Licenciatura em Bioquímica

DOENÇA DE NIEMANN-PICK

Trabalho realizado por: Patrícia Rodrigues

2º Ano de Bioquímica

Ano lectivo de 2007/2008

Projecto Tutorial orientado por: Prof. Doutor Hassan Bousbaa

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ÍNDICE

Página

Introdução 3

Lisossomas

Estrutura 4

Função 5

Biogénese 7

Doenças lisossómicas 10

Doença de Niemann-Pick

Subtipos da doença 11

Bases moleculares 13

Transmissão genética da doença 14

Diagnóstico e Tratamento 16

Conclusão 17

Bibliografia 18

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INTRODUÇÃO

Os lisossomas são organelos citoplasmáticos que têm como função a

degradação de materiais que advém do meio extracelular, assim como

a digestão de outros organelos e componentes celulares envelhecidos.

São conhecidas diversas patologias humanas relacionadas com os

lisossomas e com os receptores de enzimas lisossomais do complexo de

Golgi. Exemplos dessas doenças são, a doença de Tay Sachs, Gaucher

ou Niemann-Pick.

A doença de Niemann-Pick é uma doença lisossómica ou de

acumulação, em que a deficiência de uma enzima especifica tem

como resultado a acumulação de esfingomielina, um produto do

metabolismo das gorduras. O gene responsável por esta doença é

recessivo, o que significa que uma criança com esta doença tem um

gene defeituoso herdado dos dois progenitores.

Este trabalho tem como finalidade o conhecimento e compreensão

desta doença.

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LISOSSOMAS

Sendo a doença de Niemann-Pick uma doença lisossómica, interessa

então compreender o funcionamento dos lisossomas e em que medida

eles são uma importante influência para a manifestação da doença.

Estrutura

Os lisossomas são organelos citoplasmáticos delimitados por uma

membrana, equipados de hidrolases ácidas e cuja função principal é a

digestão intracelular de material endocitado (heterofagia) ou de

material da própria células (autofagia). Por microscopia electrónica

(figura 1), os lisossomas possuem uma forma redonda ou oval com

material denso no seu interior, mas podem apresentar variações de

tamanho, forma e conteúdo, dependendo do tipo de célula. Cerca de

50 enzimas estão localizadas nos lisossomas, incluindo lipases, proteases,

glucosidases, nucleases, arilsulfatases e fosfatase ácida, que possibilitam

decompor praticamente todo o tipo de macromoléculas nos seus

constituintes fundamentais. Do ponto de vista da origem dos materiais

degradados no seu interior, os lisossomas podem ser autolisossomas e

heterolisossomas.

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Figura 1 – Visualização histoquímica dos lisosomas. Estas microfotografias

electrónicas mostram duas secções de uma célula marcada para revelar a

posição da fosfatase ácida, uma enzima lisossómica. Os organelos maiores

incluídos na membrana são lisossomas. A sua heterogeneidade morfológica

reflecte variações na quantidade e na natureza do material que estão a

digerir. Duas vesículas pequenas carregadas com hidrolases ácidas

provenientes do Golgi são indicadas por setas vermelhas no canto superior da

microfotografia.

Função

Os lisossomas têm funções múltiplas. Os lisossomas participam na

nutrição celular, digerindo os materiais obtidos por endocitose, actuam

no catabolismo celular, destruindo macromoléculas, intervêm no

processo de reciclagem dos materiais estruturantes, destruindo as

estruturas inoperantes ou desnecessárias, ou ainda nos mecanismos de

defesa contra agentes exteriores.

As hidrólises promovidas pelos lisossomas são, na sua maioria

endocelulares, referindo-se quer à digestão de materiais exógenos

(heterofagia), quer a materiais próprios da célula (autofagia). No

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primeiro caso, a captação dos materiais realiza-se por endocitose,

ficando estes fechados em endossomas, com os quais os lisossomas

primários funcionam. No segundo caso, ocorre um fenómeno de

envolvimento das estruturas celulares a destruir por parte do retículo

endoplasmático (por exemplo, as mitocôndrias excedentárias ou

degradadas) ou macromoléculas (grãos de glicogénio, por exemplo).

Formam-se assim autolisossomas com os quais coalescem os lisossomas

primários. Tanto no primeiro como no segundo caso, após a fusão com

os lisossomas primários, formam-se vesículas onde os materiais a digerir

se misturam com as hidrolases dando origem aos lisossomas secundários.

