Monografia doença de Niemann-Pick

Licenciatura em Bioquímica
DOENÇA DE NIEMANN-PICK
Trabalho realizado por: Patrícia Rodrigues
2º Ano de Bioquímica
Ano lectivo de 2007/2008
Projecto Tutorial orientado por: Prof. Doutor Hassan Bousbaa
ÍNDICE
Página
Introdução
3
Lisossomas
Estrutura
4
Função
5
Biogénese
7
Doenças lisossómicas
10
Doença de Niemann-Pick
Subtipos da doença
11
Bases moleculares
13
Transmissão genética da doença
14
Diagnóstico e Tratamento
16
Conclusão
17
Bibliografia
18
2
INTRODUÇÃO
Os lisossomas são organelos citoplasmáticos que têm como função a
degradação de materiais que advém do meio extracelular, assim como
a digestão de outros organelos e componentes celulares envelhecidos.
São conhecidas diversas patologias humanas relacionadas com os
lisossomas e com os receptores de enzimas lisossomais do complexo de
Golgi. Exemplos dessas doenças são, a doença de Tay Sachs, Gaucher
ou Niemann-Pick.
A doença de Niemann-Pick é uma doença lisossómica ou de
acumulação, em que a deficiência de uma enzima especifica tem
como resultado a acumulação de esfingomielina, um produto do
metabolismo das gorduras. O gene responsável por esta doença é
recessivo, o que significa que uma criança com esta doença tem um
gene defeituoso herdado dos dois progenitores.
Este trabalho tem como finalidade o conhecimento e compreensão
desta doença.
3
LISOSSOMAS
Sendo a doença de Niemann-Pick uma doença lisossómica, interessa
então compreender o funcionamento dos lisossomas e em que medida
eles são uma importante influência para a manifestação da doença.
Estrutura
Os lisossomas são organelos citoplasmáticos delimitados por uma
membrana, equipados de hidrolases ácidas e cuja função principal é a
digestão intracelular de material endocitado (heterofagia) ou de
material da própria células (autofagia). Por microscopia electrónica
(figura 1), os lisossomas possuem uma forma redonda ou oval com
material denso no seu interior, mas podem apresentar variações de
tamanho, forma e conteúdo, dependendo do tipo de célula. Cerca de
50 enzimas estão localizadas nos lisossomas, incluindo lipases, proteases,
glucosidases, nucleases, arilsulfatases e fosfatase ácida, que possibilitam
decompor praticamente todo o tipo de macromoléculas nos seus
constituintes fundamentais. Do ponto de vista da origem dos materiais
degradados no seu interior, os lisossomas podem ser autolisossomas e
heterolisossomas.
4
Figura 1 – Visualização histoquímica dos lisosomas. Estas microfotografias
electrónicas mostram duas secções de uma célula marcada para revelar a
posição da fosfatase ácida, uma enzima lisossómica. Os organelos maiores
incluídos na membrana são lisossomas. A sua heterogeneidade morfológica
reflecte variações na quantidade e na natureza do material que estão a
digerir.
Duas
vesículas
pequenas
carregadas
com
hidrolases
ácidas
provenientes do Golgi são indicadas por setas vermelhas no canto superior da
microfotografia.
Função
Os lisossomas têm funções múltiplas. Os lisossomas participam na
nutrição celular, digerindo os materiais obtidos por endocitose, actuam
no catabolismo celular, destruindo macromoléculas, intervêm no
processo de reciclagem dos materiais estruturantes, destruindo as
estruturas inoperantes ou desnecessárias, ou ainda nos mecanismos de
defesa contra agentes exteriores.
As
hidrólises
promovidas
pelos
lisossomas
são,
na
sua
maioria
endocelulares, referindo-se quer à digestão de materiais exógenos
(heterofagia), quer a materiais próprios da célula (autofagia). No
5
primeiro caso, a captação dos materiais realiza-se por endocitose,
ficando estes fechados em endossomas, com os quais os lisossomas
primários funcionam. No segundo caso, ocorre um fenómeno de
envolvimento das estruturas celulares a destruir por parte do retículo
endoplasmático (por exemplo, as mitocôndrias excedentárias ou
degradadas) ou macromoléculas (grãos de glicogénio, por exemplo).
