OSTEOGENESIS OSTEOGENESIS IMPERFECTAIMPERFECTA

Denise Castro Marília ErtelRachid Karam Rafael BonfáFabianeVargas Cláudio Alexandre

Fundação Faculdade Federal de Ciências Médicas de Porto Alegre

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

•Osteogenesis Imperfecta (OI) é uma desordem hereditária do tecido conjuntivo que afeta a estrutura e a função dos tecidos que contêm colágeno.

•Defeitos moleculares do colágeno tipo I as principais causas desta doença

•Amplo espectro de características clínicas

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO• É caracterizada por diminuição da

massa óssea, produzindo ossos frágeis

•Freqüentemente associada com:– esclera azul– anormalidades dentária

(Dentinogenesis Imperfecta)

– surdez pré-senil– história familiar positiva

•Inteligência é normal

HISTÓRICOHISTÓRICO

• 1000 a.C: Múmia egípcia• Século IX: “Ivan, o sem ossos”• 1715: P. Amand Primeira

descrição médica• 1831: Edmund Axmann Primeira

menção a esclera azul• 1849: Willem Vrolik

Denominação da OI• 1979: David Sillence

Classificação

EPIDEMIOLOGIAEPIDEMIOLOGIA

• Incidência: 1:21.000 a 1:50.000

nascidos

• OI-I é a mais freqüente (1:30.000)

• OI-II 1:60.000

• Na África, a forma mais freqüente

é OI-III com herança autossômica

recessiva

País

Ano deestabelecimentoda Sociedade de

OI

Número demembros

No de habitantes(milhões)

Estimativa do no

de pessoasportadoras de OI

Bélgica 1985 43 6.4 427Croácia 2000 60 5 333

Alemanha 1984 955 83.5 5569Dinamarca 1982 187 5.3 350

Espanha 1995 200 40 2667França 1985 595 60 4000

Reino Unido 1967 823 58.5 3899Itália 1984 830 57.5 3831

Noruega 1979 527 4.4 296Holanda 1983 316 15.6 1037Finlândia 1979 297 5 333

Suíça 1986 127 7.0 469Europa 1993 4960 348,2 23213Austrália 1996 192 18.3 1217

EUA 2000 1000 272,6 18176TOTAL 6152 639,1 42606

Fundação Européia de Osteogenesis Imperfecta. Última revisão 27 Fevereiro 2000

CLASSIFICAÇÃOCLASSIFICAÇÃO

• Classificação de Sillence, 1979 define 4 tipos de OI– OI tipo I– OI tipo II– OI tipo III– OI tipo IV

• Têm-se proposto um novo tipo de OI (OI tipo V)

• As exceções

OI tipo IOI tipo I

• Forma mais leve e mais comum

• Caracterizada por:– esclera azul permanente

– surdez prematura

– fragilidade óssea leve a moderada

– subdividida em:

A) dentes normais

B) Dentinogenesis Imperfecta

OI tipo IIOI tipo II

• Forma mais severa

• Letal perinatal

• Caracterizada por:– fraturas pré-natais

– membros pouco desenvolvidos e curvos

– extrema fragilidade óssea

OI tipo IIIOI tipo III

• Forma severa não-letal

• Caracterizada por:

– algumas fraturas ao nascimento

– deformidade progressiva severa

nos membros e coluna vertebral

– esclerótica azulada tende a

diminuir com a idade

OI tipo IVOI tipo IV

• Moderadamente severa

• Características similares à OI-I

• Esclerótica azulada diminui

progressivamente

• Também é subdividida em:A) dentes normais

B) Dentinogenesis Imperfecta

CLASSIFICAÇÃOTipo

Fragilidadeóssea

Escleraazul

Dentição anormal Perda auditiva Herança

I Leve Presente Ausente em IAPresente em IB

Presente namaioria

AD

I I Extrema PresentePresente emMuitos

Desconhecida AD / E

I I I SeveraAzulada

aonascer

Presente emmuitos

Alta incidência AR / AD

IV Variável AusenteAusente em IVAPresente em IVB

Alta incidência AD

COLÁGENOCOLÁGENO

• Proteína mais comum no mundo animal

• Colágeno tipo I é o mais abundante

• Principal proteína estrutural da matriz extracelular dos ossos, pele e tendões

• Forma 90% da matriz extracelular óssea

COLÁGENOCOLÁGENOESTRUTURA• Duas cadeias -1 e uma cadeia -2• Cada cadeia contém:

– pró-peptídios C-terminal e N-terminal

– domínio central composto de 338 repetições de Gly-X-Y, onde o X e o Y representam qualquer outro aminoácido que não a glicina

COLÁGENOCOLÁGENO

ESTRUTURA• Por ser o menor aminoácido, a

glicina é o único capaz de ocupar a posição axial da tripla hélice

• Qualquer alteração na glicina acarretará desorganização da estrutura do colágeno

COLÁGENOCOLÁGENO

SÍNTESE

• Processo intracelular complexo

para entrelaçamento das três

pró-cadeias

• Processo extracelular de

agrupamento de colágeno em

microfibrilas

COLÁGENOCOLÁGENO

• mRNA maduro é obtido pelo

splicing do mRNA

• mRNA maduro + Ribosomos:

síntese das pró-cadeias

• Terminais livres traduzidos

movem-se para o interior do RE-

rugoso

COLÁGENOCOLÁGENO• Peptídeos hidrofóbicos

sinalizadores no terminal amino são clivados:– Sinal para o início das modificações

pós-traducionais•Resíduos de prolinahidroxiprolina, pela

prolina hidroxilase

•Resíduos de lisinahidroxilisina, pela lisina hidroxilase

•Resíduos de hidroxilisina são glicosilados com galactose associada ou não a glicose

COLÁGENOCOLÁGENO

• Quando os últimos aminoácidos são incorporados, as pró-cadeias são liberadas dentro das cisternas do RE-rugoso

• 2 pró-cadeias -1 e 1 pró-cadeia -2 unem-se por seus pró-peptídeos C-terminais

• A estrutura é mantida por pontes dissulfídricas

COLÁGENOCOLÁGENO

• Modificações pós-traducionais continuam até que cada cadeia adquira por volta de 100 resíduos de hidroxiprolina

• Seqüências Gly-X-Y ricas em hidroxiprolina na posição C-terminal entrelaçam-se

• A região C-terminal torna-se núcleo para a auto-montagem da tripla hélice

COLÁGENOCOLÁGENO

• A conformação de tripla hélice em uma seqüência Gly-X-Y induz o entrelaçamento da próxima seqüência

• O resultado é a propagação como um zíper no sentido C-terminal para N-terminal

• A proteína passa para o Golgi onde é secretada

COLÁGENOCOLÁGENO

• Após a secreção, pró-colágeno é

processado a colágeno por

clivagem dos pró-peptídios N-

terminais e C-terminais por

proteases

• Por ser menos solúvel que o pró-

colágeno, o colágeno se agrega

formando as fibrilas.

COLÁGENOCOLÁGENO

• Oxidações dos resíduos amino da lisina e hidroxilisina pela lisina-oxidase possibilitam ligações covalentes cruzadas entre as cadeias de uma mesma molécula e de moléculas adjacentes conferindo a força tensil do colágeno

COLÁGENOCOLÁGENO

GENES

• Gene da pró-cadeia -1 (COL1A1):

banda 17q21.31-q22

• Gene da pró-cadeia -2 (COL1A2):

banda 7q22.1

PATOLOGIA PATOLOGIA MOLECULARMOLECULAR

MATRIZ EXTRACELULARMATRIZ EXTRACELULAR• Os animais secretam uma

complexa rede de proteínas e carboidratos, a MEC, criando um ambiente especial entre as células.

• A MEC é fundamental para ligar as células em tecidos.

