Metabolismo de Esfingolipidos ___catedra de Bioquimica

FACULTAD DE MEDICINA HUMANA Cátedra de Bioquímica

INDICE:   

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INTRODUCCION…………………………………………………………… ..…..3 ESFINGOLOPIDOS……...………………………………………………… ........4 METABOLISMO DE LOS ESFINGOLIPIDOS…..………..…………………...4

Síntesis de novo…………………...……………….…….………….…......5 Vía de reciclaje………………………………..………..…………….…….5 Esfingomielina síntesis y metabolismo……………………………..……6 La ceramida y la muerte celular ………………….……………………....6 GLUCOSILCEREBROSIDOS………………………………………....…8 Función………………………………………………………………..…….8 Síntesis………………………………………………………………..……..8 Propiedades Fisicas…………………………………………..…..…..…….9 Metabolismo…………………………………………………………………… .….9 GLOBOSIDOS……………………………………………………………… .……10 Localizacion………………………………………………………………… .…….10 Sintesis…………………………….………………………………………… .…....10 METABOLISMO DE LOS GANGLIOSIDOS……………………………… GANGLIOSIDOS……………………………….……11 Concepto…………………………………………………………………… .………11 Metabolismo………………………………………………………………… ..…....12 ALTERACIONES DEL EMTABOLISMO DE LOS ESFINGOLIPIDOS….……15 Enfermedad de Gaucher …………………………………………………………..15

Enfermedad de niemann-pick……………………………………….……..16 Enfermedad de fabry………………………………..………………………17 Leucodistrofia metacromática…………………..…………………………..17 Enfermedad de krabbe………………………………………………………18 Enfermedad de Tay Sachs………………………..………………………...19 ANEXOS…………………………………………………..…………….…….20 BIBLIOGRAFIA…………………………………………….…………………31

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INTRODUCCION

Las células eucariotas están rodeadas por una membrana cuya base estructural es una bicapa lipídica. Su estructura química y función esencial en la permeabilidad celular fueron propuestas hace 100 años. En la actualidad se sabe que en células eucariotas la bicapa lipídica está formada por tres clases de lípidos, los glicerofosfolípidos, los esfingolípidos y los esteroles. Las propiedades bioquímicas y biofísicas de los mismos varían considerablemente e impactan en forma diferente en la función celular. Los progresos logrados en las últimas décadas en la dilucidación de los componentes de la bicapa lipídica, y recientemente, en la lipidómica, así como los avances en el entendimiento de las propiedades biofísicas de los lípidos, hizo necesario que se re-analizara el modelo de membrana el cual incluye la complejidad complejidad estructural y funcional de de las bicapa lipídica y el papel que los lípidos específicos juegan en la definición de los procesos celulares. El clásico y simple esquema de membrana conteniendo conteniendo una cabeza cabeza hidrofílica unida a dos cadenas de ácidos grasos, definitivamente no justifica a la intrincada estructura de la bicapa lipídica de las membranas. El gran número de diferentes especies especies lipídicas que forman parte de la membrana, le otorga a esta estructura una gran complejidad estructural y funcional. Más aún, considerando que muchos de estos lípidos son biológicamente activos y que en su recambio disparan vías de señalización, hace necesario que el análisis combinado de estructura lipídica y función deben deben ser considerados al exponer exponer modelos de estructura de membranas. Durante muchos años, los lípidos fueron considerados componentes de las membranas biológicas con función exclusivamente estructural. Sin embargo, en los años recientes cada vez se hace más evidente que los lípidos se comportan como moléculas de señalización. Diversas moléculas derivadas de los fosfolípidos de membrana han sido descriptas como lípidos de señalización. Más recientemente, moléculas derivadas de los esfingolípidos de membrana han sido también consideradas moléculas de señalización. En el presente trabajo nos referiremos específicamente a los esfingolípidos y su importancia funcional.

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INTRODUCCION

Las células eucariotas están rodeadas por una membrana cuya base estructural es una bicapa lipídica. Su estructura química y función esencial en la permeabilidad celular fueron propuestas hace 100 años. En la actualidad se sabe que en células eucariotas la bicapa lipídica está formada por tres clases de lípidos, los glicerofosfolípidos, los esfingolípidos y los esteroles. Las propiedades bioquímicas y biofísicas de los mismos varían considerablemente e impactan en forma diferente en la función celular. Los progresos logrados en las últimas décadas en la dilucidación de los componentes de la bicapa lipídica, y recientemente, en la lipidómica, así como los avances en el entendimiento de las propiedades biofísicas de los lípidos, hizo necesario que se re-analizara el modelo de membrana el cual incluye la complejidad complejidad estructural y funcional de de las bicapa lipídica y el papel que los lípidos específicos juegan en la definición de los procesos celulares. El clásico y simple esquema de membrana conteniendo conteniendo una cabeza cabeza hidrofílica unida a dos cadenas de ácidos grasos, definitivamente no justifica a la intrincada estructura de la bicapa lipídica de las membranas. El gran número de diferentes especies especies lipídicas que forman parte de la membrana, le otorga a esta estructura una gran complejidad estructural y funcional. Más aún, considerando que muchos de estos lípidos son biológicamente activos y que en su recambio disparan vías de señalización, hace necesario que el análisis combinado de estructura lipídica y función deben deben ser considerados al exponer exponer modelos de estructura de membranas. Durante muchos años, los lípidos fueron considerados componentes de las membranas biológicas con función exclusivamente estructural. Sin embargo, en los años recientes cada vez se hace más evidente que los lípidos se comportan como moléculas de señalización. Diversas moléculas derivadas de los fosfolípidos de membrana han sido descriptas como lípidos de señalización. Más recientemente, moléculas derivadas de los esfingolípidos de membrana han sido también consideradas moléculas de señalización. En el presente trabajo nos referiremos específicamente a los esfingolípidos y su importancia funcional.

