HEMOGLOBINOPATÍAS ESTRUCTURALES

DEFINICIÓN ALTERACIONES DE LA GLOBINA, SECUNDARIAS A MUTACIONES GENÉTICAS, CUYA CONSECUENCIA ES UNA MODIFICACIÓN ESTRUCTURAL DE LA MOLÉCULA DE GLOBINA

Aunque el sufijo “patía” hace pensar en padecimiento para el enfermo, en su gran mayoría son asintomáticas. De las que presentan expresividad clínica, aunque esta es variable, el denominador común es la anemia hemolítica

NOMENCLATURA 1910 Herrick describe la anemia falciforme, posteriormente en 1949 Pauling descubre la hemoglobina S como causante de dicha anemia. http://globin.bx.psu.edu/hbvar/menu.html Hb Var: A database of Human Hemoglobin Variants: 983 2008 NOMENCLATURA CIENTÍFICA: (A3)6 GLU VAL

May,

CLASIFICACIÓN Se pueden clasificar en unos pocos grupos: -Hbs que causan serios problemas de salud: Ejemplo la Hb S en poblaciones de origen africano o la Hb E en poblaciones del sudeste asiático. El propósito es doble: diagnóstico clínico y asesoramiento genético. -Variantes menos comunes, pero que se encuentran en poblaciones donde hay una variante presente Por ej. la Hb C, Hb O Arab or Hb D Punjab se encuentran en las mismas poblaciones que la Hb S. En sí mismas no tienen efecto patológico, pero sí combinadas, conducen a los sickle cell disease syndrome.

CLASIFICACIÓN Otro grupo son las variantes raras que causan desórdenes hematológicos: Incluye a las hemoglobinas inestables que llevan anemia hemolítica crónica Variantes con afinidad aumentada por el oxígeno que conducen a eritrocitosis Variantes con afinidad disminuida por el oxígeno anemia y cianosis HbM (metahemoglobinemia).

DISTRIBUCIÓN DE LA MALARIA EN EL MUNDO.

La HbS y la HbC pueden afectar también la raza blanca y su incidencia es variable en diferentes regiones del área mediterránea como, por ejemplo, Grecia, Chipre, sur de Italia, Sicilia, España y Portugal

La HbS presenta una incidencia de entre un 40% y 50% en algunas regiones de África, el 25% en Turquía, Arabia Saudí, Israel y sur de la India, y el 32% en algunas zonas muy restringidas del sur de Europa (Sicilia, Chipre, Grecia).

En Rosario, 5/1500 cordones.( 0,33%)

Alteración genética

Alteración molecular

Alteración en la función

Sust. en una base

Sust. de un AA

Hb S

Sust. en dos bases

Sust de dos Hb C Harlem AA

Mut.Codón Elongación stop de cadena

Hb CSp

Acortamien Deleciones to de cadena

Hbs Inestables

Fusión de genes

Hb lepore, antilepore, Kenia

Cadenas híbridas

Casi todas afectan a los exones

HB LEPORE

HEMOGLOBINOPATIAS Las mutaciones puntuales se dan en el 92% de las 982 variantes conocidas, y es el defecto genético responsable más frecuente de hemoglobinas anormales. Las pequeñas deleciones o inserciones de uno a 5 residuos se observan en aproximadamente el 5% de los casos.

HERENCIA DE LAS HEMOGLOBINAS ANORMALES

50% HIJOS SON PORTAD, 25 SANOS Y 25 ENFERMOS

50% HIJOS SON PORTADORES

HERENCIA MENDELIANA.

HEMOGLOBINOPATIAS •HERENCIA

•CLÍNICO: AUTOSÓMICO DOMINANTE O RECESIVO. •LABORATORIO: CODOMINANTES

Las hemoglobinopatías estructurales se clasifican en cuatro grandes grupos: 1. Hemoglobinas con disminución de la solubilidad (HbS y HbC). 2. Hemoglobinas con disminución de la estabilidad molecular (hemoglobinas inestables). 3. Hemoglobinas con alteración de la afinidad por el oxígeno. 4. Metahemoglobinas (HbM).