A heterofagia constitui um dos mecanismos celulares de captação de

matéria, quando esta se encontra em condições físicas (volume, por

exemplo) incompatíveis com os mecanismos de transporte

transmembranar (figura 2). Em alguns casos, a heterofagia processa-se

no exterior da célula. As hidrolases lisossómicas actuam no exterior,

sendo libertadas por exocitose. Este tipo de digestão ocorre, por

exemplo, no processo de remodelação dos tecidos ósseo e

cartilagíneo. As pequenas moléculas resultantes da digestão são, em

seguida, absorvidas pela célula, com recurso aos mecanismos habituais

de transporte transmembranar.

A autofagia constitui uma das funções principais dos lisossomas (figura

2). Com efeito, regendo-se o funcionamento da célula, por rigorosos

princípios de economia que não autorizam a dissipação de recursos, as

estruturas envelhecidas ou desajustadas das necessidades, são

eliminadas e os seus componentes, recuperados e utilizados na síntese

de novas moléculas ou na formação de novos organelos. A célula

mobiliza, para esta reciclagem de materiais, mecanismos idênticos aos

que emprega para digerir as substâncias endocitadas.

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Figura 2 – Representação esquemática da função dos lisossomas na digestão

intracelular por autofagia e heterofagia.

Biogénese

A formação do lisossoma representa a intersecção entre a via

secretora, através da qual as proteínas lisossomais são processadas, e a

via endocítica, através da qual as moléculas extracelulares são

adquiridas na membrana celular.

As hidrolases lisossómicas são glicoproteinas que possuem, na sua

estrutura, uma manose-6-fosfato (figura 3).

Figura 3 – estrutura da manose-6-fosfato numa enzima lisossomal.

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As membranas das cisternas golgianas possuem, por sua vez, na face

interna, receptores que identificam a manose, e que fixam as hidrolases

referidas (figura 4). Só após esta operação, é que ocorre a formação de

vesículas lisossómicas. Estas porém, não possuem ainda a acidez

necessária ao pleno funcionamento dos enzimas. São por isso

designados por pré-lisossomas (P.L).

A aquisição da acidez é um processo posterior à formação da vesícula

lisossómica. Resulta do bombeamento de protões (H+) para o interior do

pré-lisossoma, realizado por bombas protónicas intrínsecas à membrana

lisossómica. Após esta fase de "maturação", o lisossoma está apto para

intervir nos processos de digestão celular. Designa-se por lisossoma

primário (L.p).

Figura 4 – Esquema da via de aquisição das enzimas lisossómicas a partir de

Golgi.

Na face de maturação dos dictiossomas, as diversas hidrolases

lisossómicas (Hs) possuem, na sua estrutura glicoproteica, uma manose-

6-fosfato (M-6P); Receptores proteicos específicos (R.m) da M-6P

localizam-se nas membranas dos dictiossomas; A ligação das hidrolases

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aos receptores membranares, induz nestes uma alteração estrutural que

se repercute na face oposta da membrana, sobre um revestimento

externo constituído por uma malha de clatrina (R.Cl); Em resultado, a

malha de clatrina aperta, estrangula localmente a cisterna golgiana e

isola uma vesícula carregada de hidrolases (Pré-lisossoma- P.L);

Enquanto a malha de clatrina se desmancha e desaparece, as bombas

de transporte activo de protões (B.p), integradas na membrana,

injectam protões na matriz lisossómica, acidificando-a. O lisossomas

passa a estar activo e pronto a intervir nos processos de digestão

(Lisossoma primário - L.p).

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Doenças Lisossómicas

Existem diversas doenças associadas com os lisossomas. Alguns

exemplos dessas patologias apresentam-se na tabela seguinte:

Doença Enzima deficiente Produto acumulado

resultante do metabolismo

Gaucher Glicocerebrosidase Glicocerebrosídeos

Tay-Sachs Hexosaminidase A Gangliosídeos

Sandhoff Hexosamindase A e B Gangliosídeos

Fabry Alfa- Galactosidase Globotriaosilceramida

Niemann-Pick Esfingomielinase Esfingomeilina

Pompe Ácido α – glicosidase Glicogénio tipo II

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Doença de Niemann-Pick

A doença de Niemann-Pick é uma doença de acumulação que resulta

de erros no processo de endereçamento, uma vez que, se a enzima

não tiver o resíduo manose-6-fosfato ela não vai até ao lisossoma. Daqui

resulta a ausência de enzimas basilares para a digestão de conteúdos

lisossomais. Manifesta-se sobretudo a nível dos fibroblastos, sendo no

entanto considerada uma doença generalizada e grave. Esta doença

tem cerca de 5 formas, dependendo da gravidade da deficiência

enzimática. Na forma juvenil grave, a enzima está completamente

ausente. Desenvolvem-se alterações graves no sistema nervoso porque

os nervos não podem utilizar a esfingomielina para produzir a mielina

necessária para as bainhas que normalmente envolvem muitos nervos.

