ALTERACIONES EN EL METABOLISMO DE LAS LIPOPROTEINAS- I - Química Biológica Patológica ALTERACIONES EN EL METABOLISMO DE LAS LIPOPROTEINAS- I - 2016 Tema:13  Dra. Silvia Varas svaras @unsl.edu.ar

Metabolismo de Lipoproteínas: Resumen Metabolismo de Lipoproteínas:

Dr. Fernando D. Brites, 2016. ABSL

Menores de 20 años Dr. Fernando D. Brites, 2016. ABSL

Estructura de Lipoproteínas plasmáticas LP core: Triglicéridos Esteres de colesterol LP superficie: Fosfolípidos Proteínas Colesterol Libre

Protagonistas I: Lípidos Triglicéridos Protagonistas I: Lípidos Fosfolípidos FL: Lecitina Colesterol Ésteres de Colesterol

Protagonistas II: Apoliproteínas Las Apolipoproteínas, varían de unas lipoproteínas a otras. Se denominan con letras del alfabeto, de acuerdo con el orden en el que han sido descubiertas. Las principales son Apo A, Apo B, Apo C, Apo D, Apo E. Son muy importantes y con distintas funciones: - Mantienen la integridad estructural de las lipoproteínas - Regulan las enzimas que intervienen en el metabolismo de las LP. - Actúan como ligandos para reconocer receptores específicos.

Protagonistas III: RECEPTORES DE LIPOPROTEÍNAS Los receptores HEPATICO: R-LDL (Apo E: B100),los LRPs (proteína relacionada con el receptor de LDL); y receptor de HDL2 (SR-B1, scanvenger receptor B1). A nivel EXTRAHEPATICO, existen receptores de LDL (B100), LRPs y los basureros SR-A (para LDL alteradas: acetiladas, oxidadas o glicosiladas) presentes en los macrófagos y los SR-B1.

Familia Receptor LDL La flia comprende 7 miembros: RLDL LRP (LRP1), LRP1b, LRP2 (también llamada MEGALINA), LRP4 (también llamada MEGF7 (multiple epidermal growth factor-like domains protein 7), LRP8 (también llamada Receptor apolipoprotein E2), Receptor VLDL receptor (VLDLR)

LRP2 MEGF7 LRP8

Protagonistas IV: Sistemas Enzimáticos Lipoprotein lipasa periférica, es sintetizada en las células, translocada a la superficie de la pared vascular y liberada por la heparina. Es activada por la Apo C2 e inhibida por la Apo C3 y es sensible a la insulina. Es responsable de la catabolización de quilomicrones y VLDL. Lipasa hepática, está regulada por la síntesis de colesterol a nivel hepático, es responsable del catabolismo de los QMr, IDL y HDL2. Lecitin colesterol acil transferasa (LCAT), esterifica el colesterol libre en las HDL. Transfiere ácidos grasos desde los fosfolípidos al colesterol libre. Es estimulada por la Apo A1 y ApoE. Proteína transportadora de colesterol esterificado (CETP) es responsable del transporte de los ésteres de colesterol desde las HDL VLDL, IDL y LDL y de triglicéridos desde las VLDL HDL.

Protagonistas IV: Sistemas Enzimáticos (+ y -): Enzima S Función Origen (+) (-) LPL TG y FL de los QM, VLDL TG hidrolasa FLipasa Tej adiposo y musculo esqueletico y cardiaco Apo CII *Insulina Heparina Apo CIII Protamina -Bloquean. LH TG y FL de los IDL, HDL >TGhidrolasa < FLipasa Hepatocitos Insulina Andrógenos HORMONAS TIROIDEAS Heparina Estrógenos SDS

Protagonistas IV: Sistemas Enzimáticos (+ y -): Enzima S Función Origen (+) (-) CETP * CE Transfiere CE por TG de HDL a LP con Apo B Hígado y Tejido Adiposo (TA) PLTP FLs y CL de QMr y VLDLr Transfiere FL hacia la HDL desde los remanentes (Remodela-miento de HDL) Hígado, TA y Pulmón LCAT CL y Fosfatidil- colina de las HDL Esterificación del colesterol Hepatocito Apo AI Apo E -  * Circulan unido a HDL

