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ANDRESA DE SANTI RODRIGUES
A EXPRESSÃO DA PROTEÍNA MITOCONDRIAL CI-39kDa NA
IDENTIFICAÇÃO DE DOENÇAS MITOCONDRIAIS ASSOCIADAS A
DEFEITOS DO COMPLEXO I
Tese apresentada à Universidade
Federal de São Paulo - Escola Paulista
de Medicina - para a obtenção do Título
de Mestre em Ciências.
SÃO PAULO
2005
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2
ANDRESA DE SANTI RODRIGUES
A EXPRESSÃO DA PROTEÍNA MITOCONDRIAL CI-39kDa NA
IDENTIFICAÇÃO DE DOENÇAS MITOCONDRIAIS ASSOCIADAS A
DEFEITOS DO COMPLEXO I
Tese apresentada à Universidade
Federal de São Paulo - Escola Paulista
de Medicina - para a obtenção do Título
de Mestre em Ciências.
ORIENTADORA: Profª. Dra. Célia Harumi Tengan
SÃO PAULO
2005
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FICHA CATALOGRÁFICA - BIBLAC
De Santi-Rodrigues, Andresa
A EXPRESSÃO DA PROTEÍNA MITOCONDRIAL CI-39kDa
NA IDENTIFICAÇÃO DE DOENÇAS MITOCONDRIAIS
ASSOCIADAS A DEFEITOS DO COMPLEXO I / Andresa De
Santi Rodrigues – São Paulo, 2005.
81 p., xix
Tese (Mestrado) - Universidade Federal de São Paulo –
Escola Paulista de Medicina. Programa de Pós-Graduação em
Neurologia.
Título em inglês: The expression of mitochondrial protein CI-
39kDa in the identification of mitochondrial diseases associates
with complex I disorders.
Palavras-chave: Complexo I / Cadeia respiratória / mitocôndria
4
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO
ESCOLA PAULISTA DE MEDICINA
DEPARTAMENTO DE NEUROLOGIA E NEUROCIRURGIA
Chefe do Departamento: Profª. Dra. Débora Amado
Coordenador do Curso de Pós-Graduação: Prof. Dr. Esper Abrão Cavalheiro
iii
5
ANDRESA DE SANTI RODRIGUES
A EXPRESSÃO DA PROTEÍNA MITOCONDRIAL CI-39kDa NA
IDENTIFICAÇÃO DE DOENÇAS MITOCONDRIAIS ASSOCIADAS A
DEFEITOS DO COMPLEXO I
BANCA EXAMINADORA
Titulares
Profª. Dra. Beatriz Hitomi Kiyomoto
Profª. Dra. Leny Toma
Profª. Dra. Iscia T. Lopes Cendes
Suplente
Profº. Dr. Mário Henrique de Barros
Aprovada em: ........../........../..........
iv
6
Esta tese foi desenvolvida no Laboratório de Neurobiologia Molecular da
Disciplina de Neurologia Clínica - Departamento de Neurologia/Neurocirurgia –
Universidade Federal de São Paulo - Escola Paulista de Medicina, durante o
curso de pós-graduação em Neurologia/Neurociências, com auxílio financeiro
das entidades: CAPES, CNPq E FAPESP. O autor foi bolsista da CAPES.
v
7
Dedico esta tese com carinho
Aos meus pais, Marilza e Pedro, e às minhas irmãs, Andréa e Ariane, pelo
apoio, paciência e torcida.
vi
8
Ao meu noivo, Luciano,
pelo amor, compreensão e incentivo dados nesta importante etapa da
minha vida.
vii
9
"Algo só é impossível até que alguém
duvide e prove o contrário".
(A.Einstein)
viii
10
AGRADECIMENTOS
À Profª Dra. Célia Harumi Tengan, pela oportunidade, confiança e orientação
deste trabalho.
À Profª Dra. Beatriz Hitomi Kiyomoto, pela colaboração e ensinamentos no dia-a-
dia no laboratório.
Ao Prof. Dr. Acary Souza Bulle Oliveira, chefe do Setor.
Ao Prof. Dr. Beny Schmidt, responsável pelas biópsias musculares.
Às minhas amigas do laboratório, Cláudia, Juliana, Carina, Luana, Vanderli e
Karine, pela amizade, ensinamentos, críticas e sugestões para a realização
deste trabalho, e também claro, pelos momentos de descontração
necessários.
Ao pessoal da Neuro-Experimental pela colaboração.
Ao Sr. Marco Aurélio Gonzaga, pela ajuda na parte burocrática.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico (CNPq), à Fundação de
Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) e à Coordenação de
Aperfeiçoamento do Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela bolsa de estudo
e pelos auxílios financeiros recebidos para a realização deste trabalho.
À todos aqueles que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização
deste trabalho.
ix
11
SUMÁRIO
DEDICATÓRIA...............................................................................................................
vi
AGRADECIMENTOS.................................................................................................... ix
LISTA DE ABREVIATURAS...................................................................................... xiii
LISTA DE TABELAS ................................................................................................... xv
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................. xvii
RESUMO ..................................................................................................................... xviii
1. INTRODUÇÃO............................................................................................... 1
2. OBJETIVOS.................................................................................................. 12
3. MATERIAL..................................................................................................... 13
3.1. DROGAS E REAGENTES.......................................................................... 13
3.2. EQUIPAMENTOS........................................................................................ 13
3.3. AMOSTRAS................................................................................................. 14
3.4. ASPECTOS ÉTICOS................................................................................... 18
4. MÉTODOS...................................................................................................... 20
4.1. ANÁLISE DA EXPRESSÃO DA PROTEÍNA CI-39kDa POR WESTERN
BLOTTING…………………………………………................................................ 20
4.1.1. Obtenção do homogeneizado do tecido................................................... 20
4.1.2. Quantificação de proteína total................................................................ 21
4.1.3. Western blotting....................................................................................... 21
12
x
4.1.4. Determinação da quantidade e condições ideais dos anticorpos primários
para o estudo das proteínas específicas e anticorpo secundário
utilizado............................................................................................................... 22
4.1.5. Análise dos resultados.............................................................................. 25
4.2. Pesquisa de mutações em genes mitocondriais.......................................... 25
4.2.1. Extração de DNA...................................................................................... 26
4.2.2. Amplificação por reação em cadeia da polimerase (PCR) de genes
mitocondriais....................................................................................................... 26
4.2.3. Seqüenciamento de genes candidatos..................................................... 30
4.2.4. Análise das seqüências............................................................................ 31
5. RESULTADOS............................................................................................... 33
5.1. ANÁLISE DA EXPRESSÃO DAS PROTEÍNAS CI-39KDA E SDH-Fp POR
WESTERN BLOTTING....................................................................................... 33
5.1.1. Expressão de CI-39kDa no grupo controle............................................... 33
5.1.2. Expressão de CI-39kDa no grupo de pacientes....................................... 36
5.1.2.1. Análise da expressão de SDH-Fp no paciente 55................................ 42
5.2. PESQUISA DE MUTAÇÕES EM GENES MITOCONDRIAIS..................... 44
5.2.1. Genes codificadores para subunidades do complexo I ........................... 44
5.2.2. Gene SDHA codificador da subunidade flavoproteína do Complexo
II.......................................................................................................................... 50
6. DISCUSSÃO ...................................................................................................53
7. CONCLUSÕES ...............................................................................................62
13
xi
8. REFERÊNCIAS ............................................................................................. 63
9. ANEXOS ........................................................... .............................................78
Anexo 1 – Parecer do Comitê de Ética em Pesquisa .................................... 78
Anexo 2 – Resumo do caso do paciente nº 55 .............................................. 81
Anexo 3 – Resumo do caso do paciente nº 51 ...............................................82
ABSTRACT
14
xii
LISTA DE ABREVIATURAS
ADP Adenosina difosfato
ATP Adenosina trifosfato
COX Citocromo c oxidase
DNAmt Ácido desoxirribonucléico mitocondrial
DNAn Ácido desoxirribonucléico nuclear
FADH
2
Flavina adenina dinucleotídeo reduzido
FP Flavoproteína
HP Proteína hidrofóbica
IP Proteína ferro
KDa Kilodawtons
LHON Neuropatia óptica hereditária de Leber
MELAS Encefalomiopatia mitocondrial associada à acidose lática e
acidentes vasculares
MERRF Epilepsia mioclônica associada a ragged red fibers
MILS Síndrome de Leigh
NADH Nicotinamida-adenina-dinucleotídeo
NARP Neuropatia, ataxia e retinite pigmentosa
15
xiii
ND NADH desidrogenase
OEPC Oftalmoplegia externa crônica progressiva
PCR Reação em cadeia da polimerase
rRNA Ácido ribonucléico ribossômico
SDH Succinato desidrogenase
SKS Síndrome de Kearns-Sayre
SP Síndrome de Pearson
tRNA Ácido ribonucléico transportador
16
xiv
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Mutações em genes do complexo I, codificados pelo DNAn.
............................................................................................................................ 10
Tabela 2: Principais características clínicas e alterações observadas à biópsia
muscular do grupo de pacientes......................................................................... 16
Tabela 3: Principais características clínicas e alterações observadas à biópsia
muscular do grupo de controles...........................................................................19
Tabela 4: Condições das reações de PCR ........................................................ 28
Tabela 5: Primers utilizados para a amplificação dos genes estudados ............ 29
Tabela 6: Expressão de CI-39kDa em relação à expressão de SDH-Fp no grupo
controle................................................................................................................34
Tabela 7: Expressão de CI-39kDa em relação à expressão de SDH-Fp no grupo
de pacientes.........................................................................................................37
Tabela 8: Expressão de CI-39kDa separados quanto ao diagnóstico (improvável,
possível e provável) juntamente com o grupo
controle............................................................................................................... 38
Tabela 9: Alterações encontradas pelo seqüenciamento dos genes para
subunidades do complexo I, codificados pelo DNAmt, no paciente nº 55.......... 45
xv
17
Tabela 10: Alterações encontradas pelo seqüenciamento dos genes para
subunidades do complexo I, codificados pelo DNAn, no paciente nº 55............. 46
Tabela 11: Alterações encontradas pelo seqüenciamento do gene para a
subunidade flavoproteína do complexo II, codificado pelo DNAn, no paciente nº
55..........................................................................................................................47
Tabela 12: Alterações encontradas pelo seqüenciamento dos genes para
subunidades do complexo I, codificados pelo DNAmt, no paciente nº 51.......... 48
Tabela 13: Alterações encontradas pelo seqüenciamento dos genes para
subunidades do complexo I, codificados pelo DNAn, no paciente nº 51............. 51
xvi
18
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Determinação da quantidade ideal de proteína total e o tempo de
exposição ideal para quantificação..................................................................... 24
Figura 2: Análise da influência da idade sobre a expressão de CI-39kDa/SDH-Fp
do grupo controle................................................................................................. 35
Figura 3: Variação dos resultados obtidos em relação ao grupo
diagnóstico.......................................................................................................... 39
Figura 4: Resultados obtidos do grupo controle e do grupo de paciente
............................................................................................................................ 40
Figura 5: Western blotting para SDH-Fp e CI-39
kDa.........................................41
Figura 6: Expressão de SDH-Fp, CI-39kDa e porina ........................................ 43
Figuras 7: Análise da seqüência do éxon 2 de NDUFV2 do paciente nº
51........................................................................................................................ 49
Figura 8: Análise da seqüência do éxon 12 de SDHA do paciente nº
55........................................................................................................................ 52
19
xvii
RESUMO
As doenças mitocondriais são o resultado de mutações herdadas ou
espontâneas do DNA mitocondrial (DNAmt) ou DNA nuclear (DNAn) levando à
função anormal do sistema de fosforilação oxidativa. Um dos defeitos no DNAn
mais freqüentemente descritos neste grupo de doenças são as deficiências
isoladas do Complexo I, que é o maior complexo enzimático da cadeia
respiratória com 42 subunidades (7 codificadas pelo DNAmt). Propõe-se que a
subunidade de 39kDa (CI-39kDa) apresente estreita correlação com a atividade
enzimática do complexo I. Sendo assim, poderíamos interrogar se a diminuição
da expressão de CI-39kDa, detectada por Western blotting, poderia ser utilizada
como um método diagnóstico para as deficiências do Complexo I, além deste
método ter como vantagem a utilização de pequena porção de tecido congelado
obtido por biópsia. Este trabalho teve como objetivo avaliar a freqüência da
diminuição da proteína mitocondrial CI-39kDa no músculo esquelético de
pacientes com suspeita de doença mitocondrial, e verificar se mutações
conhecidas em genes codificadores de subunidades do Complexo I estariam
associadas à diminuição da expressão desta proteína. As proteínas foram
obtidas através do lisado de músculo esquelético de 56 pacientes e 21 controles.
