Prot Fold Dis1

Protein Folding Diseases Amiloidoses Polineuropatia Amiloidótica Familiar

Paulo Pinho e Costa

Proteínas: Forma e Função Proteínas: Forma e Função As proteínas adquirem forma mediante um complexo processo de enrolamento. ›› domínios com diferentes tipo ››   domínios com diferentes tipo de estrutura: de estrutura: ƒ Hélices α ƒ Folhas β Tubulina ƒ Segmentos desordenados CRABPI

Porina A integridade estrutural é essencial para a manutenção da função. Por vezes a forma da proteína sofre alterações: ƒ durante o processo de enrolamento inicial d d l l ƒ por posterior perda de estabilidade ƒ► DOENÇA

Doenças por alteração do normal  enrolamento das proteínas l d í ƒ Causas diversas: C di • Mutação genética ››  enrolamento defeituoso já à saída do ribossoma. ››  enrolamento correcto, mas estabilidade reduzida. • Produção excessiva. • Proteólise aberrante.

ƒ Resultado final: • Ausência de proteína  ››  eliminação pelos mecanismos de controlo de  de proteína ›› eliminação pelos mecanismos de controlo de qualidade celulares ‐ degradação proteossómica • Agregação e acumulação  ››  inclusões celulares ou depósitos  extracelulares.

ƒ Ambos os processos podem ser causa de doença.

Agregação das Proteínas Agregação das Proteínas •

Quando as proteínas se desenrolam total ou parcialmente, expõem  Quando as proteínas se desenrolam total ou parcialmente expõem segmentos e resíduos hidrofóbicos

•

A exposição à água desses segmentos é termodinamicamente  A i ã àá d é di i desfavorável, e favorece a agregação das proteínas alteradas

•

A agregação sequencial resulta em polimerização

•

Quando esses polímeros atingem um tamanho sufucientemente grande,  Quando esses polímeros atingem um tamanho sufucientemente grande tornam‐se insolúveis e precipitam da solução

Protein Misfolding and Disease Protein Misfolding and Disease Haemoglobin:

Sickle cell anaemia Unstable haemoglobin inclusion-body haemolysis Drug-induced inclusion body haemolysis

Prion proteins:

Creutzfeld-Jakob disease (CJD) New variant CJD Gerstmann-Straussler-Scheinker disease Fatal familial insomnia Kuru

Serpins:

α1-antitrypsin deficiency - emphysema & cirrhosis Antithrombin deficiency thromboembolic disease C1-inhibitor deficiency angioedema

Glutamine-repeats:

Inherited neurodegenerative disorders

Merlini & Bellotti, N Engl J Med 2003;349:583-96

H ti t ' di Huntington's disease Spinocerebellar ataxia Dentato-rubro-pallido-Luysian atrophy Machado Joseph disease Machado-Joseph β-amyloid protein:

Alzheimer's disease Down's syndrome

Adapted from Carrell & Lomas, Lancet 1997;350:134-8

Deficiência de α1 Deficiência de α1‐antitripsina antitripsina (A1AT) (A1AT) • Proteína Proteína de 52 kDa, produzida essencialmente no fígado. de 52 kDa produzida essencialmente no fígado • Antiprotease da família das serpinas: SERine Protesase INhibitors • Principal alvo  ›› elastase dos neutrófilos • Mutação  ››  utação deficiência  ››  de cê ca eenfisema pulmonar. se a pu o a

Mutações mais frequentes:  ç q • Pi S (f. alélica 6%) • Pi Z (f. alélica 3%)

Deficiência de A1AT Pi ZZ Deficiência de A1AT Pi ZZ D fi iê i Deficiência

A1AT PiZZ Enfisema pulmonar

Polimerização

Doença hepática

Anemia Falciforme Anemia Falciforme ƒ Hemoglobina S (E6V): H l bi S (E6V) • Forma agregados quando exposta a  ba as e sões de O baixas tensões de O2. • Os agregados não são tóxicos para os  eritrócitos mas tornam‐nos mais  rígidos e alongados. rígidos e alongados. • < capacidade de troca gasosa,  acidentes veno‐oclusivos.

Encefalopatias Espongiformes  (Doenças do Prião) ƒ Scrapie, Kuru, CJD, vCJD: Scrapie Kuru CJD vCJD: • A proteína PrPsc tem  propriedades infecciosas   ››  propaga a sua conformação por  um processo autocatalítico, com  posterior agregação.

Caughey & Baron, Nature 443, 803-810, 2006

Coreia de Huntington Coreia de Huntington ƒ Mutação dinâmica (CAG)n da Huntingtina • Grandes sequências lineares de poliglutamina inseridas na  proteína. • Autoassociação e agregação dentro das células nervosas Autoassociação e agregação dentro das células nervosas • Formação de inclusões neuronais e toxicidade

Kim et al., J Neurosci 1999;19:964-73

Taroni & DiDonato, Nature Rev Neurosci 5, 641-655, 2004

Amiloidoses l d

Amiloidoses Primórdios Amiloidoses ‐ •

A designação substância amilóide A designação substância amilóide foi introduzida pelo patologista  foi introduzida pelo patologista Rudolf Virchow para descrever as “degenerescências lardáceas”  que coravam pelo Lugol (solução de iodo) seguido de ácido  sulfúrico diluído.

Apresentação Clínica Apresentação Clínica • • • •

Amiloidose primária Amiloidose secundária ou reactiva Amiloidose secundária ou reactiva Amiloidose familiar Amiloidose localizada

Amiloidoses Primórdios Amiloidoses ‐ • N Nos anos 50 foi introduzida a coloração pelo Vermelho  50 f i i d id l ã l V lh do Congo.

• A substância amilóide adquire uma birrefringência  verde característica, quando corada pelo Vermelho do  Congo. Congo

Amiloidoses Primórdios Amiloidoses ‐ • Alguns Alguns anos depois foi descoberta a estrutura fibrilar da  anos depois foi descoberta a estrutura fibrilar da substância amilóide, com a introdução da microscopia  electrónica.

Substância amilóide ‐ Substâ c a a ó de de definição ção • Depósitos eosinofílicos, amorfos,  geralmente extracelulares geralmente extracelulares. • Afinidade tintorial para o vermelho do  Congo, apresentando birrefringência  verde sob luz polarizada. d bl l i d • Ultraestruturalmente, constituídos por  feixes entrecruzados de fibras com 6‐ 12 12 nm de diâmetro. d diâ • As fibras isoladas têm um padrão de  difracção de raios X característico de  uma proteína em que predominam as  folhas pregueadas β.

Fibras de amilóide ‐ estrutura A elucidação da estrutura das fibras de amilóide revelou-se difícil, mas tem progredido significativamente g com os avanços das técnicas de caracterização biofísica: (cristalografia de raios X, dispersão de neutrões, RMN, microscopia electrónica, MFA, técnicas de reconstrução de imagem, imagem etc.) etc )

Os modelos estruturais são fundamentais para se compreender o processo de fibrilogénese.

Amilóide ‐ composição p ç •

Com os primeiros isolamentos bioquímicos de fibras de amilóide, demonstrou-se a existência de dois tipos diferentes de proteína nas amiloidoses primária e secundária, a que foram dadas as designações de AL e AA.

•

Ficou assim demonstrada a heterogeneidade fundamental das doenças amiloidóticas.

Amiloidose AL – Miocardiopatia amiloidótica

Carcinoma medular da tireóide – estroma amiloidótico (ACal) ( )

Doença de Alzheimer Placas de Aβ ›› emaranhados neurofibrilares e atrofia cerebral