ENFERMEDAD MITOCONDRIAL PROTOCOLO

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  • Protocolo de diagnstico y tratamiento delas enfermedades mitocondriales

    Campos Y1; Pineda M2; Garca Silva MT1; Montoya J3; Antoni L. Andreu4

    1Hospital 12 de Octubre. Madrid.

    2 Hospital San Juan de Dios. Barcelona.

    3 Facultad de Veterinaria.Universidad de Zaragoza.

    4 Hospital Vall dHebrn. Barcelona.

    Palabras clave: mitocondria, encefalomiopatas mito-condriales, cadena respiratoria mitocondrial, ADN mito-condrial.

    Correspondencia:Dra. Yolanda Campos.Centro de Investigacin. Hospital Universitario 12 de Octubre.Avda. Crdoba, s/n.28041 Madride-mail: [email protected]

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    Enfermedadesmitocondriales

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  • Introduccin

    Las encefalomiopatas mitocondriales constituyen unamplio grupo de enfermedades cuyo nexo de unin esuna alteracin en el paso final del metabolismo oxida-tivo, la cadena respiratoria mitocondrial (CR), con laconsiguiente disminucin de produccin de energa enforma de ATP.Aunque existen sndromes clnicos perfectamentedefinidos, en muchas ocasiones el paciente presentauna asociacin de sntomas y signos que puedenmodificarse a lo largo de la evolucin del proceso, porlo que el estudio de la enfermedad mitocondrial puedeser complejo. El diagnstico final ha de realizarse con-jugando varios factores: clnicos, bioqumicos (valo-racin de la actividad enzimtica de los complejos dela cadena respiratoria), anatomopatolgicos y genticos.Segn los resultados obtenidos podremos obtener undiagnstico confirmatorio, probable, posible o descartarla enfermedad (1).

    Cadena respiratoria mitocondrial

    Una de las funciones primordiales de la mitocondria,orgnulo citoplasmtico que posee su propia dotacingentica, el ADN mitocondrial (ADNmt), es la produc-cin de energa a partir de la oxidacin aerbica desustratos. El proceso oxidativo final tiene lugar en la CR,encargada de transformar los potenciales de xido-reduc-cin generados en energa, mediante el acoplamiento ala fosforilacin oxidativa. La glucolisis y el ciclo del cido ctrico generan depor s una cantidad relativamente baja de energa enforma de ATP. Sin embargo, seis pasos de deshidro-genacin (uno en la glucolisis, otro en la reaccin dela piruvato deshidrogenasa y cuatro ms en el ciclode Krebs) reducen, en total, 10 moles de NAD+ aNADH y dos moles de FAD a FADH2, por mol deglucosa. La reoxidacin de estos equivalentes reduc-

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  • tores genera la mayor parte de la energa necesariapara la sntesis de ATP. La reoxidacin del NADH yFADH2 es un proceso en el que se producen reac-ciones acopladas de oxidacin-reduccin, con el pasode electrones a travs de los complejos enzimticosde la CR, integrados en la membrana interna mito-condrial (Fig. 1). El complejo I (NADH-CoQ oxi-dorreductasa) transporta los equivalentes reductoresdesde el NADH al pool de Coenzima Q (CoQ).Est formado por, al menos, 43 polipptidos, siete delos cuales estn codificados por el ADNmt. El com-plejo II (succinato-CoQ oxidorreductasa) reoxida elFADH2 y transporta los electrones al CoQ. Est for-mado por dos subunidades de la succinato deshidro-genasa (SDH) y otras dos que actan en su anclaje ala membrana (subunidades C y D), todas ellas codi-ficadas por el ADN nuclear (ADNn). El complejo III(ubiquinol-citocromo c oxidorreductasa) transportalos electrones desde el CoQ al citocromo c. Contiene 11subunidades, una de las cuales, el citocromo b, est codificado por el ADNmt. El complejo IV (citocromoc oxidasa) cataliza la transferencia de electronesdesde el citocromo c al O2 para producir agua. Estformado por 13 subunidades, tres de las cuales estncodificadas por el ADNmt. La energa liberada enestos procesos se utiliza para bombear protonesdesde la matriz mitocondrial al espacio intermem-brana (a travs de los complejos I, III y IV), y el gra-diente electroqumico generado es utilizado para lasntesis de ATP en el complejo V (ATP sintasa). Estecomplejo est formado por, al menos, 14 subunidades,dos de las cuales son codificadas por el ADNmt.Adems, para un perfecto rendimiento de la cadenarespiratoria mitocondrial es necesario un funcionamien-to adecuado de otras tres enzimas: dihidroorotato-CoQ oxidorreductasa (DHO-CoQO), flavoprotenatransportadora de electrones-CoQ oxidorreductasa(ETF-CoQO) y el translocador de nucletidos deadenina (ANT), encargado de exportar al exterior elATP sintetizado, a la vez que introduce en la matrizADP y Pi.

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  • Aunque no existe un conocimiento total acerca de laestructura y funcin de la cadena respiratoria,cualquier dficit enzimtico que afecte a la misma,independientemente de su localizacin, afectar mar-cadamente al metabolismo celular. Una consecuenciadirecta ser la limitacin en la cantidad de ATPintracelular, aunque tambin se producirn otro tipode efectos metablicos. Entre ellos, una marcadaalteracin del metabolismo de los carbohidratos y dela -oxidacin. Como consecuencia de ello, ser posibleencontrar un incremento de las ratios lactato/piruvatoy -OH butirato/acetoacetato, con la elevacin secun-daria en plasma de los niveles de lactato, detectadafrecuentemente en estos pacientes.

    Diagnstico clnico

    Como ya es bien conocido, el diagnstico de las enfer-medades del metabolismo energtico mitocondrialpuede resultar muy complejo. Esta complejidad se debe

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    MEMBRANA EXTERNA

    MATRIZ

    COMPLEJO I

    SUCCINATO FUMARATO

    FLUJO DE FLUJO DE H+

    COMPLEJO II COMPLEJO III COMPLEJO IV COMPLEJO V

    MEMBRANAINTERNA

    ESPACIOINTERMEMBRANA

    SUBUNIDADES CODIFICADAS POR EL NCLEOSUBUNIDADES CODIFICADAS POR ELADN MITOCONDRIAL

    Fig. 1. Representacin de la cadena respiratoria mitocondrial, mostrandolos complejos enzimticos embebidos en la membrana interna mito-condrial y el flujo de electrones y protones.

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  • esencialmente a dos factores: en primer lugar, la pre-sentacin clnica y las alteraciones bioqumicas detec-tadas por el anlisis de metabolitos en fluidos biolgicosno son especficas del defecto metablico; por otrolado, las pruebas bioqumicas no siempre son informa-tivas, y la obtencin de resultados normales no descartala presencia de una enfermedad mitocondrial y porello, en ocasiones, se requieren pruebas dinmicas quepongan de manifiesto la alteracin del metabolismoenergtico (2). Dichas pruebas deben estar estandari-zadas, debe seguirse exactamente los protocolos parasu realizacin de forma que sea correcta la interpreta-cin de los resultados (Fig. 2).Esto hace que el diagnstico bioqumico y la localiza-cin del defecto gentico slo se consiga en muchoscasos tras una larga serie de estudios bioqumicos ymoleculares en diferentes tejidos, especialmente en losms afectados clnicamente.Se debe realizar una historia clnica detallada y unaexploracin completa. Para alcanzar el diagnstico esfundamental el continuo dilogo entre clnicos, bioqu-micos y genetistas, ya que existen un gran nmero demutaciones del ADN mitocondrial y ADN nuclear.Otro punto muy importante es mantener un buendilogo con los padres y/o el paciente y darles unainformacin exacta y correcta, ayudndose de dibujose imgenes que faciliten su comprension. Hemos realiza-do un trptico que se entrega a las familias.Finalmente se ha de tener en cuenta que debemos evitarpruebas inecesarias y realizar los estudios en los tejidosadecuados y que siempre deben ir acompaados de unconsentimiento informado segn la legislacin vigentes.

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  • Tras realizar un estudio de extensin de la enfermedad,con los exmenes pertinentes, la pauta que proponemospodra resumirse de la siguiente forma:

    A) Estudios Bioqumicos iniciales1 Anlisis basal de metabolitos

    - Lactato, piruvato y cuerpos cetnicos (hidro-xibutirato y acetoacetato) en sangre. El signobioqumico fundamental es la hiperlactaci-demia. Adems, la relacin lactato/piruvatose suele encontrar aumentada en pacientescon defectos de la cadena respiratoria mito-condrial. Si se halla descendida, se debesospechar defectos del complejo piruvatodeshidrogenasa. La obtencin de muestrasde sangre venosa para la determinacin delactato es crtica, y se debe evitar el uso pro-longado del torniquete y en la medida de lo

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    Sospecha

    EstudiosBioqumicosbasales

    Alteradas

    Alterados

    ENFERMEDAD

    MITOCONDRIAL

    Normales

    Normales

    Normales

    Otro diagnstico?

    Pruebas in vivoy funcin celular

    EsperarEvolucin

    Estudios HistolgicosBioqumicos y/o genticos

    Fig. 2. Protocolo diagnstico.

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  • posible, el llanto y movimiento del pacientepeditrico.

    - Determinacin de CPK, CoQ10, alfa-tocofe-rol, urato, amonio, biotinidasa, aminocidos(alanina) y carnitina (libre, total y acilcarni-tinas) en plasma y/o suero. Anlisis decidos orgnicos y aminocidos en orina.Estas determinaciones se pueden realizaren la primera fase del estudio, ya que nospermitirn confirmar la presencia de unahiperlactacidemia verdadera e iniciar eldiagnstico diferencial con otras entidadesque pueden causar hiperlactacidemia (defi-ciencia de biotinidasa, acidemias orgnicas).La determinacin de timidina en sangre esun test diagnstico que se debe realizar enpacientes con sntomas neurogastrointesti-nales (MNGIE), cuando se sospecha undficit de timidina fosforilasa.

    - Anlisis de metabolitos en lquido cefalo-rraqudeo (LCR). Es recomendable realizarlocuando los metabolitos sricos son normalesy/o el cuadro clnico es de afectacin central:se puede cuantificar protenas, glucosa, lac-tato, piruvato, aminocidos y folato. Enalgunas entidades, su estudio es muy impor-tante para orientar el diagnstico (enferme-dad de Kearns-Sayre).

    2 Pruebas dinmicas- Prueba de sobrecarga de glucosa. Tras

    administrar 2 gr de glucosa por Kg de peso,se determina en condiciones basales y unahora post-sobrecarga la concentracin delactato, piruvato, cuerpos cetnicos y ami-nocidos en sangre y el perfil de cidosorgnicos en orina. El fundamento de estaprueba es el de revelar defectos del metabo-lismo energtico mitocondrial que en con-diciones basales no se observan, y que semanifiestan principalmente con aumento

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  • del lactato y de la alanina tras la sobrecarga.Los pacientes con enfermedad mitocondrialpueden mostrar un aumento de lactatosuperior a los lmites de referencia por edad(2-2,5 mmol/L), dato que nos indicar lanecesidad de continuar con otros estudiosdiagnsticos. Por su relativa facilidad derealizacin e interpretacin, es la prueba deeleccin en pacientes peditricos.

    - Prueba de esfuerzo, con determinacin deCPK, lactato, piruvato y aminocidos (ala-nina) basal y post-esfuerzo y cidos orgni-cos en orina basal y post-esfuerzo. (slo sepuede realizar en nios mayores que cola-boran, o en adultos). Es una prueba msdifcil de estandarizar, especialmente res-pecto al tipo e intensidad de ejercicio a rea-lizar, ya que el umbral anaerbico de cadapaciente es diferente.

