Monografías de alumnos: DEFICIENCIA DE PIRUVATO QUINASA (PK) en caninos

AUTORES:

• RIOS GIMENA
• CRUZ MICAELA

Curso de Genética Básica. Carrera de Veterinaria. Universidad Nacional de Río Negro. Argentina. 2017

By Flickr user dmealiffe (Flickr here) [CC BY-SA 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0)], via Wikimedia Commons

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By Flickr user dmealiffe

Deficiencia de piruvato quinasa (PK) en caninos

Introducción

La anemia hemolítica es un trastorno que genera la disminución de la masa de globulos rojos sanguíneos y puede ser causada por diferentes alteraciones, una de ellas es a nivel genético debido a una mutación del gen PKLR. Esta es una alteración autosómica recesiva que se caracteriza por una disminución en la actividad catalítica de la enzima piruvato quinasa. Este trastorno provoca que los glóbulos rojos se destruyan mas rápido de lo que la medula ósea pueda producirlos. El animal afectado puede presentar diferentes signos clínicos, como mucosas pálidas, aumento del ritmo cardiaco y una tolerancia reducida al ejercicio. Las razas más susceptibles a esta deficiencia son Labrador Retriever, Pug, Beagle y Basenji.

¿Qué es la piruvato quinasa?

La piruvato quinasa es una enzima importante en el metabolismo energético de los glóbulos rojos. Se trata de una enzima de la vía glucolítica y su actividad enzimática proporciona la mitad de la energía (moléculas de ATP) producida en dicha vía, en el interior del eritrocito. La falta de energía en forma de ATP hace que se altere el equilibrio dentro del hematíe y se pierda agua y potasio que hay en su interior, generando una deshidratación de la célula y su posterior lisis. Este trastorno hereditario causa una deficiencia en esta enzima que genera un marcado agotamiento de la vida útil de los glóbulos rojos y, por lo tanto, una anemia hemolítica grave, produciendo un bajo hematocrito debido a la lisis celular.(Harvey, JW 1995); (Henderson A, 2007)

Existen 4 variantes de la enzima PK las cuales son específicas de cada tejido, entre las mas importante a destacar se encuentran: M2: ubicada en músculo esquelético; la tipo R: presente en eritrocitos, y la tipo L: localizadas en el hepatocito. En un estudio realizado en perros de raza Basenjis, se ha demostrado que este trastorno genera una deficiencia en la actividad catalítica de la enzima piruvato quinasa tipo R, por lo tanto el organismo intenta compensarlo, aumentado las concentraciones de PK-M2 en eritrocitos. (Whitney KM, 1994)

¿Quién codifica a piruvato quinasa?

El gen responsable de codificar a la enzima piruvato quinasa se lo conoce como gen  PK-LR o también conocido como PK1; PKL; PKR; RPK, ubicado en el cromosoma 7 de los caninos.

La longitud de este gen es de 1972 pb, y presenta 12 exones.

La siguiente imagen corresponde al gen PKLR y su recuento de exones. Se pueden observar las diferentes variantes ya sea tipo R o L, en el cual el recuento de exones se reduce a 11. Esto se debe al proceso de maduración de ARN o también llamado splicing alternativo o empalme alternativo, en el cual se van todos los intrones y solamente quedan los exones, que permite obtener diferentes tipos de ARN mensajero y por ende diferentes isoformas de proteínas específicas de cada tejido.

Fuente: NCBI

Figura 1. Esquema del gen PKLR en caninos

Figura 2. Variantes del gen PKLR en diferentes tejidos. Por Ríos, G. y Cruz, M

¿Cómo se hereda?

La deficiencia de la enzima piruvato quinasa es un rasgo autosómico recesivo que significa que ambos padres de un perro afectado son portadores del trastorno. Los portadores tienen aproximadamente la mitad de la actividad enzimática normal en los glóbulos rojos y no se ven afectados clínicamente. Si se aparean dos portadores pueden producir descendencia afectada. (Harvey, JW y col, 1995)

Dicho trastorno es un típico caso de dominancia incompleta o codominancia en la cual los homocigotas son fenotípicamente diferentes a los heterocigotas, no existe un rasgo dominante ni tampoco recesivo, pero la enfermedad se manifiesta en la descendencia.

Gametas            Hembra

Macho

 A a

A AA Aa

a Aa aa

GENOTIPO   FENOTIPO

AA  25%   1/4  SANO

Aa  50%   1/2PORTADOR

aa  25%   1/4  ENFERMO

Figura 3. Cuadro de un entrecruzamiento de dos individuos heterocigotas, portadores. Por Ríos, G. y Cruz, M.

Los perros con deficiencia de PK generalmente muestran signos de los 4 meses a 1 año de edad. Son lentos para crecer y muestran una leve debilidad y baja tolerancia al ejercicio. También muestran cambios en sus huesos, específicamente el reemplazo de la medula ósea por tejido fibroso y el endurecimiento o la densidad anormal del hueso (llamada mielofibrosis y osteoclerosis). Los perros con esta deficiencia por lo general mueren antes de los 4 años de edad debido a insuficiencia de la medula ósea y/o enfermedad hepática. (Harvey, JW y col, 1995)

Mutaciones

Los resultados de los estudios realizados en diferentes razas de perros se pueden obtener de distintas regiones del gen, según se localice en cada raza. Cabe destacar que estos datos fueron obtenidos de un estudio realizado en el año 2012 con el objetivo de determinar la causa de la deficiencia de esta enzima en caninos. A continuación se describen las mutaciones puntuales para cada caso:

Labrador Retriever: el lugar donde ocurre la mutación se presenta en el exón 7, en el cual se genera un cambio en la base 799, de citocina por timina en el gen PKLR (mutación o sustitución de sentido erróneo), dando como resultado un codón de stop prematuro (TAA) debido a la terminación temprana de la enzima, la cual carece de sitios activos importantes en la unión al sustrato. (G. InalGultekin y col. 2012)

Figura 4. Esquema de la mutación del gen PKLR en canino de raza Labrador Retriever, cambio de Citocina por Timina en la base 799. Por Ríos, G. y Cruz, M.