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ESFINGOLIPIDOS

Los esfingolípidos fueron así denominados por J.L.W. Thudichum, inspirado en las esfinges (Sphinx) (Sphinx) de la mitología griega. Aparentemente, Aparentemente, Thudichum usaba mucho de su tiempo libre pensando en las esfinges de la mitología griega y así llamó a los compuestos que había aislado en 1884, debido precisamente a la naturaleza enigmática de sus funciones. Debieron transcurrir 100 años hasta que se comenzara a entender las causas de las características enigmáticas de los esfingolípidos. La era de los l os esfingolípidos comenzó hace dos décadas, básicamente debido a dos descubrimientos fundamentales que galvanizaron a la comunidad científica. científica. Primero, hoy se sabe que los esfingolípidos pueden actuar como primeros y segundos mensajeros en una variedad de vías de señalización, y segundo, tienen una función vital en la formación de microdominios de membrana denominados rafts lipídicos . Como todos los lípidos de las membranas, los esfingolípidos son moléculas anfipáticas que tienen propiedades hidrofóbicas y también hidrofílicas. La región hidróbica consiste en una base esfingoidea de larga cadena a la cual se une por una unión amida un ácido graso. Los esfingolípidos son lípidos complejos que contienen un ácido graso en unión amida y una larga base esfingoidea. (FIG. 1)

FUNCIONES:    

Sirven como sitios de adhesión de proteínas extracelulares Funciones importantes en fisiología celular Actúan como segundos mensajeros Forman parte de las balsas lipídicas

METABOLISMO DE LOS ESFINGOLIPIDOS

El más simple de los esfingolípidos es la ceramida la cual funciona como molécula clave en la señalización celular y como precursora de esfingolípidos más complejos. Contrariamente con lo que ocurre con los esfingolípidos más complejos que contienen contienen regiones hidrofóbicas, hidrofóbicas, tales como fosfato en el caso de la esfingosina 1 fosfato (S1P) y en la ceramida 1 fosfato, fosfato, fosforilcolina en la esfingomielina, y residuos residuos de de azúcares azúcares en los los glicoesfingolípidos, glicoesfingolípidos, la ceramida tiene una región hidrofílica hidrofílica mínima constituída por dos dos grupos hidroxilo hidroxilo siendo por lo tanto una molécula altamente hidrofóbica Existen dos rutas de entrada a la vía de los esfingolípidos y ambas convergen en la formación de ceramida, lo cual hace a esta molécula clave en la generación de otros esfingolípidos bioactivos.

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La primera ruta de entrada: SÍNTESIS DE NOVO :

Donde la serina y el palmitoil CoA se condensan y, posteriormente, a través de una serie de reacciones se genera dihidro ceramida (producto biológicamente inactivo), la cual es desaturada formando ceramida. Una vez formada, la ceramida puede ser convertida en otros esfingolípidos bio-activos tales como esfingosina y esfingosina 1-fosfato (S1P) o bien formar esfingomielina y glicoesfingolípidos complejos. La depuración celular de todos los esfingolípidos requiere la transformación final en S1P. Por lo tanto, la actividad de la SK, enzima responsable de la fosforilación de esfingosina para formar S1P, inicia la única vía bioquímica degradativa de eliminación de ceramida de la célula. La degradación de S1P es mediada por la S1P liasa, y es el punto de salida de los esfingolípidos del pool celular general. Así, cualquier esfingolípido deber ser convertido a S1P para luego poder ser hidrolizado por la liasa. Este mecanismo le otorga a la SK una importancia indirecta adicional, como herramienta de salida celular de todos los esfingolípidos (FIG. 2). VÍA DE RECICLAJE

Involucra la hidrólisis de esfingolípidos complejos (esfingomielina) por acción de esfingomielinasas. La degradación de los esfingolípidos complejos es gradual. En primer término se forma ceramida, la cual a su vez es hidrolizada por la acción de ceramidasas para formar esfingosina. La esfingosina a su vez sirve como sustrato de la esfingosina cinasa para formar S1P (1) El metabolismo de los esfingolípidos es complejo y puede ser regulado en múltiples niveles, a través del control de la expresión de enzimas, modificaciones post-traduccionales y mecanismos alostéricos. Algunos de estos mecanismos son específicos del tipo celular, tanto para controlar el tipo de esfingolípido que se sintetiza durante distintas etapas del desarrollo o en repuesta a señales específicas. Parte de la razón de la reciente explosión de interés en la biológica de los esfingolípidos es el papel que estos lípidos tiene en la señalización intracelular, particularmente la ceramida, la esfingosina y la esfingosina-1fosfato. En la última década quedó firmemente establecida la importancia de la ceramida, la esfingosina y la S1P en el control del destino celular. La ceramida está implicada en los procesos de diferenciación, senescencia y muerte celular. La S1P en cambio, promueve la supervivencia y proliferación celular. Las efectos antagónicos de estos mediadores esfingolipídicos dio origen al concepto de bióstato ceramida / S1P y se postuló que es la relación de sus

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concentraciones y no el valor absoluto de cada una de ellas la que determina el destino celular (FIG. 3)

ESFINGOMIELINA SÍNTESIS Y METABOLISMO

Esfingomielinas son esfingolípidos que también son los fosfolípidos, esfingomielinas son importantes componentes estructurales de los lípidos de las membranas de las células nerviosas. El esfingomielinas predominante contienen palmítico o ácido esteárico N -acilados en el carbono 2 de la esfingosina. (FIG. 6) El esfingomielinas son sintetizados por la transferencia de fosforilcolina de fosfatidilcolina a una ceramida en una reacción catalizada por la esfingomielina sintasa (SMS). No dos genes de SMS en los seres humanos identificados como SMS1 y SMS2. SMS1 se encuentra en los aparatos de trans-Golgi, mientras que SMS2 se asocia principalmente con el plasma membrana. Esfingomielinas se degradan por acción de la esfingomielinasas que resulta en la liberación de ceramidas y fosfocolina. La esfingomielinasa en las funciones de los seres humanos en medio ácido y, por tanto, a que se refiere como el ácido esfingomielinasa (ASMase). El ASMase humanos está codificada por la esfingomielina fosfodiesterasa-1 gen (símbolo del gen = SMPD1) localizado en el cromosoma 11p15.1 –11p15.4. Defectos en el gen SMPD1 en el lisosomal almacenamiento de la enfermedad conocida como enfermedad de Niemann-Pick. De hecho, hay dos formas principales de enfermedad de Niemann-Pick (NP) la enfermedad. NP enfermedad causados por deficiencias de ácido esfingomielinasa comprende los tipos A y B, se refiere como NPA y NPB. La otra forma de la enfermedad de NP comprende tipos C1 y C2, el primera debido a defectos en el gen NPC1 y el último debido a los defectos en un gen identificado como NPC2 (FIG. 7)

