deficiencia de carnitina palmitoiltransferasa II

La forma neonatal es la presentación clínica menos común de este trastorno y es casi invariablemente fatal de forma rápida independientemente de la intervención. El inicio sintomático se ha documentado desde las pocas horas después del nacimiento hasta los 4 días de vida. Los recién nacidos afectados suelen experimentar insuficiencia respiratoria, hipoglucemia , convulsiones , agrandamiento del hígado, insuficiencia hepática y agrandamiento del corazón con ritmos cardíacos anormales que conducen a un paro cardíaco . En la mayoría de los casos, se observan elementos de desarrollo anormal del cerebro y los riñones, a veces incluso en la ecografía prenatal. Los lactantes con la forma neonatal letal generalmente no viven más de unos pocos meses. ^{[ 3 ]} También se han documentado defectos de migración neuronal, a los que a menudo se atribuye la patología del SNC del trastorno.

La presentación sintomática suele ocurrir entre los 6 y los 24 meses de edad, pero la mayoría de los casos se han documentado en niños menores de 1 año. La forma infantil afecta a múltiples sistemas orgánicos y se caracteriza principalmente por hipoglucemia hipocetótica (ataques recurrentes de niveles anormalmente bajos de productos de degradación de grasas y glucosa en sangre) que a menudo provocan pérdida de conciencia y convulsiones. La insuficiencia hepática aguda, el agrandamiento del hígado y la miocardiopatía también se asocian con la presentación infantil de este trastorno. Los episodios se desencadenan por enfermedades febriles, infecciones o ayuno. Algunos casos de síndrome de muerte súbita del lactante se atribuyen a la deficiencia infantil de CPT II en la autopsia. ^{[ 4 ]}

Esta forma exclusivamente miopática es la presentación fenotípica más frecuente y menos grave de este trastorno. Los signos y síntomas característicos incluyen rabdomiólisis (descomposición de las fibras musculares y posterior liberación de mioglobina), mioglobinuria , dolor muscular recurrente y debilidad. La liberación de mioglobina provoca que la orina sea roja o marrón e indica daño renal que, en última instancia, podría derivar en insuficiencia renal. ^{[ 5 ]} La debilidad y el dolor muscular suelen resolverse en cuestión de horas o días, y los pacientes presentan un estado clínico normal en los periodos entre los episodios. Los síntomas suelen ser inducidos por el ejercicio, pero el ayuno, una dieta rica en grasas, la exposición a bajas temperaturas, la privación del sueño, el estrés emocional, los AINE, la anestesia o las infecciones (especialmente las febriles) también pueden provocar esta miopatía metabólica. En una minoría de casos, la gravedad de la enfermedad puede agravarse por tres complicaciones potencialmente mortales derivadas de la rabdomiólisis persistente: insuficiencia renal aguda , insuficiencia respiratoria y arritmias cardíacas episódicas. Las formas graves pueden presentar dolor continuo durante las actividades cotidianas. La forma adulta tiene una edad de inicio variable. Los primeros síntomas suelen aparecer entre los 6 y los 20 años, pero se han documentado casos en pacientes de tan solo 8 meses y en adultos mayores de 50 años. Aproximadamente el 80 % de los casos notificados hasta la fecha corresponden a hombres.

El sistema CPT actúa directamente sobre la transferencia de ácidos grasos entre el citosol y la matriz mitocondrial interna. ^{[ 6 ]} La CPT II comparte elementos estructurales con otros miembros de la familia de proteínas carnitina aciltransferasas. ^{[ 7 ]} La estructura cristalina de la CPT II de rata fue dilucidada en 2006 por Hsiao et al. ^{[ 8 ]} El homólogo humano de la enzima CPT II muestra una homología de secuencia de aminoácidos del 82,2 % con la proteína de rata. ^{[ 9 ]} Por lo tanto, se ha obtenido información estructural y funcional significativa sobre la CPT II a partir de los estudios cristalográficos con la proteína de rata.

Además de las similitudes que comparten las aciltransferasas, la CPT II también contiene una inserción distintiva de 30 residuos en el dominio amino que forma una protrusión relativamente hidrofóbica compuesta por dos hélices alfa y una pequeña lámina beta antiparalela. ^{[ 8 ]} Se ha propuesto que este segmento media la asociación de la CPT II con la membrana mitocondrial interna. ^{[ 8 ]} Además, la inserción también podría facilitar el transporte de palmitoilcarnitinas directamente al sitio activo de la CPT II después de la translocación a través de la membrana interna, gracias a su yuxtaposición con el túnel del sitio activo de la enzima. ^{[ 8 ]}

La CPT II cataliza la formación de palmitoil-CoA a partir de palmitoilcarnitina importada a la matriz mediante la translocasa de acilcarnitina. El núcleo catalítico de la enzima CPT II contiene tres sitios de unión importantes que reconocen aspectos estructurales de la CoA, el palmitoilo y la carnitina. ^{[ 10 ]}

Aunque los estudios cinéticos se ven obstaculizados por la alta inhibición del sustrato, la fuerte inhibición del producto, los valores de Km muy bajos para los sustratos acil-CoA y los complejos efectos de los detergentes con respecto a la formación de micelas , ^{[ 10 ]} los estudios han demostrado que la CPT II demuestra un mecanismo de orden obligatorio en el que la enzima debe unirse a la CoA antes que a la palmitoilcarnitina, y luego el producto resultante palmitoil-CoA es el último sustrato en liberarse de la enzima. El sitio de unión de la carnitina se hace accesible por el cambio conformacional inducido en la enzima por la unión de la CoA. ^{[ 10 ]} Se cree que este mecanismo ordenado es importante para que la enzima responda adecuadamente al estado de acilación del pool mitocondrial de CoA a pesar de que las concentraciones tanto de CoA como de acil-CoA encontradas en la matriz superan ampliamente el valor de km medido de la enzima (la mayor parte de la CPT II ya se habrá unido a la CoA). ^{[ 11 ]}