    3 Estudio del metabolismo energtico enclulas mononucleares- Determinacin de la funcin de la cadena

    respiratoria mitocondrial en clulas mono-nucleares por medio del anlisis del consu-mo de oxgeno (polarografa). Esta pruebatiene la ventaja de que valora el metabolismoenergtico en fresco, pero su realizacin einterpretacin es difcil, por lo que su utili-zacin est restringida a Laboratorios conamplia experiencia en el tema.

    B) Exmenes clnicos complementarios1 Estudios oftalmolgicos

    - Fondo de ojo: deteccin de posible atrofiaptica o retinitis pigmentaria. Estas altera-ciones pueden aparecer hasta en el 75%de los casos, dependiendo de la etapa evo-lutiva.

    - Agudeza visual y campimetra. Se aconsejaante la sospecha de un LHON (atrofia pticade Leber).

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  • - Motilidad ocular. Se explora detenidamenteen la CPEO (oftalmopleja externa progresivacrnica) y en el sndrome de Kearns-Sayre.

    2 Estudios Neurofisiolgicos- Electromiografa y Velocidad de Conduccin:

    determinar si existe afectacin perifrica,neuroaxonal o desmielinizante, de moto-neurona anterior y muscular.

    - Potenciales Evocados Auditivos y Visuales:En la mayora de los casos se hallan afectadosy permiten un seguimiento de la evolucinde la enfermedad en controles sucesivos.

    - Electrorretinografa: se debe realizar siem-pre, especialmente cuando se sospecha unaretinitis pigmentaria (puede detectar la reti-nopata antes que sea visible en el fondo deojo, especialmente en el NARP (sndrome deneuropata, ataxia y retinitis pigmentaria) yen el sndrome de Kearns Sayre.

    - Electroencefalograma con registro de vigi-lia y sueo: objetiva las lesiones en el SNC,la existencia de anomalas electroencefalo-grficas y epilepsia. Con la poligrafa regis-tramos las mioclonas especialmente en elMERRF (sndrome de epilepsia mioclnicay fibras rojo rasgadas), y podemos evaluarsi las mioclonas son de origen central obien espinal. El ritmo de base se va deterio-rando con la evolucin de la enfermedad.

    3 Neuroimagen- La Resonancia Nuclear Magntica Craneal

    convencional (RNM) nos pone de manifiestolas lesiones hiperintensas en ncleos de labase y tronco en el sndrome de Leigh. Laslesiones vasculares agudas especialmentede los lbulos occipitales son caractersticasdel MELAS (encefalomiopata mitocondrialcon acidosis lctica y episodios de stroke-like). La atrofia cerebral y/o cerebelosa puedeaparecer con carcter evolutivo en el curso

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  • de la enfermedad. La presencia de anomalasdifusas de la sustancia blanca central soncaractersticas del Kearns-Sayre y del dficitdel Complejo-II de la cadena respiratoria.

    - La RNM craneal con espectroscopa valoraadems la presencia de cido lctico, el gradode mielinizacin y la prdida neuronal. Estatcnica determina adems la concentracinde colina, creatina y acetil-L-aspartato, que esun buen marcador de la viabilidad celular.

    - La realizacin del TAC craneal se recomiendasi se sospecha la presencia de calcificaciones(Kearns-Sayre y MELAS).*Con la aplicacin de estas pruebas, se detec-ta una frecuencia de alteraciones en el 80%de los pacientes, dependiendo del tiempode evolucin de la enfermedad.

    4 Test de evaluacin Cognitiva- En las formas clnicas con posible deterioro

    cognitivo es importante realizar un estudioneuropsicolgico por medio del Test deWISC-R y otros, o bien en nios menores de6 aos por medio de un test de desarrollo(Baby-Bender, Llevant).

    5 Estudios en otros rganos o sistemas- La determinacin del metabolismo energ-

    tico muscular se puede evaluar con Re-sonancia magntica y espectroscopia con 31P,midiendo la relacin fosfocreatina (PCr)/ fos-fato inorgnico (Pi) en reposo, con el ejercicioy durante la recuperacin. En pacientes conenfermedad mitocondrial, la relacin PCr/Pies baja en reposo, desciende mucho con elejercicio y presenta una recuperacin muylenta. Desde un punto de vista prctico, estaprueba requiere cooperacin del paciente ypor tanto es difcil de realizar en nios.

    - Estudio cardiolgico: se debe buscar la pre-sencia de miocardiopata hipertrfica o dila-tada y bloqueos de conduccin o sndrome de

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  • hiperexcitabilidad. Estos son frecuentes en lainfancia y su presencia puede derivar en lacolocacin de un marcapasos (Kearns-Sayre).

    - Estudio ORL: se debe descartar una hipoa-cusia y realizar una audiometra , valorandola necesidad de colocar audfonos o implan-tes cocleares si la lesin es de origen coclear(MERRF, MELAS, NARP, Kearns-Sayre).

    - Estudio endocrinolgico: Abarca variosaspectos, de los que destacamos: 1) Somato-metra en cada control ante cualquier ano-mala se realizaran los estudios pertinentes.2) El estudio de una posible diabetes y delhipoparatiroidismo se realiza siempre quelos signos clnicos lo aconsejen (Pearson,Kearns-Sayre, MELAS etc.). 3) El Test deACTH para valorar la respuesta de cortisolse suele realizar al principio del seguimientodel paciente. Si el paciente se descompensa,se recomienda analizar el cortisol en esemomento para poder aplicar si se precisa,tratamiento con corticoides.

    - Estudio nefrolgico: Es preciso realizaruna funcin renal completa, que incluyadeterminaciones en orina de 24 horas yexploracin de la filtracin glomerular y detodas las funciones tubulares. Con estaspruebas, se puede detectar un sndrome deFanconi u otras anomalas ms sutiles quepasaran desapercibidas con estudios mssencillos (Kearns-Sayre, Pearson, MELAS).

    - Estudio hematolgico: se han descrito dife-rentes tipos de alteraciones hematolgicasque afectan a las tres series celulares (ane-mias macroctica o sideroblstica, sndromemielodisplsico, pancitopenia con mdulaaplsica, neutropenia y trombopenia). Es deespecial inters realizar estudios hematol-gicos (puncin de mdula sea) ante la sos-pecha de una enfermedad de Pearson.

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  • - Estudio gastroenterolgico: Son frecuentes en los nios pequeos los problemas de ali-mentacin y reflujo gastroesofgico. Puedenpresentar vmitos recurrentes, diarrea crni-ca, fallo del medro, disfuncin pancreticaexocrina (enfermedad de Pearson) y episodiosde pseudobstruccin intestinal. Ante una afec-tacin predominantemente gastrointestinal,debera sospecharse un sndrome de MNGIE.El hgado es un rgano que se afecta con fre-cuencia en las enfermedades mitocondriales(hepatomegalia progresiva, fallo hepticoinducido por Valproato, fallo heptico agudoasociado a depleciones del mtDNA).

    - Estudio Nutricional: Se realizar segn lasformas clnicas y en cada caso en concreto,especialmente en los enfermos con retardopondoestatural y es aconsejable evaluar elestado nutricional antes de iniciar cualquiertratamiento diettico y si se precisa la colo-cacin de alimentacin enteral.

    6 Registros Audiovisuales- Una vez diagnosticado el paciente, es muy

    aconsejable tomar fotografas y registrar envdeo a los pacientes, ya que esto nos per-mitir evaluar la evolucin de los pacientes,especialmente si se inicia algn tratamiento.

    Esta pauta de estudio se acompaa del siguiente recor-datorioUno de los mayores avances de la ltima dcada en elcampo de la pediatra ha sido el reconocimiento de lasanomalas estructurales y funcionales de las mitocon-drias, capaces de causar importantes alteracionesmetablicas, principalmente en las vas de produccinde energa. Todas las clulas, rganos y tejidos requierenenerga para su buen funcionamiento y, si sta falla,pueden verse ms o menos afectados dependiendo desus necesidades energticas. El principal sistema gene-rador de energa, la fosforilacin oxidativa, implica a

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  • numerosas protenas, 13 de ellas codificadas por el ADNmitocondrial y la gran mayora por el ADN nuclear.Las enfermedades mitocondriales resultan, pues, demutaciones en ambos genomas y de fallos en la interac-cin de los mismos. Todo ello, da lugar a un amplioespectro de signos y sntomas clnicos (Tabla I), queimplica una gran variedad de presentaciones clnicasdiferentes (Tabla II).El conocimiento actual de las enfermedades mitocon-driales ha cambiado el concepto clsico de las mismas,que se centraba en los sntomas neuromusculares,demostrndose que, an cuando stos sean a menudopredominantes, dados los especiales requerimientosenergticos de estos dos sistemas, estas enfermedadespueden afectar a cualquier tejido, rgano y sistema, acualquier edad y con cualquier tipo de herencia, debidoal doble origen gentico de los complejos de la cadenarespiratoria (ADNn y ADNmt). As, debe sospecharse un defecto de la cadena respirato-ria mitocondrial ante cualquier paciente que presenteuna asociacin inexplicable de dos o ms sntomas, conun curso clnico rpidamente progresivo, y que afecte teji-dos y rganos aparentemente no relacionados. Esimportante tener en cuenta que cualquiera que sea laedad de inicio y el sntoma inicial de la enfermedad, laprincipal caracterstica es el incremento progresivo detejidos afectados durante el curso de la enfermedad, deforma que el sistema nervioso central se halla casi siem-pre involucrado en los estadios avanzados de la misma.Los sntomas iniciales normalmente persisten y lenta-mente empeoran, pero en algunas ocasiones puedenmejorar o bien incluso desaparecer a medida que otrosrganos se van afectando paulatinamente.Para facilitar el reconocimiento de los signos clnicos, losdividimos segn su presentacin a diferentes edadespeditricas: perodo neonatal, de 0-1 mes de vida, y post-natal, que comprende el perodo de lactancia, infancia yadolescencia Tabla I. El espectro de sndromes asociadosse muestra en la Tabla II, an cuando en la edad Peditricamuchos de ellos se presentan de forma incompleta.

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    Tabla I. Signos y sntomas clnicos de sospecha de enfer-medad mitocondrial

    1. En el perodo neonatala. Neurolgicos

    - Dificultad respiratoria asociada a Acidosis lcticasevera.

    - Hipotona severa aislada.- Imgenes qusticas extensas en la ECO

    transfontanelar/TAC/RMN craneal sin historia de anoxia neonatal (incluso con hemorragia intracraneal).

    b. Digestivos- Hepatopata aguda.- Hipoglucemia resistente al tratamiento.- Insuficiencia hepatocelular grave.

    c. Cardiolgicos- Miocardiopata.

    d. Multisistmicos - Afectacin pluritisular con acidosis lctica.- Anemia y pancitopenia severa.

    2. Despus del perodo neonatala. Metablicos

    - Coma cetoacidtico.- Episodios de cetoacidosis e hiperlactacidemia

    asociada a sndrome febril.- Sndrome de Reye. - Muerte sbita abortada.

    b. Gastrointestinales- Vmitos recurrentes.- Diarrea crnica, atrofia de vellosidades intestinales.- Fallo del medro.- Retraso pondoestatural.- Disfuncin pancretica exocrina.- Pseudo-obstruccin intestinal crnica.- Insuficiencia heptica grave.- Hepatomegalia progresiva.- Fallo heptico inducido por valproato.

    c. Cardiolgicos- Miocardiopata hipertrfica (concntrica).- Bloqueo de conduccin elctrica, de rama derecha,

    intraventricular y completo.- Hiperexcitabilidad.