LA CERAMIDA Y LA MUERTE CELULAR

La ceramida tiene una importancia fundamental, como mediadora de la respuesta al estrés en las células eucariotas (FiG4-5). La acumulación de ceramida puede ocurrir fundamentalmente por la activación de la síntesis de novo o por la activación de la hidrólisis de esfingomielina (vía de reciclaje). Algunos agentes externos, tales como la irradiación, activan múltiples vías de acumulación de la ceramida .

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Los efectos de la ceramida son pleiotrópicos, pero en la mayoría de los casos inhibidores de la proliferación celular. La molécula de ceramida está implicada en la diferenciación celular, arresto del ciclo celular, apoptosis y senescencia en diversos tipos celulares. La ceramida induce arresto del ciclo celular mediante diversos mecanismos tales como. la inducción de la defosforilación de la proteína del retinoblastoma Rb, la activación del inhibidor de la cinasa dependiente de ciclina p21, y la inhibición de la cinasa dependiente de ciclina CDK2. Niveles elevados de la concentración de ceramida también se encuentran presentes en la senescencia. El fenotipo senescente es atribuido a fallas en la vía fosfolipasa C /proteína cinasa C, enzimas que son inhibidas por ceramida . El papel de la ceramida más estudiado es su función como molécula proapoptótica. La acumulación de ceramida que sigue al tratamiento de células con agentes pro-apoptóticos constituye una evidencia de su implicancia en la respuesta biológica a estos agentes . Debido al efecto inductor de apoptosis, es que a la ceramida se la denomina lípido supresor de tumores. Se trató de definir el papel específico de la ceramida en la inducción de la apoptosis en tumores. Se encontró que la proteína p53, las proteínas de la familia Bcl-2 y diversos tipos de proteasas son componentes clave de la respuesta del tumor al estrés y que la ceramida se encuentra relacionada a cada una de estas proteínas mediadoras. Diversos estudios, reportaron la existencia se asociaciones variables entre estas proteínas y la ceramida, sugiriendo que diferentes células presentan redes diferentes de interacción que operan de diferente manera según el tipo celular y su condición metabólica. La ceramida tiene un papel adicional en la muerte celular programada Tipo II, por autofagia. La ceramida regula positivamente a los genes autofágicos BNIP3 y Beclin-1 y los inhibidores de la síntesis de novo de ceramida atenúan la inducción de la autofagia producida por Tamoxifen en células de cáncer humano de mama (16). Consecuentemente, el concepto de que la ceramida se comporta como un mediador de diversas formas de muerte celular programada fue ganando prestigio.

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GLUCOSILCEREBROSIDOS CEREBROSIDOS

Los glucoesfingolipidos son muy importantes ya que son componentes de músculos y membranas de las células nerviosas. Los cerebrósidos constan de una molécula de ceramida a la que se une un monosacarido mediante enlace β-glucosídico en el grupo hidroxilo de la ceramida. El monosacárido puede ser tanto glucosa como galactosa, lo que origina dos familias de cerebrósidos, los glucosilcerebrósidos y los galactosilcerebrósidos. FUNCION

Los galactosilcerebrósidos se encuentran en las membranas plasmáticas de las células del tejido nervioso y los glucosilcerebrosidos de encuentran solo en el resto (no en tejido nervioso). Los galactosilcerebrósidos están presentes en todos los tejidos nerviosos, y pueden llegar a representar el 2% del peso deshidratado de la materia gris y el 12% de la materia blanca. Son el principal constituyente de los oligodendrocitos. Son especialmente abundantes, al igual que las esfingomielinas, en las vainas mielínicas que rodean los axones de algunas neuronas. Los glucosilcerebrósidos están presentes a bajos niveles en células animales del bazo, eritrocitos y también en algunos tejidos nerviosos. Son los principales componentes de los lípidos de la piel, donde son esenciales para la formación del cuerpo laminar en la capa córnea y para el mantenimiento de la barrera de hidropermeabilidad de la piel. Los glucosilcerebrósidos son los únicos glucoesfingolípidos comunes en plantas, hongos y animales; y los principales en las células vegetales los galactosilcerebrósidos, por su parte, no han sido encontrados en plantas. Son el principal componente de las capas externas de la membrana plasmática. SINTESIS

La biosíntesis de los cerebrósidos requiere una transferencia directa del azúcar de un nucleótido, como la uridina 5-difosfato (UDP)-galactosa, o la UDPglucosa a la ceramida. La reacción catalizada por la glucosiltransferasa da como resultado una inversión de la estereoquímica del enlace glucosídico, pasando del tipo α al β. La síntesis de los cerebrósidos tiene lugar en el retículo endoplasmático y en las membranas citosólicas del aparato de Golgi. PROPIEDADES FISICAS

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El punto de fusión de los cerebrósidos es considerablemente mayor que la temperatura fisiológica del cuerpo, >37.0 °C, dotándolos de una estructura paracristalina, similar a la del cristal líquido. Las moléculas de cerebrósidos son capaces de formar hasta ocho enlaces de hidrógeno entre los hidrógenos polares del azúcar y los grupos amida e hidroxilo de la esfingosina, base de la ceramida. Estos puentes de hidrógeno presentes en los cerebrósidos tienen como consecuencia un alineamiento compacto de las moléculas y la aparición de una temperatura de transición. Los cerebrósidos, junto con el colesterol, son frecuentes en los microdominios de balsas lipídicas, que son lugares importantes para la unión de proteínas, y en los receptores de interacciones enzimáticos. METABOLISMO DE GLUCOSILCEREBROSIDOS

