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Química Biológica Patológica GALACTOSEMIA Y FRUCTOSURIA Tema:9 (Bolilla 9) Dra. Silvia Varas qbpatologica.unsl@gmail.com TEMA 9: Galactosemia. Manifestaciones clínicas. Metabolismo de la galactosa en la galactosemia. Defectos enzimáticos. Metabolito tóxico. Diagnóstico. Prevención. Detección de portadores. Fructosuria. Metabolismo de la fructosa. Fructosuria esencial. Intolerancia hereditaria a la fructosa. Cuadro clínico. Mecanismo bioquímico. Diagnóstico. Origen de Galactosa Leche << Ligada con enlaces tipo β en ciertas legumbres, verduras y frutas. << En forma de galactocerebrósidos y gangliósidos en algunas vísceras de animales 1 Absorción de Gal SGLT1 GLUT 2 GLUT 5 Glucosa-6-Fosfatasa Premio Nobel, 1970 Glucosa-6- Deshidrogenasa GLUCEMIA SANGRE Via de las Pentosas→ → → D-Ribosa-5-P +NADPH + CO2 Via Glicolitica→ → →Piruvato → →→ Acetil CoA Ciclo Krebs → → CO2+ H2O 2 “por su descubrimiento de los nucleótidos de azúcar y su rol en la biosíntesis de carbohidratos” VIAS DE METABOLIZACION DE GALACTOSA β-Cetogalactónico Oxidación Descarboxilación D-xilulosa Gal Deshidrogenasa Aldosa Reductasa Metabolismo Normal: Vía Leloir VIAS DE METABOLIZACION DE GALACTOSA β-Cetogalactónico Oxidación Fosfatasa D-xilulosa Gal Deshidrogenasa Aldosa Reductasa Fosfatasa UDP-Gal Pirofosforilasa UDP-Glu Pirofosforilasa Descarboxilación UDP-Gal Pirofosforilasa UDP-Glu Pirofosforilasa 3 Cuando hay incapacidad de metabolizar galactosa por las rutas normales La “vía de la pirofosforilasa” con UDP Galactosa Pirofosforilasa y UDP Glucosa Pirofosforilasa (Reacción 6 y Reacción 7) Aldosa Reductasa puede ser reducida a galactitol (Reacción 4) Galactosa-Deshidrogenasa a galactonato (Reacción 5) Galactoquinasa (GALK) DESORDENES HEREDITARIOS DEL METABOLISMO GALACTOSA Galactoquinasa (GALK) Galactosa 1- Fosfato Uridil Transferasa (GALT) Uridina difosfato galactosa 4- Epimerasa (GALE) El gen GALK1 se encuentra en el brazo largo (q) del cromosoma 17 en la posición 24 La enzima se expresa en hígado, GR, leucocitos, fibroblastos, placenta y varios tejidos fetales y adultos en humanos El dominio N terminal de la enzima monomerica se muestra en azul y el dominio C-terminal en rojo. Se muestra el sitio activo donde se une galactosa y fosfato inorgánico 4 Galactosa 1- Fosfato Uridil Transferasa (GALT) Se expresa en hígado, ID, ovarios, cerebro, fibroblastos y eritrocitos El gen que codifica GALT esta localizado en el cromosoma 9p13 y tiene una extensión de 4,3Kb, constituido por 11 exones. Las dos subunidades del dímero de la enzima se muestran en color rojo y azul. Se indica la posición de los metales en formas de esferas. En el sitio activo de la enzima se encuentra unido UDPglucosa. Tiene regulación dietaria y hormonal Uridina difosfato galactosa 4Epimerasa (GALE) El gen GALE mapea en el cromosoma 1p36. El gen incluye 12 exones que se extienden alrededor de 4 kb de ADN genómico Cada subunidad de la enzima dimerica se plega en dos dominios. Los dominios N y C terminal están en color azul y rojo, respectivamente. Unido al sitio activo NADH y UDPglucosa. La enzima se expresa en hígado, mucosa intestinal, fibroblastos, eritrocitos. Etiología Incidencia global: 1/50.000 Patogenia La deficiencia de GALK impide la fosforilación de galactosa a Gal-1-P, lo que supone un acúmulo de galactosa en sangre, y la consiguiente producción de galactonato y galactitol El acúmulo de galactitol produce edema de las fibras del cristalino, y una desnaturalización de las proteínas, responsable probablemente del desarrollo de la catarata. 