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

NOMENCLATURA1910 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 May, 2008

NOMENCLATURA CIENTÍFICA: (A3)6 GLU VAL

CLASIFICACIÓNSe pueden clasificar en unos pocos grupos:-Hbs que causan serios problemas de salud: Ejemplo la Hb Sen poblaciones de origen africano o la Hb E en poblacionesdel sudeste asiático. El propósito es doble: diagnósticoclínico y asesoramiento genético.

-Variantes menos comunes, pero que se encuentran en poblaciones donde hay una variante presente Por ej. la HbC, 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 celldisease syndrome.

CLASIFICACIÓNOtro grupo son las variantes raras que causan desórdenes hematológicos:Incluye a las hemoglobinas inestables que llevan anemia hemolítica crónicaVariantes con afinidad aumentada por el oxígeno que conducen a eritrocitosisVariantes con afinidad disminuida por el oxígenoanemia y cianosis HbM (metahemoglobinemia).

DISTRIBUCIÓN DE LA MALARIA EN EL MUNDO.

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).

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 En Rosario, 5/1500

cordones.( 0,33%)

Alteración genética

Alteración molecular

Alteración en la

funciónSust. en una base

Sust. de un AA

Hb S

Sust. en dos bases

Sust de dos AA

Hb C Harlem

Mut.Codón stop

Elongación de cadena

Hb CSp

DelecionesAcortamiento de cadena

Hbs Inestables

Fusión de genes

Cadenas híbridas

Hb lepore, antilepore, Kenia

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

HERENCIA MENDELIANA.

50% HIJOS SON PORTADORES

50% HIJOS SON PORTAD, 25 SANOS Y 25 ENFERMOS

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”

Cuando se desoxigena polimeriza

Cada polímero está formado por tetrámeros de desoxihemoglobinaS que se disponen formando haces longitudinales que se unen entre sí

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

Clínica

POLIMERIZACIÓN S-FENÓMENO DE VASOOCLUSIÓN

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

Un % de los drepanocitos se vuelven irreversibles.

La polimerización va acompañada de aumento a la perm. al K y al Ca

FISIOPATOLOGÍA

PROCESO HEMLÍTICOINTRAVASCULAR : 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.

CLÍNICAPortador (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 (1-4 AÑOS)Anemia hemolítica crónica moderada, hiperesplenismo, con complicaciones vasooclusivas de carácter local que llevan a la autoesplenectomía.

HEMOGLOBINA SFASE 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 SFASE 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, drepanocitosreversibles y drepanocitos irreversibles, C de H. Jolly.

TEST DE SOLUBILIDADSol. 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

Citrato agar

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.

(-)

(+)

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, MUYFRECUENTE DISTRIBUIDASPOR MUCHAS ÁREAS DE LAGEOGRAFÍA MUNDIAL,ESPECIALMENTE EN ELSUDESTE ASIÁTICO.

•E/E: INTENSA MICROCITOSIS,HIPOCROMIA, ANEMIA LEVE,INDISTINGUIBLE DE UNSINDROME 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

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

HEMOGLOBINAS INESTABLES

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 AA-ELONGACIÓN

•SUSTITUCIONES POR PROLINA.

MECANISMO DE FORMACIÓN DE CUERPOS DE HEINZ.

Hb- O2

MetaHbDisociacion αβ

Desheminación

Inestabilidad

Hemicromos. R

Hemicromos. I

Precipitación

Cuerpos de Heinz hemólisis

O2- H2O2

H2O

Catalasa

SOD

La presentación lo sugiere:

•Anemia hemolítica regenerativa(aumento de reticulocitos)

•Hallazgo de Heinz bodies en los extendidos de sangre periférica , estéril, incubada 24h , y luegoteñida con coloración supravital sugiere el diagnóstico. (Recordar que no son patognomónicos, aparecen en eritroenzimopatías, exposición a variasclases de agentes químicos, etc.)

HEMOGLOBINAS INTESTABLES

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 Hammersmith

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 HbHdisease

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

Algunos modelos de hemoglobinas inestables

HEMOGLOBINAS CON AFINIDAD ALTERADA POR EL O2

HERENCIA

AUTOSÓMICA DOMINANTE. AFECTADOS SON HETEROCIGOTAS.

•AUMENTO DE AFINIDAD: ERITROCITOSIS (FAMILIAR) NO SON HEMOLÍTICAS.

La curva se deplaza hacia la izquierdaalejándose el P50 st de sus valoresnormales: 27±2mm Hg,

Hay mas de 200 variantesdescriptas. En 1/3 de ellas elaumento de la afinidad es elresponsable de la eritrocitosiscompensatoria.

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 CON AFINIDAD ALTERADA POR EL O2

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.(NADH-diaforasa)

HEMOGLOBINAS M

HEMOGLOBINAS MSe deben distinguir dos tipos de metahemoglobinemias.

1. La hemoglobina normal es oxidada a metahemoglobina.1. Agentes tóxicos: nitritos. Medicamentos: sulfonas2. 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 Bostonα58 (E7) His->Tyr

( 1 or 2)cyanosis starts at birth and remains at a constant level. Well

tolerated

Hb M-Iwateα87 (F8) His->Tyr (

1 or 2)cyanosis starts at birth and remains at a constant level. Well

tolerated

Hb M Saskatoon β63 (E7) His ->Tyr

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

Hb M-Hyde Park 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-OsakaγG 63 (E7) His-

>TyrCyanosis 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

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 485-500nm.

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ELECTROFORESIS CAPILARHPLCHPLC/MASA