Biochemická genetika - dědičné poruchy metabolismu (DPM) prof. MUDr. Dalibor Valík, Ph.D., DABCC - Katedra laboratorních metod LF, - Ústav laboratorní medicíny FN Brno, - Farmakologický ústav LF DPM - synonyma v literatuře •Hereditary metabolic disorders • •„Inborn errors of metabolism“ •významné osoby: • •J. G. Mendel: zákony dědičnosti •A. Garrod: pojem: chemický fenotyp •Beadle, Tatum: jeden gen = jeden enzym •Watson, Crick: struktura DNA • Jak definujeme DPM ? • •jde o genetické poruchy s vyjádřeným biochemickým fenotypem • • •…příklady: •enzym (Gal-1-P,UDP transferasa = galaktosémie) •regulační protein (BTK = imunodeficience, maturace B-lymfocytů) •transportní protein (CFTR = cystická fibrosa) •strukturní protein (spectrin alfa nebo beta = eliptocytosy) • DPM - některé společné rysy těchto chorob • • Incidence •Incidence je individuálně vzácná, ale kolektivně poměrně vysoká • •odhady jsou až 1:1000 jedinců •až několik tisíc indexuje tzv McKusickův katalog (dnes www.ncbi.nlm.nih.gov/omim) • Incidence dále závisí na: •způsobu dědičnosti • •frekvenci nových mutací • •etnickém původu jedince • •teritoriálních variacích Způsob dědičnosti •...většinou jde o monogenní choroby • •autosomálně recesivní (a´a´) •autosomálně dominantní (A´a) •X-linked dominantní (X´x) •X-linked recesivní (Xx´) • •..POZOR na fenomén „lyonizace“tj. náhodnou inaktivaci X-chromosomu u jedinců ženského pohlaví •…Lyon Hypothesis became Lyon Law on July 22, 2011 at the EMBO 50-years of X-inactivation conference in Oxford U.K. • •multifaktoriální dědičnost •…má se za to, že jde o výsledek souhry faktorů genetických a environmentálních (pravd. Alzheimer, některé typy nádorů, diabetes typu II, hypertenze, apod. • •mitochondriální dědičnost (kvantitativní, „populační“, nemendelovská dědičnost) • •2-10 kopií DNA/mitochondrii a cca 200 000 - 300 000 kopií DNA v oocytu • • •> tzn. přenos je maternální, vertikální •> heteroplasmie: stav koexistence mit´ a mitwt ...frekvence nových mutací a výjimky z pravidel dědičnosti • •Odhad je asi 1.1x10-8/gen/generaci, Roach JC, Glusman G, Smit AF, et al. (April 2010). "Analysis of genetic inheritance in a family quartet by whole-genome sequencing". Science 328 (5978): 636–9. doi:10.1126/science.1186802. PMC 3037280.PMID 20220176) • •významný vliv má věk otce •ve starých zárodečných buňkách otců je vyšší frekvence bodových C->T transicí… • • ...frekvence nových mutací a výjimky z pravidel dědičnosti • •výjimky •nestabilní mutace (expandující triplety) •uniparentální disomie a „loss of imprinting“ • • Etnický původ jedince •bělošská populace (příklady): • •cystická fibrosa •adrenogenitální syndrom, •fenylketonurie •deficit dehydrogenasy o středně dlouhých řetězcích (MCAD) Etnický původ jedince •černošská populace: • •hypercholesterolémie •sickle cell disease (paradoxní ochrana proti plasmodiové infekci, …Hb-S, Hb-C) • …teritoriální variace •jde o frekvenci příbuzenských sňatků (inbreeding) • •Québec - tyrosinémie typ I •Finsko - aspartylglukosaminurie DPM - klinická manifestace DPM - klinická manifestace •je nespecifická, resp. zejména nespecifická v průběhu vývoje choroby • •…potřebuje INTERDISCIPLINÁRNÍ spolupráci genetiky (klinické, laboratorní), neurologů, ARO, dětských internistů apod. Nejčastější formy