5 Patogenia II En el déficit GALE se produce un acúmulo de UDPGal e incluso de Gal-1-P Hay un déficit en la síntesis endógena de galactosa y en la producción de galactolípidos y galactoproteínas Aumento de Galactitol Catarata nuclear “en gota de aceite” que puede tener un inicio intrauterino, en casos excepcionales Patogenia III El déficit GALT se produce un aumento de Gal-1-P eritrocitaria y de la galactosa plasmática con la consiguiente galactosuria La galactosa en exceso en el plasma es convertida en galactonato, y en galactitol. Biología Molecular Galactoquinasa Al menos 25 mutaciones diferentes han sido identificados en los lugares de GALK galactocinasa en pacientes. La enzima humana incluye 392 aminoácidos con una masa molecular de 42 kDa Algunas de las mutaciones son: 1569C→T en el exón 2 (R68C), 7093C→T en el exón 6 (T 288M), 7538G→C en el exón 8 (A384P) y una deleción de un par de bases en el exón 5 (2833del C). 6 Galactosa-1-Fosfato Uridil Transferasa Las 6 mutaciones más comunes p.Q188R, p.S135L, p.K285N, p.L195P, p.T138M y p.Y209C son el 80% de los casos de galactosemia clásica. Una 7ª mutación IVS 2-2 A>G ha sido descrita en la población hispana. Mutación N314D: Variantes La variante Duarte es un alelo polimorfico del gen GALT que resulta en actividad alterada de la enzima. Este polimorfismo común en la población es sin signos clínicos o síntomas Deficiencia de GALT: Alelos Duarte: La mutación N314D esta asociada con dos variantes de galactosemia que tienen actividad de GALT alterada pero con fenotipos subclínicos diferentes. Duarte-1 (Los (Los Angeles) Angeles) Duarte-1 Duarte-2 (D2) Esta asociado asociado con con Esta Esta asociado con aumento de de la la actividad actividad aumento disminución de la actividad de GALT (110-130% de de GALT (110-130% de de GALT lo normal) lo normal) El polimorfismo N314D es N314D es es un un ligamiento ligamiento un ligamiento en N314D en desequilibrio desequilibrio con con la la en desequilibrio con 3 sustitución silenciosa silenciosa sustituciones intrónicas sustitución L218L (c.652C>T). (c.652C>T). (IVS 4nt-27g>c; IVS 5ntL218L 24g>a y IVS 5nt+62g>a) y una deleción de 4pb en el promotor de GALT La frecuencia frecuencia de de los los La La frecuencia de los alelos alelos D1 D1 es es de de 2,7 2,7 alelos D2 es de 5,1 El Alelo Duarte puede tener significancia clínica con otras mutaciones en el gen GALT, llamadas galactosemia DG (genotipo Duarte/Galactosemia). La combinación de una mutación clásica (G) y la variante D muestra una disminución de la actividad de GALT pero no resulta típicamente en los síntomas de galactosemia clásica 7 Tabla II: Diagnostico de sospecha de la Galactosemia I-Clínica de sospecha II- Bioquímica Inespecífica A- Síntomas Tóxicos A- Disfunción Hepática Vómitos Rechazo del alimento Depresión neurológica Hiperbilirrubinemia Hipoalbuminemia Déficit complejo protrombina GOT, GPT, GGT, LDH Acidos Biliares plasmáticos. Hipoglucemia B- Afectación oftalmológica. Cataratas B- Tubulopatía proximal renal Acidosis hiperclorémica Glucosuria Aminoaciduria Albuminuria C- Fracaso hepático grave III- Bioquímica Específica A-Galactosuria Diagnostico Bioquímico B- Aumento de galactosa en plasma C- Aumento de Gal-1-P en eritrocitos Ictericia Hepato-esplenomegalia Ascitis Diátesis hemorrágica D- Tubulopatía proximal Determinación de metabolitos Determinación de actividad enzimática D- Galactitol en plasma y orina E- Déficit Inmunitario Sepsis E. coli Determinación de metabolitos: Galactosa en Orina Gal-1-P en eritrocitos Gal TOTAL en eritrocitos Galactosa en Orina: Pesquisa Neonatal Galactosa oxidasa Galactosa + O2 Ac.Galactónico + H2O2 Peroxidasa Tabla VIII: Resumen de los niveles de metabolitos Deficiencia Galactosa (Plasma u Orina) Gal-1-P (sangre) GALK Elevada Normal GALT Elevada Elevada GALE Normal - Elevada Elevada H2O2 + Cromógeno Cromógeno oxidado + H2O Los valores normales en