Formam-se assim autolisossomas com os quais coalescem os lisossomas
primários. Tanto no primeiro como no segundo caso, após a fusão com
os lisossomas primários, formam-se vesículas onde os materiais a digerir
se misturam com as hidrolases dando origem aos lisossomas secundários.
A heterofagia constitui um dos mecanismos celulares de captação de
matéria, quando esta se encontra em condições físicas (volume, por
exemplo)
incompatíveis
com
os
mecanismos
de
transporte
transmembranar (figura 2). Em alguns casos, a heterofagia processa-se
no exterior da célula. As hidrolases lisossómicas actuam no exterior,
sendo libertadas por exocitose. Este tipo de digestão ocorre, por
exemplo,
no
processo
de
remodelação
dos
tecidos
ósseo
e
cartilagíneo. As pequenas moléculas resultantes da digestão são, em
seguida, absorvidas pela célula, com recurso aos mecanismos habituais
de transporte transmembranar.
A autofagia constitui uma das funções principais dos lisossomas (figura
2). Com efeito, regendo-se o funcionamento da célula, por rigorosos
princípios de economia que não autorizam a dissipação de recursos, as
estruturas
envelhecidas
ou
desajustadas
das
necessidades,
são
eliminadas e os seus componentes, recuperados e utilizados na síntese
de novas moléculas ou na formação de novos organelos. A célula
mobiliza, para esta reciclagem de materiais, mecanismos idênticos aos
que emprega para digerir as substâncias endocitadas.
6
Figura 2 – Representação esquemática da função dos lisossomas na digestão
intracelular por autofagia e heterofagia.
Biogénese
A formação do lisossoma representa a intersecção entre a via
secretora, através da qual as proteínas lisossomais são processadas, e a
via endocítica, através da qual as moléculas extracelulares são
adquiridas na membrana celular.
As hidrolases lisossómicas são glicoproteinas que possuem, na sua
estrutura, uma manose-6-fosfato (figura 3).
Figura 3 – estrutura da manose-6-fosfato numa enzima lisossomal.
7
As membranas das cisternas golgianas possuem, por sua vez, na face
interna, receptores que identificam a manose, e que fixam as hidrolases
referidas (figura 4). Só após esta operação, é que ocorre a formação de
vesículas lisossómicas. Estas porém, não possuem ainda a acidez
necessária ao pleno funcionamento dos enzimas. São por isso
designados por pré-lisossomas (P.L).
A aquisição da acidez é um processo posterior à formação da vesícula
lisossómica. Resulta do bombeamento de protões (H+) para o interior do
pré-lisossoma, realizado por bombas protónicas intrínsecas à membrana
lisossómica. Após esta fase de "maturação", o lisossoma está apto para
intervir nos processos de digestão celular. Designa-se por lisossoma
primário (L.p).
Figura 4 – Esquema da via de aquisição das enzimas lisossómicas a partir de
Golgi.
Na face de maturação dos dictiossomas, as diversas hidrolases
lisossómicas (Hs) possuem, na sua estrutura glicoproteica, uma manose6-fosfato (M-6P); Receptores proteicos específicos (R.m) da M-6P
localizam-se nas membranas dos dictiossomas; A ligação das hidrolases
8
aos receptores membranares, induz nestes uma alteração estrutural que
se repercute na face oposta da membrana, sobre um revestimento
externo constituído por uma malha de clatrina (R.Cl); Em resultado, a
malha de clatrina aperta, estrangula localmente a cisterna golgiana e
isola uma vesícula carregada de hidrolases (Pré-lisossoma- P.L);
Enquanto a malha de clatrina se desmancha e desaparece, as bombas
de transporte activo de protões (B.p), integradas na membrana,
injectam protões na matriz lisossómica, acidificando-a. O lisossomas
passa a estar activo e pronto a intervir nos processos de digestão
(Lisossoma primário - L.p).
