La cistinúria és una aminoacidúria hereditària autosòmica recessiva (tipus I, OMIM 220100) i dominant amb penetrança incompleta (tipus no I, OMIM 600918) caracteritzada per un defecte en el transport d'aminoàcids bàsics i cistina que afecta les cèl·lules epitelials del túbul renal i de l'intestí. Es manifesta per una hiperaminoacidúria de cistina i aminoàcid dibàsics. La cistina precipita formant càlculs renals que poden produir obstruccions, infeccions i insuficiència renal en alguns casos. S'han descrit tres fenotips: I, no-I i mixte. El 1994 es clonà el cDNA humà de SLC3A1 (que codifica per rBAT), es mapà al cromosoma 2p16, i el nostre grup trobà mutacions en pacients de cistinúria de tipus I. Aquestes mutacions causaven un defecte en el transport quan s'expresaven en oòcits.S'ha acotat el locus de cistinúria de tipus no I al cromosoma 19q13.1, en una zona compresa entre els marcadors C13 i D19S587 de 2,3 Mb. S'ha clonat el gen SLC7A9 que codifica per a la subunitat lleugera de rBAT, b0,+AT. S'ha realitzat un anàlisi exhaustiu de mutacions del gen SLC7A9 en pacients de cistinúria. Aquestes mutacions causen pèrdua de funció del sistema de transport b0,+.El 88% dels al·lels associats al fenotip no I presenten mutacions a SLC7A9 indicant que és el principal responsable del tipus no I. S'han identificat 52 i 24 mutacions noves a SLC7A9 i SLC3A1 en 164 famílies amb cistinúria de l'Internacional Cystinuria Consortium (ICC), que eleven el total de mutacions publicades a 66 i 105 a SLC7A9 i SLC3A1 respectivament.Les mutacions identificades per l'ICC expliquen el 90,5%, 87,6% i 89,3% de pacients amb cistinúria de tipus I, no I i mixt, respectivament. Les mutacions més freqüents de SLC3A1 i SLC7A9 són p.M467T (26,4% dels al·lels mutats) i p.G105R (27,4% dels al·lels mutats) respectivament.L'anàlisi del mRNA de vuit mutacions puntuals de SLC7A9, que no afecten zones consens de splicing, revela que tres d'elles (les freqüents p.R333W i c.614dupA i la rara c.586C>T) presenten alteracions en el splicing. Aquestes mutacions eleven el percentatge d'al·lels amb splicing erroni del 7% al 28%.Per estudis de correlació genotip-fenotip s'ha observat que majoritàriament les mutacions a SLC3A1 i SLC7A9 s'associen a fenotips I i no I respectivament, però aproximadament el 12% dels heterozigots de SLC7A9 presenten fenotip I, i només el 4% dels heterozigots de SLC3A1 (mutació dupE5-E9) presenten fenotip no I. Aquesta dissociació entre genotip i fenotip ha motivat la proposta d'una nova classificació de la cistinúria: tipus A, causat per dues mutacions a SLC3A1; tipus B: causat per dues mutacions a SLC7A9 ; i un possible tipus AB, causat per una mutació a cada un dels gens. Els nostres resultats demostren que l'herència digènica (AB) no dóna lloc a un desenvolupament complet de la malaltia (litiasi), encara que pot agreujar l'hiperexcreció d'aminoàcids.Aproximadament el 13% dels al·lels de pacients amb cistinúria de l'ICC no han estat explicats per mutacions a SLC3A1 o SLC7A9 Aquests al·lels podrien explicar-se per mutacions al promotor o