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Arch.Latin.Nefr.Ped. 2002; 2(3)
ENFERMEDADES HEREDITARIAS RELACIONADAS
CON DEFECTOS GENÉTICOS DEL
TRANSPORTE TUBULAR RENAL
Dra. Cristina Ibarra*
La nefrona representa la última “barrera”
entre el medio interior y el exterior y es la
encargada de reabsorber, a partir del filtrado
glomerular, todas las sustancias que el organismo debe conservar para mantener la homeostasis del medio interior. Los túbulos renales no
sólo absorben las sustancias que requieren para
su metabolismo sino que también secretan los
residuos desechables de manera tal que la orina
constituye un reflejo fiel de la homeostasis del
organismo.
En este punto es importante establecer una
distinción entre la eliminación de una cantidad
excesiva de sustancia por la orina, consecutiva a
una producción exagerada por el organismo, o la
resultante de la imposibilidad de la nefrona de
reabsorberla por anomalías relacionadas con su
capacidad de transporte.
En este último caso podemos hablar de
tubulopatías asociadas directa o indirectamente a
los sistemas de transporte de los túbulos renales.
Las anomalías directamente asociadas a los mecanismos de transporte tubular pueden representar
una anomalía primaria del transporte tubular, casi
siempre hereditaria, o ser la consecuencia de un
trastorno secundario a otras enfermedades o a
administración de fármacos o tóxicos.
En los últimos años se han desarrollado importante avances en el conocimiento de los mecanismos implicados en las enfermedades hereditarias relacionadas con anomalías tubulares
renales. Estos avances fueron el resultado de la
aplicación conjunta de la biología molecular y la
fisiología al estudio de los sistemas de transporte
* Profesora Adjunta del Departamento de Fisiología, Facultad de
Medicina, Universidad de Buenos Aires. Investigadora Independiente del CONICET. E-mail: [email protected]
presentes en la nefrona.
En este capítulo nos hemos concentrado en
aquellas tubulopatías hereditarias en las que se
conocen las alteraciones del gen, su implicancia
en la correspondiente proteína de transporte, la
fisiopatología resultante y sus consecuencias clínicas.
El propósito es describir los avances que se
han realizado en la comprensión de tubulopatías
hereditarias a fin de mostrar que esos conocimientos servirán para desarrollar nuevas terapias
génicas para el tratamiento de patologías renales.
ALTERACIONES EN LA
NEFRONA PROXIMAL
Cistinuria
La cistinuria es un trastorno autosómico recesivo con una prevalencia promedio de 1/7.000
nacimientos. La enfermedad es causada por un
defecto en el transporte de cistina y aminoácidos
dibásicos (ornitina, arginina y lisina) a través de
la membrana apical de túbulos proximales renal
(Figura 1) y células epiteliales del yeyuno intestinal. La cistina no reabsorbida precipita debido
a su baja solubilidad y forma cálculos renales que
producen obstrucción, infección y finalmente
insuficiencia renal. La cistinuria representa el 12% de las litiasis renales en adultos y el 6-8% en
niños. De acuerdo a su fenotipo, se clasifican en
tipo I y tipo no-I. Los heterocigotos tipo I son
silenciosos mientras que los heterocigotos tipo
no-I presentan intensidades variables en la excreción de cistina y aminoácidos dibásicos. Los
pacientes que excretan mas de 1000 µmol de
cistina por gramo de creatinina se consideran
homocigotos.
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Figura 1
Mecanismo de transporte de diferentes aminoácidos
a través del túbulo proximal renal
La reabsorción de aminoácidos básicos
(AA+) se produce a través de dos sistemas
de transporte heteromérico (b0,+) e (Y+,L)
ubicados en la membrana apical y
basolateral, respectivamente. La cistina
(CssC) también ingresa vía el sistema b0,+
y se reduce rápidamente a cisteína. La
reabsorción de aminoácidos neutros (AA0)
se realiza a través de un transportador (T)
dependiente de Na+ en la membrana apical
e independiente de Na+ en la membrana
basolateral. La salida de AA0 de la célula
epitelial puede darse también a través del
sistema de transporte heteromérico (L)
formado por una subunidad pesada 4F2hc
y liviana LAT-2.
La cistinuria tipo I representa más del 60% de
los casos hallados y se asocia con mutaciones en
el gen SLC3A1 que codifica la síntesis del transportador de aminoácidos básicos de alta afinidad
(rBAT) (Figura 2). Por otra parte, el gen que
causa la cistinuria tipo no-I fue identificado como
SLC7A9, el cual codifica el transportador de
aminoácidos b0,+AT (Figura 2). Ambos transportadores intervendrían en la reabsorción luminal
de aminoácidos dibásicos (AA+) y cistina (CssC)
(Figura 1).
Datos de la bibliografía (1) señalan a rBAT y
0,+
b AT como las subunidades pesada y liviana del
transportador de aminoácido heteromérico (sistema b0,+) unidas por un puente disulfuro (Figura 2). Sin embargo, algunos estudios demuestran
diferente niveles de expresión de dichas
subunidades a lo largo del túbulo proximal renal
lo que indica que proteínas adicionales podrían
estar involucradas en el transporte de aminoácidos dibásicos. (1)
Intolerancia a proteínas lisinúricas
La intolerancia a proteínas lisinúricas (IPL)
es una rara enfermedad autosómica recesiva causada por un defecto en el transporte de
aminoácidos dibásicos en la membrana basolateral de células epiteliales intestinales y renales
(Figura 1). Se caracteriza por una reducida absorción intestinal de lisina, ornitina, arginina,
disminución de su concentración plasmática y
aumento de su excreción renal. Los pacientes
presentan aciduria orótica y disfunción del ciclo
de la urea con hiperamonemia tras una ingesta
elevada de proteínas.