RN: • hasta 60mg/dl de orina 8 Galactosuria Cuantitativa D- Galactosa es oxidada a D-galactonolactona (que en un medio alcalino se hidroliza espontáneamente) en presencia de la enzima galactosa deshidrogenasa (EC1.1.1.48). La formación de NADH es medido en un intervalo de 10’, por incremento en la absorbancia a 340nm que es proporcional a la cantidad de D-Galactosa en la muestra. Gal-1-P= Gal Total (2º) – Gal (1º) Determinación Enzimática Galactosa 1- Fosfato Uridil Galactosa-1-Fosfato Uridil Transferase (GALT), en Sangre Hemolizado de GR Transferasa (GALT) en eritrocitos 9 Ausencia NADPH – No hay decoloración del Azul de Metileno Análisis Molecular: Detección de Mutaciones por > NADPH ⇒ > actividad de GALT ⇒ > rapidez de decoloración de AM amplificación por PCR+ER Mutación Q188R Mutación N314D Mutación S135L En Brasil la galactosemia tiene una frecuencia de 1:19.984 recién nacidos. Q188R: exon 6, Por PCR se amplifica PA: 256 bp. El cambio de de una A por G crea un sitio de corte para la enzima de restricción HpaI. El alelo Q188R genera dos bandas de 158 y 98 bp. El alelo normal tiene un fragmento de 256pb. N314D, Duarte 2 variant:exon 10, Por PCR se amplifica PA: 166pb La mutación genera un sitio de corte para la enzima Ava II El alelo N314D genera dos bandas de 100 y 66 bp. El alelo normal tiene un fragmento de 166pb. S135L: exon 5, Por PCR se amplifica PA: 252 bp. La mutación genera un sitio de corte para la enzima TaqI en el exón 5. El alelo S135L genera dos bandas de 192 y 60 bp. El alelo normal tiene un fragmento de 252pb. (A) Q188R – exon 6 GALT gene. L, marker; lane 1, mutated homozygous (referred case); lanes 2 and 3, heterozygous (two screened cases) and lanes 4–10, homozygous wild-type allele. (B) N314D – exon 10 GALT gene. L, marker; lane 4, homozygous mutated allele (referred case); lanes 1, 2, 5 and 6, heterozygous and lines 3, 7– 10, homozygous wild-type allele After amplification, the PCR products were digested overnight at 37-C using the enzymes HpaII for exon 6, AvaII for exon 10 and TaqI for exon 5. 10 ?? Duarte 2 homocigota, DG?? Tratamiento La galactosa de la dieta debe ser eliminada ante la menor sospecha La ingesta diaria no debería contener nunca más de 125 mg de galactosa (frente a los 6.500 mg que por término medio tiene una dieta de un adulto normal); Una dieta estricta contiene aproximadamente unos 40 mg Alimentos lácteos La leche y todos sus derivados son la principal fuente de galactosa liberada en el intestino mediante hidrólisis de la lactosa; y por tanto deben ser excluidos de la dieta en cualquiera de sus formas. La caseína es probablemente también una fuente importante de galactosa libre, ya que 100 gr. aportan 184 mg, y una fórmula láctea cuyas proteínas sean un hidrolizado de caseína, puede llegar a tener 60-75 mg por litro. 11 Tabla IV: Contenidos aproximados en galactosa soluble de algunos alimentos(mg/100 gr de alimentos) Menos de 5 mg Melón, uva, pomelo, naranja, fresas Espárragos, remolacha, repollo, coliflor, apio, pepino, berenjena, espinaca, lechuga y maíz. Entre 5-10 mg Manzana, banana, pera. Brócoli, zanahoria, cebolla, nabo. Entre 10-20 mg Kivi, sandia, piña. Col de Bruselas, calabazas, sandia, batata. Entre 20-30 mg Arándano Tomate Entre 30-50 mg Soja, alubias Más de 100 mg Control del tratamiento: Los marcadores utilizados para el seguimiento del tratamiento dietético son los niveles de Galactosa-1-P eritrocitarios, y galactitol plasmático. Valores de 4 mg % de Gal-1-P, y de 25-30 µmol/L de galactitol plasmático (mg/dl =38 x µmol/L), es lo máximo que puedan aceptarse como buenos Lentejas, guisantes, porotos Más de 400 mg Higos secos, pasas, avellanas Garbanzos Bibliografía: - Baldellou A.; Briones P. y Ruiz M. AECOM: Asociación