Mitochondrial proteome analyses for LCHAD deficiency characterization

Abstract

A deficiência em 3-hidroxiacil-CoA desidrogenase de ácidos gordos de cadeia longa (LCHAD) é uma desordem da oxidação lipídica mitocondrial que apesar de rara está associada a um mau prognóstico devido às suas graves consequências clínicas. Apesar de a implementação dos programas de rastreio neonatal em alguns países desenvolvidos, incluindo Portugal, ter contribuído para uma melhor compreensão das doenças metabólicas e para a prevenção das suas consequências, os mecanismos fisiopatológicos subjacentes à LCHAD ainda são pouco compreendidos. No sentido de contribuir para a elucidação destes mecanismos, avaliou-se a plasticidade mitocondrial em resposta à deficiência em LCHAD. Assim, foram isoladas mitocôndrias de culturas de fibroblastos obtidas a partir de biópsias de pele de doentes com deficiência em LCHAD e o seu proteoma foi caracterizado e comparado com amostras obtidas de indivíduos saudáveis. Recorrendo a nanoLC-MS/MS 729 proteínas distintas foram identificadas, a grande maioria pertencente aos seguintes clusters funcionais “metabolismo”, “transporte”, “transdução de sinal”, “processos de desenvolvimento e geração de percursores de metabolitos e energia”. Da análise dos resultados obtidos com marcação com iTRAQs identificaram-se 40 proteínas diferentemente expressas entre os dois doentes com défice de LCHAD e os controlos entre elas estão chaperones, protéases, proteínas associadas ao metabolismo e ainda proteínas associadas ao stress oxidativo. Em geral, este estudo permitiu a obtenção de uma perspetiva global da plasticidade do proteoma mitocondrial perante a deficiência em LCHAD e evidenciou as vias moleculares envolvidas na sua patogénese.

Long chain 3-hydroxyacyl-coenzyme A dehydrogenase (LCHAD) deficiency is a rare inborn error of the mitochondrial fatty acid β-oxidation. The implementation of newborn screening programs in several developed countries, including Portugal, has contributed not only to a better understanding of metabolic diseases but also to the prevention of fatal disease's consequences. Nevertheless, the pathophysiological mechanisms underlying the clinical manifestation of LCHADD (LCHAD deficiency) and its consequences are poorly understood. In order to contribute to the elucidation of these mechanisms, mitochondria plasticity to LCHAD deficit was evaluated. In this sense cultured fibroblasts were obtained from LCHADD patients’ skin biopsies, and its proteome was characterized and compared with samples from normal controls. Using nanoLC-MS/MS 729 distinct mitochondrial proteins were identified, most of which were assigned to the functional clusters “metabolism”, “transport”, “signal transduction”, “developmental process and generation of precursor metabolites” and “energy”. Based on iTRAQs data, 40 proteins were found differentially expressed in LCHADD patients compared with controls, among which were chaperones, proteases, metabolic proteins and oxidative stress proteins. In overall, this study provides a global perspective of the mitochondrial proteome plasticity in LCHADD and highlights the main molecular pathways involved in its pathogenesis.