Trastorno congénito de la glicosilación

Un trastorno congénito de la glicosilación (anteriormente llamado síndrome de glicoproteína deficiente en carbohidratos) es uno de varios errores congénitos raros del metabolismo en los que la glicosilación de una variedad de proteínas tisulares y /o lípidos es deficiente o defectuoso. Los trastornos congénitos de la glicosilación a veces se conocen como síndromes CDG. A menudo causan un mal funcionamiento grave, a veces fatal, de varios sistemas de órganos diferentes (especialmente el sistema nervioso, los músculos y los intestinos) en los bebés afectados. El subtipo más común es PMM2-CDG (formalmente conocido como CDG-Ia) donde el defecto genético conduce a la pérdida de fosfomanomutasa 2 (PMM2), la enzima responsable de la conversión de manosa-6-fosfato en manosa-1- fosfato.

Presentación

Los problemas específicos producidos difieren según la síntesis anormal particular involucrada. Las manifestaciones comunes incluyen ataxia; convulsiones; retinopatía; enfermedad del higado; coagulopatías; falta de crecimiento (FTT); rasgos dismórficos (p. ej., pezones invertidos y bolsas de grasa subcutánea), derrame pericárdico e hipotonía. Si se obtiene una resonancia magnética; la hipoplasia cerebelosa es un hallazgo frecuente.

Las anomalías oculares de CDG-Ia incluyen: miopía, esotropía infantil, maduración visual retrasada, neuropatía periférica (NP), estrabismo, nistagmo, palidez del disco óptico y reducción función de bastón en electrorretinografía. Tres subtipos PMM2-CDG, PMI-CDG, ALG6-CDG pueden causar hiperinsulinismo congénito con hipoglucemia hiperinsulinémica en la infancia.

N-Glicosilación y defectos conocidos

Un grupo biológicamente muy importante de carbohidratos son los oligosacáridos ligados a la asparagina (Asn) o ligados a N. Su vía biosintética es muy compleja e involucra un centenar o más de glicosiltransferasas, glucosidasas, transportadores y sintasas. Esta plétora permite la formación de una multitud de diferentes estructuras de oligosacáridos finales, involucradas en el plegamiento de proteínas, transporte/localización intracelular, actividad de proteínas y degradación/vida media. Una gran cantidad de moléculas de unión a carbohidratos (lectinas) dependen de la glicosilación correcta para una unión adecuada; las selectinas, involucradas en la extravasación de leucocitos, es un buen ejemplo. Su unión depende de una correcta fucosilación de las glicoproteínas de la superficie celular. Su falta conduce a la leucocitosis y aumenta la sensibilidad a las infecciones, como se observa en SLC35C1-CDG (CDG-IIc); causada por una deficiencia del transportador GDP-fucosa (Fuc).

Todos los oligosacáridos ligados a N se originan a partir de un precursor de oligosacárido ligado a lípidos (LLO) común, sintetizado en el RE en un ancla de dolicol-fosfato (Dol-P). La LLO madura se transfiere cotraduccionalmente a los residuos de Asn de la secuencia consenso en la proteína naciente y se modifica aún más mediante el recorte y la reconstrucción en el aparato de Golgi.

Las deficiencias en los genes implicados en la glicosilación ligada a N constituyen el trasfondo molecular de la mayoría de las CDG.

• Los defectos tipo I implican la síntesis y transferencia de la LLO
• Los defectos tipo II perjudican el proceso de modificación de los oligosacáridos con proteínas.