El complejo Golgi es el lugar principal para la biosíntesis de los esfingolípidos complejos; en su superficie, orientada al citoplasma, la CER se transforma en glucosilceramida, esfingolípido que constituye el núcleo estructural de un número superior a 300 moléculas de glucoesfingolípidos más complejos, algunos de ellos pro-apoptóticos y otros anti-apoptóticos. La glucosilceramidasintasa (GCS) de origen humano fue clonada en 1998; cataliza la transferencia de glucosa desde su uridin-difosfo derivado a la ceramida. Su centro activo se sitúa en la superficie citosólica de las membranas del complejo de Golgi, a cuya localización es transportada la ceramida, para su glucosilación (Figura8 ) La glucosilceramida se transfiere a otras membranas mediante transporte vesicular en mecanismo similar a los de transferencia de proteína para GolgiMP [25,7]; puede también, ser internalizada en las cisternas del Golgi donde una galactosiltransferasa le convierte en lacCER y la actividad catalítica de diferentes sialiltransferasas transforma la lactosilceramida en gangliósidos (GM3, GD3 y GT3) mediante la adición gradual de residuos de ácido siálico a la galactosa [26,27]. ALTERACION

Un defecto en la degradación de los glucosilcerebrósidos origina la enfermedad de Gaucher; un defecto para los galactosilcerebrósidos es la enfermedad de Krabbe. También es uno de los síntomas de la Peste Bubónica o Peste Negra, que atacó en la Edad Media a Europa causando que una tercera parte de la población europea de entonces falleciera.

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GLOBÓSIDOS

Son oligosacáridos de ceramida que contienen dos o más residuos de azúcar, generalmente: galactosa, glucosa y N-acetilgalactosamina. Los oligosacáridos de ceramida son compuestos neutros ya que no tienen carga a PH 7 y además no contienen grupos amino libres.(Fig 9 ) Características

Los globósidos son una clase de lípidos complejos que pertenecen a la familia de los glucoesfingolípidos (glucolípidos). Se han descrito más de 130 variedades distintas de globósidos, que difieren entre ellas por los ácidos grasos que componen la ceramida. Estos ácidos grasos suelen ser de cadena muy larga, y entre ellos se encuentran el lignocérico, el nervónico o cerebrónico. Los paraglobósidos, son muy parecidos a los globósidos a nivel estructural pero contienen N-acetilglucosamina en lugar de N-acetilgalactosamina. Localización

Los globósidos forman parte de la bicapa lipídica de la membrana celular, con su parte glucídica orientada hacia el exterior de la membrana plasmática. Los globósidos sólo se encuentran en la membrana de las células progenitoras de los eritrocitos, en los miocitos del corazón, en las células endoteliales y en células de algunos órganos como el hígado, riñón y bazo. Cabe destacar que la membrana de las mitocondrias y del retículo endoplasmático no presenta globósidos ni ningún otro tipo de glucolípidos. Biosíntesis

Una serie de glucosiltransferasas cataliza la biosíntesis de los globósidos. La síntesis comienza con la transferencia de una unidad galactosilo a partir de UDP-Galactosa a un glucocerebrósido para formar un enlace β (1 -4) Dado que este enlace es el mismo que une la glucosa y la galactosa en la lactosa, este glucolípido suele designarse como una lactosil ceramida. Esta última es el precursor de los globósidos y de los gangliósidos. A continuación se adiciona otra unidad galactosilo a partir de UDP-Galactosa, pero en este caso el residuo galactosa terminal adopta la configuración anomérica α y da lugar a la trihexosil ceramida. Para terminar de formar un globósido, una unidad N-acetilgalactosilo se une de forma secuencial a la trihexosil ceramida a partir de UDP-N-acetilgalactosilo. (Fig. 10) Función:

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Los globósidos están implicados en diversas funciones de reconocimiento en la superficie de la membrana. Entre ellas, son el antígeno P del eritrocito, que es el principal receptor del parvovirus B-19 humano. Estudios recientes sugieren que los globósidos, aparte de ser el receptor primario de B-19 actúan también como mediador de los cambios de la cápsula vírica requeridos para la internalización del virus. Hay algunos pocos individuos que no expresan el globósido en su membrana, por lo que son resistentes a la infección por B-19. METABOLISMO DE GANGLIÓSIDOS 1. CONCEPTO Los gangliósidos son glicoesfingolípidos ácidos que presentan uno o más residuos de ácidos siálicos en su estructura. Son moléculas anfipáticas que tienen una parte hidrofóbica, la ceramida, formada por una base esfingoide unida a un ácido graso y una parte hidrofílica que está constituida por una cadena oligosacarídica mono- o multisialilada. Son glicolípidos ácidos, ya que a pH 7.0 los grupos carboxilo tienen carga negativa. (Fig. 11) 2. METABOLISMO Biosíntesis de novo

La biosíntesis de los gangliosisdos tiene lugar en las membranas intracelulares (retículo endoplasmático y aparato de Golgi) y es catalizada por enzimas asociadas a estas membranas. El transporte de los gangliosidos sintetizados de novo hacia la membrana plasmática, ocurre mediante vesículas que siguen la ruta exocítica. El primer paso es la formación de la ceramida. La serina-(palmitoil/estearil) transferasa lleva a cabo la condensación de palmitoil o estearil-CoA con serina para formar β-cetohidroxi esfingosina (C: 18 y C: 20 son las más frecuentes en vertebrados) que se reduce a continuación para dar hidroxi-dihidro esfingosina. Esta reducción la lleva a cabo la 3-cetoesfinganina reductasa a expensas de NADH+H+. Un acil-CoA es el donador necesario para que la dihidroceramida sintasa lleve a cabo la acilación de este compuesto, formándose dihidroceramida. Por último la dihidroceramida desaturasa utiliza NADH+H+ y O2 para introducir en este compuesto una desaturación en C4-C5 y formar así la ceramida. Todas las enzimas implicadas en este proceso se encuentran localizadas en la membrana del retículo endoplasmático, orientadas hacia el citosol. Parte de la ceramida recién sintetizada queda en el retículo endoplasmático y se transloca a la parte luminal de la membrana, donde es galactosilada por acción de una ceramida galactosiltransferasa para formar GalCer.

