Fernando Galán Galán

3^er Meeting of the Spanish Autophagy Group

Workshop at XVI Congress of the Spanish Society for Cell Biology

Sevilla, 28-29 June, 2015

Critical role of AMP-activated protein kinase in the balance between mitophagy and mitochondrial biogenesis in MELAS disease

Juan Garrido-Maraver 1 , Mario D. Cordero 2 , Marina Villanueva Paz 1 , Rafael Lema 1

, Manuel Oropesa-Ávila 1 , Mario de la Mata 1 , Ana Delgado Pavón 1 , Isabel de Lavera 1

, Elizabet Alcocer-Gómez 1 , Fernando Galán 3, Patricia Ybot 4, David Cotán 1 , Sandra Jackson

5  and José A. Sánchez-Alcázar 1*.

1 Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD), and Centro de Investigación Biomédica en Red: Enfermedades Raras, Instituto de Salud Carlos III, Universidad Pablo de Olavide-Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Sevilla 41013.

2 Facultad de Odontología. Universidad de Sevilla, Sevilla 41009.

3 Hospital Universitario Virgen Macarena, Sevilla 41007.

4 Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBIS)-CSIC, Hospital Virgen del Rocío, Sevilla 41013.

5 Department of Neurology, Uniklinikum C. G. Carus, Dresden, Germany.

MELAS syndrome is a mitochondrial disorder that is caused mainly by the m.3243A>G mutation in mitochondrial DNA. In this work, we report on how the severity of pathophysiological alterations is differently expressed in fibroblasts derived from patients with MELAS disease. We evaluated mitochondrial biogenesis and mitophagy activation which are the main mechanisms regulating the degradation and genesis of mitochondrial mass in MELAS fibroblasts and transmitochondrial cybrids. Our results suggest a critical balance between both processes which makes possible the expression of different degrees of pathological severity among MELAS fibroblasts cell lines according to their heteroplasmy load and AMP-activated protein kinase (AMPK) activation. AMPKactivators such as 5-aminoimidazole-4-carboxamide 1-β−Dribofuranoside (AICAR) or coenzyme Q10 (CoQ) increased peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PGC-1α nuclear translocation, mitochondrial biogenesis, antioxidant enzymes, autophagic flux and improved pathophysiological alterations in MELAS fibroblasts. Our findings support the hypothesis that mitochondrial biogenesis works as a compensatory mechanism in response to mitophagic degradation of dysfunctional mitochondria and point out that AMPK is an important player in this balance.

 TRADUCCIÓN

Papel crítico de la AMP - activada proteína quinasa (AMPK)  en el equilibrio entre mitofagia y la biogénesis mitocondrial en la enfermedad MELAS.

El Síndrome de MELAS es un trastorno mitocondrial que es causado principalmente por la mutación m.3243A> G en el ADN mitocondrial. En este trabajo, informamos sobre cómo la gravedad de las alteraciones fisiopatológicas se expresa de forma diferente en los fibroblastos procedentes de pacientes con enfermedad MELAS. Evaluamos la biogénesis mitocondrial y la activación de la mitofagia, que son los principales mecanismos que regulan la degradación y la génesis de la masa mitocondrial en fibroblastos MELAS y cíbridos transmitocondriales.

Nuestros resultados sugieren un equilibrio crítico entre ambos procesos que hace posible la expresión de diferentes grados de gravedad patológica entre líneas celulares de fibroblastos de MELAS de acuerdo con su carga  de heteroplasmia  y AMP - activada proteína quinasa (AMPK) de activación.  Activadores AMPK tales como 5-aminoimidazol-4-carboxamida 1-β-Dribofuranoside (AICAR) o la coenzima Q10 (CoQ) aumentaron el proliferador de peroxisoma - receptor alfa activado (PGC-1α) translocación nuclear, la biogénesis mitocondrial, las enzimas antioxidantes  y el flujo autofágico, mejorando las alteraciones fisiopatológicas en fibroblastos MELAS.