• A MEC também propicia um meio por onde as células podem mover-se, particularmente durante os estágios iniciai da diferenciação.

Defeitos entre as conexões célula-MEC

levam a malformações congênitas, como

ocorre na OI

1. A glicina é o menor AA e, portanto, o único resíduo compacto o bastante

para adaptar-se perfeitamente à posição axial na formação da tripla

hélice

A substituição do resíduo de glicina por um AA maior é altamente

desorganizador da estrutura helicoidal da molécula de colágeno tipo I

GLICINA CISTEÍNA

2. A montagem das cadeias individuais na tripla hélice

começa na extremidade Carboxi-terminal e move-se em direção à

extremidade Amino-terminal

Portanto, mutações proximais à

região C-terminal da molécula

são mais desorganizadoras,

porque interferem mais cedo na

propagação da da hélice

3. As modificações pós-

traducionais do pró-colágeno

(hidroxilação da prolina e da lisina

e glicosilação das hidroxilisinas)

continuam em qualquer parte de

uma cadeia não montada na tripla

hélice

Portanto, quando a montagem da

hélice é diminuida por uma

mutação, as seções não montadas

das cadeias N-terminais ao defeito

são altamente modificadas,

reduzindo sua secreção e

contribuindo para sua instabilidade

4. Pacientes com substituições da glicina dentro dos domínios

das pró-cadeias 1 e 2 podem ter OI II, III ou IV. Estes

pacientes apresentam anomalias qualitativas e quantitativas.

O que determina o

fenótipo destes

pacientes?

Hipótese: gradiente de severidade fenotípica

Problema:

Há relatos onde a substituição da

glicina por serina nas posição 352

e 415 da pró-cadeia 1 pode

produzir o fenótipo de OI tipo II, III

e IV.

Como explicar?

• Evento causal ambiental, como um trauma que leve a uma fratura em uma criança durante o parto

• Loci modificadores• Relação com o sistema de

Controle de Qualidade da célula

O Sistema de Controle de Qualidade Pós-traducional

• A Chaperona molecular BiP , encontrada no RE, está ligada especificamente no pró-colágeno tipo I mutante

• Em experimentos onde inibiu-se a exportação protéica do RE, foi mostrado que pró-cadeias 1 danificadas irreversivelmente eram degradadas seletivamente dentro do próprio RE, provavelmente pelas proteases

4. A OI tipo I é uma anomalia

quantitativa, pois não é

detectável no citoplasma

nenhuma proteína mutante.

Mecanismo:

• Códons de parada prematuros

no gene COL1A1

• Deleção de todo ou de parte do

gene COL1A1

• Erros no splicing do RNAm

As mutações variam em seu tipo e local no gene, mas o resultado

funcional é o mesmo. Há uma haploinsuficiência do gene

COL1A1, já que este gene não apresenta expressividade, sendo

chamado de alelo nulo.

Resumindo:

• Na OI-I temos uma alteração quantitativa do colágeno tipo I

• Na OI II, III e IV há alteração qualitativas e quantitativas do colágeno tipo I

CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS CLÍNICASCLÍNICAS

OI tipo IOI tipo I• Fragilidade óssea sem

deformidades significativas• Estatura normal

– Raras fraturas no período neonatal– aumento das taxas de fratura na

infância– redução após puberdade– aumento após menopausa em

mulheres e após 60 anos em homens

OI-I; Pai e filho mostrando leve diminuição da estatura

OI tipo I

• Esclera azul por toda a vida

OI tipo IOI tipo I

• Aproximadamente metade dos pacientes com 50 anos tem PERDA AUDITIVA

• Inicia na 2ª - 3ª década e progride com o envelhecimento

• Usualmente é uma perda condutiva

• Idosos também apresentam perda neurossensorial

OI tipo IOI tipo I

• Envolvimento cardiovascular– prolapso mitral– insuficiência valvular aórtica– estenose aórtica

• Essas doenças são mais freqüentes em portadores de OI do que na população em geral ???