klinické prezentace • • • • •...pozn. jde o schematické dělení pro didaktické účely !, nikoli o „science-based“ kategorizaci • •tato viz jinde (OMIM, MMBID8 a předchozí vydání) A) akutní epizody v novorozeneckém období •obvyklý projev: •…typicky zralý novorozenec, zhorší se během 24-48 hod po porodu •klinická prezentace: respirační selhání, RDS, protrahovaná žloutenka, sepse, křeče, DIC, • •příklady: •poruchy ureagenese (OTC), galaktosemie, organické acidémie (propionová, methylmalonová, isovalerová), nonketotická hyperglycinemie B) subakutní formy projevující se v průběhu prvního roku života •příznaky: •neprospívání, intolerance specifických potravin, psychomotorická retardace, křeče •subakutní formy výše uvedených chorob •střádavé choroby (glykogenosy, MPS, gangliosidosy) •mitochondriální poruchy •peroxisomální poruchy •poruch purinů a pyrimidinů C) Formy s pozdním nástupem •Kombinace výše uvedených chorob • •přibývá více •mitochondriálních chorob, •střádavých chorob, •peroxisomálních poruch (VLCFA), apod. skupina takto nezařaditelných chorob s akutní toxickou prezentací • •...vcelku zdravý jedinec, (dítě až mladý dospělý) •febrilní infekt, následuje •>>> náhlý nástup hyperamonemicko-hypoglykemického bezvědomí •Reye-like syndromy, (MCAD, SCAD, OTC, fruktosa 1,6 bisfosfatasa, apod.) DPM - časté laboratorní nálezy • •Je důležité si uvědomit, že tyto choroby mají (nebo mohou mít) určitou reflexi v běžných laboratorních testech • •=> to má význam při interpretaci nálezu • • O jaké testy jde ? Informace o acidobasi: pH, pO2, pCO2 anion gap •nález acidosy: • •snížené pH, zvýšený anion gap přítomností dalšího aniontu např. organické kyseliny (methylmalonátu, propionátu, laktátu) • •Nález acidosy s hyperlaktacidémií: • •pozorujeme kupř. při deficitu PDH (komplex pyruvátdehydrogenasy, poruch oxidativních fosforylací) •Nález alkalosy: • •velmi důležité, diagnostické pro deficienci OTC v novorozeneckém období • •obecně v iniciální fázi jaterního selhání z důvodů neschopnosti odstranit HCO3- konjugací s NH4+ Informace o krevní glukose •zajímá nás hlavně hypoglykémie, navíc bez ketosy • •poruchy glukoneogenese •(Fru1,6,bisfosfatasa, glykogenosy) •Reye-like syndromy • • Informace o hladině močoviny • •Snížená hodnota močoviny v séru je konsistentní s poruchou odstraňování amoniaku a HCO3- • •…jde o pozdní příznak Amoniak v plasmě •! Zásadní vliv preanalytické fáze na kvalitu a správnost výsledku • •sama hodnota amoniaku je často diagnostická pro řadu DPM projevujících se hyperamonémií • Ketolátky plasma/moč •…vždy brát v úvahu, co detekujeme natrium nitroprussidem !! • •hypoketosa (s hypoglykemií) je suspektní z poruchy beta oxidace (MCAD např) • •hyperketosa může indikovat •některé organické acidémie, von Gierkeho chorobu apod. • Kyselina močová •Hypo- i hyperurikémie • •přímo indikují možnost výskytu poruchy metabolismu purinů • •nepřímo …provázejí poruchy beta-oxidace, von Gierkeho chorobu, ale také malignity (!) apod. Cholesterol •Hypercholesterolémie a související stavy CAD a další • •hypocholesterolémie •deficit mevalonátkinasy •deficit 7-dehydrocholesterol reduktasy, tzv Smith-Lemli-Opitzův syndrom Triglyceridy •Falešná „hypertriglyceridémie“ z nadbytku volného glycerolu v séru • •deficit glycerolkinasy