Identificació de mutacions en gens implicats en el metabolisme de l'acid lipoic i en l'aciduria 3-metiglutaconica
- Autores: Xenia Ferrer Cortes
- Directores de la Tesis: Antònia Ribes Rubió (dir. tes.), Frederic Tort Escalé (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Medicina e Investigación Traslacional por la Universidad de Barcelona
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- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
En los últimos años nuestro grupo ha identificado mutaciones en diferentes genes que provocan una fuerte deficiencia de ácido lipoico, un cofactor necesario para la actividad de diversas enzimas del metabolismo energético mitocondrial. Por otro lado, ha sido ampliamente aceptado en la literatura que el ácido 3-metilglutacónico es un marcador emergente de enfermedad mitocondrial, relacionado sobretodo con mutaciones en genes que codifican para proteínas implicadas en la homeostasis de las membranas mitocondriales. En esta tesis nos hemos centrado en el estudio de dos tipos de trastornos: las deficiencias del metabolismo del ácido lipoico y la aciduria 3-metilglutacónica.
El ácido lipoico es un cofactor necesario para la actividad de cinco complejos multienzimáticos: cuatro complejos 2-cetoácido deshidrogenasa (PDH, 2-KGDH, BCKDH, 2-OADH) y el complejo de degradación de la glicina (GCS). Los defectos en la biosíntesis de este cofactor asociados a enfermedad se describieron por primera vez en el año 2011, cuando nuestro grupo identificó mutaciones en el gen NFU1 en pacientes que presentaban encefalopatía severa y un fenotipo bioquímico compatible con deficiencias de la actividad de las enzimas dependientes de ácido lipoico. NFU1 codifica para una proteína implicada en la biogénesis de los clústers de Fe-S y es necesaria para la síntesis del ácido lipoico. Para poder comprender los mecanismos fisiopatológicos subyacentes a esta enfermedad, en este trabajo hemos analizado y caracterizado los perfiles de expresión proteica en diferentes tejidos de pacientes con mutaciones en NFU1. Estos estudios han demostrado que la deficiencia de ácido lipoico unido a proteínas y los defectos en el ensamblaje y la actividad de los complexos I y II de la CRM son rasgos bioquímicos característicos de esta enfermedad. Los resultados obtenidos demuestran que la deficiencia en la lipoilación de las proteínas es detectable en fibroblastos y en muestras de tejido muscular, hepático y la sustancia blanca cerebral, siendo los fibroblastos el material más adecuado y menos invasivo para dirigir el diagnóstico de pacientes con sospecha de defectos en el metabolismo del ácido lipoico. Además, hemos demostrado que la proteína NFU1 se expresa ubicuamente en humanos y que los niveles son más elevados en los primeros meses de vida. Este hallazgo pone de manifiesto la importancia de la función de NFU1 en esta etapa, hecho que podría explicar la aparición de los primeros síntomas de la enfermedad en este periodo.
También hemos identificado dos pacientes NFU1 con un fenotipo bioquímico particular asociado a la presencia de la mutación c.545+5G>A. Estos individuos presentaban defectos del complejo II de la CRM. Sorprendentemente las actividades del complejo I y de las enzimas dependientes de ácido lipoico fueron normales. Los estudios funcionales realizados en fibroblastos de estos pacientes han demostrado que la mutación c.545+5G>A, aunque afecta severamente al proceso de “splicing”, genera niveles residuales de transcrito NFU1 WT debido a una regulación particular del tipo “leaky splicing”. De este modo, los niveles residuales de proteína NFU1 WT que se derivarían de este proceso serian suficientes para lipoilar y restablecer las actividades enzimáticas dependientes de ácido lipoico y del complejo I de la CRM, pero no de la del complejo II. La descripción de este fenotipo bioquímico y de sus bases moleculares aporta nuevos conocimientos sobre la fisiopatología y las bases moleculares de la enfermedad causada por mutaciones en NFU1 y proporciona elementos clave para mejorar la estrategia diagnóstica de estos pacientes y , en general, de pacientes con sospecha de deficiencias en la biosíntesis del ácido lipoico.
En esta tesis hemos identificado por primera vez mutaciones en LIPT1, un nuevo gen asociado a enfermedad en humanos. La detallada caracterización del fenotipo bioquímico ha permitido identificar mutaciones patogénicas en LIPT1 y determinar el papel de esta proteína en la lipoilación específica de las subunidades E2 de los complejos 2-cetoacido deshidrogenasa pero no de la proteína H del GCS. La descripción de mutaciones en este gen y los correspondientes estudios funcionales han proporcionado la primera evidencia de un defecto en el transporte del ácido lipoico en humanos. Este hallazgo ha ampliado el espectro de alteraciones genéticas asociadas a deficiencias en el metabolismo de los cofactores.
Mediante la secuenciación del exoma hemos identificado mutaciones en el gen SERAC1 en una paciente con aciduria 3-metilglutacónica, en la que previamente se habían descartado las causas genéticas conocidas asociadas a esta enfermedad. La descripción de esta paciente nos ha permitido, además, expandir la sintomatología asociada a la deficiencia de SERAC1.
En este trabajo de tesis hemos desarrollado una estrategia de cribado en base a una detallada caracterización del fenotipo clínico y bioquímico de los pacientes, que ha sido clave para dirigir los estudios genéticos mediante técnicas de “Next Generation Sequencing”. Esta estrategia nos ha permitido la identificación de la causa genética de la enfermedad en un número significativo de pacientes con sospecha de defectos en el metabolismo energético mitocondrial.
