Hipotireoidismo Congênito: Recentes Avanços em Genética Molecular

Congenital Hypothyroidism: Recent Advances In Molecular Genetics

atualização

Hipotireoidismo Congênito: Recentes Avanços em Genética Molecular

Ileana G. Sanches Rubio

Meyer Knobel

Antonio C. do Nascimento

Cecília L. Santos

Jussara V. Toniolo

Geraldo Medeiros-Neto

Unidade de Tireóide e Laboratório

de Biologia Molecular de Tireóide

(LIM-25), Disciplina

de Endocrinologia, Departamento

de Clínica Médica, Faculdade

de Medicina da Universidade

de São Paulo, SP.

Recebido em 29/05/2002

Aceito em 05/06/2002

RESUMO

O hipotireoidismo congênito (HC), detectado em recém-nascidos rastreados ao nascer, é causado por anomalias na organogênese (agenesia, tireóide ectópica, hipoplasia tireóidea) ou por defeitos específicos na hormonogênese. Mais raramente, o hipotireoidismo congênito tem origem em defeitos genéticos centrais, localizados no eixo hipotálamo-hipófise ou em mutações do gene do TSH-beta ou no receptor de TSH. Defeitos específicos da hormonogênese são causados por mutações no gene codificador para a proteína transportadora de iodeto (NIS), no gene da peroxidase (TPO), no gene traduzindo a pendrina (síndrome de Pendred), no gene da tireoglobulina, além de mutações que afetam o receptor de hormônio tireóideo (resistência genética ao HT) ou aos vários defeitos no transporte de HT na circulação periférica. Na maioria dos casos, os defeitos genéticos indicados criam condições para fenótipo com bócio e grau variável de hipotireoidismo, podendo a mutação genética ter expressão variável durante a vida adulta. (Arq Bras Endocrinol Metab 2002;46/4:391-401)

Descritores: Ectopia tireóidea; Hipoplasia tireóidea; Disormonogênese; Mutações; Genes tireóideos; Hipotireoidismo congênito

ABSTRACT

Congenital Hypothyroidism: Recent Advances In Molecular Genetics.

Congenital hypothyroidism (CH), as seen in the neonatal period, is predominantly caused by defects in the organogenesis (athyreosis, ectopic thyroid, thyroid hypoplasia) or by specific defects in hormonogenesis (dyshormonogenesis). Central hypothyroidism is rare, being linked to specific transcription factors involved in the maturation of the hypothalamic-pituitary axis or by mutations in the TSH-beta gene. Dyshormonogenesis may be caused by mutation coding for thyroid proteins such as the TSH receptor, the sodium-iodide symporter (NIS), the pendrin (Pendred's syndrome), thyroid peroxidase (TPO), thyroglobulin (Tg), thyroid dehalogenase, the receptor for thyroid hormone (TR-beta) or thyroid transport proteins (TBG, transthyretin). Usually, most of these defective genes will induce a phenotype with goiter and variable degree of hypothyroidism that may be present in the neonatal period or will gradually develop during post-natal life. Moreover, the genetic expression may be partial or total according to the specific mutation occurring in the involved genes. (Arq Bras Endocrinol Metab 2002;46/4:391-401)

Keywords: Ectopic thyroid; Thyroid hypoplasia; Dyshormonogenesis; Mutations; Thyroid genes; Congenital hypothyroidism

O HIPOTIREOIDISMO CONGÊNITO (HC) esporádico, usualmente, é ocasionado por defeitos na formação glandular. Em regiões iodo-suficientes o HC permanente afeta cerca de 1:3000 a 1:4000 recém-nascidos (1). Disgenesia tireóidea, que compreende grupo heterogêneo de anormalidades da embriogênese tireóidea, é responsável por, aproximadamente, 80% dos casos de HC. Inclui a agenesia (ou hemiagenesia) tireóidea, tecido tireóideo ectópico, cistos do ducto tireoglosso e hipoplasia (2). Em 10 a 15% dos pacientes, o HC tem origem em um dos vários passos da síntese hormonal. Os 5% restantes resultam de hipotireoidismo materno provocado por anticorpos (3).

