Perspectivas presentes y futuras en las enfermedades de acúmulo lisosomial.

Dr. Antonio Baldellou Vázquez.

PATOLOGÍA DE ORGANELASCELULARES

BIOGÉNESIS DE LOS LISOSOMAS (I)

Formados por el retículo endoplasmático

rugoso y luego empaquetados por el

complejo de Golgi, contienen enzimas

hidrolíticas y proteolíticas que sirven para

digerir los materiales de origen externo o

interno que llegan a ellos.

Rodeados de una membrana, compuesta

por lípidos y proteínas glicosiladas, que

protege al resto de la célula de la acción de

sus enzimas .

Estas, para más seguridad actúan

fundamentalmente en un medio ácido y

son capaces de digerir polisacáridos,

proteínas, sulfatos, fosfatos y lípidos

BIOGÉNESIS DE LOS LISOSOMAS (II)

Los enzimas recién sintetizados atraviesan el

retículo endoplasmático dónde reciben cadenas

de oligosacáridos con residuos manosa-6-

fosfato (M6P) y a continuación en el aparato de

Golgi los receptores de “manosa-6-fosfato”

(MPR). (1, 2)

Tras ser transportados a los endosomas

“tardíos” (3) se disocia el receptor del enzima y

este último es liberado en el lisosoma (4) .

El receptor manosa-6-fosfato es reciclado de

nuevo a través del aparato de Golgi o de la

membrana plasmática ( 5, 7).

Los enzimas que no reciben el MPR en el

aparato de Golgi son secretados fuera de la

célula (6) y pueden ser “recapturados” por los

receptores MPR de la membrana celular o de

las células vecinas y de este modo

transportados a los lisosomas

Christian De Duve. 1955.

FUNCIONES DEL LISOSOMA

I. Desempeñan un papel fundamental en los procesos de

depuración celular de sustratos que tiene lugar a través del

sistema “endosomas-autofagosomas-lisosomas” y en los de

endocitosis mediada por receptores y utilizado por muchas

células para internalizar diversas moléculas procedentes de

células vecinas o segregadas por ellas mismas.

II. Intervienen en otras varias funciones biológicas como son

la homeostasis del colesterol, la regulación de los

receptores celulares, la inactivación de organismos

patógenos y el remodelado óseo.

III. Participan en la patogénesis de algunas enfermedades

neurodegenerativas tales como Parkinson, Alzheimer y

Huntington. (synucleinopathies)

Vias que utiliza el lisosoma para la depuración del material celular . Platt, 2012.

ENFERMEDADES LISOSOMALES

Son un grupo de alrededor de 70 enfermedades hereditarias originadas por la deficiencia de una proteína lisosomal o de una proteína no-lisosomal implicada en la biogénesis de los lisosomas.

Su frecuencia global ha venido siendo estimada hasta ahora de alrededor de 1 por cada 5.000 - 8.000 recién nacidos, pero probablemente estas cifras deberán ser revisadas al alza en un inmediato futuro.Henri G. Hers

1963.

ENFERMEDADES LISOSOMALES. ETIOLOGIA

� Regidas por una herencia de carácter autosómico recesivo � Excepto tres de ellas: Fabry y Hunter (X-LR), Danon (X-LD).� Un “master gen” localizado en 6p21.1, codifica el factor de transcripción TFEB.� Los genes responsables de la biogénesis y función de los lisosomas forman parte de la red CLEAR junto a otros genes implicados en el metabolismo celular y función de organelas, porque tienen un dominio común, GTCACGTGAC, llamado Coordinated Lysosomal Expression and Regulation, que es la diana del TFEB.� El TFEB regula la expresión de los genes CLEAR.� En condiciones anómalas el TFEB pasa del citoplasma al núcleo activando los genes diana.

Locus gen

Proteína

490 aa

Gen

TFEB direct targets with a known role in lysosomal function (Palmieri M, 2011)Category Gene name

Lysosomal hydrolases andaccessory proteins ASAH1, CTSA, CTSB, CTSD, CTSF, GAA,

GALNS, GBA, GLA, GLB1, GNS,

GUSB, HEXA, HEXB, IFI30, NAGLU,

NEU1, PLBD2, PPT1, PSAP, SCPEP1,

SGSH, TPP1

Lysosomal membrane C1orf85, CD63, CLCN7, CLN3, CTNS,

MCOLN1, SLC36A1, LAMP1,

TMEM55B

Lysosomal acidification ATP6AP1, ATP6V0A1, ATP6V0B,

ATP6V0C, ATP6V0D1, ATP6V0D2,

ATP6V0E1, ATP6V1A, ATP6V1B2,

ATP6V1C1, ATP6V1D, ATP6V1E1,

ATP6V1G1, ATP6V1H

Non-lysosomal proteins involvedin lysosomal biogenesis NAGPA, GNPTG, IGF2R, M6PR,

BLOC1S1, BLOC1S3, HPS1, HPS3,

HPS5, SUMF1

Autophagy BECN1, GABARAP, HIF1A, NRBF2,

PRKAG2, RAB7A, RRAGC, SQSTM1,

STK4, UVRAG, VPS8, VPS11, VPS18,

VPS26A, VPS33A, VPS35, WDR45

(A) Lysosomal function.

