Análisis genético y molecular del síndrome de Maroteaux-Lamy

Abstract

Esta tesis es una contribución al conocimiento del síndrome de Maroteux-Lamy en el terreno de la genética molecular. El síndrome de Maroteaux-Lamy o mucopolisacaridosis de tipo VI (MPS VI) es una grave enfermedad hereditaria muy poco frecuente en humanos, provocada por la deficiencia de un único gen, que codifica la hidrolasa lisosómica N-acetilgalactosamino-4-sulfatasa o arilsulfatasa B (ARSB). <br/><br/>La primera publicación incluída en la tesis engloba los resultados del análisis de las mutaciones encontradas en el gen ARSB de pacientes españoles y argentinos con MPS VI. Se han identificado todos los alelos responsables de la enfermedad, de los cuales 9 no habían sido publicados anteriormente. Mediante estudios de RT-PCR se han obtenido evidencias de que algunas de las mutaciones podían provocar la destrucción del correspondiente transcrito mutado mediante el mecanismo de nonsense-mediated RNA decay . El estudio también ofrece datos relativos a la clínica de los pacientes analizados, incluyendo la edad de diagnóstico, los principales síntomas fenotípicos y la concentración de glicosaminoglicanos totales excretados en orina, que constituyen datos importantes a la hora de intentar establecer relaciones genotipo-fenotipo. Cumpliendo con otro de los objetivos de la tesis, se realizó el análisis haplotípico de cuatro mutaciones comunes identificadas en pacientes españoles y argentinos con MPS VI y se apuntó a un posible origen único para dichos cambios. <br/><br/>La segunda publicación presenta los estudios de expresión y caracterización bioquímica de la mayor parte de las proteínas mutadas que no habían sido descritas con anterioridad por otros autores. Por primera vez en la bibliografía, se explicitó que el cDNA mutado se había expresado en el mismo contexto haplotípico que en el paciente en relación con los dos cambios exónicos presentes en las bases de datos de SNPs, p.V358M y p.S384N. Ambas variantes se expresaron también de forma individual, siendo de especial interés los resultados obtenidos para el cambio p.S384N, que tradicionalmente se ha considerado como mutación patogénica sin que se hayan realizado estudios de expresión. El análisis bioquímico de la actividad enzimática in vitro de las proteínas mutadas se completó mediante análisis de western blot. También se realizaron estudios de inmunofluorescencia indirecta para valorar el grado de localización de la proteína ARSB mutada en los lisosomas de fibroblastos de pacientes. Finalmente se realizaron estudios a nivel de RNA para las mutaciones que introducen codones de parada prematuros en la secuencia codificante (sin sentido, de splicing). Mediante el tratamiento de cultivos de fibroblastos de pacientes con el inhibidor de la síntesis proteica cicloheximida, se puso de manifiesto que el mecanismo de nonsense-mediated RNA decay era responsable de la degradación de los transcritos portadores de cuatro de las mutaciones. <br/><br/>El trabajo que ocupa el tercer artículo es una aproximación a una forma de terapia complementaria a la de sustitución enzimática ya establecida para los pacientes de MPS VI, que se podría aplicar a los pacientes portadores de mutaciones sin sentido. Se trata del primer intento en esta enfermedad de intentar suprimir los codones de terminación prematura mediante el uso de antibióticos aminoglicósidos. Los ensayos se realizaron tanto en células transfectadas como en una línea de fibroblastos humanos. Las mutaciones escogidas permitieron ensayar la influencia del contexto nucleotídico del codón de parada en la determinación de la eficacia de la supresión de terminación. Las células se incubaron en presencia de gentamicina y se compararon los niveles de mRNA y de actividad enzimática con los obtenidos en células sin tratar. Los resultados evidenciaron que, en líneas generales, el tratamiento con gentamicina para la supresión de codones sin sentido incrementa, aunque poco, la capacidad catalítica de la ARSB, y que la eficacia del proceso parece depender del contexto nucleotídico.

Maroteaux-Lamy syndrome or mucopolysaccharidosis type VI (MPS VI) is a rare lysosomal, autosomal recessive storage disorder caused by a deficiency of the lysosomal enzyme N-acetylgalactosamine 4-sulfatase or arylsulfatase B (ARSB). <br/><br/>The first aim of the thesis was to analyze the spectrum of mutations responsible for the disorder in Spanish and Argentinian MPS VI patients. We identified all the ARSB mutant alleles, nine of them novel. Clinical data of Spanish and Argentinian patients was also provided. Haplotype analysis indicated a common origin for most of the mutations found more than once. It was very difficult to stablish genotype-phenotype correlations. RT-PCR studies showed that some of these alleles could be responsible of the degradation of the ARSB mRNA transcripts by the mechanism of nonsense-mediated RNA decay.<br/><br/>In the second study, functional characterization of seven missense mutations and polyporphisms found in the ARSB gene was presented. All the ARSB mutations studied had a significant effect on enzyme activity. Mutations were expressed on COS-7 cells in their original haplotype context with respect two non-synonymous SNPs, p.V358M and p.S384N. Our results showed that change p.S384N, formerly described as a pathogenic mutation, should be considered a functional polymorphism. Western blot analyses showed that the expressed mutations significantly reduced the amount of mature protein. Sub-cellular localization studies of ARSB proteins in fibroblasts from MPS VI patients were performed. RNA analysis confirmed that nonsense-mediated RNA decay had taken place for all mutant alleles which were candidates for causing RNA degradation by this mechanism.<br/><br/>Finally, we reported the preliminary in vitro assays for restoring some amount of full-length and active ARSB protein, by means of gentamicin-induced translational read-through of premature stop codon mutations on different termination contexts. Gentamicin treatment on transfected COS-7 cells and fibroblasts from a MPS VI patient showed a slight recovery of ARSB activity and cDNA levels.