Subtipos da doença

Niemann–Pick tipo A

A doença inicia-se na infância e é caracterizada pelo aumento do

tamanho do fígado e baço (hepatoesplenomegalia) (figura 5), e

progressiva deterioração do sistema nervoso. Crianças afectadas por

esta condição geralmente, não sobrevivem passado a infância. A

doença de Niemann–Pick tipo A ocorre mais frequentemente entre

indivíduos de Ashkenazi (da Europa Oriental e Central) ascendência

judaica do que na população em geral. A incidência dentro da

população Ashkenazi é de aproximadamente 1 em 40000 pessoas. A

incidência em outras populações é desconhecida.

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Figura 5 – A doença de Niemann-Pick no fígado. Os hepatócitos e as células

de Kupffer têm uma aparência espumosa devido à acumulação de lípidos.

(Courtesy of Dr. Arthur Weinberg, Department of Pathology, University of Texas

Southwestern Medical Center, Dallas, TX.)

Niemann–Pick tipo B

Este tipo da doença pode compreender sinais de

hepatosplenomegalia, retardo no crescimento, e problemas com a

função pulmonar, incluindo infecções pulmonares frequentes. Outros

sinais incluem colesterol e níveis lípidicos elevados. As pessoas afectadas

por este tipo de Niemann-Pick geralmente sobrevivem em idade adulta.

O tipo B ocorre em todas as populações.

Niemann–Pick tipo C

O tipo C é caracterizado pelo aparecimento na infância, embora.

Outros sinais incluem doença grave do fígado, dificuldades respiratórias,

atraso de desenvolvimento, convulsões, distonia, falta de coordenação

motora, problemas com a alimentação, e uma incapacidade de mover

os olhos verticalmente. As pessoas com esta doença podem sobreviver

durante a idade adulta. A incidência da doença Niemann - Pick, tipo C

calcula-se que seja de 1 em 150000 pessoas.

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Figura 6 – A figura mostra, através da coloração Filipin, os fibroblastos da

pele numa cultura controlo (esquerda) e os fibroblastos de um doente

com Niemann-Pick tipo C (direita).

Bases Moleculares

As bases moleculares desta doença são extremamente complexas,

devido ao papel que a formação dos endossomas tem em pacientes

com a doença.

Niemann-Pick tipos A e B

Mutações no gene SMPD1 (sphingomyelin phosphodiesterase 1) causam

os tipos A e B. Este gene codifica uma enzima chamada ácido

esfingomielinase. Esta enzima é encontrada nos lisossomas, onde se

processa lipidos, como a esfingomielina. Mutações genéticas neste

gene conduzem a uma deficiência de ácido esfingomielinase e

acumulação de esfingomielina, colesterol, e outros tipos de lipidos no

interior das células e tecidos dos indivíduos afectados.

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Niemann-Pick tipo C

Mutações nos genes NPC1 ou NPC2 causam o tipo C. O gene NPC1

produz uma proteína que está localizado em membranas no interior da

célula e está envolvida no transporte de colesterol e lipidos no interior

das células. A deficiência desta proteína leva à acumulação anormal

de lipidos e colesterol dentro membranas celulares. O NPC2 produz uma

proteína que se liga e transporta colesterol, embora a sua função

exacta não é completamente compreendida.

Transmissão genética da doença

As células do nosso corpo normalmente contêm 46 cromossomas. Cada

cromossoma é um pacote que contém centenas de genes. Esses genes

contêm a totalidade dos projectos para o nosso crescimento e

desenvolvimento, que são as instruções que fazem de nós quem somos.

Todos os nossos cromossomas (e os genes que estão localizados nestes

cromossomas) vêm em pares. Nós herdarmos um cromossoma de cada

par de nossa mãe e os outros cromossomas do par do nosso pai.

Quando há uma mudança num gene (chamado de mutação) que

contém as informações que não são as mais correctas, os genes não

podem exercer a sua função.

Pessoas com doença de Niemann-Pick têm duas cópias de uma

mutação, uma cópia herdada de cada progenitor (figura 7). Quando o

gene não está a funcionar correctamente, faz com que os sintomas da

doença apareçam.