20
xviii
As proteínas foram separadas por eletroforese em gel de poliacrilamida
denaturante, transferidas para membrana PVDF, que foi incubada com um
anticorpo anti-CI-39kDa e SDH-Fp (succinato desidrogenase-fração
flavoproteína). As bandas foram obtidas por autoradiografia e quantificadas por
densitometria. A diminuição da expressão da proteína CI-39kDa, encontrada nos
casos com diagnóstico possível e provável para doença mitocondrial, foi de 6%.
O estudo por seqüenciamento mostrou somente uma alteração suspeita:
mutação de sentido ainda não descrita em NDUFV2. Nossos resultados
mostraram que: (1) a freqüência da diminuição da expressão de CI-39kDa foi
baixa nos casos estudados com suspeita de doença mitocondrial; (2) a avaliação
molecular desses casos mostrou que mutações em genes codificados pelo
DNAmt, e mutações conhecidas em genes nucleares para subunidades do
complexo I, não foram a causa do defeito destes pacientes; (3) a alteração de
NDUFV2 pode ser a causa de uma disfunção do complexo I, a qual deverá ser
melhor investigada para confirmar a sua patogenicidade. A ampliação deste
estudo poderá confirmar a utilidade deste método para o diagnóstico das
deficiências do Complexo I.
21
xix
1. INTRODUÇÃO
As mitocôndrias são organelas intracitoplasmáticas, cuja principal função
é a de prover energia à célula através do processo de fosforilação oxidativa.
Estima-se que mais de 90% do ATP necessário aos diversos propósitos
biológicos seja produzido por essa organela.
A mitocôndria é formada por quatro compartimentos: a membrana
externa, membrana interna, espaço intermembrana e matriz. Na matriz
mitocondrial ocorrem as principais atividades metabólicas da mitocôndria como o
ciclo do ácido cítrico, a oxidação dos ácidos graxos e a síntese de ATP. A
membrana interna apresenta invaginações ou cristas contendo o complexo
enzimático (Complexo V) responsável pela síntese de ATP (ATP sintetase) e os
componentes da cadeia respiratória, composta por quatro complexos
enzimáticos transportadores de elétrons: Complexo I (NADH ubiquinona
redutase), Complexo II (succinato ubiquinona redutase), Complexo III
(ubiquinona citocromo c oxidoredutase) e o Complexo IV (citocromo c oxidase),
juntamente com dois transportadores de elétrons móveis – coenzima Q10
(ubiquinona) e citocromo c. Estes cinco complexos, formam o sistema de
fosforilação oxidativa (Wallace, 1994; Hatefi, 1985; Schagger & Pfeiffer, 2000).
22
O processo de fosforilação oxidativa ocorre da seguinte maneira: a
passagem de elétrons pelos complexos respiratórios é acoplada com a síntese
de ATP ; NADH e FADH
2
, produzidos durante a glicólise e o ciclo de Krebs,
doam elétrons para os Complexos I e II, respectivamente, iniciando a cadeia de
transporte de elétrons. Conforme os complexos respiratórios doam os elétrons
para o receptor seguinte, libera-se energia que é utilizada para o bombeamento
de prótons para o espaço intermembrana. A alta concentração de prótons leva à
criação de um gradiente eletroquímico, o qual é utilizado pela enzima ATP
sintetase para a formação de ATP. Ao final da cadeia, os elétrons são
transportados para o Complexo IV o qual transfere elétrons para o oxigênio
molecular, que é o aceptor final (Saraste, 1999).
As mitocôndrias apresentam características especiais, pois são as únicas
organelas que possuem o seu próprio material genético, o DNA mitocondrial
(DNAmt). Cada célula contém centenas de mitocôndrias e cada uma delas pode
conter de dois a dez genomas mitocondriais (Bogenhagen & Clayton, 1974;
Oliver & Wallace, 1982; Satoh & Kuroiwa, 1991). O genoma mitocondrial
humano é uma molécula circular fechada, dupla fita, composta por 16.569 pares
de bases e sua seqüência nucleotídica completa foi determinada por Anderson
et al. (1981). É composta por duas cadeias: a cadeia pesada H, rica em purinas
(adenina e guanina) e a cadeia leve L, rica em pirimidinas (citosina e timina)
(Clayton, 1991). O DNAmt tem duas origens distintas de replicação, uma para
cada cadeia, separadas por uma distância que corresponde a 2/3 do genoma: a
origem de replicação para a cadeia pesada (OH) localiza-se na região D-loop
23
(Clayton, 1982) e, a origem de replicação para a cadeia leve (OL), localiza-se
entre os nucleotídeos 5721-5781, dentro de uma região codificadora para 5
tRNAs (Clayton, 1992).
Para que a mitocôndria seja formada e exerça todas as suas funções, são
necessários cerca de 3000 genes, provenientes tanto do DNA mitocondrial
(DNAmt) como do DNA nuclear (DNAn). O sistema de fosforilação oxidativa
utiliza os produtos de aproximadamente 60 genes nucleares e 13 genes
mitocondriais para produzir ATP celular (Smeitink & Heuvel, 1999). A maioria
das proteínas mitocondriais são codificadas pelo núcleo, sintetizadas no
citoribossomo e importadas para dentro da mitocôndria. O DNAn é responsável
pela síntese de proteínas que terão funções diversas na mitocôndria, até o
controle da replicação e transcrição do DNAmt. Sendo assim, o funcionamento
perfeito da mitocôndria depende da interação adequada dos dois genomas.
Menos de 10% das proteínas mitocondriais são codificadas pelo DNAmt. O
complexo II da cadeia respiratória é o único que apresenta todas as suas
subunidades codificadas pelo DNA nuclear. Em mamíferos, o DNAmt codifica 13
proteínas, sete constituindo parte do Complexo I (NADH desidrogenase ND1, 2,
3, 4, 4L, 5 e 6), uma no Complexo III (citocromo b), três no Complexo IV (COI, II
e III) e duas no Complexo V (A6, A6L) (DiMauro & Schapira, 1994). Além disso,
o DNAmt codifica também 2 rRNAs (12S e 16S) e 22 tRNAs necessários para a
síntese desses 13 polipeptídeos (Anderson et al., 1981).
Tanto o DNAn quanto o DNAmt codificam para o sistema de fosforilação oxidativa. A
transcrição, tradução, modificação pós-traducional, importação, montagem e
24
funcionamento destes complexos são processos altamente complexos (Smeitink et al.,
2001a).
As mitocôndrias são mais abundantes em tecidos com alta demanda
oxidativa como cérebro, músculo cardíaco e esquelético. Esses tecidos são
predominantemente afetados nas doenças mitocondriais e são caracterizados
por alterações na atividade dos complexos respiratórios. A coexistência de dois
tipos de populações de DNAmt (DNAmt normal ou selvagem e DNAmt mutado)
em células ou tecidos de um paciente, mostra uma condição denominada
heteroplasmia. O fenótipo de uma doença mitocondrial geralmente é
manifestado quando a quantidade de DNAmt mutante está acima do limite
tolerado pela célula para manter sua atividade metabólica normal. À medida que
aumenta o número de moléculas de DNAmt mutantes, ocorre um declínio de
energia celular, e as células ou tecidos passam a não funcionar normalmente
(DiMauro & Schon, 2001).
Apesar de se acreditar que , diferentemente do DNAn, o DNAmt humano
é transmitido somente por herança materna, ao longo das gerações (Taanman,
1999) existe a proposição de herança paterna do DNAmt. Esta proposição foi
documentada em um único indivíduo, um paciente com miopatia com RRF
(ragged red fibers) e deficiências dos complexos I e IV causada por uma
microdeleção no gene ND2. No músculo deste paciente, a maioria do DNAmt
(não a troca patogênica) foi herdada do pai (Schwartz & Vissing, 2002) . Este, no
entanto, parece ser uma exceção, pois três estudos posteriores não confirmaram
a presença de DNA paternal no músculo de muitos outros pacientes com
25
miopatias causadas por mutações no DNAmt (Taylor et al., 2003; Filosto et al.,
2003; Schwartz & Vissing, 2004). Por outro lado, a coexistência de DNAmt de
origens materna e paterna em músculo de somente um paciente, forneceu um
experimento mostrando que moléculas de DNAmt podem, e se recombinam
(Kraytsberg et al., 2004).
AS DOENÇAS MITOCONDRIAIS SÃO O RESULTADO DE MUTAÇÕES
HERDADAS OU ESPONTÂNEAS DO DNAMT OU DNAN, LEVANDO À
FUNÇÃO ANORMAL DO SISTEMA DE FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA.
MUTAÇÕES NO DNAN RESULTAM EM DEFICIÊNCIAS DA FOSFORILAÇÃO
OXIDATIVA INCLUINDO MUTAÇÕES EM GENES ESTRUTURAIS DO
COMPLEXO I E II, BEM COMO MUTAÇÕES RESULTANDO EM ERROS NA
COMUNICAÇÃO INTERGENÔMICA, MONTAGEM DO SISTEMA DE
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA, HOMEOSTASE E IMPORTAÇÃO (SMEITINK
ET AL., 2001A). SEGUNDO A ÚLTIMA CLASSIFICAÇÃO DAS DOENÇAS
MITOCONDRIAIS, PODEMOS TER AQUELAS CAUSADAS POR DEFEITOS
EM GENES CODIFICADOS PELO DNAN: (1) DEFEITOS EM SUBUNIDADES
DA CADEIA RESPIRATÓRIA; (2) DEFEITOS EM PROTEÍNAS AUXILIARES;
(3) DEFEITO NA SINALIZAÇÃO INTERGENÔMICA; (4) DEFEITOS NO “LIPID
MILIEU”; (4) DEFEITOS EM MOTILIDADE/FUSÃO/FISSÃO. JÁ OS DEFEITOS
NO DNAMT PODEM SER DIVIDIDOS EM: MUTAÇÕES EM GENES QUE
SINTETIZAM PROTEÍNAS (TRNA, RRNA, REARRANJOS) E MUTAÇÕES EM
GENES QUE CODIFICAM PROTEÍNAS (MULTISISTÊMICO, TECIDO-
ESPECÍFICO) (DIMAURO, 2004; DIMAURO & HIRANO, 2005). O NÚMERO
26
DE MUTAÇÕES DE PONTO DO DNAMT DOCUMENTADAS INCLUEM MAIS
DE 118, ALÉM DE NUMEROSOS REARRANJOS RELATADOS (DIMAURO &
SCHON, 2001). MUTAÇÕES DELETÉRIAS EM GENES MITOCONDRIAIS
OCORREM MUITO MAIS FREQÜENTEMENTE DO QUE EM GENES
NUCLEARES, ISTO PORQUE O DNAMT NÃO TEM MECANISMO DE
REPARO (WALKER, 1992). APROXIMADAMENTE 38% DO GENOMA
MITOCONDRIAL, É CODIFICADO POR COMPONENTES DO COMPLEXO I, E
DEFEITOS QUE SURGEM DAS ENZIMAS DESTE COMPLEXO SÃO OS MAIS
COMUNS (WALKER, 1992). AS DEFICIÊNCIAS DESTE COMPLEXO
RESULTAM EM UM ESPECTRO EXTRAORDINARIAMENTE GRANDE DE
APRESENTAÇÕES CLÍNICAS, E O DIAGNÓSTICO É REALIZADO ATRAVÉS
DA COMBINAÇÃO DE INVESTIGAÇÕES CLÍNICAS, BIOQUÍMICAS E
GENÉTICAS (MUNNICH & RUSTIN, 2001; SMEITINK ET AL., 2001B).