Funciones PLTP

PLTP Circula unido a HDL y media la transferencia neta de fosfolípidos hacia la HDL y también intercambia fosfolípidos entre lipoproteínas. La transferencia neta de fosfolípidos en la HDL resulta en la formación especies menos densas y mas grandes. Es capaz de transferir todos los FL incluidos fosfolípidos, diacilglycerol, α-tocoferol, cerebrósidos, etc. Transferencia neta de colesterol libre hacia la HDL

HDL2

Un  Tg en las HDL aumenta el proceso de conversión. El reemplazo de apoA-I con apoA-II genera un efecto inhibitorio sobre PLTP. La conversión de HDL generates HDL2 y prebeta-HDL. Un  Tg en las HDL aumenta el proceso de conversión.

LRT HDL2 HDL3 CL Colesterol Libre (CL) Pre--HDL PLTP LCAT LH LPL Apo A-I CL PLTP LCAT LH LPL LRT HDL3 Fragmentos de Superficie (CL, FL) CETP LCAT LH PLTP HDL2

C P T 100% T P C C P T C P T 80% 60% Composición 40% 20% 0% Q VLDL LDL HDL Tipo de LP Figure 2. LP y su contenido relativo de triaglicéridos(T), colesterol (C) y proteinas (P).

Microfotografía de las lipoproteínas

Las cinco clases de Lipoproteinas Diámetro (nm) Origen y función Principal apoliproteínas Quilomicrones (QM) 500 Intestino. Transporte de TAG dietarios A, B48, C(I,II,III) E Very low density lipoproteins (VLDL) 43 Hígado. Transporte de Tg endogenamente sintetizada TAG B100, C(I,II,III) , E Low density lipoproteins (LDL) 22 Formada es circulación por ruptura parcial de IDL. Libera colesterol a los órganos perisfericos B100 High density lipoproteins (HDL) 8 Hígado. Remueve colesterol “usados” de los tejidos y es llevado al hígado. Dona apolipoproteinas a QM y VLDL A, C(I,II,III), D, E Aumenta la densidad

- densas + densas

LIPIDOGRAMAS ELECTROFORÉTICOS Pre-β α β siembra (-) (+)

OBJETIVOS: 2. Definirlas funciones en el transporte y procesamiento de: a) apolipoproteinas: A1, B48, B100, CII, yE; b) enzimas: lecitin:colesterol acil transferasa (LCAT), acilCoA:colesterol acil transferasa (ACAT) y lipoprotein lipasa (LPL); c) proteínas unicas: triagliycerol transfer protein (MTTP), ABC A1 y NPC-1 Enzima (Proteína) Sitio de Acción Activador Función b) LPL Vasos sanguíneos Apo CII Escinde AGL desde en QM y VLDL para ser usado por TA y músculo ACAT Interior de las células Colesterol Libre Acumulación de esteres de colesterol LCAT Sangre Apo A1 Extracción de Colesterol desde células  HDL transporta CE para depuración por el hígado por medio de la conversión a A. Biliares c) ABC-A1 Membrana plasma Transporta colesterol y FL( lecitina) hacia fuera de la bicapa lipídica hacia apo proteinas como Apo A1 para generar la pre beta HDL MTTP 1 REL intestino/hígado Ninguno Carga TG en B48 (intestino) y B100 (hígado) a) Sangre, membrana plasmática Activa LCAT y ABC1; une a receptores SR-B1 sobre las células que requieren extracción de colesterol Apo B-48 intestino Exporta de QM desde células intestinales Apo B100 Hígado, otras células Ligando para R de LDL; exporta VLDL desde el hígado Activa LPL Apo E Hígado Ligando para el receptor de apo E que depura los QMr, IDL y HDL NPC-1 2 Transfiere el Colesterol tomado de las LDL de endosoma-lisosoma al pool celular en el Golgi 1-Microsomal Triacylglycerol Transfer Protein 2- Niemann Pick C Protein -1

