OSTEOGENESIS IMPERFECTA Denise CastroMarília Ertel Rachid KaramRafael Bonfá FabianeVargasCláudio...
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OSTEOGENESIS OSTEOGENESIS IMPERFECTAIMPERFECTA
Denise Castro Marília ErtelRachid Karam Rafael BonfáFabianeVargas Cláudio Alexandre
Fundação Faculdade Federal de Ciências Médicas de Porto Alegre
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
•Osteogenesis Imperfecta (OI) é uma desordem hereditária do tecido conjuntivo que afeta a estrutura e a função dos tecidos que contêm colágeno.
•Defeitos moleculares do colágeno tipo I as principais causas desta doença
•Amplo espectro de características clínicas
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO• É caracterizada por diminuição da
massa óssea, produzindo ossos frágeis
•Freqüentemente associada com:– esclera azul– anormalidades dentária
(Dentinogenesis Imperfecta)
– surdez pré-senil– história familiar positiva
•Inteligência é normal
HISTÓRICOHISTÓRICO
• 1000 a.C: Múmia egípcia• Século IX: “Ivan, o sem ossos”• 1715: P. Amand Primeira
descrição médica• 1831: Edmund Axmann Primeira
menção a esclera azul• 1849: Willem Vrolik
Denominação da OI• 1979: David Sillence
Classificação
EPIDEMIOLOGIAEPIDEMIOLOGIA
• Incidência: 1:21.000 a 1:50.000
nascidos
• OI-I é a mais freqüente (1:30.000)
• OI-II 1:60.000
• Na África, a forma mais freqüente
é OI-III com herança autossômica
recessiva
País
Ano deestabelecimentoda Sociedade de
OI
Número demembros
No de habitantes(milhões)
Estimativa do no
de pessoasportadoras de OI
Bélgica 1985 43 6.4 427Croácia 2000 60 5 333
Alemanha 1984 955 83.5 5569Dinamarca 1982 187 5.3 350
Espanha 1995 200 40 2667França 1985 595 60 4000
Reino Unido 1967 823 58.5 3899Itália 1984 830 57.5 3831
Noruega 1979 527 4.4 296Holanda 1983 316 15.6 1037Finlândia 1979 297 5 333
Suíça 1986 127 7.0 469Europa 1993 4960 348,2 23213Austrália 1996 192 18.3 1217
EUA 2000 1000 272,6 18176TOTAL 6152 639,1 42606
Fundação Européia de Osteogenesis Imperfecta. Última revisão 27 Fevereiro 2000
CLASSIFICAÇÃOCLASSIFICAÇÃO
• Classificação de Sillence, 1979 define 4 tipos de OI– OI tipo I– OI tipo II– OI tipo III– OI tipo IV
• Têm-se proposto um novo tipo de OI (OI tipo V)
• As exceções
OI tipo IOI tipo I
• Forma mais leve e mais comum
• Caracterizada por:– esclera azul permanente
– surdez prematura
– fragilidade óssea leve a moderada
– subdividida em:
A) dentes normais
B) Dentinogenesis Imperfecta
OI tipo IIOI tipo II
• Forma mais severa
• Letal perinatal
• Caracterizada por:– fraturas pré-natais
– membros pouco desenvolvidos e curvos
– extrema fragilidade óssea
OI tipo IIIOI tipo III
• Forma severa não-letal
• Caracterizada por:
– algumas fraturas ao nascimento
– deformidade progressiva severa
nos membros e coluna vertebral
– esclerótica azulada tende a
diminuir com a idade
OI tipo IVOI tipo IV
• Moderadamente severa
• Características similares à OI-I
• Esclerótica azulada diminui
progressivamente
• Também é subdividida em:A) dentes normais
B) Dentinogenesis Imperfecta
CLASSIFICAÇÃOTipo
Fragilidadeóssea
Escleraazul
Dentição anormal Perda auditiva Herança
I Leve Presente Ausente em IAPresente em IB
Presente namaioria
