Post on 06-Jan-2015
ENFERMEDADES ENFERMEDADES MITOCONDRIALES: MITOCONDRIALES:
PATOLOGÍA DE LA CADENA PATOLOGÍA DE LA CADENA RESPIRATORIARESPIRATORIA
Distribución celular de las mitocondrias
línea celular neuronal
línea celular Schneider SL2
espermatozoide
Rojo: mitocondriaVerde: actinaAzul: núcleo
Verde: mitocondriaRojo: microtúbulos
Azul: núcleo
Célula epitelial de mamífero en cultivo
Célula de hígado de rata en cultivo
Verde: mitocondriaAzul: núcleo
Biogénesis mitocondrial
Proliferación Diferenciación
Astrocitos Músculo cardíaco
Glándulasuprarrenal
Glándula suprarrenal(zona fasciculata)
Glándula pinneal
matrizcrestas
Espaciointermembranoso
membranainterna
membranaexterna
Ultraestructura mitocondrial
Elongación de Acidos GrasosDesaturación de A.grasos
Síntesis de fosfolípidosMAO
Oxidación de Acidos grasosCiclo de la Urea
Ciclo Acidos TricarboxílicosMetabolismo del mtDNAPiruvato Deshidrogenasa
Transporte electrónicoFosforilación Oxidativa
Transporte
Complejo VComplejo I Complejo III Complejo II Complejo IV
citrato
isocitrato
-Ketoglutarato
succinil CoAsuccinato
fumarato
malato
oxalacetato
acetil CoA
CO2 + 2H+
CO2 + 2H+
2H+
NADH+H +
NAD + ciclo de KrebsNADH+H +
NAD+
CITOSOL
CitC
(FE-S)
FADFMN
(FE-S) Ub
CoQ(FE-S)
b
NADH+H +Succinato
a-Cu
a3-Cu
1/ 2 O2 H2O
ácidos grasos
ácidos grasos
Piruvato
Piruvato aminoácidos
aminoácidos
Carbohidratos
Acetil CoA
MMI
MMEE.I.
2H+
NAD+
H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+H+
H+ H+ H+H+
H+ H+
H+H+
ADP + Pi ATP
Lactato
Ub
CoQ
ND1
ND2
ND3
ND4L
ND4
ND5ND6
COI
COII
COIIIATPasa6
rRNA12S
rRNA16S
Phe
Val
Leu (UUR)
Ilef - Met
Gln
AlaAsn
Cys
Tyr
Ser (UCN)
AspLys
Gly
Arg
His
Ser (AGY)
Leu (CUN)
Glu
Pro
Thr
BUCLE - D
CADENAPESADA
CADENALIGERA
OL
OH
ATPasa8
mtDNA
Trp
Cyt.b
- Molécula circular covalentemente cerrada
- Organización génica muy compacta
- Código genético propio
- Semiautónomo
- Codifica únicamente subunidades OXPHOS (+tRNAs + rRNAs)
Características del
genoma mitocondrial
mtDNAATP
Señales externas
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
I
II
III
IV
V
Genes estructurales
OXPHOS
Genes de ensamblaje OXPHOS
surf-1sco2
Genes del metabolismo del
DNA
helicasa
pol
Thymidine phosphorylase
ADP+Pi
Comunicación núcleo / mitocondria
ND1
ND2
ND3
ND4L
ND4
ND5ND6
COI
COII
COIIIATPasa6
rRNA12S
rRNA16S
Phe
Val
Leu (UUR)
Ilef - Met
Gln
AlaAsn
Cys
Tyr
Ser (UCN)
AspLys
Gly
Arg
His
Ser (AGY)
Leu (CUN)
Glu
Pro
Thr
BUCLE - D
CADENAPESADA
CADENALIGERA
OL
OH
ATPasa8
mtDNA
Trp
Cyt.b
Maquinaria transcripcional del genoma mitocondrial
mtTFARNApol
cadena H
cadena L
5´
5´
3´
3´
TASs
IIIIII
DNA
CSBs
D-loop
OH
H1H2
L
mtTFB
Maquinaria transcripcional del genoma mitocondrial
RNApolB
A
cadena H
cadena L
5´
5´
3´
3´
TASs
IIIIII
DNA
CSBs
D-loop
OH
H1H2
L
Maquinaria transcripcional del genoma mitocondrial
BA
cadena H
cadena L
5´
5´
3´
3´
TASs
IIIIII
DNA
CSBs
D-loop
OH
H1H2
LRNApol
