DNA
mitocondrial
DNA mitocondrial é um tipo de DNA existente nas
mitocôndrias e de herança quase exclusivamente materna. Corresponde
a cerca de 1-2% de DNA celular e codifica 37 genes.
Mitocôndrias são organelos celulares existentes no
citoplasma em número de várias centenas. As mitocôndrias são os
organelos onde, pelo metabolismo da glicose, a célula produz ATP e
assim a energia de que necessita.
DNA mitocondrial é um tipo de DNA, existente nas
mitocôndrias, único e em forma de anel, capaz de codificar 13
proteínas, vários ácidos ribonucleicos e enzimas. As doenças
mitocôndriais podem ser causadas por alteração do DNA mitocondrial
ou nuclear. Também as proteínas mitocôndriais podem ser
codificadas por genes mitocôndriais ( cerca de 10% ) ou nucleares (
mais de 90% das proteínas ).
Tecidos com alta produção de energia ,como coração,
músculos ou cérebro, apresentam um maior risco de alteração de
função decorrente de anormalidades ao nível das mitocôndrias.
Dada a herança do DNA mitocôndrial ser exclusivamente
materna ( actualmente aceita-se que em excepcionais ocasiões foi
encontrado herança paterna ), todos os descendentes de uma mulher
podem estar em risco de herdar a anormalidade mas nenhum descendente
de um homem com a anormalidade mitocôndrial sofre esse risco de
herança.
No Homem há apenas um caso descrito de DNA mitocôndrial
herdado do pai.
O DNA mitocôndrial é uma dupla cadeia circular em que
uma cadeia é rica em guanina, chamada cadeia H ou pesada, e uma
cadeia rica em citosina, denominada cadeia L ou leve. A cadeia H
codifica 28 genes, enquanto a cadeia L codifica 9 genes. São assim
codificados 37 genes sendo que 13 genes codificam proteínas enquanto
22 genes codificam RNA transportador ( tRNA ). Dois genes são usados
na constituição do RNA ribosomal ( rRNA ).
As mitocôndrias declinam a sua função com o
envelhecer do organismo. As oleoginosas, sendo ricas em gorduras
“boas”, favorecem a função mitocôndrial. Com o envelhecimento,
há um declínio da função mitocôndrial e diminuição da
oxidação, havendo assim maior lesão do DNA celular. Há
simultaneamente declínio de NAD+ com a idade, substracto este que
facilita a oxidação mitocôndrial no ciclo de Krebs.
Reposição de NAD+ na mitocôndria pode atrasar a
progressão das doenças como o cancro e atrasar o envelhecimento.
Outras actitudes também beneficiam a função da mitocôndria como:
- uma boa noite de sono
- exercício físico ( um atleta tem até mais 50% de mitocôndrias nas células do organismo, principalmente no coração )
- alimentação pobre em açúcar e rica em gorduras “boas”
- níveis hormonais equilibrados
- concentrações vitamínicas séricas ideais, particularmente vitamina D e A
- concentração de minerais ideal, particularmente magnésio
- alimentação rica em proteínas, especialmente as que apresentam lisina, capaz de aumentar a concentração de l-carnitina
Na formação dos ovócitos, a separação das
mitocôndrias não segue nenhuma regra ( segregação mitótica )
conhecida, pelo que podem ser formados ovócitos com mitocôndrias
com mais DNA mutado, em que o feto irá ter doença generalizada com
fenótipo pior, ou ovócitos com uma quantidade de mitocôndrias
menor com menos DNA mutado e logo um feto com doença mais restrita e
fenótipo mais atenuado.
As doenças mitocondriais involvem-se nas doenças
degenerativas e muito frequentemente também em doenças neoplásicas.
As doenças degenerativas mitocondriais relacionam-se
com perda de função a nível celular e orgânica levando a doenças
por intoxicação, com danos celulares tóxicos, ou por deficiência
energética celular.
Tecidos com menor necessidade de energia e em que
mutações de DNA mitocondrial surgem, podem ser assintomáticos. Já
se aquelas mutações se apresentarem em tecidos que usam muita
energia, como cérebro ou músculos, a sintomatologia pode ser grave,
daí que muitas patologias mitocondriais sejam encefalomiopatias. A
patologia é tanto mais grave quanto maior a heteroplasmia, ou seja,
maior a percentagem de DNA mitocondrial mutado
O DNA mitocondrial é herdado apenas da mãe. O
desaparecimento do DNA mitocondrial paterno deve-se a uma enzima
responsável pela degradação do DNA em mitocôndrias paternas. Foi
denominado de enzima CPS-6 a enzima responsável por esta degradação
das mitocôndrias paternas. As mitocôndrias paternas libertam a
CPS-6. Após a fecundação do óvulo pelo espermatozóide, a
membrana das mitocôndrias dos espermatozóides perdem a sua
integridade libertando a enzima CPS-6 que passando para a matriz
mitocondrial desencadeiam processos que originam a degradação do
material genético bem como de todo o organelo. A CPS-6 libertada
pelas mitocôndrias paternas age conjuntamente com as enzimas de
origem materna funcionando como enzimas que degradam as proteínas.
Quando o espermatozóide não possui CPS-6, o processo
de degradação mitocondrial paterno é mais lento e a morte do ovo
recém formado tem maior probabilidade de acontecer.
De referir que as mutações no DNA mitocondrial têm
grande probabilidade de não serem herança materna mas sim de origem
em mutação nova presente apenas no feto.