Hematologické testy • •anemie •poruchy metabolismu purinů a pyrimidinů • •neutropenie, trombocytopenie •některé organické acidémie • •poruchy koagulace •poruchy metabolismu homocysteinu DPM - jak je hledáme a diagnostikujeme • •Postupujeme od testů s širokou kapacitou ke specifickým • •ideálně: •vysoká sensitivita (vyhledávací proces) •vysoká specificita (konfirmační proces) DPM - jak je hledáme a diagnostikujeme • •sensitivita (schopnost testu zachytit nemocného) • •TP/(TP +FN) * 100 (v %) • • •specificita (schopnost testu zachytit zdravého) • •TN/(TN + FP) * 100 (v %) DPM - jaké používáme techniky v biochemické diagnostice ? •Chromatografické techniky •planární (sacharidy, MPS) •kapalinové (aminokyseliny, puriny) •plynové (organické kyseliny) •kapilární elektroforéza (orotová kyselina) •kombinace chromatografických technik s hmotnostní spektrometrií •GC-MS (dnes již méně) •tandemová hmotnostní spektrometrie •LC-MS/MS (jde o state of the art technologii) • Prakticky: • •A) na základě exkrece, resp. tvorby metabolitu nebo skupiny metabolitů tvořících tzv „disease pattern“, který je pro danou chorobu více méně charakteristický • např. MMA, IVA, GAG, GM1, apod. •…je víceméně přítomen vždy •B) exkrece metabolitu po zátěži •toto má zásadní důležitost: •PKU po zátěži mlékem, galaktosemie také, hereditární intolerance fruktosy •…rescreening, apod. • •!! pozn. je třeba mít na paměti, že subexpozice pacienta substrátem enzymového defektu může vést k vymizení patologického markeru, který sledujeme !! •Příklady kategorie sub b) • •je-li vzorek odebrán velmi nemocnému pacientovi, marker tam sice je, ale může být maskován např přítomností katabolitů nebo nejčastěji metabolitů léků •C) na základě snížené aktivity enzymu v postižené tkáni nebo buněčné kultuře • •výhody: •v podstatě definitivní funkční diagnostika •nevýhody: •musíte vědět, co tam hledat, řada nevýhod technických •D) na základě specifických změn v DNA kódující příslušný protein (mutace, VNTR, apod) •výhody: •technická proveditelnost, možnost sledování rodin • •nevýhody: •nejde o funkční diagnostiku, bez znalosti korelace genotyp/fenotyp je interpretace často neinformativní Co se myslí tzv. screeningem DPM •A) screening primární: •nalézt poruchu v celé populaci (PKU, hypothyreosa, někde galaktosemie, někde MCAD, u nás www.novorozeneckyscreening.cz, 18 chorob, viz metabolická příručka ÚDMP Praha) • •B) screening diagnostický (selektivní): •tj snaha diagnostikovat DPM u preselektovaného pacienta komplexním iterativním testováním nejen laboratorním DPM - časná diagnosa je potřebná kvůli: • •A) léčbě, kde možno • •B) prenatální diagnostice a genetickému poradenství • DPM - léčba •Klasická: dietní - eliminace noxy, • •Suportivní: obecná podpora (vitaminy, hepatoprotektiva) • •U některých specifická: APRT+allopurinol, tyrosinémie typ I a NTBC Nové trendy •Enzyme replacement therapy (Gaucher, ADA) • •gene therapy (ADA, CF, Glybera u deficitu lipoproteinové lipázy) • •orgánové transplantace vč. transplantace kostní dřeně (tyrosinemie, AAT, Wilson, primární hyperoxalurie • •kombinace: např. transplantace genově upravených kmenových buněk • Významné odkazy •www.ncbi.nlm.nih.gov/omim • • •https://www.vfn.cz/wp-content/uploads/2022/12/KPDPM-metabolicka-prirucka-v11.pdf • •