Maquinaria transcripcional del genoma mitocondrial
cadena H
cadena L
5´
5´
3´
3´
TASs
IIIIII
DNA
CSBs
D-loop
OH
H1H2
L
BA
Maquinaria transcripcional del genoma mitocondrial
cadena H
cadena L
5´
5´
3´
3´
TASs
IIIIII
DNA
CSBs
D-loop
OH
H1H2
L RNApolB A
RNA5´
Maquinaria transcripcional del genoma mitocondrial
5´
3´
TASs
IIIIII
CSBs OH
L
RNA5´
5´
RNApolB AH1
H2
Maquinaria transcripcional del genoma mitocondrial
5´
3´
TASs
IIIIII
CSBs OH
L
RNA5´
5´
RNApolB AH1
H2
Replicación del DNA mitocondrial
Complex III
Complex IV
Complex V
Ribosomal RNA
Complex I
D-loop
12S rRNA
16S rRNA
ND1
ND2
COI
COII ATP6
ATP8COIII
ND3
ND4L
ND4
ND5
ND6
Cytb
human mtDNA
16569 bp
F
V
I
M
Q
WA
NC
Y
SUCN
G
R
H
SAGY
LCUN
E
TP
OL
KD
mTERF
LUUR
cadena H
cadena L
5´
5´
3´
3´
TASs
IIIIII
CSBs
D-loop
OH
H1H2
L
RNA ribosómico
Complejo III
Complejo I
Complejo IV
Complejo V
Replicación del DNA mitocondrial
Complex III
Complex IV
Complex V
Ribosomal RNA
Complex I
D-loop
12S rRNA
16S rRNA
ND1
ND2
COI
COII ATP6
ATP8COIII
ND3
ND4L
ND4
ND5
ND6
Cytb
human mtDNA
16569 bp
F
V
I
M
Q
WA
NC
Y
SUCN
G
R
H
SAGY
LCUN
E
TP
OL
KD
mTERF
LUUR
cadena H
cadena L
5´
5´
3´
3´
TASs
IIIIII
CSBs
D-loop
OH
H1H2
L
RNA ribosómico
Complejo III
Complejo I
Complejo IV
Complejo V
5´RNA
3´
Replicación del DNA mitocondrial
Complex III
Complex IV
Complex V
Ribosomal RNA
Complex I
D-loop
12S rRNA
16S rRNA
ND1
ND2
COI
COII ATP6
ATP8COIII
ND3
ND4L
ND4
ND5
ND6
Cytb
human mtDNA
16569 bp
F
V
I
M
Q
WA
NC
Y
SUCN
G
R
H
SAGY
LCUN
E
TP
OL
KD
mTERF
LUUR
cadena H
cadena L
5´
5´
3´
3´
TASs
IIIIII
CSBs
D-loop
OH
H1H2
L
RNA ribosómico
Complejo III
Complejo I
Complejo IV
Complejo V
RNAsa MRP
5´RNA
3´
Replicación del DNA mitocondrial
Complex III
Complex IV
Complex V
Ribosomal RNA
Complex I
D-loop
12S rRNA
16S rRNA
ND1
ND2
COI
COII ATP6
ATP8COIII
ND3
ND4L
ND4
ND5
ND6
Cytb
human mtDNA
16569 bp
F
V
I
M
Q
WA
NC
Y
SUCN
G
R
H
SAGY
LCUN
E
TP
OL
KD
mTERF
LUUR
cadena H
cadena L
5´
5´
3´
3´
TASs
IIIIII
CSBs
D-loop
OH
H1H2
L
RNA ribosómico
Complejo III
Complejo I
Complejo IV
Complejo V
RNAsa MRP
5´RNA DNA
Replicación del DNA mitocondrial
Complex III
Complex IV
Complex V
Ribosomal RNA
Complex I
D-loop
12S rRNA
16S rRNA
ND1
ND2
COI
COII ATP6
ATP8COIII
ND3
ND4L
ND4
ND5
ND6
Cytb
human mtDNA
16569 bp
F
V
I
M
Q
WA
NC
Y
SUCN
G
R
H
SAGY
LCUN
E
TP
OL
KD
mTERF
LUUR
cadena H
cadena L
5´
5´
3´
3´
TASs
IIIIII
CSBs OH
H1H2
L
RNA ribosómico
Complejo III
Complejo I
Complejo IV
Complejo V
DNARNA
Replicación del DNA mitocondrial
Complex III
Complex IV
Complex V
Ribosomal RNA
Complex I
D-loop
12S rRNA
16S rRNA
ND1
ND2
COI
COII ATP6
ATP8COIII
ND3
ND4L
ND4
ND5
ND6
Cytb
human mtDNA
16569 bp
F
V
I
M
Q
WA
NC
Y
SUCN
G
R
H
SAGY
LCUN
E
TP
OL
KD
mTERF
LUUR
cadena H
cadena L
5´
5´
3´
3´
TASs
IIIIII
CSBs OH
H1H2
L
RNA ribosómico
Complejo III
Complejo I
Complejo IV
Complejo V
DNA
DNARNA
3´GGCCG
A
A
A
A
5´
OL
- Molécula circular covalentemente cerrada