introns, a polimorfismes o a mutacions a altres gens.S'han identificat dos polimorfismes de canvi d'aminoàcid (p.V142A i p.L223M) i tres a la regió promotora de SLC7A9 (c.1-313G>T i c.1-617G>T c.1-1314G>A) que estan associats a cistinúria, suggerint un possible paper d'aquests polimorfismes en la malaltia o l'existència de mutacions associades a aquests encara no identificades. D'altra banda, el polimorfisme IVS8+8C>A en el gen candidat SLC7A8 (LAT-2) sembla que està associat a cistinúria, suggerint un possible paper causatiu o modulador de LAT-2 en el fenotip cistinúric. S'ha descartat la implicació de SLC7A10 (asc-1) en la cistinúria. S'ha començat a generar un ratolí knockout per Slc7a8 (LAT-2) per conèixer el seu possible paper en el fenotip cistinúric i en els altres teixits on s'expressa. / Cystinuria is an autosomal recessive (type I, OMIM 220100) and dominant with low penetrance (type non-I, OMIM 600918) aminoaciduria due to a disorder of renal reabsorption of cystine and dibasic amino acids, which results in urolithiasis of cystine. Three cystinuria phenotypes have been described: I, non-I and mixed. Cystinuria is due to mutations in the heavy subunit rBAT (SLC3A1) and in the light subunit b0,+AT (SLC7A9) of the heteromeric amino acid transporter system b0,+. We narrowed down the locus for type non-I cystinuria on chromosome 19q13.1 to 2,3 Mb, between markers C13 and D19S587. Then cloned SLC7A9, the gene that encodes for the light subunit of rBAT, b0,+AT. We performed an exhaustive mutation analysis of SLC7A9 in cystinuria patients. These mutations caused loss of function of the system b0,+. We have identified 52 new mutations in SLC7A9 and 24 in SLC3A1 from 164 probands that increases the total number of mutations to 66 and 105 respectively. The mutated alleles reached an average of 86.8%. Mutations in SLC3A1 (type A) and in SLC7A9 (type B) accounted for 44.3% and 55.7% of the alleles identified. These data demonstrate that SLC7A9 is the main non-Type I cystinuria gene. The mRNA analysis of eight point mutations in SLC7A9, which do not affect splicing consensus sequences, revealed that three of them showed aberrant splicing. These mutations increase the percentage of alleles with aberrant splicing from 7% to 28%.SLC3A1 heterozygotes showed phenotype I with the exception of some carriers of dupE5-E9, which showed phenotype non-I. SLC7A9 heterozygotes showed phenotype non-I, with the exception of eleven mutations. Therefore we proposed a new cystinuria classification based on genetic criteria: type A caused by two mutations in SLC3A1 (rBAT), type B caused by two mutations in SLC7A9 (bo,+AT) and, the possibility of type AB with one mutation on each of the above genes. Our results indicate that digenic inheritance contributes to the urine phenotype but none of the AB individuals presented cystine urolithiasis. There are still 13% of unexplained alleles. Our results suggest that these alleles may be due to amino acid change polymorphisms and to promoter variants in SLC7A9, rather than to mutations in a third gene.