AD
I I Extrema PresentePresente emMuitos
Desconhecida AD / E
I I I SeveraAzulada
aonascer
Presente emmuitos
Alta incidência AR / AD
IV Variável AusenteAusente em IVAPresente em IVB
Alta incidência AD
COLÁGENOCOLÁGENO
• Proteína mais comum no mundo animal
• Colágeno tipo I é o mais abundante
• Principal proteína estrutural da matriz extracelular dos ossos, pele e tendões
• Forma 90% da matriz extracelular óssea
COLÁGENOCOLÁGENOESTRUTURA• Duas cadeias -1 e uma cadeia -2• Cada cadeia contém:
– pró-peptídios C-terminal e N-terminal
– domínio central composto de 338 repetições de Gly-X-Y, onde o X e o Y representam qualquer outro aminoácido que não a glicina
COLÁGENOCOLÁGENO
ESTRUTURA• Por ser o menor aminoácido, a
glicina é o único capaz de ocupar a posição axial da tripla hélice
• Qualquer alteração na glicina acarretará desorganização da estrutura do colágeno
COLÁGENOCOLÁGENO
SÍNTESE
• Processo intracelular complexo
para entrelaçamento das três
pró-cadeias
• Processo extracelular de
agrupamento de colágeno em
microfibrilas
COLÁGENOCOLÁGENO
• mRNA maduro é obtido pelo
splicing do mRNA
• mRNA maduro + Ribosomos:
síntese das pró-cadeias
• Terminais livres traduzidos
movem-se para o interior do RE-
rugoso
COLÁGENOCOLÁGENO• Peptídeos hidrofóbicos
sinalizadores no terminal amino são clivados:– Sinal para o início das modificações
pós-traducionais•Resíduos de prolinahidroxiprolina, pela
prolina hidroxilase
•Resíduos de lisinahidroxilisina, pela lisina hidroxilase
•Resíduos de hidroxilisina são glicosilados com galactose associada ou não a glicose
COLÁGENOCOLÁGENO
• Quando os últimos aminoácidos são incorporados, as pró-cadeias são liberadas dentro das cisternas do RE-rugoso
• 2 pró-cadeias -1 e 1 pró-cadeia -2 unem-se por seus pró-peptídeos C-terminais
• A estrutura é mantida por pontes dissulfídricas
COLÁGENOCOLÁGENO
• Modificações pós-traducionais continuam até que cada cadeia adquira por volta de 100 resíduos de hidroxiprolina
• Seqüências Gly-X-Y ricas em hidroxiprolina na posição C-terminal entrelaçam-se
• A região C-terminal torna-se núcleo para a auto-montagem da tripla hélice
COLÁGENOCOLÁGENO
• A conformação de tripla hélice em uma seqüência Gly-X-Y induz o entrelaçamento da próxima seqüência
• O resultado é a propagação como um zíper no sentido C-terminal para N-terminal
• A proteína passa para o Golgi onde é secretada
COLÁGENOCOLÁGENO
• Após a secreção, pró-colágeno é
processado a colágeno por
clivagem dos pró-peptídios N-
terminais e C-terminais por
proteases
• Por ser menos solúvel que o pró-
colágeno, o colágeno se agrega
formando as fibrilas.
COLÁGENOCOLÁGENO
• Oxidações dos resíduos amino da lisina e hidroxilisina pela lisina-oxidase possibilitam ligações covalentes cruzadas entre as cadeias de uma mesma molécula e de moléculas adjacentes conferindo a força tensil do colágeno
COLÁGENOCOLÁGENO
GENES
• Gene da pró-cadeia -1 (COL1A1):
banda 17q21.31-q22
• Gene da pró-cadeia -2 (COL1A2):
banda 7q22.1
PATOLOGIA PATOLOGIA MOLECULARMOLECULAR
MATRIZ EXTRACELULARMATRIZ EXTRACELULAR• Os animais secretam uma
complexa rede de proteínas e carboidratos, a MEC, criando um ambiente especial entre as células.
