ENZIMOPATÍAS ERITROCITARIAS ABEL QUIJADA
ALAN R. MÉNDEZ
INTRODUCCIÓN • Los eritrocitos, además de transportar el oxígeno y el dióxido de carbono en la sangre, realizan otras importantes funciones metabólicas. Su metabolismo se reduce a las rutas glucolítica y de las pentosas fosfato, al ciclo del 2,3-bisfosfoglicerato y a unas pocas reacciones de oxidorreducción y de la ruta de rescate de nucleótidos. • Las deficiencias en algunas de las enzimas que catalizan las reacciones de dichas rutas originan enzimopatías, porque, al carecer de núcleo y orgánulos celulares, no son capaces de compensar el defecto enzimático sintetizando las enzimas, ni utilizar otras rutas alternativas.
•
Seis enzimopatías de la ruta glucolítica y una en la de los fosfatos de pentosa causan anemias hemolíticas como consecuencia de la desnaturalización oxidativa de la hemoglobina y/o la pérdida de plasticidad de la membrana.
• Las deficiencias en piruvato quinasa y glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, genética y clínicamente polimórficas, aparecen con gran frecuencia en el planeta.
ENZIMOPATIAS • Los eritrocitos maduros no tienen núcleo, mitocondrias, ni retículo endoplásmico, por ello no pueden sintetizar proteínas, glucógeno ni lípidos y son incapaces de llevar a cabo la fosforilación oxidativa.
•
Las rutas y reacciones ya mencionadas son justamente las precisas para mantener sus necesidades metabólicas durante su vida. Los eritrocitos requieren la energía para llevar a cabo el transporte iónico, la síntesis del glutatión, la ruta de rescate de nucleótidos y la conservación de la estructura de la membrana.
ENZIMOPATIAS
LAS RUTAS METABÓLICAS LAS RUTAS METABÓLICAS •
•
El control de la glucolisis en los eritrocitos se ejerce mediante la acción de distintos sobre las enzimas que catalizan reacciones irreversibles, y que cumplen Elmetabolitos hecho de todas las sanguíneas tengan una vida media con todas lasque condiciones paracélulas considerarlas reguladoras: hexoquinasa (HK), limitada, exige que su yproducción transcurra a un ritmo continuo durante fosfofructoquinasa (PFK) piruvato quinasa (PK).
toda la vida del individuo con el fin de mantener un nivel constante de las • mismas. Cuando, como consecuencia de la alta concentración de ATP, disminuye la actividad
•
de la PFK, también desciende la concentración del producto de la reacción, la fructosa 1,6-bisfosfato (F1,6BP), con lo que desaparece igualmente el efecto activador de este Ello requiere la existencia de un acervo celular en la médula ósea, común compuesto sobre la PFK y la PK.
para todas las líneas hematopoyéticas, que está constituido por una relativamente pequeña de células germinales noinhibidor diferenciadas, • población Todo ello contribuye al detenimiento parcial de la glucólisis. El efecto global lasdelcuales se depositan en lascontrarrestarse cavidades óseas durante las primeras ATP sobre la glucólisis puede y el flujo metabólico restaurarse,etapas a la acción desinhibidora de determinados metabolitos como la del AMPc. El degracias la embriogénesis. •
descenso de los niveles de ATP hace que desaparezcan los efectos inhibidores sobre las enzimas, reactivándose el proceso glucolítico.
Aunque su número es pequeño, estas células poseen una gran capacidad de autorrenovación, permitiendo así satisfacer la demanda de células en el caso de accidente o enfermedad.
ENZIMOPATIAS • Se han descrito diferentes clases de anemias hemolíticas, siendo unas de las más frecuentes las enzimopatías eritrocitarias, que son debidas a una deficiencia en algunas de las enzimas del metabolismo intermediario del eritrocito. •
Estas deficiencias son consecuencia de una mutación que afecta al genoma de las células germinales en el momento de su producción. Se suelen subdividir en grupos de acuerdo con la vía metabólica donde se localiza la enzima defectiva y, en general, se caracterizan por ausencia de esferocitosis, presión osmótica y hemoglobina normales.
•
Sus defectos enzimáticos pueden aparecer bajo formas homocigóticas o heterocigóticas, acompañados de hemolisis celular y cuyo mecanismo desencadenante depende de la lesión molecular.
