Mutações genéticas COL2A1: mecanismos de displasia congênita Espondiloepifisária | Jiotower

gene COL2A1 (12q13.1-q13.2) consiste em 54 exões que abrangem mais de 31,5 kb e codifica para colagénio tipo II, uma proteína de 1487 aminoácidos (134.4 kDa).1

colagénio tipo II, uma grande proteína homotrimérica, é o principal componente da matriz extracelular da cartilagem hialina (95% dos colágenos e aproximadamente 60% do peso seco em adultos), núcleo pulposo de disco intervertebral, humor vítreo do olho e da estrutura do ouvido interno. Desempenha um papel fundamental na formação e crescimento do osso endocondral. Na placa de crescimento da cartilagem, é sintetizada proliferando condrócitos até que se diferenciem em condrócitos hipertróficos.

colagénio tipo II actua como um factor autocrine de proliferação e diferenciação através de múltiplos efectores a jusante e um potente supressor para a hipertrofia dos condrocitos e a apoptose através da regulação negativa da actividade do SMAD1.2

Tipo II colágeno moléculas têm três idênticos α1-polipeptídeo cadeias de 1060 resíduos de aminoácidos, cada um, com um grande ininterrupto de tripla-hélice região e relativamente curto, não-helicoidal telopeptides (19 resíduos de aminoácidos na N-telopeptide e 27 de resíduos de aminoácidos em C-telopeptide), que não possuem o Gly-X-Y-a repetição de estrutura primária encontrado na tríplice hélice região. As posições” X” e ” Y ” são frequentemente ocupadas por resíduos de prolina e hidroxiprolina, respectivamente. As regiões N-E C-telopeptídeo permitem o início da configuração tripla-helicoidal.

moléculas de colagénio tipo II auto-se espontaneamente em fibrilhas, que, juntamente com outras macromoléculas, formam o suporte extracelular crítico para a integridade e as funções biomecânicas da cartilagem.3 as fibrilas são ligadas entre si para formar fibras de colágeno tipo II.In vivo, a polimerização de moléculas de colagénio em fibrilas envolve interacções celulares e matrizes extracelulares específicas. Proteoglicanos, tais como a decorina, fibromodulina e bglycan, ligam fibrilhas de colagénio tipo II para estabilizar os feixes de fibril (fibras compostas de múltiplas fibrilas).

defeitos moleculares no gene COL2A1 causam uma grande variedade de raras condições autossómicas dominantes conhecidas como colagenopatias tipo II.Até agora, mais de 400 mutações foram descritas em bases de dados públicas e literatura anterior (329 variantes patogénicas, 153 variantes de significado incerto). O espectro Molecular de alterações inclui mutações pontuais (missense, nonsense, deleção, inserção, inserção-deleção e mutação de frame-shift) e reorganizações complexas 5–7 (Tabela 1). Não foram identificados pontos quentes mutacionais no gene COL2A1 e a gravidade do fenótipo pode ser explicada pela natureza da mutação e pela localização na proteína. Usámos a sequência de referência NM 001844.4 combinada com a versão mutalyzer 2.0.6 (https://mutalyzer.nl/), que é um conjunto de programas que examina a nomenclatura das variantes de sequência de acordo com as orientações do HGVS.

ainda não se conhece uma relação genótipo–fenótipo clara. No entanto, algumas correlações são descritas. Colagenopatias tipo II a herança dominante depende basicamente de dois mecanismos moleculares: mutantes negativos dominantes e falta de eficiência. A mutação mais comum (mais de 70%, Tabela 1) é a mutação missense, algumas das quais levam à substituição de resíduos de glicina na repetição Gly-X-Y, apresentando como efeito dominante-negativo,8 geralmente visto nas desordens mais graves do tipo II do colagénio. Algumas mutações truncantes e algumas mutações de exon-skipping foram relatadas como causadoras de colagenopatias tipo II mais graves.As mutações Missense que levam a outros aminoácidos que não a substituição da glicina causam fenótipo geralmente mais suave devido à diminuição da estabilidade da proteína, e danos subsequentes na estrutura helicoidal e função adequada do colagénio tipo II.