• A MEC é fundamental para ligar as células em tecidos.
• A MEC também propicia um meio por onde as células podem mover-se, particularmente durante os estágios iniciai da diferenciação.
Defeitos entre as conexões célula-MEC
levam a malformações congênitas, como
ocorre na OI
1. A glicina é o menor AA e, portanto, o único resíduo compacto o bastante
para adaptar-se perfeitamente à posição axial na formação da tripla
hélice
A substituição do resíduo de glicina por um AA maior é altamente
desorganizador da estrutura helicoidal da molécula de colágeno tipo I
GLICINA CISTEÍNA
2. A montagem das cadeias individuais na tripla hélice
começa na extremidade Carboxi-terminal e move-se em direção à
extremidade Amino-terminal
Portanto, mutações proximais à
região C-terminal da molécula
são mais desorganizadoras,
porque interferem mais cedo na
propagação da da hélice
3. As modificações pós-
traducionais do pró-colágeno
(hidroxilação da prolina e da lisina
e glicosilação das hidroxilisinas)
continuam em qualquer parte de
uma cadeia não montada na tripla
hélice
Portanto, quando a montagem da
hélice é diminuida por uma
mutação, as seções não montadas
das cadeias N-terminais ao defeito
são altamente modificadas,
reduzindo sua secreção e
contribuindo para sua instabilidade
4. Pacientes com substituições da glicina dentro dos domínios
das pró-cadeias 1 e 2 podem ter OI II, III ou IV. Estes
pacientes apresentam anomalias qualitativas e quantitativas.
O que determina o
fenótipo destes
pacientes?
Hipótese: gradiente de severidade fenotípica
Problema:
Há relatos onde a substituição da
glicina por serina nas posição 352
e 415 da pró-cadeia 1 pode
produzir o fenótipo de OI tipo II, III
e IV.
Como explicar?
• Evento causal ambiental, como um trauma que leve a uma fratura em uma criança durante o parto
• Loci modificadores• Relação com o sistema de
Controle de Qualidade da célula
O Sistema de Controle de Qualidade Pós-traducional
• A Chaperona molecular BiP , encontrada no RE, está ligada especificamente no pró-colágeno tipo I mutante
• Em experimentos onde inibiu-se a exportação protéica do RE, foi mostrado que pró-cadeias 1 danificadas irreversivelmente eram degradadas seletivamente dentro do próprio RE, provavelmente pelas proteases
4. A OI tipo I é uma anomalia
quantitativa, pois não é
detectável no citoplasma
nenhuma proteína mutante.
Mecanismo:
• Códons de parada prematuros
no gene COL1A1
• Deleção de todo ou de parte do
gene COL1A1
• Erros no splicing do RNAm
As mutações variam em seu tipo e local no gene, mas o resultado
funcional é o mesmo. Há uma haploinsuficiência do gene
COL1A1, já que este gene não apresenta expressividade, sendo
chamado de alelo nulo.
Resumindo:
• Na OI-I temos uma alteração quantitativa do colágeno tipo I
• Na OI II, III e IV há alteração qualitativas e quantitativas do colágeno tipo I
CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS CLÍNICASCLÍNICAS
OI tipo IOI tipo I• Fragilidade óssea sem
deformidades significativas• Estatura normal
– Raras fraturas no período neonatal– aumento das taxas de fratura na
infância– redução após puberdade– aumento após menopausa em
mulheres e após 60 anos em homens
OI-I; Pai e filho mostrando leve diminuição da estatura
OI tipo I
• Esclera azul por toda a vida
OI tipo IOI tipo I
• Aproximadamente metade dos pacientes com 50 anos tem PERDA AUDITIVA
• Inicia na 2ª - 3ª década e progride com o envelhecimento
• Usualmente é uma perda condutiva
• Idosos também apresentam perda neurossensorial
OI tipo IOI tipo I
• Envolvimento cardiovascular– prolapso mitral– insuficiência valvular aórtica– estenose aórtica
• Essas doenças são mais freqüentes em portadores de OI do que na população em geral ???