- Número de copias: 103- 104 mtDNA/célula
- Herencia materna
- Organización génica muy compacta
- Código genético propio
- Semiautónomo
- Codifica únicamente subunidades OXPHOS
Características del
genoma mitocondrial
MERRF
1 2 3
41 2 3
I
II
III
Sujeto de estudio
Sujetos oligosintomáticos
II-1 III-1 III-2 III-3 II-2Epilepsia - +++ + - -Mioclonía - +++ + - -Ataxia - +++ - - -Debilidad - - - - -Neuropatía periférica + ++ ++ ++ -Temblores - ++ - - -Sordera - + - - -Histoquímica muscular rrf RRF RRF RRF ND
COX- dispersas dispersas
Bioquímica muscular N Complejo I N N ND
N
Célula progenitora
Diferenciación clonalcitoquinesis
Segregación replicativa
N N N N N
90% 70% 50% 30% 10%
Umbral de expresión fenotípica
Fenotipo Fenotipo
Patología mitocondrial
Inclusiones paracristalinas intramitocondriales
Fibras rojo-rasgadas(RRF)
Fibras COX negativas
Donald R. Johns, The New England Journal of Medicine (1995) 333:638-644
Afectación multisistémica por alteraciones en el sistema OXPHOS
Patrón de segregación de la enfermedad
Herencia Materna
nDNAnDNA
Herencia Mendeliana
•Autosómica dominante
•Autosómica recesiva
•Ligada al X
mtDNAmtDNA
Casos esporádicos
Patología Mitocondrial
• Mutaciones mitocondriales
Mutaciones puntuales
genes que codifican proteínas
- Neuropatía, Ataxia y Retinitis Pigmentosa (NARP)- Neuropatía Óptica de Leber (LHON)- Síndrome de Leigh de herencia materna
genes que codifican tRNAs
- Encefalomiopatía con Acidosis Láctica e Infartos Cerebrales (MELAS)- Epilepsia Mioclónica con Fibras Rojo-Rasgadas (MERRF)- Sordera Neurosensorial
genes que codifican rRNAs
- Sordera inducida por aminoglicósidos
Reorganizaciones
- Síndrome de Kearns-Sayre- Oftaloplegia Crónica Progresiva Externa (CPEO)- Sordera y diabetes
• Mutaciones nucleares
genes estructurales del sistema OXPHOS
- Deficiencia del Complejo ISíndrome de Leigh- NDUFS4, NDUFS7, NDUFS8Encefalomiopatía y cardiomiopatía hipertrófica- NDUFS2
- Deficiencia del Complejo IISíndrome de Leigh- FP
genes no estructurales
- - Defectos de comunicación intergenómica- Deleciones múltiples -ANT1, PolG, helicasa- Depleción - dGK, TK- MNGIE -TP
- - Defectos de ensamblaje- Complejo IV- Síndrome de Leigh- SURF1- Cardioencefalopatía- SCO2- Encefalomiopatía y fallo hepático -SCO1- Síndrome de De Toni-Fanconi-Debre- COX10- Complejo III- Tubulopatía y Encefalopatía- BCS1L
- - Defectos de homeostasis e importación- Ataxia de Friedreich- Frataxina- Paraplegia Espástica Hereditaria- Paraplegina- Síndrome de sordera y distonía- DDP- Atrofia Óptica dominante- OPA1
A8296GG8363A A8296G
A
GTGACATTTCTCC
A
AATCGAAATGTC
AC
G
AATCGAAATGTC
AC
G
T C G AT C G A
Doble mutación A8296G / G8363A en el tRNALys
5´A
A - TC - G
C - GT - AG - CT - AA - T
AA
A
A|T
T|A
C|G
G|C
A
T
C
T|A
T|A
C|G
T|A
C|G
CA C
A
A
CC
A A
T - AT - AA - TA - TC - G
C AAT
T T T
TT
A AG
3´
tRNAlys
8296G8363A
Patología Mitocondrial
• Mutaciones mitocondriales