ENZIMOPATÍAS DE LAS RUTAS METABÓLICAS • Las enzimopatías en los eritrocitos provocan alteraciones en las funciones de estas células, porque al carecer de la maquinaria de síntesis de proteínas y poseer un metabolismo muy sencillo, no son capaces de compensar el defecto enzimático produciendo la enzima mutada, ni de utilizar otras rutas alternativas. • Enzimas de la ruta glucolítica, La deficiencia en hexoquinasa (HK), es asociada a una anemia hemolítica hereditaria. • En los eritrocitos se expresan dos hexoquinasas, la HK-I y la HK-R que han sido separadas mediante HPLC. La HK-I es una enzima reguladora muy sensible a la inhibición por G6P. Los síntomas de anemia pueden ser graves en algunas personas con deficiencia en la HK, debido a que conduce a bajos niveles de 2,3BPG y consecuentemente a un aumento de la afinidad por el oxígeno de la hemoglobina.
DEFECTOS ENZIMÁTICOS DE LOS HEMATÍES • El hematíe tiene que obtener el ATP por la vía de Embden-Meyerhof para poder manejar la bomba de cationes que mantiene el medio iónico intraeritrocitario. • También se necesita para mantener al hierro de la hemoglobina en estado ferroso (Fe2+) y quizá para renovar los lípidos de la membrana eritrocitaria. Un 10% aproximadamente de la glucosa que consumen los hematíes se metaboliza a través de la vía de la hexosamonofosfato.
DEFECTOS DE LA VÍA DE EMBDEN-MEYERHOF Alrededor del 95 % de todos los defectos conocidos de las enzimas • glucolíticas Los pacientes presentan una anemia esferocítica de se deben al déficit de PK, ycongénita un 4 % alno déficit de intensidadde variable. Los hematíes suelen tener isomerasa glucosa-fosfato. Los restantes son un déficit relativo de ATP, considerando su temprana extraordinariamente raros. edad. Como consecuencia de ello, se pierde parte del potasio intracelular. El déficit de PK se debe a la sustitución de aminoácidos. • Las alteraciones morfológicas se deben a alteraciones secundarias al Algunas esas sustituciones a reacciones disminuidas defecto de enzimático. Hematíesdan máslugar rígidos y secuestrados más fácilmente con (fosfoenolpiruvato) con una molécula potenciadora por el el sustrato sistema mononuclear fagocítico. Algunos de estos déficit de las (fructosa 1,6-difosfato), o con el ADP. enzimas glucolíticas, como la piruvatocinasa (PK) y la hexocinasa, son La mayoría del de los defectos de las enzimas glucolíticas se heredan de exclusivas hematíe. forma recesiva. Por tanto, los padres de los sujetos afectados son heterocigotos. • Las personas con déficit de isomerasa de triosafosfato tienen niveles bajos enzima en los las células y el líquido Estos, de en esta general, poseen la leucocitos, mitad del nivel normalmusculares de la actividad cefalorraquídeo. Además, están por un proceso neurológico enzimática defectuosa, lo cual esafectados más que suficiente para mantener progresivo. una función metabólica normal.
MANIFESTACIONES CLÍNICAS •
•
Los pacientes con hemólisis intensa suelen consultar la primera vez en la infancia
Sepor pueden necesitar de sangre durante una crisis hipoplásica. anemia, ictericia ytransfusiones esplenomegalia. Debido al defecto enzimático, los reticulocitos dependen de la respiración mitocondrial más que de la glucólisis para mantener el ATP. DATOS DE LABORATORIO
Sin embargo, en el ambiente hipóxico del bazo, el metabolismo aerobio • queda anemia normocítica y (olas ligeramente macrocítica) y normocrómica con in situ. interrumpido células con su ATP agotado se destruyen reticulocitosis. Cuando hay déficit de PK, en sangre periférica se ven eritrocitos Normalmente, los reticulocitos quedan retenidos en el bazo durante 24 a 48 de formas abigarradas, incluso espiculados. Se ha utilizado el nombre de "anemia horas. hemolítica congénita no esferocítica" para estos trastornos. •
•
Los pacientes con déficit de PK mejoran a veces con la esplenectomía, pues la fragilidad osmótica de la sangre recién ex-traída suele ser normal. La con ella puede verse un marcado aumento de los reticulocitos circulantes. incubación descubre una población de eritrocitos con aumento de la fragilidad Los pacientes con déficit deseisomerasa de glucosa-fosfato también pueden osmótica, trastorno que no corrige añadiendo glucosa. mejorar después de la esplenectomía. Para el diagnóstico de este grupo de anemias se necesitan análisis enzimáticos específicos. La mayoría de los pacientes no precisa tratamiento. Quienes tienen hemólisis intensa deben tomar diariamente suplementos de ácido fólico (1 mg/día).