OI tipo IOI tipo I
• Dentinogenesis Imperfecta– algumas famílias com OI-I– entidade separada da OI com herança
autossômica dominante resultante de mutação no cromossomo 4q
– afeta somente os dentes– pior prognóstico (maiores taxas de
fraturas, deformidades do esqueleto e menor estatura)
OI tipo IOI tipo I
• Raio-X– osteopenia generalizada
– deformidades são resultado da angulação nos sítios de fraturas prévias
A B
OI tipo IIOI tipo II
• É a forma mais severa• Extrema fragilidade óssea • Morte intra-uterina ou no início
da infância• Além das anormalidades no
esqueleto está associada com alterações neuropatológicas
• Clínica e bioquimicamente heterogênio - 4 grupos
OI tipo IIOI tipo II
• Peso e altura ao nascer menor que o percentil 50
• Coxas fixas em rotação externa e abdução, tórax pequeno, membros curtos, angulados e curvos
• Escleras azuis
Feto portador de OI-II
OI tipo IIOI tipo II
• Ao raio X:– tórax pequeno com costelas
encurtadas, espessadas, com contornos ondulados (padrão em contas)
– fêmur largo e retangular com margens onduladas, haste curva
– tíbia angulada
OI tipo IIIOI tipo III
• Manifestações neonatais de fragilidade óssea e deformidades
• Usualmente não-letal
• Apresentam múltiplas fraturas desde o nascimento deformidades esqueléticas progressivas
• Crescimento longitudinal pobre
OI tipo IIIOI tipo III
• Esclera azul ao nascimento com diminuição progressiva da tonalidade
• Dentinogenesis Imperfecta na primeira dentição
• Disfunção progressiva e reparo da metáfise aparência similar à pipoca
Criança com 6 anos mostrando severo nanismo, deformidades dos membros superiores e inferiores
Deformidades em pipoca nas regiões de metáfises do fêmur e tíbia
OI tipo IVOI tipo IV
• Início pós-natal de fraturas
• Deformidade óssea leve
• Perda auditiva precoce
• Tonalidade azulada da esclera diminui progressivamente (todos os adultos têm esclera normal)
• Apresentam menor estatura que portadores de OI-I
OI tipo IVOI tipo IV
• Dentinogenesis Imperfecta é observada em algumas famílias sugerindo que a OI-IV, assim como a OI-I deva ser dividida em 2 subgrupos: A (dentes normais) e B (dentina opalescente) - forma mais severa
Paciente com 2 anos, portadora
de OI-IV com membros inferiores levemente curvados
EXPRESSIVIDADE E EXPRESSIVIDADE E PENETRÂNCIAPENETRÂNCIA
• PENETRÂNCIA define a probabilidade de um gene ter expressão fenotípica
• EXPRESSIVIDADE grau do efeito exercido pelo gene no fenótipo
EXPRESSIVIDADE E EXPRESSIVIDADE E PENETRÂNCIAPENETRÂNCIA
Variabilidade clínica entre os
tipos de OI dentro de um
mesmo tipo com os mesmos
defeitos moleculares é um
fenômeno bem conhecido
EXPRESSIVIDADE E EXPRESSIVIDADE E PENETRÂNCIAPENETRÂNCIA
Na OI-I a penetrância para fraturas é de 90% e para esclera azul de 100%. A penetrância para perda auditiva é de 43% e existe clara
correlação com a idade e a progressão da perda auditiva
A maioria das mutações
implicadas na OI são
autossômicas dominantes
HERANÇA GENÉTICAHERANÇA GENÉTICA
• A OI ilustra a complexidade genética resultante de mutações que alteram proteínas estruturais, sobretudo quando compostas de múltiplas subunidades diferentes
• As mutações que ocorrem em um dos alelos e que levam a mudanças estruturais na proteína reduzindo a contribuição do alelo normal são ditas mutações dominantes negativas
• É fundamental o entendimento da relação estequiométrica do colágeno tipo I:
2pró-cadeias 1 : 1pró-cadeia 2
OI tipo I
• Herança dominante• Fenótipo relativamente leve,
concordando com o fato de que, embora apenas metade do número de moléculas seja produzida, elas são estruturalmente normais (defeito quantitativo)
• Há, portanto, uma haploinsuficiência, pois um dos alelos é nulo (alelo nulo)
OI tipo II, III, e IV(mutação na 1)
• Se uma pró-cadeia 1 for anormal, três de cada quatro moléculas do colágeno tipo I terão pelo menos uma cadeia anormal (mutação dominante negativa)
• Portanto, o efeito do alelo mutante é ampliado por causa da natureza polimérica da molécula do colágeno
• Defeito qualitativo e quantitativo
OI tipo II, III e IV(mutação em 2)
• Se uma pró-cadeia 2 for
defeituosa, uma de duas
moléculas será afetada. É também
uma mutação dominante negativa
• Também é um defeito qualitativo e
quantitativo.