A síntese hormonal tireóidea é iniciada pelo transporte ativo do substrato iodeto pela membrana basolateral da célula folicular, por intermédio de um simportador de sódio e iodeto (Na⁺/I^- ou NIS) (4). A pendrina, cambiador aniônico recentemente identificado, pode facilitar o transporte do iodeto através da membrana apical (5,6). Na face luminal desta última, a tireoperoxidase (TPO) oxida o iodeto e, subseqüentemente, introduz o iodo em resíduos tirosil da tireoglobulina (Tg) intrafolicular [incorporação de iodeto]. As iodotirosinas (MIT e DIT) são conjugadas para formar T3 e T4, reação também catalisada pela TPO [conjugação].

As reações de incorporação e conjugação necessitam do agente oxidante H₂O₂, gerada por um sistema dependente de flavoproteína. Recentemente, foram identificadas 2 nicotinamida-fosfato (NADPH) oxidases (Thox 1 e Thox 2) os quais participam do sistema gerador de peróxido de hidrogênio (7).

A Tg contendo T3 e T4 é internalizada na célula folicular por micro e macropicnose e digerida nos lisossomos. Enquanto o T3 e T4 são secretados na corrente sangüínea, o MIT e DIT são desalogenados e reciclados.

Até o presente foram identificados vários defeitos genéticos que afetam a biossíntese hormonal tireóidea. Estas moléstias decorrem de mutações inativadoras em genes codificadores de proteínas essenciais à síntese, armazenamento, secreção ou utilização dos hormônios (tabela 1).

No presente artigo pretendemos apresentar alguns resultados de trabalhos sobre o assunto realizados pela Unidade de Tireóide do HC-FMUSP e já divulgados na literatura.

Fator de Transcrição PAX8

O PAX8 pertence a uma família de fatores de transcrição essenciais à embriogênese (10). O PAX8 se expressa no divertículo tireóideo, cérebro e rim (11). Na tireóide, este fator está envolvido no desenvolvimento glandular e expressão dos genes da Tg e TPO (12).

Foram identificadas em 2 pacientes esporádicos e em um indivíduo pertencente a uma família com hipotireoidismo familiar (13). Naqueles 2 primeiros afetados portadores de disgenesia tireóidea, o HC foi atribuído a mutações diferentes na região codificadora do gene PAX-8. As crianças exibiam níveis elevados de TSH; em uma (heterozigótica), com ectopia tireóidea, o T4 encontrava-se no limite inferior da normalidade e na outra (heterozigótica), com hipoplasia tireóidea, era subnormal. O pai, aparentemente, não era afetado. Muito recentemente, Congdon e cols. (14) estudaram 4 meninas naquela situação, portadoras de hipoplasia glandular. Concluíram que uma delas apresentava mutação heterozigótica no PAX-8. A mãe, embora com tireóide de tamanho normal, exibia igualmente, transversão cromossômica heterozigótica no gene. Análises funcionais da seqüência codificadora defeituosa mostraram comprometimento do elemento de resposta, assim como ausência de transativação do promotor da TPO. Estes achados confirmam a relação do PAX-8 com o desenvolvimento tireóideo, e indicam que as mutações exibem penetrância ou expressividade variável. O estudo de Vilain e cols. (15) confirma aquela observação feita por Macchia e cols. (13) e Congdon e cols. (14), que mutações no PAX8 podem ser transmitidas por herança autossômica dominante. Estudos funcionais da mutação evidenciaram ausência de ligação do mutante ao elemento de resposta e abolição ou redução da atividade transcricional. Não está esclarecido porque a mutação monoalélica do PAX8 provoca HC em humanos, pois camundongos portadores de mutação heterozigótica no mesmo gene não exibem o fenótipo patológico (11). Admite-se que o mecanismo molecular causador da disgenesia tireóidea inclui: mutação monoalélica ou redução na expressão da proteína normal, resultando em produção hormonal insuficiente por fenômeno denominado haploinsuficiência.