Los principales síntomas clínicos incluyen
vómitos, diarrea, retardo en el crecimiento, hepatoesplenomegalia, episodios de coma hiperamoFigura 2
Representación esquemática de
un transportador de
aminoácidos
heteromérico
La subunidad pesada rBAT está unida con la subunidad liviana
b0,+AT mediante un puente disulfuro. Los resíduos de cisteína
involucrados en este enlace (S-S) están localizados
extracelularmente en el domino transmembrana (TM) de la
cadena pesada (gris oscuro) y el dominio extracelular de la
cadena liviana. La cadena pesada es una glicoproteína con un
prominente dominio extracelular similar a las glucosidasas
bacterianas. La cadena liviana es una proteína no glicosilada con
12 dominios putativos TM.
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niémico y osteoporosis.
El defecto fundamental son mutaciones del
gen SLC7A7 que codifica la síntesis de la proteína
y +LAT-1 (Figura 1). Esta proteína inducen un
sistema de transporte de aminoácidos heteromérico (sistema y+, L) cuando co-expresa con
4F2hc (Figura 2). Aunque se han podido identificar diferentes mutaciones en el gen SLC7A7
asociadas a pacientes con IPL es difícil establecer
una correlación genotipo-fenotipo debido a la
extensiva variabilidad clínica asociada con el
mismo genotipo.(2) No debe descartarse que otros
factores, además de las mutaciones en SLC7A7,
podrían tener un rol en la patogénesis y manifestaciones clínicas de la enfermedad.
Enfermedad de Hartnup
Es una enfermedad hereditaria autosómica
recesiva que involucra el transporte intestinal y
renal de aminoácidos neutros. Se caracteriza por
erupción cutánea de tipo pelagroide, ataxia
cerebelosa completamente reversible, que coincide con exacerbación de lesiones cutáneas,
cefaleas frecuentes y tenaces, trastornos psiquiátricos que se entienden desde inestabilidad hasta
verdadero delirio con alucinaciones y, por último, aminoaciduria constante de origen renal.
Recientemente, Nozaki y col. (3) informaron
que una mutación genética en el cromosoma
5p15 reduciría la reabsorción renal de un grupo
de aminoácidos neutros. De acuerdo al modelo
postulado, estos aminoácidos (AA0) serían transportados a través de la membrana apical y
basolateral del túbulo proximal renal por un
sistema de transporte de aminoácidos neutros
dependiente de sodio (T AA0) e independiente
de sodio (T), respectivamente (Figura 1). Sin
embargo, la amplia variedad de fenotipos clínicos de la enfermedad de Hartnup sugiere que
otros factores de origen genético o adquirido
pueden contribuir a los síntomas clínicos descriptos. (4)
Alteraciones en el transporte
de glucosa y galactosa
Un defecto genético en el transportador de
glucosa-Na+ tipo SGLT1 resulta en malabsorción
de glucosa y galactosa. Esta condición es autosómica recesiva y los pacientes presentan diarreas acuosas severas con deshidratación grave
en el recién nacido. En algunos casos aparece
también glucosuria. La morfología intestinal y la
actividad disacaridasa son normales.(5) La glucosuria renal congénita es postulada como un defecto de SGLT2 (Figura 3) aunque el gen humano para este transportador no ha sido caracteri-
Figura 3
Modelo de reabsorción renal de glucosa en el túbulo proximal renal
La reabsorción de glucosa a través del epitelio tubular es mediada por
el cotransportador Na+/glucosa (SGLT2) ubicado en la membrana
apical y el transportador facilitado de glucosa (Glut-2) ubicado en la
membrana basolateral. La proteína Glut-2 puede ser caracterizada por
12 dominios transmembrana (TM) y los extremos N- y C-terminal
dirigidos hacia el lado citoplasmático de la membrana. Los pacientes con el síndrome de Bickel-Fanconi tienen una mutación puntual en el exon 6 que
trunca la síntesis de Glut-2 en el 6o dominio TM (R301X). La pérdida de varios segmentos TM del extremo C-terminal (círculos blancos) impide el cambio
conformacional de Glut-2 y en consecuencia altera el transporte de glucosa.
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zado y ninguna mutación fue identificada. Los
pacientes presentan glucosuria sin hiperglucemia
y el transporte de otros azúcares así como la
utilización de glucosa por otros tejidos no está
afectado. (5)
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para la acidificación endosomal.(11) La mutación
funcional de ClC-5 podría limitar la entrada del
protón, y en consecuencia la acidificación, lo que
llevaría a una inhibición de la endocitosis, impidiendo la reabsorción de proteínas de bajo peso
molecular provenientes del ultrafiltrado (Figura
4). Si bien este modelo es atractivo porque explica la proteinuria de la enfermedad de Dent, estudios de corrientes de Cl– a través de ClC-5 expresado en la membrana plasmática muestran que
este ión se mueve desde el fluido extracelular
hacia el citoplasma mas que en dirección opuesta.
Si una orientación similar ocurre en los endosomas, el Cl– se movería hacia el citoplasma y no
hacia el lumen del endosoma como muestra la
Figura 4.(9)
Por otra parte, soluciones ácidas inhiben las
corrientes de ClC-5, lo que hace difícil pensar que
estos canales faciliten directamente la acidificación endosomal. En consecuencia, el rol de ClC-5
Síndrome de Dent
El síndrome de Dent es un desorden renal
hereditario caracterizado por hipercalciuria, formación de cálculos renales y proteinuria tubular.