Diversas mutações no DNAmt têm sido descritas em associação com
encefalomiopatias ou outras doenças neurológicas (Wallace, 1992). As deleções
ou duplicações esporádicas do DNAmt são geralmente encontradas em
pacientes com oftalmoplegia externa crônica progressiva (OECP), Síndrome de
Kearns-Sayre (SKS) (Moraes et al., 1989), e em pacientes apresentando
Síndrome de Pearson (SP) (Rötig et al., 1990). Já as doenças causadas por
mutações de ponto no DNAmt podem levar a fenótipos bastante variados como:
miopatia mitocondrial, encefalopatia, acidose lática e episódios semelhantes a
acidentes vasculares cerebrais (MELAS) (Goto et al., 1990); epilepsia mioclônica
com fibras ragged-red (MERRF) (Shoffner et al., 1990); neuropatia óptica
27
hereditária de Leber (LHON) (Riordan-Eva & Harding, 1995); Síndrome de Leigh
(MILS) (Shoffner et al., 1992) juntamente com neuropatia, ataxia e retinite
pigmentosa (NARP) (Holt et al., 1990).
Mutações no DNAmt são usualmente encontradas somente em uma
proporção em moléculas de DNAmt (heteroplasmia); esta proporção pode variar
nos diferentes tecidos e determinar a expressão fenotípica no paciente (Bentlage
et al., 1995).
Em 1995, a primeira mutação em um gene nuclear causando uma doença mitocondrial foi
descrita no gene para succinato desidrogenase (SDH), levando a um quadro de
Síndrome de Leigh, encefalopatia progressiva infantil com degeneração em
núcleos da base e tronco cerebral (Bourgeron et al., 1995). A partir disso, o
interesse da genética mitocondrial se voltou para a importância do estudo dos
genes nucleares nas doenças mitocondriais.
A maioria dos pacientes com defeitos em genes nucleares são crianças
que apresentam encefalopatia com evolução progressiva ou fatal. Os defeitos
mais freqüentemente descritos neste grupo de doenças são as deficiências
isoladas do Complexo I (Morris et al., 1996; Rahman et al., 1996; Loeffen et al.,
2000; Smeitink et al., 2001a; Robinson, 1998). As deficiências do Complexo I,
nas doenças mitocondriais, têm uma incidência estimada de 1:10000 nascidos
vivos (Zeviani et al., 1998; Smeitink et al., 2001a; Loeffen et al., 2000; Robinson,
1998).
O complexo I, ou NADH: ubiquinona oxidoredutase, com uma massa
molecular de 900 kDa, representa o maior e primeiro complexo mediador da
28
transferência de elétrons através da cadeia respiratória mitocondrial. A função
geral deste complexo é passar elétrons do NADH para a ubiquinona, enquanto
íons hidrogênio são bombeados de fora da matriz mitocondrial para dentro do
espaço intermembrana. Este complexo contém uma configuração na forma de
“L” com um braço periférico solúvel em água projetando-se para dentro da matriz
mitocondrial e um braço hidrofóbico (insolúvel em água) encaixado na
membrana mitocondrial interna. Este complexo é composto por pelo menos 43
subunidades diferentes nas quais 7 são codificadas pelo genoma mitocondrial
(ND1-6, ND4L) e o restante são codificadas por genes nucleares (Loeffen et al.,
2000). Ainda pode ser dividido em 3 frações diferentes: tanto a fração
flavoproteína (FP), como a fração da proteína ferro-enxofre (IP) representam o
braço periférico, enquanto que a fração da proteína hidrofóbica (HP) representa
o braço, insolúvel em água, agregado na membrana mitocondrial interna. A
fração FP contém 3 subunidades (NDUFV1 NDUFV2, NDUFV3), a fração IP
contém 7 subunidades (NDUFA5, NDUFS1, NDUFS2, NDUFS3, NDUFS4,
NDUFS5, NDUFS6), e a fração HP contém, no mínimo, 24 subunidades
codificadas pelo genoma nuclear e 6 subunidades codificadas pelo genoma
mitocondrial (Triepels et al., 2001b). A localização exata da subunidade de 17,2
kDa, codificada pelo genoma nuclear, e da subunidade ND6, codificada pelo
genoma mitocondrial, ainda não são conhecidas no complexo (Sazanov et al.,
2000).
As conseqüências bioquímicas das deficiências do sistema de fosforilação oxidativa
incluem o interrompimento do potencial de membrana, alteração da proporção de
29
ATP/ADP, troca de íons na homeostase e aumento na produção de radicais livres
(Westhuizen et al., 2003).
Síndrome de Leigh (Leigh, 1951) ou doença “Leigh-like” são os fenótipos mais comuns
associados com a deficiência isolada do complexo I, representando mais de 50% do
total dos casos (Morris et al., 1996; Rahman et al., 1996; Robinson, 1998; Loeffen et
al., 2000). Outros fenótipos geralmente observados são cardiomiopatia (~ 11%),
acidose lática fatal infantil (~ 11%), macrocefalia com leucodistrofia progressiva (~
7%) e encefalopatia inespecífica (~ 21%) (Loeffen et al., 2000). A tabela 1 mostra as
mutações em genes codificados pelo DNAn do complexo I descritas até o momento.
A nível celular, defeitos no complexo I podem afetar a oxidação de NADH levando à
um excesso de NADH e falta de NAD+ na célula. Isto levará a um funcionamento
prejudicial no ciclo de Krebs tendo como conseqüência a elevação de lactato no sangue
(~ 85%) e um aumento de corpos cetônicos e proporção de lactato/piruvato (Munnich
et al., 1992). Embora concentrações normais de lactato, piruvato e corpos cetônicos
não excluam definitivamente distúrbios mitocondriais (DiMauro et al., 1999; Triepels
et al., 1999).
As deficiências do complexo I têm sido descritas de forma crescente na
literatura nos últimos anos. Fala-se que estas deficiências seriam as principais
causas de encefalopatia mitocondrial infantil (Morris et al., 1996; Rahman et al.,
1996; Loeffen et al., 2000; Smeitink et al., 2001a; Robinson, 1998). No Brasil,
ainda não sabemos a freqüência desta deficiência em nossos pacientes e uma
das dificuldades para se saber isto, é a dificuldade de diagnóstico. Uma maneira
de se fazer o diagnóstico é pela dosagem bioquímica da atividade do complexo I
30
em músculo de biópsia ou fibroblastos (Triepels et al., 2001b), no entanto, a
dosagem bioquímica não é realizada rotineiramente na maioria dos serviços no
Brasil. Problemas no diagnóstico bioquímico de defeitos enzimáticos da cadeia
Tabela 1: Mutações em genes do complexo I, codificados pelo DNAn.
Gene
Alterações descritas
Referê
ncia
NDUFS4 W15X Petruzzela et al., 2001
R106X Budde et al., 2000
IVS1-1G>A Benit et al., 2003(b)
X97fs
Budde et al., 2000
S158fsX192 Heuvel et al., 1998
NDUFS8
P79L
Loeffen et al., 1998
R102H
Loeffen et al., 1998
NDUFV1
R59X
Schuelke et al., 1999
Y204C
Benit et al., 2001
C206G
Benit et al., 2001
A211V
Schuelke et al., 2002
E214K
Benit et al., 2001
A341V
Schuelke et al., 1999
T423M
Schuelke et al., 1999
A432P
Benit et al., 2001
C330fsX332
Benit et al., 2001
X332fs
Benit et al., 2001
IVS8+4A>C
Benit et al., 2001
NDUFV2
A29V
Hattori et al., 1998
IVS2+5_+8delGTAA
Benit et al., 2003(a)
NDUFS1
R241W
Benit et al., 2001
D252G
Benit et al., 2001
R557X
Benit et al., 2001
M707V
Benit et al., 2001
K222del Benit et al., 2001
NDUFS2
R228Q
Loeffen et al., 1998
P229Q
Loeffen et al., 1998
S413P
Loeffen et al., 1998
NDUFS7
V122M
Triepels et al., 1999
Adaptado: The Human Gene Mutation Database
(http://archive.uwcm.ac.uk/uwcm/mg/hgmd/search.html
)
31
respiratória têm sido relatados (Trijbels et al., 1993; Thorburn, 2000; Thorburn &
Smeitink, 2001; Munnich & Rustin, 2001). Nestes problemas incluem-se a
especificidade do tecido, dificuldades em definir os intervalos de valores normais
de forma realística, incapacidade de ensaios enzimáticos para detectar alguns
defeitos funcionais, variação em protocolos de ensaio, falta de um critério de
diagnóstico muito aceitável e um esquema de garantia de qualidade (Thorburn et
al., 2004). Além disso, a investigação bioquímica é, de preferência, realizada em
homogenados de tecido muscular frescos, pois o congelamento pode destruir a
membrana mitocondrial e a integridade da cadeia respiratória será perdida. No
caso de tecidos congelados, as taxas da oxidação do substrato e a produção de
ATP não podem ser medidas (Triepels et al., 2001b).
Um estudo analisando 11 linhagens de células de pacientes com comprovada deficiência
isolada do complexo I, através do método de Western blotting, mostrou que apesar de
apresentarem mutações em genes codificando outras subunidades (NDUFV1,
NDUFS4, NDUFS2, NDUFS7 e NDUFS8), existia uma boa correlação entre a
expressão de CI-39kDa e a atividade do complexo I (Triepels et al., 2001a). Tomando
como base esses dados, poderíamos interrogar se a diminuição da expressão de CI-
39kDa, detectada por Western blotting, poderia ser utilizada como um método
diagnóstico para as deficiências do Complexo I. Este método teria como vantagem, a
utilização de pequena porção de tecido congelado obtido por biópsia.
32
2. OBJETIVOS
Avaliar a freqüência da diminuição da expressão da proteína mitocondrial CI-39kDa no
músculo esquelético de pacientes com suspeita de doença mitocondrial.
Verificar se mutações conhecidas em genes codificadores de subunidades do Complexo I
estariam associadas à diminuição da expressão de CI-39kDa.