Receptor de TSH

A participação do TSHR na diferenciação, função e crescimento foi inicialmente sugerida em camundongos da linhagem hyt (16), modelo experimental para HC autossômico recessivo. Estes roedores exibem mutação no 4º segmento transmembranoso do receptor, que abole a resposta do AMPc ao TSH (17).

A resistência ou insensibilidade ao TSH é definida como resposta reduzida ou ausente ao hormônio, biologicamente, ativo. É causada por alterações no receptor ou em nível pós-receptor. As mutações causadoras do defeito comprometem os dois alelos e o fenótipo caracteriza-se por concentrações circulantes elevadas de TSH e níveis normais ou baixos de HT (tabela 2).

A primeira mutação descrita no TSHR em paciente portador de HC foi descrita em 1995 (18). Trabalhos ulteriores registraram outros casos em indivíduos com hipoplasia glandular originários de, pelo menos, mais 13 famílias (19-24).

A base molecular do distúrbio foi esclarecida em estudos utilizando-se de células transfectadas exprimindo o TSHR mutante em comparação ao normal (24). Na família estudada, três irmãs eutireóideas, com níveis séricos normais de HT, mas valores muito elevados de TSH (hipotireoidismo compensado), exibiam captação normal de iodeto em glândulas eutópicas morfologicamente normais. Duas mutações diferentes foram identificadas na seqüência extracelular aminoterminal do receptor (cada um dos alelos comprometidos provinha de um dos pais - por isso denominados heterozigóticos compostos - portadores assintomáticos), provocando redução da sua afinidade ao TSH.

A resistência pode resultar ainda de defeitos em outro local, que não o receptor. A base molecular dessa forma de resistência ao TSH, dominantemente herdada, não está esclarecida. Os possíveis candidatos são fatores localizados em nível pós-receptor ou outros genes com influência sobre o desenvolvimento da tireóide (25). Esta possibilidade foi demonstrada em crianças sem grau de parentesco, portadoras de HC. Não foi possível relacionar a ocorrência de tireóide tópica hipoplásica a mutações no gene de TSHR e nem ao gene do TSH (26,27), denotando sua heterogeneidade genética.

Disormonogênese Tireóidea

Defeito no transporte ativo de iodeto

É causa rara de hipotireoidismo com bócio congênito. O padrão de transmissão genética parece ser autossômico recessivo. A acumulação ativa do íon na glândula é mediada por um simportador (carreador) protéico transmembranoso intrínseco Na⁺/I^- (conhecido sob o epônimo NIS) (3,28). Após a clonagem do gene do NIS (28), foram descritas várias mutações homozigóticas ou heterozigóticas compostas em indivíduos portadores de defeito no transporte ativo de iodeto. A maioria dos afetados exibe bócio difuso ou nodular, pouca ou nenhuma captação glandular de radioiodo. Em crianças, a tireóide, inicialmente, pode se apresentar com tamanho normal e aumentar com o transcorrer do tempo. Em nível molecular, mutações inativadoras homozigóticas puderam ser identificadas como responsáveis pela captação comprometida de iodeto em alguns indivíduos (29,30). Em nosso meio estudamos um paciente adulto com volumoso bócio e hipotireoidismo, apresentando captação de radioiodo ao redor de 1%, na presença de TSH elevado. A ausência de sistema captador de iodo foi confirmada na tireóide, nas glândulas salivares e na mucosa gástrica. A administração de iodo (Lugol) corrigiu o hipotireoidismo e diminuiu o tamanho da tireóide. Análises in vitro com tecido tireóideo obtido pós-cirurgia indicaram incapacidade da célula tireóidea de aproveitar ativamente o iodeto. O seqüenciamento do gene do simportador revelou substituição homozigótica da citosina 1163 por adenina, resultando em sinal de parada no códon 272. Esta mutação sem sentido produz uma proteína NIS truncada, que não exibe atividade funcional quando transfectada em células COS (30). Em outro caso, o afetado parecia ser heterozigótico composto para duas diferentes mutações. O alelo aberrante, derivado do pai, apresentava comprometimento codificando proteína inativa, enquanto o alelo materno exibia mutação que originava o NIS incompleto (31). No Japão, foram descritas várias outras famílias (figura 1) e duas novas mutações, que alteravam aminoácidos na proteína comprometendo sua habilidade em transportar iodeto (32,33). Curiosamente, a mesma alteração genética (mutação T354P) resulta em heterogeneidade fenotípica clínica, indicando que outros fatores podem atuar como moduladores do efeito da mutação (34). Por outro lado, foram registradas alterações funcionais provocadas por duas outras mutações (Q267E, S515X), onde as proteínas mutantes não conseguiam atingir a membrana plasmática, provocando sua retenção intracelular (35).