Síndrome MELAS (encefalomiopatía mitocondrial, acidosis láctica y episodios parecidos a un accidente cerebrovascular)

La mayor parte del material genético se encuentra en los cromosomas en el interior del núcleo de la célula, pero las mitocondrias, unos orgánulos del interior celular que producen la energía que se utiliza en el metabolismo, también contienen una pequeña cantidad de ADN denominado ADN mitocondrial. Las alteraciones del material genético de las mitocondrias son la causa de algunas enfermedades que se transmiten con un patrón característico (maternal o mitocondrial) debido a que las mitocondrias solo se heredan de la madre. Todos los hijos e hijas de una mujer afectada heredarán las mitocondrias con la mutación y serán afectados – en mayor o menor grado - por la enfermedad (figura 1). Esto es, las mujeres padecen y transmiten la enfermedad y los varones la padecen pero no la transmiten.

Fig 1. Patrón de herencia mitocondrial cuando la madre está afectada (azul).

En el caso de las enfermedades raras (ER), el promedio de tiempo estimado que transcurre entre la aparición de los primeros síntomas hasta la consecución del diagnóstico es de casi 5 años. Aunque para uno de cada cinco afectados transcurren 10 o más años.

El retraso en el diagnóstico supone consecuencias de todo tipo, como es el no recibir ningún apoyo ni tratamiento, el haber recibido el tratamiento inadecuado y el agravamiento de la enfermedad. En ocasiones, estas consecuencias suponen importantes efectos secundarios.

Las causas por las cuales se produce el retraso en el diagnóstico son, entre otras, la falta de coordinación entre unidades asistenciales, la falta de información de rigor a través de una unidad coordinadora y la no financiación de pruebas que genéticas que facilitarían el diagnóstico.

FEDER alerta de esta realidad a través del informe de necesidades de las asociaciones, a través del cual se recoge que el 65% de las asociaciones considera mala la situación respecto a la detección precoz de las enfermedades raras. Respecto a los tiempos de diagnóstico definitivo, el 65% ha mostrado su descontento con esta situación y el 55% con el acceso a las pruebas y técnicas de diagnóstico.

“Por estos motivos, desde FEDER consideramos imprescindible establecer en el seno del SNS un programa específico para los pacientes con sospecha de enfermedad rara sin diagnóstico conocido, que establezca itinerarios asistenciales que permitan llegar a un diagnóstico o a una orientación diagnóstica si no es posible el diagnóstico de certeza, así como orientar el tratamiento o las medidas paliativas oportunas” afirma Juan Carrión, Presidente de FEDER:

Este programa permitiría caracterizar los distintos modelos de casos clínicos, estableciendo para cada grupo un itinerario asistencial para su diagnóstico y orientación terapéutica que permita desarrollar información actualizada sobre ER, aumentando así el conocimiento epidemiológico de las enfermedades poco frecuentes.

Ruta de derivación

A raíz de conocer el diagnóstico, las personas con enfermedades poco frecuentes necesitan de una atención especializada que les permita conocer los pasos a seguir. En esta línea desde FEDER se solicita a la Administración que se publique y garantice la ruta de derivación oficial que permita la efectiva circulación autonómica e internacional de las personas con ER con el fin de conseguir una correcta atención sanitaria.

En la actualidad existen multitud de trabas burocráticas en el acceso a una correcta atención sanitaria. Estas dificultades también limitan la atención de los pacientes que tienen sus únicas esperanzas en una atención médica especializada.

“En muchas ocasiones, personas con ER se han visto obligadas a empadronarse en ciudades donde la asistencia es accesible, produciéndose así una concentración de pacientes en unos pocos hospitales, con los problemas asistenciales y financieros que suponen para el hospital y la Comunidad Autónoma correspondientes” declara Delgado.

La coordinación es vital para garantizar la calidad de la atención en la etapa de diagnóstico y seguimiento. Además, ahorrará desplazamientos y disminuirá el impacto económico, familiar y social que origina el peregrinaje de las personas con ER.

Según el informe de necesidades anteriormente nombrado, más del 70% de las asociaciones considera que se deberían mejorar las derivaciones a otros centros dentro de una comunidad, y el 77% las derivaciones a otros centros de otra comunidad.

Tratamiento

Otra de las trabas con las que se encuentran las personas con enfermedades poco frecuentes es el difícil acceso a medicamentos y tratamientos vitales para las ER como son los medicamentos huérfanos.