El residuo de histidina (en la posición 372 de la CPT II) está completamente conservado en todos los miembros de la familia de la carnitina aciltransferasa y se ha localizado en el sitio activo de la enzima, desempeñando probablemente un papel directo en su mecanismo catalítico. ^{[ 7 ]} Se cree que un mecanismo general para esta reacción implica que esta histidina actúe como una base general. Más específicamente, esta reacción procede como un ataque nucleofílico catalizado por una base general del tioéster de acetil-CoA por el grupo hidroxilo de la carnitina. ^{[ 12 ]}

La mayoría de las anomalías genéticas en pacientes con deficiencia de CPT II afectan a residuos de aminoácidos algo alejados del sitio activo de la enzima. Por lo tanto, se cree que estas mutaciones comprometen la estabilidad de la proteína más que la actividad catalítica de la enzima. ^{[ 8 ]} A continuación se presentan las teorías sobre la importancia bioquímica de las dos mutaciones más comunes:

• Ser113Leu Hsiao et al. ^{[ 8 ]} teorizan que esta mutación puede perturbar el enlace de hidrógeno entre Ser113 y Arg 498 y la red de pares iónicos entre Arg498 y Asp376, afectando así indirectamente la eficiencia catalítica del residuo His372. Isackson et al. ^{[ 7 ]} sugieren que esta mutación aumenta la termolabilidad de la enzima, desestabilizándola estructuralmente. Esto es notable a la luz del hecho de que esta mutación está asociada con la forma adulta inducida por el ejercicio (es decir, el aumento de la temperatura corporal central puede exacerbar los defectos enzimáticos que conducen a la presentación sintomática). ^{[ 13 ]} Rufer et al. especulan que la mutación de serina a leucina, más voluminosa e hidrofóbica, altera una interacción crítica con Phe117 cercana, modificando en última instancia la posición y el entorno de los residuos catalíticamente importantes Trp116 y Arg498, reduciendo la actividad enzimática. ^{[ 14 ]}
• Pro50His Esta prolina se encuentra a 23 residuos del sitio activo y está ubicada justo debajo del inserto de membrana hidrofóbica en la enzima CPT II activa. ^{[ 8 ]} Hsiao et al. especulan que esta mutación compromete indirectamente la asociación entre la CPT II y la membrana mitocondrial interna y altera el transporte del sustrato palmitoilcarnitina hacia el sitio activo de la enzima. ^{[ 8 ]}

La importancia clínica de las consecuencias bioquímicas que resultan de las anomalías genéticas en pacientes con deficiencia de CPT II es un tema controvertido. Rufer et al. apoyan la teoría de que existe una asociación entre el nivel de actividad enzimática y la presentación clínica. ^{[ 14 ]} Múltiples grupos de investigación han transfectado células COS-1 con diferentes mutaciones de CPT II y han encontrado distintos niveles de reducción en la actividad enzimática en comparación con los controles: Phe352Cys redujo la actividad enzimática al 70% del tipo silvestre, Ser113Leu la redujo al 34% del tipo silvestre, y varias mutaciones graves la redujeron al 5-10% del tipo silvestre. ^{[ 7 ]}

Sin embargo, la mayoría de los investigadores se muestran reacios a aceptar la existencia de una relación causal entre la funcionalidad enzimática y el fenotipo clínico. ^{[ 7 ]} Dos grupos ^{[ 15 ] [ 16 ]} han informado recientemente de una correlación limitada (sin significación estadística) entre el perfil genotípico y la gravedad clínica del fenotipo en sus cohortes de pacientes. Es necesario seguir explorando este tema para evaluar completamente las ramificaciones bioquímicas de esta deficiencia enzimática.

Se ha propuesto que la tasa de oxidación de ácidos grasos de cadena larga en pacientes con deficiencia de CPT II es un predictor más fiable de la gravedad clínica que la actividad residual de la enzima CPT II. Por ejemplo, un estudio halló que, si bien el nivel de actividad residual de CPT II se superponía en los grupos de inicio en la edad adulta e infantil, se observó una disminución significativa de la oxidación de palmitato en el grupo infantil en comparación con el grupo adulto. ^{[ 17 ]} Este grupo concluyó que tanto el tipo como la localización de la mutación CPT2 , junto con al menos un factor genético secundario, modulan el flujo de ácidos grasos de cadena larga y, por consiguiente, la gravedad de la enfermedad. ^{[ 17 ]}

La deficiencia de CPT II tiene un patrón de herencia autosómico recesivo. ^{[ 15 ]} CPT2 es el gen que codifica la enzima CPT II y se ha mapeado en el locus cromosómico 1p32. ^{[ 21 ]} Este gen está compuesto por 5 exones que codifican una proteína de 658 aminoácidos. ^{[ 15 ]} Hasta la fecha, se han reportado sesenta mutaciones causantes de la enfermedad dentro de la secuencia codificante de CPT2 en la literatura, de las cuales se cree que 41 resultan en sustituciones o deleciones de aminoácidos en residuos críticos. ^{[ 7 ]}