Clasificación de Fredrickson (OMS) Def. LPL: 1 en 1.000.000 Def. Apo C2: 1 en 1.000.000 Aa: 1 en 500 AA: 1 en 1.000.000 1 en 100 1 en 5.000 HTF: 1 en 100

Deficiencia Fliar LCAT

Clasificación General Déficit en LPL (Tipo I) Déficit Apo CII (Tipo Ib) VIA EXOGENA Hipertrigliceridemias endógena Hiperlipidemia familiar combinada Hipercolesterolemia familiar Apo B100 defectuosa familiar Hipercolesterolemia Poligénica Hiper VIA ENDOGENA Hipo Abeta Lipoproteinemia Hipobetalipoproteinemia familiar VIA EXOGENA y ENDOGENA Déficit Lipasa Hepática DisbetaLipoproteinemia (Tipo III,Beta ancha) Hipo--lipoproteinemia familiar Deficiencia LCAT (ojo de pez) Enfermedad de Tangier Deficiencia Apo AI Deficiencia HDL VIA REVERSA Alteraciones Familiares del Metabolismo HDL Hiper--lipoproteinemia Deficiencia CETP

Tabla Nº4 : Síntomas y hallazgos de laboratorio Entidad Sintomatología Tg CT HDLc Déficit de LPL Dolor abdominal, pancreatitis, xantomas, lipemia retinalis    Déficit de Apo C-II Hipertrigliceridemia familiar Dolor abdominal, pancreatitis y xantomas N,  FCH Hipertensión, obesidad, resistencia a la insulina. Estenosis vascular, infarto<50 años. FH(homocigota) Xantomas, arco corneal, estenosis vascular, infarto muy precoz. N FH (heterocigota) Xantomas, estenosis vascular , infarto<50 años Apo B-100 defectuosa Xantomas, estenosis vascular, infarto<50 años N,  Abetaliproteinemia Malabsorción, ataxia, retinitis pigmentaria Hipobetaliproteinemia (homocigota) Hipobetaliproteinemia (heterocigota) Acantocitosis, esteatosis hepática, retinopatía, diabetes alteraciones neurologicas Déficit de LH Estenosis vascular, infarto<50 años Disbetalipoproteinemia ,N Déficit de LCAT (parcial) Arco corneal, depósitos corneales <20 años Déficit de LCAT(total) Arco corneal, depósitos corneales <20 años, insuficiencia renal Enfermedad de Tangier Amígdalas naranjas, esplenomegalia, ateroclerosis precoz  Déficit de Apo A1 Referencias: N: normal; : elevado; : muy elevado; : bajo; : muy bajo

Síndrome de Quilomicronemia Deficiencia familiar de LPL Deficiencia familiar de Apo C-II

Estructura y Función de LPL Modelo esquemático de acción de LPL en el endotelio capilar: Los proteoglicanos como el heparan sulfato son intercalados sobre el endotelio capilar. LPL se unen al heparan y se extienden hacia el lumen vascular Heparan sulfato

N-glicosilación: Asn 43 y Asn 359 N-glicosilación: Asn 43 y Asn 359. La sustitución de N43 por A suprime completamente la actividad y resulta en la acumulación de la proteína inactiva en el ER mutación Lisosomas Procesamiento postranscripcional y extracelular de LPL: LPL es sintetizada en las células del parénquima en forma inactiva. La activación de la enzima ocurre en el aparato de Golgi. La enzima activa es liberada de la célula y se une a la superficie de la célula endotelial. La enzima inactiva se puede liberar desde la célula

Metabolismo de los QM

Quilomicrones Sintetizados en ID Transporte de lípidos dietarios 98% lipidos, mayor tamaño, baja densidad Apo B-48 Receptor binding Apo C-II Activador de Lipoprotein lipasa Apo E Remanente Receptor Binding

