Characterization of recombinant human lysosomal beta-hexosaminidases produced in the methylotrophic yeast Pichia pastoris / Caracterización de beta-hexosaminidasas lisosomales humanas recombinantes producidas en la levadura metilotrófica Pichia pastoris / Caracterização de beta-hexosaminidases lisossomais humanas recombinantes produzidas na levedura metilotrófica Pichia pastoris

Abstract β-hexosaminidases (Hex) are dimeric enzymes involved in the lysosomal degradation of glycolipids and glycans. They are formed by α- and/or β-subunits encoded by HEXA and HEXB genes, respectively. Mutations in these genes lead to Tay Sachs or Sandhoff diseases, which are neurodegenerative disorders caused by the accumulation of non-degraded glycolipids. Although tissue-derived Hex have been widely characterized, limited information is available for recombinant α-hexosaminidases. In this study, human lysosomal recombinant Hex (rhHex-A, rhHex-B, and rhHex-S) were produced in the methylotrophic yeast Pichia pastoris GS115. The highest specific enzyme activities were 13,124 for rhHexA; 12,779 for rhHex-B; and 14,606 U .mg-1 for rhHex-S. These results were 25- to 50-fold higher than those obtained from normal human leukocytes. Proteins were purified and characterized at different pH and temperature conditions. All proteins were stable at acidic pH, and at 4 °C and 37 °C. At 45 °C rhHex-S was completely inactivated, while rhHex-A and rhHex-B showed high stability. This study demonstrates P. pastoris GS115 potential for polymeric lysosomal enzyme production, and describes the characterization of recombinant β-hexosaminidases produced within the same host.

Resumen Las β-hexosaminidasas (Hex) son enzimas diméricas involucradas en la degradación lisosomal de glicolípidos y glicanos. Estas enzimas están formadas por las subunidades α- y/o β-codificadas por los genes HEXA and HEXB respectivamente. Las mutaciones de estos genes conducen a las enfermedades de Tay Sachs o Sandhoff, que son desórdenes neurodegenerativos causados por la acumulación de glicolípidos no degradados. Aunque las Hex derivadas de tejido han sido ampliamente caracterizadas, la información disponible sobre las p-hexosaminidasas recombinantes es limitada. En este estudio se produjeron Hex recombinantes lisosomales (rhHex-A, rhHex-B y rhHex-S) en la levadura metilotrófica Pichia pastoris GS115. Las actividades específicas más altas de las enzimas fueron 13.124, 12.779, 14.606 U .mg-1 para rhHex-A, rhHex-B y rhHex-S, respectivamente. Estos resultados fueron 25 a 50 veces más altos que los obtenidos de leucocitos humanos normales. Las proteínas se purificaron y se caracterizaron a diferentes condiciones de pH y temperatura. Todas las proteínas fueron estables a pH ácido y a 4°C y 37°C. A 45°C la rhHex-S se inactivó completamente, mientras que rhHex-A y rhHex-B mostraron alta estabilidad. Este estudio demuestra el potencial de P. pastoris GS115 para la producción de enzimas lisosomales poliméricas y presenta la caracterización de distintas β-hexosaminidasas recombinantes producidas en un único hospedero.

Resumen As β-hexosaminidases (Hex) são enzimas diméricas envolvidas na degradação lisossomal de glicolipídeos e glicanos. Essas enzimas são formadas por subunidades a- e/ou p-codificadas pelos genes HEXA e HEXB, respectivamente. As mutações nesses genes causam a doença de Sandhoff ou Tay Sachs, que são desordens neurodegenerativas causadas pela acumulação de glicolipídeos não degradados. Embora Hex derivadas de tecido hajam sido caracterizadas extensivamente, as informações disponíveis sobre as p-hexosaminidases recombinantes são limitadas. Esse estudo produziu Hex recombinantes lisossomais (rhHex-A, rhHex-B e rhHex-S) na levedura metilotrófica Pichia pastoris GS115. As atividades específicas mais altas das enzimas foram 13.124, 12.779, 14.606 U .mg-1 para rhHex-A, rhHex-B y rhHex-S, respectivamente. Esses resultados foram 25 a 50 vezes mais altos do que os obtidos a partir de leucócitos humanos normais. As proteínas foram purificadas e caracterizadas em diferentes condições de pH e temperatura. Todas as proteínas foram estáveis a pH ácido e a 4°C e 37°C. A 45°C a rhHex-S foi completamente inativada, enquanto rhHex rhHex-A e B se mostraram altamente estáveis. Esse estudo demonstra o potencial de P. pastoris GS115 para a produção de enzimas lisossomais poliméricas e apresenta a caracterização de diferentes p-hexosaminidases recombinantes produzidas em único hospedeiro.

Construcción de un vector de expresión derivado de virus adenoasociados para corregir in vitro el defecto genético de la enfermedad de Morquio A / Construction of an adenoassociated, viral derived, expression vector to correct the genetic defect in Morquio A disease

