LA GLUCOCEREBROSIDASA Y LA ENFERMEDAD DE GAUCHER

Beatriz Moreno, Sara Kaminski, Lola Navarro. 1º de Biología Sanitaria. 2019.

1.INTRODUCCIÓN Y DESCUBRIMIENTO

La glucocerebrosidasa (Gcase) es una proteína que cumple una ruta metabólica relativamente sencilla dentro de los lisosomas pero que, al sufrir mutaciones, puede provocar enfermedades raras, como la de Gaucher, o estar relacionada con ellas, como con el Parkinson o el cáncer.

Lo más llamativo de esta proteína es la enfermedad que causa al ser mutada (Gaucher) .

En 1882, un médico francés, Philippe Charles Ernest Gaucher, describió por primera vez el trastorno al observar a una paciente con el hígado y el bazo muy aumentados, pero, por desgracia, no se encontró ninguna explicación bioquímica.

En 1924, comenzaron las investigaciones sobre este caso. H. Lieb, un médico alemán, aisló un compuesto graso del bazo y, posteriormente, en 1932, fue identificado por Aghion como glucocerebríosidos. Dieciséis años más tarde, Groen JF descubrió que la enfermedad se transmitía genéticamente, añadiendo que no dependía de la raza, sino de la localización de la anomalía en el cromosoma 1 y, por último, Brandy Roscoe, demostró que esta enfermedad estaba relacionada con la falta de la enzima glucocerebrosidasa.

En 1991, se creó el primero registro Internacional de Gaucher, y en el 2008 se creó GLAEG, cuyo principal objetivo era aumentar el conocimiento sobre la enfermedad para así mejorar la atención y la calidad de vida de los pacientes.

2. PAPEL BIOQUÍMICO

Los lisosomas utilizan enzimas digestivas para romper diversas sustancias. La glucocerebrosidasa pertenece a este grupo de proteínas y, como tal, cataliza la escisión de la glucosilceramida en glucosa y ceramida, así como la de glucosilesfingosina en esfingosina y agua. Al encontrarse en los lisosomas, se activa como máximo a un pH de 5.5 , que es el del compartimento lisosómico.

Las colas de los dos glucolípidos quedan embebidas en la membrana del lisosoma, lo que provoca que ambos sustratos sean inaccesibles y se precise la ayuda de la proteína Saposin C (SAPC) para activarlos. La Saposin C es una de las cuatro proteínas homólogas derivadas de sucesivas divisiones de la proteína precursora, prosaposin.

La SAPC y la Gcase se asocian en la membrana intralisosomal, pero el mecanismo por el cual la Saposin C consigue que los lípidos sean accesibles para la enzima no se conoce todavía.

La beta-glucocerebrosidasa es inhibida de forma irreversible por la glucosa “analog Conduritol B epoxide”.

3. EVOLUCIÓN

Con el fin de obtener información sobre la evolución molecular del gen funcional y el pseudogen de la glucocerebrosidasa, se secuenció una parte de este gen de varias especies, donde se incluyen; el gorila, el mono ardilla, el chimpancé y el orangután.

Tanto en el gorila, como en el orangután y el chimpancé, hay dos copias del gen mientras que, en el mono ardilla, solo hay una.

Como en los humanos, la segunda copia en gorilas y chimpancés no es funcional, por la eliminación del exón 9, mientras que en el orangután sí parece serlo.

En conclusión, podemos decir que en un algún momento de la evolución, en la divergencia de los grandes simios, se produjo una duplicación. También, que el no ser funcional ocurrió antes de dar lugar al chimpancé y al gorila, pero después de la divergencia del orangután, que es un ancestro nuestro.

Además, como curiosidad, ninguna de las mutaciones corresponde a la enfermedad de Gaucher en primates.

4. ESTRUCTURA

Como acabamos de mencionar, la glucocerebrosidasa es una enzima lisosomal que requiere otra proteína, la Saposin C, para poder unirse a sus sustratos. Esta segunda proteína no solo hace de mediador, sino que también induce un cambio conformacional para estimular la actividad de la enzima. Como consecuencia, mutaciones en la glucocerebrosidasa que afecten a su asociación con la SAPC daría como resultado una disminución de la actividad de la Gcase, así como un aumento de su vulnerabilidad que conlleva que se degrade antes. De esta manera, una mutación en el gen PSAP que causaría un mal funcionamiento o la ausencia de la SAPC provocaría una variante de la enfermedad de Gaucher, de la que hablaremos en profundidad más adelante.