Los transportadores heteroméricos de aminoácidos (HAT) están formados por una subunidad ligera (LSHAT) y una subunidad pesada (HSHAT) unidas entre ellas mediante un puente disulfuro.Se han descrito dos HSHATs: rBAT, y 4F2hc. Son glicoproteínas de membrana de tipo II, con un extremo N-terminal intracelular, un único dominio trans-membrana y un extremo C-terminal extracelular homólogo a las alfa-amilasas.Hasta el momento se han identificado 9 LSHATS: 6 se unen a 4F2hc para dar lugar al transportador funcional (LAT-1, LAT-2, y+LAT-1, y+LAT-2, asc-1, xCT), una se une a rBAT (bo,+ AT) y existen dos miembros "huérfanos" (asc-2, AGT-1), que no interaccionan con las HSHATs descritas y que quizás se unen a HSHATs todavía por identificar. Las diferentes LSHAT presentan las siguientes características estructurales y funcionales comunes: 1. Son proteínas altamente hidrofóbicas no glicosiladas. 2. Presentan una predicción de estructura de 12 segmentos trans-membrana, con extremos N y C-terminal intracelulares. Esta topología se ha demostrado para la subunidad ligera xCT, que presenta además un reentrant-loop entre los segmentos trans-membrana 2 y 3, con evidencias funcionales de su proximidad a la vía de translocación de sustrato.3. El residuo de cisteína conservado que interviene en la formación del puente disulfuro se encuentra localizado en el dominio extracelular putativo II.4. Necesitan la coexpresión de la HSHAT para alcanzar la membrana plasmática en un sistema de expresión heterólogo. 5. Confieren la especificidad de transporte al complejo heteromérico, representando una gran diversidad de sustratos y acoplamiento a iones: aminoácidos neutros de tamaño grande (LAT-1, LAT-2), pequeño (asc-1, LAT-2), cargados negativamente (xCT) y aminoácidos básicos y neutros (y+LAT-1, y+LAT-2 y bo,+AT).6. Se comportan como intercambiadores obligatorios con una estequiometría 1:1 y con una afinidad intracelular aparente por el sustrato mucho menor que la extracelular, excepto para el caso asc-1/4F2hc, y quizás asc-2, que se comporta como un intercambiador no obligatorio.7. La LSHAT es capaz de mediar el transporte en ausencia de la subunidad pesada cuando se consigue expresarla en superficie, como ocurre en un sistema reconstituido.rBAT (codificada por el gen SLC3A1) y bo,+AT (codificada por el gen SLC7A9) forman el sistema bo,+, que transporta aminoácidos neutros y básicos. Defectos en este sistema de transporte causan cistinuria. La cistinuria (OMIM 220100) es una enfermedad hereditaria, autosómica recesiva, causada por el defecto en la absorción intestinal y la reabsorción renal de aminoácidos básicos (lisina, arginina, ornitina) y cistina. Debido a su baja solubilidad, la cistina precipita formando cálculos a lo largo del sistema urinario. Los cálculos causan obstrucción, infecciones y, en último término, insuficiencia renal. Mutaciones en SLC3A1 causan cistinuria tipo I (recesiva completa: los heterozigotos no presentan hiperexcreción de aminoácidos) y mutaciones en SLC7A9 causan cistinuria tipo no I (recesiva incompleta: los heterozigotos hiperexcretan los cuatro aminoácidos en menor medida que los homozigotos cistinúricos y raramente llegan a desarrollar cálculos).En esta tesis se ha realizado un análisis mutacional de rBAT (SLC3A1) en familias cistinúricas, y estudios de relación estructura-función con las LSHATS bo,+AT y xCT. Debido al solapamiento de fenotipos encontrado en los portadores con mutaciones en SLC3A1 o SLC7A9, se ha establecido una nueva clasificación de la cistinuria, basada en datos genéticos. Los estudios de relación estructura-función han dado lugar a la identificación de un residuo en xCT (C327) próximo al lugar de unión y/o translocación de sustrato, y a la determinación de la unidad funcional mínima en xCT y bo,+AT, formada por una única subunidad ligera. Con estos resultados, y con los conocimientos que tenemos de esta familia de transportadores, proponemos que en una subunidad ligera coexisten dos vías de translocación asimétricas, una para el influjo, y otra para el eflujo. / Heteromeric amino acid transporters (HATs) are composed by disulfide-linked heavy (HSHAT) and light (LSHAT) subunits. HSHATs are type