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    Tabla I. Signos y sntomas clnicos de sospecha de enfer-medad mitocondrial

    d. Hematolgicos- Anemia macroctica resistente al tratamiento y

    dependiente de transfusin.- Anemia sideroblstica.- Sndrome mielodisplsico, diseritropoytico.- Pancitopenia con mdula aplsica.- Neutropenia y trombopenia.

    e. Endocrinolgicos - Hipoglucemias recurrentes.- Diabetes Mellitus insulino-dependiente,

    permanente o espordica (IDDM).- Diabetes inspida.- Nanismo.- Retraso en la maduracin sea.- Retraso pondoestatural.- Hipoparatiroidismo.- Hipotiroidismo.- Dficit de hormona de crecimiento.- Insuficiencia suprarrenal.- Hiperaldosteronismo.- Infertilidad (fallo ovrico o disfuncin hipotalmica).

    f. Oftalmolgicos- Atrofia ptica.- Retinitis pigmentaria atpica, degeneracin retiniana,

    retinopata en sal y pimienta.- Ptosis palpebral.- Limitacin y parlisis de la movilidad ocular.- Diplopia.- Oftalmopleja externa (OPE).- Cataratas, opacidades corneales.

    g. Nefrolgicos- Sndrome de Toni-Debr-Fanconi.- Nefritis tbulo-intersticial.- Insuficiencia renal.- Hipercalciuria.- Sndrome de Bartter.- Hipercalciuria.- Sndrome de Bartter.- Raquitismo vitamino-resistente.- Sndrome nefrtico.

    Continuacin de la tabla I.

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    Tabla I. Signos y sntomas clnicos de sospecha de enfer-medad mitocondrial

    h. Dermatolgicos- Pigmentacin marmoreada.- Pigmentacin abigarrada en reas expuestas

    a la luz.- Exantema.- Tricothiodistrofia (alteracin de los componentes

    sulfurados del pelo).- Pelo seco, grueso y quebradizo.

    i. Musculares- Control ceflico deficiente y escasa movilidad

    espontnea.- Hipotona y debilidad de extremidades.- Distona.- Atrofias musculares.- Fatigabilidad muscular con el esfuerzo.- Miopata progresiva.- Mialgias con intolerancia al ejercicio.- Mioglobinuria recurrente.

    j. Otorrinolaringolgicos.- Sordera neurosensorial progresiva (de origen

    coclear y/o de origen central).- Ototoxicidad inducida por aminoglucsidos.

    k. Dismorfolgicos- Amimia facial.- Facies semejante a sndrome alcohlico fetal

    con/sin agenesia de cuerpo calloso.l. Neurolgicos

    - Retraso o estancamiento del desarrollo psicomotor.- Fiebre de origen central.- Ataxia cerebelosa.- Polineuropata sensitivo/ motora, pies cavos,

    amiotrofias musculares.- Epilepsia rebelde a la medicacin (que puede

    empeorar con Valproato).- Epilepsia mioclnica, Sndrome de West.- Leucodistrofia de etiologa desconocida.

    m. Neoplsicos- Paraganglioma hereditario.- Lipomatosis simtrica mltiple.

    Continuacin de la tabla I.

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    Tabla II. Sndromes clnicos ms frecuentes asociados aalteraciones del metabolismo energtico

    1. Sndrome de Alpers- Aparece entre el 1 y 4 ao de vida.- Poliodistrofia rpidamente progresiva con

    prdida neuronal, astrocitosis y espongiosis.- Regresin psicomotora y crisis mioclnicas rebelde

    a frmacos antiepilpticos.- Microcefalia adquirida.- Insuficiencia hepatocelular.

    2. Sndrome de Leigh- Se caracteriza por lesiones bilaterales y simtricas

    de espongiosis con proliferacin vascular y astrocitosis, que afecta a ganglios de la base, tronco y mdula.

    - Evolucin clnica por brotes con regresin de adquisiciones psicomotoras adquiridas.

    - Alteraciones de tronco cerebral: respiratorias (apneas) y de la deglucin.

    - TAC/RMN cerebral muestra alteraciones simtricasde los ncleos de la base, tlamo, tronco cerebral yastas posteriores de la mdula espinal.Otras alteraciones que pueden asociarse:- Vmitos y rechazo del alimento.- Parlisis oculomotoras.- Nistagmus, atrofia ptica.- Movimientos involuntarios y/o sndrome

    extrapiramidal.- Sndrome piramidal a veces con ROTs abolidos.- Hiperproteinorraquia con disminucin de

    velocidad de conduccin nerviosa.- Leucodistrofia.

    3. Sndrome de Pearson- Anemia macroctica refractaria asociada o no a neu-

    tropenia y trombocitopenia (en mdula se encuen-tran vacuolizacin de los precursores eritroides ymieloides, hemosiderosis y sideroblastos en anillo).

    - Aparece en el primer ao de vida.- Disfuncin pancretica exocrina.- Afectacin multiorgnica variable.- Puede evolucionar a un sndrome de Kearns-Sayre.

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    Tabla II. Sndromes clnicos ms frecuentes asociados aalteraciones del metabolismo energtico

    4. Sndrome De Barth- Afecta slo varones.- Cardiomiopata congnita severa.- Neutropenia severa.- Signos miopticos.

    5. Sndromes de Deplecin del ADNmtForma Hepatoencefaloptica- Presentacin neonatal a 2 aos, con muerte precoz.- Hepatopata fatal.- Hipotona generalizada con grave encefalopata.- Fallo del medro.Variable:- Cardiomiopata.- Epilepsia mioclnica.- Acidosis lctica en la mayora.Forma mioptica- Formas neonatal y de inicio en la infancia.- Hipotona generalizada con miopata progresiva.- Acidosis lctica variable.- Histologa normal o con FRR.- Frecuentemente con tubulopata.- EMG con patrn mioptico.- Distrofia y atrofias musculares progresivas.

    6. Sndrome de Kearns-Sayre- Inicio antes de los 20 aos.- Oftalmopleja progresiva.- Retinitis pigmentaria atpica.Ms uno de los siguientes:

    - Bloqueo cardaco.- Sndrome cerebeloso.- Protenas superiores a 100 mg/L en el LCR.

    7. Forma mioptica aislada- Debilidad muscular.- Mialgias.- Intolerancia al ejercicio.- Miopata progresiva (puede empeorar con

    infecciones recurrentes).- Mioglobinuria.

    Continuacin de la tabla II.

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    Tabla II. Sndromes clnicos ms frecuentes asociados aalteraciones del metabolismo energtico

    8. Oftalmopleja externa progresiva (PEO)- Oftalmopleja.- Ptosis.- Debilidad muscular.- RRF.

    9. Encefalopata mitocondrial, acidosis lctica y episodios stroke-like (MELAS)- Episodios stroke-like, generalmente antes de

    los 40 aos.- Acidosis lctica o RRF (pudiendo coexistir).Ms dos de los siguientes:

    - Crisis epilpticas focales o generalizadas.- Demencia.- Cefaleas recurrentes (tipo migraas).- Vmitos.

    Variable:- Sordera neurosensorial.- Baja estatura.- Protenas en L.C.R. aumentadas (en 50% de

    los casos).- Calcificaciones de los ganglios basales (30%).- Oftalmopleja externa progresiva (10%).- Polineuropata.- Demencia.- Diabetes no insuln dependiente.

    10. Epilepsia Mioclnica y RRF (MERRF)- Mioclonas o epilepsia mioclnica.- Miopata con RRF.Variable:

    - Demencia.- Sordera neurosensorial.- Neuropata sensitiva.- Atrofia ptica.

    11. Neuropata, Ataxia y Retinitis Pigmentaria (NARP)- Neuropata.- Ataxia.- Retinitis pigmentaria.

    Continuacin de la tabla II.

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    Tabla II. Sndromes clnicos ms frecuentes asociados aalteraciones del metabolismo energtico

    Ms combinacin variable de:- Retraso del desarrollo psicomotor.- Demencia.- Epilepsia.- Debilidad muscular proximal.- Retraso mental.

    12. Neuropata ptica hereditaria Leber (LHON)- Prdida de visin aguda o subaguda debida a

    atrofia ptica severa bilateral.- Neuropata retrobulbar.- Fondo de ojo con edema del disco ptico y

    tortuosidad de los vasos retinianos.- Afecta ms a varones.Variable:

    - Sndrome piramidal.- Sndrome cerebeloso.- Neuropata perifrica.- Alteracin de la conduccin cardaca.

    13. Sndrome de MNGIE. EncefalopataMioneurogastrointestinal- Diarreas intermitentes alternadas con episodios

    de pseudobstruccin intestinal.- Miopata con FRR.- CPEO.- Neuropata perifrica.- Encefalopata (leucodistrofia).- Caquexia.

    14. Sndrome DIDMOAD y, si es de inicio precoz, S. De Wolfram- Diabetes Mellitus.- Diabetes Inspida.- Atrofia ptica.- Sordera neurosensorial.

    Continuacin de la tabla II.

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  • 1. Diagnstico histolgico

    En 1963, Engel y Cunningham describen una modifi-cacin de la tcnica del tricrmico de Gomori que per-mita visualizar las mitocondrias en tejido congelado, yaque se tean intensamente de rojo (3). Con esta tcnica,algunas fibras musculares mostraban grandes acmulosde organelas, en las que se formaban hendiduras artefac-tuales al ser cortado el tejido en el criostato; debido a estehecho se denominaron fibras rojo rasgadas (FRR). Ultraestructuralmente, las FRR corresponden a fibrasmusculares con alteraciones notables en el nmero,disposicin, forma y estructura interna de las mitocon-drias (Fig. 3).Aunque durante mucho tiempo la presencia de FRR seha considerado un marcador inequvoco de una ence-falomiopata mitocondrial, este concepto, hoy en da esinapropiado, al menos, por dos razones: 1) la presenciade fibras rojo rotas, y ms frecuentemente la presenciade cambios ultraestructurales en las mitocondrias, sepuede observar en otras patologas no mitocondriales,como las distrofias musculares, polimiositis (4), der-matomiositis e incluso en biopsias de pacientesancianos (5); 2) existen enfermedades mitocondrialesen las que no se detecta la presencia de FRR en ningncaso, tal como ocurre en la atrofia ptica de Leber(LHON) y en los pacientes con sndrome de Leigh conmutaciones puntuales en el gen de la ATPasa-6 (6). Actualmente, la investigacin histolgica de los tras-tornos mitocondriales se basa en la utilizacin de dis-tintas tcnicas:

    1. Morfolgicas, como el mtodo del tricrmicomodificado de Gmori.

    2. Histoqumicas, como la tincin para la succinatodeshidrogenasa, citocromo c oxidasa y tincinsimultnea de ambas.

    3. Estudios con fluorescencia, con cationes lipofli-cos fluorescentes (rodamina 123 y JC-1) y elrojo Nilo, para diferenciar las FRR del acmulode lpidos.

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  • 4. Estudios inmunohistoqumicos, utilizando dis-tintos anticuerpos contra subunidades de loscomplejos de la cadena respiratoria (7) y anticuer-pos anti-ADN, en los estudios de deplecin delADNmt.

    5. Tcnicas de hibridacin in situ, con sondasespecficas, para valorar distintas mutaciones enel ADNmt a nivel de fibra (8).