Haploinsuficiency is a mechanism due to non-sense substitutions or out-of-frame deletions, resulting in premature stop codons which cause reduced synthesis of normal collagen. Estas mutações estão associadas a fenótipos mais leves.

além disso, a variação fenotípica é provavelmente causada por fatores ambientais e os polimorfismos em genes modificadores de doenças e/ou elementos regulatórios.

colagenopatias tipo II características clínicas mostram uma ampla gama de gravidade e complexidade.

além disso, várias colagenopatias tipo II são partilhadas por outras síndromes devido a defeitos noutros Componentes da cartilagem (por exemplo, displasia otospondilomegaepifisária causada pela mutação COL11A2, displasia epifisária múltipla causada principalmente por mutação COMP).10, 11

sobreposição fenotípica em perturbações relacionadas com o COL2A1 e grande variação fenotípica inter e intra-familiar foram frequentemente notificadas.

numa extremidade do espectro, a acondrogénese tipo II (ACG2)/hipocondrogénese e a displasia esquelética letal platispondílica, o tipo Torrance (PLSDT) são condições perinatalmente letais. Eles são caracterizados por micromelia, peito estreito com hipoplasia pulmonar, ausência de ossificação de vertebras e Sacro, sequência de Pierre Robin e várias anomalias viscerais. Na outra extremidade do espectro estão listadas algumas condições típicas da adolescência ou a idade adulta: a necrose avascular de cabeça femoral (ANFH), Legg-Calvè-Perthes, doença de, início precoce de osteoartrite (OA), Strickler síndrome do tipo1 (STL1), vitreoretinopathy com phalangeal epiphyseal displasia (VPED). Estas condições são caracterizadas por estatura normal e desenvolvimento precoce de artrose ou defeitos oculares. Um terceiro grupo de colagenopatias tipo II apresenta, à nascença ou durante a infância, características clínicas de displasia espondiloepifiseal com grande variedade de gravidade. A face média plana e anomalias do olho e do ouvido interno também são comuns neste grupo.

Kniest displasia, spondyloepimetaphyseal displasia (SEMD) Strudwick tipo e Argelinos tipo, e spondyloepiphyseal displasia congenita (SEDC) são caracterizados por nanismo causado devido a atrasos na ossificação das vértebras e ossos pubianos. Frequentemente coexiste hipoplasia odontóide. Os ossos longos são curtos e a cifoscoliose desenvolve-se na infância.

pelo contrário, na displasia espondiloperiferal (DPPD), os doentes apresentam apenas uma baixa estatura associada a uma importante lordose lombar, na displasia Checa (CD) as marcas são joelhos largos ou proeminentes e metatarsos e falanges largos no terceiro ou quarto dedo do pé.

In 1966, the spondyloephyseal displasia congenita was suggested by Spranger and Wiedemann12 for a short-trunk dwarfing condition affecting primarily the vertebrae and the proximal epiphyses of the long bones.

SEDC é uma doença rara com uma prevalência de 3,4 / 1 000 000. À nascença, os doentes com SEDC são curtos (comprimento médio de 45 cm no termo) com vertebras achatadas; a ossificação está ausente nos ossos púbicos e epífises femorais distais, ausente ou reduzida em vertebras cervicais e sacrais. Os ossos ilíacos têm um comprimento curto, com o telhado acetabular mais horizontal do que o normal e sem o brilho normal das asas ilíacas. Os lactentes com SEDC grave geralmente nascem nados-mortos ou prematuros e morrem pouco depois do nascimento por causa da hipoventilação. A falha respiratória em desenvolvimento só pode ser temporariamente superada através do fornecimento de suporte intensivo ao ventilador. Recentemente, descrevemos um caso de uma criança que, excepcionalmente, sobreviveu até 13,5 anos com a colocação de passagens aéreas. As características da criança (caixa torácica pequena, traqueo-broncomalácia grave, pulmões hipo-expandidos, insuficiência do músculo respiratório e distensão abdominal acentuada) levaram a criança a sofrer de uma doença respiratória obstrutiva crónica grave que foi constantemente monitorizada e tratada por procedimentos cirúrgicos endoscópicos.