- La LPL madura  funcional es un homodímero.  - Activación por glicosilación en Asparagina y dimerización en el RE. - LPL es primero liberada a  las vesículas secretoras (VS) y luego a los lisosomas para la degradación intracelular o a la superficie celular del parénquima, donde la enzima se une a  PG-HS. - Finalmente, LPL se traslada a los sitios de unión de Heparan Sulfato funcionales en la superficie luminal del endotelio capilar, donde lleva a cabo la hidrólisis de las lipoproteínas ricas en TGs. Glycosyl phosphatidyl inositol-anchored high density lipoprotein- binding protein 1 (GPIHBP1) es una nueva molécula en la célula endotelial y juega un rol en importante en metabolismo de los QM. Animales deficientes en GPIHBP1 presentan hiperquilomicronemia

GPIHBP1: glycosylphosphatidylinositol-anchored HDL-binding protein 1 El primer paso en el catabolismo de lipoproteínas ricas en triglicéridos (LRT) ocurren en tejido adiposo blanco y músculo estriado. Los dímeros de GPIHBP1 proveen el sitio de anclaje sobre la superficie del endotelio capilar. El endotelio luego libera las lipoproteínas remanente que vuelve a la circulación

Deficiencia Familiar de LPL Descripta por 1ª vez en 1932 por Bürger and Grütz, en un niño de un matrimonio consaguineo. En 1960, Havel y Gordon demuestran un clearence defectuoso de las LP ricas en triglicéridos. En 1974, Kraus y col. informaron la actividad disminuida de LPL y LH, en plasma postheparinico. En 1989, se describe el primer defecto en la estructura del gen de LPL. Frecuencia:1/1.000.000

Características: Lípidos de la sangre y lipoproteínas: QM son extremadamente elevados luego del nacimiento. De 43 casos, 13 fueron detectados durante el primer año de vida, 22 (antes de 10 años). VLDL, LDL, HDL son normal, pueden ser bajos. [TG] estan elevados: 2.500-12.000 mg/dl. Normal: 100-250 mg/dL. [Colesterol] es alta, pero no extremadamente alta. Capa cremosa en plasma enfriado a (4oC, toda la noche).

Fenotipo Clínico Los xantomas (tipo papulo-eruptivos) de la piel y la lipemia retinalis aparecen con niveles de tg≥2.000 mg/dl y pueden desaparecer en varias semanas si los niveles de tg disminuyen. Los xantomas eruptivos son nódulos pequeños y amarillos que se elevan en la piel (con una área pigmentada de color rojo que lo rodea). Los xantomas eruptivos se observan en nalgas y zonas extensoras

xantomas eruptivos El examen del fondo de ojo, donde aparece una imagen típica, la Lipemia Retinalis, caracterizada por vasos de coloración rosa pálido debido al aumento de los quilomicrones.

Se observan los vasos retinianos de color blanquecino y un fondo de ojo de aspecto rosa pálido

Fenotipo Clínico II Organomegalia: particularmente, hepato-esplenomegalia Presencia de células espumosas. Dolor en abdomen agudo Riesgo de pancreatitis recurrente con evolución a crónica. Genética: El gen de la LPL, esta situado en el cromosoma 8p22.

Pancreatitis La teoría más extendida sostiene que la acción de la lipasa pancreática en un plasma con exceso de TG provoca la acumulación de ácidos grasos en el tejido pancreático. Estos, mediante la producción de radicales libres, dañan el páncreas tanto a nivel acinar como vascular  muerte celular por apoptosis.