    Estudios longitudinales han demostrado que la presen-cia de FRR puede depender del estado evolutivo de laenfermedad. Un ejemplo caracterstico es la formabenigna de miopata infantil. La causa es una deficien-cia de la actividad de la COX (9) que revierte a la nor-malidad con el tiempo, en cuyo momento desaparecenlas fibras rojo rasgadas. Tambin se conoce el caso con-trario. As, por ejemplo, pacientes con deplecin delADNmt que en una primera biopsia, a la edad de 1 ao,presentan nicamente cambios inespecficos, puedenpresentar abundantes FRR en una segunda biopsia, alos 15 meses (10).El acmulo subsarcolemal de mitocondrias caracters-tico de las FRR puede ser observado tambin valorandola actividad de la NADH deshidrogenasa, succinatodeshidrogenasa y citocromo c oxidasa, siempre que lasntesis de dichas enzimas no est afectada por unamutacin en el ADNmt. En particular, un incrementode la actividad de la SDH en la musculatura lisa vas-cular es un indicador muy til en el diagnstico depacientes con el sndrome de encefalomiopata mito-condrial, acidosis lctica y episodios de accidente cere-brovascular agudos (MELAS) (11). Por el contrario, enpacientes con dficit de complejo II, las fibras muscu-lares aparecen dbilmente teidas para la SDH, mientrasque esta tincin es normal en los vasos sanguneos (12).La presencia de FRR es caracterstica de ciertaspatologas mitocondriales. En particular de aqullas enlas que una mutacin en el ADNmt da lugar a unaalteracin en la sntesis de protenas. Un ejemplo carac-terstico es el del sndrome de epilepsia mioclnica con

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  • fibras rojo rasgadas (MERRF), debido a una mutacinpuntual A > G en el nucletido 8344 del ARNtLys. LasFRR/COX positivas son caractersticas de pacientescon MELAS, portadores de la mutacin A > G en elnucletido 3243 del ARNtLeu(UUR), y de algunas muta-ciones en genes estructurales, con la excepcin de losgenes de la COX (13).Una actividad de la COX disminuida de forma difusaen todas las fibras musculares ( sin FRR) puede indicar,desde el punto de vista diagnstico, que se trata de unade las formas, benigna o fatal, de una miopata infantil(13). La presencia de fibras COX dbilmente teidas,junto con otras con actividad normal, se puede encon-trar en pacientes con mutaciones puntuales en los genesmitocondriales de la COX (14). Sin embargo, una tin-cin normal para la citocromo c oxidasa no excluye unposible dficit del complejo IV.

    La doble tincin para la SDH y la COX ha permitido unamejor aproximacin al diagnstico, tanto en pacientesque presentan FRR como en los que no. En general, lasFRR son COX negativas, pero no todas las fibras con

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    Fig. 3. a) Tincin histolgica con el tricrmico de Gomori modificadode una seccin de msculo esqueltico, mostrando la presencia defibras rojo rasgadas (). b) Imagen obtenida mediante microscopaelectrnica, mostrando la presencia de mitocondrias anmalas coninclusiones paracristalinas ().

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  • tincin negativa para la COX son FRR. La coexistenciade FRR/COX negativas es caracterstica de pacientescon oftalmoplegia externa progresiva o el sndromede Kearns-Sayre, con deleciones en el ADNmt; depacientes con el sndrome MERRF, con mutaciones enARNtLys; y en general de mutaciones en el ADNmt quealteren la sntesis proteica. Junto a las alteraciones en el nmero y estructura delas mitocondrias, en las biopsias de pacientes conmiopatas mitocondriales, es posible encontrar depsitosde lpidos y de glucgeno. Probablemente, este hallazgosea un reflejo de la alteracin general que se produceen el metabolismo intermediario, como consecuenciade la disfuncin a nivel de la CR. El depsito de lpi-dos en muchos casos es secundario a la alteracin en elmetabolismo de la carnitina, afectado secundariamentepor el bloqueo en el transporte electrnico (15).Los estudios a nivel de microscopa electrnica sonmenos utilizados en el diagnstico. Sin embargo, se handescrito cambios en las mitocondrias en pacientes sinFRR, por ejemplo, en el sndrome de Leigh con dficitde COX. Estos cambios ultraestructurales puedenincluir un incremento en el nmero de mitocondrias(miopata pleoconial), un incremento en el tamao delas mismas (miopata megaconial), alteracin en la dis-tribucin de las crestas y la presencia de inclusionesosmioflicas o paracristalinas. Estas ltimas se hanidentificado como depsitos de creatin kinasa (16).En las disfunciones de afectacin multisistmica, las al-teraciones mitocondriales son ms dficiles de interpretaren tejidos diferentes al msculo esqueltico, en muchoscasos debido a los artefectos producidos en el tejidoprocedente de la autopsia. Se ha descrito proliferacinde mitocondrias en msculo cardaco y en musculaturaextraocular, pero estos cambios han de valorarse ade-cuadamente en tejidos muy ricos en mitocondrias.Tambin se ha observado este fenmeno en hepatocitosde pacientes con miopata y hepatopata, asociadas adeplecin en el ADNmt (17) y en pacientes con el sn-drome de Pearson, a nivel de tbulos renales (18).

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  • A nivel de cerebro existen varios hallazgos caracters-ticos:

    1. Microcefalia y dilatacin ventricular, asociadas aveces con agenesia del cuerpo calloso, desplaza-miento ectpico de las olivas y cavitacin de losganglios basales.

    2. Lesiones simtricas bilaterales de los ganglios dela base, tlamo, tronco y cerebelo, caractersticosdel sndrome de Leigh. Anivel microscpico, existeuna prdida de neuronas, desmielinizacin,astrocitosis y proliferacin vascular

    3. Encefalomalacia multifocal, usualmente a niveldel cortex cerebral posterior, caracterstica de lospacientes con MELAS

    4. Encefalopata espongiforme, predominante-mente en la sustancia blanca, tpica de pacientescon KSS (19).

    2. Diagnstico bioqumico

    Las exploraciones anteriormente comentadas sirvenpara la seleccin de pacientes con enfermedad mito-condrial, pero en la mayora de los casos no pueden serconsideradas diagnsticas. Cuando se crea que elpaciente presenta una enfermedad mitocondrial se pro-ceder a realizar el estudio bioqumico de la actividadde la cadena respiratoria mitocondrial en diferentestejidos. Por tanto, se plantea la necesidad de obteneruna biopsia de tejido, que hay que realizar en condicio-nes adecuadas. Las biopsias ms frecuentes son la depiel (cultivo de fibroblastos) y la de msculo, aunquese puede plantear la obtencin de otros tejidos tanto enbiopsia como en necropsia (hgado, rin, endocardio,tejido cerebral). El procesamiento de las muestras escrtico, y las normas esenciales que hay que observarson:

    - Biopsia de piel. Se obtiene para cultivo de fibro-blastos, y se debe iniciar el cultivo en un plazomximo de dos das. La biopsia de piel se recogeen medios especiales (medio HANS), y hasta el

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  • momento del cultivo en laboratorios especiali-zados, se debe procesar a temperatura ambiente(conservacin y envo).

    - Biopsia de msculo. Es el tejido que hoy en daaporta ms informacin. Se practicar siempre quesea posible en fresco para poder realizar los estu-dios bioqumicos el mismo da de su obtencin(especialmente si se sospecha una deficiencia delcomplejo-V). Si esto no es posible, se recomiendadividirla en dos partes: una, de al menos 100 mg,se congelar inmediatamente a 80C (para estu-dios de actividad enzimtica y DNA) y la otra seprocesar en el Laboratorio de anatoma patolgicapara estudios histolgicos (tambin se congela a 80C).

    Estudios bioqumicos del metabolismo energtico enmsculo, fibroblastos, hgado, y otros tejidos:

    - En fresco: determinacin de la actividad de lasenzimas que intervienen en la fosforilacin oxida-tiva mitocondrial, mediante mtodos polarogr-ficos que valoran la oxidacin de sustratos; de lasntesis de ATP y del consumo de oxgeno. Undescenso de cualquiera de estos parmetros esmuy indicativo de enfermedad mitocondrial. Lautilizacin de estos mtodos en biopsia musculares limitado, pues se requiere gran cantidad de teji-do, a fin de aislar mitocondrias y que la extraccinse realice en el centro especializado donde se harel estudio.

    - En muestra congelada: determinacin de las acti-vidades enzimticas del metabolismo del piruvatoy de la cadena respiratoria mitocondrial, mediantemtodos espectrofotomtricos en homogenadode tejido enriquecido en la fraccin mitocondrial.Determinacin de la concentracin de coenzimaCoQ en msculo y otros tejidos. Este tipo de estu-dios son los ms frecuentes, y en algunos casos,son prcticamente diagnsticos (deficiencias delas actividades enzimticas en varios tejidos, defi-

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  • ciencia de coenzima CoQ). Preferentemente, se hande realizar mtodos que midan la actividad de loscomplejos individualmente, realizando tambinla valoracin conjunta de las actividades de loscomplejos I+III (NADH-citocromo c reductasa) yII+III (succinato-citocromo c reductasa). Por ltimo,conviene normalizar los resultados de la activi-dad de cada complejo por la actividad de citratosintasa, que es un indicador del nmero de mito-condrias y permite corregir la actividad enzimticaen funcin del grado de proliferacin mitocon-drial (20).

    Los dficits enzimticos de la cadena respiratoriapueden ser nicos (afectan a un solo complejo) o com-binados. En ambos casos el origen de la alteracingentica puede encontrarse en el ADNn o en el ADNmt.Puesto que en la mayora de los casos las mutacionesdel ADNmt son heteroplsmicas, en ocasiones es difcilevaluar los dficits enzimticos, pues stos se mani-fiestan de forma parcial, y en ocasiones son indetectablesen algunos tejidos.Los dficits aislados de los complejos I, III y IVpueden ser debidos a mutaciones en genes nucleares,especialmente si la historia familiar es compatible conun patrn de herencia autosmico recesivo. Sin embargo,tambin pueden ser debidos a mutaciones en genes delADNmt codificantes de protenas, tanto en pacientessin historia familiar como en pacientes con evidenciasde herencia materna. El dficit de complejo II es bas-tante infrecuente, y el patrn de herencia es siempremendeliano.Los dficits combinados de los complejos I, III y IV(todos ellos con alguna subunidad codificada por elADN mitocondrial) se asocian, frecuentemente, a alte-raciones de la sntesis proteica mitocondrial y se rela-cionan, en la mayora de los casos, con alteraciones delADNmt. Puede tener un origen primario (mutacionesen los ARNt, ARNr y deleciones nicas del ADNmt) osecundario, por alteraciones en genes nucleares que

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  • regulan la comunicacin intergenmica (delecionesmltiples y deplecin del ADNmt).Las alteraciones en genes nucleares que intervienen enel sistema de translocacin de protenas sintetizadasen el citoplasma e importadas a la mitocondria consti-tuyen un caso especial en su expresin bioqumica. Lasconsecuencias, en este caso, podran ser un nico dficitenzimtico o una multienzimopata, segn si la protenaalterada interviene en la translocacin de una solasubunidad o de varias.El dficit primario de CoQ10 fue descrito por primeravez (21) en dos hermanas con un cuadro progresivo defatigabilidad y debilidad proximal, crisis y mioglo-binuria. La biopsia muscular presentaba FRR y unexceso de lpidos. El estudio bioqumico mostr unaactividad enzimtica normal de los complejos I, II, IIIy IV, mientras que estaba reducida la actividad combi-nada de los complejos I+III y II+III. Posteriormente se hadescrito en otros cuadros clnicos de encefalomiopatasin mioglobinuria (22) y en un fenotipo con caracters-ticas de sndrome de Leigh de inicio en la etapa adulta(23). Independientemente de la causa gentica de estedficit primario es importante su identificacin rpida,tanto a travs de dichas actividades enzimticas comovalorando los niveles de CoQ10, pues el tratamientocon dicho frmaco puede mejorar sustancialmente elcuadro clnico.Siempre, en el anlisis enzimtico de la CR, hemos detener en cuenta que: 1) podemos obtener unas activi-dades normales cuando el tejido analizado no expresala enfermedad; 2) tambin las actividades pueden sernormales, aunque el tejido exprese la patologa, debidoa la existencia de un mosaicismo celular (heteroplas-mia); 3) en ocasiones los resultados pueden no serconcluyentes o errneos si el tejido no se proces ade-cuadamente; 4) a veces se observan dficits parciales ovalores en el lmite de la normalidad, que puedenplantear dudas sobre el diagnstico. En este sentido esimportante expresar las actividades enzimticas enforma de ratio frente a una actividad de referencia, como

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  • la citrato sintasa; 5) la expresin fenotpica de la CR encultivos celulares, frecuentemente, no coincide con losdatos obtenidos en msculo, de forma que durante elcultivo, si ste se realiza en condiciones estndar,puede existir una seleccin de las clulas que no expre-san la patologa. Por ello, es necesario aadir al mediode cultivo uridina y piruvato, a fin de mantener estabi-lizado el fenotipo mutante (24). En cualquier caso serimportante tener en cuenta, en el momento del diag-nstico, los datos clnicos del paciente e histoenzimticosdel msculo para orientar el estudio gentico.