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Otra parte de la ceramida recién sintetizada en el retículo pasa al cis-Golgi por un mecanismo que no se conoce muy bien, y eventualmente se inserta en la cara citosólica de la membrana. Aquí la ceramida es glucosilada por la acción de una glucosiltransferasa. Una flipasa, todavía no caracterizada, es la responsable de la translocación de la GlcCer a la cara luminal del cis-Golgi. Es aquí donde tendrán lugar las sucesivas glicosilaciones. La primera de ellas es la galactosilación de la GlcCer por la acción de la lactosil-ceramida sintasa, para formar LacCer. La LacCer es la unidad estructural y el precursor común de la mayoría de los glicolípidos que se encuentran en vertebrados. La LacCer es sialilada a GM3, el cual es sialilado a GD3 y éste es sialilado a GT3. Estas sialilaciones son llevadas a cabo por tres sialiltransferasas diferentes (SAT I, SAT II y SAT III), cada una de las cuales reconoce a su sustrato de forma específica. LacCer, GM3, GD3 y GT3 sirven como punto de partida para la síntesis de gangliósidos de las series 0, a, b y c, respectivamente.(Fig 12)

La síntesis de los gangliósidos más complejos de las diferentes series se lleva a cabo por la introducción secuencial de N -acetil galactosamina (N -acetil galactosaminiltransferasa), galactosa (galactosiltransferasa) y ácido siálico (sialiltransferasa, SAT IV). Se pueden llevar a cabo otras sialilaciones posteriores por la sialiltransferasa V (SAT V). Los gangliósidos de la serie 0 se forman a partir de LacCer por la acción secuencial de N -acetil galactosaminiltransferasa, galactosiltransferasa y sialiltransferasas IV y V, formándose GA2 (asialo-GM2), GA1 (asialo-GM1) y los gangliósidos GM1b, GD1c y GD1α. En los gangliósidos, como en otros glicoconjugados, los residuos de ácido siálico se unen exclusivamente en configuración α. Ésto puede estar relacionado con el mecanismo de acción de las sialiltransferasas. Los glicoesfingolípidos neutros comparten la ruta de síntesis con los gangliósidos hasta que se forma la lactosilceramida. A partir de la LacCer se forma el Gb3 por acción de una galactosiltransferasa, y el Gb3 se transforma en Gb4 mediante la acción de una N -acetilgalatosaminiltransferasa Hay evidencias que hacen pensar en la existencia de un gradiente de distribución de las glicosiltransferasas a lo largo del aparato de Golgi, ya que las primeras glicosilaciones ocurren en la porción cis y media del Golgi y las últimas en la región trans. Ésto implicaría un flujo vesicular entre las diferentes zonas del Golgi al igual que ocurre en el caso de las glicoproteínas.

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Es interesante destacar que las características del dominio transmembrana de la glicosiltransferasas que actúan en la síntesis de glicoesfingolípidos, permiten la asociación entre ellas y con otras proteínas de membrana, lo que contribuye a prevenir su inclusión en las vesículas favoreciendo así su permanencia en la región del Golgi que les corresponda. Además, se han descrito casos en los que las glicosiltransferasas se encuentran formando complejos, donde el producto de la primera enzima es procesado inmediatamente por la siguiente y así sucesivamente hasta f ormar el producto final. Ésto apoya la hipótesis de que cada gangliósido individual es sintetizado por un complejo multiglicosiltransferasa. Los productos finales de la biosíntesis de gangliosidos son incluidos en vesículas para su transporte hacia la membrana plasmática. Degradación

El proceso comienza con la transformación de los multi-sialogangliósidos mediante una sialidasa lisosómica en su correspondiente monosialogangliósidos GM1 y GM2 (no susceptibles a esta enzima) o LacCer (a partir de GM3). Una β-galactosidasa elimina una galactosa de GM1 para formar GM2, y una β N acetilhexosaminidasa es la responsable de eliminar la N -acetilgalactosamina de GM2 para dar GM3. En algunas células los ácidos siálicos se eliminan de GM1 y GM2 por sialidasas específicas (GM1 y GM2 sialidasas), dando lugar a los correspondientes asialoderivados GA1 y GA2, que por acción de la β galactosidasa y β -N -acetilhexosaminidasa en el primer caso, o sólo de la β -N acetil-hexosaminidasa en el segundo, dan lugar a LacCer. La existencia de GM2 y GM1 sialidasas fue descrita por primera vez en 1971 por Kolodny et al. La LacCer se degrada hasta ceramida por la actuación secuencial de β galactosidasa y β -glucosidasa. In vivo , la degradación intralisosómica de la mayoría de los glicoesfingolípidos requiere la actuación de un efector junto a las exoglicohidrolasas; estos efectores o activadores son las denominadas proteínas activadoras de esfingolípidos (SAPs o saposinas y otras). Existe una ruta alternativa para la degradación de gangliósidos, que consiste en la ruptura del enlace β-glucosídico que existe entre la glucosa y la ceramida, dando lugar a la ceramida y el oligosacárido. Las enzimas responsables de llevar a cabo este proceso son endoglicosidasas o ceramida glicanasas y requieren para su actuación activadores proteicos específicos, solubles, esenciales en los procesos in vivo .

Los defectos en algunas enzimas de estas rutas de degradación suponen la acumulación de ciertos compuestos, dando lugar a la aparición de diversas enfermedades. Así, de la misma forma que la acumulación del gangliósido

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GM2 da lugar a la enfermedad de Tay-Sachs, la acumulación de Gb3 causa la enfermedad de Fabry. Proceso de recambio 1. Eventos metabólicos a nivel de la membrana plasmática.