33
3. MATERIAL
3.1. DROGAS E REAGENTES
Dodecil sulfato de sódio (SDS), ácido etilenodiaminotetracético (EDTA),
glicerol, acrilamida, persulfato de amônio, N,N,N’,N’-tetrametiletilenodiamino
(TEMED) e coomassie brilliant blue foram adquiridos da Gibco BRL; ácido
etileno glicol-bis [ß-aminoetil eter]-N,N,N’N’-tetraacético (EGTA), azul de
bromofenol, nitroblue tetrazolium (NBT); diaminobenzidina (DAB); citocromo c de
coração de cavalo tipo VI e catalase da Sigma; tris da Fisher Scientific;
bisacrilamida, amido black, tween-20 e ácido succínico da Amersham
Biosciences; glicina da Bio-Rad; metanol, ácido acético glacial, etanol, cloreto de
sódio e ácido clorídrico da Merck; ditiotreitol (DTT) da Invitrogen Life
Technologies; fosfato de sódio monobásico (NaH
2
PO
4
) e fosfato de sódio
bifásico (Na
2
HPO
4
) da Vetec.
3.2. EQUIPAMENTOS
Cuba vertical Mini-Protean
®
II para eletroforese (Bio-Rad); cuba para
transferência (Bio-Rad); fontes Power Pac 300 (Bio-Rad); microcentrífuga
(Eppendorf Centrifuge 5415C); fluorímetro (Bio-Rad Versa Fluor
Fluorometer;
34
termociclador (Gene Amp System 2400 – Perkin Elmer ); agitador
magnético/aquecedor (Cimarec2 Thermolyne); banho-maria (Lab-Line
Aquabath); balança analítica (Denver Instrument XE-100 e XL-3100); destilador
(Barnstead Fistreem
II); pHmetro (Denver Instrument Model 10); capela de
exaustão (Nalgon); agitador orbital (Waterbath Shaker Model WB-10/SC
Elmeco); transiluminador (Bio-Rad Mini-Transilluminator); Máquina fotográfica
(Polaroid GelCam H34-EL); Cassete para revelação (Kodak BioMax).
3.3. AMOSTRAS
Foram utilizadas amostras de biópsia de músculo deltóide obtidas de dois grupos: (1)
pacientes com suspeita de doença mitocondrial e (2) controles.
Pacientes:
Foram estudadas as amostras de 56 pacientes encaminhados para a realização
de biópsia de músculo, devido a uma suspeita de doença mitocondrial, e que tinham
material disponível para a realização do estudo. Os dados clínicos e de exames
subsidiários foram obtidos retrospectivamente dos prontuários médicos e relatórios de
encaminhamento, sendo que as principais características destes pacientes estão
resumidas na Tabela 2. Os pacientes foram classificados, segundo a probabilidade de
diagnóstico de doença mitocondrial, em improvável, provável, possível e definitivo, de
acordo com os critérios diagnósticos para doença mitocondrial de Wolf & Smeitink
(2002).
35
Foram incluídos os seguintes grupos de pacientes:
1. pacientes com suspeita de doença mitocondrial, mas classificada como
doença mitocondrial improvável;
2. pacientes com suspeita de doença mitocondrial classificada como possível,
provável ou definitivo, e ausência das mutações de ponto A3243G, A8344G e T8993G/C;
3. pacientes com quadro de miopatia, presença de RRF com atividade normal
para COX pela histoquímica muscular, mas sem alterações no DNAmt (ausência de
rearranjos e seqüenciamento do DNAmt sem mutações patogênicas);
4. pacientes com quadro sugestivo de defeitos combinados na cadeia
respiratória devido a defeitos em genes nucleares.
Foram excluídos os casos:
1. com padrão de biópsia muscular sugestivo de alterações no DNAmt
(presença de RRF associada a deficiência focal de COX) e sem investigação completa do
DNAmt;
2. com investigação molecular prévia mostrando a presença de rearranjos do
DNAmt;
3. com padrão de deficiência difusa de COX, pela histoquímica da biópsia
muscular, sugestivo de defeitos em genes de montagem da COX.
36
Tabela 2: Principais características clínicas e alterações observadas à biópsia muscular
do grupo de pacientes.
no.
Idade
(anos)
Qu
adr
o
Clí
nic
o
PM
def.combinado
possibilidade DM
1 1 Encefalopatia Não
Não
possível
2 6 Encefalopatia Não
Não
possível
3 1 Encefalopatia Não
Não
possível
4 11 Multisistêmico Não
Não
possível
5 10 Encefalopatia Não
Não
improvável
6 3 Encefalopatia Não
Não
improvável
7 6 Miopatia Não
Não
improvável
8 3 Miopatia Não
Não
improvável
9 2 Encefalopatia Não
Não
improvável
10 12 Multisistêmico Não
Não
possível
11 7 Encefalopatia Não
Não
improvável
12 4 Encefalopatia Não
Não
improvável
13 9 Miopatia Não
Não
Impro
vável
14 9 Encefalopatia Não
Não
Improvável
15 1 Encefalopatia Não
Não
Improvável
16 2 Multisistêmico Não
Não
Possível
17 22 Multisistêmico Sim
Não
Provável
18 14 Encefalopatia Não
Não
Improvável
19 3 Encefalolpatia Não
Não
Possível
20 25 Encefalopatia Não
Não
Possível
21 8 Miopatia Ocular Sim
Não
Provável
22 36 Multisistêmico Não
Não
Possível
23 8 Miopatia Ocular Sim
Não
Provável
24 2 Multisistêmico Não
Não
Possível
25 13 Encefalopatia Não
Não
Improvável
37
26 9 Miopatia Não
Não
Improvável
27 5 Encefalopatia Não
Não
Improvável
28 <1 Encefalopatia Não
Não
Improvável
29 1 Encefalopatia Não Não Improvável
30 12 Miopatia Ocular Sim Não Provável
31 15 Multisistêmico Não Não Possível
32 1 Encefalopatia Não Não Improvável
33 28 Miopatia Ocular Sim Não Provável
34 4 Encefalopatia Não Não Improvável
35 8 Multisistêmico Não Não Possível
36 1 Miopatia Não
Não
Possí
vel
37 1 Encefalopatia Não Não Improvável
38 1 Encefalopatia Não
Não
Prová
vel
39 10 Encefalopatia Não Não Improvável
40 11 Multisistêmico Não Não Possível
41 <1 Encefalopatia Não Não Possível
42 1 Multisistêmico Não Não Possível
43 1 encefalopatia Não Não Provável
44 2 Encefalopatia Não Não Provável
45 3 Encefalopatia Não
Não
Impro
vável
46 6 Miopatia Não Não Improvável
47 19 Multisistêmico Não Não Provável
48 8 Multisistêmico Não Não Possível
49 3 Encefalopatia Não Não Improvável
50 <1 Multisistêmico Não Não Possível
51 1 Encefalopatia Não Não Possível
52 48 Encefalopatia Não Não Possível
53 5 Encefalopatia Não Não Possível
54 4 Encefalopatia Não Não Possível
55 27 Miopatia Sim Sim Provável
56 1 Encefalopatia Não Não Possível
PM= proliferação mitocondrial, DM= doença mitocondrial, Multisistêmico=
comprometimento de dois ou mais sistemas.
38
Controles
– Foram selecionadas 21 amostras de pacientes que foram
submetidos à biópsia muscular para fins de diagnóstico, mas cujo laudo final era
normal ou com alterações mínimas e não sugestivas de doença mitocondrial.
Estes pacientes não tinham história sugestiva de doença mitocondrial ou tinham
diagnóstico de outras doenças que não apresentam associação conhecida com
alterações mitocondriais. (Tabela 3).
3.4. ASPECTOS ÉTICOS
Todas as amostras utilizadas foram obtidas exclusivamente para fins de
diagnóstico. Este estudo é parte do projeto intitulado “IDENTIFICAÇÃO DE NOVAS
MUTAÇÕES EM GENES NUCLEARES ENVOLVIDOS NAS DOENÇAS
MITOCONDRIAIS”, que foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da
Universidade Federal de São Paulo, sob o processo no. 0098/02 (Anexo 1).
39
Tabela 3: Principais características clínicas e alterações observadas à biópsia muscular do
grupo de controles.
LES = Lupus Eritematoso Sistêmico, ND= não disponível, PP= paralisia periódica, PI=
predominância de fibras do tipo I, inesp.= inespecífica, esp.prog.= espinhal progressiva, lcam=
lesão do corno anterior da medula.
no.
Idade
(anos) Diagnóstico clínico
Biópsia muscular
C1 11 lcam Normal
C2 21 miastenia Atrofia II c/ linforragia
C3 35 Paralisia Periódica miopatia vacuolar sugestivo de PP
C4 61 miastenia linforragia
C5 23 Paralisia Periódica miopatia vacuolar sugestivo de PP
C6 21 vasculite Amiotrofia neurogênica inespecífica
C7 28 Paralisia Periódica Miopatia vacuolar sugestivo de PP
C8 4 miastenia Amiotrofia neurogênica inespecífica
C9 ND miastenia linforragia
C10 ND colagenose Normal
C11 61 doença degererativa Amiotrofia neurogênica inespecífica
C12 38 Sarcoidose Normal
C13 ND LES Normal
C14 37 LES Normal
C15 63 polineuropatia periférica Normal
C16 26 esclerose multipla amiotrofia neurogênica crônica inesp.
C17 55 amiotrofia esp. prog. amiotrofia neurogênica crônica inesp.
C18 34 colagenose Normal
C19 43 colagenose Normal
C20 48 colagenose Normal
C21 6 miastenia Atrofia de fibras do tipo II e PI
40
4. MÉTODOS
Este estudo consistiu das seguintes etapas:
4.1. análise da expressão da proteína CI-39kDa por Western blotting
4.2. pesquisa de mutações em genes mitocondriais
4.1. ANÁLISE DA EXPRESSÃO DA PROTEÍNA CI-39kDa POR WESTERN
BLOTTING
Este método permite a detecção de proteínas por procedimentos
imunológicos, onde utiliza-se um anticorpo específico para a proteína de
interesse e um anticorpo secundário (conjugado à peroxidase), que se liga ao
anticorpo primário. A proteína específica é então detectada por autoradiografia
através da emissão do sinal, após a reação de quimioluminescência com a
peroxidase (Towbin et al., 1979).
4.1.1. Obtenção do homogeneizado do tecido
As amostras foram homogeneizadas com solução tampão contendo SDS (dodecil sulfato
de sódio) 10%, EDTA 10 mM, EGTA 10 mM, Tris 63 mM pH 6.8, Glicerol 6% e DTT
50 mM. Estas foram fervidas por 2 minutos e, em seguida, centrifugadas por 10
41
minutos a 14000 rpm (rotações por minuto). O sobrenadante foi transferido para ser
utilizado posteriormente.
4.1.2. Quantificação de proteína total
As proteínas foram quantificadas por fluorimetria, de acordo com as
instruções do reagente NanoOrange (Molecular Probes). Resumidamente, o
procedimento de quantificação foi o seguinte: 1µL de proteína das amostras foi
diluído em componente B junto com o reagente NanoOrange (componenteA),
diluído 500x. As proteínas foram desnaturadas a 93˚C por 10 minutos e a leitura
foi realizada após 20 minutos, em fluorímetro. A partir de leituras obtidas de
amostras padrão, albumina bovina sérica (ABS), com quantidades de proteína
conhecidas, obtivemos uma curva padrão, que foi utilizada para estimar a
quantidade de proteína das amostras.
4.1.3. Western blotting
O gel de corrida 12% foi formado por acrilamida 30% (acrilamida: metil-
bisacrilamida = 29:1), Tris 0,37 M pH 8.8, SDS 0,1%, persulfato de amônio 0,1% e
TEMED. O “stacking gel” 5% foi formado por acrilamida 30%, Tris 0,12 M pH 6.8, SDS
0,1%, persulfato de amônio 0,1% e TEMED. As proteínas foram separadas a 80V por 30
minutos, e depois por 150V por, aproximadamente, 1 hora e 30 minutos.