Por un lado, las personas con enfermedades poco frecuentes sufren la implementación de un copago farmacéutico a la hora de acceder a sus medicamentos. La condición de cronicidad de las ER hace que en el 85% de los casos se requiera tratamiento de por vida. Esto provoca un alto impacto en la economía familiar que se ve agravado con la implantación del copago en farmacia hospitalaria,

“Desde FEDER solicitamos que se exima del copago a las familias con ER ya que es un trastorno y un inconveniente para seguir los tratamientos al ser muchos los medicamentos que los afectados por enfermedades poco frecuentes deben tomar para llevar una vida normal” afirma la Directora de FEDER.

Por otro lado, se encuentra el acceso a los medicamentos huérfanos (MMHH), que suponen con frecuencia la única oportunidad para personas que no suelen tener ninguna alternativa terapéutica.

Desde FEDER se considera necesario establecer partidas específicas en el SNS para los MMHH de manera que se garantice el acceso equitativo a estos tratamientos en las distintas CCAA. Además, se deben armonizar los criterios de accesibilidad entre las CCAA para evitar el retraso y minimizar el riesgo de inequidad frente al acceso a estos tratamientos.

Del mismo modo, se debe evitar considerarlos como una amenaza para la sostenibilidad del sistema sanitario en que los criterios económicos son frecuentemente los únicos que se analizan para justificar su financiación, así como simplificar los procedimientos para su comercialización una vez autorizados.

Según el informe de necesidades del movimiento asociativo, el 80% de las asociaciones de FEDER están en disconformidad con respecto a la financiación de tratamientos por parte de la Seguridad Social.

Otras prestaciones complementarias al tratamiento

Además, existen otro tipo de prestaciones sanitarias que no están cubiertas de forma integral por el sistema de Seguridad Social como pueden ser el servicio de fisioterapia y rehabilitación, servicios de logopedia, atención psicológica para afectados y familiares directos y servicios de atención temprana.

Estas prestaciones, imprescindibles para el mantenimiento de una mínima calidad de vida de las personas con ER, están teniendo que ser subsidiariamente atendidas por servicios profesionales, muchas veces de carácter privado, que traen consigo una sobrecarga económica para las personas o familias con enfermedades poco frecuentes, que en muchos casos no pueden afrontar.

“Reclamamos que la Cartera de Servicios Comunes del Sistema Nacional de Salud (SNS) debe de incluir expresamente el acceso a las personas con ER para los servicios de rehabilitación y fisioterapia. Esta rehabilitación debe de estar cubierta y financiada no solo para los supuestos en que el déficit funcional no sea recuperable sino también para aquellos pacientes en los que el déficit funcional no sea recuperable” afirma Claudia Delgado.

En el ámbito de la atención a la salud psicológica en ER, FEDER reclama que la misma sea integral y completa, incluyéndose la atención de los trastornos derivados de situaciones de riesgo o exclusión social de las personas que padecen una enfermedad rara y también la de los familiares que las atiendan más directamente.

FEDER advierte que además de estar en juego el derecho a la salud de las personas con ER, las familias con alguno de sus miembros afectados por estas patologías han de soportar el alto coste de cuidados y tratamientos no cubiertos o facilitados por el SNS.

Expertos participantes en este Simposio, pertenecientes al Instituto de Investigación de Enfermedades Raras del Instituto de Carlos III, la Sociedad Española de Farmacia Hospitalaria (SEFH), el Comité de Medicamentos Huérfanos de la Agencia Europea del Medicamento (EMA, por sus siglas en inglés) y la Federación Española de Enfermedades Raras (FEDER), han subrayado que, entre las razones que contribuyen a esta desigualdad en el acceso, se halla la existencia de limitaciones en el presupuesto sanitario de algunas comunidades y hospitales, así como la ausencia de criterios homogéneos, válidos, reconocidos igualmente en todas las autonomías para la asignación, inicio y finalización de los tratamientos específicos.

Desde el punto de vista de la gestión de los casos, consideran "indispensable" la creación de equipos de referencia para el tratamiento de enfermedades raras, constituidos por profesionales especializados cuyas funciones serían la elaboración de protocolos de actuación clínica y de derivación, y de propuestas para la coordinación de la asistencia sanitaria con los equipos médicos que operan en la localidad de residencia del paciente.