DEFICIENCIA DE PIRUVATO QUINASA (PK): • Es la más común de la vía Embden-Meyerhof, y la segunda deficiencia enzimática mas frecuente en los eritrocitos. • Se transmite de forma recesiva autosomica (hereditario), y los individuos homocigotos tienen manifestaciones clínicas. El cuadro clínico es el de una anemia hemolítica de intensidad variable, con anemia, ictericia, esplenomegalia y litiasis biliar. • El diagnostico de déficit de PK se realiza mediante la determinación de la actividad enzimática a partir del hemolizado.
• No existe un tratamiento específico para el déficit de PK, aunque hay casos en los que la esplecnotomia es una solución. El uso de salicilatos está contra indicado, ya que agravan el metabolismo energético de los hematíes con déficit de PK.
ENZIMOPATÍAS DE LAS RUTAS METABÓLICAS • Desde la descripción de la primera deficiencia en fosfoglucosa isomerasa (GPI) se han encontrado algo más de medio centenar de casos. Esta deficiencia, además de en eritrocitos ha sido encontrada en leucocitos, plaquetas, hígado y músculo. Las manifestaciones clínicas no se limitan exclusivamente a una anemia hemolítica. •
Todos los productos de los genes mutados, se caracterizan por una afinidad normal por el sustrato, pero presentan una notable inestabilidad y una baja actividad enzimática.
• Tarui y col describieron una grave deficiencia en fosfofructoquinasa (PFK) de músculo que se traducía en una miopatía; este desorden fue denominado tipo VII de la enfermedad por almacenamiento de glucógeno. Los eritrocitos contienen cinco isoenzimas compuestas por las subunidades M y L, siendo la M la más crítica en regular el flujo metabólico.
ENZIMOPATÍAS DE LAS RUTAS METABÓLICAS deficiencia enen la triosa aldolasa (ALD) •La La deficiencia fosfato causa una anemia moderada isomerasa (TPI) origina un que se agrava por eldeaumento de la conjunto manifestaciones concentración de anemia F1,6BP en los clínicas, desde hemolítica eritrocitos y con infecciones en el y anormalidades tracto respiratorio. Se neuromusculares a han descrito tres isoenzimas codificadas complicaciones cardíacas por que, en distintos genes, siendo la isoenzima niños, conducen inevitablemente A laa única presente en losmutada la muerte. La enzima eritrocitos. El residuo de poca ácido de eritrocitos muestra aspártico situado en la posición 128 actividad y estabilidad y provoca tiene un papel primordial en la la acumulación de estructura espacial yfosfato. en la función dihidroxiacetona catalítica de la enzima.
ENZIMOPATÍAS DE LAS RUTAS METABÓLICAS •• La quinasa (PGK) eseslaelúnica enzima Lafosfoglicerato deficiencia en piruvato quinasa (PK) defecto más frecuente la ruta de Embden-Meyerhof y junto de la rutaen glucolítica codificada por un gen con la deficiencia en constituyen la localizado enG6PD el cromosoma X.mayoría de los casos de anemia hemolítica crónica debido a enzimopatías eritrocitarias.
• Las manifestaciones clínicas más usuales de una • enzimopatía Una característica de estos pacientes es que hemolítica, sus de esta clase son anemia eritrocitos tienen bajos nivelesyde ADP y altos de 2,3BPG alteraciones neurológicas retardo mental. en comparación con los normales.
•• Se la estructura de la enzima Lasconoce propiedades bioquímicasprimaria de los productos de las de eritrocitos que consta 417 mutaciones humanos son inestabilidad térmica,de actividad enzimática baja y descenso de la afinidad por el PEP. aminoácidos.
ENZIMOPATÍAS DE LAS RUTAS METABÓLICAS •• Los sufren una de enzimopatía se caracterizan Estapacientes isoenzimaque es dependiente K+ y Mg2+ yPK exhibe propiedadespor tener un baja con la pérdida de sus alostéricas queactividad reflejan sucatalítica, estructurajunto polimérica. propiedades alostéricas y un aumento de la afinidad por el PEP. •
Las propiedades cinéticas de esta enzima pueden explicarse fácilmente según el modelo concertado dePK enzimas alostericas de Monodpor y col. • Las variantes genéticas de la pueden ser identificadas suLa enzima se puede en un equilibrio transicional entremovilidad dos sensibilidad a la encontrar degradación proteolítica y su diferente conformaciones, Únicamente relajada (R) y un tensada (T).mutantes La forma Tdefectivos no tiene afinidad electroforética. 10% de en PK por K+ y muy poca por el PEP (y su cinética es sigmoide), mientras la son relativamente estables, normal o forma R tiene alta afinidad porcon K+ yuna poractividad PEP. •
ligeramente disminuida y manteniendo las propiedades alostéricas.