42
Após a eletroforese, foi feita a transferência das proteínas do gel para uma
membrana PVDF (polyvinylidene difluoride) 0.2µm Sequi-Blot (BioRad), a 350mA por 3
horas e 20 minutos. Em seguida, foi feito o bloqueio da membrana com uma solução de
leite 5% em TBS-T (0,1% Tween- 20 em Tris base 20 mM, cloreto de sódio 137 mM
pH 7.6) por 1 hora a 4ºC.
A membrana foi incubada com o anticorpo primário diluído em uma solução
TBS-T e leite 1% por 1 hora e 20 minutos, a temperatura ambiente com leve agitação.
Após esta etapa, a membrana foi incubada com o anticorpo secundário (conjugado a
peroxidase) por 1 hora e 20 minutos, a temperatura ambiente e com leve agitação. A
detecção do sinal foi realizada utilizando-se os reagentes de detecção do sistema ECL
(Amersham Pharmacia Biotech) de acordo com as instruções do fabricante.
4.1.4. Determinação da quantidade e condições ideais dos anticorpos primários para
o estudo das proteínas específicas e anticorpo secundário utilizado
Após testarmos diferentes concentrações dos anticorpos, obtivemos as seguintes
concentrações ideais: 1,2 g/mL para A
nti-CI-39kDa (Molecular Probes) e 0,15 g/mL
para anti-SDH-Fp 70kDa ( Molecular Probes).
O anticorpo secundário utilizado foi o anti-mouse, na diluição de 1:10000 (já
padronizada pelo nosso laboratório), proveniente do sistema ECL (Amersham Pharmacia
Biotech).
Para determinarmos a quantidade ideal de proteína a ser utilizada para o nosso
estudo, realizamos um experimento utilizando uma amostra controle com diferentes
43
quantidades de proteína (1, 5, 10, 15 e 20 µg). Assim, observamos que com a quantidade
de 10 µg, a banda obtida apresentava o sinal ainda na fase linear do gráfico
correlacionando intensidade da banda e quantidade de proteína (Figura 1).
Foram obtidas auto-radiografias em diferentes tempos de exposição (2, 5, 10 e 15
minutos). Assim, determinamos que a melhor exposição para a análise das bandas era a
de 5 minutos, pois não havia saturação das bandas.
44
4.1.5. Análise dos resultados
45
As bandas não saturadas foram quantificadas por escaneamento e
análise densitométrica, utilizando-se o programa NIH Image 1.61. A expressão
de CI-39kDa foi avaliada em relação à expressão de SDH-Fp (CI-39kDa/SDH-
Fp), para correção quanto ao conteúdo mitocondrial.
Foi realizada uma normalização dos resultados como fator de correção, obtida de
acordo com (Conrad et al., 2001), onde é escolhida uma amostra referência em cada um
dos géis, e esta é comparada entre os diferentes géis. Com a normalização corrigimos
eventuais diferenças na quantificação, decorrente de diferenças na reação de
quimioluminescência nos diferentes géis.
Após a normalização, consideramos expressão diminuída de CI-39kDa, os
resultados inferiores à média, menos dois desvios padrão, obtidos do grupo controle.
4.2. PESQUISA DE MUTAÇÕES EM GENES MITOCONDRIAIS
A pesquisa de mutações, nos casos (Anexos 2 e 3) com diminuição da
expressão de CI-39kDa, foi realizada através do seqüenciamento dos genes
suspeitos de estarem envolvidos com este defeito. Os genes candidatos
escolhidos foram aqueles que codificam as subunidades do Complexo I e a
subunidade da fração flavoproteína do Complexo II (SDHA), no caso com
diminuição da atividade deste complexo. O seqüenciamento foi realizado nas
regiões onde mutações já haviam sido descritas previamente.
4.2.1. Extração de DNA
46
Amostras de biópsias de músculo esquelético, inicialmente
congeladas e estocadas a –80ºC, foram pulverizadas em um pilão de porcelana,
parcialmente preenchido com nitrogênio líquido. O material pulverizado foi
incubado em 500 µL de uma solução RSB (Tris-HCl 10 mM – pH 7,4, 10 mM de
NaCl, 25 mM de EDTA e 1% de SDS) contendo 1mg/mL de Proteinase K, a
50ºC por 2 horas, ou a 37ºC por 16 horas, até a solução tornar-se homogênea.
O DNA total foi extraído uma vez com um volume de fenol, duas vezes com um
volume de fenol/clorofórmio/álcool isoamílico (25:24:1) e uma vez com um
volume de clorofórmio/álcool isoamílico (24:1). Posteriormente, o DNA foi
precipitado com um volume de isopropanol e lavado com etanol 70%, e então,
dissolvido em 20 a 100 µL de tampão TE (10 mM Tris-HCl e 0,1 mM de EDTA,
pH 8,0), dependendo do tamanho do precipitado obtido.
4.2.2. Amplificação por reação em cadeia da polimerase (PCR) de
genes mitocondriais
PCR é um método in vitro da síntese de ácido nucléico no qual um
segmento particular de DNA pode ser especificamente replicado. Isto envolve
dois primers (oligonucleotídeos) que flanqueiam o fragmento de DNA a ser
amplificado seguido de ciclos repetidos de desnaturação por aquecimento do
DNA, anelamento dos primers nas seqüências complementares e extensão
destes anelados com a enzima DNA polimerase. Estes primers se hibridizam
47
com os filamentos opostos da seqüência-alvo e desencadeiam a síntese da
seqüência de DNA pela Taq DNA polimerase entre os primers. O resultado disto
é um acúmulo exponencial da seqüência do fragmento específico (Saiki, 1990).
A reação de PCR foi feita utilizando-se aproximadamente 10 ng de DNA,
2,5 mM de cloreto de magnésio, tampão de PCR, 20 nmoles de cada dNTP
(deoxinucleotídeo trifosfato – A, T, C e G), 30 pmoles de cada primer e 2,5
unidades da enzima Taq DNA Polimerase (Fermentas). As condições das
reações de PCR utilizadas e os primers estão citados na Tabela 4 e 5. A
verificação da amplificação dos produtos da reação de PCR foi feita através de
eletroforese em gel de agarose 1% com Brometo de etídeo e visualizados sob
luz ultravioleta. Os produtos foram purificados de acordo com as instruções do
Kit Geneclean
® II (BIO 101® Systems) e o procedimento resumido foi o
seguinte: o produto de PCR (em solução ou fragmento de gel) foi diluído em NaI
e incubado à temperatura ambiente, por 5 minutos, com GlassMilk (partículas de
silica). Em seguida, o pellet de GlassMilk foi submetido a duas lavagens com
NewWash. A eluição do DNA foi realizada com 20µl de água por 5 minutos à
temperatura ambiente.
Tabela 4: Condições das reações de PCR
48
Condições Temperatura Tempo
A
94ºC
94ºC
60ºC
72ºC
2 minutos
30 segundos
30 segundos
10 minutos
B
94ºC
94ºC
50ºC
72ºC
72ºC
2 minutos
30 segundos
30 segundos
30 segundos
10 minutos
TABELA 5: PRIMERS UTILIZADOS PARA A AMPLIFICAÇÃO DOS GENES
ESTUDADOS
35 ciclos
30 ciclos
49
GENE
S
POSIÇÃO/
EXON
PRIMER F
SEQÜÊNCIA 5’-3’
PRIMER B
SEQÜÊNCIA 5’-3’
TAM.
(pb)
COND.
MT-ND1 3307-4263 aggacaagagaaataaggcc tgatggctagggtgacttcat 621 A
ccagcattccccctcaaacctaa tgattgagatgggggctagt 652 A MT-ND2 4470-5513
tagccccctttcacttctga gcaaattcgaagaagcagcttc 1006 A
MT-ND3 10059-10406 ctttggcttcgaagccgccgcc gcttgccatgattgtgagg 1097 A
MT-ND4L 10470-10766 ctttggcttcgaagccgccgcc gcttgccatgattgtgagg 1097 A
ctgttccccaaccttttcct tgaagtccttgagagaggattatgacg 893 A
MT-ND4
10760-12139
tagccctcgtagtaacagccatt gggttaacgagggtggtaagg 773 A
caaccccgacatcattaccgggt atgctaaggcgaggatgaaa 792 A
MT-ND5
12337-14148
actgttcatcggctgagagg ggcttccggctgccaggcgtttaatgggg 967 A
aagcgcctatagcactcgaa atgatggttgtctttggatatactacag 894 A
MT-ND6
14149-14673
tagccctcgtagtaacagccatt gggttaacgagggtggtaagg 773 A
1 actggcttgagaacgaagga ggacccaagaagcttgaaga 214 A
3 tgtaggctgtttgaaacgtg acagtggtacttaacagcgt 353 B
NDUFS4
5 ctgcttgctgtgcttttcag aagtaccaagatttcccagagg 411 A
3 cccttcattgccttccctat tctctcccacagccacatct 241 A
5 gctgggaaactcacaccttt caaagggagcctagccagat 288 A
7 ctgaccatgcatccctttg ggctggtgtgtgaaccctta 228 A
NDUFV1
9 gatcatcaggccctctcttg acgcagaagggtggtgaata 202 A
8 ttgctggacttgaccattga cccaggaagaaaatgaacct 313 A
9 gcaccatagtaaacaccgtatgtg ataagcaactcagattccagtagtc 298 A
15 ctgggcgacaaagtgagact cttttgtttctggtgtcacagg 344 A
NDUFS1
19 aaagcatgtggccagtaagg cctgtaaaggatcactgcactaca 340 A
7 ggcctgggactttgacacta ccagcgatacaggtttggag 222 A
NDUFS2
13 cacccaaccttcttccttga ccagcctagggagattgaga 244 A
NDUFV2 2 ttccattgttgtaaattatgaatcct tggatttaccccaatttcca 220 A
NDUFS8 5 gactgagctcttccgaggtg acatcaagcaggggctagg 385 A
10 ggcaccttgacatttcacct tctggctcctgaagaaaaca 236 A
12 ttggtatggctgcttctatgg actgacgggacagacacca 243 A
SDH-Fp
13 ctgcccctgatggaacttt caccaggtggcaggaaaa 214 A
pb = pares de bases , Tam.= tamanho , Cond.= condições PCR
50
4.2.3. Seqüenciamento de genes candidatos
Os produtos de PCR purificados foram submetidos a uma das seguintes reações de
seqüenciamento:
1µL de BigDye
Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction Mix Kit
(ABI PRISM
), aproximadamente 90 ng de produto de PCR purificado e 32
pmoles do primer. As condições e a purificação da reação foram feitas de acordo
com as instruções do Kit do BigDye
. As condições utilizadas foram as
seguintes: 96ºC por 10 segundos, 50ºC por 5 segundos e 60ºC por 4 minutos
em 25 ciclos. O procedimento de purificação, resumido, foi o seguinte: o produto
da reação foi misturado com acetato de sódio 3M (pH 4,6) e etanol 100%. A
solução foi deixada à temperatura ambiente por 15 minutos, centrifugada e o
pellet foi lavado 2x com 250 µL de etanol 70%. O pellet foi levado à uma estufa a
55ºC por 5 minutos e depois foi estocado a –20ºC até a eletroforese.