Esta síndrome también es conocido como
urolitiasis familiar con herencia ligada al sexo,
raquitismo hipofosfatémico recesivo o proteinuria idiopática de bajo peso molecular. Afecta
predominantemente a los varones. Las mujeres
portadoras del síndrome de Dent son asintomáticas, aunque presentan proteinuria tubular leve
y grados variables de hipercalciuria.(6,7)
Estudios recientes han permitido determinar que los genes causales del síndrome de Dent
se localizan en la región Xp11.22. Una búsqueda de genes que se expresan en el riñón
permitió identificar en esta región un gen
Figura 4
que codifica la síntesis de un canal de Cl–
Mecanismo de acidificación de los endosomas
de las células epiteliales del túbulo proximal
denominado ClC-5. Estudios moleculares de
ClC-5 demostraron que las mutaciones que
resultan en una pérdida funcional del canal
están relacionadas con la enfermedad de
Dent. Estas mutaciones fueron recientemente demostradas en niños japoneses e italianos con algunas de las anomalías del síndrome de Dent.(6,7)
ClC-5 forma parte de una amplia familia
de canales de cloro dependiente de voltaje(8)
y está presente en diferentes tejidos incluyendo epitelio renal, alveolar, endotelio
aórtico y células musculares lisas.(9) El hecho
que no se han descriptos alteraciones funcionales en órganos distintos que el riñón de
pacientes con síndrome de Dent hace pensar que otros mecanismos compensatorio
de ClC-5 podrían estar presente en dichos
órganos. (9)
En el riñón, ClC-5 se expresa predominantemente en el túbulo proximal (particuUn diagrama esquemático que muestra la posible relación entre H+ /
ATPasa y los canales de Cl – tipo CIC-5 en el proceso de acidificación
larmente en el segmento S3) dentro de vesíendosomal. La alteración de la función del CIC5 por mutaciones
culas intracelulares (Figura 4).(9) En base a la
genéticas en el síndrome de Dent impediría la acidificación de las
+
co-localización de ClC-5 con la H /ATPasa en
vesículas endosomales y en consecuencia la reabsorción de proteínas
túbulo proximal(10) se postula que ClC-5 profiltradas de bajo peso molecular.
vee una conductancia de cloruro adecuada
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en la función endosomal puede ser diferente o
más complejo que la descripta.
La relación de ClC-5 con la homeostasis del
calcio necesita también ser clarificada. En un
reciente trabajo se informó que la paratohormona
(PTH) restauró los niveles de expresión de ClC-5
disminuidos en ratas tiro-paratirodectomizadas,
pero fue difícil discernir si se trata de un efecto
directo o indirecto de la PTH sobre ClC-5.(12)
Recientemente dos laboratorios obtuvieron
independientemente ratones con el gen ClC-5
anulado (knockout ClC-5) que dan un fenotipo
muy similar al síndrome de Dent.(13, 14) El estudio
de estos modelos ayudará a entender con claridad
la correlación entre los defectos en el gen ClC-5 y
el fenotipo observado en el síndrome de Dent.
Acidosis tubular renal proximal
La acidosis tubular renal proximal (ATRp)
resulta de una alteración en la reabsorción de
bicarbonato (HCO3–) en el túbulo proximal renal. Es una rara enfermedad que se transmite con
carácter autosómico recesivo y está asociada a
otras anomalías tales como retraso mental, glaucoma, cataratas y queratopatía en banda.(16) La
primer descripción data de 1967(15) cuando Rodríguez Soriano describe un grupo de niños que
presentan un defecto circunscripto a la reabsorción tubular de HCO 3– en el túbulo proximal,
con indemnidad de los mecanismos de transporte del resto de las substancias. No se acompañaba
de otras alteraciones asociadas ni en esos pacientes se demostró algún tipo de transmisión
genética.
Normalmente, el 85% del bicarbonato filtrado se reabsorbe a través de las células epiteliales
del túbulo proximal vía el intercambiador Na+/H+
(NHE3) ubicado en la membrana apical y el cotransportador Na+/HCO3– (NBC1) situado en la
membrana basolateral (Figura 5).
La anhidrasa carbónica tipo II (AC II) interviene activamente en la formación de H+ y HCO –
3
en las células del túbulo proximal, mientras que
la anhidrasa carbónica tipo IV (AC IV) lo hace en
la formación de H2CO3 en el líquido tubular.
Mutaciones en los genes que codifican las
proteínas involucradas en el manejo ácido-base a
nivel proximal podrían dar como resultado una
ATRp. Recientemente, se informó mutaciones
en el gen SLC4A4 que codifica la síntesis del
cotransportador NBC1 en dos pacientes japoneses con ATRp y anomalías oculares.(16)
Un análisis funcional del NBC1 mutado en
células transfectadas reveló una reducción del
50% en la actividad del co-transportador NBC1.(16)
Ambos pacientes presentaron cataratas, glaucoma y queratopatía en banda que podría ser consecuencia de las mutaciones del NBC1. NBC1 es
el encargado de transportar Na+ y HCO3– fuera
del estroma corneal y dentro del humor acuoso
para mantener la transparencia de la córnea.(17)
Un impedimento del transporte de HCO3– en el
epitelio corneal podrían explicar las anomalías
oculares que se asocian a la ATRp.
Síndrome de Fanconi
El síndrome de Fanconi se caracteriza por
glucosuria, aminoaciduria generalizada, hiperfosfaturia, hipercalciuria, hipernatruria,
acidosis tubular de tipo proximal con pérdida
de bicarbonatos, proteinuria, y raquitismo
vitamino D-resistente.
Figura 5
Mecanismos de transporte que participan en la reabsorción de HCO 3 –
en las células del túbulo proximal
La anhidrasa carbónica tipo II (AC II) interviene
activamente en la formación de H + y HCO 3–. El
flujo de H+ de la célula al lumen tiene lugar vía el
intercambiador apical Na+ /H+ (NHE3) y en menor extensión la H +ATPasa. El HCO3– sale desde
la célula hacia el intersticio vía el cotransportador
basolateral Na+/ HCO3- (NBC1).
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El término síndrome de Fanconi se utiliza
para designar cualquier disfunción tubular
proximal compleja, independientemente de la
etiología responsable. Este síndrome puede aparecer con carácter idiopático o ser secundario a
enfermedades genéticas o adquiridas.
Una de las causas del síndrome de Fanconi
secundario en la infancia es la cistinosis, pero
existen otras anomalías de transporte tubular
de origen metabólico que se reconocen como
tales.
Cistinosis
La cistinosis es un desorden del metabolismo heredado de modo autosómico recesivo que
se caracteriza por una continua acumulación de
cistina en el interior de los lisosomas. El resultado es la precipitación de cistina en forma de
cristales en todos los tejidos del organismo.(18)
Los síntomas iniciales de la cistinosis que
resultan de la incapacidad de los túbulos renales
para reabsorber pequeños solutos causan el síndrome de Fanconi, el cual es seguido por alteraciones oculares, tiroideas, hepáticas, pancreáticas, cerebrales, pulmonares, musculares, etc.