Mutaciones puntuales
genes que codifican proteínas
- Neuropatía, Ataxia y Retinitis Pigmentosa (NARP)- Neuropatía Óptica de Leber (LHON)- Síndrome de Leigh de herencia materna
genes que codifican tRNAs
- Encefalomiopatía con Acidosis Láctica e Infartos Cerebrales (MELAS)- Epilepsia Mioclónica con Fibras Rojo-Rasgadas (MERRF)- Sordera Neurosensorial
genes que codifican rRNAs
- Sordera inducida por aminoglicósidos
Reorganizaciones
- Síndrome de Kearns-Sayre- Oftaloplegia Crónica Progresiva Externa (CPEO)- Sordera y diabetes
• Mutaciones nucleares
genes estructurales del sistema OXPHOS
- Deficiencia del Complejo ISíndrome de Leigh- NDUFS4, NDUFS7, NDUFS8Encefalomiopatía y cardiomiopatía hipertrófica- NDUFS2
- Deficiencia del Complejo IISíndrome de Leigh- FP
genes no estructurales
- - Defectos de comunicación intergenómica- Deleciones múltiples -ANT1, PolG, helicasa- Depleción - dGK, TK- MNGIE -TP
- - Defectos de ensamblaje- Complejo IV- Síndrome de Leigh- SURF1- Cardioencefalopatía- SCO2- Encefalomiopatía y fallo hepático -SCO1- Síndrome de De Toni-Fanconi-Debre- COX10- Complejo III- Tubulopatía y Encefalopatía- BCS1L
- - Defectos de homeostasis e importación- Ataxia de Friedreich- Frataxina- Paraplegia Espástica Hereditaria- Paraplegina- Síndrome de sordera y distonía- DDP- Atrofia Óptica dominante- OPA1
Deleciones del mtDNA humano asociadas a encefalomiopatíasde origen mitocondrial
Holt, I. et al. (1988) Nature 331: 717-719
GENES NUCLEARES ASOCIADOS GENES NUCLEARES ASOCIADOS CON ENFERMEDADES CON ENFERMEDADES
MITOCONDRIALESMITOCONDRIALES1. GENES QUE CODIFICAN SUBUNIDADES DE LA CR
• COMPLEJOS I, II y III
2. GENES QUE CODIFICAN FACTORES DE ENSAMBLAJE
• COMPLEJOS III y IV
3. GENES IMPLICADOS EN LA ESTABILIDAD DEL ADNmt
• DELECIONES MULTIPLES
• DEPLECION
4. GENES QUE CODIFICAN FACTORES RELACIONADOS
INDIRECTAMENTE CON LA CR
NDUFV2 (Complex I) Cardiomyopathy and encephalomyopathy AR
GENES ENSAMBLAJE Y DEFICIT DE GENES ENSAMBLAJE Y DEFICIT DE COXCOX
SÍNDROME DE LEIGHSÍNDROME DE LEIGH1. ENFERMEDAD NEUROLÓGICA PROGRESIVA CON REGRESIÓN
PSICO-MOTORA
2. SIGNOS Y SÍNTOMAS DE DISFUNCIÓN DE TRONCO O GLANGIOS BASALES: PEO, ataxia, alteraciones respiratorias, nistagmo, distonía, hipotonía y atrofia óptica
3. AUMENTO DE LACTATO EN SANGRE O LCR
4. UNO O MÁS DE LOS SIGUIENTES CRITERIOS:• Neuroimagen típica de LS: hipodensidades simétricas en
los ganglios basales en TC o lesiones hiperintensas en T2 en RMN
• Hallazgos neuropatológicos característicos postmortem• Neuropatología característica en un hermano afectado
de forma similar
SÍNDROME DE LEIGHSÍNDROME DE LEIGH
Causas molecularesCausas moleculares
•Subunidad E1- Piruvato deshidrogenasa
•mtDNA- ATPasa 6 •mtDNA- t RNA Val •mtDNA- ND5
•Genes nucleares subunidades complejo I•Subunidad Fp (SDHA) complejo II•Gen ensamblaje complejo III (BCS1L)•Genes emsamblaje complejo IV (SURF1...)