Española para Estudio de Errores Congénitos del Metabolismo: Protocolo 9: Galactosemia. Protocolo de diagnóstico y tratamiento de los errores congénitos del metabolismo de la galactosa - Segal SS ; Berry GT. Disorders of Galactose Metabolism. En Scriver CR, Beaudet AL, Sly W S, Valle D (eds). The metabolic and molecular bases of inherited disease. New York, McGraw Hill, 2001; pag. 967-1000 - Annet M. Bosch. Classical galactosaemia revisited. J Inherit Metab Dis (2006) 29:516–525 - J. DíazRuiz, A.CordónMartínez,J.LópezLópezyA.JuradoOrtiz. Galactosemia. An Pediatr (Barc). 2011 JM Flanagan, G McMahon, SH Brendan Chia, P Fitzpatrick, O Tighe, C O’Neill, P Briones, L Gort, L Kozak, A Magee, E Naughten1, B Radomyska, M Schwartz, JS Shin, WM Strobl, LA Tyfield, HR Waterham, H Russell, G Bertorelle, JKV Reichardt, PD Mayne and DT Croke. 2010. The role of human demographic history in determining the distribution and frequency of transferase-deficient galactosaemia mutations. Heredity 104, 148–154 - Amanda E. Carney, Rebecca D. Sanders, Kerry R. Garza, Lee Anne McGaha, Lora J. H. Bean, Bradford W. Coffee, James W. Thomas, David J. Cutler,Natalie L. Kurtkaya and Judith L. Fridovich-Keil. Origins, distribution and expression of the Duarte-2 (D2) allele of galactose-1-phosphate uridylyltransferase. Human Molecular Genetics, 2009, Vol. 18, No. 9 - Mohamed Jama, Lesa Nelson, Rong Mao and Elaine Lyon. Simultaneous Amplification, Detection, and Analysis of Common Mutations in the Galactose-1Phosphate Uridyl Transferase Gene.J Mol Diagn 2007, 9:618–623. - Suzuki, M., West, C. and Beutler, E. (2001) Large-scale molecular screening for galactosemia alleles in a pan-ethnic population. Hum. Genet., 109, 210–215. Alguna pregunta? 12 Trastornos del metabolismo de la Fructosa Estructura Fructosuria esencial Intolerancia hereditaria a la fructuosa Deficiencia hereditaria de fructosa 1,6 bifosfatasa No existen métodos específicos para la determinación de fructuosa en presencia de otros azucares. La mayoría de los métodos colorimétricos derivan de la reacción de Selivanoff Para confirmar la presencia de fructuosa se realiza por TLC y cromatografía liquida hidroximetilfurfural resorcinol Sin embargo, da positivo para las siguientes reacciones: Cromatografia de la orina del paciente y estándar de azucares.(Butanol-acido ácetico; 16 horas) 13 Fructuosa ingresa al enterocito a través del transportador apical GLUT5 por difusión facilitada. La captación desde el enterocito a la circulación portal es por medio del transportador basal GLUT2, el cual transporta también glucosa y galactosa. MUSCULO Fosfohexosa isomerasa HIGADO Aldolasa B Fosfofructo Quinasa-1 (PFK-1) Fructuosa 1,6-bisfosfatasa (FBPasa-1) Aldolasa 14 Glucosa Enzimas del metabolismo de Fructuosa: Glicerol, Lactato y Alanina Hexoquinasa (cerebro, músculo) 1-Fosfofructoquinasa (músculo) PFK-1 FBPasa-1 Fructuosa 1,6 bisfosfatasa Fructaldolasa (Fructuosa 1,6-difosfato Aldolasa, Aldolasa) Fructoquinasa (músculo e hígado) Fructuosa-1-fosfato aldolasa Triosaquinasa Efectos tóxicos de Fructuosa Acido Úrico Acido Láctico 2-Incremento de Lactato en sangre provocado por Fructuosa La mayor actividad de fructoquinasa comparada con la capacidad de la hexaquinasa + glucoquinasa para fosforilar glucosa; El hecho que en la fructolisis elude el paso de la vía glicolítica catalizado por la PFK-1 (fosfofructoquinasa) evita el punto principal de control metabólico a lo largo de la vía glicolítica; Una estimulación de piruvato quinasa, la segunda enzima regulatoria de la vía glicolítica, por fructosa 1−fosfato y por fructuosa 1,6− bisfosfato. 