ABSTRACT
Abstract Introduction: Lysosomal storage disease is caused by the deficiency of a single hydrolase (lysosomal enzymes). GM2 gangliosidoses are autosomal recessive disorders caused by deficiency of β-hexosaminidase and Tay-Sachs disease (TSD) is one of its three forms. Objective: To perform a review of the state of the art on TSD and describe its definition, epidemiology, etiology, physiopathology, clinical manifestations, as well as advances regarding its diagnosis and treatment. Materials and methods: A literature search was carried out in PubMed using the MeSH terms "Tay-Sachs Disease". Results: after the initial search was conducted, 1 233 results were retrieved, of which 53 articles were finally selected. TSD is caused by the deficiency of the lysosomal enzyme β-hexosaminidase A (HexA), and is characterized by neurodevelopmental regression, hypotonia, hyperacusis and cherry-red spots in the macula. Research on molecular pathogenesis and the development of possible treatments has been limited, consequently there is no treatment established to date. Conclusion: TSD is an autosomal recessive neurodegenerative disorder. Death usually occurs before the age of five. More research and studies on this type of gangliosidosis are needed in order to find an adequate treatment.
Resumen Introducción. La deficiencia de una sola hidrolasa (enzimas lisosomales) da como resultado una enfermedad de almacenamiento lisosomal. Las gangliosidosis GM2 son trastornos autosómicos recesivos causados por la deficiencia de β-hexosaminidasa. La enfermedad de Tay-Sachs (TSD, por sus siglas en inglés) es una de las tres presentaciones de este tipo de gangliosidosis. Objetivo. Realizar una revisión del estado del arte de la TSD describiendo su definición, epidemiología, etiología, fisiopatología, manifestaciones clínicas y actualidades en su diagnóstico y tratamiento. Materiales y métodos. Se realizó una búsqueda bibliográfica en PubMed utilizando como único término MeSH "Tay-Sachs Disease". Resultados. Se encontraron 1 233 publicaciones y se seleccionaron 53 artículos. La TSD es originada por la deficiencia de la enzima lisosomal β-hexosaminidasa A (HexA) y se caracteriza por regresión del neurodesarrollo, hipotonía, hiperacusia y manchas maculares rojo cereza. La investigación de la patogenia molecular y el desarrollo de posibles tratamientos han sido limitados y en la actualidad no se cuenta con uno plenamente establecido. Conclusiones. La TSD es un trastorno neurodegenerativo autosómico recesivo y por lo general la muerte se produce antes de los 5 años de edad. Son necesarias más investigaciones y estudios sobre este tipo de gangliosidosis con el fin de encontrar un tratamiento adecuado.
ABSTRACT
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.
ABSTRACT
La enfermedad de Tay-Sachs es un trastorno neurodegenerativo progresivo de herencia autosómica recesiva. Se debe a la deficiencia de la enzima β-hexosaminidasa A, que provoca una acumulación de gangliósidos GM2 en los lisosomas. Se incluye dentro de las esfingolipidosis. De las esfingolipidosis que presentan mancha rojo cereza en la mácula, la enfermedad de Tay-Sachs es la única en la que no se evidencia hepatoesplenomegalia. La variante más frecuente se inicia en la lactancia. Se presenta un lactante del sexo masculino al que se le realizó el diagnóstico de esta entidad a los 8 meses de edad. A partir de los 4 meses comenzó a presentar una reacción de sobresalto. A los 6 meses comenzó a perder habilidades previamente adquiridas y crisis epilépticas mioclónicas. Se constató una disminución de la actividad específica de la enzima hexosaminidasa A en leucocitos.
Tay-Sachs disease is a progressive autosomal recessive inherited neurodegenerative disorder caused by Beta-hexosaminidase A enzyme deficiency that in turn provokes GM2 ganglioside accumulation in the lysosomes. It is included in the sphyngolipidoses classification. Among the sphyngolipidoses that present with cherry-red spot in the macula, Tay-Sachs disease is the only one that does not show hepatosplenomegaly. The most frequent variant begins at the breast-feeding phase. This report presented a male nursling who was diagnosed with Tay-Sachs disease at the age of 8 months. At 4 months of age, he had begun getting some fright reactions. At 6 months-old, he began losing his previously acquired skills and suffering myoclonic seizures. The cause was the reduced specific activity of the hexosaminidase A enzyme in leukocytes.