II membrane glycoproteins with a large extracellular domain and are involved in trafficking of the heterodimer to the plasma membrane. The LSHAT is a polytopic membrane protein that confers transport function and specificity. Two HSHATs are known, rBAT and 4F2hc. rBAT forms system b0,+ with the light subunit b0,+AT. 4F2hc forms two different system L isoforms with LAT1 and LAT2, two different system y+L isoforms with y+LAT1 and y+LAT2, system asc with asc1, and system xC- with xCT.Mutations in rBAT (SLC3A1 gene) or b0,+AT (SLC7A9 gene) cause cistinuria, an autosomal inherited metabolic disorder characterised by impaired transport of cystine and dibasic amino acids in the renal tubule and the gastrointestinal tract. High cystine concentration in the urinary tract often causes the formation of cystine stones. SLC3A1 mutations cause type I cystinuria (recessive form) and SLC7A9 mutations cause non-type I cistinuria (dominant form with incomplete penetrance). Mixed cistinuria has also been described. Mutational analysis in SLC3A1 realized in this thesis, together with mutational analysis in SLC7A9 in 164 families of the International Cystinuria Consortium database, established a new genetic classification: type A, with two mutations in SLC3A1; type B, with two mutations in SLC7A9; and type AB, with one mutation on each gene. Digenic inheritance in two mixed families caused partial phenotype.Little is known about the structure-function relationships of the HATs. Structure-function studies realized in this thesis demonstrate that Cys327 in transmembrane domain 8 of xCT is the target for transport inactivation by sulfhydril reagents. Protection and kinetic experiments suggest that Cys327 is close to the substrate permeation pathway. On the other hand, co-injection of xCT or b0,+AT sensitive (wild type) and insensitive (xCT C327S and b0,+AT C321S) to the inactivation by sulfhydryl reagents, and/or the effect of these reagents on concatamers indicate that the heterodimer is the functional unit of systems b0,+ and xc-. Together, with earlier studies on system b0,+, the results suggest that two asymmetric translocation pathways (export and import) co-exist simultaneously on a single LSHAT subunit.

Las lipofuscinosis neuronal ceroidea (LNCs) constituyen uno de los grupos de enfermedades neurodegenerativas de herencia autosómica recesiva más frecuentes en la infancia. Presentan variabilidad en la edad de inicio y comparten amplio espectro fenotípico: epilepsia, déficit visual, deterioro motor y cognitivo progresivos con fallecimiento a edad precoz. Se han identificado ocho genes responsables de las diferentes formas clínicas en la edad pediátrica (CLN10/CTSD, CLN1/PPT1, CLN2/TPP1, CLN3, CLN5, CLN6, CLN7/MFSD8 y CLN8). El análisis mutacional permite asociar el defecto genético a cada una de las formas clínicas: congénita, LNCC (CLN10); infantil, LNCI (CLN1); infantil tardía, LNCIT (CLN2); juvenil, LNCJ (CLN3); variante infantil tardía finlandesa, vLNCITFin (CLN5); variante infantil tardía juvenil precoz, vLNCITJuv (CLN6); variante infantil tardía turca, vLNCITTur (CLN7) y variante infantil tardía epilepsia del norte con retraso mental, EPMR - variante infantil tardía (CLN8). Nos proponemos, a través de los estudios realizados en los pacientes españoles con LNC, profundizar en el conocimiento de los aspectos clínicos y moleculares de este grupo de enfermedades, determinar el espectro mutacional de los genes CLN1, CLN2, CLN3, CLN5 y CLN7 y establecer una adecuada correlación genotipo-fenotipo en la población pediátrica de nuestro país. Desde el año 1974-2011 se estudiaron 6 pacientes con LNCI (5 núcleos familiares). Desde el año 1979-2011 se estudiaron 12 pacientes con LNCIT (10 núcleos familiares). Desde el año 1975-2010 se estudiaron 24 pacientes con LNCJ, divididos en 2 grupos: variante (11 pacientes) con mutaciones en el gen CLN1 y clásico (13 pacientes) con mutaciones en el gen CLN3. Se describieron 3 pacientes con vLNCITFin y uno con vLNCITTur. Se creó una base de datos clínica con 50 ítems. Para el estudio estadístico se utilizó la prueba de Kaplan-Meier. Los pacientes con LNCI, iniciaron la enfermedad entre los 8-15 meses con