15 Defectos hereditarios: Fructosuria benigna o esencial: Deficiencia de fructoquinasa (FK) Intolerancia hereditaria a la fructuosa: Deficiencia de la Aldolasa B Deficiencia hereditaria de fructosa 1,6 bifosfatasa Fructosuria benigna o esencial: Deficiencia FK No ocasiona síntomas clínicos, por lo que su detección suele ser un hallazgo casual. Esto sucede al encontrar sustancias reductoras en orina en pacientes que están ingiriendo fructosa o alimentos que la contengan. Fructosuria benigna o esencial: Deficiencia FK La enzima se expresa en hígado, riñón, intestino, islotes pancreáticos y corteza renal Esta enzima actúa en la conversión de fructosa a fru-1-P, de forma que la fructosa se acumula en la sangre y es eliminada por la orina aunque una parte, la ingerida, se puede metabolizar probablemente por otras vías minoritarias. Su frecuencia se estima en 1/120.000, aunque probablemente, dada su benignidad, haya muchos casos no diagnosticados y la frecuencia real sea superior. Intolerancia hereditaria a la fructuosa: Deficiencia de la Aldolasa B Frecuencia se estima en 1/23-25.000 Hay falta de actividad del enzima fructosa1,6-difosfoaldolasa o aldolasa B. Metabolito TOXICO que se acumula: Fru-1P Produce agotamiento de los depósitos de Pi hepáticos. Cae la [ATP] celular 16 ATP (40%) Pi (80%) Algunos efectos tóxicos observados con hiperfructosemia Acido Úrico Acido Láctico Magnasemia Fosfatemia Glucemia Acidosis metabólica Intolerancia de Fructosa Hereditaria Condiciones Normales Adenilato kinasa adenosina kinasa AMP deaminasa (+) Adenosina deaminasa 5’ Nucleotidasa Nucleósido Fosforilasa AMP deaminasa Xantina Oxidasa Xantina Oxidasa 17 Intolerancia hereditaria a la fructuosa: Deficiencia de la Aldolasa B Intolerancia hereditaria a la fructuosa: Deficiencia de la Aldolasa B Mutaciones en gen de Aldolasa B Mutación A149P (G C) Porcentaje de alelos con la mutación 67% A174D 16 % L288∆C Cambio en marco de lectura Población Europea (50 pacientes.) Intolerancia hereditaria a la fructuosa: Deficiencia de la Aldolasa B Laboratorio Deficiencia hereditaria de Fructosa-1 ,6difosfatasa (FDPase-1) hepática El primer paciente con una deficiencia de FDPase-1 fue descrita en 1970. Los pacientes se presentan con la hipoglucemia, acidosis, cetonuria, e hiperventilación Se trata de un defecto autonómico recesivo que se caracteriza en el periodo neonatal por presentar episodios de hiperventilación, apnea, hipoglucemia con cetosis y acidosis láctica Restringida a sujetos sicilianos 18 Glucosa Deficiencia hereditaria de Fructosa-1 ,6difosfatasa (FDPase-1) hepática Glicerol, Lactato y Alanina El bloqueo metabólico altera la vía de formación de glucosa a través de la neoglucogénesis incluyendo el glicerol, lactato y alanina. En un recién nacido o un individuo después de un ayuno prolongado aumenta la necesidad de obtención de energía y al estar bloqueada la neoglucogénesis se produce hipoglucemia, que normalmente está acompañada de hiperlactatemia, aumento del ácido pirúvico y cuerpos cetónicos. Deficiencia hereditaria de Fructosa-1 ,6difosfatasa (FDPase-1) hepática El objetivo principal del tratamiento es prevenir hipoglucemias y Evitar la neoglucogénesis, proporcionando una dieta fraccionada, con ingesta elevada de carbohidratos compuestos (cereales integrales) PFK-1 FBPasa-1 Tratamiento: Consiste en eliminar la fructosa de la dieta con la dificultad que esto con lleva, dado que la sacarosa suele ser componente de numerosos productos. 19 Bibliografía: Gitzelmann R., Steimann B., Van den Berghe G. Disorders of Fructuose Metabolism. En Scriver CR, Beaudet AL, Sly W S, Valle D (eds). The metabolic and molecular bases of inherited disease. New York, McGraw Hill, 2001; Chapter 23. pag. 905-934. Nadia Bouteldja & David J. Timson. The biochemical basis of hereditary fructose intolerance. J Inherit Metab Dis (2010) 33:105–112 Alguna pregunta? 20