    3. Diagnstico gentico

    El primer paso es investigar la presencia de mutacionesdel ADN mitocondrial, que aunque codifica muy pocasprotenas de la cadena respiratoria, es responsable deun elevado nmero de deficiencias de actividad de lamisma. Para su estudio, se deben escoger los tejidosms afectados, ya que en ellos es ms probable quepuedan detectarse proporciones sustanciales de mito-condrias mutadas.

    Se investiga la existencia de:- Mutaciones puntuales.- Deleciones.- Duplicaciones.- Deplecin del ADNmt.

    Las posibles mutaciones del ADN nuclear que puedenafectar al metabolismo energtico son mucho menosconocidas. No obstante, desde hace pocos aos, seconocen las primeras mutaciones nucleares relacionadascon estas enfermedades. Los estudios genticos se pueden realizar en sangre(5/10 ml sangre con EDTA) y tejidos (fibroblastos,msculo, hgado y otros tejidos congelados). Es intere-sante realizar el estudio gentico del paciente y de lamadre (en caso de sospecha de mutaciones en el ADNmt,o en las que existe un patrn de herencia materno) ydel paciente con ambos padres (en caso de sospecha de

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  • mutaciones nucleares, con un patrn de herencia men-deliano).Cuando existe una sospecha clnica de un sndromeconcreto (sndromes MERRF, MELAS, NARP, Leigh,Pearson, sordera no sindrmica), es posible realizarun despistaje previo de la presencia de lasalteraciones genticas ms frecuentes en el ADNmtasociadas a los mismos. En el caso de que estas muta-ciones resulten negativas ser necesario, en la mayorade los casos, realizar una biopsia muscular, a fin derealizar otros estudios, bioqumicos e histolgicosque orienten el diagnstico y el futuro estudiogentico. En el caso de que lo que exista es una aso-ciacin de sntomas, en la mayora de los casos serms indicado realizar la biopsia muscular comopunto de partida.Las enfermedades mitocondriales no son raras en suconjunto, estimndose que afectan, al menos, a 1 decada 8.500 individuos (25). Esta incidencia es superiorpara el caso de algunas mutaciones del ADNmt, comola transicin A3243G, de la que son portadores 1/6.134personas en el norte de Finlandia (26).Como hemos visto, la cadena respiratoria est formadapor cuatro complejos enzimticos (I, II, III y IV) acopla-dos al complejo V, donde tiene lugar la fosforilacinoxidativa. Todos los complejos, excepto el II, poseensubunidades codificadas por el ADNmt y el ADNn.Por tanto, una miopata mitocondrial puede ser debidaa la alteracin de genes que vienen codificados porcualquiera de estos dos genomas.

    Mutaciones en el ADN mitocondrial

    El ADNmt es una molcula circular, de doble cadena,con 16,6 Kb. Contiene 13 genes que codifican protenasque forman parte de los complejos de la CR: siete delcomplejo I (subunidades ND1, ND2, ND3, ND4,ND4L, ND5 y ND6); el citocromo b del complejo III; lassubunidades I, II y III del complejo IV y dos del com-plejo V, las ATPasas 6 y 8. Adems contiene los ARNs

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  • necesarios para la sntesis proteica intramitocondrial(ARNr 12S y 16S, y 22 ARNt).Esta molcula se caracteriza por contener una informa-cin muy compactada. Carece de intrones y prctica-mente de secuencias no transcritas e, incluso, algunosde sus genes estn solapados (los que codifican lassubunidades ND4 y ND4L, subunidades 6 y 8 de laATPasa). Existe una pequea regin no codificante(aproximadamente 1 Kb), conocida como D-Loop olazo de desplazamiento, donde se encuentran secuen-cias reguladoras y los promotores implicados en latranscripcin de las dos cadenas. La replicacin delADNmt, que en principio se pens que transcurra deforma asincrnica y asimtrica, parece que ocurre deforma convencional, segn las ltimas evidenciasexperimentales (27). El cdigo gentico utilizadodurante la traduccin de protenas intramitocondrial-mente no es el universal. As UGA codifica el amino-cido triptfano en lugar de terminacin; AUA indicametionina en lugar de isoleucina; AGA y AGG especi-fican terminacin en lugar de arginina.Por otra parte, el ADN mitocondrial posee una tasa demutacin muy elevada. As las mutaciones por sustitu-cin de nucletidos se fijan de 6 a 17 veces ms rpidoque en el ADNn. Es por ello, que a pesar de los pocosgenes que son codificados por el ADNmt, ste puedeser responsable de tantos cuadros clnicos asociados amutaciones en el mismo.La gentica del ADNmt tiene una serie de caracters-ticas que difieren significativamente del ADNn. Elgenoma mitocondrial es heredado por va materna, yparece que, salvo excepciones, el de origen paterno nocontribuye significativamente en la herencia (28). Cadamitocondria contiene de 2 a 10 copias de ADNmt.Cada clula contiene cientos de mitocondrias, por loque existirn miles de copias de ADNmt y de los genesque codifica (poliplasmia). Durante la mitosis, lasmitocondrias segregan al azar a las clulas hijas, fen-meno que se conoce con el nombre de segregacinmittica. Por tanto, a partir de un zigoto, portador de

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  • ADNmt normal y mutado, en sucesivas divisiones esposible obtener tres tipos de poblaciones celulares: 1) clulas que slo contienen ADNmt mutado (homo-plasmia mutante); 2) clulas que slo contienen ADNmtnormal (homoplasmia normal); 3) clulas portadorasde ambos tipos de ADNmt (heteroplasmia). Segn estehecho, en un paciente que hereda una mutacin en elADNmt la proporcin de molculas mutadas puedevariar de un tejido a otro. Se denomina umbral deexpresin fenotpica el porcentaje mnimo de ADNmtmutado necesario para que se exprese la patologa(Fig. 4). Este umbral es diferente para cada tejido, siendo menorpara aqullos con mayor requerimiento energtico(cerebro, msculo esqueltico y cardaco). Adems, elporcentaje de mutacin puede ir cambiando a lo largo dela vida del paciente, haciendo que la expresin de laenfermedad se produzca en cualquier momento de lamisma y afectando sucesivamente a distintos rganos ytejidos. Ello tambin, en parte, es responsable de la dis-tinta expresin clnica que presentan distintos pacientescon la misma alteracin gentica. Incluso, en el caso detejidos con alto ndice de recambio, como el hemtico,una mutacin puede llegar a desaparecer debido a unfenmeno de seleccin clonal negativa.

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    Fig. 4. a) Representacin esquemtica del efecto umbral dentro de unmismo tejido.

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    ZIGOTO

    TEJIDO

    20% 40% 60% 80%UMBRAL DE EXPRESIN FENOTPICA

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  • Las alteraciones ms frecuentes en el ADNmt son dedos tipos: 1) Deleciones nicas, con o sin duplicacionesde la molcula; 2) Mutaciones puntuales, tanto engenes que codifican los ARNmt como protenas.

    1. Deleciones nicas. Fueron descritas por primeravez en 1988 (29). Desde entonces se han publica-do numerosos pacientes. En todos ellos se puedever que estas deleciones, que consisten en laprdida de un fragmento de la molcula, se pre-sentan siempre en heteroplasmia. El porcentajede ADNmt delecionado vara de unos pacientesa otros, e incluso en el mismo paciente, de unostejidos a otros. El grado de heteroplasmia,adems, suele aumentar con el tiempo de evolu-cin, sobre todo en tejidos postmitticos. En teji-dos de alto ndice de recambio, como el hemtico,tiende a desaparecer, por seleccin clonal negativa.No existe una correlacin entre los tamaos oporcentajes de ADNmt delecionado y la severi-dad del cuadro clnico. Los fenotipos donde sedetectan mayoritariamente son: el sndrome deKearns-Sayre, el sndrome de Pearson y lasmiopatas oculares (Ptosis y/o CPEO). En los dosprimeros cuadros es el hallazgo comn en cercadel 90% de los casos, y asociado a la presencia deFRR en casi el mismo porcentaje. En el caso delas miopatas oculares se asocia a ms del 50% delos casos, cuando presentan FRR en su biopsiamuscular.Las deleciones nicas se suelen detectar enpacientes espordicos, por lo que se piensa queel evento mutacional puede tener lugar en eloocito materno o durante la embriognesis tem-prana. Parece que no existe riesgo de recurrenciacuando la madre no presenta el cuadro clnico,pero si sta sufre la enfermedad ese riesgo puedeelevarse al 4,11% (30).

    2. Mutaciones puntuales en los ARNt. Existenpublicadas cerca de 100 mutaciones puntuales,potencialmente patognicas, en los ARNt mito-

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  • condriales (31). Al contrario que en el caso delas deleciones, usualmente son heredadas porva materna. Estas mutaciones, que se dan enheteromplasmia, suelen manifestarse fenotpica-mente cuando se alcanza un 80-90% de ADNmtmutado. El grado de afectacin entre distintosindividuos con la misma mutacin dependerdel porcentaje de ADNmt mutado en cada tejidoy probablemente de otros factores nucleares quehoy en da se desconocen (32).Lo ms caracterstico de estas mutaciones es queuna misma alteracin puede dar lugar a distintoscuadros clnicos y un mismo fenotipo puede serdebido a distintas mutaciones, en distintosgenes. En general, estos pacientes presentan FRRen la biopsia muscular.De todas las mutaciones encontradas se handescrito numerosas familias en dos casos: A3243Gdel ARNtLeu(UUR) y A8344G del ARNtLys, mientrasque del resto se han detectado generalmente encasos aislados o en pocas familias. El ARNtLeu(UUR) constituye el gen mitocondrialdonde se han descrito ms mutaciones puntualescausantes de patologa en humanos. La primeramutacin encontrada en el mismo fue una tran-sicin A-G en la posicin 3243 del ADNmt (33).Estudios posteriores con grandes series han con-firmado que esta mutacin es la ms frecuente-mente asociada al sndrome MELAS, siendoresponsable en nuestra experiencia de ms del80% de pacientes con este fenotipo y FRR. Esposible detectar la mutacin en los individuosoligosintomticos y en gran parte de los familiaresasintomticos, existiendo una correlacin entreel porcentaje de ADNmt mutado y la severidaddel cuadro clnico. Esta mutacin, que sin dudaes la ms frecuente en el ADNmt, se encuentratambin asociada a otros cuadros clnicos comomiocardiopata, intolerancia al ejercicio, sndromessuperpuestos MERRF-MELAS, encefalopatas

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  • infantiles con rasgos clnicos de sndrome deLeigh, CPEO, de forma caracterstica a cuadrosfamiliares de transmisin materna de diabetes ysordera neurosensorial e incluso hasta el 1% depacientes con diabetes mellitus no dependientede insulina. Existen en este gen otras mutaciones asociadasal sndrome MELAS, como la transicin T3271C.Adems se han descrito otro grupo de muta-ciones en este gen asociadas a cuadros miopticos,a miocardiopatas, CPEO, etc. (31). Tabla III.En el ao 1990 se identific una transicin A-G,en un nucletido altamente conservado del ARNtLys

    en la posicin 8344, asociada al sndromeMERRF (34). Como sucede en la mutacin A3243Gdel ARNtLeu(UUR), esta mutacin se encuentra tam-bin asociada a otros fenotipos clnicos (CPEO,miopata, etc.) y sobre todo lipomatosis simtricamltiple. El anlisis de miembros de una familiaa lo largo de 4 generaciones ha permitido observaresta variabilidad de fenotipos clnicos y la cor-relacin del porcentaje de ADNmt mutado ensangre y la severidad del fenotipo.Otras mutaciones en el ARNtLys asociadas a familiascon el sndrome MERRF son, por ejemplo lastransiciones T8356C y G8363A. Existen, como enel gen anterior, mutaciones relacionadas con otroscuadros clnicos, de presentacin aislada o familiar.En cada uno de los ARNt restantes, se ha descritoalguna mutacin en un paciente aislado o en al-gunas familias, con distintos cuadros clnicos (31).Tabla III.

