Avaliação da actividade enzimática da cadeia respiratória mitocondrial na esclerose múltipla

Abstract

Multiple sclerosis is a neurological, autoimmune disorder of the Central Nervous System, which involves the immune system. It is characterized by demyelisation and neurodegeneration. Major pathological characteristics include the loss of oligodendrocytes, demyelisation and neuroaxonal depletion in association with inflammation and possibly mitochondrial dysfunction. Onset of multiple sclerosis typically occurs during early adulthood and can develop in an episodic fashion with phases without clinical manifestations followed by clinical disease called “relapsing-remitting” multiple sclerosis. Over time, patients may develop chronic lesions that promote irreversible axonal injury, resulting in a secondary progressive multiple sclerosis. This phase is characterized by minimal or no intermittent recovery. Clinical presentation of multiple sclerosis is heterogeneous, principal symptoms include impaired vision, extreme fatigue, spasms and paralysis of a variety of muscles. Multiple sclerosis affects more than 2 million people all over the world. Several authors refer multiple sclerosis as an inflammatory autoimmune disease mediated by specific T-cells sensitization against putative myelin antigens of the Central Nervous System. Immune-mediated loss of myelin and mitochondrial dysfunction have been also associated with the disease. The present work focuses on the functional involvement of mitochondrion, particularly the process of oxidative phosphorylation, on the development of multiple sclerosis lesions. That intracellular organelle plays a central role in the energy metabolism and homeostasis of the cell. Mitochondrial respiratory chain dysfunctionmay be a cause or a consequence of mitochondrion lesions, such as mitochondrial DNA, protein or lipids oxidation or even mitochondrial pore transition impairment, which has been associated with neurodegeneration and cell death. The main goals of this work are: i) analyse the involvement of the mitochondrial respiratory chain in multiple sclerosis ii) investigate the correlation of these data with mtDNA molecular genetics studies. This work involves the spectrophotometric evaluation of the enzymatic activity of the mitochondrial respiratory chain complexes II, III and IV, as well as the mitochondrial marker citrate synthase, in isolated lymphocytes from peripheral blood from multiple sclerosis patients followed in Neurology Department of the Hospitais da Universidade de Coimbra and a control group without any known degenerative disease. The results obtained put in evidence an impairment of oxidative phosphorylation, particularly in complex IV, in 48% of the patients affected with multiple sclerosis investigated. Biochemical data were analysed in correlation with genetic information available in our laboratory, for the same patients. It was observed that there is no association with mitochondrial genome haplogroups, but we have found a statistically significant difference for the correlation of mitochondrial respiratory chain deficiencies, with mtDNA alterations found in patients groups. Our data suggest that mtDNA and mitochondrial dysfunction play an important role in pathogenesis of multiple sclerosis, supporting some results available in literature and giving a novel contribution concerning mitochondrial respiratory chain complexes activity in cells derived from patients affected with that pathology.

A Esclerose Múltipla é uma doença do Sistema Nervoso Central, que envolve o sistema imunitário e que se caracteriza por desmielinização e neurodegenerescência. As principais características neuropatológicas são a perda de oligodendrócitos, desmielinização, diminuição neuroaxonal associada à inflamação e, possivelmente, à disfunção mitocondrial. O início da doença ocorre geralmente no início da vida adulta e o curso da doença agrava-se com o tempo, podendo ocorrer períodos sem manifestações clínicas (remissões), que alternam com surtos da doença (exarcerbações), que se denomina por relapsing-remitting. Com o decorrer do tempo, os doentes podem desenvolver lesões crónicas, que promovem a lesão axonal irreversível, daqui resultando que a fase relapsing-remitting evolui para uma fase secundária progressiva, que é caracterizada por não haver recuperação ou recuperação mínima. A apresentação clínica é heterogénea, os principais sintomas incluem alteração da visão, fadiga extrema, espasmos e paralisia de vários músculos. Esta doença afecta mais de dois milhões de pessoas em todo o mundo. É geralmente aceite na literatura que a Esclerose Múltipla é uma doença inflamatória auto-imune, mediada por células T específicas, que reagem contra a mielina do Sistema Nervosos Central, levando à sua perda, que, em conjunto com a disfunção mitocondrial poderá estar na origem da doença. O presente trabalho foca-se no envolvimento funcional da mitocôndria, em particular do processo de fosforilação oxidativa, no desenvolvimento das lesões nesta doença, uma vez que este organelo intracelular desempenha um papel central no metabolismo energético e na homeostase da célula. A disfunção da cadeia respiratória mitocondrial poderá ser a causa ou a consequência de lesões na mitocôndria, tais comoa oxidação de DNA mitocondrial, de proteínas e lípidos, ou alterações ao nível do poro de transição mitocondrial, um fenómeno que tem sido associado à neurodegenerescência e morte celular. Os objectivos deste estudo são: i) analisar o envolvimento da disfunção da cadeia respiratória mitocondrial na Esclerose Múltipla; ii) investigar a correlação destes dados com os estudos de genética molecular do mtDNA. O presente trabalho envolve a avaliação espectrofométrica da actividade enzimática dos complexos II, III e IV da cadeia respiratória mitocondrial, bem como da enzima marcadora mitocondrial citrato sintetase, em linfócitos isolados a partir de sangue periférico, proveniente de doentes, afectados com Esclerose Múltipla, seguidos no Serviço de Neurologia dos Hospitais da Universidade de Coimbra, em comparação com um grupo controlo. Os resultados obtidos evidenciam um défice da fosforilação oxidativa em 48% dos doentes com esclerose múltipla investigados, maioritariamente do complexo IV. Os dados bioquímicos foram analisados em correlação com a informação genética existentes no laboratório, para os mesmos doentes. Verificou-se que não há associação com os haplogrupos do gene mitocondrial, mas encontrámos uma diferença estatisticamente significativa para a correlação dos défices da cadeia respiratória mitocondrial com as alterações do mtDNA investigadas no grupo dos doentes. Os nossos dados sugerem que o mtDNA e a disfunção mitocondrial desempenham um papel importante na patogenia de esclerose múltipla, reforçando alguns dados já existentes na literatura e dando um novo contributo no que diz respeito à actividade dos complexos da cadeia respiratória mitocondrial em células de doentes com aquela patologia.