Los glicoconjugados son susceptibles de ser glicosilados y desglicosilados in situ , cuando se encuentran insertos en la membrana plasmática, por la acción de enzimas asociadas a ella. En concreto, se sabe que el ácido siálico unido a membrana puede sufrir un recambio local a este nivel. De hecho, la membrana plasmática de muchas células porta una sialidasa que elimina ácidos siálicos de multisialogangliósidos produciendo GM1 y GM2 o LacCer. 2. Procesos de glicosilación directa.

Existen datos que hacen pensar que los gangliósidos exógenos, que son internalizados por exocitosis, pueden llegar al aparato de Golgi, donde son glicosilados y posteriormente liberados hacia la membrana plasmática. Estos procesos de glicosilación son otro instrumento que contribuye a la remodelación de la composición de los glicoesfingolípidos de membrana. 3. Rutas de salvamento o recuperación.

Los gangliósidos endocitados llegan, al menos en parte, a endosomas tardíos y lisosomas, donde son degradados. En estos orgánulos se acumulan tanto los productos finales de su degradación (monosacáridos, bases de cadena larga, ácidos grasos), como productos intermediarios (LacCer, GlcCer y ceramida). Estos fragmentos dejan los lisosomas y llegan al citosol, donde pueden sufrir procesos biosintéticos o catabólicos. La salida de estos fragmentos de los endosomas tardíos o lisosomas podría estar basada en una difusión espontánea como en el caso de las bases, o sometida a un sistema de transporte, como en el caso de los ácidos siálicos. El uso de estos productos catabólicos para la biosíntesis constituye los procesos metabólicos de salvamento o recuperación 4. Reciclado (sin modificaciones metabólicas).

Existe una parte de los gangliósidos que son internalizados en vesículas y son devueltos a la membrana sin sufrir ninguna modificación, a partir de endosomas tempranos. Resumiendo, los procesos a tener en cuenta en el metabolismo de los gangliosidos son los siguientes: A. Biosíntesis de novo B. Degradación

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C. Modificaciones a nivel de membrana plasmática D. Glicosilaciones directas en el aparato de Golgi E. Rutas de salvamento o recuperación F. Reciclado desde endosomas tempranos (FIG. 13) Existen estudios sobre la contribución que cada uno de estos procesos al metabolismo de los gangliosisdos. La biosíntesis de novo representa el 35.0% (10.0-90.0%), las glicosilaciones directas suponen un 7.0% (5.0-10.0%), y las rutas de recuperación representan el 58.0% (10.0-90.0%). Los márgenes de variación son amplios debido a que los resultados dependen del tipo de célula en el que se haga el estudio. También se han hecho estudios para determinar la vida media de un gangliósido, que oscila entre 6.5 horas y 2.8 días, dependiendo del tipo celular. ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE LOS ESFINGOLIPIDOS LA ENFERMEDAD DE GAUCHER

La enfermedad de Gaucher (EG) fue descrita por primera vez, en 1882, por un dermatólogo francés Phillipe Charles Gaucher 1. En 1965, las investigaciones de Brady demostraron que la EG estaba producida por el déficit de la enzima lisosómica beta-glucosidasa ácida o cerebrosidasa, responsable de la hidrólisis intracelular de la glucosilceramida y otros esfingolípidos afines. Este déficit enzimático provoca la acumulación de los mismos en los lisosomas del sistema retículo endotelial. Ya en 1948 Groen3 fue el primero en describir la transmisión genética de la enfermedad, sugiriendo que era una enfermedad autosómica recesiva; la anomalía está localizada en el cromosoma 1 (1q2.1). Aunque más frecuente en algunas etnias, como la Norrbottnian del norte de Suecia (tipo III) o entre los judíos de origen Ashkenazi (tipo I), la enfermedad puede afectar a cualquier raza. Cada 20 ó 30 días, los hematíes y leucocitos son destruidos y los elementos químicos de sus membranas son liberados. La mayor parte de los elementos son eliminados o reutilizados. Uno de estos materiales es un complejo cerebrósido glicosilado conocido como ceramida trihexósido, sobre la que actúa una ceramida trihexosidasa eliminando la galactosa terminal. Entonces, una lactosilceramida hidrolasa elimina la segunda galactosa, dejando una glucosilceramida. Si el paciente no puede sintetizar suficiente glucosilceramida hidrolasa (beta-glucosidasa), la glucosilceramida es embebida por las células del sistema retículo endotelial (bazo, hígado, y médula ósea) y almacenado en los lisosomas como estructuras micro tubulares completamente distintas. Como

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estos túbulos interfieren con la destrucción celular programada, confieren a la célula un relativo grado de inmortalidad con lo que el bazo y el hígado aumentan de tamaño y los elementos normales de la médula ósea son sustituidos por las inmortales y características células de Gaucher. ENFERMEDAD DE NIEMANN-PICK

La enfermedad de Niemann-Pick hace referencia a un grupo de enfermedades de depósito lisosomal de herencia autosómica recesiva, que presentan alteración en los depósitos de lípidos dentro de las células.En 1961 Crocker clasificó la enfermedad en 4 tipos: A, B, C y D. Los del grupo A incluían a los pacientes con la forma infantil de mucha agresividad; los del grupo B presentaban manifestaciones viscerales (hígado y bazo) y los del tipo C y D tenían un inicio tardío de la enfermedad. En 1966 Brady descubre que el tipo A se produce por una deficiencia de la enzima esfingomielinasa ácida; posteriormente se asocia también con el tipo B, pero quedan dudas de su asociación con el tipo C. Esto hace que la enfermedad se clasifique en dos formas: las deficiencias primarias (tipos A y B de Crocker) y deficiencias secundarias (tipos C y D de Crocker) de esfingomielinasa ácida. Más tarde se encontraría que los tipos C y D presentan el mismo defecto y por lo tanto el tipo D salió de la clasificación. En los estudios del grupo de Peter Pentchev se teorizó que en el tipo C la alteración no era propiamente por la deficiencia de la enzima sino en el transporte del colesterol dentro de la célula. La enzima esfingomielinasa ácida (deficiente en los tipos A y B) procura metabolizar dentro de la célula a la sustancia esfingomielina, muy importante para la función de la membrana celular. Cuando no se logra metabolizar por carencia de la enzima, se acumula dentro de la célula causándole un daño progresivo que llevará a alteraciones de diferentes órganos, principalmente hígado, bazo y cerebro. En los pacientes con enfermedad de Niemann-Pick tipo C la actividad de la enzima es normal, pero hay una alteración en el transporte del colesterol dentro de la célula que lleva a una acumulación exagerada del mismo y eventualmente daño celular (hígado, bazo y cerebro). Los tipos A y B de la enfermedad de Niemann-Pick se encuentran aproximadamente en uno de cada 100,000 nacidos vivos, y es más frecuente en la población de judíos asquenacíes. El tipo C es más frecuente, presentándose en 1 de cada 150.000 nacidos vivos y es más común en personas descendientes de los primeros colonos franceses (acadios) en la costa este de Canadá (Nova Scotia).

