Metabolómica proteómica

Presentación

La plataforma de Metabolómica y proteómica forma parte de las plataformas de apoyo a la investigación del Instituto Biocruces Bizkaia.

La finalidad de la unidad es proporcionar el equipamiento, la asistencia técnica y la formación especializada necesaria para llevar a cabo la determinación de marcadores definidos en los errores congénitos del metabolismo, así como la búsqueda de nuevos biomarcadores, tanto de diagnóstico como de pronóstico, que permiten un mejor entendimiento de las patologías metabólicas y otros trastornos.

La metabolómica comprende diversas técnicas de análisis que permiten obtener el conjunto de metabolitos de un organismo (intermedios metabólicos, hormonas, moléculas de bajo peso molecular) en un momento dado. La comparación de los metabolomas entre el grupo control y el grupo testado puede arrojar diferencias en sus perfiles, que pueden asociarse a una determinada condición biológica, pudiendo determinar qué metabolitos se asocian con dicha condición y cuáles pueden actuar como biomarcador de diagnóstico o evolutivo de la misma, en el caso de que se investigue una enfermedad.

Aplicaciones

Análisis de creatina/guanidinoacetato/creatinina en plasma y orina.

• Metodología: Espectrometría de masas en tandem (MS/MS), supervisada mediante ERNDIM.
• Función: Esta ruta metabólica, esencial para el correcto funcionamiento del cerebro y de los músculos, permitirá relacionarlo con determinadas enfermedades, estudiando las causas que las provocan, cómo efectuar un seguimiento de las mismas y el tratamiento más adecuado, en especial procesos como insuficiencia renal, alteraciones dietéticas, neurológicas.
• Interés biomédico: De potencial interés para neurólogos, endocrinólogos, nefrólogos y metabólogos.

Cuantificación de glucosaminoglicanos totales en orina.

• Metodología: Espectrofotometría UV-Vis, supervisada mediante ERNDIM.
• Función: Detección de algunas enfermedades lisosomales, en concreto de varios tipos de mucopolisacaridosis (Hurler, Hunter, Maroteaux-Lamy, Sanfilipo, Hurler-Schie).
  Las mucopolisacaridosis consisten en un mal funcionamiento en alguno de los enzimas que intervienen en el metabolismo de los glucosaminoglicanos (heteropolisacáridos), que tiene lugar en el lisosoma. La degradación impedida de los glucosaminoglicanos da lugar a una elevada excreción de los mismos en orina, lo cual se utiliza para el diagnóstico.
• Interés biomédico: Estas enfermedades lisosomales se caracterizan por presentar fenotipos de muy diversa índole que se pueden asemejar a los que presentan otras enfermedades. En consecuencia, se hace necesaria una detección precoz de la enfermedad a través de metodologías sencillas.
  Dentro de este campo, nuestro grupo ha desarrollado recientemente un kit (GAG-test®) para la detección rápida de mucopolisacaridosis en la consulta.

Determinación de ácidos grasos en plasma, hematíes y tejidos.

• Metodología: Cromatografía de gases-detección de ionización de llama.
• Función: Valoración del perfil de ácidos grasos, ya que puede estar alterado como consecuencia de estados carenciales o enfermedad. También los ácidos grasos están relacionados con la inflamación, por lo tanto, con la implicación patógena en la enfermedad.
• Interés biomédico: Tiene interés en nutrición, desarrollo madurativo, procesos inflamatorios y enfermedades neurodegenerativas.
  Se ha comprobado la importancia del aporte de ácidos grasos omega-3 y, más concretamente, del ácido docosahexaenoico (DHA), para la prevención de patologías cardiovasculares y para el correcto desarrollo cognitivo del infante. En el caso de los adultos, el aporte de este metabolito está relacionado con la prevención del Alzheimer.
  Por otro lado, la Unidad de Metabolismo está llevando a cabo, en colaboración con los Servicios de Alergia, Neumología y Gastroenterología Infantiles, diversos estudios que buscan la relación entre el perfil de ácidos grasos y las alergias alimentarias, la Fibrosis Quística y la Exofagitis.