4 µL de DYEnamic ET Terminator Cycle Sequencing Kit (Amersham
Biosciences), aproximadamente 90 ng de produto de PCR purificado e 32
pmoles do primer. As condições e a purificação da reação foram feitas de acordo
com as instruções do Kit do DYEnamic. As condições utilizadas foram as
seguintes: 95ºC por 20 segundos, 50ºC por 20 segundos e 60ºC por 20
segundos em 25 ciclos. O procedimento de purificação resumido foi o seguinte:
o produto da reação de PCR foi misturado com acetato de sódio (1,5 M, pH 8,0)
/ EDTA (250 mM) e depois foi adicionado etanol 95%. A lavagem foi feita como
descrita acima.
51
A eletroforese foi realizada em seqüenciador automático ABI PRISM 377. Os
eletroferogramas foram visualizados utilizando-se o software Chromas versão 1.61
(Technelysium).
4.2.4. Análise das seqüências
A análise das seqüências obtidas foi feita de forma comparativa com as seqüências
normais humanas de referência, obtidas através da pesquisa nos seguintes bancos de
dados: MITOMAP (http://www.mitomap.org
) e Genatlas (http://www.genatlas.org).
Para esta comparação, utilizou-se a ferramenta BLAST two sequences
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/bl2seq/wblast2.cgi
). Para a caracterização das
alterações encontradas, utilizou-se a análise da alteração prevista na seqüência de
proteína, comparação com as seqüências de proteínas em outras espécies e pesquisa em
banco de dados de polimorfismos Human Mitochondrial Genome Database
(http://archive.uwcm.ac.uk/uwcm/mg/hgmd/search.html
).
As seqüências de referência utilizadas foram as seguintes: DNA mitocondrial (GenBank
J01415), NDUFS1(GenBank NT 005403), NDUFS2 (GenBank NT 079484), NDUFS4
(GenBank NT 006431), NDUFS8 (GenBank NT 033903), NDUFV1 (GenBank NT
033903), NDUFV2 (GenBank NT 010859), SDHA (GenBank NT 023089).
As análises estatísticas foram realizadas utilizando-se o software StatView 5.0.1 versão
para PowerPC (SAS Institute Inc.). A significância estatística foi estabelecida como
p<0,05.
5. RESULTADOS
52
5.1. ANÁLISE DA EXPRESSÃO DAS PROTEÍNAS CI-39kDa E SDH-Fp POR
WESTERN BLOTTING
O estudo de Western blotting utilizando-se os anticorpos anti-CI-39kDa e
anti-SDH-Fp mostrou a presença de bandas específicas e únicas para cada
proteína estudada, com peso molecular de 39kDa e 70kDa, respectivamente.
5.1.1. Expressão de CI-39kDa no grupo controle
O grupo controle mostrou a expressão de CI-39kDa (CI-39kDa/SDH-Fp) variando
de 0.57 a 1.80, com média de 1.030 e desvio padrão de 0.268 (Tabela 6). A análise da
correlação entre expressão de CI-39kDa e idade (R^2=0.199), mostrou que a expressão
desta proteína não sofre influência da idade (Figura 2).
53
Tabela 6: Expressão de CI-39kDa em relação à expressão de SDH-Fp no grupo
controle .
Amostra CI-39kDa/SDH-Fp
C1
1.12
C2
1.11
C3
1.05
C4
1.12
C5
0.60
C6
1.44
C7
0.91
C8
1.80
C9
0.84
C10
1.05
C11
0.89
C12
1.18
C13
0.72
C14
0.94
C15
1.09
C16
0.99
C17
0.88
C18
1.12
C19
1.03
C20
0.57
C21
1.17
54
5.1.2. Expressão de CI-39kDa no grupo de pacientes
O grupo de pacientes mostrou a expressão de CI-39kDa (CI-39kDa/SDH-
Fp) variando de 0.29 a 1.86 (Tabela 7). A distribuição dos resultados obtidos,
considerando-se a possibilidade de diagnóstico de doença mitocondrial mostrou
que, analisando-se os grupos de pacientes separadamente, as médias de CI-
39kDa/SDH-Fp, não foram estatisticamente diferentes em relação ao controle.
As médias obtidas para os pacientes com diagnóstico de doença mitocondrial
improvável, provável e possível, foram 1.192, 1.167 e 0.916, respectivamente
(Tabela 8, Figura 3).
Para a identificação de amostras com diminuição da expressão de CI-
39kDa, consideramos somente os valores inferiores a 0.49 (média menos dois
desvios padrão do grupo controle). Assim, identificamos 2 amostras em um total
de 56 pacientes estudados (1,12%) ou 1 em 10 com diagnóstico provável (10%)
e 1 em 23 com diagnóstico possível (4,34%). As amostras nº 55 e nº 51
apresentaram os valores de 0,29 e 0,42, respectivamente (Figuras 4 e 5).
55
Tabela 7: Expressão de CI-39kDa em relação à expressão de SDH-Fp no grupo
de pacientes.
no. CI-39kDa/SDH-Fp
P1 1.03
P2 0.91
P3 1.71
P4 1.37
P5 1.03
P6 1.55
P7 1.86
P8 0.88
P9 0.96
P10 1.06
P11 1.30
P12 1.64
P13 1.43
P14 1.38
P15 1.52
P16 0.68
P17 1.18
P18 1.26
P19 0.53
P20 0.66
P21 1.60
P22 0.79
P23 1.55
P24 0.81
P25 1.55
P26 1.50
P27 1.11
P28 0.72
no. CI-39kDa/SDH-Fp
P29 1.51
P30 1.54
P31 0.74
P32 0.63
P33 1.52
P34 1.39
P35 0.85
P36 1.04
P37 1.45
P38 0.53
P39 1.15
P40 1.34
P41 0.64
P42 0.72
P43 1.11
P44 0.86
P45 1.29
P46 0.67
P47 0.85
P48 0.72
P49 1.00
P50 0.99
P51
0.42
P52 1.20
P53 0.74
P54 1.18
P55
0.29
P56 0.78
56
57
Tabela 8: Expressão de CI-39kDa separados quanto ao diagnostico:
(improvável, possível e provável), juntamente com o grupo controle.
Diagnóstico
improvável possível provável controle
Média 1.192 0.916 1.167 1.030
Desvio padrão 0.359 0.309 0.442 0.268
Valor mínimo 0.63 0.42 0.29 0.57
Valor máximo 1.86 1.71 1.60 1.80
N 23 23 10 21
58
5.1.2.1. Análise da expressão de SDH-Fp no paciente nº 55
Uma análise mais detalhada da expressão de SDH-Fp foi realizada no
paciente 55, pois este apresentava uma diminuição acentuada da atividade de
SDH à histoquímica muscular. A expressão de SDH-Fp e CI-39kDa foram
corrigidas pelo conteúdo mitocondrial, através da relação com a expressão de
porina, proteína da membrana externa mitocondrial. Esta análise foi realizada
com todas as amostras em um mesmo gel e mostrou que havia uma expressão
diminuída tanto de SDH-Fp como CI-39kDa, sendo mais importante nesta última
(Figura 6).
5.2. PESQUISA DE MUTAÇÕES EM GENES MITOCONDRIAIS
5.2.1. Genes codificadores para subunidades do complexo I
A análise dos genes codificados pelo DNAmt para complexo I do paciente nº 55,
mostrou um total de 14 alterações: 12 eram polimorfismos já descritos e 2 eram
polimorfismos não descritos. Destas, somente em 4 houve a troca de aminoácidos e já
estavam descritos (Tabela 9). No paciente nº 51, encontrou-se um total de 10 alterações,
sendo todas polimorfismos já descritos. Destas, somente em 2 houve troca de aminoácido
(Tabela 10).
A análise dos genes codificados pelo DNAn para complexo I foi feita, no total de
5 genes e 14 éxons estudados. No paciente nº 55, não foi encontrado nenhum
polimorfismo ou mutação. Somente em 2 éxons houve a troca de nucleotídeo, mas estes
59
estavam em região onde ocorre variação alélica, de acordo com o banco de dados
Genatlas (Tabela 11). No paciente nº 51, foram encontradas 5 alterações (Tabela 12).
Destas, 4 já haviam sido descritas como variação alélica. Uma alteração no éxon 2 do
gene NDUFV2 teria a previsão da troca do aminoácido no último códon: de valina para
metionina (V40M). Esta alteração foi confirmada por mais de um seqüenciamento
(Figura 7).
TABELA 9: ALTERAÇÕES ENCONTRADAS PELO SEQÜENCIAMENTO DOS
GENES PARA SUBUNIDADES DO COMPLEXO I, CODIFICADOS PELO
DNAMT, NO PACIENTE Nº 55.
Gene
Alterações
na
seqüência
de DNA
Previsão de
substituição na
seqüência de
proteína
Tipo
de
alter
ação
(mut
ação
)
De
scr
içã
o
pre
via
co
mo
pol
im
orf
is
mo
ND1 NA NA NA -
ND2
4688 T>C
4769 A>G
5147 G>A
NA
NA
NA
sinônima
sinônima
sinônima
HMGD
HMGD
HMDG
ND3 10398 A>G T114A de sentido HMGD
ND4L 10873 T>C NA sinônima HMGD
ND4 11719 G>A
12046 A>T
NA
NA
sinônima
sinônima
HMGD
não descrito
ND5 12342 C>T NA sinônima não descrito
60
12705 C>T
13105 A>G
13708 G>A
13752 T>C
13886 T>C
NA
I257V
A458T
NA
L517P
sinônima
de sentido
de sentido
sinônima
de sentido
HMGD
HMGD
HMGD
HMGD
HMGD
ND6 14284 C>T NA sinônima HMGD
NA = nenhuma alteração, HMGD = Human Mitochondrial Genome Database
TABELA 10: ALTERAÇÕES ENCONTRADAS PELO SEQÜENCIAMENTO
DOS GENES PARA SUBUNIDADES DO COMPLEXO I, CODIFICADOS PELO
DNAMT, NO PACIENTE Nº 51.
Gene
Alterações
na
seqüência
de DNA
Previsão de
substituição na
seqüência de
proteína
Tipo
de
alter
ação
(mut
ação
)
De
scr
içã
o
pre
via
co
mo
pol
im
orf
is
mo
ND1 3423 G>T
4161 C>T
NA
NA
Sinonima
Sinonima
HMGD
HMGD
ND2 4769 A>G NA Sinonima HMGD
ND3 10398 A>G T114A de sentido HMGD
ND4L NA NA NA NA
ND4 10819 A>G
11719 G>A
NA
NA
Sinonima
Sinonima
HMGD
HMGD
ND5 12705 C>T NA Sinonima HMGD
ND6 14212 T>C NA Sinônima HMGD
61
14365 G>C
14368 G>C
NA
F102L
Sinônima
De sentido
HMGD
HMGD
NA = nenhuma alteração, HMGD = Human Mitochondrial Genome Database
62
Tabela 11: Alterações encontradas pelo seqüenciamento dos
genes para subunidades do complexo I, codificados pelo
DNAn, no paciente nº 55.
Gene
Alterações
na
seqüência
de DNA
Previsão de
substituição na
seqüência de
proteína (posição)
T
i
p
o
d
e
a
l
t
e
r
a
ç
ã
o
(
m
u
t
a
ç
ã
o
)
D
e
s
cr
iç
ã
o
p
re
vi
a
c
o
m
o
p
ol
i
m
o
rf
is
m
o
63
N
D
U
F
S
4
Exon 1
Exon 3
Exon 5
NA
A>C
NA
NA
NA (66)
NA
NA
sinônima
NA
-
-
-
N
D
U
F
V
1
Exon 3
Exon 5
Exon 7
Exon 9
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
-
-
-
-
N
D
U
F
S
1
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
-
-
-
-
64
Exon 8
Exon 9
Exon 15
Exon 19
NDUFS2
Exon 7
Exon 13
NA
NA
NA
NA
NA
NA
-
-
N
D
U
F
V
2
Exon 2
T>C
NA (29)
sinônima
-
NA = Nenhuma alteração
Tabela 12: Alterações encontradas pelo seqüenciamento dos
genes para subunidades do complexo I, codificados pelo
DNAn, no paciente nº 51.