Tipo I

Descripción	Trastorno	Producto
La formación de la LLO es iniciada por la síntesis del poliisoprenil dolichol de farnesilo, precursor de la biosíntesis de colesterol. Este paso implica al menos tres genes, DHDDS (encoding deshidrodolichyl diphosphate synthase that is a cis-prenil transferase), DOLPP1 (pirofosfatasa) y SRD5A3, codificando una reductasa que completa la formación de dolichol.	Recientemente, la secuenciación de exomas mostró que las mutaciones en DHDDS causan un trastorno con fenotipo retiniano (retinitis pigmentosa, un hallazgo común en pacientes de CDG. Además, la reductasa intermediaria en este proceso (codificada por SRD5A3) es deficiente en SRD5A3-CDG (CDG-Iq).
Dol se activa a Dol-P a través de la acción de Dol kinase en la membrana ER.	Este proceso es defectuoso en DOLK-CDG (CDG-Im).
Consecutive N-acetylglucosamine (GlcNAc)- and mannosyltransferases use the nucleotide sugar donors UDP-GlcNAc and GDP-mannose (Man) to form a pyrophosphate-linked seven sugar glycan structure (Man5GlcNAc2-PP-Dol) on the cytoplasmatic side of the ER.	Algunos de estos pasos han sido encontrados deficientes en pacientes. La deficiencia en la transferencia GlcNAc-1-P causa DPAGT1-CDG (CDG-Ij) La pérdida de la primera mannosiltransferasa causa ALG1-CDG (CDG-Ik) La pérdida del segundo mannosiltransferase (adds Man II y III) causa ALG2-CDG (CDG-Ii). La pérdida de la tercera mannosiltransferasa (adds Man IV y V) causa ALG11-CDG (CDG-Ip) Aún no se describen las mutaciones en los otros genes involucrados en estos pasos (ALG13 y ALG14).	Man5GlcNAc2-PP-Dol
La estructura M5GlcNAc2 se voltea a la ER lumen, a través de la acción de una "flippase"	Esto es deficiente en RFT1-CDG (CDG-In).
Finalmente, tres mannosiltransferas y tres glucosyltransferas completan la estructura LLO Glc3Man9GlcNAc2-PP-Dol utilizando Dol-P-Man y Dol-P-glucosa (Glc) como donantes.	Hay cinco defectos conocidos: mannosyltransferase VI causa deficiencia ALG3-CDG (CDG-Id) la deficiencia de mannosiltransferase VII/IX causa ALG9-CDG (CDG-I)L) mannosyltransferase VIII causa deficiencia ALG12-CDG (CDG-Ig) glucosyltransferase La deficiencia causa ALG6-CDG (CDG-Ic) La deficiencia de glucosyltransferase II causa ALG8-CDG (CDG-Ih).	Glc3Man9GlcNAc2-PP-Dol
Una proteína con actividad desconocida hasta ahora, MPDU-1, es necesaria para la presentación eficiente de Dol-P-Man y Dol-P-Glc.	Su deficiencia causa MPDU1-CDG (CDG-If).
La síntesis del GDP-Man es crucial para la correcta glucosilación N, ya que sirve como substrato de donantes para la formación de Dol-P-Man y la estructura inicial Man5GlcNAc2-P-Dol. La síntesis del hombre-PIB está vinculada a la glucólisis a través de la interconversión de fructosa-6-P y Man-6-P, catalizada por fosfomannosa isomerasa (PMI).	Este paso es deficiente en MPI-CDG (CDG-Ib), que es el único subtipo de CDG-I tratable.
Man-1-P se forma luego de Man-6-P, catalizado por fosfomannomutase (PMM2), y Man-1-P sirve como sustrato en la síntesis del PIB-Hombre.	Las mutaciones en PMM2 causan PMM2-CDG (CDG-Ia), el subtipo CDG más común.
Dol-P-Man se forma a través de la acción de la sintesis Dol-P-Man, compuesta por tres subunidades; DPM1, DPM2, y DPM3.	Las mutaciones en DPM1 causan DPM1-CDG (CDG-Ie). Las mutaciones en DPM2 (DPM2-CDG) y DPM3 (DPM3-CDG (CDG-Io)) causan síndromes con un fenotipo muscular que parecen una distroglicinapatía, posiblemente debido a la falta de Dol-P-Man requerido para la O-mannosilación.
Los oligosacáridos finales Dol-PP (Glc3Man9GlcNAc2-PP-Dol) se transfieren al consenso Residuos de asno en las proteínas aceptantes en el lumen ER, catalizado por la oligosaccharyltransferase (OST). El OST está compuesto por varias subunidades, incluyendo DDOST, TUSC3, MAGT1, KRTCAP2 y STT3a y -3b.	Hasta ahora se ha demostrado que tres de estos genes han sido mutados en pacientes de GCD, DDOST (DDOST-CDG (CDG-Ir), TUSC3 (TUSC3-CDG) y MAGT1 (MAGT1-CDG).

