Alteración del metabolismo de los nucleótidos en enfermedades mitocondriales causadas por defectos en la comunicación íntergenómica

Resumen

Las enfermedades mitocondriales debidas a defectos en la comunicación Íntergenómica son aquellas causadas por mutaciones en genes nucleares que codifican proteínas importantes para la integridad del ADNmt (ADN mitocondrial), ya sean proteínas relacionadas con la maquinaria de replicación del genoma mitocondrial, o con el metabolismo de nucleósidos/nucleótidos. En consecuencia, el ADNmt presenta depleción, deleciones múltiples y/o mutaciones puntuales. Entre estas enfermedades se encuentran el MNGIE (encefalomiopatía neurogastrointestinal mitocondrial), causado por mutaciones en el gen que codifica la enzima timidina fosforilasa (TP); y las formas miopática y hepatocerebral de los síndromes de depleción del ADN mitocondrial, causadas por mutaciones en los genes que codifican las enzimas timidina quinasa 2 (TK2) y desoxiguanosina quinasa (dGK), respectivamente. En los últimos años se ha avanzado bastante en la caracterización de estos síndromes, pero las conexiones fisiopatológicas entre la disfunción enzimática (con sus consecuencias bioquímicas) y las alteraciones del ADNmt no han sido demostradas. Se acepta la hipótesis de que un desequilibrio en las concentraciones de desoxinucleósidos trifosfato (dNTPs) es el responsable de las alteraciones en el ADNmt. El primer objetivo de este trabajo, ha consistido en el diagnóstico bioquímico y molecular de pacientes de MNGIE y en el diagnóstico molecular de pacientes con déficit en TK2 y dGK. De este modo, se han diagnosticado un total de 14 pacientes de MNGIE con mutaciones en el gen TYMP (codifica la TP), 1 paciente con mutaciones en el gen TK2 (codifica la TK2), y otro con mutaciones en el gen DGUOK (codifica la dGK). De las diferentes mutaciones halladas en todos estos pacientes, 10 son de nueva descripción. Para estudiar los mecanismos responsables de las alteraciones en el ADNmt observadas en estos pacientes, se ha llevado a cabo la caracterización bioquímica y molecular de fibroblastos en cultivo de pacientes con mutaciones en las enzimas TP, TK2 y dGK. Se han determinado las concentraciones de dNTPs celulares, y en los fibroblastos de pacientes MNGIE, también se ha estudiado la integridad del ADNmt. Nuestros resultados muestran que en los modelos celulares utilizados, no existe un desequilibrio de dNTPs en los pacientes con déficit en TK2 y dGK, pero sí en los pacientes de MNGIE, en los que el dTTP incrementa significativamente en presencia de los nucleósidos timidina y desoxiuridina, aunque no se observa un daño en el ADNmt debido a la sobrecarga de dichos nucleósidos en el medio. A su vez, el cultivo de fibroblastos de pacientes MNGIE en presencia de desoxiuridina en el medio, sugiere la existencia de una incorporación transitoria de uracilo en el ADNmt de dichos pacientes. Por otra parte, se ha realizado el estudio de las mutaciones somáticas sitio-específicas T5814C, T15956C y T16172C en el ADNmt en fibroblastos de MNGIE. Los resultados obtenidos muestran que dichas mutaciones tienen una evolución diferente en función de la fase del ciclo celular en la que se encuentren las células (división o quiescencia), y según su patogenicidad: las mutaciones patogénicas (T5814C) tienden a desaparecer, a lo largo de las divisiones celulares probablemente a causa de una selección negativa, mientras que las no patogénicas (T15695C y T16172C) se mantienen o incrementan su porcentaje de heteroplasmia. Por último, se ha estudiado el efecto de la restitución de la actividad TP mediante la infusión de plaquetas, y el trasplante alogénico de células madre hematopoyéticas en pacientes MNGIE. Los resultados demuestran que la actividad TP circulante recuperada en los pacientes disminuye los nucleósidos acumulados, lo cual indica que el trasplante alogénico de células madre puede ser una terapia efectiva en estos pacientes.