En cuanto a su estructura, la glucocerebrosidasa es una proteína globular compuesta por tres dominios.

Estructura de la glucocerebrosidasa. PDB: 2NT1. Observamos los tres dominios de la proteína, en azul las lámina beta y en naranja las alfa hélice.
  • El dominio I (residuos del 1-27 y 388-414) es una pequeña lamina beta compuesta por tres hebras. Este dominio contiene dos puentes disulfuro necesarios para su correcto plegamiento, así como un residuo glucosilado requerido para la actividad catalítica.
  • El dominio II (residuos 30-75 y 431-497) es una estructura de barril beta independiente formada por ochos hebras.
  • El dominio III (residuos 76-381 y 416-430) el cual presenta una conformación de barril (α/β), llamada Tim -Barrel, que contiene el sitio activo. Esta estructura está formada por ocho subunidades compuestas por una beta plegada seguida de una alfa hélice que componen una estructura central conocida como barril.

Los dominios I y III están estrechamente asociados, unidos por uno de los bucles de la entrada del sitio de unión. Los dominios II y III están separados por un bucle más largo.

El sitio activo es la zona de la enzima a la cual se une el sustrato para que la reacción se produzca. En este caso, contiene dos residuos catalíticos (E340 y E235) y se encuentra en la cavidad formada en el centro del motivo del Tim-Barrel, rodeado de otros residuos. Los bucles que contienen los residuos presentes en la entrada del sitio activo pueden reorganizarse en distintas conformaciones para regular la accesibilidad de sustrato.  

RESIDUOS CATALÍTICOS. En esta imagen se observa el centro activo con los dos residuos catalíticos: E340 y E235.

5. ENFERMEDAD DE GAUCHER.

La glucocerebrosidasa, como ya hemos explicado, es una enzima lisosomal encargada de la separación entre la glucosa y la ceramida, es decir, lípidos.
Su defecto produce una acumulación de dichos lípidos, los cerebrósidos, en los lisosomas y fomenta la creación de células de Gaucher, que son las responsables de la enfermedad de Gaucher.
Los cerebrósidos son un tipo de esfingolípidos formados por la unión de la
esfingosina con monosacáridos producidos de manera continua en todo el
organismo por el catabolismo de los glucolípidos que se encuentran en las
membranas celulares de células sanguíneas como los leucocitos y los hematíes obsoletos. Las enfermedades causadas por la acumulación de lípidos se denominan lipidosis.
Siendo de herencia autosómica recesiva, esta enfermedad entra en el grupo de las enfermedades raras. La mutación que la causa se localiza en el gen 1q21.

SÍNTOMAS DE LOS PACIENTES.

Entre los síntomas que manifiestan los pacientes se encuentra la anemia, trombocitopenia*, hepatoesplenomegalia** y lesiones óseas, que debido al dolor que les genera reduce notablemente su calidad de vida. Por lo tanto, es necesario un diagnóstico eficaz de la enfermedad.

DIÁGNOSTICO DE LA ENFERMEDAD.

Realizar un rápido diagnóstico de esta enfermedad es fundamental, dado que es de vital importancia aplicar un tratamiento adecuado que contrarreste los efectos de la acumulación de los lípidos.

En primer lugar, cabe destacar que existe la posibilidad de llevar a cabo un examen genético prenatal que identifique la predisposición del feto a sufrir dicha enfermedad. Sería ciertamente eficiente en el caso de personas con ascendencia judía oriunda de Europa Central y Oriental, quiénes son más propensos a padecerla. A aquellos padres que ya tienen un hijo con la enfermedad de Gaucher de tipo 2 se les debe proponer dado que los riesgos son muy altos. Éste puede llevarse a cabo midiendo la actividad enzimática en muestras de vellosidades coriónicas* entre las 10 y las 12 semanas de amenorrea*, o en amniocitos hacia las 16 semanas de amenorrea.

Sin embargo, siendo una técnica relativamente innovadora, la mayoría de los pacientes han estado y siguen sujetos al diagnóstico convencional.

