Classificação genética das doenças mitocondriais, parte II:

Avanços recentes na compreensão da base genética molecular das doenças mitocondriais têm ajudado na classificação dessa desordem. A classificação das doenças mitocondriais é difícil. Embora uma classificação puramente clínica pode ser útil, muitos indivíduos não se enquadram em uma categoria específica da doença.  Por exemplo, entre um grupo de indivíduos clinicamente indistinguíveis com oftalmoplegia externa, alguns podem ter uma grande mutação de DNAmt, outros um único nucleotídeo variante do DNAmt, e outros ainda uma variante patogênica heterozigótica em um gene nuclear causando anomalias secundárias no DNA mitocondrial.

Quadro de classificação genética de doenças mitocondriais

Mutação do DNA nuclear

Mutação do DNA mitocondrial

Fonte: 

Chinnery, P. F. Mitochondrial Disorders Overview. GeneReviews. June 8, 2000.           Disponível em <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1224>. Acesso em 09/11/2015.

Classificação genética das doenças mitocondriais, parte I

Podemos classificar geneticamente as doenças mitocondriais quando forem:
1) De aparecimento esporádico (por rearranjos do DNA mitocondrial-duplicação ou deleção). As mutações esporádicas acometem apenas o DNA mitocondrial e não são vistas no DNA nuclear. Temos a síndrome de Kearns-Sayre (SKS), a oftalmoplegia externa crônica progressiva (OECP) e a síndrome de Pearson, exemplos típicos que serão descritos detalhadamente depois aqui no blog.

2) Temos o grupo de doenças mitocondriais de herança materna. Nesse grupo as síndromes clássicas da doença são caracterizadas por uma mutação de ponte localizada em diversos sítios do DNA mitocondrial. Temos as seguintes síndromes:

• Epilepsia mioclônica e miopatia com RRF (myoclocic epilepsy and ragged-red fiber, MERRF);
• Encefalomiopatias mitocondriais, acidose láctica e episódios similares a acidentes vasculares cerebrais (mitochondrial encephalomyopathy, latic acidosis and stroke-like episodes, MELAS);
•  Doença de Leigh e neuropatia de Leber, ataxia, retinite pgmentosa-NARP;
•  Neuropatia óptica hereditária de Lebr (Leber’s hereditary optic neuropathy, LHON).

3) Temos também as doenças mitocondriais de herança mendeliana (DNA nuclear), as principais características são: defeitos em genes codificadores de proteínas estruturais da mitocôndria, defeitos diretos em genes codificadores de enzimas da cadeia respiratória, defeitos em genes codificadores necessários para a montagem ou a importação de proteínas mitocondriais e defeitos na sinalização intergônica.

Fonte: 

Nasseh, Ibrahim E. Doenças Mitocondriais. Revista de Neurociências 9(2):60-69, 2001. Disponível em <http://www.revistaneurociencias.com.br/edicoes/2001>. Acesso em 08/11/2015 . 

Doenças Mitocondriais: a genética mitocondrial

A primeira doença mitocondrial foi descrita por Ernester et al., em 1959, sobre um paciente eutiroideano que apresentava um histórico de sintomas relacionados a um estado de permanente hipermetabolismo com alterações morfológicas e bioquímicas da mitocôndria. (Nasseh, Ibrahim E. et al.,2001).
Somente na década de 70 é que outras doenças mitocondriais começaram a ser descritas. 

Em 1981, a caracterização completa da sequência nucleotídica do DNA mitocondrial humano foi desvendada por Anderson et al., tornando possível relacionar alterações bioquímicas, estruturais e histopatológicas das doenças. No início da década de 90 apenas cinco mutações haviam sido descritas, após alguns anos de pesquisas mais de 100 mutações já haviam sido publicadas. (Rocha, Gisele Gavinhos; Alves, Marina Ferreira,2008).

As mitocôndrias são organelas presentes em células eucariontes, envoltas por duas membranas, sabe-se que o correto funcionamento e sua estrutura dependem da integridade e interação do genoma mitocondrial e nuclear. Sua principal função é prover energia à célula. As doenças mitocondriais mais estudadas e mais comuns são as que afetam a cadeia respiratória.