Gene
Alterações
na
seqüência
de DNA
Previsão de
substituição na
seqüência de
proteína (posição)
T
i
p
o
d
e
D
e
s
cr
iç
ã
o
p
65
a
l
t
e
r
a
ç
ã
o
(
m
u
t
a
ç
ã
o
)
re
vi
a
c
o
m
o
p
ol
i
m
o
rf
is
m
o
N
D
U
F
S
4
Exon 1
Exon 3
Exon 5
G>C
A>C
A>G
NA
NA (4)
NA (66)
NA (104)
NA
sinônima
sinônima
sinônima
NA
-
-
-
N
D
U
F
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
-
-
-
-
66
V
1
Exon 3
Exon 5
Exon 7
Exon 9
N
D
U
F
S
1
Exon 8
Exon 9
Exon 15
Exon 19
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
-
-
-
-
NDUFS2
Exon 7
Exon 13
NA
NA
NA
NA
NA
NA
-
-
67
N
D
U
F
V
2
Exon 2
T>C
GTG>ATG
NA (29)
V40M
Sinônima
De sentido
-
-
N
D
U
F
S
8
Exon 5
NA
-
-
-
NA = Nenhuma alteração
5.2.2. Gene SDHA codificador da subunidade flavoproteína do Complexo II
A análise dos exons 10, 12 e 13 mostrou apenas uma alteração no éxon
12 (Tabela 13). Trata-se de uma troca heterozigota que leva à modificação da
seqüência nucleotídica GTC para TTG, causando uma modificação no códon
384 de SDHA, de valina para leucina (Figura 8). Esta alteração foi confirmada
por mais de um seqüenciamento.
Comparamos a seqüência de aminoácidos de SDH-Fp, com a troca de
valina para leucina, no banco de dados Genbank, com seqüências depositadas
68
de Homo sapiens e outras espécies, para sabermos se esta alteração poderia
ser considerada uma mutação patogênica. Assim, observamos o mesmo
aminoácido na seqüência de SDH-Fp em Homo sapiens (XP 171032)
Plasmodium falciparum, Caenorhabditis elegans e Rickettsia prowazekii e
diferentes aminoácidos em 6 outras espécies (Figura 8). Deste modo, esta
alteração poderia ser considerada um polimorfismo, pois está localizada em uma
região não conservada entre as espécies, ou seja, não possui homologia com o
aminoácido da mesma seqüência de proteína de outras espécies.
69
Tabela 13: Alterações encontradas pelo seqüenciamento do
gene para a subunidade flavoproteína do complexo II,
codificado pelo DNAn, no paciente nº 55.
Gene
SDHA
Alterações
na
seqüência
de DNA
Previsão de
substituição na
seqüência de
proteína
Tip
o
de
alt
era
çã
o
(m
uta
çã
o)
D
e
s
c
ri
ç
ã
o
p
r
e
vi
a
c
o
m
o
p
o
li
m
o
rf
is
m
o
Exon 10 NA NA NA -
Exon 12 G>T
C>T
C>T
V384L
NA
NA
Sim
sinônima
sinônima
não
-
-
Exon 13 A>G NA sinônima -
70
A>G NA sinônima -
71
6. DISCUSSÃO
A deficiência isolada do complexo I é uma das causas mais freqüentes de
disfunções da cadeia respiratória mitocondrial (Loeffen et al., 2000). No entanto,
o estudo molecular deste complexo apresenta uma série de dificuldades por ser
o maior complexo da cadeia respiratória e por conter subunidades codificadas
tanto pelo DNAmt como pelo DNAn. O diagnóstico de deficiência do complexo I
é feito principalmente pela avaliação da atividade enzimática deste complexo,
pois ao contrário dos complexos II e IV, não temos um método histoquímico para
o complexo I. Entretanto, a análise das atividades enzimáticas dos complexos
respiratórios não é realizada rotineiramente nos centros do Brasil e apresenta
algumas dificuldades técnicas em relação aos métodos utilizados e variação nos
limites de normalidade (Wiedemann et al, 2000; Chretien & Rustin, 2003;
Lombes, 2004). Assim, a padronização de novos métodos diagnósticos para
esta deficiência seria de grande utilidade para a prática clínica.
A identificação de deficiências da cadeia respiratória pode ser realizada
utilizando-se o método de Western blotting com anticorpos contra pelo menos
uma subunidade de cada um dos cinco complexos da fosforilação oxidativa. Este
método é relativamente rápido e facilmente realizado, requerendo menor
quantidade de amostra do que os ensaios enzimáticos (Triepels et al., 2001a).
Uma avaliação da expressão de 6 subunidades do complexo I (39,30,20,18,15 e
8 kDa) em pacientes com deficiência isolada deste complexo mostrou que a
expressão da subunidade de 39kDa apresentava estreita correlação com a
72
atividade enzimática (Triepels et al., 2001a). O fato da subunidade de 39kDa
estar diminuída na análise das subunidades isoladas, sugere que ela seja
perdida e degradada quando o complexo não é montado e que tenha um papel
importante no complexo I.
Recentemente vários estudos têm tentado elucidar o processo de
montagem do Complexo I, utilizando-se de amostras de pacientes e análise por
BN-PAGE (Blue Native Polyacrylamide Gel Electrophoresis), que possibilita a
avaliação dos complexos na sua forma nativa (Antonicka et al., 2003; Ugalde et
al., 2004a). Ugalde et al. (2004a) observaram que nos 6 pacientes estudados,
com mutações comprovadas em genes nucleares, havia uma alteração na
montagem do complexo I. Neste mesmo trabalho, de 9 pacientes onde o defeito
gênico não foi encontrado nos genes de proteínas estruturais do Complexo I, em
5 ficou demonstrado um problema na montagem do complexo, sendo o restante
causado provavelmente, por algum defeito catalítico. Os resultados como um
todo demonstram uma maior freqüência de defeitos de montagem como causa
das deficiências do complexo I, já que 73% dos pacientes estudados
apresentavam diminuição do Complexo I íntegro (Ugalde et al., 2004a).
O modelo atual da biogênese e montagem do complexo I é baseado em estudos com N.
crassa, que contém aproximadamente 35 subunidades, somente 4 não são
encontradas no complexo I de mamíferos e cuja função continua desconhecida
(Videira & Duarte, 2002; Carrol et al., 2002). A análise de subcomplexos indicou
que a montagem do complexo I humano é um processo semi-sequencial, no qual
diferentes subcomplexos pré-montados são unidos para formar o complexo total
73
(Ugalde et al., 2004b). Propõe-se que a via de montagem do complexo I seja a
seguinte: a primeira etapa é a montagem parcial do braço periférico no qual, dois
intermediários (incluindo as subunidades de 49, 39 e 30 kDa) são combinados.
Este complexo é então pareado às diversas subunidades do braço de membrana
(incluindo ND1), resultando em uma membrana de ligação de proteína.
Subseqüentemente, a última parte do braço periférico (incluindo as subunidades
PSST, 24 e 18 kDa) é adicionada e o braço de membrana é completado (Triepels
et al., 2001b; Antonicka et al., 2003).
A função exata da subunidade de 39kDa ainda não está totalmente
esclarecida. Esta subunidade é importante para a ligação com o NADPH, visto
que a ruptura do seu gene homólogo em Neurospora crassa resulta na ausência
desta ligação (Schulte et al., 1999). Apesar desta ligação com o NADPH não
estar envolvida no transporte de elétrons, a perda desta subunidade leva à
diminuição da atividade do complexo I (Schulte et al., 2001). Sugere-se ainda,
que a subunidade de 39kDa possa servir como âncora para a conexão entre os
braços periférico e de membrana (Ugalde et al., 2004b).
Em nosso estudo, observamos que a freqüência de diminuição da expressão de CI-39 kDa
foi baixa na nossa amostra de pacientes com suspeita de doença mitocondrial, de
apenas 6% se considerarmos os casos com diagnóstico possível e provável,
segundo o critério utilizado. Podemos pensar nas seguintes razões para este
resultado: (1) a freqüência de defeitos na montagem do complexo I, que seria
detectada pela nossa análise não é tão alta como se esperava; (2) a expressão desta
subunidade não estaria detectando todos os casos de defeitos de montagem do
74
complexo I; (3) o grau de suspeita para doença mitocondrial pode ter sido muito
elevado, acima do real número de casos com esta doença, já que na maioria dos
casos não temos a confirmação do diagnóstico de doença mitocondrial. Nos casos
diagnosticados no Centro de Doenças Mitocondriais de Nijmegen, a freqüência
das deficiências do complexo I foi relatada como 22.7%, tendo sido a causa mais
freqüente de deficiências da fosforilação oxidativa (Loeffen et al., 2000). No
Texas Children’s Hospital a freqüência observada foi um pouco maior, 32% para
deficiência isolada de Complexo I (Scaglia et al., 2005). A diferença em relação
ao nosso estudo, é que avaliamos casos com suspeita diagnóstica, mas sem
comprovação, além disso, excluímos os casos com as mutações mais freqüentes
do DNAmt, e nos estudos acima, a freqüência foi calculada baseando-se no total
de casos com confirmação diagnóstica. Outra possibilidade seria o limite inferior
da normalidade estar muito, o que levaria à exclusão de casos com expressão em
níveis intermediários. Isto poderia ser resolvido com um grupo controle maior. No
entanto, existe uma dificuldade para a obtenção de amostras controle, pois
utilizamos material de biópsias obtidas para fins diagnósticos. Assim, biópsias
com músculo normal ou com alterações mínimas não são facilmente encontradas.
A suspeita de doença mitocondrial é muito freqüente, principalmente porque estas
doenças podem afetar praticamente qualquer tecido, qualquer idade, ter
apresentações clínicas muito variadas, desde pacientes oligosintomáticos a
pacientes com comprometimento multisistêmico. Além disso, a confirmação
diagnóstica é muito difícil na maioria das vezes, o que também dificulta a
avaliação da prevalência destas doenças (Thorburn et al., 2004). Por isso, a
75
avaliação de pacientes com suspeita diagnóstica pode levar a baixos índices de
casos com alterações. Com um enfoque diferente do nosso trabalho, voltado às
principais mutações de ponto no DNAmt, Castro (2002) também observou uma
baixa freqüência (6%) de casos com alteração em estudo de pacientes com
suspeita de doença mitocondrial com comprometimento neurológico. Apesar das
análises serem diferentes, o nosso estudo e o de Castro (2002) podem sugerir o
alto índice de suspeita diagnóstica no Brasil, principalmente nos casos com
comprometimento neurológico e a dificuldade na confirmação do diagnóstico de
doença mitocondrial nestes casos.
O primeiro estudo demonstrando que mutações no complexo I interferem na função ou
montagem de outros complexos da fosforilação oxidativa foi recentemente
descrito em um modelo de Caenorhabditis elegans (Grad & Lemire, 2004).