Alguns pontos sobre OI-II:Alguns pontos sobre OI-II:
• A maioria dos bebês com OI tipo II tem uma mutação dominante nova;
• Em algumas famílias, mais de uma criança é afetada com a doença. Recentemente reconheceu-se mosaicismo parental que afeta a linhagem germinativa além de alguns tecidos somáticos.
Alguns pontos sobre OI-III:Alguns pontos sobre OI-III: • Na maioria, a herança é dominante• Existem provas de uma forma rara
de herança autossômica recessiva, principalmente entre negros africanos
• Nestes pacientes não foi identificado defeitos nas pró-cadeias 1 e 2.
• Dissomia uniparental materna foi relatada em um caso
Alguns pontos sobre OI-IV:Alguns pontos sobre OI-IV:
• É uma herança autossômica
dominânte.
• A OI-IV é mais freqüentemente
ligada a mutação no gene
COL1A2.
Resumindo:Resumindo:
Em doenças com mutações dominante negativas, como a OI, é melhor ter uma mutação que resulte em ausência do
produto gênico (alelo nulo) do que uma mutação causadora
de um produto gênico anormal
DIAGNÓSTICODIAGNÓSTICO
• Geralmente feito com base clínica– fraturas e deformidades ósseas
– esclera azul
– Dentinogenesis Imperfecta
– história familiar positiva
• Devem ser excluídas outras causas de fraturas patológicas
DIAGNÓSTICODIAGNÓSTICO
• Raio X do esqueleto– diminuição da densidade óssea
– fraturas
– calos de consolidação
– deformidades
• Densitometria óssea– diminuição da densidade óssea
DIAGNÓSTICODIAGNÓSTICO
• Análise molecular
– Cultura de fibroblastos da derme:
obtenção de colágeno para estudo
molecular
– Eletroforese (SDS-PAGE): padrão de
migração lenta
– Seqüenciamento: determinação da
mutação
DIAGNÓSTICO PRÉ-NATALDIAGNÓSTICO PRÉ-NATAL
MÉTODOS
• Ultrassonografia
• Biópsia de vilosidades coriônicas
• Amniocentese
• Diagnóstico pré-implantação
DIAGNÓSTICO PRÉ-NATALDIAGNÓSTICO PRÉ-NATAL
ULTRASSONOGRAFIA
• 17a semana gestacional
• Baixa ecogeneidade de todos os ossos
• Movimentos severamente limitados
• Posicionamento anormal de membros inferiores
DIAGNÓSTICO PRÉ-NATALDIAGNÓSTICO PRÉ-NATAL
BIÓPSIA DE VILOSIDADES CORIÔNICAS
• 10a a 12a semanas gestacionais
• Vilos apresentam grande quantidade de colágeno para estudo
• Resultados em 3 a 5 dias
• Método de escolha para o dignóstico pré-natal
DIAGNÓSTICO PRÉ-NATALDIAGNÓSTICO PRÉ-NATAL
DIAGNÓSTICO PRÉ-IMPLANTAÇÃO
• Material de fertilização in vitro
• Mutação já conhecida no
progenitor afetado
• Diagnóstico por PCR e eletroforese
• Diagnóstico mais precoce
ACONSELHAMENTO ACONSELHAMENTO GENÉTICOGENÉTICO
• OI-I herança autossômica dominante– normal + afetado 50% de
recorrência
– ambos pais afetados 75% de recorrência
ACONSELHAMENTO ACONSELHAMENTO GENÉTICOGENÉTICO
