RESUMO
Classic galactosemia is an inborn error of metabolism caused by mutations in the GALT gene resulting in the diminished activity of the galactose-1-phosphate uridyltransferase enzyme. This reduced GALT activity leads to the buildup of the toxic intermediate galactose-1-phosphate and a decrease in ATP levels upon exposure to galactose. In this work, we focused our attention on mitochondrial oxidative phosphorylation in the context of this metabolic disorder. We observed that galactose-1-phosphate accumulation reduced respiratory rates in vivo and changed mitochondrial function and morphology in yeast models of galactosemia. These alterations are harmful to yeast cells since the mitochondrial retrograde response is activated as part of the cellular adaptation to galactose toxicity. In addition, we found that galactose-1-phosphate directly impairs cytochrome c oxidase activity of mitochondrial preparations derived from yeast, rat liver, and human cell lines. These results highlight the evolutionary conservation of this biochemical effect. Finally, we discovered that two compounds - oleic acid and dihydrolipoic acid - that can improve the growth of cell models of mitochondrial diseases, were also able to improve galactose tolerance in this model of galactosemia. These results reveal a new molecular mechanism relevant to the pathophysiology of classic galactosemia - galactose-1-phosphate-dependent mitochondrial dysfunction - and suggest that therapies designed to treat mitochondrial diseases may be repurposed to treat galactosemia.
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Complexo IV da Cadeia de Transporte de Elétrons , Galactosemias , Galactosefosfatos , Mitocôndrias , Galactosemias/metabolismo , Galactosemias/patologia , Galactosemias/genética , Galactosefosfatos/metabolismo , Humanos , Animais , Ratos , Mitocôndrias/metabolismo , Mitocôndrias/patologia , Mitocôndrias/efeitos dos fármacos , Complexo IV da Cadeia de Transporte de Elétrons/metabolismo , Complexo IV da Cadeia de Transporte de Elétrons/genética , Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Saccharomyces cerevisiae/genética , Fosforilação Oxidativa/efeitos dos fármacos , UTP-Hexose-1-Fosfato Uridililtransferase/metabolismo , UTP-Hexose-1-Fosfato Uridililtransferase/genética , Galactose/metabolismoRESUMO
Classic galactosemia is a rare inborn error of metabolism that affects the metabolism of galactose, a sugar derived from milk and derivates. Classic galactosemia is caused by variants of the GALT gene, which lead to absent or misfolded forms of the ubiquitously present galactose-1-phosphate uridylyltransferase enzyme (GALT) driving galactose metabolites to accumulate, damaging cells from neurons to hepatocytes. The disease has different prevalence around the world due to different allele frequencies among populations and its symptoms range from cognitive and psychomotor impairment to hepatic, ophthalmological, and bone structural damage. The practice of newborn screening still varies among countries, dairy restriction treatment is a consensus despite advances in preclinical treatment strategies. Recent clinical studies in Duarte variant suggest dairy restriction could be reconsidered in these cases. Despite noteworthy advances in the classic galactosemia understanding, preclinical trials are still crucial to fully understand the pathophysiology of the disease and help propose new treatments. This review aims to report a comprehensive analysis of past studies and state of art research on galactosemia screening, its clinical and preclinical trials, and treatments with the goal of shedding light on this complex and multisystemic innate error of the metabolism.
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Galactosemias , Recém-Nascido , Animais , Humanos , Galactosemias/genética , Galactosemias/metabolismo , Galactose , UTP-Hexose-1-Fosfato Uridililtransferase/genética , UTP-Hexose-1-Fosfato Uridililtransferase/metabolismo , Modelos Animais , Frequência do GeneRESUMO
Classic galactosemia is an inborn error of metabolism caused by deleterious mutations on the GALT gene, which encodes the Leloir pathway enzyme galactose-1-phosphate uridyltransferase. Previous studies have shown that the endoplasmic reticulum unfolded protein response (UPR) is relevant to galactosemia, but the molecular mechanism behind the endoplasmic reticulum stress that triggers this response remains elusive. In the present work, we show that the activation of the UPR in yeast models of galactosemia does not depend on the binding of unfolded proteins to the ER stress sensor protein Ire1p since the protein domain responsible for unfolded protein binding to Ire1p is not necessary for UPR activation. Interestingly, myriocin - an inhibitor of the de novo sphingolipid synthesis pathway - inhibits UPR activation and causes galactose hypersensitivity in these models, indicating that myriocin-mediated sphingolipid depletion impairs yeast adaptation to galactose toxicity. Supporting the interpretation that the effects observed after myriocin treatment were due to a reduction in sphingolipid levels, the addition of phytosphingosine to the culture medium reverses all myriocin effects tested. Surprisingly, constitutively active UPR signaling did not prevent myriocin-induced galactose hypersensitivity suggesting multiple roles for sphingolipids in the adaptation of yeast cells to galactose toxicity. Therefore, we conclude that sphingolipid homeostasis has an important role in UPR activation and cellular adaptation in yeast models of galactosemia, highlighting the possible role of lipid metabolism in the pathophysiology of this disease.