OI tipo IOI tipo I

• Dentinogenesis Imperfecta– algumas famílias com OI-I– entidade separada da OI com herança

autossômica dominante resultante de mutação no cromossomo 4q

– afeta somente os dentes– pior prognóstico (maiores taxas de

fraturas, deformidades do esqueleto e menor estatura)

OI tipo IOI tipo I

• Raio-X– osteopenia generalizada

– deformidades são resultado da angulação nos sítios de fraturas prévias

A B

OI tipo IIOI tipo II

• É a forma mais severa• Extrema fragilidade óssea • Morte intra-uterina ou no início

da infância• Além das anormalidades no

esqueleto está associada com alterações neuropatológicas

• Clínica e bioquimicamente heterogênio - 4 grupos

OI tipo IIOI tipo II

• Peso e altura ao nascer menor que o percentil 50

• Coxas fixas em rotação externa e abdução, tórax pequeno, membros curtos, angulados e curvos

• Escleras azuis

Feto portador de OI-II

OI tipo IIOI tipo II

• Ao raio X:– tórax pequeno com costelas

encurtadas, espessadas, com contornos ondulados (padrão em contas)

– fêmur largo e retangular com margens onduladas, haste curva

– tíbia angulada

OI tipo IIIOI tipo III

• Manifestações neonatais de fragilidade óssea e deformidades

• Usualmente não-letal

• Apresentam múltiplas fraturas desde o nascimento deformidades esqueléticas progressivas

• Crescimento longitudinal pobre

OI tipo IIIOI tipo III

• Esclera azul ao nascimento com diminuição progressiva da tonalidade

• Dentinogenesis Imperfecta na primeira dentição

• Disfunção progressiva e reparo da metáfise aparência similar à pipoca

Criança com 6 anos mostrando severo nanismo, deformidades dos membros superiores e inferiores

Deformidades em pipoca nas regiões de metáfises do fêmur e tíbia

OI tipo IVOI tipo IV

• Início pós-natal de fraturas

• Deformidade óssea leve

• Perda auditiva precoce

• Tonalidade azulada da esclera diminui progressivamente (todos os adultos têm esclera normal)

• Apresentam menor estatura que portadores de OI-I

OI tipo IVOI tipo IV

• Dentinogenesis Imperfecta é observada em algumas famílias sugerindo que a OI-IV, assim como a OI-I deva ser dividida em 2 subgrupos: A (dentes normais) e B (dentina opalescente) - forma mais severa

Paciente com 2 anos, portadora

de OI-IV com membros inferiores levemente curvados

EXPRESSIVIDADE E EXPRESSIVIDADE E PENETRÂNCIAPENETRÂNCIA

• PENETRÂNCIA define a probabilidade de um gene ter expressão fenotípica

• EXPRESSIVIDADE grau do efeito exercido pelo gene no fenótipo

EXPRESSIVIDADE E EXPRESSIVIDADE E PENETRÂNCIAPENETRÂNCIA

Variabilidade clínica entre os

tipos de OI dentro de um

mesmo tipo com os mesmos

defeitos moleculares é um

fenômeno bem conhecido

EXPRESSIVIDADE E EXPRESSIVIDADE E PENETRÂNCIAPENETRÂNCIA

Na OI-I a penetrância para fraturas é de 90% e para esclera azul de 100%. A penetrância para perda auditiva é de 43% e existe clara

correlação com a idade e a progressão da perda auditiva

A maioria das mutações

implicadas na OI são

autossômicas dominantes

HERANÇA GENÉTICAHERANÇA GENÉTICA

• A OI ilustra a complexidade genética resultante de mutações que alteram proteínas estruturais, sobretudo quando compostas de múltiplas subunidades diferentes

• As mutações que ocorrem em um dos alelos e que levam a mudanças estruturais na proteína reduzindo a contribuição do alelo normal são ditas mutações dominantes negativas