HEMOGLOBINA S “Sickle cell disease”: conjuntos de desórdenes genéticos autosómicos recesivos caracterizados por la presencia de hemoglobina S. Sickle cell anemia, tienen dos copias de esta variante S/S, su componente hemoglobínico mayor es la Hb S

Los individuos afectados con otros tipos de Sickle cell anemia son dobles heterocigotas, poseen una copia del gen S y otra anormalidad en el otro gen de beta globina. Ej: S/C, S/Beta tal. Los individuos portadores, tienen una sola copia del gen beta S y una copia del gen beta normal. A/S. “Sickle cell trait”

HEMOGLOBINA S Clínica La polimerización de la Hb S es el disparador de las alteraciones observadas en la enfermedad

Cuando se desoxigena polimeriza Cada polímero está formado por tetrámeros de desoxihemoglobina S que se disponen formando haces longitudinales que se unen entre sí

POLIMERIZACIÓN SFENÓMENO DE VASOOCLUSIÓN Un % de los drepanocitos se vuelven irreversibles. La polimerización va acompañada de aumento a la perm. al K y al Ca

Fenómeno del sickling: T, pH, interacción con otras Hbs distintas de la S

FISIOPATOLOGÍA

PROCESO HEMLÍTICO INTRAVASCULAR : Lisis por mayor sensibilidad al Complemento, y pérdida de la deformabilidad de los drepanocitos

EXTRAVASCULAR: Mayor sensibilidad de los drepanocitos al efecto macrofágico de los monocitos.

CLÍNICA Portador (A/S) : Casi no tienen sintomatología clínica Frecuentes: hematurias esporádicas, en condiciones de hipoxia accidentes trombóticos como infarto esplénico, altitud, infecciones. Homocigota (S/S) : FASE ESTACIONARIA (14 AÑOS)Anemia hemolítica crónica moderada, hiperesplenismo, con complicaciones vasooclusivas de carácter local que llevan a la autoesplenectomía.

HEMOGLOBINA S FASE DE EXPRESIVIDAD AGUDA ( a partir de los 4 años) ANEMIA GRAVE SÍNDROME VASOOCLUSIVO GENERALIZADO (PULMÓN, RIÑÓN, HUESOS) CRISIS DE DOLOR AGUDO, MANIFESTACIÓN CARACTERÍSTICA. INFECCIONES RECIDIVANTES OSTEOMIELITIS- OCLUSIONES DE VASOS CEREBRALES-SÍNDROMES TORÁCICOS AGUDOS DE ORIGEN VASCULAR.

HEMOGLOBINA S FASE DE EXPRESIVIDAD CRÓNICA (pacientes que han logrado sobrevivir la primera infancia) adolescencia y edad adulta. •RETRASO EN EL CRECIMIENTO •NECROSIS ÓSEAS •COMPLICACIONES VISUALES. •COMPLICACIONES PULMONARES •COMPLICACIONES CARDÍACAS,RENALES,HEPATOBILIARES

HEMOGLOBINA S •HOMOCIGOTA: ANEMIA NORMOCÍTICA O LIGERAMENTE MACROCÍTICA Hb: 6-8 g/dl Reticulocitos altos SR: macrocitos, megalocitos, drepanocitos reversibles y drepanocitos irreversibles, C de H. Jolly.

TEST DE SOLUBILIDAD Sol. de Hb en buffer fosfato concentrado (2.8 M, pH 6.8), es desoxigenada por el agregado de sulfito de sodio. El nivel de Hb S y de Hb F, pueden interferir en el resultado. Este test no debe ser usado para Hb S en RN donde la S es sólo una mínima fracción.

TEST DE SICKLING O FALCIFORMACION

ELECTROFORESIS ALCALINA

HEMOGLOBINA S Acetato de celulosa gelificado

En agar citrato no cuenta la carga sino las interacciones de las modificaciones estructurales de las regiones cargadas positivamente con la agaropectina del gel. (+)

Citrato agar (-)

HEMOGLOBINA C •ES LA SEGUNDA CON SOLUBILIDAD ALTERADA MÁS FRECUENTE DESPUÉS DE LA S. • 6 GLU LYS, ALTERACIÓN DE LA CARGA ELECTRICA Y DISMINUCIÓN DE LA SOLUBILIDAD. •HETEROCIGOTA: ASINTOMÁTICO CLÍNICO Y HEMATOLÓGICO. •HOMOCIGOTA (C/C). LIGERA ANEMIA HEMOLÍTICA CRÓNICA Y ESPLENOMEGALIA. TARGET CELLS.