Los niños con cistinosis excretan de 2 a 6 litros
de orina diluida por día que puede conducirlos a
la muerte por deshidratación. La concentración
de cistina en orina es elevada pero no precipita
como en la cistinuria porque la orina es diluida y
alcalina.
Los pacientes con cistinosis presentan una
nefritis intersticial crónica que a medida que la
enfermedad progresa a su estadio final evoluciona con degeneración tubular, proliferación
endotelial en los glomérulos, necrosis y hialinización glomerular con engrosamiento de paredes arteriolares y células gigantes multinucleadas.
El defecto básico reside en el transporte de
cistina y otros pequeños solutos a través de la
membrana lisosomal que impide la salida de la
cistina acumulada en su interior. Los pacientes
con cistinosis presentan mutaciones en el gen
CTNS que codifica la síntesis de la proteína que
transporte cistina denominada cistinosina.(18) Se
han descripto hasta el presente más 50 diferentes mutaciones del gen CTNS siendo las más
comunes deleciones de tamaño variable entre 60
y 250 pb que pueden ser fácilmente detectadas
por PCR.(19)
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Síndrome de Bickel-Fanconi
El síndrome de Bickel-Fanconi (SBF) es una
rara enfermedad autosómica recesiva que produce alteraciones en el metabolismo de los
carbohidratos. Se caracteriza por una acumulación de glucógeno hepatorrenal con hipergalactosemia, hipoglucemia de ayuno e hiperglucemia
postprandial y por una disfunción del túbulo
proximal renal. Recientemente se ha establecido
que este síndrome resulta de un defecto en la
proteína facilitadora del transporte de glucosa,
Glut2, presente en la membrana celular de diferentes tejidos incluyendo hígado, riñón, células
beta del páncreas y células de la mucosa intestinal. Hasta el presente se han descripto 6 isoformas
de Gluts que se diferencian entre sí por la especificidad de tejido y de sustrato aunque exhiben
un alto grado de homología en su secuencia de
aminoácidos. Transportan glucosa pero también
otras hexosas con diferente cinética y eficiencia,
de acuerdo a un modelo de conformación alternativa donde la proteína de transporte unida al
sustrato está dirigida hacia el exterior o hacia el
interior de la membrana celular (Figura 3).(20)
Glut2 está principalmente involucrado en la
homeostasis de glucosa a través de su rol en la
absorción intestinal, reabsorción renal, captación y liberación hepática y como sensor de
glucosa en las células beta pancreáticas productoras de insulina. La glucosa es tomada en el
intestino y reabsorbida en el túbulo proximal
renal por transportadores de glucosa-Na+ (SGLT2)
y liberados a la circulación vía Glut2 situado en
la membrana basolateral de las células epiteliales
(Figura 3).
Los pacientes con SBF presentan alteraciones
en el crecimiento, raquitismo y acumulación de
glucógeno en hígado y riñón durante la infancia.
En estos pacientes se observa también un defecto
en la capacidad de reabsorción del túbulo proximal
renal que se manifiesta en glucosuria, aminoaciduria, acidosis tubular renal e hiperfosfaturia.(20)
Un mecanismo compatible con los síntomas
clínicos observados en pacientes con SBF fue
propuesto por Santer y col.(21) Ellos señalan que
la hiperglucemia postprandial sería consecuencia de una insuficiente incorporación de glucosa
por el hígado y de un significativo defecto en la
secreción de insulina. Un impedimento en la
liberación de glucosa hepática y una alteración
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en la reabsorción renal serían responsables de la
hipoglucemia observada en ayunas. Un aumento
en la concentración de glucosa en los hepatocitos
inhibe la degradación de glucógeno y produce su
acumulación, lo que podría explicar la hepatomegalia observada en pacientes con SBF.
Como consecuencia de la alteración de transporte de glucosa a través de la membrana basolateral de las células del túbulo proximal, se acumula glucógeno renal e impide, por mecanismos
aún desconocidos, otras funciones tubulares
características de la nefropatía tipo Fanconi como
la glucosuria de intensidad desproporcionada.
El transporte intestinal de monosacáridos
también podría estar alterado como consecuencia del defecto del transportador Glut2. Si bien
este defecto no es suficiente para impedir el
aumento de glucosa plasmática por arriba de su
rango normal, podría ser responsable de la mala
absorción y diarrea observada en algunos pacientes con SBF.
Un completo estudio realizado en pacientes
con diagnóstico clínico de SBF demuestra que un
amplio espectro de mutaciones en el gen de la
proteína Glut2 es el defecto básico en estos
pacientes. (22) Ninguna de esas mutaciones son
particularmente frecuentes, lo que hace muy
laborioso un diagnóstico molecular. La prevalencia total de las mutaciones en el gen de Glut2
parece ser baja como se deduce del hallazgo que
sólo en el 74% de los pacientes con un diagnóstico genético de SBF, las mutaciones son
homocigotas para una mutación dada. Este número se corresponde con el porcentaje de cosanguineidad informado en familias con SBF
(71%). Hasta el presente un número pequeño de
mutaciones con sentido equivocado (missense)
ha sido informado, lo que hace aún prematuro
discutir una correlación genotipo-fenotipo en
pacientes con SBF. Las mutaciones en el gen de
Glut2 también fueron detectadas en pacientes
con signos clínicos atípicos tales como
malabsorción intestinal, falla en el crecimiento e
hiperfiltración renal, lo que indica que la
hepatomegalia no es una condición necesaria
para el diagnóstico de SBF y que la hiperfiltración
puede ser un signo de la enfermedad.(23)
Finalmente es interesante comparar el espectro de mutaciones en el gen de Glut2 con las
mutaciones descriptas en otros genes que codi-
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fican para transportadores de glucosa.