Síndrome de Pendred

Esta síndrome é caracterizada por surdez neurossensorial congênita e bócio (36). O bócio, de caráter multinodular, encontrado nos portadores, usualmente está associado a eutireoidismo ou hipotireoidismo compensado de grau leve. Os hormônios tireóideos estão, em geral, normais com exceção do TSH sérico, que pode estar discretamente aumentado, enquanto a Tg sérica encontra-se, muitas vezes, elevada. A condição sine qua non é a ocorrência de descarga de radioiodo de, pelo menos, 15%, após administração oral de tiocianato ou perclorato. A audição encontra-se comprometida devido a ocorrência de deformidade coclear do tipo Mondini (37,38), onde os indivíduos afetados apresentam aumento dos aquedutos vestibulares e sistema endolinfático (37,38). O padrão de hereditariedade da síndrome é autossômico recessivo. Sua patogênese está vinculada à mutações no gene PDS (figura 2), que codifica para uma proteína transmembranosa denominada pendrina, relacionada aos carregadores de sulfato (39), embora capaz de atuar como transportadora de cloreto e iodeto (40). Expressa-se predominantemente nas células foliculares tireóideas, no ouvido interno e rim. Nos tireócitos, localiza-se na membrana apical onde atua como carreador de iodeto para o lúmen folicular (41). No rim, parece atuar como trocador de cloreto por hidróxido ou bicarbonato (42). No ouvido interno, a pendrina, essencial na sua embriogênese, pode funcionar como transportador aniônico.

Examinamos as características da síndrome de Pendred em 41 indivíduos pertencentes a uma família nordestina com elevado grau de endogamia. A nova mutação encontrada afetou o 1º domínio transmembranoso (43) gerando uma pendrina incompleta, enquanto outras mutações registradas anteriormente alteraram o 9º ou 10º domínio transmembranoso ou região da terminação carboxiterminal (39). Em outro estudo detalhando as análises moleculares em 4 pacientes mexicanos, originários de 3 famílias não relacionadas, realizado em colaboração com a Unidade de Tireóide do HC-FMUSP, identificamos 3 novas mutações, uma delas bastante complexa, expandindo o espectro de mutações no gene PDS e enfatizando a ocorrência de marcante heterogeneidade alélica (44).

Tireoperoxidase

Os defeitos da TPO são os mais freqüentes entre os erros inatos da síntese hormonal tireóidea. Com a incorporação de iodeto comprometida, os pacientes, tipicamente, exibem perda de iodeto radioativo intratireóideo após administração de perclorato.

Têm sido registradas na literatura, mutações no gene da TPO em várias famílias onde o defeito ocorre de forma parcial ou total (45-48).

A classificação apresentada a seguir (tabela 3) poderá auxiliar o entendimento da natureza do defeito bioquímico.