Pug: se encontró una sustitución en el exón 7, en la base 848 que origino un cambio de timina por citocina, esta mutación puntual cambia a GTC que codifica valina, en GCT que codifica alanina, generando una proteína diferente con una mínima actividad catalítica.(G. InalGultekin y col. 2012)

Figura 5. Esquema de la mutación del gen PKLR en un canino de raza Pug, sustitución de Timina por Citocina en la base 848, generando una proteína diferente. Por Ríos, G. y Cruz, M.

Beagle: se descubrió una mutación de sustitución de una sola base en el exón 8 del gen PK-LR. (sustitución de sentido erróneo) Esta mutación puntual cambia el codón GGC a AGC y así reemplaza a una glicina por una serina. Sólo la glicina es tolerada en esta posición por lo tanto es muy probable que esta mutación cause una proteína no funcional. (G. InalGultekin y col. 2012)

Figura 6. Esquema de la mutación del gen PKLR en canino de raza Beagle, sustitución de Guanina por Alanina generando una proteína diferente no funcional. Por Ríos, G. y Cruz, M.

METODOS DE DIAGNOSTICO MOLECULAR

Las mutaciones fueron detectadas por PCR-RFLP en perros de raza Labrador, Pug y Beagle.

El segmento a amplificar fue de 188 pares de bases del exón 7. Los productos fueron digeridos con enzimas de restricción que cortan, en el  labrador al alelo silvestre 2 veces produciendo 3 fragmentos, de 96, 46, 46. El alelo afectado, en cambio,es cortado solamente 1 vez, produciendo un fragmento de 142 y 46 pb ya que la enzima no reconoce un sitio de corte al cambiar una base por otra. (G. InalGultekin y col. 2012)

En el caso del pug los productos de la digestión, son cortados en 2 bandas de 141 y 47 pb para el alelo normal, mientras que al alelo mutante le falta el sitio de restricción y no corta, mostrando así los 188 pb.

Por último, en el caso de los Beagle, la digestión corta al alelo silvestre de 109 pb en un fragmento de 90 y otro de 19 pb, mientras que el alelo mutante no se digiere, mostrando la banda no cortada a 109 pb. El segmento que se amplifico en esta raza se obtuvo del exón 8.(G. InalGultekin y col. 2012)

Figura 7. Esquema del producto de amplificación para raza en particular. Por Ríos, G. y Cruz, M.

IMPORTANICIA DE SU DIAGNOSTICO

Debido a que es un rasgo autonómico recesivo, ambos padres de los perros afectados portan el gen defectuoso. Los individuos heterocigotos generalmente son asintomáticos y puede ser difícil detectar signos clínicos en ellos, por eso, es útil comprobar la presencia de la enfermedad antes de la reproducción. Este es uno de los factores más importante a tener en cuenta en los lugares dedicados a la cría, ni los perros afectados (homocigota recesivo) ni los portadores (heterocigota) deben utilizarse en la reproducción, debe ser un conocimiento fundamental para los criadores que buscan detectar portadores y eliminarlos de la población reproductiva. (Gultekin GI, y col. 2012)

Actualmente se han registrado 10 casos de deficiencia de PK en todo Estados unidos, 40 en Europa y 11 en Sudamérica. Pero se sospecha que la incidencia es mayor debido a que la mayoría de los perros utilizados para detectar la deficiencia de PK proviene de casas de cría. (G. Inal Gultekin y col, 2012)

Conclusión:

Debe considerarse la deficiencia de la enzima piruvato quinasa en caninos como una importante alteración que produce una anemia hemolítica grave y pone en riesgo la calidad y tiempo de vida del animal, limitándose a ciertas razas de perros particularmente. Es una alteración autosómica recesiva, siendo ambos padres del afectado, portadores de la mutación, por eso es importante conocer esta patología y detectar animales afectados o portadores de ésta, para no seguir aumentando el porcentaje de caninos con dicha deficiencia.

Bibliografía:

Harvey, JW 1995. Anemias hemolíticas congénitas y metahemoglobinemias. ACVIM-Proceedings del 13. ° Foro Médico Veterinario Anual: 37-40.
Henderson A. Anemia, Hemolítico. En: Côté E, ed. Asesor Clínico Veterinario Perros y Gatos. Missouri: MosbyElsevier, 2007: 64-66.
Sargan DR. Deficiencia de piruvato quinasa. En IDID – Enfermedades hereditarias en perros: información basada en la web para la genética de enfermedades hereditarias caninas .
vetGen : información sobre pruebas genéticas disponibles (basenjis y terriers blancos de las Highlands occidentales)

Inal Gultekin, G., Raj, K., Foureman, P., Lehman, S., Manhart, K., Abdulmalik, O., & Giger, U. (2012).Erythrocytic pyruvate kinase mutations causing hemolytic anemia, osteosclerosis, and secondary hemochromatosis in dogs. Journal of veterinaryinternal medicine, 26(4), 935-944.

Whitney, K. M., Goodman, S. A., Bailey, E. M., & Lothrop Jr, C. D. (1994). The molecular basis of canine pyruvate kinase deficiency. Experimental hematology, 22(9), 866-874.

WHITNEY, K. M., et al. The molecular basis of canine pyruvate kinase deficiency. Experimental hematology, 1994, vol. 22, no 9, p. 866-874.

https://www.guiametabolica.org/ecm/deficiencia-piruvato-quinasa

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/490425

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