Cuantificación de carnitina total y libre en plasma.

• Metodología: Espectrofotometría UV-Vis, supervisada mediante ERNDIM.
• Función: La carnitina es la molécula a la que se unen los ácidos grasos para su transporte al interior de las mitocondrias, donde tiene lugar la beta-oxidación de los mismos a fin de obtener energía. Los defectos enzimáticos en la beta-oxidación, o en los enzimas de transporte de los ácidos grasos unidos a carnitina a través de las membranas, generan concentraciones de carnitina alteradas.
• Interés biomédico: Los Servicios que podrían estar interesados en esta técnica son Endocrinología, Metabolismo, Cardiología y Aparato Locomotor, dado que la alteración en las funciones que desarrolla este metabolito puede provocar fallos especialmente en las funciones de membrana de las células hepáticas, cardíacas y del músculo esquelético.

Determinación del perfil de acilcarnitinas en sangre seca.

• Metodología: Espectrometría de masas en tandem (MS/MS), supervisada mediante ERNDIM.
• Función: La carnitina se une a varias moléculas del metabolismo intermediario de los aminoácidos y de la beta-oxidación de los ácidos grasos, dando lugar a un perfil característico, que se ve alterado cuando se produce la acumulación de un determinado metabolito, como consecuencia del mal funcionamiento de un enzima. En ese momento, el metabolito en exceso reacciona con la carnitina y, por lo tanto, la acilcarnitina resultante se encontrará en concentraciones elevadas en sangre.
  La determinación del perfil de acilcarnitinas constituye una importante herramienta para el cribado neonatal, permitiendo efectuar un diagnóstico precoz de diversos errores innatos del metabolismo (errores en la beta-oxidación de los ácidos grasos, acidemias orgánicas).
• Interés biomédico: Es la herramienta más importante para el cribado neonatal. Asimismo, es la técnica diagnóstica de los diferentes errores del metabolismo de la beta-oxidación. El perfil de acilcarnitinas también se encuentra alterado en casos de carencias nutricionales, y recientemente se ha descrito su alteración en la diabetes.

Dimetilarginina asimétrica (Adma).

• Metodología: Cuantificación mediante espectrometría de masas en tandem (MS/MS).
• Función: La dimetilarginina asimétrica (ADMA) se produce en todas las células del organismo y compite con la Arg por las isoformas de la óxido nítrico sintasa (NOS). Su acumulación da lugar a estrés oxidativo y disfunción endotelial en numerosas patologías.
• Interés biomédico: Endocrinología, Cardiología, Nefrología, etc.

Ciclo de la metilación (Sam/Sah).

• Metodología: Cromatografía de líquidos acoplada a espectrofotometría UV-Vis, aunque se tiene previsto acoplar dicha técnica al espectrómetro de masas en tandem.
• Función: El ciclo de la metilación consta de una serie de reacciones bioquímicas mediante las cuales se genera la homocisteína (Hcys) como marcador cardiovascular y sus precursores S-adenosilmetionina (SAM) y S-adenosilhomocisteína (SAH). A través de este ciclo se generan los grupos metilo activos que son necesarios para metilar ADN, ARN, neurotransmisores, proteínas, hormonas y otros metabolitos, con el objetivo de asegurar su normal funcionamiento.
• Interés biomédico: Oncología, Neurología, Cardiología, Nefrología, Psiquiatría, Neuropediatría, etc.

Determinación de aminoácidos en plasma y orina.