Diferentes mutaciones en el gen de Glut1
fueron recientemente descriptas en pacientes
con el denominado “síndrome de la proteína
transportadora de glucosa”.(24-26) Estos pacientes
presentan una baja concentración de glucosa en
el fluido cerebroespinal lo que provoca una
progresiva microcefalia, retardo en el crecimiento, ataxia y disturbios de comportamiento. En
contraste con el SBF, se transmite de manera
autosómica dominante con una relación importante de casos esporádicos atribuidos a mutaciones de novo. En pacientes deficientes en Glut1,
todas las mutaciones detectadas fueron sólo observadas en familias únicas y ninguna de ellas se
corresponden con alguna de las mutaciones
descripta para el gen que codifica para Glut2
siendo que ambos genes son altamente
homólogos. Esto demuestra que mutaciones comunes no existen dentro de la familia de genes
que codifican para transportadores de glucosa.
ALTERACIONES EN
LA NEFRONA DISTAL
Síndrome de Bartter y Gitelman
El Síndrome de Bartter (SB) se transmite de
manera autosómica recesiva y se asocia a alcalosis
metabólica, hipocalemia e hiperaldosteronismo
con presión arterial normal, aumento de la actividad de la renina, hiperprostaglandinemia e
hiperplasia del aparato yuxtaglomerular. (27-30)
La enfermedad puede ser clasificada en dos
distintos fenotipos. Uno, denominado síndrome de Bartter ante o neonatal, caracterizado
por hidrocefalia, episodios graves de pérdida
de sal y agua, alcalosis hipocalémica, hipercalciuria y aparición temprana de nefrocalcinosis,
es la forma más severa del SB.(30) El otro, denominado síndrome de Bartter típico, es más leve
y tiene aparición mas tardía, durante los primeros años de la vida. Se caracteriza por marcada
pérdida de sales e hipocalemia, poliuria, polidipsia, contracción de volumen, debilidad muscular y retardo del crecimiento. Menos frecuente es la presencia de hipercalciuria y nefrocalcinosis, hallazgo relevante en el síndrome de
Bartter neonatal. (28)
Los síntomas clínicos de pacientes con SB
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sugieren un defecto primario en el funcionamiento del asa gruesa ascendente de Henle. El cotransportador Na–K–2Cl (NKCC2) es el mediador
apical de la reabsorción de Na+ y Cl– en esa parte
del nefrón y su pérdida funcional puede conducir
a las alteraciones descriptas en SB (Figura 6).
En pacientes con SB neonatal referidos luego como SB tipo I se identificaron diferentes
tipos de mutaciones en el gen SLC12A1 que
codifica el NKCC2.(31, 32) Sin embargo, hallazgos
recientes han establecido la heterogeneidad
genética del SB neonatal.(30, 33) Algunos pacientes
tienen mutaciones en el gen KCNJ1 que codifica
el canal de K+ (ROMK) ubicado en la membrana
apical del asa gruesa de Henle y en el túbulo
colector cortical. (33, 34) Estos pacientes referidos
como SB tipo II (Figura 6) tienen una hipocalemia
menos severa que el SB tipo I debido al impedimento de secretar K+ por la nefrona distal y el
reemplazo de ROMK por un canal de K+ que
media el 80% de la conductancia del K+ en el asa
gruesa de Henle.(33) Sin embargo, no todos los
pacientes con mutaciones en ROMK tienen moderada hipocalemia y en estudios realizados en
ratas usando bloqueantes específicos de ROMK
se ha observado una normal excreción urinaria
de K+.(35) Por lo tanto será necesario un modelo
de ratones con el gen KCNJ1 anulado (knockout
ROMK) para entender los defectos en ROMK y el
fenotipo observado en el SB tipo II.
El SB tipo III es causado por mutaciones en
el gen ClCNKB que codifica para un canal de Cl–
tipo ClC-Kb(36) ubicado en la membrana basolateral del asa gruesa de Henle (Figura 6). Su
alteración resulta en el fenotipo de SB típico que
incluye pérdida de sales, alcalosis hipocalémica
e hipotensión. Es interesante señalar que en los
pacientes con SB tipo III es rara la nefrocalcinosis,
a diferencia de los tipo I y II en que se constituye
en un marcador distintivo del tipo de SB.
Recientemente se describe un IV tipo de
Bartter antenatal, por alteración de un llamado
BSND que se localiza en el cromosoma 1p y que
asocia la sordera neurosensorial a la falla renal
crónica. Fenotípicamente se expresa en el asa
delgada y gruesa ascendente de Henle y en las
células claras del oído interno.
Es interesante diferenciar el SB del síndrome
de Gitelman (SG). El SG es un desorden tubular
hereditario que se manifiesta por alcalosis metabólica hipocalémica en combinación con
hipomagnesemia e hipocalciuria. Los pacientes
presentan episodios repetidos de tetania acompañado algunas veces por dolor abdominal y
fiebre. Se transmite por herencia autosómica
recesiva y está causada por mutaciones del gen
SLC12A3 que codifica el co-transportador Na+/
Cl– sensible a tiazidas (NCCT) localizado en la
membrana apical del túbulo contorneado
distal.(37, 38) El SLC12A3 pertenece a la misma
Figura 6
Vías de transporte transcelular y paracelular en el asa gruesa de Henle
La reabsorción de Cl – ocurre a través del
cotransportador Na +-K + -2Cl – (NKCC2)
ubicado en la membrana apical y el canal de
Cl – (CIC-Kb) ubicado en la membrana
basolateral. El K+ que entra en la célula por
el cotransportador NKCC2 se recicla hacia la luz a través del canal de K+ (ROMK).
La diferencia de potencial eléctrico lumen
positivo generado por la entrada de Cl – y
salida de K + al fluído luminal facilita el
transporte de Ca 2+ y Mg2+ del lumen al
intersticio vía paracelular a través de la
paracelulina-1. En el síndrome de Bartter
tipo I está alterado el NKCC2, en el tipo II
el ROMK y en el tipo III el CIC-Kb.
152
familia de genes que el SLC12A1, identificado
como responsable del SB tipo I y ambos codifican para proteínas transportadoras de sales del
tipo Na–(K)-Cl. El estudio genético de familias
con SG confirman que las mutaciones en el gen
SLC12A3 fueron identificadas en todos los pacientes con SG, por lo que el análisis de este gen
puede ser un poderoso diagnóstico diferencial
entre el SB y SG.
