Curiosamente, si una cadena a1 que albergaba una mutación en la región de formación de trímeros en el extremo C se introdujera en las células Mov13, la cadena a1 no podría formar un trímero y se degradaría mediante ERAD, mecanismo similar al informado para OI en el que hay una mutación en la cadena a1 de colágeno de tipo I. Tomados en conjunto, parece que la forma trimérica del procolágeno plegado incorrectamente se elimina por autofagia en el caso de mutaciones específicas en colágeno o deficiencia genética de Hsp47. Sin embargo, las cadenas α1 mal plegadas que no pueden formar un trímero se eliminan a través de la vía ERAD (figura 9.4) (Ishida y Nagata, 2009). Las mutaciones puntuales en Hsp47 causan OI en humanos Estos resultados nuevamente enfatizan la importancia de Hsp47 como chaperona molecular específica de colágeno requerida para la formación de triples hélices de procolágeno en el ER (Ishida, 2011).
Ilustración 4. Chaperona específica de colágeno HSP47.
5. Colágeno plegable y reticulado FKBP
FKBP10 codifica FKBP65, una molécula de PPIasa y chaperona localizada en ER. FKBP65 es el miembro más grande de la subfamilia de inmunofilina que se une a FK506 y tiene 4 dominios de PPIasa FKBP65 tiene múltiples ligandos, que incluyen colágeno tipo I y elastina. La deficiencia de FKBP65 causa OI de tipo recesivo XI.
El fenotipo del síndrome de Bruck (BS) tipo I, con contracturas congénitas de la articulación, así como osteoporosis, huesos frágiles y baja estatura, se superponen con el fenotipo de las mutaciones FKBP10 que causan la OI. Bruck me identificaron rápidamente como alélico con OI XI. Además, las personas con la misma mutación en FKBP10 , incluso los hermanos, pueden tener OI con o sin contracturas, mostrando que las contracturas son una manifestación variable de la mutación. Curiosamente, la homocigosidad para una pequeña deleción en el marco en el exón 5 de FKBP10 es la causa del síndrome de Kuskokwim, un síndrome de contractura congénita con mínimos hallazgos esqueléticos. Por lo tanto, el espectro fenotípico de FKBP10 las mutaciones abarcan OI solo, OI con contracturas (BS) y un síndrome de contractura congénita.
El colágeno tipo I producido por células con deficiencia de FKBP65 tiene una modificación postraduccional helicoidal normal y una 3-hidroxilación normal de α1 (I) Pro986, lo que sugiere que FKBP65 no contribuye significativamente al plegamiento del colágeno. Una mutación homocigota del marco de lectura en FKBP10 en un niño palestino con IO moderadamente grave sin contracturas proporcionó la primera demostración de que la reticulación del colágeno tipo I y la deposición de colágeno en la matriz dependen fuertemente de FKBP65. De manera similar, los embriones de ratón Fkbp10 - / -^ son postnatales letales y muestran una reducción de la reticulación de colágeno en el hueso de la caleta. En humanos y ratones, hay casi ausencia de hidroxilación de telopéptido de colágeno en el colágeno secretado por proband. Recientemente se demostró que FKBP65 se une a LH2 (lisil hidroxilasa 2) pero no a LH1 o LH3. La unión de FKBP65 a LH2 no se ve obstaculizada por una pérdida de actividad de LH2 o pérdida parcial de la actividad de FKBP PPIasa. Sin embargo, la pérdida parcial de la actividad de la PPIasa dificulta la dimerización de LH2, que es la conformación de LH activa, dando como resultado una notable disminución de la lisil-hidroxilación del telopéptido de colágeno.
Ilustración 5. Ubicación del gen IFITM5 en el cromosoma 11
SERPINF La osteogénesis imperfecta (OI) de tipo VI (OMIM 613982) es una forma autosómica recesiva causada por mutaciones nulas homocigotas o heterocigotas compuestas en SERPINF1, ubicado en el cromosoma 17p13.3 (OMIM 172860).
Ilustración 6. Ubicación en cromosoma 17. SERPINF1 codifica PEDF, una glicoproteína secretada de 418 aminoácidos conocida por sus propiedades neurotróficas y antiangiogénicas. Los pacientes con OI tipo VI no tienen PEDF circulante. Los portadores mutantes heterocigotos de SERPINF1 tienen un nivel reducido de PEDF circulante, pero son asintomáticos. Los pacientes con IO tipo VI parecen normales al nacer o inicialmente leves, y luego desarrollan una displasia ósea grave y progresivamente deformante. La esclerótica azul, la dentiogénesis imperfecta y el deterioro de la audición no ocurren en el tipo VI OI. El PEDF es un potente factor anti-angiogénico con un dominio de unión al colágeno que es crítico para su función anti-angiogénica.
Ilustración 7. Modelo de trabajo hipotético para las funciones de BRIL y PEDF en la mineralización ósea y la vascularización ósea. La señalización mediada por BRIL
induce la expresión de PEDF a través de intermedios actualmente desconocidos (\ alpha), que a su vez inhiben la expresión de VEGF en los osteoblastos bloqueando la señalización de Wnt. Por lo tanto, BRIL contribuye al equilibrio entre PEDF y VEGF en el hueso.
El PEDF se une directamente a LRP6 y actúa como un antagonista endógeno, bloqueando la
señalización Wnt canónica en algunos tipos de células. Sin embargo, varios estudios demostraron que el PEDF funciona como un factor pro-osteogénico y coopera con Wnt3a para estimular la diferenciación osteogénica de las células madre mesenquimales mediante la activación de ERK1/ y Akt.
7. Diferenciación de Osteoblastos. SP7 (Osterix).
El factor de transcripción Sp7, también llamado Osterix (Osx), es una proteína que en los humanos está codificada por el gen SP7. En las células precursoras mesenquimales que expresan Runx-2 , la expresión de Sp7 inducirá a estas células a diferenciarse en osteoblastos, y posteriormente en osteocitos durante la formación del hueso.
Ilustración 8. Ubicación de SP7 en cromosoma 12.
Homocigoto con mutación en SP7, ubicado en el cromosoma 12 q13.13 (OMIM 606633).
Ilustración 9. Línea 12q13.13 donde se encuentra el gen.
El gen SP7 consiste en 2 exones que codifican Osterix, una Proteína de 431 aminoácidos que pertenece a la subfamilia Sp de factores de transcripción Sp/XKLF. Osterix fue originalmente identificado como un gen inducible por BMP2. La expresión de SP7 está altamente restringida en células inmaduras, osteocondro-progenitoras y osteoblastos maduros. Osterix regula la diferenciación de osteoblastos y mesenquimales osificación endocondral mediada por células madre; Entonces, se esperaría un efecto esquelético de defectos en SP7, aunque no hay datos