(B) cellular compartment

(C) biological process

Palmieri M, 2011.

Composition of the CLEAR network.

ENFERMEDADES LISOSOMALESCLASIFICACIÓN TRADICIONAL : MOLÉCULA ACUMULADA

• Lipidosisesfingolipidosis

glicoesfingolipidosis: Fabry, Gaucher, GM1, GM2, LMD

otras esfingolipidosis: Niemann-Pick

otras enfermedades de depósito lipídicoWolman

• Mucopolisacaridosis: MPS

• Glucogenosis: Pompe

• Glucoproteinosis :Aspartilglicosaminuria

• Ceroidolipofusinosis neuronales : Lipofusinosis neuronales

• Mucolipidosis: Mucolipidosis (I-cell disease)

• Otras: Cistinosis

ALTERACIONES CONGÉNITAS LISOSOMALESCLASIFICACIÓN MOLECULAR: FUNCIÓN ALTERADA

Defecto primario de hidrolasa lisosomalGaucher, MPS, Pompe, GM1, Farber, Fabry, etc..

Defecto del procesado post-translacional del enzimaMucosulfatidosis

Defecto del tráfico del enzimaI-cell disease

Defecto de la protección del enzimaGalactosialidosis

Defecto en una proteína soluble no enzimáticaNiemann Pick tipo C

Defecto de una proteína de transmembrana no enzimáticaDanon disease

No bien clasificadosLipofusinosis ceroidea neuronal 4 y 7

Pathogenic cascades in

lysosomal disease—Why

so complex?

S. U. Walkley, 2008

Mutación génica

Alteración función

o estructura proteica

Fisiopatología

Alteraciones orgánicas

Manifestaciones clínicas

Hypothetical cascade of events in LSD pathology.

Endo/autolysosomal

events are confined to

the darker shaded

background,

whereas processes

taking place in the

cytoplasm that affect

autophagosomes, the

ER, Golgi,

peroxisomes,

And mitochondria are

on the lighter

background.

Processes depicted

have been observed

in a number of LSDs

but do not necessarily

apply to all LSDs.

Platt, 2012

Summary of organelles affected in LSDs. Platt, 2012

CARACTERÍSTICAS CLÍNICAS GENERALESDE LAS ENFERMEDADES LISOSOMALES

• Pueden debutar en cualquier edad• Gran heterogeneidad clínica• Habitualmente afectación multisistémica

alta frecuencia del SNC (2/3)• Evolución progresiva• Gran disminución de la calidad de vida

Enfermedad de Fabry

AUMENTO DE LA PREVALENCIA DE LAS E.L. EN EL ADULTO

I. Mejora en la formación sanitariaInborn errors of metabolism in adults. Saudubray JM, Sedel F.

Ann Endocrinol (Paris). 2009 Mar;70(1):14-24

II. Aumento supervivenciacribado neonatal / cribado seleccionado

mejores opciones terapéuticas

centros de referencia para tratamiento integral

mejora en la equidad

III. Diagnóstico mejor en el adultoestrategia diagnóstico por especialidades

Endocrine manifestations related to inherited metabolic diseases in adults.

Vantyghem MC, Dobbelaere D, Mention K, Wemeau JL, Saudubray JM, Douillard C.

Orphanet J Rare Dis. 2012 Jan 28;7:11.

Inborn errors of metabolism in adult neurology].

Sedel F.

Rev Neurol (Paris). 2013 Feb;169 Suppl 1:S63-9

The female Gaucher patient: the impact of enzyme replacement therapy around key reproductive events (menstruation, pregnancy and menopause).Zimran A, Morris E, Mengel E, Kaplan P, Belmatoug N, Hughes DA, Malinova V, Heitner R,

Sobreira E, Mrsić M, Granovsky-Grisaru S, Amato D, vom Dahl S.

Blood Cells Mol Dis. 2009 Nov-Dec;43(3):264-88.

Pregnancy in a patient with mucopolysaccharidosis type IH homozygous for the W402X mutation.

Hendriksz CJ, Moss GM, Wraith JE.

J Inherit Metab Dis. 2004;27(5):685-6

Histologic abnormalities of placental tissues in Fabry disease: a case report and review of the literature.Thurberg BL, Politei JM.

Hum Pathol. 2012 Apr;43(4):610-4

Management of a pregnancy complicated by Pompe disease.Weida J, Hainline BE, Bodkin C, Williams MK.

Case Rep Obstet Gynecol. 2012;2012:137861.

The management of pregnancy in Gaucher disease.

Granovsky-Grisaru S, Belmatoug N, vom Dahl S, Mengel E, Morris E, Zimran A.

Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 2011 May;156(1):3-8.

EMBARAZO Y ENFERMEDADES LISOSOMALES

ENFERMEDADES LISOSOMALES (LSD). DIAGNÓSTICO

I. Diagnóstico preimplantacionalGheona Altarescu, et al.

Prevention of Lysosomal Storage Diseases and Derivation of. Mutant StemCell Lines by Preimplantation Genetic Diagnosis. Mol Biol International doi:10.1155/2012/797342

(“..20 unaffected children from 17 families….”).