Los pacientes con SG son refractarios a las
tiazidas porque el co-transportador Na+/Cl– está
constitutivamente inhibido y presentan hipocalciuria debido a la persistente estimulación de la
absorción del calcio por el túbulo distal. El
impedimiento de la absorción de NaCl en paralelo con un incremento en la reabsorción de Ca+2
que acompaña al SG, lo distingue de SB y refuerza
las conclusiones que indican que el Ca+2 entra a
las células del túbulo distal por canales de Ca+2
activados por voltaje.(39)
Hipomagnesemia-hipercalciuria
familiar
La hipomagnesemia familiar con hipercalciuria y nefrocalcinosis (HHNCF) es un desorden
tubular caracterizado por hipomagnesemia, hipercalciuria, nefrocalcinosis grave y insuficiencia renal progresiva. Es un síndrome heredado
con carácter autosómico recesivo y es un defecto primario en la absorción de magnesio en el asa
gruesa de Henle que conduce a una severa hipomagnesemia. En los pacientes no se observa
alteración en la reabsorción de ClNa.(40, 41)
En pacientes con HHNCF se identificaron
mutaciones en el gen PCLN(42) que codifica para
una proteína, la paracelulina-1, que facilita el
transporte de Mg+2 en las uniones estrechas del
asa ascendente de Henle (Figura 6). El análisis
de las mutaciones mostró que está afectado el
primer dominio extracelular de la paracelulina-1
que actúa como puente de los espacios intercelulares y facilita la conductancia paracelular.(43)
Las mutaciones en la paracelulina-1 resultan en
un aumento de la resistencia eléctrica de la unión
paracelular que impide la reabsorción del Mg+2.(44)
Síndrome de Liddle
El síndrome de Liddle o pseudohiperaldosteronismo es una forma autosómica dominante
de hipertensión humana asociado con hipocale-
Arch.Latin.Nefr.Ped. 2002; 2(3)
mia, alcalosis metabólica y bajos niveles plasmáticos de renina y de aldosterona.(45) Las anormalidades clínicas en los pacientes afectados se
puede corregir por una dieta con bajo contenido
en Na+ más antagonistas del canal de Na+ epitelial
de la nefrona distal (ENaC), pero no por antagonistas de mineralocorticoides. (46, 47) Esos hechos
sugieren que la hipertensión de esos pacientes
resulta de una reabsorción excesiva de Na+ en el
riñón. El ENaC se encuentra fundamentalmente
en las células principales del túbulo colector,
donde es responsable de la entrada de Na + a
través de la membrana luminal a favor de un
gradiente electroquímico generado por la bomba Na+/K+ ATPasa (Figura 7).
Está compuesto de tres subunidades homólogas (abg) y cada una de ellas contiene un motivo
PY conservado en su carboxilo terminal (Figura
7). En todos los casos de síndrome de Liddle
mapeados hasta el presente se han descripto
mutaciones en los genes que codifican las
subunidades bENaC y gENaC en el correspondiente motivo PY.(48)
Recientemente se demostró que el motivo
PY se enlaza al dominio rico en triptófano denominado WW de la proteína Nedd4, presente en
todos los tejidos que expresan ENaC.(49) Nedd4
contiene también un dominio HECT que actúa
como ligasa en la unión de ubiquitinas. La unión
del dominio WW al motivo PY del ENaC es
seguido por la ubiquitinación de las subunidades
a y gENaC que conduce a la disociación del
Nedd4 e internalización del ENaC (Figura 8). El
ENaC puede luego ser degradado por el sistema
lisosomal o reciclado a la membrana plasmática. (50, 51) Como puede verse en la Figura 8, la
interacción involucra el dominio 3 y 4 de WW
presente en Nedd4-2 pero no en Nedd4-1, lo cual
demuestra que la regulación del canal requiere
de una interacción específica con la proteína
Nedd4 (Figura 8). (51)
Deleciones o modificaciones del motivo PY en el síndrome de Liddle(48) resulta en un incremento del número
de canales, así como también en un aumento de la
probabilidad de apertura del canal. ENaC activados y
sin regulación serían responsables de la continua
reabsorción distal de Na+ que conduce a la expansión
de volumen, inhibición de la secreción de renina y de
aldosterona y subsecuente hipertensión.(46, 52)
Es interesante señalar que si bien no se han
descripto anormalidades en el gen que codifica
153
Arch.Latin.Nefr.Ped. 2002; 2(3)
aENaC así como en la proteína Nedd4, éstas no
pueden descartarse, ya que forman parte del
mecanismo de regulación de canales de Na+.
Pseudohipoaldosteronismo tipo I
El pseudohipoaldosteronismo tipo 1 (PHA1) es un desorden humano autosómico recesivo
caracterizado por pérdida renal de sales, hiponatremia, acidosis metabólica hipercalemia y falta
de sensibilidad a la acción de los mineralocorticoides. (53)
Recientemente se asoció el PHA-1 a deleciones prematuras de aENaC que ocurren antes del
primero o segundo dominio transmembrana (Figura 7). La expresión de esas mutantes en
ovocitos de Xenopus laevis no mostró conductancias significativas del canal de Na+ amiloride
sensible(54) lo cual es consistente con la fisiopatología de “pérdida de función del canal” observado en PHA-1.
También se han descripto mutaciones en
los genes que codifican las subunidades b y g
Figura 7
Localización del canal de Na + (ENaC) en el túbulo colector renal
ENaC se expresa en la membrana apical de las
células principales del túbulo colector. El Na+
entra a la célula a través del ENaC, a favor del
gradiente electroquímico generado por la bomba Na+/K + ATPasa localizada en la membrana
basolateral. El ENaC está formado por 4
subunidades (2a, 1b, 1g) o 9 subunidades (3a,
3b, 3g) (que tienen similares estructuras compuestas por 2 dominios transmembrana (TM1,
TM2) y un gran dominio (loop) extracelular
(que corresponde al 65% de los aminoácidos
totales). Cada subunidad ENaC tiene un motivo PY en el dominio carboxilo terminal que
regula la densidad de canales en la membrana
plasmática por interacción con los dominios
WW de la proteína Need4.