retraso en el desarrollo motor y marcha inestable. La epilepsia puede aparecer en cualquier momento. La LNCI se caracteriza por un severo y progresivo curso clínico y en nuestra población, la mutación V181M en el gen CLN1 está asociada con el fenotipo más severo de la enfermedad. La LNCIT se inició entre los 18 meses y los 3.7 años con retraso del lenguaje y convulsiones febriles simples seguidas de epilepsia. El trastorno de aprendizaje y la ataxia ocurrieron a los 4 años. La regresión clínica se inició con una pérdida de las frases, seguido de pérdida de la deambulación. Todos los pacientes desarrollaron epilepsia mioclónica continua. La LNCIT presenta un curso clínico muy homogéneo y se demuestra heterogeneidad genética en nuestra población. La forma variante de LNCJ se inició con retraso / regresión del lenguaje y dificultades de aprendizaje mientras que la forma clásica se inició con déficit visual. La regresión clínica se inició con una pérdida de las frases seguida por una pérdida de la deambulación durante la adolescencia en el grupo variante y durante la edad adulta el grupo clásico. El curso clínico es más severo y progresivo en pacientes con mutaciones en el gen CLN1 que en el gen CLN3. La mutación V181L en el gen CLN1 fue identificada en homocigosis en 9 pacientes pertenecientes a 4 familias consanguíneas, no relacionadas, todas de etnia gitana. Se considera la posibilidad de realizar un diagnóstico precoz de LNCJ en base a la sintomatología inicial y la edad de inicio. El índice de progresión de la enfermedad orienta hacia los fenotipos causados por mutaciones en los genes CLN1 / CLN3 y el diagnóstico definitivo deberá confirmarse mediante el análisis mutacional de dichos genes. Se ha elaborado un protocolo diagnóstico que permite realizar estudios de correlación genotipo-fenotipo y amplía el espectro clínico-mutacional en la población española afectada de lipofuscinosis neuronal ceroidea. / Neuronal ceroid lipofuscinosis (NCLs) is one of the most common groups of progressive neurodegenerative diseases in childhood. Eight disease genes causing NCL in childhood have been identified: CLN10/CTSD, CLN1/PPT1, CLN2/TPP1, CLN3, CLN5, CLN6, CLN7/MFSD8, and CLN8. The main objective was to assess the natural history of the disease and to establish phenotype/genotype correlations in Spanish patients with NCL. Infantile neuronal ceroid lipofuscinosis (INCL) is caused by mutations in the CLN1/PPT gene. The age at disease onset in six Spanish patients with INCL ranged from 8 to 15 months. Delayed motor skills and ataxia were the initial symptoms. The V181M mutation in the CLN1 gene was found in homozygosis which is associated with the most severe INCL phenotype. Late infantile neuronal ceroid lipofuscinosis (LINCL) is caused by mutations in the CLN2. The clinical outcome in 12 Spanish patients reported the age at onset of clinical symptoms ranged from 18 months to 3.7 years, and they included delayed speech and simple febrile seizures followed by epilepsy. Clinical regression was initiated by loss of sentences followed by loss of walking ability. The clinical progression of LINCL was relatively homogeneous and genetic heterogeneity was demonstrated in the 10 families studied. Juvenile neuronal ceroid lipofuscinosis (JNCL) is usually caused by a 1.02-kb deletion in the CLN3 gene and mutations in the CLN1 gene may be associated with a variant form of JNCL (vJNCL). To assess the natural history of the disease, 24 Spanish patients with JNCL were studied. Patients were classified into the groups of vJNCL with mutations in the CLN1 gene (n= 11) and classic JNCL (cJNCL) with mutations in the CLN3 gene (n=13). Patients with vJNCL showed a more severe and progressive clinical course than those with cJNCL. The rate of disease progression may be useful to diagnose vJNCL or cJNCL, which should be confirmed by molecular studies in CLN1/CLN3 genes. Three unrelated patients with Finnish variant late infantile (CLN5) and another patient with Turkish variant late infantile (CLN7) were described. The diagnostic algorithm is a useful tool for the diagnosis of the patients with NCL and the correlation genotype-phenotype studies in Spain.