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Galactosemias , Galactose/metabolismo , Galactose/farmacologia , Galactosemias/metabolismo , Humanos , Saccharomyces cerevisiae/genética , Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Esfingolipídeos/metabolismo , UTP-Hexose-1-Fosfato Uridililtransferase/metabolismoAssuntos
Triagem Neonatal/história , Triagem Neonatal/métodos , Triagem Neonatal/organização & administração , Doenças do Recém-Nascido/diagnóstico , Doenças do Recém-Nascido/prevenção & controle , Fenilcetonúrias/diagnóstico , Argentina , Hiperplasia Suprarrenal Congênita/diagnóstico , Hipotireoidismo Congênito/diagnóstico , Fibrose Cística/diagnóstico , Galactosemias/diagnósticoRESUMO
Enzymatic nanoreactors were obtained by galactose-1-phosphate uridylyl-transferase (GALT) encapsulation into plant virus capsids by a molecular self-assembly strategy. The aim of this work was to produce virus-like nanoparticles containing GALT for an enzyme-replacement therapy for classic galactosemia. The encapsulation efficiency and the catalytic constants of bio-nanoreactors were determined by using different GALT and virus coat protein ratios. The substrate affinity of nanoreactors was slightly lower than that of the free enzyme; the activity rate was 16 % of the GALT free enzyme. The enzymatic nanoreactors without functionalization were internalized into different cell lines including fibroblast and kidney cells, but especially into hepatocytes. The enzymatic nanoreactors are an innovative enzyme preparation with potential use for the treatment of classic galactosemia.
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Bromovirus/metabolismo , Proteínas do Capsídeo/química , Composição de Medicamentos/métodos , UTP-Hexose-1-Fosfato Uridililtransferase/química , Animais , Proteínas do Capsídeo/isolamento & purificação , Linhagem Celular , Endocitose , Fluoresceína-5-Isotiocianato/química , Galactosemias/tratamento farmacológico , Galactosemias/patologia , Humanos , Cinética , Camundongos , Nanotecnologia , UTP-Hexose-1-Fosfato Uridililtransferase/metabolismo , UTP-Hexose-1-Fosfato Uridililtransferase/uso terapêuticoRESUMO
BACKGROUND: Congenital Disorders of Glycosylation (CDG) are genetic diseases caused by hypoglycosylation of glycoproteins and glycolipids. Most CDG are multisystem disorders with mild to severe involvement. METHODS: We studied 554 patients (2007-2017) with a clinical phenotype compatible with a CDG. Screening was performed by serum transferrin isoelectric focusing. The diagnosis was confirmed by genetic testing (Sanger or exome sequencing). RESULTS: A confirmed abnormal pattern was found in nine patients. Seven patients showed a type 1 pattern: four with PMM2-CDG, two with ALG2-CDG, and one with classical galactosemia. A type 2 pattern was found in two patients: one with a CDG-IIx and one with a transferrin protein variant. Abnormal transferrin pattern were observed in a patient with a myopathy due to a COL6A2 gene variant. CONCLUSIONS: CDG screening in Argentina from 2007 to 2017 revealed 4 PMM2-CDG patients, 2 ALG2-CDG patients with a novel homozygous gene variant and 1 CDG-IIx.