Figura 8
La isoforma Nedd4-2 regula la actividad del ENaC
Los dominios WW 3 y 4 del Nedd4-2 se unen al dominio PY del ENaC ubicado del lado intracelular. La unión es seguida por la
ubiquitinación de las subunidades a- y gENaC que conducen a la disociación del Nedd4 e internalización del ENaC. El ENaC puede
luego ser degradado por el sistema lisosomal o reciclado a la membrana plasmática. Nedd4-1 no posee el dominio W 4 y no se enlaza
al ENaC, lo cual demuestra que la regulación del canal requiere de una interacción específica con la proteína Nedd4.
154
Arch.Latin.Nefr.Ped. 2002; 2(3)
nes en la expresión de V2 origina al menos tres
ENaC (55, 56) y aunque las consecuencias funciofenotipos distintos, que afectan la capacidad de
nales de esas mutaciones aún no se conocen
unión, el transporte intracelular y la biosíntesis o
totalmente, es posible que ellas generen una
(57)
(58)
degradación del receptor V2. AVP regula la reabreducida actividad del ENaC. Grunder y col.
sorción de agua a través del reciclado de canales
han mostrado que una mutación puntual que
de agua (AQP2) entre las vesículas intracelulares
reemplaza glicina por serina en el extremo amino
y la membrana apical de las células principales
terminal del ENaC reduce en un 40% la actividad
del túbulo colector renal (Figura 9).(62) Después
del canal porque modifica su probabilidad de
del pasaje de la membrana apical vía AQP2, el
apertura.
La actividad reducida del ENaC en
PHA-1 explica la pérdida renal de sales, la
reducción de volumen, el incremento de
Figura 9
Regulación y expresión de AQP2 en las células
K+ plasmático, el aumento de secreción
principales del túbulo colector
de renina y aldosterona y la subsecuente
hipotensión. Los pacientes con PHA-1
presentan una marcada resistencia a
aldosterona causada probablemente por
las mutaciones del ENaC, que lo alejan de
los mecanismos normales de regulación
hormonal.
Otra forma de PHA-1 poco frecuente
que se manifiesta con carácter autosómico
dominante en el recién nacido es debido
a mutaciones en el gen que codifica la
síntesis de los mineralocorticoides.(59) Se
caracteriza por deshidratación, retraso
de crecimiento, pérdida salina renal,
hiponatremia, acidosis metabólica e hipercalemia.
Diabetes insípida
nefrogénica hereditaria
La diabetes insípida nefrogénica
(DIN) es una enfermedad caracterizada
por la incapacidad del riñón para concentrar la orina bajo estimulación de la hormona antidiurética, vasopresina (AVP).(60)
Existen dos formas de transmisión, una
recesiva ligada al sexo que ocurre en el
90% de los pacientes con DIN congénita
y otra de carácter autosómica recesiva o
dominante que ocurre raramente.
El defecto primario en la mayoría de
las familias con DIN recesiva ligada al
sexo se sitúa a nivel de los receptores
renales V2 de AVP. Hasta el presente se
han detectado un número importante de
mutaciones, deleciones e inserciones en
el gen que codifica el receptor V2 ubicado en el cromosoma X.(61) Las alteracio-
El mecanismo de transporte de AQP2 a la membrana apical se inicia con la
unión de AVP al receptor V2 en la membrana basolateral. Esta unión conduce
a la fosforilación de AQP2 por PKA vía una cascada de reacciones que incluyen
la estimulación de la proteína G (GsaS), activación de adenilato ciclasa (Ac)
y aumento de los niveles de AMP cíclico (cAMP). En la traslocación de vesículas
que contiene AQP2 participan elementos del citoesqueleto que incluyen las
proteínas dineína y dinactina encargadas de mover las vesículas hacia la
membrana plasmática a través de los microtúbulos. Los microfilamentos de
actina que enlazan proteínas tales como miosina-1 estarían ubicados en la
parte apical de las células epiteliales e intervendrían activamente en la fusión
de las vesículas a la membrana plasmática y la subsecuente endocitosis.
La proteína AQP2 tiene 6 dominios transmembrana con los extremos N- y Cterminal ubicados en el citoplasma. Posee dos secuencia consensus NPA
(asparagina-prolina-alanina) en el dominio B y E que interaccionan con la
membrana plasmática para formar el poro que trasloca H2O. La cisteína (C)
del dominio E es el sitio de inhibición de AQP2 por compuestos mercuriales.
Arch.Latin.Nefr.Ped. 2002; 2(3)
agua atraviesa la membrana basolateral vía AQP3
y AQP4.
El mecanismo de transporte de AQP2 a la
membrana apical se inicia con la unión de AVP al
receptor V2 en la membrana basolateral. Esta
unión conduce a la fosforilación de AQP2 por
PKA vía una cascada de reacciones que incluyen
la estimulación de la proteína G (GsaS), activación de adenilato ciclasa (Ac) y aumento de los
niveles de AMP cíclico (cAMP) (Figura 9). La
fosforilación de AQP2 es esencial para la
traslocación y fusión de vesículas intracelulares
–que contienen AQP2– con la membrana apical,
lo que produce un aumento significativo de la
permeabilidad osmótica y en consecuencia de la
reabsorción de agua a través de las células
epiteliales del túbulo colector renal. (62) En la
traslocación de vesículas que contiene AQP2
participan elementos del citoesqueleto que incluyen las proteínas dineína y dinactina encargadas de mover las vesículas hacia la membrana
plasmática a través de los microtúbulos (Figura
9). Los microfilamentos de actina que enlazan
proteínas tales como miosina-1 estarían ubicados en la parte apical de las células epiteliales e
intervendrían activamente en la fusión de las
vesículas a la membrana plasmática y la subsecuente endocitosis (Figura 9). (62)
Mutaciones en el gen que expresa AQP2 son
la causa de aproximadamente el 10% de los casos
de la forma DIN autosómica recesiva(63, 64) aunque unos pocos casos son informados como
autosómica dominante.(65) La formas autosómicas
recesivas de DIN son debido a mutaciones en las
cuales la proteína mutante AQP2 es incapaz de
formar tetrámeros y funcionar normalmente (Figura 9). En los casos dominantes, la formas
normal y mutante forman tetrámeros, pero son
incapaces de traslocar a la membrana apical. La
mayoría de las mutaciones descriptas en el gen
de AQP2 son en la región B o E que codifica para
la función de poro de la molécula y en el dominio
C que también está asociado al canal (Figura 9).