• É fundamental o entendimento da relação estequiométrica do colágeno tipo I:

2pró-cadeias 1 : 1pró-cadeia 2

OI tipo I

• Herança dominante• Fenótipo relativamente leve,

concordando com o fato de que, embora apenas metade do número de moléculas seja produzida, elas são estruturalmente normais (defeito quantitativo)

• Há, portanto, uma haploinsuficiência, pois um dos alelos é nulo (alelo nulo)

OI tipo II, III, e IV(mutação na 1)

• Se uma pró-cadeia 1 for anormal, três de cada quatro moléculas do colágeno tipo I terão pelo menos uma cadeia anormal (mutação dominante negativa)

• Portanto, o efeito do alelo mutante é ampliado por causa da natureza polimérica da molécula do colágeno

• Defeito qualitativo e quantitativo

OI tipo II, III e IV(mutação em 2)

• Se uma pró-cadeia 2 for

defeituosa, uma de duas

moléculas será afetada. É também

uma mutação dominante negativa

• Também é um defeito qualitativo e

quantitativo.

Alguns pontos sobre OI-II:Alguns pontos sobre OI-II:

• A maioria dos bebês com OI tipo II tem uma mutação dominante nova;

• Em algumas famílias, mais de uma criança é afetada com a doença. Recentemente reconheceu-se mosaicismo parental que afeta a linhagem germinativa além de alguns tecidos somáticos.

Alguns pontos sobre OI-III:Alguns pontos sobre OI-III: • Na maioria, a herança é dominante• Existem provas de uma forma rara

de herança autossômica recessiva, principalmente entre negros africanos

• Nestes pacientes não foi identificado defeitos nas pró-cadeias 1 e 2.

• Dissomia uniparental materna foi relatada em um caso

Alguns pontos sobre OI-IV:Alguns pontos sobre OI-IV:

• É uma herança autossômica

dominânte.

• A OI-IV é mais freqüentemente

ligada a mutação no gene

COL1A2.

Resumindo:Resumindo:

Em doenças com mutações dominante negativas, como a OI, é melhor ter uma mutação que resulte em ausência do

produto gênico (alelo nulo) do que uma mutação causadora

de um produto gênico anormal

DIAGNÓSTICODIAGNÓSTICO

• Geralmente feito com base clínica– fraturas e deformidades ósseas

– esclera azul

– Dentinogenesis Imperfecta

– história familiar positiva

• Devem ser excluídas outras causas de fraturas patológicas

DIAGNÓSTICODIAGNÓSTICO

• Raio X do esqueleto– diminuição da densidade óssea

– fraturas

– calos de consolidação

– deformidades

• Densitometria óssea– diminuição da densidade óssea

DIAGNÓSTICODIAGNÓSTICO

• Análise molecular

– Cultura de fibroblastos da derme:

