Un gene , una malattia…

Malattia come errore congenito

Le Glicogenosi

Il glicogeno è il polisaccaride di riserva delle cellule animali (fegato e muscolo!) Polisaccaridi di riserva molto diffusi nel mondo animale/vegetale: mantengono bassa osmolarità nel citosol

α (1 → 4) e α (1 → 6)

Polimero ramificato di glucoso: + ramif. dell’amilopectina (1 ramif. ogni 8-12 residui)

Glicogeno

β (1 → 4) Polimero lineare di glucoso Cellulosa

α (1 → 4) e α (1 → 6)

Polimero ramificato di glucoso Amilopectina

α (1 → 4) Polimero lineare di glucoso Amiloso

Fegato: glicogeno tot. ~600 kcal Densità > muscolo

Muscolo: glicogeno tot. ~1200 kcal

Glicogeno molto idratato: 1g lega 2 g d’acqua!

Trigliceridi tot. ~125.000 kcal (anidri!)

Gli enzimi che sintetizzano e Gli enzimi che sintetizzano e demoliscono il glicogeno demoliscono il glicogeno sono associati ai granulisono associati ai granuli

Glicogeno-lisi

Avviene a partire dalle estremità non riducenti.

Glicogenon + Pi ↔ Glicogenon-1 + glucoso 1-P glicogeno fosforilasi (fosforil-transferasi) tanto! poco! Pi/G1P ≥ 100 G1P ↔ G6P fosfoglucomutasi

G6P entra nel reticolo endoplasmatico (traslocasi) e viene defosforilato (solo nel fegato!) G6P + H2O → glucoso + Pi glucoso 6-fosfato fosfatasi (inducibile)

Glucoso rientra nel citosol attraverso trasportatore ad alta capacità ed esce nel sangue.

La glicogeno fosforilasi agisce fino a 4 residui da una ramificazione. Poi interviene enzima de-ramificante: bifunzionale

transferasi (su ultimi 3 residui) idrolasi su legame α (1 → 6)

Glicogeno-sintesi

Glicogenon + UDP-glucoso → Glicogenon+1 + UDP glicogeno sintasi (glucosil transferasi)

Glucosio-1-P + UTP ↔ UDP-glucoso + PPi UDP-glucoso pirofosforilasi

reazione resa irreversibile dall’idrolisi del PPi a 2Pi

Enzima ramificante Trasferisce ultimi 7 residui da una catena su un’altra catena, in posizione α (1 → 6), a distanza di almeno 4 residui da un’altra ramificazione È una transferasi Aumenta i punti di attacco sulla molecola del glicogeno per enzimi che lo sintetizzano e demoliscono → ↑ velocità turnover glicogeno

Glicogenina Proteina di 37 kDa, funziona da primer x la sintesi del glicogeno (-OH di Tyr) Catalizza autoglicosilazione di 8 residui (da UDP-G), poi subentra la glicogeno sintasi

Regolazione del “ciclo del glicogeno” (sintesi-demolizione)

GLUCAGONEGLUCAGONEINSULINAINSULINA

G6PG6PGLUCAGONEGLUCAGONEINSULINA INSULINA

GLUCOSOGLUCOSOFegato

ADRENALINAADRENALINA G6PG6PADRENALINAADRENALINA AMPAMPMuscolo

Covalente Allosterica Covalente Allosterica

Glicogeno sintasiGlicogeno sintasi Glicogeno fosforilasiGlicogeno fosforilasi

Solo nel fegato la [glucoso] intracellulare rispecchia la [glucoso] sangue perché il fegato ha un trasportatore del glucoso ad alta capacità e insulino-indipendente (Glut-2)

Le glicogenosi

malattie congenite causate da difetti del metabolismo del glicogeno 8 forme (epatiche e muscolari) carattere autosomico recessivo incidenza complessiva 1:20-25.000 nati vivi tipi I-II-III-IX + frequenti

Esordio 1-2 mesi.Epatomegalia,↓AccrescimentoMorte prima dei 2 anni perinsufficienza epatica da cirrosi.

fegatoEnzima ramificante

Molto rara IV

Andersen

Simile al tipo I, meno grave,con miopatia. Ipoglicemia adigiuno. Iperglicemia dopopasto, risposta al glucagone

muscolofegato

Enzima de-ramificante (amilo 1-6 glucosidasi)

1:100.000 nati

IIICori

Esordio nel lattante.Cardiomegalia, ipotoniamuscol. Morte prima dei 2 annix insuff. cardiorespiratoriaAnche forme lievi condebolezza muscol. nell’adulto

muscolo(cuore)

α 1-4 glucosidasi lisosomiale II

Pompe

Esordio clinico 3-4 mesi.Epatomegalia ↓AccrescimentoIpoglicemia (convulsioni,coma) chetosi a digiuno Iperuricemia, iperlipidemia.Adenomi epatici 2a-3a decade

fegato

Glucosio 6-fosfato fosfatasi (Ia)Trasportatore del G6P (Ib)

1:100.000 nati

IVon Gierke

SintomiOrgani colpitiDeficitGlicogenosi

Epatomegalia e ritardo dellacrescita. Decorso benigno.