El procedimiento consiste en la localización de las células de Gaucher, producto del déficit de la proteína, que se acumulan mayormente en la médula ósea, hígado, bazo y ganglios linfáticos.

Las células de Gaucher suelen ser grandes (hasta 100 micras de diámetro) y se caracterizan por la presencia de lisosomas primarios, cargados de lípidos, que se acumulan formando pilas. Células similares se encuentran en varios tipos de leucemias y anemias. Además, poseen un grado bastante avanzado de inmortalidad. Esto provoca un considerable aumento de tamaño del bazo y el hígado, donde ya hemos mencionado que se acumulan en grandes cantidades, y la sustitución de los elementos normales de la médula ósea por ellas mismas.

SUBTIPOS DE LA ENFERMEDAD.

Dentro del diagnóstico de la enfermedad es indispensable la clasificación del subtipo de Gaucher que presenta el paciente. Dependiendo de cuál sea, este necesitará distintos tratamientos y presentará síntomas más concretos de cada tipo.

La enfermedad de Gaucher de tipo 1 es la más común, reuniendo al 95% de pacientes que sufren esta enfermedad. Su prevalencia en la población es de 1/100.000 y la edad de diagnóstico es inferior a los 10 años en la mitad de los casos. Esto es un problema dado que confirma la hipótesis de que la enfermedad se desarrolla con independencia de la edad, es decir, aunque es cierto que cuanto más adulto sea el paciente más se desarrollan los síntomas dado que la acumulación de los cerebrósidos es mayor, estos pueden aparecer tanto a la temprana edad de los niños como a la avanzada de los ancianos.

Se caracteriza, en rasgos generales, por la falta de síntomas neurológicos concretos. Sin embargo, ocasiona un agrandamiento del tamaño del hígado y del bazo, así como numerosas fracturas óseas, que afectan gravemente a la calidad de vida del paciente, y un dolor constante. En varios pero raros casos se han observado también problemas renales y pulmonares. Además, un rasgo muy común es el retraso del crecimiento y, en consecuencia, también de la pubertad.

La enfermedad de tipo 2 es la menos común, representando el 1% de los casos. El desarrollo de este tipo de Gaucher comienza durante el embarazo, por eso es recomendable que las familias con antecedentes de esta enfermedad consideren la opción de realizar un examen prenatal del feto, con el fin de despejar la duda de si sufren la mutación. Entre los 3 y 6 meses de vida los síntomas son muy acusados. Entre ellos el más característico es la neurodeficiencia grave. Esta causa atrofia oculomotora*, así como un considerable aumento del tamaño del hígado y en consecuencia de dolor. Con el tiempo el paciente empieza a tener dificultad para tragar y comienza a sufrir espasmos. En la mayoría de los casos estos derivan en convulsiones, que son considerados epilepsia mioclónica, la cual no responde a tratamientos antiepilépticos. El pronóstico de esta enfermedad es muy malo, siendo este subtipo el que presenta más alto índice de mortalidad entre los subtipos no letales, pues los pacientes suelen fallecer antes de los 2 años primeros años de vida.

El tercer subtipo de Gaucher es conocido por ser el subtipo neurológico juvenil, dado que se suele desarrollar desde la niñez a la adolescencia. En este caso las neuropatías se desarrollan poco a poco y más tarde que en el subtipo 2. Sin embargo, en numerosos casos son indistinguibles dado que los síntomas son prácticamente iguales que los de este, aunque también se incluye la demencia.

Se piensa que estas afecciones se dan por la acumulación de los cerebrósidos y los lípidos en los vasos perivasculares* y los pequeños vasos sanguíneos cerebrales.

Se puede dar un cuarto subtipo de Gaucher, derivado del tercero, que se caracteriza por la calcificación de las válvulas del corazón, por lo que se conoce como Gaucher de tipo cardiovascular.

En raros casos se ha descrito un tipo mortal de Gaucher, el letal perinatal, que causa complicaciones desde antes del nacimiento. Los niños sufren una seria hinchazón debida a la acumulación de liquido dentro del cuerpo, hidropesía fetal, cuando todavía se encuentran en el vientre de su madre. Tras el nacimiento, se observan distintos rasgos faciales, así como piel notablemente seca y escamada. Los que la padecen sobreviven tan solo unos días tras su nacimiento.

SAPOSIN C.