GENES NUCLEARES GENES NUCLEARES
ESTABILIDAD DEL ADNmtESTABILIDAD DEL ADNmt
DELECIONES DELECIONES MULTIPLESMULTIPLES
DEPLECION DEPLECION
ESTABILIDAD DEL ADNmtESTABILIDAD DEL ADNmt
SíNDROMES SíNDROMES
1. ad-PEO y ar-PEO (Oftalmoplejía externa progresiva)
2. MDS (Síndrome de depleción mitocondrial)3. MNGIE (Encefalomiopatía neurogastrointestinal
mitocondrial)
OFTALMOPLEJÍA EXTERNA OFTALMOPLEJÍA EXTERNA PROGRESIVAPROGRESIVA
1. OFTALMOPARESIA E INTOLERANCIA AL EJERCICIO EN EL ADULTO
2. CARACTERÍSTICAS ADICIONALES:
• DEPRESION
• NEUROPATÍA PERIFÉRICA
• HIPOACUSIA
• HIPOGONADISMO
• ATAXIA
• TEMBLOR
• CATARATAS
• RABDOMIOLISIS
MDSMDS
1. ENFERMEDAD AUTOSÓMICA RECESIVA SEVERA DE LA INFANCIA
2. DEPLECIÓN DE ADNmt
3. CARACTERÍSTICAS:
• HEPATOPATÍA SEVERA (DEBUT NEONATAL Y LETAL AL AÑO DE VIDA)
• MIOPATÍA (DEBUT AL AÑO DE VIDA, LESION MOTORA)
• NEFROPATÍA
• ENCEFALOPATÍA
• ATAXIA
• TEMBLOR
• CATARATAS
• RABDOMIOLISIS
SPG7: PARAPLEJINA: metaloproteasa mitocondrial: paraplejía espástica
FRATAXINA: proteína de almacenamiento de hierro intramitocondrial; ataxia de Friedreich.
ABC7: exportador de Fe mitocondrial, controlando la generación de proteínas Fe-S citosólicas: Ataxia y anemia sideroblástica ligada al X
DDP1: Componente del sistema de importación de porteínas transportadoras mitocondriales: Síndrome sordera-distonía ligado al X
OPA1: Relacionada con las dinaminas; proteínas que generan vesiculas intracelulares rodeadas de membranas; ad-atrofia óptica y SNPs asociados a glaucoma normotensivo.
TAZ: homologo de fosfolípido aciltransferasas que controla metabolismo de cardiolipina, un componente de MIM: Síndrome de Barth ligado al X
FACTORES MITOC. RELACIONADOS CON LA CAD. FACTORES MITOC. RELACIONADOS CON LA CAD. RESP.RESP.
Características de la patología mitocondrial
• Esporádicas, de herencia materna o de herencia mendeliana
• Afectación específica o multisistémica
• Variabilidad fenotípica en miembros de una misma familia
• Aparición de los síntomas a cualquier edad
• Evolución progresiva de la sintomatología
• Relación desconocida entre genotipo y fenotipo