• OI-II risco de recorrência de 8,6%– mutação dominante
constitucional nova
– mosaicismo de células germinativas
– autossômica recessiva (rara)
ACONSELHAMENTO ACONSELHAMENTO GENÉTICOGENÉTICO
• OI-III
– mosaicismo parental 7%
– autossômica dominante 50 a
75%
– autossômica recessiva 25%
ACONSELHAMENTO ACONSELHAMENTO GENÉTICOGENÉTICO
• OI-IV herança autossômica dominante– normal + afetado 50% de
recorrência
– ambos pais afetados 75% de recorrência
TRATAMENTOTRATAMENTO
MEDIDAS GERAIS• Tratamento médico tem sido
largamente inefetivo em alterar o curso da doença
• O parto deve ser realizado da maneira menos traumática possível cesariana
• Menor tempo possível de imobilização evitar aparelhos gessados
• Iniciar fisioterapia precocemente
TRATAMENTOTRATAMENTO
MEDIDAS GERAIS• Inserção de haste intramedular
em ossos longos para prevenir e corrigir fraturas e deformidades
• Suporte emocional para pacientes e pais
• Manutenção do peso ideal obesidade implica aumento do risco para fraturas
TRATAMENTOTRATAMENTO
MEDICAÇÕES• Hormônio do crescimento
• Estrógenos ou andrógenos
• Fluoreto de sódio
• Óxido de magnésio
• Calcitonina
• Vitamina D
• Pamidronato
TRATAMENTOTRATAMENTOPAMIDRONATO• Usado e m infusões cíclicas• Melhora densidade mineral
óssea• Diminui as taxas de fratura• Efeitos colaterais:
hipersensibilidade• Não se sabe dos potenciais
efeitos adversos a longo prazo
TRATAMENTOTRATAMENTO
TERAPIA GÊNICA• Pode ser utilizada na OI-II, III e
IV• Estratégias:
– Reposição celular por transplante de Medula Óssea
– Supressão antissense
• Ainda está em fase de desenvolvimento
HERANÇA DOMINANTE
Produto do gene defeituoso interfere com função do produto do alelo
normal
REPOSIÇÃO CELULAR SUPRESSÃO ANTISSENSE
Transplante de oligonucleotídeos ribozimas
Medula Óssea com células normais RNA RNA
RNAseH digere RNA/DNA Objetivo: células normais para normalizar a função do tecido.
Objetivo: anular a função do alelo mutante para mimetizar a situação do alelo nulo.
PROGNÓSTICOPROGNÓSTICO
• Varia de acordo com o número e severidade dos sintomas
• Estatura média dos portadores de OI está abaixo da média de seus parentes de primeiro grau não afetados
• Expectativa de vida varia de acordo com o tipo de OI
PROGNÓSTICOPROGNÓSTICO
EXPECTATIVA DE VIDA
• Tipo IA semelhante a população em geral
• Tipos IB e IV redução modesta
• Tipo II morte pré ou perinatal
• Tipo III redução importante
PROGNÓSTICOPROGNÓSTICO
CAUSAS DE MORTE
• Formas leves morte por doenças não relacionadas com a OI
• Formas severas morte por falência cardíaca e limitação respiratória devidas a cifoescoliose
• Hemorragia fragilidade vascular