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Defeitos Congênitos da Glicosilação/diagnóstico , Glicolipídeos/metabolismo , Glicoproteínas/metabolismo , Programas de Rastreamento/métodos , Triagem Neonatal/métodos , Adulto , Argentina/epidemiologia , Criança , Pré-Escolar , Colágeno Tipo VI/genética , Exoma , Feminino , Galactosemias/metabolismo , Predisposição Genética para Doença , Testes Genéticos , Variação Genética , Glicosilação , Homozigoto , Humanos , Lactente , Recém-Nascido , Focalização Isoelétrica , Masculino , Fenótipo , Análise de Sequência de DNA , Transferrina/metabolismoRESUMO
CONTEXTO: Proposta de incorporação do teste no Programa Nacional de Triagem Neonatal (PNTN). Entretanto, atualmente, não há um consenso universal sobre o rastreamento de galactosemia, fundamentalmente por causa das incertezas sobre a razão entre seus riscos e benefícios. TECNOLOGIA: Rastreamento diagnóstico de galactosemia em recém-nascidos, no Programa Nacional de Triagem. CONTEXTO: Proposta de incorporação do teste no Programa Nacional de Triagem Neonatal (PNTN). Entretanto, atualmente, não há um consenso universal sobre o rastreamento de galactosemia, fundamentalmente por causa das incertezas sobre a razão entre seus riscos e benefícios. PERGUNTAS: Qual é a história natural, características clínicas, incidência, morbimortalidade, qualidade de vida e tratamento disponível para a galactosemia clássica? O teste de rastreamento é seguro, efetivo e eficiente o suficiente para modificar as condutas e os desfechos imediatos e em longo prazo nos pacientes diagnosticados? Caso afirmativo, a que custo para o Sistema Único de Saúde do Brasil? MÉTODOS: Realizaram-se duas buscas sistemáticas nas principais bases de dados eletrônicas (PubMed, Embase, Cochrane, etc.) para recuperar informações relevantes sobre a doença e testes de triagem para apoiar a tomada de decisões no Brasil. EVIDÊNCIAS CIENTÍFICAS: Todos os 46 estudos identificados que abordaram problemas da doença foram séries retrospectivas de casos ou análises transversais (evidência do nível 4). Os estudos consistentemente relataram que a maioria dos pacientes apresentou sintomatologia característica antes do diagnóstico. Agravos e incapacidades de longo prazo não foram significativamente correlacionados com a idade do diagnóstico, o início da restrição dietética ou a conformidade rigorosa com a dieta. Os cinco estudos que forneceram dados de precisão dos testes diagnósticos usaram diferentes pontos de corte e diferentes testes de verificação e, portanto, diferiram em suas definições de um caso positivo (evidência de nível 3b). A sensibilidade estimada foi de 100% e a especificidade de 99,9%. A taxa de falsos positivos variou de 0,0005% a 0,25%, e o VPP variou de 0% para 64,3%. AVALIAÇÃO ECONÔMICA: Dois estudos apresentaram os resultados de relações entre custos e efeitos. O estudo espanhol estimou o índice incremental de custo-efetividade em 129,46 por ano-de-vida. Entretanto na análise de sensibilidade estimou-se que a probabilidade que um programa PNTN fosse custo-efetivo era inferior a 10%, caso houvesse um limiar de disposição de pagar até 30.000 por ano-de-vida salvo. No Brasil, considerando-se a incidência de 0,01833%, em relação às 59.953 triadas, no modelo de simulação foi projetado taxas observadas de 1:59.953 1:19.984 e 1:7.994 aos 600.000 nascimentos anuais, estimando-se poder detectar 10, 30 e 80 casos, respectivamente. Assumindo o custeio para os 30 potenciais casos, e de 20 a 17 casos, que normalmente não trabalhariam, se rastreados na triagem do TNPN, poderiam passar a ganhar a mesma produtividade representando o benefício da triagem. A triagem somaria R$ 937.336,54 e poderia ser contra-balançada (na razão de 1,33) pelos valores dos benefícios. Ambos estudos possuem as mesmas limitações de qualidade que as demais evidências de efeito e segurança. DISCUSSÃO: A efetividade clínica comparativa em relação a não rastrear ou à implementação de outros programas é desconhecida. Em resumo, a evidência existente continua a ser insuficiente para estabelecer a adequação do rastreamento de recém-nascidos para rastrear galactosemia, embora benefícios para a saúde podem ser esperados se o diagnóstico e o tratamento precoce. RECOMENDAÇÃO INICIAL DA CONITEC: Os membros da CONITEC presentes na 66ª reunião no dia 10 de maio de 2018 decidiram por unanimidade recomendar de forma preliminar a não incorporação do teste de galactosemia para triagem neonatal no Programa Nacional de Triagem Neonatal ("inclusão no teste do pezinho"). Em função da insuficiência da evidência existente para estabelecer a adequação do rastreamento para galactosemia em recém-nascidos decidiu-se por unanimidade pelo envio da matéria para consulta pública com recomendação inicial desfavorável à incorporação do teste de galactosemia ao Programa Nacional de Triagem Neonatal do SUS. CONSULTA PÚBLICA: A consulta pública número 25, publicada no Diário Oficial da União de 24/05/2018, ficou aberta entre os dias 25/05/2018 e 13/06/2018. Foram recebidas 14 contribuições durante esse período. Dentre as contribuições enviadas 