Introducción. La mucopolisacaridosis IV A (Morquio A) es una enfermedad de depósito lisosómico causada por la deficiencia en la actividad de la enzima N-acetil-galactosamina- 6-sulfato-sulfatasa que produce la acumulación intralisosómica de queratán y condroitín-6-sulfato. Hasta el momento, su manejo es paliativo, por lo que las investigaciones se han enfocado en establecer una terapia que pueda aplicarse tempranamente y garantice la expresión estable de la enzima. En este sentido, la terapia génica se presenta como una de las potenciales alternativas terapéuticas para corregir el defecto genético en la mucopolisacaridosis IV A. Objetivo. Construir vectores de expresión derivados de virus adenoasociados para corregir in vitro la deficiencia enzimática en la mucopolisacaridosis IV A. Materiales y métodos. Se produjeron vectores derivados de virus adenoasociados que portaban el gen humano de la enzima N-acetil-galactosamina-6-sulfato-sulfatasa dirigido por el promotor temprano del citomegalovirus humano, empleando un sistema libre de adenovirus. Se transfectaron células HEK293 y fibroblastos humanos Morquio A con los virus recombinantes, y se determinó la actividad enzimática en el lisado celular a las 24 y 48 horas después de la transfección. Resultados. Se obtuvieron virus adenoasociados recombinantes, libres de adenovirus, con títulos hasta de 2,08 x 1010 cápsides/ml. Tanto en células HEK293 como en fibroblastos Morquio A transfectados, se obtuvieron actividades enzimáticas hasta de 3,05 nmoles/mg por hora, 48 horas después de la transfección. Conclusión. Los virus recombinantes producidos expresaron in vitro la enzima GALNS en las células transfectadas. Estos resultados constituyen el paso inicial para el desarrollo de una terapia génica para la enfermedad de Morquio A empleando vectores derivados de virus adenoasociados.

Producción de anticuerpos policlonales IgG contra la proteína iduronato-2-sulfato sulfatasa y desarrollo de un sistema de detección para IDS humana recombinante / Production of polyclonal antibodies to protein iduronate-2-sulphate sulphatase (IDS) and development of a detection system for human recombinant IDS

Introducción. La enfermedad de Hunter es un trastorno lisosómico caracterizado por la deficiencia de la enzima iduronato-2-sulfato sulfatasa (IDS) (EC 3.1.6.13). Esta enfermedad, al igual que muchos trastornos metabólicos, son patologías intratables mediante la terapéutica convencional; sin embargo, existe la posibilidad de ser tratada alternativamente mediante terapia génica o terapia de reemplazo enzimático. Objetivo. El Instituto de Errores Innatos del Metabolismo (IEIM) ha desarrollado un sistema de expresión de sulfatasas para producir IDS humana recombinante (IDShr) en Escherichia coli y Pichia pastoris,con resultados favorables. El objetivo principal de este trabajo fue desarrollar un sistema de detección de IDS humana recombinante. Materiales y métodos. Para el efecto, se inmunizaron con IDS comercial de TKT (Cambridge, MA) dos conejos de raza Nueva Zelanda blanca y los anticuerpos purificados a partir del suero se utilizaron en el desarrollo de una técnica semicuantitativa por dot-blot. Diferentes muestras de extractos crudos de fermentaciones con P. pastoris y E. coli se procesaron con el fin de poder determinar la presencia de la enzima. Resultados. Se demostró que los anticuerpos eran específicos en el reconocimiento de la IDS sin presentar reactividad cruzada con proteínas contaminantes de los extractos crudos. Conclusión. Por consiguiente, los anticuerpos se podrán usar en el desarrollo de una técnica ELISA tipo sandwich como método de detección y cuantificación de la enzima y en procesos de purificación de la misma mediante cromatografía de afinidad

Los errores innatos del metabolismo en Colombia

EL presente trabajo estuvo dirigido a anlizar el avance en el campo de los errores innatos del metabolismo, tanto en el diagnóstico por el laboratorio como en el conocimiento de estas enfermedades en Colombia. Se analizo la forma como se remiten los pacientes, la procedencia de los mismos, la especialidad de los medicos remitentes, la impresion diagnostica y el diagnostico final. Los estudios del laboratorio se enfocaron tomando como base el diagnostico presuntivo, luego se aplicaron baterias de tipo general para carbohidratos, aminoacidopatias, acidurias organicas o para desordenes neurodegenerativos y se fue profundizando hasta llegar al analisis de la enzima o proteina que define el diagnostico. Para tres enfermedades hemos llegado al nivel de DNA. Hace 5 años publicamos los hallazgos efectuados en este campo en la población colombiana. La comparación entre los dos estudios permite evaluar ele avance logrado especialmente con la introduccion de la cromatografia de gas acoplada a la espectometria de masas, para el diagnostico de las acidemias organicas, de nuevas tecnicas enzimaticas para el diagnostico de mucopolisacaridosis y enfermedades neurodegenerativas. Las acidurias glutarica tipo I, tipo II, la piroglutamica y la 3 OH, 3 metilglutarica son los primeros casos que se reportan en Colombia. El porcentaje de pacientes remitidos sin impresion diagnostica o con solicitud de estudio metabolico no definido, bajo del 75 porciento al 25 porciento; lo anterior permite concluir que hemos hecho notables avances diagnosticos y por laboratorio de los EIM en Colombia

Terapia génica y otras terapias para enfermedades genéticas. Qué tan cerca estamos de la curación definitiva?

A review is made on the polygenic or monogenic origens of genetic disorders; a description of some inborn errors of the metabolism is presented and available therapies are discussed at length. Finally a a through discussed on genetic manipulation is entertained; the issues dissected here include the vectors for introductions of genetic material, risks of therapy, diseases to treat, trials in children, safety of protocols, ethical and social implications and lastly the impact of genetic therapy in the medical field.

Aspectos clínicos y bioquímicos del síndrome de Lesch-Nyhan

El síndrome de Lesch-Nyhan es una enfermedad genética ligada al cromosoma X, originada por un defecto en el gen que codifica la hipoxantia guanina fosforribosiltransferasa (HGPRT). Esta enzima participa en la recuperación de la guanina e hipoxantina. La deficiencia enzemática conlleva una acumulación exagerada del ácido úrico. La deficiencia total o casi total de la enzima, produce el síndrome de Lesch-Nyhan, el cual se caracteriza por hiperruricemia, hiperaciduria, coreoatetosis, hiperreflexia, retardo mental y autoagresividad. La deficiencia parcial de la enzima ocasiona artritis gotosa y nefrolitiasis sin daño neurológico.