Los efectores positivos F1,6BP, F2,6BP y 6-fosfogluconato disminuyen la cooperatividad de PK-R hacia PEP porque el equilibrio RPT se desplaza • La PK-R encuentra bajolos control del negativos, mismo locus la hacia el se estado R, mientras efectores ATPgenético y alanina,que operan en sentido opuesto. PK-L pero es un producto del proceso de traducción con un mRNA
diferente al de la forma L, que está modificado en el extremo 5´ y con promotores específicos.
Enzimopatias • Toda enfermedad hereditaria debida a la ausencia total o parcial de uno o varios enzimas. Algunos ejemplos son la galactosemia, la fenilcetonuria, la enfermedad de Gaucher , las mucopolisacaridosis y glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6PD)
Glucosa-6-FosfatoDeshidrogenasa
Qué Es ? • La deshidrogenasa de glucosa-6-fosfato (glucose 6-phosphate dehydrogenase G6PD) es una enzima constitutiva decisiva en el metabolismo de reducción y oxidación de todas las células aeróbicas
Función • Única fuente de fosfato de di nucleótido de nicotinamida y adenina ( nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADP) • Defiende a estas células frente al estrés oxidativa
Glucosa-6-Fosfato-Deshidrogenasa Deficiencia Es un trastorno hereditario en el cual los glóbulos rojos se descomponen cuando el cuerpo se expone a ciertos fármacos o estrés de una infección.
Glucosa-6-Fosfato-Deshidrogenasa Deficiencia • Ejemplo importante de una anemia hemolitica producida por la interaccion entre una cause intracorpuscular y una extracorpuscular
Deficiencia de G6PD • No tiene suficiente cantidad de una enzima llamada glucosa-6-fosfato deshidrogenasa • Poco G6PD conduce a la destrucción de las células rojas de la sangre (hemólisis) • Episodios suelen ser breves, porque el cuerpo sigue produciendo nuevos glóbulos rojos
Deficiencia de G6PD • La deficiencia en G6PD se ha asociado con dos situaciones diferentes: • 1 ) Áreas en las que la malaria es endémica, los alelos de la deficiencia en G6PD han alcanzado altas frecuencias (1%-50%) y tienen alto riesgo de ataques agudos hemolíticos. • 2) Los casos esporádicos de deficiencia en G6PD ocurren a muy bajas frecuencias, y presentan usualmente un fenotipo más severo.
CONSIDERACIONES GENETICAS • La deficiencia de G6PD es la enzimopatía más común en el mundo.
• El gen de G6PD está ligado a X
Epidemiologia • Los lugares mas frecuentes se encuentran en las regiones tropicales de África, en el Oriente Medio, en algunas zonas del Mediterráneo, en zonas tropicales y subtropicales de Asia y en Oceanía.
Epidemiologia • En los Estados Unidos, la deficiencia de G6PD es más común entre los negros que entre los blancos. Los hombres son más propensos a tener este trastorno que las mujeres. • Tener una historia familiar de la deficiencia • Este trastorno es común en personas blancas de origen mediterráneo. Esta forma también está asociada con episodios agudos de hemólisis.
Epidemiologia • 400 milliones de personas tienen un gen par a la deficiencia de G6PD (20 % o mas) • G6PD es uno de los ejemplos mejor caracterizados de polimorfismo geneticos en la especie humana. • Deficiencia de G6PD se ha seleccionado por el paludismo debido a Plasmodium falciparum del hecho de que tiene una resistencia relativa contra la infeccion.
Manifestaciones clínicas • Mayoría de las personas clínicamente asintomáticas toda su vida. • Mayor riesgo de presentar ictericia neonatal y anemia hemolítica aguda
Sintomas de G6PD • Las personas no muestran ningún signo de la enfermedad hasta que sus glóbulos rojos se expongan a ciertos químicos presentes en alimentos o medicamentos, o al estrés. • • • • • • •
Síntomas mas comunes en los hombres y pueden tener: Dolor abdominal Malestar Fatiga Hematuria Ictericia Palidez
Signos y exámenes: •
Se puede hacer un examen de sangre para verificar los niveles de G-6-PD.
• • • • • •
Otros exámenes : Tinción supravital con violleta de metilo (Cuerpos de Heinz) Hemoglobina en la orina Conteo sanguíneo completo (hemograma), incluyendo conteo de glóbulos rojos Hemoglobina en la sangre Nivel de bilirrubina
Causas • Por infecciones, estrés severo, ciertos alimentos (como las habas) y ciertos medicamentos, incluyendo: • • • • •
Ácido nalidíxico Primaquina Cloroquina Dapsona Sulfametoxazol
Tratamiento • El tratamiento puede involucrar: • Medicamentos para tratar una infección si se presenta • Suspensión de cualquier medicamento que esté causando la destrucción de los glóbulos rojos • Transfusiones, en algunos casos