HEMOGLOBINOPATIA C

HEMOGLOBINPATIA S/C

HEMOGLOBINA D •HETEROCIGOTA A/D ASINTOMÁTICO. •HOMOCIGOTA D/D 95 % D, TRAZAS DE A, CON F Y A2 NORMALES, NO DA SICKLING, CORRE COMO LA S. CLÍNICAMENTE ANEMIA HEMOLITICA MODERADA CON ESPLENOMEGALIA.

HEMOGLOBINA E •

 26 GLU LYS, MUY FRECUENTE DISTRIBUIDAS POR MUCHAS ÁREAS DE LA GEOGRAFÍA MUNDIAL, ESPECIALMENTE EN EL SUDESTE ASIÁTICO. •E/E: INTENSA MICROCITOSIS, HIPOCROMIA, ANEMIA LEVE, INDISTINGUIBLE DE UN SINDROME TALASÉMICO. Heterocigota asintomático, leve microcitosis e hipocromia.

HEMOGLOBINAS INESTABLES • SON UN GRUPO DE VARIANTES DE Hb QUE

EXPERIMENTAN DESNATURALIZACIÓN DENTRO DEL ERITROCITO Y PRECIPITAN DANDO CUERPOS DE HEINZ. •SE HAN DESCRIPTO MAS DE 200 VARIANTES (sólo la mitad son responsables de trastornos clínicos.) •GRADO DE HEMOLISIS. DESDE LEVE A MODERADO, DEPENDIENDO DEL TIPO DE SUSTITUCIÓN QUE HAYA TENIDO LUGAR

HEMOGLOBINAS INESTABLES Históricamente, estas variantes se llamaron inestables porque precipitaban cuando eran incubadas durante 1 hora a 50°C en contraste con la Hb A que permanece estable a esa Tª. Se han esayado otros test como la incubación a altas Tª (65°C), pero uno del los mejores test consisten en la incubación del lisado a 37°C en buffer conteniendo 17 % isopropanol

MECANISMOS MOLECULARES DE INESTABILIDAD Una modificación en la estructura que abra el camino a la entrada de agua al interior de la molécula destruye la estructura nativa de la proteína causando desnaturalización y precipitación. •SUSTITUCIONES EN EN EL ANILLO HIDROFÓBICO •SUSTITUCIONES DE AA EN LOS CONTACTOS 1  1 •DELECIÓN DE AAELONGACIÓN •SUSTITUCIONES POR PROLINA.

MECANISMO DE FORMACIÓN DE CUERPOS DE HEINZ. Hb- O2

SOD O2-

Disociacion αβ

H2O2

Catalasa

MetaHb H2O

Desheminación

Hemicromos. R

Inestabilidad

Hemicromos. I

Precipitación Cuerpos de Heinz

hemólisis

HEMOGLOBINAS INTESTABLES La presentación lo sugiere: •Anemia hemolítica regenerativa (aumento de reticulocitos) •Hallazgo de Heinz bodies en los extendidos de sangre periférica , estéril, incubada 24h , y luego teñida con coloración supravital sugiere el diagnóstico. (Recordar que no son patognomónicos, aparecen en eritroenzimopatías, exposición a varias clases de agentes químicos, etc.)

Algunos modelos de hemoglobinas inestables Name

Mutation

Mechanism

Clinical expression

Occurrence

Hb Koln

β 98 (FG5)Val>Met

heme contact, heme loss, increased oxygen affinity

moderately severe chronic hemolytic anemia

frequent worldwide

Hb Hammers mith

β42 (CD1) Phe->Ser

heme contact, push heme towards the deoxyconformation, decreased oxygen affinity, forms hemichromes

very severe Heinz body hemolytic anemia

extremely rare

Hb Genova

β28 (B10) Leu>Pro

internal, disrupt an helix,

very severe Heinz body hemolytic anemia

rare, found in a few families

Hb Medicine Lake

β98 (FG5)Val>Met + 32 (B14) Leu>Gln

Associates in the same gene two mutations leading each to instability, hyperunstable chain variant destroyed in the erythroid precursors

thalassemia major like syndrome

a single case described

Hb Aghia Sophia

α62 (E11) Val->0 (1)

In frame deletion of a residue in the middle of an helix disturbing the structure of the heme pocket

+ thalassemic determinant

was found in interaction with a -- MED deletion in a patient presenting with HbH disease

Hb Constant Spring

α 142 Term>Gln (+31 residues) ( 2)

unstable C-terminal elongated chain

+ thalassemic determinant, severe hemolytic anemia and Hb H disease when associated to an 1 thal ( - - deletion)

frequent in SE-Asia

HEMOGLOBINAS CON AFINIDAD ALTERADA POR EL O2 HERENCIA AUTOSÓMICA DOMINANTE. AFECTADOS SON HETEROCIGOTAS. •AUMENTO DE AFINIDAD: ERITROCITOSIS (FAMILIAR) NO SON HEMOLÍTICAS.