O DNA mitocondrial é uma molécula que codifica 13 unidades proteicas da cadeia respiratória, 22 tRNA e dois genes para RNA ribossômicos. O DNA mitocondrial é responsável por 15 % da síntese de proteína da cadeia respiratória, o restante é feito pelo DNA nuclear.  O DNA mitocondrial é transmitido pela linhagem materna. Cada mitocôndria contém de 5 a 10 genomas mitocondriais, e cada célula, dezenas a centenas de moléculas, dependendo do tecido.  Assim, existindo uma mutação no DNA mitocondrial, a célula pode apresentar 100% de DNAmt mutado ou 100% de DNAmt normal, o que chamamos de homoplasmia, ou pode apresentar a mistura dos dois tipos o que chamamos de heteroplasmia. A transmissão de DNA mutado ocorre durante a divisão da mitocôndria, sendo aleatória a proporção passada para cada célula filha. São necessários altos níveis de DNAmt mutado para que a célula apresente alteração na sua função. Porém os níveis necessários para que a célula se torna deficiente depende do tipo de tecido e do tipo de mutação.
São necessários cerca de 3000 genes para fazer uma mitocôndria e desses, apenas 37 são codificados pelo DNA mitocondrial, sendo o restante pelo núcleo. O DNA nuclear é responsável pela síntese de proteínas, assim o funcionamento perfeito da mitocôndria depende da interação dos dois genomas.

Fontes: 

Nasseh, Ibrahim E. Doenças Mitocondriais. Revista de Neurociências 9(2):60-69, 2001. Disponível em <http://www.revistaneurociencias.com.br/edicoes/2001>. Acesso em 08/11/2015.

Rocha, Gisele Gavinhos; Alves, Ferreira Marina. Perfil Clínico dos pacientes do Ambulatório de Neuropediatria da Universidade Federal de São Paulo - EPM, 2008. Disponível em <http://www.latoneuro.com.br/common/pdf/tcc/tcc2007/Gisele.pdf>. Acesso em 08/11/2015.

O que são as doenças mitocondriais?

São doenças causadas por defeito na produção de energia, assim a mitocôndria passa a ter seu funcionamento anormal, podendo apresentar irregularidades em alguma proteína da cadeia respiratória ou irregularidade no modo como se reúnem nessa cadeia. Essas anormalidades podem ser causadas por mutações, adquiridas ou herdadas que codificam os componentes mitocondriais podendo ser também decorrente de efeitos de drogas, infecções ou outras causas ambientais.

As doenças mitocondriais surgem como um resultado de uma disfunção na cadeia respiratória, causada por mutações do DNA nuclear ou mitocondrial podendo afetar um único órgão ou vários sistemas. Os defeitos do DNA nuclear se apresentam na infância e os defeitos do DNA mitocondrial se apresentam tardiamente na infância ou na vida adulta, porém as doenças mitocondriais podem se apresentar em qualquer idade.

A cadeia respiratória é a via final essencial para o metabolismo celular, sendo que os tecidos e órgãos dependente desse metabolismo estarão consequentemente envolvidos nos distúrbios mitocondriais, entretanto os sintomas predominantes são os neuromusculares. Dependendo do tecido afetado podemos observar sintomas como alterações no controle motor, problemas visuais e auditivos, assim como doenças cardíacas, hepáticas e respiratórias, além de vários outros distúrbios que serão relatados aqui no blog.

 O genoma mitocondrial com as mutações mais frequentes e doenças associadas 

Como diagnosticar?

Alguns indivíduos apresentam um quadro clínico característico de uma doença mitocondrial específica e o diagnóstico pode ser confirmado através de um teste de genética molecular por meio da extração de DNA do sangue. Quando o teste genético molecular é ineficaz no diagnóstico é necessário que haja mais investigações e uma série de testes clínicos, incluindo a biopsia muscular, deverão ser realizados para confirmar o distúrbio.

É importante que seja feita uma investigação baseada na bioquímica mitocondrial e genética pois várias doenças podem ser confundidas com as doenças mitocondriais, além de que com o diagnóstico em mãos é possível o aconselhamento genético para que o portador da doença e seus familiares possam conhecer, entender e obter informações referentes a prevenção.

Fontes:

Chinnery, P. F. Mitochondrial Disorders Overview. GeneReviews. June 8, 2000.  Disponível em <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1224>. Acesso em 04/11/2015.

Fenichel GM. Neurologia pediátrica. Sinais e sintomas. 3ª ed. Rio de Janeiro: Revinter; 2000.

Bioquímica da Mitocôndria

A mitocôndria tem papel fundamental no metabolismo celular, sendo responsável por transformar a energia que provém dos alimentos em energia útil para a célula. Foram citadas as principais funções dessa organela e para entendermos melhor seu funcionamento, assim como as doenças relacionadas, precisamos entender os processos bioquímicos básicos.