frequentemente, os doentes sofrem de instabilidade atlantoaxial devido a hipoplasia odontóide que pode causar compressão do cordão cervical, especialmente durante a reparação durante a intubação ou cirurgia.14,15

pouco tempo após o nascimento, a gravidade da doença desenvolve-se nos corpos torácico e vertebral lombar. Isto, em última análise, leva a vértebras torácicas em forma de cunha e cifoscoliose grave com lordose lombar. Os ossos tubulares, exceto as mãos, são curtos com ossificação epifiseal retardada e displástica. A partir disso, segue o nanismo de tronco curto (a altura média do adulto é de 140 cm). Os doentes adultos apresentam também uma face plana para hipoplasia esquelética com olhos proeminentes e fenda palatina, tórax e pectus carinatum. As suas mãos estão normais, mas o coxa vara, os quadris deslocados, o talipes equinovarus, o clubfeet e o portão ondulado são relatados. Abdómen hipoplástico, Prolapso mitral também foram notificados.

os doentes adultos sofrem de perda auditiva neurossensorial (25% a 30% dos casos notificados) ou menos frequentemente de perda auditiva mista. Foram notificadas complicações oculares como miopia em 45% dos doentes, mas o descolamento da retina é menos frequente (12%) do que na síndrome de Strickler tipo 1.Foram descritas 16

na displasia espondiloefiseal congênita mais de 100 mutações COL2A1. Os mais comuns encontram-se na tripla hélice (74% de substituições de glicina e 10% de alterações de Arg-a-Cys) e são herdados dominantemente, enquanto apenas foram encontradas poucas mutações envolvendo a região do peptídeo-C. Além disso, recentemente também foi demonstrado um padrão recessivo.5

diferentemente da Osteogénese Imperfeita,15 Em doentes SEDC com substituições de glicina no domínio Triplo helicoidal, não foi notificado qualquer gradiente amino-a-carboxiterminal na gravidade do fenótipo radiológico.17

mecanismos fisiopatológicos e relação entre mutações genéticas e defeitos da cartilagem/osso são largamente especulativos. Apenas poucos dados resultam de Estudos em ratinhos que transportam mutações espontâneas de missense no gene18 COL2A1 ou em ratinhos transgénicos que abrigam mutações no gene humano COL2A1. Em ratinhos transgénicos, foram geradas mutações com efeito negativo dominante 19 e mutações que causam a haploinsueficiência.Nestes modelos, o atraso da ossificação foi observado muito precocemente no desenvolvimento do feto. As placas de crescimento mostram alterações graves. As zonas proliferativas e hipertróficas da cartilagem eram mais curtas ou indistinguíveis e a deposição da matriz da cartilagem está notavelmente diminuída, as fibrilas do colágeno foram cada vez menos elaboradas.As moléculas de colagénio tipo II mutantes apresentam uma mobilidade electroforética alterada, uma termostabilidade relativamente baixa e taxas de secreção lentas no espaço extracelular. Eles se auto-montam em fibrilhas anormais que não são capazes de interagir adequadamente com outros elementos da matriz extracelular. A arquitetura fibrilar adequada e as características mecânicas da matriz interterritorial e colagenosa pericelular são fundamentais para um arranjo colunar correto de condrócitos na placa de crescimento.Além disso, em ratinhos transgénicos, os condrócitos apresentam cisternas muito extensas do retículo endoplasmático rugoso com uma retenção de procolagénio e outras moléculas (por exemplo, fibronectina). Esta retenção, portanto, causa estresse reticulum endoplásmico suficiente para reduzir a taxa de proliferação nas placas de crescimento.22,23 foi também notificada ausência ou redução acentuada da expressão mRNA dos marcadores de condrocyte, incluindo os marcadores Cdkn1a, Ihh, Fgfr3, COL10A1 e Runx2.

a diferenciação anormal dos condrocitos afecta negativamente o crescimento linear dos ossos, alterando as relações normais das células e o fornecimento de factores de crescimento durante a ossificação endocondral.