    3. En el ARNr 12S se han descrito varias familiascon la mutacin A1555G, responsable de unfenotipo clnico que cursa con sordera neuro-sensorial no sindrmica sensible a aminoglu-csidos (35).

    4. Mutaciones puntuales en genes mitocondrialesque codifican protenas. Se han descrito nume-rosas mutaciones en genes del ADNmt que codi-

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  • fican protenas, que se manifiestan a nivel bio-qumico por un defecto aislado del complejo alcual pertenece la protena alterada. Las ms fre-cuentemente encontradas son las asociadas a lossndromes NARP/Leigh de transmisin materna,en el gen ATPasa 6, y a la atrofia ptica de Leber,en diversos genes ND del complejo I. En el genATPasa 6 las mutaciones ms importantes son:T8993G (36), caracterstica del sndrome NARP;T8993C (1937) en pacientes con sndrome deLeigh y la asociada al sndrome de Leigh ynecrosis estriatal bilateral T9176C (38,39). La mayora de los pacientes con atrofia ptica deLeber son portadores de una de las siguientesmutaciones primarias (40): G11778A en el genND4, que se da en aproximadamente el 69% delos pacientes; G3460A en el gen ND1, detectada enel 13% de los pacientes y T14484C en el gen ND6,en el 14% de los pacientes. El gen ND6 parece serun punto de referencia para la bsqueda demutaciones asociadas a la atrofia ptica de Leberen el caso de descartarse las tres mutaciones pri-marias. Se han identificado mutaciones en cada uno delos genes mitocondriales de la COX (31). Laprimera asociada a un cuadro de mioglobinuriarecurrente desencadenada por el ejercicio pro-longado o infecciones. Otras se han descrito enpacientes con encefalopata, acidosis lctica,miopata proximal e intolerancia al ejercicio. Elestudio morfolgico del msculo mostr unadisminucin de la actividad COX en el 90% delas fibras y el estudio bioqumico evidenci undefecto severo de la actividad del complejo IV.Existen otras descritas en pacientes con MELAS,y en un paciente con paraplegia espstica pro-gresiva y signos en comn con el sndrome deLeigh. En la subunidad COX II se ha descrito, porejemplo, una mutacin en una familia en la queel fenotipo ms leve inclua una miopata pro-

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  • gresiva en la edad adulta y el ms grave habadesarrollado, adems, marcha atxica, atrofia pti-ca y retinopata pigmentaria. Ejemplos de cuadrosclnicos en el gen COXI son: anemia sideroblsticaidioptica, encefalomiopata etc.Se han descrito varios pacientes con mutacionesen el citocromo b (31) asociadas a cuadros clnicosespordicos de intolerancia severa al ejercicio deedad de comienzo variable, todos ellos con undefecto enzimtico aislado del complejo III. Estasmutaciones, heteroplsmicas y tejido especficas,estaban localizadas alrededor del sitio de uninde la ubiquinona al citocromo b.

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    Protocolo de diagnstico y tratamiento de enfermedades mitocondriales

    Tabla III. Mutaciones en el ADNmt

    CUADRO ALTERACINCLNICO GENTICA GEN HERENCIA

    KSS Deleciones Espordica nicas/DuplicacinDeleciones mltiples

    Sndrome Deleciones Espordicade Pearson nicas/

    Duplicacin

    CPEO Deleciones Espordica nicas/DuplicacinA3243G tRNALeu (UUR) MaternaT4274C tRNAIle Espordica?T4285C tRNAIle MaternaG4309A tRNAIle MaternaA5692G tRNAAsn MaternaC5703T tRNAAsn MaternaT12311C tRNALeu (CUN) MaternaG12315A tRNALeu (CUN) Espordica

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  • Enfermedades mitocondriales

    Tabla III. Mutaciones en el ADNmt

    CUADRO ALTERACINCLNICO GENTICA GEN HERENCIA

    MELAS G583A tRNAPhe Espordica?G1642A tRNAVal MaternaA3243G tRNALeu (UUR) MaternaA3252G tRNALeu (UUR) MaternaA3260G tRNALeu (UUR) MaternaT3271C tRNALeu (UUR) MaternaT3291C tRNALeu (UUR) MaternaA5814G tRNACys MaternaT9957C COX III MaternaG13513A ND5 MaternaT9957C COX III Materna

    MERRF T7512C tRNASer (UCN) MaternaA8344G tRNALys MaternaT8356C tRNALys MaternaG8363A tRNALys Materna

    Miopata/ T618C tRNAPhe

    Intolerancia Maternaal ejercicio T3250C tRNALeu (UUR) Materna

    MaternaA3302G tRNALeu (UUR)

    T4409C tRNAMet EspordicaG5521A tRNATrp MaternaA12320G tRNALeu(CUN) EspordicaC15990T tRNAPro MaternaMicrodelecin COX III Espordica15 pbG14486A Citocromo b EspordicaG15059A Citocromo b EspordicaG15084A Citocromo b EspordicaG15168A Citocromo b Espordica

    Miocardiopata A3260G tRNALeu (UUR) MaternaC3303T tRNALeu (UUR) MaternaA4300G tRNAIle MaternaC4320T tRNAIle MaternaG8363A tRNALys MaternaT9997C tRNAGly Materna

    Continuacin de la tabla III.

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  • Mutaciones en genes nucleares

    El ADNn contiene, al menos, 70 genes codificantes desubunidades de dichos complejos, adems de una multi-tud de genes implicados en la regulacin de la expresindel ADNmt (comunicacin intergenmica), en el ensam-blaje de dichos complejos, maduracin de protenassintetizadas en el citoplasma, implicadas en la inter-

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    Protocolo de diagnstico y tratamiento de enfermedades mitocondriales

    Tabla III. Mutaciones en el ADNmt

    CUADRO ALTERACINCLNICO GENTICA GEN HERENCIA

    Sndrome de T8993G ATPasa 6 MaternaLeigh/ T8993C ATPasa 6 MaternaNecrosis A9176C ATPasa 6 Materna

    estriatal T8851C ATPasa 6 Maternabilateral C1644A tRNAVal Materna

    Atrofia G3460A ND1 Maternaptica G11778A ND 4 Maternade Leber T14484C ND 6 Materna(LHON)

    LHON/ A11696G ND4 MaternaDistona G14459A ND 6 Materna

    Encefalopatas G1606A TRNAVal Materna3271-T tRNALeu (UUR) EspordicaG6930A COX I EspordicaG9952A COX III EspordicaT14709CtRNAGlu Espordica

    Sordera no A1555G 12S rRNA Maternasindrmica

    Sordera T7445C tRNASer (UCN) Maternaneurosensorial

    sindrmica T7511C tRNASer (UCN) Materna

    Continuacin de la tabla III.

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  • nalizacin a la mitocondria, en su recambio, etc. Cual-quier mutacin en dichos genes se transmitir medianteun patrn de herencia mendeliano. Tabla IV y V.

    1. Mutaciones en genes que codifican subunidadesque forman parte de distintos complejos de laCR. El dficit aislado de complejo I es uno delos hallazgos ms frecuentes en pacientes conmiopatas mitocondriales. Aunque en algunos ca-sos puede ser debido a mutaciones en el ADNmt,la mayora de los casos, sobre todo peditrico ysin antecedentes familiares, son debidos a muta-ciones en genes nucleares. Actualmente ya seconocen mutaciones en varios de stos, asociadosfundamentalmente al sndrome de Leigh oLeigh-like, miocardiopata y encefalopata y otroscuadros multisistmicos de herencia autosmicarecesiva (41). El dficit de complejo II es bastante infrecuente.Sin embargo, fue en su subunidad SDHA dondese describi por primera vez una mutacin enun gen nuclear, asociada a pacientes con sn-drome de Leigh (42) con patrn autosmicorecesivo. Tambin se ha comprobado que lasmutaciones en las subunidades B, C y D son res-ponsables de una parte de los paragangliomasautosmico dominantes, e incluso de una partede las formas no familiares, incluidos los feocro-mocitomas (43).Tambin se ha descrito la primera mutacin enun gen nuclear que codifica una subunidad delcomplejo III en un nio con episodios de hipoglu-cemia y acidosis lctica. Se trata de una delecinde 4 pb, en homocigosis, en el gen UQCRB quecodifica la subunidad QP-C (subunidad VII),asociada a dficit de complejo III en mitocondriaaislada (44).

    2. Mutaciones en genes implicados en el ensam-blaje de complejos de la CR. Se han descritomutaciones en genes que codifican protenascon esta funcin pertenecientes a los comple-

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  • jos III, IV y V. En todos los casos el patrn deherencia es autosmico recesivo.Mutaciones en el gen BCSL1, que codifica unaprotena del mismo nombre, con actividadchaperona e implicada en el ensamblaje del com-plejo III, han sido descritas en pacientes peditricoscon tubulopata proximal neonatal, afectacinheptica y encefalopata, cuadro conocido tam-bin como GRACILE (retraso en el crecimiento,aminoaciduria, colestasis, depsitos de hierro,acidosis lctica y muerte prematura) (45).El dficit aislado de complejo IV es otra de loshallazgos ms frecuentes en pacientes conmiopatas mitocondriales. No se han encontradomutaciones en los genes nucleares que codificanprotenas del mismo, pero s en varios implicadosen su ensamblaje. Las primeras en el gen SURF1,responsables de la mayora de los sndromesde Leigh con dficit de este complejo (46).Otros genes que codifican protenas implicadasen el ensamblaje son: 1) SCO1 y SCO2, cuyasmutaciones han sido asociadas a cuadros deencefalopata y hepatopata en el primero (47)y encefalopata y cardiomiopata en el segundo(48). 2) Mutaciones en los genes COX10 yCOX15 han sido asociadas a cuadros de leu-coencefalopata de inicio temprano (49) y mio-cardiopata hipertrfica (50), respectivamente. 3) Mutaciones en el gen LRPPRC han sido aso-ciadas a pacientes con sndrome de Leigh y dficitde COX (51). 4) Mutaciones en el gen ETHE-1 sehan detectado en pacientes con encefalopata,aciduria etilmalnica y acidosis lctica, con dficitde actividad COX en msculo esqueltico (52).Por ltimo, mutaciones en el gen ATP12, impli-cado en el ensamblaje del complejo V, se handetectado en un nio con acidosis lctica, rasgosdismrficos y encefalopata progresiva (53).