El papel de esta proteína, como ya hemos explicado, es fundamental, pues es la encargada de activar la enzima glucocerebrosidasa, es decir, actúa como cofactor. Si la Saposin C no funciona correctamente pueden darse dos escenarios:

  • En algunos casos aislados poco frecuentes, dentro de la poca frecuencia en la que Saposin C falla, los pacientes sufren cambios a nivel fenotípico, pero no sufren las consecuencias de la ausencia de Saposin C. Esto quiere decir que no presentan síntomas más allá de, por ejemplo, el dimorfismo facial que puedan sufrir.
  • Existe un tipo de Gaucher del que sólo se han documentado cinco casos hasta el día de hoy, que es causado por la ausencia de Saposin C y que sí tiene consecuencias sintomáticas. Sin embargo, no se ha obtenido suficiente información como para establecer un patrón en el desarrollo de la enfermedad.

Conceptos (*):

  • Trombocitopenia*: cualquier situación de disminución del nivel normal de plaquetas (100.000/mm^3)
  • Hepatoesplenomegalia*: crecimiento excesivo del hígado y el bazo.
  • Vellosidades coriónicas*: son proyecciones minúsculas de tejido placentario que comparten la composición genética del bebé durante el embarazo.
  • Amenorrea*: sinónimo de embarazo.
  • Atrofia oculomotora*: incapacidad de realizar ciertos movimientos con el ojo.
  • Vasos perivasculares*: vasos sanguíneos que rodean el cerebro.

6. DATO INTERESANTE

El tratamiento convencional para la enfermedad de Gaucher es muy costoso, por lo que a unos científicos de Brasil se les ocurrió modificar genéticamente a una cabra, a la que llamaron “Gluca”, para que produjera leche con la enzima glucocerebrosidasa y así poder usarla como tratamiento para esta enfermedad, puesto que es más barato alimentar una cabra que a células.

Este experimento no se ha confirmado todavía, pero si su leche contiene la suficiente glucocerebrosidasa, las células de “Gluca” podrán ser usadas para hacer más clones y producir más leche.

7. BIBLIOGRAFÍA

-ESTRUCTURA:

https://www.pnas.org/content/116/11/5086

-DESCUBRIMIENTO:

https://es.wikipedia.org/wiki/Enfermedad_de_Gaucher#Historia

-EVOLUCIÓN:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1079979605001129

-DATO INTERESANTE:

https://revistapesquisa.fapesp.br/en/2016/02/24/transgenic-goats/

-PAPEL BIOQUÍMICO:

https://www.pnas.org/content/116/11/5086

https://dmm.biologists.org/content/dmm/9/7/769.full.pdf

https://www.medigraphic.com/pdfs/revcubgencom/cgc-2012/cgc121b.pdf

http://www.aeefegaucher.es/images/guias/2007.pdf

https://ghr.nlm.nih.gov/gene/GB

-GENERAL:

http://scielo.isciii.es/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1699-695X2010000200011

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22652185

https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/Disease_Search.php?lng=ES&data_id=21361&MISSING%20CONTENT=Atypical-Gaucher-disease-due-to-saposin-C-deficiency&search=Disease_Search_Simple&title=Atypical-Gaucher-disease-due-to-saposin-C-deficienc

https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?lng=ES&Expert=77259

https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?Expert=77260&lng=ES

https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?Expert=77261&lng=ES

https://www.medigraphic.com/pdfs/revmexneu/rmn-2007/rmn073i.pd

https://n.neurology.org/content/70/24/2272.shortGeneral: http://scielo.isciii.es/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1699-695X2010000200011

-SAPOSIN C:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22652185

https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/Disease_Search.php?lng=ES&data_id=21361&MISSING%20CONTENT=Atypical-Gaucher-disease-due-to-saposin-C-deficiency&search=Disease_Search_Simple&title=Atypical-Gaucher-disease-due-to-saposin-C-deficiency

https://academic.oup.com/hmg/article/23/21/5814/2901041

-TIPOS DE GAUCHER:

Tipo I: https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?lng=ES&Expert=77259

Tipo II: https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?Expert=77260&lng=ES

Tipo III: https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?Expert=77261&lng=ES

https://www.medigraphic.com/pdfs/revmexneu/rmn-2007/rmn073i.pdf

-GAUCHER Y PARKINSON:

https://n.neurology.org/content/70/24/2272.short

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