Tipo II

La cadena LLO madura se transfiere luego a la cadena proteica en crecimiento, un proceso catalizado por el complejo oligosacaril transferasa (OST).

• Una vez transferido a la cadena de proteínas, la oligosacárida es recortada por glicosidases específicos. Este proceso es vital ya que la calnexina de lectina y calreticulina, implicadas en la calidad de proteínas, se unen a la estructura Glc1Man9GlcNAc y aseguran el plegamiento adecuado. La falta de la primera glicosidasa (GCS1) causa CDG-IIb.
• La eliminación de los residuos Glc y el primer residuo del Hombre se produce en el ER.
• La glicoproteína luego viaja a los Golgi, donde se forman una multitud de estructuras diferentes con diferentes actividades biológicas.
• Mannosidase I crea una estructura Man5GlcNAc2 en la proteína, pero tenga en cuenta que esto tiene una estructura diferente a la hecha en LLO.
• A continuación, un residuo GlcNAc forma GlcNAc1Man5GlcNAc2, el sustrato para la a-mannosidase II (aManII).
• aManII luego elimina dos residuos del Hombre, creando el sustrato para GlcNAc transferase II, que añade un GlcNAc a la segunda rama del Hombre. Esta estructura sirve como sustrato para reacciones adicionales de galactosylation, fucosylation y sialylation. Además, la sustitución con más residuos GlcNAc puede producir moléculas tri- y tetra-antennary.

No todas las estructuras están completamente modificadas, algunas permanecen como estructuras con alto contenido de manosa, otras como híbridos (una rama de Man sin modificar y otra modificada), pero la mayoría se convierten en oligosacáridos de tipo complejo completamente modificados.

Además de la glucosidasa I, se han encontrado mutaciones:

• in MGAT2, in GlcNAc transferase II (CDG-IIa)
• en SLC35C1, el transportador PIB-Fuc (CDG-IIc)
• en B4GALT1, una galactosyltransferase (CDG-IId)
• en COG7, el complejo oligomeric Golgi conservado-7 (CDG-IIe)
• in SLC35A1, the CMP-sialic acid (NeuAc) transportr (CDG-IIf)

Sin embargo, el uso de >100 genes en este proceso presumiblemente significa que se encontrarán muchos más defectos.

Diagnóstico

Clasificación

Históricamente, las CDG se clasifican en los tipos I y II (CDG-I y CDG-II), según la naturaleza y la ubicación del defecto bioquímico en la vía metabólica en relación con la acción de la oligosacariltransferasa. El método de cribado más utilizado para CDG, el análisis del estado de glicosilación de la transferrina mediante isoelectroenfoque, ESI-MS u otras técnicas, distingue entre estos subtipos en los llamados patrones Tipo I y Tipo II.

Actualmente, se han descrito veintidós subtipos de CDG de tipo I y catorce de tipo II de CDG.

Desde 2009, la mayoría de los investigadores utilizan una nomenclatura diferente según el defecto genético (p. ej. CDG-Ia = PMM2-CDG, CDG-Ib = PMI-CDG, CDG-Ic = ALG6-CDG, etc..). El motivo de la nueva nomenclatura fue el hecho de que se descubrió que las proteínas que no están directamente involucradas en la síntesis de glicanos (como los miembros de la familia COG y la H+-ATPasa vesicular) causan el defecto de glicosilación en algunos pacientes con CDG.