Los médicos especialistas en MEDICINA INTERNAhan destacado, asimismo, la necesidad de una definición más operativa de enfermedades raras, que denote el limitado conocimiento que existe sobre las mismas, su base genética y las dificultades diagnósticas, terapéuticas y asistenciales habituales.

Estas iniciativas, a su juicio, favorecerían el acceso más equitativo a los cuidados especializados y al tratamiento con los medicamentos huérfanos entre las distintas comunidades autónomas, y harían posible el manejo más ágil de los pacientes con enfermedades raras.

MIOPATÍA MITOCONDRIAL, FIBROMIALGIA Y SÍNDROME FATIGA CRÓNICA

Hay muchas condiciones causadas por el mal funcionamiento de las mitocondrias y se las denominan “enfermedades mitocondriales”. El factor común entre estas enfermedades es que las mitocondrias son incapaces de generar suficiente energía para que las células funcionen bien. Una enfermedad mitocondrial que causa problemas musculares prominentes se llama miopatía mitocondrial, pero también afecta a otras partes del cuerpo. Pues las mitocondrias son componentes vitales de todas las células nucleadas y el sitio principal de producción de energía.

La enfermedad mitocondrial en los adultos a menudo la miopatía suele ser el primer síntoma y se presenta de una manera sutil, con síntomas tales como cansancio y debilidad que a menudo tienden a desarrollarse a lo largo de los años y rara vez se diagnostica al inicio de los síntomas
Los síntomas pueden mostrar una amplia variabilidad, desde intolerancia al ejercicio relativamente inespecífica o calambres musculares dolorosos causados por el ejercicio a la debilidad muscular en una distribución predominantemente proximal. A pesar de la debilidad, muchos pacientes tienen hallazgos objetivos mínimos. Sin embargo, un examen físico cuidadoso desde el principio puede revelar debilidad muscular muy ligera.

La enfermedades mitocondriales son genéticas, hereditarias, crónicas e incapacitantes, causadas por mutaciones en el ADN mitocondrial y / o genes de ADN nuclear que alteran la función de la cadena respiratoria mitocondrial. Muchos pacientes al comienzo presentan pocos síntomas o superposición de síntomas pobremente definidos, y por lo tanto los médicos deben tener un alto índice de sospecha cuando se considera la posibilidad de una enfermedad mitocondrial.

La enfermedad mitocondrial es difícil de diagnosticar y puede ser debido en parte a la falta de conocimiento por parte del médico y de la población en general, sobre todo en la presentación inicial en los adultos, debido a la extrema variabilidad clínica entre los pacientes, los síntomas intermitentes y variables dentro de cada paciente.

Por lo tanto, de acuerdo con la buena práctica médica, la evaluación de un paciente con sospecha de enfermedad mitocondrial debe comenzar con una evaluación clínica exhaustiva. La evaluación debe incluir una historia familiar detallada, con énfasis en la posible herencia matrilineal, y una revisión de los síntomas con especial atención a los signos y síntomas sugestivos de enfermedad mitocondrial.

La herencia materna es que una madre va a transmitir las mutaciones de ADNmt al 100% descendencia – hijos e hijas – , aunque las manifestaciones clínicas de la enfermedad pueden ser muy variadas dentro de la misma familia, desde oligosintomáticos hasta severamente afectados. Además sólo transmiten la enfermedad las mujeres, los varones la padecen pero no la transmiten.

Por ello los expertos en enfermedades mitocondriales en adultos solemos decir una frase muy gráfica y fácil de entender “La enfermedad mitocondrial puede presentare a cualquier edad, en cualquier momento, en cualquier órgano, con cualquier conjunto de síntomas”, a pesar del hecho de que es una enfermedad heredada.

La miopatía mitocondrial puede ser fácilmente confundida con el síndrome de fatiga crónica y la fibromialgia.
En mi larga experiencia en esta enfermedad en adultos, la mayoría de pacientes que estaban diagnosticados de Fibromialgia o de Fatiga crónica, y después de un estudio exhaustivo padecían de MIOPATIA MITOCONDRIAL.

Así como la Fibromialgia y el Síndrome de fatiga crónica no mejoran con el tratamiento y los pacientes permanecen con muy mala calidad de vida; por el contario la Miopatía Mitocondrial así como los síntomas acompañantes suelen mejorar con terapia adecuada.