Existe grande heterogeneidade clínica e bioquímica nos portadores do defeito. Pacientes com DTII podem apresentar algum grau de deficiência física ou mental, bócios volumosos e hipotiroidismo. Em outros casos há uma compensação do defeito de incorporação de iodeto com o aumento do tamanho da glândula, formando grandes bócios capazes de manter eutiroidismo limite, geralmente com elevados níveis de T3 e normais ou baixos níveis e T4. A resposta do TSH ao THR é exacerbada em pacientes eutireóideos ou hipotireóideos. Em estudos de famílias se observa que o defeito aparece em ambos sexos e em irmandades. Os pais não afetados são freqüentemente consangüíneos, sugerindo uma herança autossômica recessiva (49).

Várias mutações inativadoras, comprometendo ambos os alelos do gene da TPO, foram identificadas em pacientes com HC devido a DTII (tabela 4) (46,50-53), a maioria localizada nos exons 8,9 e10, que contêm os resíduos de histidina de ligação heme, distais e proximais, que correspondem à região catalítica da enzima. Alterações de seqüências nestes importantes sítios podem, provavelmente, levar a inatividade da TPO. Nos achados de estudos moleculares descritos por Bakker e cols. (52), em estudo realizado na Holanda em 45 pacientes com DTII (tabela 4), trinta e cinco entre os 45 estavam disponíveis para as análises moleculares; 13/45 eram homozigotos e 16/35 eram heterozigotos compostos para as mutações afetando os exons ou limites intronexons do gene da TPO. Em 4 de 35 famílias foi detectado somente um alelo afetado; em uma não foi identificada nenhuma mutação. Um paciente apresentou isodissomia parcial materna do cromossomo 2p, resultando em homozigosidade para mutação inativadora do gene da TPO (54).

No Brasil, Santos e cols. (47) vêm realizando análise genética sistemática de famílias com DTII. Até o momento o estudo tem mostrado elevada ocorrência de heterozigosidade composta, tendo sido detectada uma nova mutação (no exon 11) ainda não descrita por outros autores. A descrição das mutações identificadas está exposta na tabela seguinte (tabela 5).

Até o presente não foram ainda descritas na literatura mutações no gene da TPO associadas com defeitos parciais de incorporação de iodeto (DPII). O estudo recente de 5 famílias com DPII, feito no Brasil por Nascimento em 2002 (56) identificou as mutações descritas na tabelas 6 e 7. As alterações encontradas nos pacientes portadores de DPII (tabela 6) não estavam presentes naqueles pacientes com DTII (tabela 7) pertencentes a 3 outras famílias, não relacionadas às 5 primeiras. Em um único caso foi possível compor teoricamente a heterozigose com novas mutações no exon 8 (posição 1242) e no exon 10 (posição 1780). Todavia, é necessário realizar estudo de atividade protéica para confirmar que mutações pontuais encontradas no gene da TPO, talvez, modificando parcialmente a atividade da enzima, sejam responsáveis pelos DPII.

Tireoglobulina

A Tg é elemento chave na síntese hormonal e no armazenamento de iodo e hormônios tireóideos.

Têm sido descritos defeitos na sua síntese em vários animais e em seres humanos (57) causadores de HC. Geralmente são transmitidos por herança autossômica recessiva, embora tenha sido registrada em uma família transmissão autossômica dominante.

Concentração baixa ou limítrofe de Tg pode indicar defeito quantitativo, enquanto pacientes com defeito qualitativo exibem níveis normais ou elevados. Em outros casos, a alteração genética provoca retenção intracelular ou modificações secundárias. Alguns indivíduos com Tg estruturalmente alterada exibem conjugação prejudicada das iodotirosinas onde a maioria do iodo incorporado encontra-se na forma de MIT e DIT. A situação metabólica oscila entre o eutireoidismo, hipotireoidismo subclínico e hipotireoidismo franco. Quando não tratados, os pacientes, tipicamente, se apresentam com bócio desde a infância.