Estruturalmente a mitocôndria têm duas membranas, a membrana mitocondrial externa, permeável a moléculas pequenas e íons e a membrana mitocondrial interna, impermeável à maioria das moléculas pequenas e a íons, sendo que as espécies que atravessam a membrana o fazem por meio de transportadores específicos. Na membrana interna encontramos os componentes da cadeia respiratória e a ATPsintase, enzima responsável pela síntese de ATP.

Grande parte da energia celular é proveniente da fosforilação oxidativa, processo de síntese de ATP, e a mitocôndria é o local onde esse processo ocorre, sendo responsável pela a manutenção desse sistema.

 A fosforilação oxidativa começa com a entrada de elétrons na cadeia de carregadores de elétrons, chamada de cadeia respiratória. Para isso os elétrons são coletados das vias catabólicas, derivados de glicose, oxidação de aminoácidos e da β oxidação de ácidos graxos e são conduzidos para aceptores de elétrons, nucleotídeos de nicotinamida (NAD+ ou NADP+) ou nucleotídeos de flavina (FMN ou FAD).  Esse processo tem a finalidade de transferir elétrons do NADH e FADH2 para o oxigênio em uma sequência de reações de oxidorredução. A cadeia transportadora consiste em uma série de condutores de elétrons, a maioria deles proteínas associadas a grupos prostéticos que aceitam ou doam elétrons. Os componentes da cadeia respiratória estão localizados na membrana mitocondrial interna por onde os elétrons fluem para o oxigênio, à medida que os elétrons passam ao longo da cadeia ocorre a liberação de energia para sintetizar ATP, a “moeda energética” da célula.

Fluxo de elétrons e prótons pelos quatro complexos da cadeia respiratória Entendendo melhor a Cadeia Transportadora de elétrons Fontes: Nelson, David L.; COX, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. Porto Alegre: Artmed, 2011. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. Pereira, L.C. Mitocôndria como Alvo para Avaliação de Toxicidade de Xenobiótico. Revista Brasileira de Toxicologia 25, n.1-2 (2012). Disponível em http://www.researchgate.net. Acesso em 03/11/2015. Ferreira, M. Cadeia Respiratória Mitocondrial Aspectos Clínicos, Bioquímicos, Enzimáticos e Moleculares Associados ao Défice do Complexo I. Arquivos de Medicina,vol.22, Nº2/3. Disponível em http://www.scielo.mec.pt/pdf/am/v22n2-3/22n2-3a04.pdf. Acesso em 03/11/2013.

Entendendo a Mitocôndria

As mitocôndrias são organelas presentes nas células de praticamente todos os organismos eucarióticos. Cada mitocôndria é limitada por duas membranas altamente especializadas, a membrana externa e a membrana interna, formando dois compartimentos separados:

Espaço interno da matriz, circundada por uma membrana interna, geralmente retorcida, formando cristas e o seu interior contendo enzimas, ribossomos, grânulos e DNA próprio, sendo a membrana interna altamente especializada e contendo fosfolipídios e variedade de proteínas transportadoras;

Espaço intermembranas, localizada entre a membrana externa e a membrana interna, nesse compartimento há diversas enzimas que utilizam o ATP originado na matriz para fosforilar outros nucleotídeos. É o compartimento que realiza um papel importante na produção de ATP,  com funções vitais para suas atividades.

Função

 As mitocôndrias são muitas vezes comparadas com “usinas de forças” pois são responsáveis por converter a energia dos nutrientes em formas que podem ser utilizadas pelas células. Sua principal função é liberar energia gradualmente das moléculas de ácidos graxos e glicose, provindos da alimentação, produzindo ATP onde a energia é armazenada e usada pelas células para realizar sua atividades. Elas desempenham um papel importantíssimo no metabolismo celular, pois contribuem para a geração de energia, metabolismo intermediário, morte celular programada e também estão comprometidas em outros processos como o controle de crescimento celular, ciclo celular e sinalização celular.

Fontes:

ALBERTS, B.; JOHNSON, A.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WALTER, P. 2010. Biologia Molecular da Célula. 5ª Edição. Editora Artmed.
SILVERTHORN, Dee U.; Fisiologia Humana – Uma abordagem integrada. 5 ed. Porto Alegre: Artmed, 2010.
JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 8 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan S.A., 2008.

MARIEB, Elaine N., HOEHN, Katja. Anatomia e fisiologia. 3. ed. Porto Alegre: Artmed; 2008.