También se incluyen en esta clasificación los defectos que alteran otras vías de glicosilación distintas de la ligada a N. Algunos ejemplos son las α-distroglicanopatías (p. ej. POMT1/POMT2-CDG (síndrome de Walker-Warburg y síndrome de músculo-ojo-cerebro)) con deficiencias en la O-manosilación de proteínas; Defectos en la síntesis de O-xilosilglicano (EXT1/EXT2-CDG (exostosis múltiple hereditaria) y B4GALT7-CDG (síndrome de Ehlers-Danlos, variante progeroide)); Síntesis de O-fucosilglicano (B3GALTL-CDG (síndrome de Peter's plus) y LFNG-CDG (disostosis espondilocostal III)).

Tipo I

• Los trastornos del tipo I implican la síntesis interrumpida del precursor de oligosacáridos en lípidos (LLO) o su transferencia a la proteína.

Los tipos incluyen:

Tipo II

• Los trastornos del tipo II implican el trimming/procesamiento malfuncional de la cadena de oligosacáridos de proteínas.

Los tipos incluyen:

Trastornos de la O-manosilación

• Trastornos con deficiente α-distroglican O- Mannosilación.

Las mutaciones en varios genes se han asociado con los síndromes clínicos tradicionales, denominados distrofia muscular-distroglicanopatías (MDDG). Recientemente, la OMIM propuso una nueva nomenclatura basada en la gravedad clínica y la causa genética. Las clasificaciones de gravedad son A (grave), B (intermedia) y C (leve). Los subtipos están numerados del uno al seis según la causa genética, en el siguiente orden: (1) POMT1, (2) POMT2, (3) POMGNT1, (4) FKTN, (5) FKRP y (6) LARGE.

Los tipos graves más comunes incluyen:

Tratamiento

No hay tratamiento disponible para la mayoría de estos trastornos. La suplementación con manosa alivia los síntomas en MPI-CDG en su mayor parte, aunque la fibrosis hepática puede persistir. La suplementación con fucosa ha tenido un efecto parcial en algunos pacientes con SLC35C1-CDG.

Historia

Los primeros pacientes CDG (hermanas gemelas) fueron descritos en 1980 por Jaeken et al. Sus principales características eran retraso psicomotor, atrofia cerebral y cerebelosa y niveles hormonales fluctuantes (p. ej.prolactina, FSH y GH). Durante los siguientes 15 años, se desconocía el defecto subyacente, pero dado que la transferrina de la proteína plasmática estaba subglucosilada (como se muestra en por ejemplo, enfoque isoeléctrico), el nuevo síndrome se denominó síndrome de glicoproteína deficiente en carbohidratos. (CDGS) Su "clásico" el fenotipo incluía retraso psicomotor, ataxia, estrabismo, anomalías (almohadillas grasas y pezones invertidos) y coagulopatía.

En 1994, se describió un nuevo fenotipo y se denominó CDGS-II. En 1995, Van Schaftingen y Jaeken demostraron que CDGS-I (ahora PMM2-CDG) estaba causado por la deficiencia de la enzima fosfomanomutasa. Esta enzima es responsable de la interconversión de manosa-6-fosfato y manosa-1-fosfato, y su deficiencia conduce a una escasez de GDP-manosa y dolicol (Dol)-manosa (Man), dos donantes necesarios para la síntesis de la Precursor de oligosacáridos ligados a lípidos de la glicosilación ligada a N.

En 1998, Niehues describió un nuevo síndrome CDG, MPI-CDG, causado por mutaciones en la enzima metabólicamente anterior a PMM2, la fosfomanosa isomerasa (PMI). También se describió una terapia funcional para MPI-CDG, manosa alimentaria.

Se incrementó la caracterización de nuevos defectos y se delinearon varios defectos nuevos de Tipo I y Tipo II.

En 2012, Need describió el primer caso de un trastorno congénito de desglicosilación, la deficiencia de NGLY1. Un estudio de 2014 de pacientes con deficiencia de NGLY1 encontró similitudes con los trastornos congénitos tradicionales de la glicosilación.