Ao contrário do hipotireoidismo com bócio presente em alguns roedores e em seres humanos, os camundongos nanicos recessivos rdw/rdw exibem HC sem bócio (58). Nestes animais a Tg alterada fica retida no retículo endoplasmático, mas por razão ainda não esclarecida, não ostentam bócio. A importância da identificação de mutação no gene da Tg como causa de hipotireoidismo sem bócio nos camundongos rdw/rdw, está na contestação da generalização prévia de que o HC sem bócio em humanos é provocado por disgenesia ou defeitos no TSHR. Este achado sugere que alguns pacientes com disormonogênese poderão se apresentar com HC, mas não acompanhado de aumento do volume tireóideo.

O primeiro relato de mutação associada à expressão anormal de Tg foi descrita por Ieiri e cols. em 1991 (59). Estudos de seqüenciamento mostraram a perda do exon 4 do gene da Tg, que levava à síntese de uma glicoproteína anormal, isto é, sem um segmento peptídico de 68 aminoácidos. A troca de citosina por timidina no gene da Tg foi identificada em dois irmãos portadores de hipotireoidismo congênito, levando ao aparecimento de sítio de terminação na posição 1510 (60). Em outra família com dois irmãos portadores de hipotireoidismo congênito com bócio foi detectada a deleção em homozigose de um fragmento de 138 nucleotídeos na região central do mRNA da Tg, embora a conseqüência funcional desta deleção não esteja muito clara (61) podendo estar associada à degradação prematura, baixa concentração no colóide e conseqüente diminuição dos hormônios tireóideos.

Em estudo em andamento, não publicado, envolvendo 4 famílias com 5 descendentes portadores de defeito de síntese de Tg, foram localizadas mutações no cDNA da Tg no tecido tireóideo, decorrentes de alterações nucleotídicas descritas na tabela 8.

Para a análise da seqüência gênica da Tg foi necessário analisar a seqüência do seu mRNA, de 8,4Kb, dado que o gene da Tg possui mais de 250Kb (48 exons e os respectivos introns) (57,62,63). Os trabalhos, então, foram iniciados com a extração de mRNA de tecido tireóideo, síntese de cDNA e posterior seqüenciamento.

Este estudo permitiu a identificação de quatro novas mutações, nos exons 2, 10, 30 e 43, ainda não descritas na literatura (figura 3).

Na família RO, verificou-se que ambos afetados (primos em primeiro grau) possuem as mesmas alterações nucleotídicas no gene da Tg, sendo que três delas são novas. Estas foram localizadas no exon 2, posição 113 (com troca de arginina por lisina), no exon 10, posição 2561 (com troca de arginina por ácido glutâmico) e no exon 43, posição 7414 (com troca de valina por leucina).

Nas famílias UZ, ALX e SE foi identificada a mesma alteração de seqüência, mas diferente da encontrada na família RO. Esta última ocorreu na posição 6701 e provocou troca nucleotídica originando a substituição de arginina por asparagina (tabela 8). Estudo funcional da Tg permitirá verificar o caráter inativante destas mutações.

Adicionalmente, foram identificadas nestes 5 pacientes afetados outras alterações de seqüência nucleotídica, que causaram mutações silenciosas (sem efeito na atividade da proteína) ou polimorfismos (tabela 8).

56. Nascimento AC. Análise molecular de mutações no gene da tireoperoxidase em pacientes com defeito de incorporação de iodeto. São Paulo, Tese de Doutorado, FMUSP; 2002;USP/FM/SBD 338/01.

Endereço para correspondência:

Geraldo Medeiros-Neto

Unidade de Tireóide, Hospital das Clínicas - FMUSP

Av. Dr. Enéas Carvalho de Aguiar 255 - 8º. andar, bloco 3

05403-903 São Paulo, SP

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  20 Nov 2002
• Data do Fascículo
  Ago 2002

Histórico

• Aceito
  05 Jun 2002
• Recebido
  29 Maio 2002