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BASES MOLECULARES E BIOQUÍMICAS DAS DOENÇAS GENÉTICAS Profa. Dra. Merari de Fátima Ramires Ferrari Depto de Genética e Biologia Evolutiva - IBUSP e-mail: merari@usp.br Tel. 3091-8059 BIO228 – GENÉTICA HUMANA FARMÁCIA – 2011 Exemplos de classes de proteínas associadas a doenças genéticas e a região celular onde essas proteínas têm função. Alterações nessas proteínas podem levar a disfunções celulares. DESORDENS: •METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina •MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação •PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina •TRANSPORTE Fibrose Cística •PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita •MITOCÔNDRIAS Modelo de via metabólica ilustrando os efeitos da deficiência enzimática Acúmulo do substrato e/ou seus derivados Deficiência do produto e os componentes subsequentes DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS METABOLISMO DA FENILALANINA Deficiências em diferentes enzimas desta via causam: (1) fenilcetonúria clássica (2) Albinismo oculocutâneo (3) Alcaptonúria (4) Tirosinemias DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS HIPERFENILALANINEMIA Deficiência da PAH Deficiência da BH4 cofator da fenilalanina hidroxilase, tirosina hidroxilase e triptofano hidroxilase DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS HOMOCISTINÚRIA Aminoacidopatia Retardo mental Osteoporose Ossos longos Tromboembolismo venoso e arterial RESUMO DO METABOLISMO DA GLICOSE, FRUTOSE E GLICOGÊNIO Deficiências enzimáticas podem causar: (1)Hiperglicemia (2)Doença de Von Gierke (sangramento, hepatomegalia, hipotonia) (3)Frutosúria (4)Intolerância hereditária à frutose (5)Doença de Cori (falência hepática e muscular) (6)Doença de Anderson-Fabry (isquemia cardíaca, cerebral, renal) (7)Doença de Tarui (cãimbras e fadiga musculares) DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS METABOLISMO DE ÁCIDOS GRAXOS Adrenoleucodistrofia = óleo de Lorenzo Dieta sem ácidos graxos de cadeia longa Rica em ácidos graxos curtos DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS Jejum prolongado requer utilização de ácidos graxos como fonte de energia Deficiência do metabolismo de ácidos graxos •Hipoglicemia •Letargia LISOSSOMO DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS Doença de Tay-Sachs DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS Hipotonia, espasmos, cegueira, epilepsia Gangliosidose GM2 Deficiência em degradar gangliosídeos =esfingolipídeos de membrana plasmática com cabeça polar (oligossacarídeos com carga negativa – ácido siálico) O sistema de 3 genes necessários para a atividade da hexosaminidaseA e as doenças que resultam de mutações em cada um dos genes. A enzima Hexosaminidase A não está funcionante no lisossomo Glicoesfingolipídeo não é digerido e se acumula no lisossomo DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS Inserção de 4 bases (TATC) no gene da hexosaminidase A na doença de Tay-Sachs. DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS Síndrome de Hurler Feição grosseira, hepatoesplenomegalia, catarata, problemas ósseos, retardo mental, Cardiopatia, problemas respiratórios Deficiência em enzima que digerem glicosaminoglicanos =acúmulo no lisossomo Mucopolissacaridoses DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS Glicosaminoglicanos (nome atual para mucopolissacarídeos) GAGs sulfatação ligados a proteínas Distribuição ácido hialurônico não não cartilagem, líquido sinovial, pele, tecido de sustentação condroitinsulfato dermatansulfato sim sim sim sim cartilagem, osso, pele, córnea, artérias, pele, vasos sangüíneos, coração heparansulfato heparina sim sim sim sim membranas basais, pulmões, artérias pulmão, fígado, pele, grânulos de mastócito queratansulfato sim sim cartilagem, córnea, disco vertebral Polissacarídeos de longos - Tecido conjuntivo Síndrome de Hurler= acúmulo lisossomal de heparan/queratan sulfato Deficiência da enzima α-L-iduronidase DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS α1AT= glicoproteína inibidora de enzima protease