Presentan tres motivos que interactúan con los factores de transcripción Oct 1, C/EBP (CAAT enhancer-binding protein) y Sp1, ubicado dentro de 100 pb upstream del sitio de inicio de la transcripción, donde se ha demostrado que es un sitio crítico para la actividad basal del promotor Fibratos y las  Tiazolidinas  (+) Gen LPL

Gen LPL y Mutaciones 1º Doble heterocigota 8p22

40 mutaciones 28 mutaciones con cambio de sentido asociadas con reducida o ausente actividad de LPL y una variante con actividad LPL normal, 7 sustituciones puntuales que causan un codon stops (sin sentido); 2 mutaciones en el marco de lectura; y aparte de las dos mutaciones descriptas originalmente, Pocas deleciones de 2, 3 y 6Kb 2 mutaciones en el sitio del splicing

G188E (40%) Localización de mutaciones con cambio de sentido en el gen LPL. Solo 5 de los 10 exones se muestran con detalle

DIAGNÓSTICO BIOQUIMICO Actividad de lipasa moles de glicerol/mL/hr: LPL Lipasa Extrahepatica Hepatica Normal Def. Normal Def. Hombre: 4-7 0.5 15.4 13.5 Mujer: 4-7.5 0.1 11.6 11.2

Diagnóstico [TG] de plasma  [quilomicrones]  Responde a la restricción en grasa < 20 g/día TG < 400 mg/dL Col < 250 mg/dL Medida actividad de LPL Capa blanca en plasma dejado a 4oC toda la noche.

Tratamiento: Resto de su vida: dieta restringuida en grasa. Pequeñas cantidades de AG esenciales. Se les suministró TG de cadena media(TGCM) puede ser bien tolerada. TGCM contiene solo 8-12 carbonos. Son transportado al hígado vía vena porta. Esto AGCM son captados por las células por transportador especifico CD36(FAT), no son reesterificados a triglicéridos, y, lo más importante, no son empaquetados en QM.

AG Saturados AG Insaturados Acetico 2 Monoinsaturados Propinoico 3(OCFA)iso-BCFA Butirico 4 Valerico 5(OCFA)iso-BCFA Caproico 6 Caprilico 8 Caprico 10 Laurico 12 Miristico 14 Palmitico 16(25%) Estearico 18(5%) Araquidónico 20 Lignocérico 24 AG Insaturados Monoinsaturados Palmitoleico 16 D9(ω7) Oleico 18D9(ω9) Erucico 22D13(ω9) Nervonico 24D15(ω9) Poliinsaturados Linoleico 18D9,12(ω6) α- linolenico 18 D9,12,15(ω3) (γ-D9,12,6(ω6)) Araquidonico 20 D5,10,11,14(ω6) Timnodonico 20 D5,8,11,14,17(ω3)EPA Clupanodonico 22 D7,10,13,16,19(ω3)DPA Cervonico 22 D4,7,10,13,16,19(ω3)DHA

Deficiencia Familiar de Apo CII

Historia 1978: Breckenridge y col. Informan el caso de un hombre de 59 años de edad que desde los 18 años había tenido dolor abdominal y había desarrollado diabetes mellitus y esteatorrea. Con una dieta baja en grasa sus triglicéridos descendían de 4000 a 1000 mg/dl. Al darle una transfusión por una anemia, observó que el defecto corregía, sugiriendo que un factor presente en el plasma estaba deficiente. Luego se comprobó que tenía un déficit de Apo CII.

GPIHBP1: glycosylphosphatidylinositol-anchored HDL-binding protein 1

Diferencia con Deficiencia de LPL: Se diferencia de deficiencia familiar de LPL en que: (1) los síntomas generalmente se desarrollan a una edad más avanzada (13-60 años) y (2) los individuos pueden desarrollar insuficiencia pancreática crónica con esteatorrea y diabetes mellitus dependiente de insulina.

Estructura del Gen Encontraron que el gen APOCII bandea en el cromosoma 19, la banda 19q13.3. Esta constituido por cuatro exones.

Tipos de Mutación Se han identificaron múltiples mutaciones de cambio de una base por otra que genera un codon stop y deleciones e inserciones que generan mutaciones en el marco de lectura en el gen APO CII

Diagnóstico: El diagnóstico se basa en la determinación de la concentración de apo C-II. Disminución de la actividad de LPL en ausencia de Apo CII y corrige a valores normales con la adición de Apo CII normal.

Tratamiento: El tratamiento es una dieta baja en grasas a lo largo de la vida. Infusiones de plasma rico de Apo CII