II. Diagnóstico prenatal enzimático/molecular

III. Cribado sistemático neonatalBioquímico: Inmunocuantificación / MS/MS

Fabry, Gaucher, Krabbe, MLD, MPS I, II, IIIA, VI, Pompe, N-Pick A/B, DMS, ML II/IIIInforme ETS , AETSA, 2011/11. Sevilla ¿por el momento no usar?

Molecular. ¿ Secuenciación total ?

IV. Cribado selectivo neurológico. Paneles múltiples (Genroutes: 58 genes)

V. Diagnóstico clínicoSospecha clínicaExámenes complementarios de orientación diagnóstica.

biomarcadores, imagen, electrofisiología, proteoma?

VI. Confirmación diagnósticaEstudio enzimático Estudio molecular

OPCIÓN TERAPÉUTICA E D L PERSPECTIVAS DE FUTURO

Tratamiento sintomático Asistencia global

Aporte Enzimático

TES

Células madre (BMT/CB))

Dosis altas ?

Mejor tolerancia inmunológica

Vida media más larga

Paso BBB

Uso intratecal

Autólogas pluripotenciales

Con hiperexpresión génica (lentivirus,

retrovirus))

Microencapsuladas

Terapia Génica

Genes (AAV)

Modificación expresión génica

Mejora vehículos y seguridad

Uso intratecal

Hiperexpresión CLEAR

Stop codon read-through: gentamicina

Tratamiento Enfermedades Lisosomales I

OPCIÓN TERAPÉUTICA E D L PERSPECTIVAS DE FUTURO

Manipulación enzimática

Chaperones químicos (pirimetamina) Moléculas más eficientes

Reducción de la síntesis de sustrato (RSS)

Miglustat

Genisteina

Bloqueo específico

Terapia combinadaTES + células madre

TES + RSS

RSS + aspirina + antiinflamatorios

Células madre + Terapia génica

Células madre + antioxidantes

Combinar nuevas opciones terapéuticas

OtrasIndometacina

Ibuprofeno

Phyoestrógenos antioxidantes

Estimulo exocitosis regulando homeostasis

del Ca

Regulación homeostasis del Fe

Estímulo autofagia: litio. (Ac. Transretinoico)

Tratamiento Enfermedades Lisosomales II

Apéndice I. TRATAMIENTO EDL

Stem Cell Transplantation in Inherited Metabolic DisordersRobert Wynn Hematology Am Soc Hematol Educ Program. 2011;2011:285-91

Emerging therapies for neurodegenerative lysosomal storage disorders – from concept to realityHemsley KM, Hopwood JJJ Inher Metab Dis, 2011; 34: 1003- 1012

Avances en el tratamiento de las enfermedades lisosomales en la infancia. López Marín L, González LActa Pediatr Esp , 2011; 88 (supl): S43-S50

Neural Stem Cell Transplantation as a Therapeutic. Approach for Treating Lysosomal Storage DiseasesLamya S. Shihabuddin & Seng H. ChengNeurotherapeutics ,2011; 8:659–667

Gene, Stem Cell, and Future Therapies for OrphanDiseasesM Ian PhillipsState of the Art. Nature, 92 (2); 2012

Enzyme-Replacement Therapies for Lysosomal Storage Diseases. Technical BriefAgency for Healthcare Research and Quality U.S. Department of Health and Human ServicesAHRQ Publication No. 12(13)-EHC154-EF, January 2013

Apéndice IITable 2. Current UK Paediatric Bone Marrow Transplant Group indications for HSCT in children with IEM*Robert Wynn, 2012

Standard indication Hurler syndrome

Sly syndrome (MPSVII)

Mannosidosis

X-ALD

Clinical option Aspartylglucosaminuria

Wolman disease

Late infantile metachromatic leukodystrophy

Niemann pick C(2)

Developmental MPSIS, MPSIH/S, MPSII, MPSVI in conjunction with ERT or where alloantibodies

attenuate efficacy of ERT

Pompe where alloantibodies attenuates efficacy of ERT

Juvenile Sandhoff

Juvenile Tay Sachs

Presymptomatic or milder forms of globoid cell leukodystrophy (infantile Krabbe

when newborn and asymptomatic)

Early diagnosis fucosidosis

No evidence for BM transplantation Fabry

Infantile Tay Sachs

Infantile Sandhoff

GM1 gangliosidosis

MPSIV (Morquio)

Niemann pick B and C

* This is to guide commissioners and purchasers of HSCT services on which transplants are

indicated; this is not by any means an exhaustive list and many other publications carry such a list

of indications.

CONCLUSIONES

Las enfermedades lisosomales deben ser consideradas como

enfermedades globales de organelas celulares.

La sospecha clínica justifica el cribado molecular mediante

el uso de paneles múltiples.

El tratamiento aplicado debe estar en consonancia con la

patogenia de la enfermedad.

Es necesario valorar cuidadosamente la eficacia y eficiencia

terapéutica en cada paciente.

La asistencia global y multidisciplinaria mejora siempre

la calidad de vida de los pacientes.