- homoplasmia: genoma mitocondrial todo idêntico, seja mutado ou não mutado
- heteroplasmia: genoma mitocondrial com genes mutados e não mutados
Consoante a mutação seja de aumento ou diminuição de
produção de energia, as patologias mitocondriais serão de mais ou
menos danificadas. Num doente homoplásmico, essa redução ou
diminuição é mais acentuada. Num doente heteroplásmico, o
resultado da alteração de produção de energia, e assim do dano na
célula, é resultante da soma do aumento e diminuição da produção
de energia resultantes das mutações que ocorrerem.
Os órgãos mais afectados pelas mitocondriopatias são
os que mais necessitam de energia e são nomeadamente cérebro,
músculos, coração e fígado.
A função mitocondrial é beneficiada pela ingestão de
gorduras boas existentes nas oleoginosas. O envelhecimento leva a uma
diminuição da função mitocondrial com diminuição de oxidação,
e assim de produção de energia pelas mitocôndrias com lesão de
DNA celular. Com o envelhecimento também se verifica uma diminuição
do NAD+ fundamental para a oxidação mitocondrial no ciclo de Krebs.
A reposição de NAD+ pode retardar a progressão de patologias como
cancro e retardar o envelhecimento.
Os mecanismos de herança do DNA mitocondrial ( mtDNA )
incluem um óvulo com, em média, 200000 moléculas de mtDNA,
enquanto que um espermatozóide humano saudável tem, em média, 5
moléculas. A degradação do mtDNA ocorre nos espermatozóides ainda
estando estes no tracto genital masculino; nos óvulos fertilizados e
em alguns organismos a degradação do mtDNA ocorre quando se
verifica falha de entrada de mtDNA no esperma do ovo. Foi verificado
que as mitocôndrias de espermatozóides são ubiquitinadas e são
depois degradadas nos proteosomas.
Herança mitocondrial masculina em humanos apenas foi
verificada num único caso.
Como qualquer DNA, o mtDNA é uma dupla hélice formada
por 2 cadeias, sendo uma cadeia pesada, cadeia H rica em guanina, e
uma cadeia leve, cadeia L , rica em citosina. A cadeia H codifica 28
genes, enquanto que são codificados 9 genes pela cadeia L,
totalizando 37 genes, sendo que 13 destes genes codificam proteínas
e 22 desses genes codificam tRNA. As subunidades pequena e grande do
rRNA são codificadas pelos restantes 2 genes do mtDNA.
Taxa de mutação:
taxa de mutação do mtDNA é de
3-2.7x10⁻⁵ /
base / geração de 20 anos
A taxa de mutação do mtDNA é significativamente
superior à taxa de mutação do genoma humano, que é de
2.5x10⁻⁸/base/geração.
A taxa de mutação
do genoma humano inteiro é da ordem de 1.1x10⁻⁸/base/geração.
Factores que
influenciam a taxa de mutação incluem o tipo de amostra, região do
genoma e período de tempo analizado.
DII associa-se a
aumentado risco de carcinoma colorrectal. Este risco aumentado,
relaciona-se com o stress oxidativo que acompanha o processo
inflamatório crónico que se observa existir no intestino destes
pacientes.
O stress oxidativo
pode causar danos no DNA que são cumulativos, directa ou
indirectamente, esta através de peroxidação lipídica. A resposta
antioxidante e os mecanismos de reparação de DNA podem ser
comprometidos pelo stress oxidativo. Estes vários processos
contribuem para a mutagénese no intestino e assim à carcinogénese
que se associa às DII.
Risco aumentado de
neoplasia colorrectal em doentes com doença de Crohn, ainda que
quase nulo, está ligado a duração da doença, idade precoce de
início da patologia e presença de displasia bem como estenose ou
derivações intestinais com exclusão de segmentos. A maior duração
e extensão da doença serem factores que se relacionam positivamente
com risco aumentado de cancro colorrectal está de acordo com o facto
de este risco ser devido à inflamação existente.
A metilação dos
genes e seu silenciamento por essa metilação é um fenómeno
epigenético implicado no cancro colorrectal, seja esporádico seja
secundário às DII.
Num processo
inflamatório, as células inflamatórias libertam altas quantidades
de espécies reactivas de oxigénio ou de nitrogéneo entre outras
substâncias que podem ser tóxicas. Estes radicais livres têm além
de capacidades inflamatórias, também são um mecanismo importante
de dano oxidativo de DNA. Entre estas substâncias tóxicas são de
destacar o óxido nítrico, peróxido de hidrogéneo, radicais
hidroxilos, aniões superóxido e peroxinitrito.
Indivíduos
homozigóticos para a variante de cisteína apresentam maior
instabilidade cromossómica, menores indícios de reposição de
8-OHdG e grande sensibilidade à inactivação da enzima por parte de
agentes oxidativos. Desta forma, pacientes com este polimorfismo no
gene OGG1 quando sujeitos a condições inflamatórias e de grande
stress oxidativo, como acontece nas DII, podem sofrer mutações de
forma mais fácil e assim haver um risco de desenvolvimento
neoplásico aumentado.
O α-TNF pode ter
efeito indirecto como mutagéneo através da produção aumentada de
elementos reactivos de oxigéneo.
Mutações no mtDNA
também se verificam, sendo que estas mutações perpétuam o stress
oxidativo causando ciclo vicioso em que a molécula de mtDNA é
danificada pelo stress oxidativo e a molécula de mtDNA gera maiores
quantidades de espécies reactivas com aumento do risco de alterações
do DNA nuclear