71% (n= 10) se referiram a contribuições de profissionais de saúde e 29% (n= 4) de outros interessados no tema. Entre as 02 contribuições (14%) que testemunharam de concordância parcial com a recomendação da CONITEC, 1 não apresentou sugestões adicionais e a outra apresentou elogios ao Alerta da ANVISA sobre a proibição de produtos diagnósticos que utilizam a enzima MutQ-GDH. Dentre as 12 contribuições que discordaram totalmente da recomendação preliminar da CONITEC, houve 5 (35%) que não apresentaram sugestões adicionais, 1 (7%) que apresentou comentários referente a outra tecnologia diversa e outras 6 tinham comentários substantivos, 4 inclusive com sugestões adicionais: duas delas contribuíram com 2 publicações anexadas, que já haviam sido consideradas no texto, bem como houve 2 citações adicionais, igualmente consideradas em uma das revisões sistemáticas abordadas no texto do Relatório Técnico. RECOMENDAÇÃO FINAL DA CONITEC: Após a avaliação das sugestões captadas na consulta pública durante a 69ª reunião, os membros presentes no Plenário da CONITEC deliberaram por unanimidade recomendar a não incorporação do teste de detecção da galactosemia no teste do pezinho para deficiência de galactose-1-Puridil transferase. Assinou-se o Registro de Deliberação nº 361/2018. DECISÃO: Não incorporar o procedimento de detecção da galactosemia no teste do pezinho para deficiência de galactose-1-Puridil transferase, no âmbito do Sistema Único de Saúde SUS. Dada pela Portaria nº 45 de 31 de outubro de 2018, publicada no Diário Oficial da União nº 210, de 31 de outubro de 2018, seção 1, página 40.
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Humanos , Triagem Neonatal/métodos , Galactosemias , Avaliação da Tecnologia Biomédica , Avaliação em Saúde/economia , Sistema Único de Saúde , Brasil , Análise Custo-Benefício/economia , Programas Nacionais de SaúdeRESUMO
We investigated the effects of the intracerebroventricular infusion of galactose and the influence of pretreatment with antioxidants on oxidative stress parameters and acethylcholinesterase (AChE) activity in the brain of 60-day-old Wistar rats (6 per group). The animals were divided into naïve group (did not undergo surgery); procedure group (only underwent surgery); sham group (underwent surgery and received 5 µL saline) and galactose group (received 5 µL of galactose solution (5.0 mM) by intracerebroventricular injection), and were killed by decapitation after 1 h. Other groups were pretreated daily for 1 week with saline (sham and galactose groups) or antioxidants, α-tocopherol (40 mg/kg) plus ascorbic acid (100 mg/kg, i.p.) (antioxidants and galactose + antioxidants groups). Twelve hours after the last antioxidants injection, animals received an intracerebroventricular infusion of 5 µL of galactose solution (galactose and galactose + antioxidants groups) or saline (sham and antioxidants groups) and were sacrificed 1 h later. Galactose elevated thiobarbituric acid reactive substances (TBA-RS), protein carbonyl content and glutathione peroxidase (GSH-Px) activity and decreased total sulfhydryl content and catalase (CAT) activity in the cerebral cortex. In the hippocampus, galactose enhanced TBA-RS, decreased total sulfhydryl content and increased AChE activity, while in the cerebellum it decreased total sulfhydryl content and increased CAT and superoxide dismutase (SOD) activities. Pretreatment with antioxidants prevented the majority of these alterations, indicating the participation of free radicals in these effects. Thus, intracerebroventricular galactose infusion impairs redox homeostasis in the brain; the administration of antioxidants should be considered as an adjuvant therapy to specific diets in galactosemia.
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Antioxidantes/farmacologia , Encéfalo/efeitos dos fármacos , Encéfalo/metabolismo , Galactose/toxicidade , Estresse Oxidativo/efeitos dos fármacos , Animais , Ácido Ascórbico/farmacologia , Galactosemias/metabolismo , Infusões Intraventriculares , Masculino , Oxirredução/efeitos dos fármacos , Ratos , Ratos Wistar , alfa-Tocoferol/farmacologiaRESUMO
Classic Galactosemia (OMIM 230400) is an autosomal recessive disorder of galactose metabolism caused by mutations in the galactose-1-phosphate uridyl transferase (GALT) gene. This disease caused by the inability to metabolize galactose is potentially life-threatening but its pathophysiology has not been clearly defined. GALT gene presents high allelic heterogeneity and around 336 variations have been identified. Here, we report the case of a patient with Classic Galactosemia who was detected during a neonatal screening in Ecuador. Molecular study revealed a mutation in GALT gene intron 1, c.82+3A>G in homozygous condition, this mutation has not been previously reported. This gene variation was not found in any of the 119 healthy Ecuadorian individuals used as control. Furthermore, the mutation was the only alteration detected in the propositus's GALT after sequencing all exons and introns of this gene. In silico modeling predicted that the mutation was pathogenic.