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Figura 7 – Transmissão genética da doença de Niemann-Pick.

A portadora da doença de Niemann-Pick é uma pessoa que tem uma

mutação genética num dos pares. Os portadores não são afectados

com a doença, porque o bom funcionamento do gene é capaz de

compensar o gene que contém a mutação.

Quando dois pais são portadores de Niemann - Pick doença, existe 1 em 4

(25%) probabilidades de ter uma criança com a doença de Niemann-

Pick, 1 em 2 (50%) probabilidades de ter um filho que é um pouco

afectado como os pais e 1 em 4 (25%) probabilidades de ter um filho

que não é afectado e não é portador.

Quando um dos pais é um portador da doença de Niemann-Pick e o

outro progenitor não é, não estão em maior risco de ter uma criança

com a doença de Niemann-Pick. Em vez disso, existe 1 em 2 (50%)

probabilidades de ter um filho um pouco afectado como um dos pais.

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Diagnóstico e tratamento

O diaagnóstico para esta doença pode ser estabelecido por ensaios

bioquímicos para a actividade da enfingomiolinase, através da biopsia

da medula óssea ou do fígado.

Não existe tratamento para a doença de Niemann-Pick. Recomenda-se

o aconselhamento genético e o diagnóstico pré-natal, por meio da

determinação da actividade enzimática. Graças ao avanço da

tecnologia de DNA recombinante, é possível clonar o gene responsável

pela produção de esfingomielinase e a partir daí os indivíduos

afectados e portadores da doença podem ser detectados pela análise

de DNA. Isso já é o início de uma melhor compreensão da doença e

traz perspectivas de tratamento futuro.

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CONCLUSÃO

Com a realização deste trabalho, verifica-se que a doença de

Niemann-Pick é uma doença lisossómica, provocada pela deficiência

de uma enzima específica, esfingomielinase que causa uma

acumulação de esfingomielina (um produto que advém do

metabolismo das gorduras).

O gene responsável pela doença é recessivo, o que significa que uma

criança com esta doença tem um gene defeituoso herdado dos dois

progenitores.

Existem três subtipos desta doença em que os tipos A e B são bastante

semelhantes e também possuem um elevado grau de gravidade,

enquanto que o tipo C é uma forma mais suave da doença.

A doença actualmente não tem tratamento e portadores das formas

mais graves da doença, tendem a morrer por infecção ou por

disfunção progressiva do sistema nervoso central.

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BIBLIOGRAFIA

Azevedo, C., 2005. Biologia Celular e Molecular. 4ª Edição. Lidel-

Edições técnicas, Lisboa. Págs. 303-313.

http://www.dbio.uevora.pt/jaraujo/biocel/ordem.organitosmembr

anares.htm

http://micro.magnet.fsu.edu/cells/lysosomes/lysosomes.html

http://adam.sertaoggi.com.br/encyclopedia/ency/article/001207.

htm

http://www.dbio.uevora.pt/jaraujo/biocel/ordem.organitosmembr

anares.htm

http://images.google.pt/imgres?imgurl=http://www.bioch.ox.ac.u

k/glycob/dan_sillence/Endocytosis-

modified.JPG&imgrefurl=http://www.bioch.ox.ac.uk/glycob/dan_s

illence/&h=655&w=1498&sz=293&hl=pt-

BR&start=6&um=1&tbnid=6mIuHNu4BzQZ8M:&tbnh=66&tbnw=150

&prev=/images%3Fq%3Dniemann-

pick%26svnum%3D10%26um%3D1%26hl%3Dpt-

BR%26rlz%3D1T4HPEB_pt-BRPT249PT251%26sa%3DN

http://www.jefferson.edu/lysolab/

http://images.google.pt/imgres?imgurl=http://www.dnadirect.co

m/img/content_images/reports/autoRecessive.jpg&imgrefurl=http:

//www.dnadirect.com/patients/tests/ashkenazi/niemann_pick.jsp

&h=396&w=307&sz=68&hl=pt-

BR&start=20&um=1&tbnid=NX8QKuw6vZZ1-

M:&tbnh=124&tbnw=96&prev=/images%3Fq%3Dniemann-

pick%26svnum%3D10%26um%3D1%26hl%3Dpt-

BR%26rlz%3D1T4HPEB_pt-BRPT249PT251%26sa%3DN

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4.figgrp.237

5

19

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?highlight=lysosomes&ri

d=mboc4.figgrp.2368

http://www.lookfordiagnosis.com/mesh_info.php?index=3512&lan

g=3