    3. Mutaciones en genes implicados en la comuni-cacin intergenmica. Todas ellas presentan un

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  • patrn de herencia mendeliano y en algunos casosson causa de alteraciones cualitativas (dele-ciones mltiples) o cuantitativas (deplecin) delADNmt. En determinados pacientes, como losque sufren el sndrome MNGIE, ambas alteracionespueden coexistir. Se ha demostrado que la causagentica de esta enfermedad es debida a muta-ciones en el gen TP, con un patrn autosmicorecesivo (54). Este gen codifica la protenatimidina fosforilasa, una protena extramitocon-drial implicada en la regulacin del pool denucletidos. En pacientes con CPEO y patrn deherencia autosmico dominante se han descritomutaciones, causantes de deleciones mltiplesdel ADNmt, en tres genes: 1) ANT1, que codificala isoforma muscular del traslocador de nucleti-dos de adenina (55); 2) C10orf2 (Twinkle), quecodifica una helicasa mitocondrial (56); 3) y POLG1,codificante de la subunidad de la polimerasamitocondrial (57). Mutaciones en este ltimo gense han asociado tambin a deleciones mltiplesen pacientes con CPEO y herencia autosmicorecesiva (58), el sndrome SANDO (CPEO, neu-ropata sensorial con ataxia y disartria), conencefalopata y dismotilidad intestinal (59) ycuadros complejos con parkinsonismo (60). La deplecin de ADNmt se ha asociado tradi-cionalmente a dos presentaciones clnicas en lainfancia: 1) una forma mioptica, en ocasionesacompaada de tubulopata, en la que se handescrito mutaciones en el gen que codifica latimidina kinasa 2 (TK2)(61); 2) forma encefalo-heptica, en la que se han detectado mutacionesen el gen que codifica la deoxiguanosina kinasa(DGUOK) (62). Ambas protenas estn relacionadascon el mantenimiento del pool de nucletidos. Elpatrn de herencia, en los dos casos es autosmicorecesivo. Tambin han detectado mutaciones delgen POLG1 en pacientes con sndrome de Alpersy deplecin (63), aunque an quedan una gran

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    Enfermedades mitocondriales

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  • mayora de pacientes con deplecin en los que sedesconoce la causa gentica.Recientemente, se han descrito nuevas alteracionesen genes implicados en la comunicacin inter-genmica y que no dan lugar a deleciones mlti-ples o deplecin. Uno de ellos es EFG1, quecodifica una protena que regula un factor deelongacin de las protenas sintetizadas en lamitocondria. Se ha asociado a un cuadro hepato-cerebral con dficit de los complejos I, III, IV y V(64). En un neonato con dismorfia, hipotona,edema, afectacin heptica y acidosis lctica sehan detectado mutaciones en el gen MRPS16, quecodifica la subunidad proteica ribosomal 16 (65).Mutaciones en homocigosis se han encontrado,en pacientes con miopata y anemia sideroblstica,en el gen que regula la pseudouridilacin de losARNt mitocondriales, PUS1 (66).

    4. Alteraciones en los componentes lipdicos delas membranas mitocondriales. El sndrome deBarth, en el que se ha observado una severa dis-minucin de la sntesis de cardiolipina, est ligadoal gen G4.5 (cromosoma X), que codifica unaserie de protenas denominadas tafazzinas,implicadas en la biosntesis del fosfolpido (67).

    5. Alteraciones en la fusin, fisin y movilidadmitocondrial. Las mitocondrias no son orgnulosestticos, sino que se mueven a lo largo de redesmicrotubulares gracias a la accin de protenasdenominadas kinesinas. La primera alteracinen una de ellas se localiz en el gen KIF5A, quecodifica una protena del grupo de las kinesinas,descrita en una familia con paraplegia espsticaautosmico dominante (68). La atrofia pticaautosmico dominante es debida a mutacionesen el gen OPA-1, que codifica una dinaminaimplicada en el proceso de fusin mitocondrial(69). Tambin la forma autosmica dominante delCharcot-Marie-Tooth tipo 2A es debida a muta-ciones en una protena implicada en el proceso de

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    Protocolo de diagnstico y tratamiento de enfermedades mitocondriales

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  • fusin mitocondrial, la mitofusina 2, codificadapor el gen MTF2 (70).

    6. Alteraciones en genes que codifican factoresindirectamente relacionados con la CR. Estegrupo incluye mutaciones en el gen que codificala paraplegina (71); mutaciones en el gen ABC7,que es el responsable de la anemia sideroblsticacon ataxia ligada al cromosoma X (72); muta-ciones en el gen ATP7B, codificante de una pro-tena del grupo de las ATPasas tipo P, cuyaalteracin da lugar a la enfermedad de Wilson; lafrataxina, responsable de la ataxia de Friedreichy codificada por el gen FRDA1 (73) y mutacionesen el gen DDP1, responsable del sndrome, ligadoal cromosoma X, Mohr-Tranebjaerg (74).

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    Enfermedades mitocondriales

    Tabla IV. Mutaciones en genes nucleares

    TIPO DE ALTERACIN FENOTIPO GEN HERENCIA

    Mutaciones S. de Leigh NDUFS1 ARen genes Encefalopata y NDUFS2 ARnucleares miocardiopata NDUFS4 ARcodificantes Sndromede protenas Leigh-likede los S. de Leigh NDUFS7 ARcomplejos S. de Leigh NDUFS8 ARI-V S. de Leigh, NDUFV1 AR

    leucodistrofiaS. de Leigh SDHA ARFeocromocitoma, SDHB AD , Eparaganglioma SDHC y SD ARParaganglioma UQCRB ARhereditarioHipoglucemia y acidosis lctica

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  • 399

    Protocolo de diagnstico y tratamiento de enfermedades mitocondriales

    Tabla IV. Mutaciones en genes nucleares

    TIPO DE ALTERACIN FENOTIPO GEN HERENCIA

    Mutaciones S. de Leigh SURF1 ARen genes Hepatopata y SCO1 ARnucleares cetoacidosisimplicados Miocardiopata SCO2 ARen el infantilensamblaje Leucodistrofia COX10 ARde los y tubulopatacomplejos Miocardiopata COX15 ARde la cadena hipertrficarespiratoria Encefalopata, BCS1L AR

    tubulopata,fallo hep.S. de Leigh LRPPRC AREncefalopata ATP12 AR

    Mutaciones CPEO con ANT1 ADen genes delecionesnucleares mltiplesimplicados en elen la ADNmtcomunicacin CPEO con POLG1 AD, ARintergenmica deleciones

    mltiplesSANDO y ARdeleciones mltiplesEncefalopata, ARparkinsonismo y deleciones mltiplesS. de Alpers y deplecinMNGIE TP ARCPEO y C10orf2 ADdeleciones (Twinkle)mltiples

    Continuacin de la tabla IV.

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  • 400

    Enfermedades mitocondriales

    Tabla IV. Mutaciones en genes nucleares

    TIPO DE ALTERACIN FENOTIPO GEN HERENCIA

    Hepatopata DGUK ARinfantil fatal y deplecin del ADNmt

    Miopata infantil TK2 ARfatal con o sin tubulopata y deplecin

    Cuadro EGF1 ARhepatocerebral con dficit de los complejos I, III, IV y V

    Hipotona, MRPS16 ARhepatopata, acidosis lctica, dismorfia y dficit multienzimtico

    Miopata y PSU1 ARanemia sideroblstica

    Encefalopata MPV17 ARy hepatopata

    Encefalopata SUCLA2 AR

    Mutaciones Ataxia, crisis, CoQ ARgenes miopata PDSS2codificantes de mioglobinuria,componentes sndromeno proteicos nefrtico,de CR S. Leigh

    AR: autosmica recesiva, AD: autosmica dominante, E: espordica,X: ligada al cromosoma X.Continuacin de la tabla IV.

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  • 401

    Protocolo de diagnstico y tratamiento de enfermedades mitocondriales

    Tabla V. Mutaciones en genes nucleares

    TIPO DE ALTERACIN FENOTIPO GEN HERENCIA

    Mutaciones S. de Barth G 4.5 Xen genes nucleares que regulan componentes lipdicos de las membranas

    Mutaciones Paraplegia KIF5A ADen genes espstica ADnucleares Atrofia OPA1 ADque regulan ptica ADla fusin, Charcot-Marie- MNF2 ADfisin y Tooth 2Amovilidad mitocondrial

    Mutaciones Ataxia de FRDA1 ARen genes Fredreichnucleares Paraplegia SPG7 ARcodificantes espsticade factores Sordera DDP1 Xindirectamente y distonarelacionados Atrofia OPA1 ADcon la CR ptica

    Anemia ABC7 Xsideroblstica y ataxiaEnfermedad ATP7B AR de Wilson

    AR: autosmica recesiva, AD: autosmica dominante, X: ligada alcromosoma X.Continuacin de la tabla IV.

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  • Enfermedades mitocondriales

    SNDROME CLSICO?MERRF, MELAS, NARP, LEIGH

    DE HERENCIA MATERNA,LHON, PEARSON, SORDERA

    NO SINDRMICAANLISIS EN LASANGRE DE LAS

    MUTACIONES MSFRECUENTES

    S

    Diagrama de estudio gentico de las enfermedades mitocondriales

    BIOPSIA MUSCULAR:ESTUDIO HISTOQUMICOESTUDIO BIOQUMICO

    HISTOQUMICAY/O BIOQUMICA

    SUGESTIVAS

    CUADROS PEDITRICOSENCEFALOMIOPATAS SIN

    HERENCIA MATERNA

    AMBOS ESTUDIOSNORMALES Y ALTA

    SOSPECHA CLNICA

    AMBOS ESTUDIOSNORMALES Y BAJA

    SOSPECHA CLNICA

    ESTUDIOSGENTICOS: SEGN

    FENOTIPO

    ESTUDIOSGENTICOS: SEGN

    FENOTIPO

    SEGUIREVOLUCIN

    NO ESTUDIOSGENTICOS

    NEGNO

    DEPLECIN/DELECINADNMT

    DFICITAISLADO

    C II

    DFICIT AISLADOC I O C IIIDFICIT

    MULTIENZIMTICO

    CRNORMAL

    GENES NUCLEARESCOX

    MUTACIONESATPasa 6GENES COX

    ADNmt

    GENES NUCLEARESCORRESPONDIENTES

    GENES MITOCONDRIALESCORRESPONDIENTES

    GENES NUCLEARESCORRESPONDIENTES

    DFICIT SEVERO COX(bioqumica, histologa)

    SECUENCIACINGENES

    NUCLEARESCORRESPONDIENTES

    SECUENCIACINGENES

    NUCLEARESCORRESPONDIENTES

    SECUENCIACIN DEGENES ARNt

    MITOCONDRIALES

    NEG

    NEGNEG

    NEG yFRR

    NEG

    S

    NEG

    NEG NEG

    402

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  • Tratamientos en las enfermedades mitocon-driales

    El tratamiento de las enfermedades mitocondrialespresenta todava una serie de interrogantes y limita-ciones que dificultan la aplicacin de terapias ade-cuadas en estos pacientes. La presencia de mutacionesen el mtDNA y/o en el nuclear alteran la funcin de lafosforilacin oxidativa comprometiendo la sntesis delas cantidades necesarias de ATP para una correctafuncin celular. Las caractersticas genticas de hetero-plasmia y el efecto umbral producen una gran hetero-geneidad tanto clnica como bioqumica en estospacientes. Las enfermedades mitocondriales puedenexpresarse de formas muy diversas, afectando acualquier tejido, a cualquier rgano y en cualquier

    403

    Protocolo de diagnstico y tratamiento de enfermedades mitocondriales

    LHON SNSA1155GOTRAS

    ARNr 12sG11778AG3460AT14484C

    A8344G

    ARNt Lys ARNt Leu (UUR)

    A3243G

    T8993G/CA9176C

    DELECINDEPLECIN

    ADNmt

    DELECINDEPLECIN

    ADNmt

    SECUENCIACINADNmt SEGNDFICIT CR E

    HISTOQUMICA

    SECUENCIACINGENES NUCLEARES

    CORRESPONDIENTES

    CPEOMNGIE

    NARPMILS KSSPEARSON

    ENCFALOMIOPATAS

    MERRFCUADROS

    INCOMPLETOSDEL SNDROME

    MELASCUADROS

    INCOMPLETOSDEL SNDROME

    MIOPATAS

    MIOCARDIOPATAS

    ESTUDIOSGENTICOS: SEGN

    FENOTIPO

    NEG

    NEG NEG

    NEG

    NEG

    NEG

    NEG

    S

    S

    Continuacin del diagrama de estudio gentico de las enfermedades mitocondriales.