• Metolodogía: Cromatografía iónica con derivatización postcolumna y detección fotométrica.
• Función: Un perfil de aminoácidos alterado puede deberse a varios trastornos del metabolismo intermedio de los aminoácidos. También puede haber alteraciones en enfermedades renales, en estados de malnutrición y en ciertas enfermedades. El seguimiento de la concentración plasmática de aminoácidos es vital para muchas enfermedades metabólicas.
• Interés biomédico: El perfil de aminoácidos informa sobre el estado nutricional del individuo, pero es la técnica diagnóstica para muchos errores innatos del metabolismo. Asimismo, se ha visto un perfil de aminoácidos alterado en otras enfermedades, como el cáncer y el síndrome de Down.

Determinación de la actividad enzimática de enzimas lisosomales en sangre seca.

• Metodología: Fluorimetría. En estos momentos se detecta la actividad enzimática de los enzimas responsables de enfermedad de Hunter, Maroteaux-Lamy, Gaucher y Fabry.
• Función: La ausencia de uno o varios de los enzimas que intervienen en el metabolismo lisosomal de los glicosaminoglicanos (GAGs), dan lugar a las mucopolisacaridosis (MPS), caracterizadas por la acumulación de los mismos en diversos órganos y tejidos corporales y por una excreción patológica de dichos metabolitos en orina.
• Interés biomédico: Diagnóstico de enfermedades lisosomales. Algunas enfermedades son difíciles de diagnosticar y cursan con otro tipo de síntomas, siendo a veces enviados a consultas de reumatismo u oftalmológicas.

Cuantificación de Nitisinona (NTBC) en sangre seca y plasma.

• Metodología: Cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas en tándem (MS/MS).
• Función: La tirosinemia tipo I es un error innato del metabolismo debido al déficit de fumaril-acetoacetato hidrolasa, último enzima en la vía de degradación del aminoácido tirosina. Como consecuencia de este defecto, se acumula tirosina en el plasma, y se produce la activación de una vía metabólica secundaria que conduce a la producción de succinilacetona y succinilacetoacetona, que causan toxicidad hepática y renal.
  El tratamiento de primera línea de la tirosinemia consiste en una restricción proteica intentando minimizar el contenido de fenilalanina y tirosina aportado por la dieta. El tratamiento más eficaz consiste en la inhibición del enzima 4-hidroxifenilpiruvato dioxigenasa, responsable de la formación de los metabolitos tóxicos succinilacetona y succinilacetoacetona, mediante el fármaco nitisinona (NTBC).
• Interés biomédico: De potencial interés para metabólogos, endocrinólogos, nefrólogos y hepatólogos con pacientes afectos de Tirosinemia tipo I o Alcaptonuria. La monitorización del fármaco es importante a fin de ajustar la dosis óptima a cada paciente, ya que puede resultar elevada debido a un problema de metabolización de la droga, o puede tener una concentración disminuida y resultar insuficiente para evitar la formación de los metabolitos tóxicos.

Cuantificación de Fenilacetilglutamina / Hipúrico en orina.

• Metodología: Cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas en tandem (MS/MS) utilizando compuestos marcados isotópicamente como patrones internos.
• Función: El Fenilbutirato (en forma de sal sódica o como éster de glicerol) y el Benzoato sódico son fármacos que se utilizan para el tratamiento de la hiperamonemia en defectos del Ciclo de la Urea. Una vez ingerido, el Fenilbutirato (PBA) se transforma rápidamente en Fenilacetato (PAA) que se une a la glutamina procedente del exceso de amonio, y a su vez se transforma en Fenilacetilglutamina (PAGln) que se excreta en la orina. De la misma forma, el Benzoato sódico (BA) se conjuga con la glicina que procede del exceso de amonio y se transforma en Hipurato (HA) que es excretado.
• Interés biomédico: De potencial interés para metabólogos, endocrinólogos, neonatólogos e internistas con pacientes afectos del Ciclo de la Urea. La monitorización del fármaco es importante a fin de ajustar la dosis óptima a cada paciente, y puede tener una concentración disminuida y resultar insuficiente para poder quelar y eliminar el exceso de amonio. Para comprobar la adherencia a ambos tratamientos, se procede a la cuantificación de PAGln e HA en muestras de orina (preferiblemente primera de la mañana).