ANÁLISIS DE LA RESPUESTA A RETOS METABÓLICOS EN MODELOS CELULARES DEL FENOTIPO LEVE Y SEVERO DE LA ACIDEMIA PROPIÓNICA

Las acidemias orgánicas son un grupo de desórdenes metabólicos hereditarios caracterizados por la acumulación de ácidos orgánicos, entre ellos, la acidemia propiónica (AP) es considerada una de las enfermedades más comunes en este grupo, relacionada con variantes en los genes PCCA y PCCB que codifican a la subunidad α y β respectivamente, de la enzima mitocondrial Propionil-CoA carboxilasa (PCC), con una incidencia estimada a nivel mundial de 1:100.000 a 1:150.000 nacidos vivos (Longo et al., 2022; Silva et al., 2024). El gen PCCA (13q32.3) comprende 24 exones que codifican para una proteína de 728 aminoácidos, asimismo el gen PCCB (3q22.3) se compone de 15 exones que codifican para una proteína de 539 aminoácidos. Con base en reportes a nivel mundial, se estiman alrededor de 202 y 184 variantes en PCCA y PCCB respectivamente, asociadas a la pérdida funcional de la enzima por defectos en el plegamiento, los sitios catalíticos y desestabilización enzimática (Marchuk et al., 2023). En condiciones normales, la enzima PCC utiliza biotina para actuar en el catabolismo de los aminoácidos metionina, treonina, valina e isoleucina, ácidos grasos de cadena impar y cadenas laterales de colesterol, catalizando la carboxilación (dependiente de magnesio y ATP) de propionil-CoA a metilmalonil-CoA, que a su vez puede metabolizarse a succinil-CoA, un intermediario del Ciclo de Krebs (Haijes, van Hasselt, et al., 2019; Marchuk et al., 2023). La deficiencia enzimática de PCC, induce la acumulación de propionil-CoA y altas concentraciones de metabolitos secundarios como el ácido propiónico, 3-hidroxipropiónico, metilcítrico, propionilglicina y propionilcarnitina (C3), algunos capaces de inhibir enzimas del ciclo de la urea, ciclo de Krebs y la enzima piruvato deshidrogenasa. Estas alteraciones se asocian con crisis agudas caracterizadas en algunos pacientes por acidosis metabólica, hiperlactatemia, pancitopenia e hiperamonemia (Collado et al., 2020; Haijes, van Hasselt, et al., 2019). El fenotipo de los pacientes con AP es heterogéneo, aproximadamente el 70 a 90% de los casos ocurren durante el período neonatal, lo que implica un cuadro clínico severo y altas tasas de mortalidad, por manifestaciones durante una descompensación aguda que progresan desde pobre consumo, y vómito frecuente a hipotonía, letargia, convulsiones y coma (Haijes, Jans, et al., 2019; Longo et al., 2022). De igual forma, hasta un 25% de los pacientes cursan con manifestaciones de inicio tardío (después del período neonatal o del año de edad) asociadas a dos fenotipos, el tardío intermitente y la forma crónica progresiva. En la forma intermitente los pacientes cursan con signos similares a los de inicio neonatal con menor severidad, que se relacionan con episodios de descompensación secundarios a factores de estrés como infecciones, cirugías, ejercicio o exceso en el consumo de proteína natural (Jurecki et al., 2019; Storgaard et al., 2020), mientras que en la forma crónica es común el retraso psicomotor (Zhang et al., 2023). Desde el primer reporte de caso en 1968, el desarrollo de investigación ha permitido establecer con claridad los criterios diagnósticos de la AP, como la detección de ácidos orgánicos en plasma u orina y análisis molecular, síntomas clínicos de la enfermedad y estrategias terapéuticas basadas en manejo nutricional y farmacológico. A pesar de los avances, los pacientes continúan presentando complicaciones multisistémicas a largo plazo (neurológicas, hematológicas, cardiovasculares, gastrointestinales y en menor medida, renales) con diferentes grados de severidad y de forma independiente al fenotipo clínico (Chandler & Venditti, 2024; Haijes, Jans, et al., 2019; Haijes, van Hasselt, et al., 2019; Marchuk et al., 2023). Esto puede estar relacionado de forma general, con que el tratamiento de esta entidad se ha extrapolado de otros errores innatos del metabolismo de los aminoácidos y aunque ha mejorado la sobrevida de los pacientes, aún se están describiendo los efectos a largo plazo de la patología. Por lo tanto, hay un entendimiento limitado de los mecanismos fisiopatológicos asociados, así como un desconocimiento de los factores condicionantes de la severidad, ya que no se ha reportado una correlación genotipo-fenotipo clara (Haijes, van Hasselt, et al., 2019; Liu et al., 2022; Marchuk et al., 2023; Touati et al., 2006). En este contexto, la investigación básica ha empleado modelos animales y cultivos celulares para el estudio de la fisiopatología. Estos modelos se han enfocado en determinar el efecto de la acumulación de metabolitos tóxicos y su relación con signos clínicos, identificando alteraciones en el metabolismo mitocondrial, estrés oxidativo, cambios en la expresión de genes y vías de señalización que pueden contribuir al desarrollo de alteraciones neurológicas y enfermedad cardiovascular (Tabla 1) (Marchuk et al., 2023). Como se mencionó previamente, el desarrollo de diversos modelos experimentales ha permitido una aproximación al estudio de alteraciones asociadas a las complicaciones de la enfermedad, sin embargo, el mecanismo exacto continúa sin esclarecerse y los modelos presentan limitaciones importantes. Por ejemplo, los ratones knock-out suelen morir dentro de las 24 horas de vida, aunque otros modelos con una expresión del gen reducida mejoran la tasa de supervivencia, pero no logran replicar completamente la complejidad del fenotipo humano. Esto podría atribuirse parcialmente a diferencias inherentes entre especies (humano y ratón), como la composición de aminoácidos a nivel corporal, distribución de enzimas endógenas, regulación del metabolismo de aminoácidos y regulación y expresión de proteínas (Chandler & Venditti, 2024; Collado et al., 2020). Por otro lado, los modelos en células humanas son escasos y no es claro el alcance de las condiciones experimentales en estos estudios, con relación a las condiciones fisiológicas en pacientes. Adicionalmente, en muchos casos la concentración de metabolitos derivados del propionil-CoA no suele cuantificarse, lo que impide determinar si el resultado deriva de la acumulación de metabolitos primarios o secundarios. Asimismo, las alteraciones en el metabolismo de lípidos continúan siendo un campo poco explorado, pese a su relación directa con la vía afectada, por lo que disponer de modelos in vitro particularmente humanos, permitiría ahondar no solo en los mecanismos fisiopatológicos sino en el estudio de opciones terapéuticas, en las que los pacientes no sean objeto de estudio (Haijes, van Hasselt, et al., 2019; Marchuk et al., 2023; Storgaard et al., 2020). Dada la necesidad de desarrollar modelos que superen las limitaciones previamente descritas, se propone realizar una prueba de concepto, en un modelo de fibroblastos aislados de pacientes con fenotipos leve y severo de la enfermedad, con el fin de identificar su alcance para reproducir las alteraciones metabólicas reportadas en la patología. En este sentido, se evaluará el resultado metabólico de la exposición a los sustratos de la vía del propionato, mediante un análisis de metabolómica dirigida y no dirigida al medio de cultivo. Este análisis podría mejorar nuestra comprensión sobre la fisiopatología y proveer a futuro un modelo de estudio para el análisis de las bases bioquímicas de las estrategias terapéuticas, que se han documentado como limitadas para la prevención de complicaciones.