fegatoFosforilasi cinasiIX

Ipoglicemia, chetonemiaconvulsioni. No epatomegaliano iperlipidemiaIper-glicemia e –lattacidemiadopo i pasti

fegatoGlicogeno sintasiMolto rara

0

Simile al tipo IV muscolo

FosfofruttocinasiMolto rara

VII

Tarui

Evoluzione clinica moltosfumata (simile tipo I) fegato

Fosforilasi cinasi(VI A) 80%

Fosforilasi (VI B)20%

VI

Hers

Diagnosi su giovani adulti (20-30aa.). Intolleranza muscolare allosforzo: crampi e mioglobinuria (darabdomiolisi)

muscolo Fosforilasi VMcArdle

SintomiOrgani colpitiDeficitGlicogenosi

Glicogenosi di tipo I

Glicogenosi di tipo II

Deficit di α-glicosidasi acida

Glicogeno nei lisosomi

Segni clinici della glicogenosi

trattamento dietetico (pasti frequenti, nutrizione entrale notturna con sondino nasogastrico, integrazione orale di amido crudo serale)

anche prenatale; dimostrazione deficit enzimatico su biopsia epatica o su fibroblasti (cr. 1)

Tipo III

trattamento sintomatico; tentativi di terapia sostitutiva mediante enzima ricombinante

anche prenatale; diverse mutazioni (cr. 17) responsabili dell’eterogeneità clinica; dimostrazione deficit enzimatico su fibroblasti o biopsie muscolari

Tipo II

trattamento dietetico (pasti frequenti, nutrizione entrale notturna con sondino naso-gastrico, integrazione orale di amido crudo); trapianto di fegato; allopurinolo per ridurre iperuricemia

anche prenatale; analisi della mutazione genica su biopsia epatica (G6P fosfatasi, cr. 17; trasportatore, cr. 11)

Tipo I

trattamento dietetico (pasti frequenti; integrazione orale di amido crudo)

dimostrazione deficit enzimatico su biopsia epatica; difetto genetico su cr. 12

Tipo 0

TerapiaDiagnosiGlicogenosi

deficit enzimatico su biopsia muscolare (diverse mutazioni, cr.1)Tipo VII

deficit enzimatico su biopsia epatica (mutazione subunità regolatoria enzima)

Tipo VI

allenamento fisico controllato (x potenziare capacità ossidativa mitocondriale muscolare), dieta iperglucidica programmata in base all’esercizio fisico

diverse mutazioni (cr. 11), responsabili dell’eterogeneità clinica; dimostrazione deficit enzimatico su biopsia muscolare

Tipo V

Mantenimento normo-glicemia; trapianto di fegato

anche prenatale; dimostrazione deficit enzimatico e glicogeno anormale su biopsia epatica Tipo IV

Fruttosuria essenziale: deficit di fruttocinasi epatica.

Non avviene la reazione di fosforilazione del fruttoso nel fegato:

fruttoso + ATP → fruttoso 1-fosfato + ADP

Il fruttoso non viene trattenuto dentro le cellule epatiche e rimane nel sangue → nell’urina. Asintomatica.

Malattie genetiche da dismetabolismo dei disaccaridi

Intolleranza congenita al fruttoso: deficit di fruttoso 1-fosfato aldolasi epatica.

E’ l’enzima che scinde il F1P in gliceraldeide e diidrossiacetone-fosfato e consente l’ingresso del fruttoso 1-P nella glicolisi:

fruttoso-1P → gliceraldeide + diidrossiacetone-fosfato

Il fruttoso-1P si accumula nell’epatocita → ipoglicemia e danno epato-cellulare!

Galattosemia

Metabolismo del galattosio

Galattosemia: deficit di galattoso-1P uridil transferasi

Non avviene la reazione di trasferimento del gal-1P al posto dell’unità di gluc-1P sulla molecola dell’UDP-glucoso, che consente la trasformazione del gal-1P in gluc-1P: manca l’enzima gal-1P uridil transferasi.

Il galattoso-1P si accumula nelle cellule e causa danno cellulare (epatico e neuronale): deficit mentale permanente, se il galattoso non viene rimosso presto dalla dieta del lattante!

Screening diagnostico (elevata galattosemia e galattosuria) si basa sulla capacità del galattoso (riducente!) di ridurre ioni metallici (Cu2+) e indurne viraggio del colore.

Aldose -reductase

Causa del danno da galattosio

Segni clinici della galattosemia

Epatomegalia

GLUT 1 e 3 presenti in tutti i tipi cellKm 1 mM ([glucoso] nel sangue 4-8 mM)trasportano continuamente glucoso

GLUT 2 solo fegato e pancreas endocrinoKm 15-20 mMtrasporto proporzionale a [glucoso] ematico

GLUT 4 muscolo e tessuto adiposoinsulina ↑ n° trasportatoriKm 5 mM

La famiglia dei trasportatori del glucoso

5 tipi: GLUT 1 → 5

Differiscono x Km e distribuzione tessutale

Trasporto PASSIVO per modifica conformazionale

12 eliche transmembrana50 kDa

GLUT 5 epitelio intestinale (polo vascolare)

CFTR = Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator