GALACTOSEMIA

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GALACTOSEMIA

• DISFUNCIONES METABÓLICAS
• M.C. HÉCTOR ESTEBAN RODRÍGUEZ RAMÍREZ

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• Extraído de
• Annu. Rev. Nutr. 2003. 2359-80
• INSIGHTS INTO THE PATHOGENESIS OF GALACTOSEMIA
• Nancy D. Leslie
• Division of Human Genetics, Cincinnati Children's
  Hospital Research Foundation,

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INTRODUCCIÓN

• La ruta de Leloir es esencial para la fuente de
  carbohidratos en infantes consumiendo lactosa
• La galactosa es transformada en glucógeno más
  eficientemente que la glucosa
• La galactosemia es resultado de la ausencia casi
  total de la actividad de la galactosa-1-fosfato
  uridil transferasa (GALT)

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Ruta de oxidación de la Galactosa
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INTRODUCCIÓN

• Por efecto de la galactosemia surge un deterioro
  del sistema orgánico
• Disfunción del hígado
• Coagulopatía
• Inanición y pérdida de peso
• Disfunsión renal tubular
• Edema cerebral
• Hemorragia vitrosa

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INTRODUCCIÓN

• Sepsis por Escherichia coli
• Retrazo mental
• Falla ovárica prematura (Edad variable)
• Retardo del habla
• Señal anomal de la materia blanca en algunos
  sujetos

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TRATAMIENTO

• Evitar la galactosa

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EFECTO EN ANIMALES

• En animales que presentan deficiencia de GALT,
  hay evidencia de que no existe toxicidad neonatal
  durante la lactancia o amamantamiento
• Exposición a la galactosa ? desorden del estado
  normal en niveles de metabolitos de la galactosa
  sin mostrar el fenotipo obvio

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EFECTO EN ANIMALES

• Por periodos prolongados de exposición a la
  galactosa
• sin diferencia en la longevidad
• fertilidad normal comparados con animales
  normales
• La deficiencia de GALT se ha desarrollado en
  ratones sin producir el fenotipo galactosémico
• Que produce la galactosemia

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SÍNTESIS DE LACTOSA

• Predominante en la leche de mamíferos
  (carbohidrato)
• Asegura la producción de una leche fluida
• Su ausencia produce viscosidad de la leche
  produciendo la muerte de lactantes en ratones por
  inanición

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SÍNTESIS DE LACTOSA

• Variación del contenido de lactosa entre leche de
  diversos mamíferos
• Ratones (20 25 mg/ml)
• Humanos (66 mg/ml)
• La cantidad es suficiente para elevar los niveles
  de metabolitos significativamente en ratones
  deficientes de GALT

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PRODUCCIÓN DE GALACTOSA

• En ratones y humanos con galactosemia la
  producción lactea es completamente normal
• La producción de leche es dependiente de la
  producción de uridin-difosfato-galactosa
• Los humanos con galactosemia se autointoxican con
  galactosa y sus metabolitos

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PRODUCCIÓN DE GALACTOSA

• Se sospecha es debido a niveles elevados de
  galactosa-1-fosfato en eritrocitos
• Detectado en infantes que nunca han recibido
  galactosa en la dieta
• Producción endógena de galactosa libre circulante
  en deficiencia de GALT tiene un rango de 0.53 a
  1.05 mg/kg/h

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PRODUCCIÓN DE GALACTOSA

• La UDP galactosa puede sintetizarse de la
  glucosa por la UDP glucosa pirofosforilasa y la
  UDP galactosa 4 epimerasa
• La galactosa se puede obtener por la reacción
  reversible de la fosforilasa
• Los residuos de galactosa pueden transferirse
  apropiadamente a complejos moleculares que se
  liberan por hidrólisis con lisosomas

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PRODUCCIÓN DE GALACTOSA

• Es esta galactosa tóxica para las células?
• si los ratones no producen o sintetizan
  galactosa es esta falta de producción lo que
  permite un balance en favor de una mayor
  tolerancia a la deficiencia GALT?
• Desconocido en humanos

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PRODUCCIÓN DE GALACTOSA

• Los ratones acumulan galactosa y sus metabolitos
  en una dieta balanceada en glucosa
• Los metabolitos de galactosa son nuevamente
  sintetizados y liberados
• La galactosa liberada en ratones lactando o
  adultos deficientes en GALT, incrementan los
  niveles del hígado y riñones de galactosa

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PRODUCCIÓN DE GALACTOSA

• La galactosa libre y galactosa 1 fosfato es
  20 a 40 veces más que la cantidad observada en
  ratones similares alimentados con dietas basadas
  en glucosa
• Sin encontrar toxicidad clínica

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OXIDACIÓN A CO2

• Parámetro bioquímico más claro correlacionado con
  el uso y genotipo GALT es la oxidación de
  galactosa a CO2
• Pacientes con galactosemia muestran producción
  aumentada de CO2 de galactosa marcada
  radioactivamente y actividad residual GALT
  demostrable en biopsias de hígado

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OXIDACIÓN A CO2

• Así se determina prácticamente la oxidación de
  galactosa en todo el cuerpo
• Se conoce la ausencia de un pico de oxidación de
  galactosa observado en humanos a las 2 5 h con
  genotipos asociados en un curso severo neonatal
  en infantes expuestos a galactosa en la dieta

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OXIDACIÓN A CO2

• En humanos homocigotos se observan curvas de
  oxidación con un rango no dependiente en las
  cantidades residuales de actividad GALT, debe
  depender de otra ruta
• Ratones y humanos deficientes tienen curvas
  similares a pesar de las diferencias fenotípicas
• Los humanos deben consumir pequeñas cantidades de
  galactosa en una dieta limitada en galactosa

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OXIDACIÓN A CO2

• Esta se debe acumular en los tejido o se excreta
  en la orina
• Ninguno de los fenómenos anteriores puede ser
  demostrado
• La producción y consumo probablemente tenga igual
  o lenta oxidación
• La ruta debe ser todavía mejor descrita

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METABOLITOS

• Galactitol
• La galactosa libre debe ser reducida a galactitol
  por la aldosa-reductasa
• Es una ruta con fin muerto, el producto es
  pobremente difundible
• Su acumulación en tejidos debe derivarse de la
  galactosa en la célula

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METABOLITOS

• Su acumulación en neonatos intoxicados con
  galactosemia clásica ha sido demostrada
• Las cantidades medidas en ratones deficientes en
  GALT es menor (2 mM) a la detectada en humanos (8
  mM)
• Galactosa 1 fosfato
• Dentro de la célula la galactosa es atrapada como
  galactosa 1 fosfato en aquellas que expresan
  galactoquinasa

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METABOLITOS

• Su acumulación en glóbulos rojos es explotada
  para diagnosticar en neonatos galactosemia y
  seguir el monitoreo de pacientes
• Se creia era el metabolito tóxico responsable del
  fenotipo de galactosemia
• En deficiencia de galactoquinasa o epimerasa, es
  acumulada, es bloqueada o elevada, hay un
  fenotipo neonatal devastador

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METABOLITOS

• En ratones deficientes GALT se acumulan grandes
  cantidades de galactosa 1 fosfato en todos
  los tejidos
• Bajo condiciones de carga (galactosa) se acumula
  en eritrocitos en ratones
• Galactonato
• Ruta de la galactosa a D-xilulosa, entra a la
  ruta de pentosa fosfato, necesita mayor
  investigación

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METABOLITOS

• Gran cantidad de galactonato es formado en el
  hígado de animales alimentados con galactosa
  (ruta alterna)
• En humanos deficientes GALT es una ruta funcional
  incluyendo la excresión de galactonato
• Formación de gran cantidad en glóbulos rojos
  incubados con galactosa

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METABOLITOS

• Su oxidación libera el primer carbón de la
  galactosa como CO2
• La ruta del galactonato forma una porción pero no
  toda la oxidación de galactosa en humanos con
  galactosemia
• Con suficiente actividad GALT no se excretan
  cantidades significativas de galactonato, con
  exceso de galactosa, el galactonato en orina es
  detectable

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METABOLITOS

• Ratones que forman galactonato y excretan
  cantidades significativas en orina, la ruta es
  activada por el exceso de galactosa más que por
  un bloqueo en la ruta de Leloir
• UDP galactosa y UDP glucosa
• UDP gal es necesaria para la glicosilación de
  galactoproteínas y galactolípidos

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METABOLITOS

• Un transportador facilita su disposición al
  aparato de Golgi, una modificación específica
  procede a moléculas objetivas
• La deficiencia UDP gal es la propuesta como
  mecanismo de la patofisiología de la deficiencia
  GALT en humanos, la evidencia es conflictiva y
  controversial
• La UDP gal debería ser producida ampliamente
  por epimerasas de la UDP - glu

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METABOLITOS

• La deficiencia de epimerasa debe ser alterada
  cuando la UDP gal a través de la ruta de Leloir
  es limitada
• Los receptores de lipoproteínas de baja densidad
  formados en deficiencia de epimerasa no funcionan
  adecuadamente en ovarios de hamster chino

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METABOLITOS

• No hay alimento libre de galactosa o deficiencia
  de galactosa completa sin síntesis
• Los niveles decrecidos de UDP gal no son
  clínicos de pacientes con deficiencia de GALT

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Curva de oxidación de galactosa en individuos con
funcionamiento de la ruta de Leloir y en
individuos con deficiencia GALT

• DEFICIENTES EN ENZIMA GALT
• CON LA RUTA DE LELOIR INTACTA

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• Se ha demostrado actividad normal de
  gonadotropinas, receptores de galactosa en
  eritrocitos y pacientes que no requieren
  tratamientos de FSH con galactosemia
• Fibroblastos extraidos de pacientes humanos
  deficientes de GALT, no crecen con galactosa como
  única fuente de carbón a menos que se agregue
  inosina en el medio de cultivo proviendo fuente
  de ribosa para la síntesis de nucleótidos

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• La galacosa induce a un estado de uridin
  autotrofia en células con falta de una ruta
  competente de fosforilación oxidativa
• Se induce que hay una interacción entre la ruta
  de Leloir y los azúcares uridílicos, requeridos
  para el procesamiento apropiado de proteínas y
  lípidos

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• En ratones deficientes GALT y no deficientes, no
  hay diferencia en los niveles de UDP glucosa,
  UDP galactosa o su radio
• Los ratones y humanos con deficiencia GALT,
  producen y oxidan algo de galactosa a través de
  rutas incompletamente caracterizadas

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• La diferencia mayor conocida entre humanos y
  ratones es el nivel de galactitol en tejidos
• No se ha comprobado que sea esta la diferencia en
  la patología, provee una base fértil para mayor
  investigación

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Interrupción de la producción de UDP gal en
ausencia de GALT
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ENZIMAS

• Galactosa 1 fosfato uridiltransferasa
• GALT es un miembro de la familia de enzimas
  triadhistidinas por la modificación hisØ hisØ
  hisØØ (referente a aminoácidos hidrofóbicos)
• Hidrolasas y transferasas de nucleótidos
• Tiene una intermediación catalítica estable con
  un enlace covalente uridil-molécula
• UDP-glu his GALT ? UMP his GALT gal 1
  P ? UDP gal his - GALT

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ENZIMAS

• A pesar de su deficiencia, la uridilización y
  desuridilización puede estimarse, hay cantidades
  medibles por el marcado del uridilo
• Su actividad es alta en hígado, riñón, cerebro y
  músculo cardiaco
• La actividad en el hígado aumenta en la primer
  semana de vida
• La transcripción incrementada puede ser un factor
  en la regulación de la actividad GALT

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• La retención de actividad GALT residual en hígado
  (variante afroamericana de galactosemia, genotipo
  S135L) esta correlacionada con la oxidación de la
  galactosa de todo el cuerpo y pasividad de
  síntomas clínicos
• Se correlaciona con las necesidades biológicas,
  su deficiencia permitirá la patología
• Análisis de mRNA GALT endógena en ratones con
  dietas altas o bajas en galactosa no mostraron
  modificación de la expresión en tejidos

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ENZIMAS

• La GALT no es modificada por la galactosa o sus
  metabolitos en contraste con levaduras y
  bacterias
• Galactoquinasa
• Polipéptido de 392 aminoácidos, codificado por el
  gen GK1 en el cromosoma humano 17q21-22
• Cataliza una reacción bidireccional, el
  equilibrio favorece la formación de galactosa 1
  fosfato

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ENZIMAS

• Altos niveles de producto inhiben la reacción,
  bloqueada la ruta de Leloir, hay suficiente
  inhibición de GALK para permitir que la galactosa
  libre se acumule, se detecta en plasma y orina
• Suple substrato para la ruta de aldosa reductasa
• Galactosa ? galactosa 1 P (ATP ? ADP)
• Un segundo gen de galactoquinasa se ha mapeado en
  el cromosoma 15 (GK2), los patrones de expresión
  son diferentes

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ENZIMAS

• GK1 ? Hígado
• GK2 ? Más heterogeneo
• En deficiencia de GALK bajo condiciones de alta
  presencia de galactosa, no hay patología hepática
  conocida en ratones o humanos
• La GALK atrapa eficazmente la galactosa absorbida
  del intestino y es transportada con GLUT 2 en el
  hígado

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ENZIMAS

• Aldosa reductasa
• Primer enzima en la ruta del sorbitol, cataliza
  la reducción de azúcares a alcohol (glucosa a
  sorbitol y galactosa a galactitol)
• El sorbitol puede ser metabolizado, el galactitol
  es una ruta final y sin salida
• En humanos se expresa en corazón, riñón y músculo
  esquelético

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• En deficiencia de GALT el riñón tiene los niveles
  más altos de galactitol acumulado, la aldosa
  reductasa es expresada y activa en este órgano
• La acumulación de galactitol o el consumo de
  NADPH no causa un fenotipo renal en ratones
• UDP glucosa pirofosforilasa
• UTP a D glucosa 1 fosfato
  uridiltransferasa y UTP a D galactosa 1
  fosfato uridiltransferasa
• Actividad catalítica residen en la misma proteína
• Es una ruta alterna para la disposición de
  galactosa 1 P y la síntesis de UDP
  galactosa a través de una epimerasa

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• UTP glucosa 1 P ? UDP glucosa PPi
• UTP galactosa 1 P ? UDP galactosa PPi
• Se piensa que contribuya a la fase lenta de la
  oxidación de galactosa observada en pacientes y
  ratones con ausencia de actividad GALT
• UDP galactosa 4 epimerasa
• GALE cataliza la interconversión de UDP glu y
  UDP gal como la interconversión de UDP glu
  NAc y UDP gal Nac
• Con uso de NAD

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• UDP glu ? UDP gal
• UDP glu NAc ? UDP gal Nac
• NAD?
• La GALE se expresa en la mayoría de las células y
  tejidos, con mayor actividad en placenta y
  pulmones, así como en algunas líneas de células
• Su deficiencia es clínicamente benigna
• La alimentación pobre y acumulación modesta de
  galactosa se observa en periodos neonatal y en
  individuos tratados tempranamente

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ENZIMAS

• La falla ovárica no es observada en las dos
  pacientes femeninas más viejas reportadas
• Existen transferrinas anormales en suero que se
  han reportado, similar a una galactosemia clásica
  (glicosilación de menor rango)
• En actividad defectuosa de la epimerasa
• No hay crecimiento de levaduras con la galactosa
  como fuente de carbohidratos

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ENZIMAS

• En ovarios de hamster chino las células tienen
  deficiencia en la glicosilación enlace O y la
  acción de lipoproteínas de baja densidad
  (receptores) sin suplementación de galactosa
• Con la provisión de galactosa suplementaria y una
  ruta Leloir intacta, la necesidad para
  glicosilación con UDP galactosa a través de
  GALT es suficiente
• Con la ruta de Leloir intacta, la UDP glu es
  suplida para glicosilación por GALT

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• Existen 3 posibilidades para un fenotipo de
  galactosemia
• Gal 1 P es directamente tóxica
• UDP gal y UDP glu deben estar balanceadas
  (13 resp) y tienen dos rutas separadas
  sintéticamente, sin su rebalanceo esto es
  subóptimo
• Las enzimas de la ruta de Leloir funcionan mejor
  como metabolon, manejando substratos directamente
  de un paso a otro al transportador UDP gal, sin
  reequilibrar con el residuo del citoplasma

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ENZIMAS

• En pacientes con deficiencia severa de epimerasa,
  el flujo parcial de UDP gal a UDP - glu puede
  ser demostrable

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Producción de galactitol y sorbitol por la aldosa
reductasa
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Ruta de oxidación de la Galactosa
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PROCESOS PATOFISIOLÓGICOS

• Cataratas
• Se encuentran en galactosemia por deficiencia de
  GALT o GALK, se previene por restricción de
  galactosa en la dieta
• No observable en ratones
• La deficiencia en GALK puede ser inducida por una
  sobreexpresión del gen para aldosa reductasa en
  tejido cristalino

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PROCESOS PATOFISIOLÓGICOS

• El cristalino acumula galactosa, no galactitol
  por deficiencia de GALK o GALT, y su expresión
  fenotípica requiere la actividad de la galactosa
  reductasa
• La inhibición de la aldosa reductasa previene la
  formación de cataratas
• Toxicidad neonatal
• Es pocamente entendido

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PROCESOS PATOFISIOLÓGICOS

• Hay discrepancia en el fenotipo agudo entre
  infantes con homocigosis Q188R con oxidación
  limitada de galactosa y los individuos que pueden
  similarmente tener una deficiencia de actividad
  GALT en eritrocitos
• Tienen una habilidad de oxidación cerca de lo
  normal de galactosa
• La verdadera toxicidad hepática en el periodo
  neonatal es baja, la gran cantidad de galactosa
  consumida fácilmente los daña

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PROCESOS PATOFISIOLÓGICOS

• Los ratones son más resistentes a los efectos
  fenotípicos de los agentes que atrapan uridina y
  galactosamina
• Falla ovárica
• Generalmente hay hipergonadotropismo o
  hipogonadismo con deficiencia clásica GALT
• Su severidad y rapidez varía ampliamente
• La verdadera falla se da cuando hay casi cero
  actividad GALT, no se puede prevenir

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PROCESOS PATOFISIOLÓGICOS

• Los ratones con deficiencia de GALT no tienen
  infertilidad evidente
• Ratas con transferasas intactas pueden producir
  crías infértiles si se alimentan con gran
  cantidad de galactosa durante la gestación
• Ratones deficientes en GALT son capaces de
  concebir y producir descendencia y las hembras
  producidas son fértiles, pero de tamaño pequeño

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PROCESOS PATOFISIOLÓGICOS

• La dieta de galactosa tiene cantidades apropiadas
  de proteína, la causa de tener ratones pequeños
  es la poliuria
• La deficiencia de GALT en el ovario puede ser
  local y no manejada por la dieta o la exposición
  a galactosa en el periodo de gestación o recién
  nacido
• Esto es limitado a las hembras y exactamente
  incierto, sugiere suceptibilidad del folículo
  ovárico a la deficiencia GALT, no demostrado

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PROCESOS PATOFISIOLÓGICOS

• Efectos crónicos en el cerebro
• La prevención de una toxicidad neonatal aguda no
  previene el efecto a largo plazo de la morbilidad
  neuronal
• Presentan una neurodegeneración compuesta por la
  exposición a la dieta y la producción endógena de
  intoxicantes es incierto cuando estos déficits,
  se inician en desarrollo temprano prenatalmente

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INSTRUCCIONES FUTURAS

• Expresión de la aldosa reductasa en células para
  determinar el fenotipo
• Se ha detectado la expresión en el cristalino sin
  disposición para detectarla en hígado, riñón o
  cerebro
• Sería posible usar resonancia magnética

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INSTRUCCIONES FUTURAS

• Cuál es el efecto de la uridina o de la UDP-gal
  y sus fallas en el fenotipo?
• Se pensó que la deficiencia de UDP-gal en falta
  de GALT se podría aminorar con la suplementación
  con porciones orales de uridina
• El efecto realmente cuenta en el transporte en
  Golgi y su uso subsecuente para glicosilación
• La controversia de uridina debe ser reexaminado,
  no hay beneficio

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INSTRUCCIONES FUTURAS

• Si un ratón tiene un gen protector, podemos
  encontrar un gen modificador entre los humanos y
  los pares?
• Hay pares concordantes para la galactosemia
• El segundo algunas veces beneficia por una no
  experiencia de toxicidad neonatal, pero no
  significa una garantía de obtener una respuesta
  mejor a largo plazo

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INSTRUCCIONES FUTURAS

• Cuál es la magnitud del efecto clínico de la
  galactosa consumida en humanos?
• Las frutas y vegetales usados en su mayoría en la
  dieta de galactosemia puede contener cantidades
  de galactosa libre y compleja, un buen
  tratamiento es una definición incierta

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INSTRUCCIONES FUTURAS

• Debe la deficiencia de GALT ser corregida en los
  órganos objetivo y sería la expresión en el
  hígado suficiente?
• El rol de GALT hepática es convertir la galactosa
  consumida en glucosa y eventualmente ser
  convertida a CO2, podría crearse una linea
  transgénica para su expresión en el hígado
  evitando la abundancia de metabolitos en todo el
  cuerpo

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INSTRUCCIONES FUTURAS

• La pregunta es si podría desarrollarse un modelo
  fenotípico en ratones para reconstituir la
  actividad GALT en humanos
• La terapia puede apoyarse en la restricción de la
  dieta pero no aminora la patología real

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RESUMEN

• La importancia de la ruta de Leloir en el cambio
  de la estequiometría de un carbón de galactosa ha
  sido demostrada
• Los mamíferos tienen opciones a esa ruta para
  modificaciones postranslacionales más complejas
  necesarias para la reproducción y funciones
  cognoscitivas más altas
• Las herramientas desarrolladas pueden ser
  aplicadas actualmente para resolver el enigma de
  la galactosemia