    P13 17/5/07 18:09 Pgina 403

  • momento de la vida. No existen series largas de pacientescon el mismo defecto molecular y la misma mani-festacin clnica que permitan realizar estudios con-cluyentes sobre la efectividad de los diversos frmacosaplicados en el tratamiento. Los tratamientos slo sehan mostrado tiles en un nmero limitado de pacientes,mientras que en la gran mayora de ellos las medidasteraputicas se limitan a ser de soporte. Debido a lagran cantidad de rganos afectados los pacientes conenfermedades mitocondriales deberan ser manejadospor un equipo de mdicos que incluyan diferentesespecialistas, enfermeras, dietistas, servicios sociales,grupos de soporte, etc.Agruparemos el tratamiento de las enfermedadesmitocondriales, en tres apartados:

    Terapia farmacolgica especfica. Terapia gnica preimplantacional. Tratamiento de mantenimiento.

    Terapia farmacolgica especfica

    Se han descrito casos en los que se apreci mejora trasla aplicacin de terapias especficas, pero en la mayorade los casos la enfermedad ha seguido progresando,especialmente en formas de presentacin precoz (enedad peditrica) y multisistmicas.Existen en la actualidad diferentes frmacos dirigidosa tratar de corregir los mecanismos patognicos de lasenfermedades mitocondriales, siendo tres los principa-les mecanismos sobre los que puede actuar la terapiafarmacolgica especfica: Fig. 5.

    La accin de los frmacos se centra en modificarla funcin de la cadena respiratoria actuandosobre la sntesis de ATP.

    Los frmacos facilitan la eliminacin o impidenla formacin de los metabolitos txicos acumu-lados.

    Los frmacos previenen el estrs oxidativo repo-niendo las sustancias antioxidantes que actaneliminando los radicales libres.

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    Enfermedades mitocondriales

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  • 1. Frmacos que modifican la funcin de la cade-na respiratoria. Ante la imposibilidad de administrar energa enforma de ATP, se han propuesto tratamientos paraque aumenten su sntesis. Estos frmacos puedenactuar mejorando la sntesis de ATP, al propor-cionar electrones directamente a complejos de lacadena respiratoria que funcionan correctamente,o bien intentando mejorar la actividad de loscomplejos que no funcionan de forma correcta. Enla Figura 2 se indican los puntos de accin de losfrmacos modificadores de la funcin de la cadenarespiratoria. Hay que tener en cuenta que la aplicacin dealgunos de estos frmacos puede no ser inocua ypuede tener efectos indeseables, como la accinprooxidante. Las dosis recomendadas y la forma de adminis-tracin de cada uno de los frmacos se citan enla tabla VI. Ubiquinona-10.

    La ubiquinona-10 (tambin llamada coenzimaQ10) tiene dos funciones bsicas: acta como

    405

    Protocolo de diagnstico y tratamiento de enfermedades mitocondriales

    Fig. 5. Mecanismos de accin teraputica.

    Deficiencias fosforilacin oxidativa

    Dficitenergtico

    Dficitenergtico

    RiboflaminaUbiquinonaVitamina K3

    AscorbatoTiaminaCreatinaUridina

    TiaminaDieta

    CarnitinaDCA

    Bicarbonato

    TocoferolAscorbato

    RetinolMenadionaUbiquinonaAc. Lipoico

    CarnitinaTocoferol

    Ubiquinona

    Metabolitostxicos

    Extrsoxidativo

    Consumo molculas

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  • 406

    Enfermedades mitocondriales

    Tabl

    a V

    I

    Ubi

    quin

    ona

    100-

    300

    mg/

    da

    3 d

    osis

    oral

    Ibed

    enon

    a5

    mg/

    kg/

    da

    3 d

    osis

    oral

    Vit

    amin

    a C

    1-2

    gr/

    da

    1 d

    osis

    oral

    Men

    adio

    na-K

    380

    a 1

    60 m

    g/kg

    /d

    a1

    dos

    isor

    al.

    Rib

    ofla

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    -B2

    100-

    300

    mg/

    da

    3 d

    osis

    oral

    Tiam

    ina-

    B1

    300

    mg/

    da

    1 d

    osis

    oral

    Cit

    ocro

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    C12

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    1-0,

    15 m

    g/kg

    /d

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    3 d

    osis

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    15 m

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    a1

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    50-1

    00 m

    g/kg

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    rote

    s ev

    Dic

    loro

    acet

    ato

    100-

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    mg/

    kg/

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    3 d

    osis

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    ient

    o)25

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    mg/

    kg/

    da

    3 d

    osis

    oral

    Vit

    amin

    a E

    100-

    200

    mg/

    da

    1 d

    osis

    oral

    ci

    do

    Lip

    oico

    200-

    600

    mg/

    da

    3 d

    osis

    oral

    L-A

    rgin

    ina

    150-

    300

    mg/

    kg/

    da

    3 d

    osis

    oral

    /ev

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  • aceptor mvil de electrones, transfirindolosdesde los complejos I y II hacia el complejo IIIde la cadena respiratoria mitocondrial (Fig. 6); ycomo potente antioxidante en su forma redu-cida (ubiquinol), previniendo el dao oxidativoy regenerando otros antioxidantes como lavitamina E.

    El tratamiento con ubiquinona se ha demostradoespecialmente efectivo en los casos con unadeficiencia probablemente primaria de ubiqui-nona como responsable de la disfuncin de lafosforilacin oxidativa (75, 76). En estos pacienteslas dosis necesarias son mucho ms altas (1.000mg/da). En el resto de pacientes los resultadosson muy variables (77, 78, 79). Creemos que lamejora tras el tratamiento puede estar ms rela-

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    Protocolo de diagnstico y tratamiento de enfermedades mitocondriales

    Fig. 6. Cadena respiratoria mitocondrial. C I, II, III, y IV son loscomplejos de la cadena respiratoria. Q y QH2 las formas oxidada yreducida (ubiquinol) de la ubiquinona y Cit. C es el citocromo C.Suplementos: tiiamina, riboflavina, Ubiquinona, idebenona, Vitamina K,Vitamina C y citocromo C.

    CITOPLASMA

    MATRIZ MITOCONDRIAL

    Membrana externa

    Membrana interna

    Cit C

    C-I

    Q

    NADH+ NADSuccinato

    TiaminaRiboflavina

    UbiquinonaIdebenona

    Citocromo CVit. K3Vit. C

    Fumarato

    QH2

    Q

    1/2

    QH2

    O2 H2O

    C-II C-III C-IV

    Espacio intermembrana

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  • cionada con la naturaleza del defecto molecularque con la propia efectividad del tratamiento.Es necesario monitorizar regularmente las con-centraciones plasmticas de ubiquinona paraevitar concentraciones excesivas que podranejercer una accin prooxidante (80). En las deficiencias de complejos III y IV, sepodra alterar ms an la transferencia electr-nica aumentando la generacin de radicaleslibres.

    IdebenonaUno de los problemas que presenta la ubiqui-nona es su insolubilidad en soluciones acuosas.Recientemente se ha desarrollado un nuevofrmaco llamado idebenona, que estructural yfuncionalmente es muy similar a la Ubiquinonay con mayor solubilidad y con capacidad decruzar la barrera hematoenceflica.La idebenona se ha probado como tratamientoen diferentes enfermedades como en la enfer-medad de Friedrich que presenta la sntesis deenerga reducida (81,82). Existen pocos estudiosde la efectividad del tratamiento con idebenonaen las enfermedades mitocondriales (83).

    Vitamina CLa vitamina C o ascorbato es una vitaminahidrosoluble que tiene diversas acciones. Unaactuar como aceptor de los electrones liberadospor la ubiquinona, cedindolos al complejo IVde la cadena respiratoria (Fig. 6). Por tanto evi-tan la accin del complejo III. Su tratamientoestara especialmente indicado en deficienciasde este complejo, si bien su efectividad slo hasido demostrada en casos aislados y no de formaconcluyente(84, 85). Tambin acta como antio-xidante.

    Vitamina K3Esta vitamina liposoluble (llamada tambinmenadiona) tiene la misma capacidad de accinque la vitamina C. Se utiliza en las deficiencias

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    Enfermedades mitocondriales

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  • del complejo IV. Tampoco se ha podido demos-trar un efecto beneficioso de forma objetiva.

    Riboflavina-B2La riboflavina es una vitamina que acta comocofactor de los complejos I y II de la cadenarespiratoria. Por tanto, sera de esperar que suadministracin mejorara las actividades enzi-mticas de estos complejos y por tanto, la sin-tomatologa. Se han observado mejoras enalgunos pacientes, e incluso se ha podido com-probar un aumento de la actividad del comple-jo I en pacientes con deficiencia del mismo trasel tratamiento con riboflavina. No obstante,este aumento de la actividad no se correlacioncon una mejora del estado clnico, observadoen pocos pacientes (84,85). Una vez ms, laefectividad de este tratamiento es incierta.

    Tiamina- B1La tiamina acta como cofactor de la piruvatodeshidrogenasa, enzima mitocondrial que trans-forma el piruvato en acetil-CoA, el cual esten disposicin de oxidarse en el ciclo de Krebs,liberando cofactores reducidos (NADH yFADH2) que estimularn la cadena respiratoria.La tiamina puede reducir las concentracionesde lactato, aunque sus efectos en el estadoclnico son mnimos (84). Quizs su mayorindicacin sea para el tratamiento de las defi-ciencias de la piruvato deshidrogenasa (86).

    Citocromo CEl citocromo C capta los electrones liberados porel complejo III y los cede al complejo IV de lacadena respiratoria. Como frmaco, se admi-nistra slo por va endovenosa. Existe pocaexperiencia en el tratamiento con este frmaco,ya que se aplica casi exclusivamente en Japn,siendo bastante difcil su obtencin en los pasesEuropeos. Segn algunos autores, este trata-miento se ha mostrado muy efectivo en pacientescon sndrome de Kearns-Sayre, mejorando la

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    Protocolo de diagnstico y tratamiento de enfermedades mitocondriales

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  • afectacin muscular y el edema corneal. Nuestraexperiencia personal no fue la misma.

    Monohidrato de cre