Defeitos na montagem do complexo I foram associados a mutações em diversos
genes: NDUFS2, NDUFS4, NDUFS7, NDUFS8, MTND6 (Ugalde et al., 2004a,
Ugalde et al., 2003). Os casos vistos em nosso estudo, no entanto, não
apresentavam nenhuma das mutações já descritas em genes para subunidades do
complexo I. Identificamos somente uma alteração, que podemos considerar como
suspeita, em NDUFV2 no paciente nº 51.
O gene NDUFV2 (subunidade de 24 kDa) é um componente da fração
da flavoproteína do complexo I e é codificado pelo DNAn. Juntamente com as
subunidades de 75 e 51 kDa, a subunidade de 24 kDa forma uma unidade
estrutural e funcional do complexo I (Ohnishi et al, 1985). Mutações neste gene
foram descritas apenas duas vezes: (1) relacionada à predisposição para
76
doença de Parkinson (Hattori et al., 1998) e (2) em uma criança com
cardiomiopatia hipertrófica e encefalopatia com hipotonia (Benit et al., 2003a). A
alteração encontrada por nós, não foi descrita previamente e leva à mudança de
um aminoácido no último códon do segundo éxon: de valina para metionina
(V40M). O fato de estar localizada em um gene que codifica para uma
subunidade estrutural poderia indicar que esta seja uma alteração patogênica,
entretanto a troca não leva a mudança na polaridade dos aminoácidos e nem
altera as regiões doadoras e aceptoras de splicing. Por outro lado, podemos
considerar que esta alteração encontra-se em local moderadamente conservado
pois este resíduo está presente em 11 de 12 espécies analisadas. O quadro
clínico do paciente tem alguma similaridade com o descrito por Benit et al.
(2003a), pois o paciente era uma criança de 8 meses que apresentava quadro
de encefalopatia e hipotonia, mas não apresentava cardiomiopatia.
A deficiência do complexo I pode ser vista como uma deficiência isolada ou
como parte de um quadro de deficiências combinadas dos complexos da
fosforilação oxidativa. As deficiências combinadas envolvendo o complexo I,
aparecem em aproximadamente 21.7% dos distúrbios da fosforilação oxidativa
vistos no Centro de Doenças Mitocondriais de Nijmegen (Loeffen et al., 2000).
Na maioria dos casos, são decorrentes de mutações no DNAmt que levam a
uma alteração na síntese de proteínas, como mutações em genes para tRNAs
ou rearranjos (Wiedemann et al., 2000). As combinações observadas foram as
deficiências dos complexos: I + IV, I + III, I + III + IV, I + piruvato desidrogenase e
I + IV + piruvato desidrogenase ( Loeffen et al., 2000). Deficiências combinadas
77
do complexo I e III já foram relatadas em pacientes portadores de mutações em
NDUFS4 (Budde et al., 2000). Recentemente, observou-se que mutações em
NDUFS2 e NDUFS4 podem afetar a estabilidade do complexo III (Ugalde et al.,
2004a). Por outro lado, Acín-Pérez et al. (2004) mostram que a falta do
complexo III montado leva a uma instabilidade do complexo I, resultando em
uma deficiência combinada dos complexos I e III. Os complexos I e III estão
associados, na forma de respirassomos, nos quais o complexo IV pode também
se ligar. A ruptura da associação desses complexos pode gerar uma
instabilidade dos respirassomos, que quando não formados, levam à deficiência
combinada (Schägger et al., 2004).
O outro paciente (nº 55) com diminuição da expressão de CI-39kDa,
apresenta quadro compatível com uma deficiência combinada, pois a
histoquímica do músculo esquelético mostra deficiência dos complexos II e IV
(Anexo 3). Assim, este paciente apresenta, pelas avaliações realizadas até o
momento, deficiências dos complexos I, II e IV. Não analisamos o complexo III
neste trabalho, pois nos preocupamos em identificar as deficiências do complexo
I, mas certamente este complexo será analisado em estudo posterior. A
presença de deficiência do complexo II, cujas subunidades são codificadas pelo
DNA nuclear, afastam a possibilidade de uma etiologia no DNAmt. Poderíamos
pensar em um defeito em genes para o complexo I, mas nossa análise inicial
não mostrou alterações já descritas ou suspeitas. Pelo fato de termos um
exemplo de instabilidade do complexo I, ocorrendo secundariamente a um
defeito em outro complexo (Acín-Pérez et al., 2004), também verificamos se
78
alterações em SDHA poderiam ser a causa do defeito observado, mas não
observamos alterações previamente descritas neste gene.
Além das deficiências combinadas dos complexos respiratórios, este
paciente ainda apresentava um acúmulo lipídico no músculo esquelético.
Teoricamente, deficiências nos complexos da cadeia respiratória podem afetar
outras vias mitocondriais envolvidas na produção de energia como o ciclo de
oxidação dos ácidos graxos. Isto porque o complexo I oxida o NADH reduzido e
produz NAD+, um cofator essencial nas desidrogenases responsáveis pela β –
oxidação dos ácidos graxos. Têm sido proposto que a deficiência da NAD+ pode
interferir com a oxidação dos ácidos graxos, levando a um defeito secundário na
oxidação dos ácidos graxos (Bennett et al., 1994). Deficiências combinadas dos
Complexos I e II, junto com a deficiência de múltiplas desidrogenases acil
coenzima A causando acúmulo lipídico em músculo, foram observadas em
pacientes com uma miopatia responsiva à riboflavina (Antozzi et al., 1994;
Russel et al., 2003). Ainda não se sabe a patogênese desta doença, mas
acredita-se que a falta de riboflavina comprometa as flavoproteínas que incluem
os complexos I e II da cadeia respiratória (Antozzi et al., 1994).
Assim, para chegarmos a um diagnóstico mais preciso destes pacientes, serão
necessários outros estudos mais detalhados. Apesar de termos encontrado uma baixa
freqüência de casos com expressão diminuída da proteína CI-39kDa, os casos
identificados são bastante promissores. É possível que uma ampliação deste estudo, com
um maior número de pacientes, avaliação clínica detalhada e estudo de outras
subunidades, demonstre que os estudos por Western blotting possam ser bastante úteis
79
para a o diagnóstico e direcionamento da investigação dos casos com suspeita de doença
mitocondrial.
80
7. CONCLUSÕES
1. A diminuição da expressão da proteína CI-39kDa nos casos com
diagnóstico possível e provável para doença mitocondrial, foi baixa (6%).
2. A avaliação molecular dos casos com diminuição da expressão de CI-
39kDa mostrou que mutações em genes, codificados pelo DNAmt, e mutações
conhecidas em genes nucleares para subunidades do complexo I não foram a
causa do defeito destes pacientes
3. Observamos uma mutação não descrita no gene NDUFV2, que pode ser
a causa de uma alteração no complexo I, mas sua patogenicidade ainda deverá
ser melhor investigada em estudo posterior.
81
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9. ANEXOS
Anexo 1 – Parecer do Comitê de Ética
Anexo 2
Paciente nº 51 – Resumo do caso
Paciente de 8 meses de idade, sexo masculino, branco, nascido de termo, sem
intercorrências, porém nunca sustentou a cabeça e apresentava-se hipotônico.
Aos 2 meses, foi visto respiração ruidosa e suspeitado de laringotraqueomalácia.
Aos 4 meses de idade começou a apresentar crises epilépticas caracterizadas
por piscamento, sialorréia, algumas vezes com abalos clônicos em membro
superior direito. Evoluiu com aumento da freqüência das crises chegando a
necessitar de internação com hidantalização. Durante internação evoluiu com
pneumonia e insuficiência respiratória, ficando internado em unidade de terapia
intensiva. Foi avaliado durante internação. Ao exame físico mostrava-se com
hipotonia global, reflexos profundos aumentados globalmente, sem contacto com
o meio. Foi tratado com anticonvulsivantes (em uso de valproato, fenobarbital e
clobazam).
Exames realizados incluem liquor normal, lactato no sangue normal,
Ressonancia magnética mostrando áreas de hiposinal em T1 e hipersinal em T2,
não captantes de contraste, de localização cortico-subcorticais em regiões
temporais, frontal e transicão parieto-occipital esquerda. EEG mostrou atividade
97
epileptiforme fronto temporal direita. US abdome e Ecocardiograma normais.
Creatino quinase elevada. Foi realizada uma extensa investigação para erros
inatos do metabolismo que não mostrou alterações.
98
Anexo 3
Paciente nº 55 – Resumo do caso
Paciente de 27 anos, sexo feminino, branca, refere que iniciou quadro de
fraqueza muscular em membros inferiores aos 7 anos de idade, evoluindo com
piora progressiva, de tal forma que hoje, não consegue deambular, e encontra-
se em cadeira de rodas. O quadro iniciou com comprometimento de musculatura
proximal evoluindo para musculatura distal e comprometimento de membros
superiores. Refere também disfagia acompanhando o quadro. Até os 7 anos foi
uma criança normal, com desenvolvimento neuropsicomotor apropriado.
Nega consangüinidade ou quadro semelhante na família, mas tem 3 irmãos com
“traço falciforme” e uma irmã faleceu por problema hematológico.
O exame físico mostra uma tetraparesia flácida com predomínio proximal,
sensibilidade normal, reflexos diminuídos globalmente e fraqueza da
musculatura facial, palato e língua.
Eletroneuromiografia mostrou padrão miopático e biópsia muscular mostrou uma
diminuição difusa da atividade de succinato desidrogenase, acúmulo lipídico e
fibras musculares com proliferação mitocondrial visto por aumento na atividade
da citocromo c oxidase, mas ao mesmo tempo, outras fibras com diminuição da
atividade da citocromo c oxidase.
99
ABSTRACT
Mitochondrial diseases are caused by mutations in mitochondrial DNA
(mtDNA) or nuclear DNA (nDNA), leading to abnormal function of the oxidative
phosphorylation. One of the most frequent nDNA defects described in this group
of diseases are Complex I deficiency. Complex I is the largest enzymatic
complex of the respiratory chain, contains 42 subunits (7 are mtDNA encoded). It
is proposed that a 39kDa subunit (CI-39kDa) expression closely correlates with
the enzymatic activity of complex I. Thus we could hypothesize that a decrease in
the expression of CI-39kDa, detected by Western blotting, would be a good
diagnostic method for complex I deficiencies, considering the requirement of low
amounts of frozen biopsied tissue as a good advantage of this method. The aim
of this study was to evaluate the frequency of decreased expression of the CI-
39kDa in skeletal muscle of patients with a suspicion for mitochondrial disease
and to verify whether known mutations in Complex I subunit genes are
associated with a decrease in the expression of this protein. Total proteins were
obtained by skeletal muscle lysates of 56 patients and 21 controls. Proteins were
electrophoresed through a denaturing polyacrylamide gel, transferred to a PVDF
membrane and incubated with antibodies against CI-39kDa and SDH-Fp
(succinate dehydrogenase-flavoprotein subunit). After autoradiography the bands
were quantified by densitometry. A decreased expression of CI-39kDa was found
in 6 % of the cases with a possible or probable diagnosis of mitochondrial
disease. Sequencing studies demonstrated only one abnormality: a not yet
100
described missense mutation in NDUFV2. Our results show that: (1) the
frequency of a decreased expression in CI-39kDa was low in the studied cases
with a suspicion of mitochondrial disease; (2) molecular studies of these cases
showed that mutations in mtDNA encoded genes and known mutations in nuclear
encoded genes for complex I subunits were not the cause of the defects
observed in these patients; (3) the mutation in NDUFV2 can be the cause of a
complex I defect, but further investigations are still needed to confirm its
pathogenicity. Confirmation of the utility of this method for the diagnosis of
complex I deficiency will probably be achieved by a continuation of this study.
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