HEMOGLOBINAS CON AFINIDAD ALTERADA POR EL O2 Hay mas de 200 variantes descriptas. En 1/3 de ellas el aumento de la afinidad es el responsable de la eritrocitosis compensatoria.

La curva se deplaza hacia la izquierda alejándose el P50 st de sus valores normales: 27±2mm Hg,

HEMOGLOBINAS CON AFINIDAD ALTERADA POR EL O2 • SUSTITUCIONES:SUPERFICIES DE CONTACTO ALFA1-BETA2, ZONAS DE UNIÓN CON EL 2-3DPG •DIAGNÓSTICO: ESTUDIO DE LA AFINIDAD. P50 A PARTIR DE SANGRE ENTERA: •UNA DESVIACIÓN EN +/-3 mmHg DEBE CONSIDERARSE PATOLÓGICA. •Son variantes encontradas en pacientes con cianosis inexplicables, sin enfermedad cardiopulmonar ni meta o sulfohemoglobinemia. Otro caso raro es el diagnóstico diferencial con la deficiencia de piruvato kinasa que acumula 2,3-DPG en el GR

HEMOGLOBINAS M La Metahemoglobinemia es el estado en el cual el nivel de metahemoglobina excede el 1%. Normalmente, aproximadamente un 3% del total de hemoglobina es diariamente oxidada, pero es reducida por el sistema de la citocromo b5 reductasa.(NADHdiaforasa)

HEMOGLOBINAS M Se deben distinguir dos tipos de metahemoglobinemias.

1.

La hemoglobina normal es oxidada a metahemoglobina. 1. Agentes tóxicos: nitritos. Medicamentos: sulfonas 2. Déficit enzimático (diaforasa I) 3. Variante con aumento de autooxidación

2.-Metahemoglobinemia se debe a la presencia de una variante con propiedades espectrales anormales llamadas Hb M

Siete anormalidades estructurales conducen a Hb M

Name

Mutation

Clinical presentation

Hb M Boston

α58 (E7) His->Tyr ( 1 or 2)

cyanosis starts at birth and remains at a constant level. Well tolerated

Hb M-Iwate

α87 (F8) His->Tyr ( 1 or 2)

cyanosis starts at birth and remains at a constant level. Well tolerated

β63 (E7) His ->Tyr

cyanosis develops after birth and reach its final level at 6 months. Well tolerated

β92 (F8) His->Tyr

cyanosis develops after birth and reach its final level at 6 months. This Hb is also unstable and leads to some degree of hemolytic anemia

Hb –M Milwaukee

67 (E11) Val -> Glu

cyanosis develops after birth and reach its final level at 6 months. Well tolerated

Hb F-M-Osaka

γG 63 (E7) His>Tyr

Cyanosis is maximum at birth and deceases progressively with the switch from HbF to Hb A

Hb F-M-Fort Ripley

γG 92 (F8) His>Tyr

Cyanosis is maximum at birth and deceases progressively with the switch from HbF to Hb A

Hb M Saskatoon Hb M-Hyde Park

HEMOGLOBINAS M MANIFESTACIONES CLÍNICAS •CIANOSIS IRREVERSIBLE, SI HAY INESTABILIDAD MOLECULAR, ANEMIA HEMOLÍTICA, a veces ligera eritrocitosis como consecuencia de la hipoxia hística.

• DIAGNÓSTICO:ESPECTROSCOPÍA

•HbM NORMAL: PICO A 630 nm CON UNA ABSORBANCIA MÍNIMA A 600nm Y OTRA MÁXIMA A 500 nm. •HbM ANORMAL: MÍNIMO 580-600 Y EL SEGUNDO PICO ESTÁ 485500nm.

NUEVAS HERRAMIENTAS PARA EL DIAGNÓSTICO DE HEMOGLOBINOPATÍAS

ELECTROFORESIS CAPILAR HPLC HPLC/MASA