Un número importante de mutaciones en el gen
de AQP2 resulta en un tráfico defectuoso de la
proteína hacia la membrana, aún cuando algunas
mutantes pueden actuar como funcionales canales de agua.(66, 67) Esto conduce a la idea que es
posible tratar estos pacientes con chaperones
químicos para aumentar el número de canales de
155
agua a ser transportados a la superficie.(68) Tales
métodos que han sido exitosamente utilizados
en células de cultivo transfectadas con acuaporinas mutadas (69) requieren aún de mayores
esfuerzos para lograr ser usado clínicamente.
Un rango de otros defectos genéticos resultan en un impedimiento de concentración de la
orina pero son secundarios a anomalías de otros
sistemas de transporte, tal el caso de los síndromes de Bartter y Gitelman que producen DIN
como consecuencia de un defecto en la reabsorción de NaCl en la nefrona distal, como se explicó anteriormente.
Acidosis tubular renal distal
La acidosis tubular renal distal (ATRd) se
caracteriza por un defecto en la acidificación de
la orina por la nefrona distal.(70) La regulación
final de la excreción ácida renal es efectuada
por distintos transportadores ácido/base localizados en las células intercalares de los túbulos
colectores corticales y de la médula externa. La
secreción de H+ hacia la luz tubular es mediada
por la H+-ATPasa y en menor medida por la H+K+-ATPasa ubicada en la membrana apical. La
traslocación de HCO3– hacia la circulación sanguínea es mediada por el intercambiador Cl –/
HCO3– (AE1) situado en la membrana basolateral
(Figura 10). Un defecto de alguno de estos
sistemas de transporte, incluyendo la anhidrasa
carbónica intracelular (AC II) que cataliza la
formación de H+ y HCO3– a partir de CO2 y H2O,
puede causar ATRd.
El síndrome es hereditario en ambos patrones: autosómico dominante y autosómico recesivo.(15) Los pacientes con ATRd recesivo presentan severa acidosis metabólica, hipocalemia,
nefrocalcinosis y cálculos renales que se manifiestan, temprano en la niñez y se acompañan
con retardo de crecimiento y sordera conductiva
y/o sensorineural.(71) En cambio en los pacientes
con ATRd dominante, una leve a moderada
acidosis metabólica se manifiesta en la vida adulta pero sin pérdida de la audición.(72)
Diferentes mutaciones con sentido equivocado (missense) del gen AE1 que codifica para el
intercambiador Cl–/HCO3– en glóbulos rojos y en
la membrana basolateral de las células intercalares
a del túbulo colector fueron encontradas en tres
importantes estudios realizados a todos los miem-
Arch.Latin.Nefr.Ped. 2002; 2(3)
156
Figura 10
Mecanismos de transporte que participan en el manejo ácido-base en la nefrona distal
En las células intercalares del túbulo colector se
forma H + y HCO 3- como resultado de la acción
de la anhidrasa carbónica tipo II (ACII). El H + es
secretado a la luz tubular vía H+/ATPasa y en
menor medida vía H +-K +/ATPasa . El HCO3- es
traslocado a la circulación sanguínea vía el
intercambiador Cl-/HCO3- (AE1) situado en la
membrana basolateral.
bros de familias no relacionadas afectados con
ATRd dominante. (73-75) Las mutaciones en AE1
revelan una modesta reducción en el transporte
aniónico cuando se expresan en ovocitos de
Xenopus(73) lo que permitió postular que dichas
mutaciones pueden causar un anormal tráfico y/
o estabilización de AE1 en la membrana
basolateral.
La forma ATRd transmitida por herencia
autosómica recesiva está asociada a diferentes
mutaciones en el gen ATP6B1 que codifica la
subunidad B de la H+-ATPasa.(76) Estas mutaciones
resultan en distintas anormalidades de la proteína que impide la secreción de H + a la luz del
túbulo renal. La H+-ATPasa se expresa también en
el oído interno, participando activamente en el
proceso de acidificación activa para mantener el
pH cerca a 7.4 en la cóclea y aún menor en el saco
endolinfático.
Mutaciones de ATP6B1 resultarían en una
pérdida de función de la H +-ATPasa del oído
interno lo que podría explicar la sordera asociada a ATRd.(76)
Algunos pacientes con ATRd recesiva y
sordera no tienen mutaciones en el gen ATP6B1.
Deficiencia en el gen ACII que codifica la
anhidrasa carbónica tipo II podría explicar el
fenotipo. Hasta el presente se han identificado
más de doce diferentes mutaciones en el gen
ACII en pacientes que presentan hipocalemia,
debilidad muscular paroxística, osteopetrosis,
calcificación cerebral, retardo mental, sordera
y ATRd severa . (77) En Japón se describe un
paciente con deficiencia en la expresión de
ACII que presentó una ATR mixto, proximal y
distal y alteraciones de la actividad de ACII del
eritrocito. (78)
Un reciente desarrollo experimental de terapia génica realizada en ratones deficientes en
ACII a los cuales se le inyectó el gen ACII bajo la
forma de un plásmido controlado por un
citomegalovirus, muestra una parcial corrección
de la acidosis tubular renal, lo que podría convertirse en la mejor alternativa para el tratamiento
de este tipo de ATRd.(79)
Agradecimientos
La autora agradece especialmente al Bioquímico Fernando Martín su valiosa colaboración en
el diseño de las figuras.
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