obtenção de colágeno para estudo

molecular

– Eletroforese (SDS-PAGE): padrão de

migração lenta

– Seqüenciamento: determinação da

mutação

DIAGNÓSTICO PRÉ-NATALDIAGNÓSTICO PRÉ-NATAL

MÉTODOS

• Ultrassonografia

• Biópsia de vilosidades coriônicas

• Amniocentese

• Diagnóstico pré-implantação

DIAGNÓSTICO PRÉ-NATALDIAGNÓSTICO PRÉ-NATAL

ULTRASSONOGRAFIA

• 17a semana gestacional

• Baixa ecogeneidade de todos os ossos

• Movimentos severamente limitados

• Posicionamento anormal de membros inferiores

DIAGNÓSTICO PRÉ-NATALDIAGNÓSTICO PRÉ-NATAL

BIÓPSIA DE VILOSIDADES CORIÔNICAS

• 10a a 12a semanas gestacionais

• Vilos apresentam grande quantidade de colágeno para estudo

• Resultados em 3 a 5 dias

• Método de escolha para o dignóstico pré-natal

DIAGNÓSTICO PRÉ-NATALDIAGNÓSTICO PRÉ-NATAL

DIAGNÓSTICO PRÉ-IMPLANTAÇÃO

• Material de fertilização in vitro

• Mutação já conhecida no

progenitor afetado

• Diagnóstico por PCR e eletroforese

• Diagnóstico mais precoce

ACONSELHAMENTO ACONSELHAMENTO GENÉTICOGENÉTICO

• OI-I herança autossômica dominante– normal + afetado 50% de

recorrência

– ambos pais afetados 75% de recorrência

ACONSELHAMENTO ACONSELHAMENTO GENÉTICOGENÉTICO

• OI-II risco de recorrência de 8,6%– mutação dominante

constitucional nova

– mosaicismo de células germinativas

– autossômica recessiva (rara)

ACONSELHAMENTO ACONSELHAMENTO GENÉTICOGENÉTICO

• OI-III

– mosaicismo parental 7%

– autossômica dominante 50 a

75%

– autossômica recessiva 25%

ACONSELHAMENTO ACONSELHAMENTO GENÉTICOGENÉTICO

• OI-IV herança autossômica dominante– normal + afetado 50% de

recorrência

– ambos pais afetados 75% de recorrência

TRATAMENTOTRATAMENTO

MEDIDAS GERAIS• Tratamento médico tem sido

largamente inefetivo em alterar o curso da doença

• O parto deve ser realizado da maneira menos traumática possível cesariana

• Menor tempo possível de imobilização evitar aparelhos gessados

• Iniciar fisioterapia precocemente

TRATAMENTOTRATAMENTO

MEDIDAS GERAIS• Inserção de haste intramedular

em ossos longos para prevenir e corrigir fraturas e deformidades

• Suporte emocional para pacientes e pais

• Manutenção do peso ideal obesidade implica aumento do risco para fraturas

TRATAMENTOTRATAMENTO

MEDICAÇÕES• Hormônio do crescimento

• Estrógenos ou andrógenos

• Fluoreto de sódio

• Óxido de magnésio

• Calcitonina

• Vitamina D

• Pamidronato

TRATAMENTOTRATAMENTOPAMIDRONATO• Usado e m infusões cíclicas• Melhora densidade mineral

óssea• Diminui as taxas de fratura• Efeitos colaterais:

hipersensibilidade• Não se sabe dos potenciais

efeitos adversos a longo prazo

TRATAMENTOTRATAMENTO

TERAPIA GÊNICA• Pode ser utilizada na OI-II, III e

IV• Estratégias:

– Reposição celular por transplante de Medula Óssea

– Supressão antissense

• Ainda está em fase de desenvolvimento

HERANÇA DOMINANTE

Produto do gene defeituoso interfere com função do produto do alelo

normal

REPOSIÇÃO CELULAR SUPRESSÃO ANTISSENSE

Transplante de oligonucleotídeos ribozimas

Medula Óssea com células normais RNA RNA

RNAseH digere RNA/DNA Objetivo: células normais para normalizar a função do tecido.

Objetivo: anular a função do alelo mutante para mimetizar a situação do alelo nulo.

PROGNÓSTICOPROGNÓSTICO

• Varia de acordo com o número e severidade dos sintomas

• Estatura média dos portadores de OI está abaixo da média de seus parentes de primeiro grau não afetados

• Expectativa de vida varia de acordo com o tipo de OI

PROGNÓSTICOPROGNÓSTICO

EXPECTATIVA DE VIDA

• Tipo IA semelhante a população em geral

• Tipos IB e IV redução modesta

• Tipo II morte pré ou perinatal

• Tipo III redução importante

PROGNÓSTICOPROGNÓSTICO

CAUSAS DE MORTE

• Formas leves morte por doenças não relacionadas com a OI

• Formas severas morte por falência cardíaca e limitação respiratória devidas a cifoescoliose

• Hemorragia fragilidade vascular