Generación de un ratón deficiente en 6-fosfofructo-1-quinasa muscular: un modelo de glucogenosis tipo VII

Abstract

La reacción catalizada por la 6-fosfofructo-1-quinasa (PFK-1) es el paso limitante de la glucólisis. Existen 3 genes que codifican para las tres isoenzimas descritas de la PFK-1: la muscular, la hepática y plaquetaria. La pérdida de la isoenzima muscular de la PFK-1 es la causante de la glucogenosis de tipo VII o enfermedad de Tarui. Ésta se caracteriza por la ausencia de actividad PFK-1 en el músculo esquelético y un déficit parcial en el eritrocito. Los síntomas más comunes son miopatía con intolerancia al ejercicio y anemia hemolítica compensada. Debido a su baja incidencia y a la ausencia de un modelo en ratón, actualmente son poco conocidas las adaptaciones fisiológicas y bioquímicas, así como la interacción entre los diferentes tejidos afectados por el déficit de PFK-1M. <br/>En este trabajo se ha generado un modelo murino de glucogenosis de tipo VII mediante técnicas de recombinación homóloga en células ES. Este animal reproducía la sintomatología característica de esta enfermedad asociada con una elevada mortalidad. Así, el músculo esquelético de estos animales presentaba un bloqueo glucolítico que provocaba el acúmulo de hexosas monofosfato y glucógeno. Este bloqueo glucolítico estaba acompañado por una severa intolerancia al ejercicio, caracterizada por una depleción del ATP muscular. Asimismo, el estudio de la musculatura implicada en la respiración reveló una severa afectación morfológica y bioquímica asociada a una posible alteración funcional de este proceso. Del mismo modo, la musculatura cardíaca también estaba afectada por la carencia de PFK-1M. <br/>Paralelamente, se estudió si este animal reproducía las alteraciones eritrocitarias descritas en los pacientes. Así, los ratones deficientes en PFK-1M presentaban una hemólisis crónica caracterizada por un elevado número de reticulocitos en sangre. Se observó también una esplenomegalia asociada a un incremento del número de precursores hematopoyéticos en este órgano. El análisis bioquímico del eritrocito evidenció un bloqueo glucolítico con una marcada reducción del 2,3DPG. Esta disminución provocaba una respuesta a hipoxia en la musculatura esquelética caracterizada por la expresión de HIF-1?. <br/>Como consecuencia de estas alteraciones musculares y eritrocitarias la musculatura esquelética de los animales Pfkm-/- no podía compensar la carencia glucolítica provocando una situación de estrés energético crónico que se reflejaba en una pérdida de la funcionalidad muscular.

The reaction catalyzed by 6-phosphofructo-1-kinase (PFK-1) is the rate limiting step of the glycolysis. There are 3 genes that codify for the described muscle, hepatic and platelet isoenzymes. The loss of the muscle isoenzyme is the cause of type VII glycogenosis or Tarui's disease. It is characterized by the absence of PFK-1 activity in the skeletal muscle and a partial deficiency in the erythrocyte. The most common symptoms are myopathy with exercise intolerance and compensated haemolytic anaemia. Due to the low incidence and the absence of a mouse model, at the present little is described about the biochemical and physiological adaptations, as well as the interaction among the different organs and tissues affected by the deficit of PFK-1M. In this work, a murine model of type VII glycogenosis has been generated using homologous recombination in ES cells. These animals reproduced the characteristic pathology of this disease associated with a high mortality. Thus, the skeletal muscle of these animals presented a block in the glycolytic pathway that caused the increase of monophosphate hexoses and glycogen. This blockade was paralleled by a severe intolerance to exercise, characterized by depletion of muscle ATP. Likewise, the study of the breathing musculature revealed a severe morphological and biochemical alteration associated to a possible functional alteration of this process. In the same way, the heart musculature was also affected by the lack of PFK-1M. In parallel, it was studied if this animal reproduced the erythrocyte alterations described in patients. PFK-1M deficient mice showed chronic haemolysis characterized by a high count of blood reticulocytes. In addition, these mice showed esplenomegaly associated with an increment in the number of haematopoietic precursors in this organ. The biochemical analysis of the erythrocytes showed also a glycolitic block with a marked reduction of 2,3DPG levels. This decrease caused a hypoxic response in the skeletal muscle characterized by the expression of HIF-1?. As a result of these muscle and erythrocyte alterations, the skeletal muscle of Pfkm-/- mice could not compensate the lack glycolysis causing chronic energy stress witch was reflected in a loss of the muscular functionality.