9
Doenças Lisossómicas
Existem diversas doenças associadas com os lisossomas. Alguns
exemplos dessas patologias apresentam-se na tabela seguinte:
Produto
acumulado
Doença
Enzima deficiente
Gaucher
Glicocerebrosidase
Glicocerebrosídeos
Tay-Sachs
Hexosaminidase A
Gangliosídeos
Sandhoff
Hexosamindase A e B
Gangliosídeos
Fabry
Alfa- Galactosidase
Globotriaosilceramida
Niemann-Pick
Esfingomielinase
Esfingomeilina
Pompe
Ácido α – glicosidase
Glicogénio tipo II
resultante do metabolismo
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Doença de Niemann-Pick
A doença de Niemann-Pick é uma doença de acumulação que resulta
de erros no processo de endereçamento, uma vez que, se a enzima
não tiver o resíduo manose-6-fosfato ela não vai até ao lisossoma. Daqui
resulta a ausência de enzimas basilares para a digestão de conteúdos
lisossomais. Manifesta-se sobretudo a nível dos fibroblastos, sendo no
entanto considerada uma doença generalizada e grave. Esta doença
tem cerca de 5 formas, dependendo da gravidade da deficiência
enzimática. Na forma juvenil grave, a enzima está completamente
ausente. Desenvolvem-se alterações graves no sistema nervoso porque
os nervos não podem utilizar a esfingomielina para produzir a mielina
necessária para as bainhas que normalmente envolvem muitos nervos.
Subtipos da doença
Niemann–Pick tipo A
A doença inicia-se na infância e é caracterizada pelo aumento do
tamanho do fígado e baço (hepatoesplenomegalia) (figura 5), e
progressiva deterioração do sistema nervoso. Crianças afectadas por
esta condição geralmente, não sobrevivem passado a infância. A
doença de Niemann–Pick tipo A ocorre mais frequentemente entre
indivíduos de Ashkenazi (da Europa Oriental e Central) ascendência
judaica do que na população em geral. A incidência dentro da
população Ashkenazi é de aproximadamente 1 em 40000 pessoas. A
incidência em outras populações é desconhecida.
11
Figura 5 – A doença de Niemann-Pick no fígado. Os hepatócitos e as células
de Kupffer têm uma aparência espumosa devido à acumulação de lípidos.
(Courtesy of Dr. Arthur Weinberg, Department of Pathology, University of Texas
Southwestern Medical Center, Dallas, TX.)
Niemann–Pick tipo B
Este
tipo
da
doença
pode
compreender
sinais
de
hepatosplenomegalia, retardo no crescimento, e problemas com a
função pulmonar, incluindo infecções pulmonares frequentes. Outros
sinais incluem colesterol e níveis lípidicos elevados. As pessoas afectadas
por este tipo de Niemann-Pick geralmente sobrevivem em idade adulta.
O tipo B ocorre em todas as populações.
Niemann–Pick tipo C
O tipo C é caracterizado pelo aparecimento na infância, embora.
Outros sinais incluem doença grave do fígado, dificuldades respiratórias,
atraso de desenvolvimento, convulsões, distonia, falta de coordenação
motora, problemas com a alimentação, e uma incapacidade de mover
os olhos verticalmente. As pessoas com esta doença podem sobreviver
durante a idade adulta. A incidência da doença Niemann - Pick, tipo C
calcula-se que seja de 1 em 150000 pessoas.
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Figura 6 – A figura mostra, através da coloração Filipin, os fibroblastos da
pele numa cultura controlo (esquerda) e os fibroblastos de um doente
com Niemann-Pick tipo C (direita).
Bases Moleculares
As bases moleculares desta doença são extremamente complexas,
devido ao papel que a formação dos endossomas tem em pacientes
com a doença.
Niemann-Pick tipos A e B
Mutações no gene SMPD1 (sphingomyelin phosphodiesterase 1) causam
os tipos A e B. Este gene codifica uma enzima chamada ácido
esfingomielinase. Esta enzima é encontrada nos lisossomas, onde se
processa lipidos, como a esfingomielina. Mutações genéticas neste
gene conduzem a uma deficiência de ácido esfingomielinase e
acumulação de esfingomielina, colesterol, e outros tipos de lipidos no
interior das células e tecidos dos indivíduos afectados.