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ENFERMEDAD DE FABRY Es causada por la deficiencia de la enzima galactosidasa α , con acumulación progresiva de globosiltriasilceramida. Para el diagnóstico el método de elección en los hombres es la determinación de la actividad enzimática de la enzima en plasma, leucocitos o células de cultivo. Los métodos para su eterminación pueden variar, siendo uno de los más recientes y utilizados el de papel de fi ltro. En las mujeres los valores de la actividad enzimática se pueden superponer con los de mujeres sanas y por ello no es tan útil. El diagnóstico de la mutación puede ser útil en ellas si se conoce en los varones de la familia. Se caracteriza por la tríada de:

1. Nódulos subcutáneos 2. Artritis 3. Afectación laríngea (FIG 14 Y 15) LEUCODISTROFIA METACROMÁTICA

La Leucodistrofia Metacromatica es un error del metabolismo de los lipidos, geneticamente determinado, que lleva a la acumulacion de sulfato cerebrosido en varies tejidos del organismo. Este desorden afecta de preferencia al Sistema Nervioso, apareciendo los primeros sintomas entre el primero y segundo años de vida, con deterioro neurológico progresivo y muerte a los 3 -6 años de edad. Dependiendo de la edad de comienzo se reconocen 3 tipos clasicos de Leucodistrofia Metacromatica: Infantil tardia. Juvenil Adulta. Cada tipo pareciera corresponder a un desorden autosomico recesivo e independiente. Las investigation de Jatzkewitz (1960) y Austin (1963), demostraron que el defecto básico de la afeccion es la deficiencia de un enzima, la Arilsulfatasa A, que puede ser detectada en orina, leucocitos, fibroblastos de piel,tejido hepatico y cerebral, cultivo de celulas amnioticas, permitiendo confirmar el diagnóstico. No se conoce hasta la fecha un tratamiento efectivo para este desorden. 1.

Leucodistrofia metacromática infantil tardía cuyos síntomas usualmente comienzan a la edad de 1 a 2 años

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Leucodistrofia metacromática juvenil cuyos síntomas generalmente comienzan entre las edades de 4 y 12 años 3. Leucodistrofia metacromática adulta (y juvenil en etapa tardía) cuyos síntomas pueden presentarse entre los 14 años y la adultez (más de 16 años), pero el inicio se puede dar a los hasta a los 40 ó 50 años 2.

ENFERMEDAD DE KRABBE

La enfermedad de Krabbe es una esfingolipidosis autosómica recesiva causada por la deficiencia de la hidrolasa lisosómica galactosilceramida betagalactosidasa (GALC), enzima que degrada la galactosilceramida y otros esfingolípidos , cuyo acúmulo produce destrucción de oligodendrocitos y desmielinización con preservación relativa de neuronas y axones. Se trata de una enfermedad panétnica que afecta igualmente ambos sexos, y fue originalmente descrita como un proceso infantil con espasticidad y degeneración neurológica rápidamente progresiva. Su incidencia en Europa y EEUU es de 1 caso por cada 100.000 habitantes, siendo su máxima incidencia (6 por 1.000 habitantes) en la comunidad Draze israelí. Actualmente se distinguen 4 subtipos clínicos seg ún la edad de aparición: Tipo 1: Infantil (3-6 meses) Tipo 2: Infantil tardía (6 meses - 3 años) Tipo 3: Juvenil (3-8 años) Tipo 4: Adulta (>8 a ños). Este tipo es m ás frecuente en el sur de Europa. La forma temprana es la más común. Se inicia antes de los seis meses de edad, con irritabilidad notoria, hiperacusia, hipertonía, retraso del desarrollo psicomotor e hipertermia no asociada con infección. También, con el tiempo, se desarrolla tetraplejia espástica, atrofi a óptica y convulsiones tónicas o clónicas. El diagnóstico se basa en la identificación de la disminución o falta de la enzima galactocerebrosidasa en leucocitos o en cultivos de fibroblastos. LA ENFERMEDAD DE TAY SACHS Es una afección heredodegenerativa del Sistema Nervioso Central cuya primera referenda se remonta a 1881, año en quc W. Tay describió las alteraciones oculares. Posteriormente B. Sachs en 1898 define el cuadro clínico en los siguientes términos:"Enfermedad heredodegenerativa de la infancia y que se caracteriza por una triada sintomatica:detención de todos los procesos mentales, debilidad progresiva de todos los músculos del cuerpo, terminando en parálisis y ceguera rápidamente progresiva asociada a cambios en la macula,la mancha rojo cereza y a atrofia óptica" . Actualmente en base al progreso alcanzado por la

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bioquimica se ha logrado determinar que se trata de un error congénito del metabolismo de los lípidos. BIOQUIMICA. Es una enfermedad de depósito intraneuronal siendo el material acumulado un gangliosido, que según la clarification de Svennerholm corresponded a al GMa. Este es un componente normal del Sistema Nervioso, constituyendo el 1-3% del total de gangliosidos presentes en el, sin embargo, en esta enfermedad aumenta hasta alcanzar cifras del orden del 90%. El sistema enzimático que degrada este GMa está constituido por las hexosaminidasas A y B, que sería el comprometido en esta afección, trayendo como consecuencia su acumulación. Según la anormalidad bioquímica se pueden distinguir las formas de gangliosidosis GMs . GENETICA. Es heredada como autonómica recesiva, habiendo una especial incidencia en la Población judía donde su frecuencia es de 12 x 100.000 nacimientos, comparada con 0,2 x 100.000 nacimientos en los no judíos.

