Aspectes moleculars de dues malalties de transport lisosòmic: la cistinosi i la malaltia de Niemann-Pick tipus C

Abstract

La cistinosi i la malaltia de Niemann-Pick tipus C (NPC) són dues patologies hereditàries monogèniques poc freqüents, per aquest motiu estan classificades dins del grup de malalties anomenades rares. La cistinosi està causada per mutacions al gen CTNS, que codifica per una proteïna transmembrana del lisosoma que rep el nom de cistinosina. En canvi, la malaltia de NPC és deguda a mutacions al gen NPC1 o al gen NPC2, que codifiquen per una proteïna integral de la membrana lisosòmica i una proteïna soluble del lisosoma, respectivament, i aquestes reben el mateix nom que el gen, NPC1 i NPC2. El funcionament incorrecte d’aquestes proteïnes de transport dóna lloc a una acumulació de productes, diferent a ambdós casos, a l’interior del lisosoma, sent classificades com a malalties d’acumulació lisosòmica. Aquesta tesi doctoral s’ha centrat en l’anàlisi molecular de pacients afectes d’alguna d’aquestes dues malalties.

S’ha realitzat el primer estudi mutacional de cistinosi a la població espanyola, que ha permès la identificació de 15 mutacions diferents, 7 de les quals no havien estat descrites: tres mutacions de canvi de sentit (p.M1T, p.S270F i p.G309V), tres delecions (c.1-19_61del, c.295_310del i c.320_323delATCA) i una mutació de splicing (c.682-1G>T). La deleció de 57 kb és la mutació més freqüent a Espanya (38% dels al•lels) i conjuntament amb altres 5 mutacions representen el 73% dels al•lels estudiats. S’ha establert que els pacients amb fenotip clínic infantil tenen a ambdós al•lels mutacions que trunquen o que afecten aminoàcids conservats de les regions transmembrana de la proteïna. En canvi, la mutació p.S139F s’ha associat a la forma juvenil de la malaltia.

L’estudi mutacional realitzat a la malaltia de Niemann-Pick tipus C ha permès establir el genotip d’un gran nombre de pacients, identificant 74 mutacions diferents, 17 de les quals no havien estat descrites: set mutacions de canvi de sentit (p.P474A, p.G535V, p.F995L, p.F1079S, p.L1106P, p.G1209E i p.S1249G), dues mutacions sense sentit (p.Q775X i p.E1089X), dues insercions (p.L1117PfsX4 i p.I1061NfsX4), una deleció en pauta (p.N916del), quatre mutacions de splicing (c.58-3280C>G, c.882-28A>T, c.2604+5G>A i c.3591+5G>A) i la primera gran deleció que afecta al gen NPC1 i gens flanquejants. També s’han pogut establir correlacions genotip-fenotip per a un conjunt de mutacions.

També s’ha demostrat la implicació de diferents mecanismes cel•lulars en la malaltia de Niemann-Pick tipus C, segons els tipus de mutacions causants: el “splicing”, el procés de “nonsense-mediated mRNA decay” i la degradació proteica portada a terme pel proteasoma. S’han identificat mutacions intròniques profundes i s’ha caracteritzat el seu efecte en el mRNA, conjuntament amb el de les mutacions de “splicing” que afecten als llocs canònics. El mecanisme de NMD és el responsable de la degradació del mRNA en tots els al•lels analitzats que codifiquen per un PTC al gen NPC1. La majoria de mutacions de canvi de sentit analitzades condueixen a una reducció significativa o a l’absència de la proteïna NPC1, degut a què la proteïna NPC1 mutada és degradada per la via de la ubiquitina-proteasoma. La proteïna NPC1 mutada recuperada, després del tractament amb els inhibidors del proteasoma (ALLN i MG132), és capaç de disminuir els nivells de colesterol a totes les línies cel•lulars NPC estudiades. Aquesta observació podria obrir la porta a l’ús d’aquests fàrmacs com a futur tractament per a la malaltia de NPC causada per determinades mutacions de canvi de sentit.

TITTLE: “Molecular aspects of both lysosomal transport diseases: cystinosis and Niemann-Pick disease type”

TEXT: The cystinosis and Niemann-Pick disease type C (NPC) are two rare monogenic hereditary diseases. The cystinosis is caused by mutations in the gene CTNS, which encodes a transmembrane protein of the lysosome that is called cystinosin. NPC disease is caused by mutations in the NPC1 or NPC2 gene, encoding an integral lysosomal membrane protein and a soluble protein of the lysosome, respectively, and these are the same name as the gene, NPC1 and NPC2. The impaired transport leads to an accumulation of products, different in both cases, inside the lysosome, being classified as lysosomal storage disorders. This thesis has focused on the molecular analysis of patients with any of these diseases.

Molecular analysis in the Spanish cystinosis patients has allowed the identification of 15 different mutations, 7 of which had not been described. The 57-kb deletion is the most common mutation in Spain (38% of alleles) and together with other 5 mutations accounted for 73% of the studied alleles. The p.S139F mutation has been associated with the juvenile form of the disease. Molecular analysis in NPC disease has established the mutation profile in a large number of patients. 74 different mutations have been identified, 17 of which had not been described previously, including the first large deletion affecting the whole NPC1 gene and flanking genes. Genotype-phenotype correlations have been established for several mutations.

Different cellular mechanisms are involving in NPC disease: splicing, nonsense-mediated mRNA decay and proteasomal degradation. Deep intronic mutations have been identified and the effect on the mRNA has been characterized. NMD process is responsible for the mRNA decay for all analyzed NPC1 PTC-encoding mutations. Several missense mutations lead to a significant reduction or absence of NPC1 protein, because the NPC1 mutant protein is degraded by the ubiquitin-proteasome pathway. Treatment with proteasome inhibitors partially reverses the NPC1 decrease and reduces cholesterol levels in all studied NPC cell lines. This observation might represent a therapeutical approach for future treatments of NPC disease caused by specific missense mutations.