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Niemann-Pick tipo C
Mutações nos genes NPC1 ou NPC2 causam o tipo C. O gene NPC1
produz uma proteína que está localizado em membranas no interior da
célula e está envolvida no transporte de colesterol e lipidos no interior
das células. A deficiência desta proteína leva à acumulação anormal
de lipidos e colesterol dentro membranas celulares. O NPC2 produz uma
proteína que se liga e transporta colesterol, embora a sua função
exacta não é completamente compreendida.
Transmissão genética da doença
As células do nosso corpo normalmente contêm 46 cromossomas. Cada
cromossoma é um pacote que contém centenas de genes. Esses genes
contêm a totalidade dos projectos para o nosso crescimento e
desenvolvimento, que são as instruções que fazem de nós quem somos.
Todos os nossos cromossomas (e os genes que estão localizados nestes
cromossomas) vêm em pares. Nós herdarmos um cromossoma de cada
par de nossa mãe e os outros cromossomas do par do nosso pai.
Quando há uma mudança num gene (chamado de mutação) que
contém as informações que não são as mais correctas, os genes não
podem exercer a sua função.
Pessoas com doença de Niemann-Pick têm duas cópias de uma
mutação, uma cópia herdada de cada progenitor (figura 7). Quando o
gene não está a funcionar correctamente, faz com que os sintomas da
doença apareçam.
14
Figura 7 – Transmissão genética da doença de Niemann-Pick.
A portadora da doença de Niemann-Pick é uma pessoa que tem uma
mutação genética num dos pares. Os portadores não são afectados
com a doença, porque o bom funcionamento do gene é capaz de
compensar o gene que contém a mutação.
Quando dois pais são portadores de Niemann - Pick doença, existe 1 em 4
(25%) probabilidades de ter uma criança com a doença de NiemannPick, 1 em 2 (50%) probabilidades de ter um filho que é um pouco
afectado como os pais e 1 em 4 (25%) probabilidades de ter um filho
que não é afectado e não é portador.
Quando um dos pais é um portador da doença de Niemann-Pick e o
outro progenitor não é, não estão em maior risco de ter uma criança
com a doença de Niemann-Pick. Em vez disso, existe 1 em 2 (50%)
probabilidades de ter um filho um pouco afectado como um dos pais.
15
Diagnóstico e tratamento
O diaagnóstico para esta doença pode ser estabelecido por ensaios
bioquímicos para a actividade da enfingomiolinase, através da biopsia
da medula óssea ou do fígado.
Não existe tratamento para a doença de Niemann-Pick. Recomenda-se
o aconselhamento genético e o diagnóstico pré-natal, por meio da
determinação da actividade enzimática. Graças ao avanço da
tecnologia de DNA recombinante, é possível clonar o gene responsável
pela produção de esfingomielinase e a partir daí os indivíduos
afectados e portadores da doença podem ser detectados pela análise
de DNA. Isso já é o início de uma melhor compreensão da doença e
traz perspectivas de tratamento futuro.
16
CONCLUSÃO
Com a realização deste trabalho, verifica-se que a doença de
Niemann-Pick é uma doença lisossómica, provocada pela deficiência
de
uma
enzima
acumulação
de
específica,
esfingomielinase
esfingomielina
(um
produto
que
que
causa
advém
uma
do
metabolismo das gorduras).
O gene responsável pela doença é recessivo, o que significa que uma
criança com esta doença tem um gene defeituoso herdado dos dois
progenitores.
Existem três subtipos desta doença em que os tipos A e B são bastante
semelhantes e também possuem um elevado grau de gravidade,
enquanto que o tipo C é uma forma mais suave da doença.
A doença actualmente não tem tratamento e portadores das formas
mais graves da doença, tendem a morrer por infecção ou por
disfunção progressiva do sistema nervoso central.
17
BIBLIOGRAFIA
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