(FIg.16) DIAGNQSTICO. El diagnostic©ose basa en el cuadro clinico descrito siendo de especial relevancia el examen de fondo de ojos que revela la presencia de la mancha rojo cereza en el 90% de los pacientes. Desde el punto de vista bioquimico se puede confirmar determinando la actividad de la enzima hexosaminidasa A, y el aumento de GMa en biopsia rectal y/o cerebral. Otros hallazgos que aun no tienen explicacion serían el aumento de transaminasas y deshidrogenasa lactica del suero, con una gran reduction de la actividad de la aldolasa fructosa 1 fosfato. TRATAMIENTO. Hasta la fecha solo se dispone de tratamiento sintomatico, siendo imposible modificar el curso irremediablemente fatal de la enfermedad. Solo se les puede ofrecer a parientes de pacientes con la enfermedad de Tay Sachs el diagnostico prenatal por la determinaci6n de la enzima hexosaminidasa A en cultivo de celulas amnioticas . En cuanto al consejo gen6tico, es precise dar a conocer a los padres que se trata de una afección que se hereda en forma autosomica recesiva. Los heterozigotos pueden ser detectados mediante la determinacion de hexosaminidasa A, en suero, lagrimas o saliva.

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ANEXOS

FIG. 1: ESFINGOLIPIDOS

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FIG.2 SÍNTESIS DE NOVO

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FIG.3 VÍA DE RECICLAJE

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FIG.4 El reóstato de esfingolípidos. Dado que Ceramida, Esfingosina y Esfingosina-1-fosfato son metabolitos interconvertibles entre sí, se postuló que la relación entre sus concentraciones, y no el valor absoluto de cada una de ellas, es la que determina el destino celular.

FIG.5 La ceramida es la mediadora central de diversas vías apoptóticas. El estrés por genotóxicos, induce acumulación de ceramida. La señalización a través de los lisosomas induce el aumento del nivel de ceramida por activación de esfingomielinasa ácida. La ceramida puede activar directamente a la catepsina D la cual posteriormente, degrada y activa a la proteína Bid. Otra proteína blanco de la ceramida es la fosfatasa PP2A, la cual regula negativamente la vía de supervivencia Akt / PKB. Ambas PP2A y la Akt / PKB regulan la relación Bax / Bcl-2; si la PP2A prevalece como ocurre en presencia de ceramida, Bax prevalece sobre Bcl-2 y la mitocondria se permeabiliza. La activación de los receptores de muerte conduce a la formación de ceramida vía activación de la esfingomielina neutra y la degradación de la proteína Bid inducida por caspasa 8. Los lisosomas pueden también ser activados corriente abajo de los receptores de muerte y ambas señales convergen en la permeabilización de la membrana mitocondrial externa. Además, la generación de ceramida por hidrólisis de esfingomielina mitocondrial resulta en la traslocación de la proteína Bax y finalmente se produce permeabilización de la membrana mitocondrial externa.

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FIG.6 ESFINGOMIOSINA

FIG. 7 METABOLISMO DE LAS ESFINGOMIELINAS

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FIG.8

. Síntesis de glucosilceramida. GCS: Glucosilceramidasintasa. FIG.9 Estrucutura de los Globosidos

Fig.10 Biosintesis de los globosidos

FIG.11

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Estructura de los Gangliosidos

FIG.12 Metabolismo de los gangliosidos “Biosintesis del novo”

FIG.13

Esquema del metabolismo y tráfico intracelular de gangliósidos.

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FIG. 14 Alteraciones del Metabolismo de los Esfingolipidos

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FIG.15 Desordenes Asociados con un Metabolismo Anormal de los Esfingolípidos Desorden

Deficiencia Enzimática

Sustancia que se acumula

Síntomas

Forma infantil: retardo Enfermedad de Tay-Sachs

HexA

Gangliósido GM2

mental rápidamente progresivo, ceguera, mortalidad temprana Forma infantil: los

Enfermedad de Sandhoff

HexA y HexB

Globósido; Gangliósido GM2

mismos síntomas que en Tay-Sachs, progreso más rápido

Variante AB de Tay-Sachs Deficiencia del activador GM2

Activador GM2 (GM2A)

Forma infantil: los Gangliósido GM2

mismo síntomas que Tay-Sachs

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FACULTAD DE MEDICINA HUMANA Cátedra de Bioquímica Hepatoesplenomegalia, Enfermedad de

β-blucosidasa acida

Gaucher

(glucocerebrosido)

retardo mental en la glucocerebrosido

forma infantil, degeneración de huesos largos

Enfermedad de Fabry

Globotriasilceramida; α-galactosidasa A

también llamada trihexosido ceramida (CTH)

Insuficiencia renal, rashes de la piel

El tipo A es una alteración severa con Enfermedad de

hepatoesplenomegalia,

Niemann-Pick

daño neuronal severo

Tipos A y B Tipo C

Esfingomielinasa proteína NPC1

Esfingomielinas

que lleva a la muerte

colesterol derivado de LDL temprana, el tipo B solamente involucra a las vísceras

Enfermedad de Krabbe

Gangliosidosis GM1

Leucodistrofia Metacromática

galactocerebrosidos

galactocerebrosidos

β-galactosidasa 1

Gangliósidos GM1

Retardo mental, deficiencia de mielina Retardo mental, deficiencia de mielina Retardo mental,

Arilsulfatasa A

Sulfatidos

metacromasia de nervios Degeneración cerebral,

Fucosidosis

α-fucosidasa

pentahexosilfucoglicolipido piel gruesa, espasticidad muscular

Lipogranulomatosis de Farber

Ceramidasa acida

ceramidas

Hepatoesplenomegalia articulaciones dolorosas

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Fig.16

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Metabolismo de Esfingolipidos ___catedra de Bioquimica

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