Risco aumentado para enfisema pulmonar (alelo Z) DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS α1AT= inibidor de enzima protease Risco aumentado para enfisema pulmonar (alelo Z) Radiografia do tórax de um indivíduo que carrega 2 alelos Z do gene α1AT mostrandp hiperinflação e hiperluscência característica do enfisema DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS α1AT= inibidor de enzima protease Risco aumentado para enfisema pulmonar (alelo Z) Associação com o ambiente DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS DIRECIONAMENTO DE PROTEÍNAS PARA LOCAIS ESPECÍFICOS DA CÉLULA manose-6-fosfato = lisossomos Doença de inclusão celular (I-cell disease) = falha na adição da M6P nas proteínas lisossômicas = lisossomo vazio Proteínas sem M6P não são reconhecidas por receptores que as levam para os lisossomos = lisossomo vazio DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS Proteínas hiperglicosiladas perdem a função (receptores) Ex.: Mutações de sentido errado no receptor de IFNG geram novos sítios de glicosilação e perda da capacidade em responder ao IFNG = Aumento da suscetibilidade a infecções (doença da suscetibilidade mendeliana a micobactéria) DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS ALTERAÇÃO DO METABOLISMO DE LIPÍDIOS PODE INFLUENCIAR A SÍNTESE DE HORMÔNIOS Esterificação do colesterol Formação do colesterol 4 PROTEÍNAS ASSOCIADAS A HIPERCOLESTEROLEMIA 4 PROTEÍNAS ASSOCIADAS A HIPERCOLESTEROLEMIA Mutação de sentido errado: aumenta a atividade da PCSK9 degrada mais o receptor de LDL=hipercolesterolemia Mutação sem sentido: diminui a função da PCSK9 degrada menos o receptor de LDL=diminui os níveis de LDL = protege contra doença coronariana ESTRUTURA DO GENE RECEPTOR DE LDL ILUSTRANDO OS 5 DOMÍNIOS E O EFEITO DA MUTAÇÃO NESSES DOMÍNIOS. DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS DIABETES Hiperglicemia Disfunção do receptor de insulina prejudica a entrada de glicose na célula DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS FIBROSE CÍSTICA Bloqueio da saída do Cl- intracelular DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS FIBROSE CÍSTICA Estrutura do gene CFTR e da proteína (canal de cloreto) Formação do poro Regulação DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS DISTROFIA MUSCULAR DE DUCHENNE DISTROFIA MUSCULAR DE BECKER A distrofina liga a matriz extracelular (laminina) ao citoesqueleto de actina. A distrofina interagem com um complexo multimérico composto por distroglicanas, sarcoglicanas, sintrofinas e distrobrevinas. Alfa/beta distrogliana é um complexo receptor de laminina. Visualização do efeito da mutação no gene da distrofina em um paciente com distrofia muscular de Becker e de Duchenne. Coluna da esquerda ilustra as células e tecido conjuntivo Coluna da direita mostra marcação da distrofina DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS Pseudohipertrofia da panturrilha devido à substituição do músculo por tecido conjuntivo e gordura em um garoto de 8 anos de idade com distrofia muscular de Duchenne. Radiografia de um prematuro com osteogênese imperfeita (forma letal) Crânio grande e não mineralizado Cavidade torácica pequena Vértebras achatadas Ossos longos deformados e/ou quebrados DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS ESTRUTURA DO COLÁGENO TIPO I Cada cadeia é formada por uma tripla hélice de procolágeno que é secretada no espaço extracelular onde é clivado para formar o colágeno. No osso permite a mineralização DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS TECIDOS AFETADOS POR MUTAÇÕES NO mtDNA DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS DESORDENS: METABÓLICAS (ENZIMAS) Aminoacidopatias Metabolismo de cofatores Outros Armazenamento lisossômico Doença de Tay-Sachs Mucopolissacaridoses Alfa1-antitripsina MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS Perda/ganho de glicosilação PROTEÍNAS RECEPTORAS Hipercolesterolemia Resistência a Insulina TRANSPORTE Fibrose Cística PROTEÍNAS ESTRUTURAIS Distrofia muscular Osteogênese imperfeita MITOCÔNDRIAS GENES MITOCONDRIAIS ENVOLVIDOS EM DOENÇAS