Veterinární a farmaceutická univerzita Brno
Farmaceutická fakulta
Poruchy metabolismu
aminokyselin
1
Poruchy metabolismu
2
Poruchy metabolismu
• metabolické změny bílkovin, cukrů, tuků
a hospodaření s vodou
(většinou mentální nebo fyzické postižení)
• 7000 popsaných metabolických poruch
(7% celkové populace)
• dědičnost- geneticky podmíněný enzymový
defekt způsobuje metabolický blok
s patologickými následky
enzymopatie- nejčastěji je metabolická Porucha
je způsobena enzymovým defektem −
defektní enzym má sníženou enzymovou aktivitu
nebo aktivita úplně chybí
• primární - genetický podklad
sekundární- následek jiných poruch
3
Typy metabolických poruch
• Enzymopatie - celkem popsáno více jak 200 poruch funkce enzymů - fenylketonurie
akumulace - prostorový problém (glykogenózy, lipidózy), toxicita zvýšeného (cysteinurie, dna)
přeměna na jiný škodlivý metabolit, tlumí metabolismus jiného enzymu, přenašeče, nedostatek produktu
• Receptory a jejich poruchy - porucha funkce receptorů - familiární hyperlipidemie
(hypercholesterolémie)
• Poruchy molekulárního transportu - cystická fibróza
• Defekt struktury buněk -muskulární dystrofie
• Regulace diferenciace pohlaví - gen SRY
• Mitochondriální choroby - Leherova atrofie optiku
• Geny s dosud neznámým mechanismem působení - syndrom fragilního X ( tripletová nemoc,
pruh Xq27.3 – FRAXA, CCG / CGG)
• Chybné endokrinní regulace - diabetes mellitus
typ defektu příklady postižení
defekt enzymů PKU, galaktosémie, deficience adenosindeaminasy
defekt receptorů testikulární feminizace, hypercholesterolémie
defekt molekulárního transportu cystická fibróza, hypertenze
defekt struktury buněk Duchenneova a Beckerova muskulární dystrofie
defekt homeostázy antihemofilický globulin, imunoglobuliny
defekt regulace růstu a diferenciace determinace pohlaví, inaktivace X chromozomu, tumor supresory
defekt mezibuněčné komunikace inzulín, růstový hormon, diferenciace pohlaví
defekt mitochondrií Leberova atrofie optiku
TEST
4
Metabolismus AK a proteinů
• proteiny z AK spojených peptidovou vazbou (CO-NH) struktura:
• – primární - 20 AK,– sekundární – vodíkové a disulfidové vazby - globulin, β-sheet
• – terciární – konformace v prostoru, – kvarterní–asociace několika proteinových
podjednotek
• za fyziol. pH většinou negativní náboj
• – pufry (schopnost vázat H+), neustálá obnova a degradace bílkovin spojená s katabolizmem
a syntézou AK
• avšak proteiny se svým poločasem značně liší
• regulační proteiny, enzymy a transkripční faktory, zpravidla několik hodin
• - albumin 10 dní, -svalové proteiny ~180 dní, -hemoglobin ~120 dní
• - kolagen několik let
• – obrat u 70 kg člověka cca 300-400g proteinů/den
• – cca 30g/den za den se spotřebuje na substráty pro syntézu nukleotidů, glukózy, ketolátek a neurotransmiterů
• – cca 35 – 55g/den je oxidováno na vodu, CO2 a dusík (nenávratně vyloučen jako urea) neexistuje zásobní forma proteinů
• – AK “pool” je jen takový, jaká je bezprostřední potřeba
• – zbytek oxidován a vyloučen
• ztráty (a esenciální AK) musí být hrazeny dietním přívodem bílkovin
• – esenciální: His, Val, Leu, Ile, Lys, Met, Thr, Phe, Trp
• – neesenciální AK mohou být vytvořeny zejm. z mezipríoduktů citrátového cyklu
• dusík uvolněný z AK je ve formě amoniaku a amonných solí toxický, proto je v játrech
• zpracován v cyklu močoviny na netoxickou močovinu, která je vyloučena močí
5
Přehled trávení bílkovin
TEST
6
1. Žaludek (1.5-3)
pepsinogen-
endopeptidasa,
chymozin (reniin)-tráveí
kaseinu
2. Pankreas (pH 8)
endopeptidazy (trypsin,
chymotrypsin,elastáza,
karboxypeptidáza)
Trávení bílkovin a resorbce AK v GIT
proteiny v GIT – ~50% z potravy,
velmi různá “stravitelnost” proteinů – málo tráveny elastin, keratin, mucin
enzymy trávení proteinů – viz tabulka
• resorbce AK a di- a tripeptidů enterocyty tenk. střeva pomocí transportérů
(SLC,solute carriers – mnoho typů)
koncentrace AK v buňce obecně mnohem vyšší než extracelulárně,
proto nutno udržovat aktivně
• – Na+-dependentní transport – akt. transport Na+ facilitovaná difuze Na+/AK
(=symport)
• – Na+-independentní – facilitovaná difuze (=uniport)
resorpce celých proteinů ve střevě
– omezeně možná – prostřednictvím
endocytózy a
nebo místy odpoupaných epitelií
– využívá se při systémové
enzymoterapii
(kapsle odolné účinku HCl a
ankreatických enzymů) 7
Poruchy metabolismu bílkovin
AMINOKYSELINY
• základní stavební složky (stavební
bílkoviny, enzymy,
hormony,puriny, plazmatické
bílkoviny, aminy, hem)
• zdroj energie uhlíkaté zbytky
aminokyselin se začleňují do
Krebsova cyklu, metabolismem bílkovin
vzniká amoniak →
močovinu → ornitinový cyklus
• bílkoviny se neukládají do zásoby
incidence postižený enzym
hyperfenylalani
nemie 1:6500 (ČR), 1:13 000 (svět) fenylalaninhydroxyláza (98 %),
tetrahydrobiopterin (2 %)
tyrozinemie I 1:100 000 (svět) fumarylacetoacetáthydroláza
tyrozinemie II vzácná tyrozinaminotransferáza
tyrozinemie III vzácná 4-hydroxyfenylpyruvát
dioxygenáza
alkaptonurie 1:100 000 - 1:1 000 000 (svět),
1:19 000 (Slovensko) homogentisát-1,2-dioxygenáza
homocystinurie 1-9:1 000 000 (svět) cystationin ß-syntáza
cystinurie 1:7000 (USA) defekt renálního transportu
některých aminokyselin
nemoc
javorového
sirupu
1:185 000 dehydrogenáza větvených
alfaketokyselin
izovalerová
acidemie 1:230 000 (svět) isovaleryl-CoA dehydrogenáza
glutarová
acidurie 1:40 000 (běloši) glutaryl-CoA dehydrogenáza
metylmalonová
acidurie vzácná metylmalonyl-CoA mutáza
propionová
acidemie vzácná propionyl-CoA karboxyláza
poruchy cyklu
močoviny 1:30 000 (svět)
Poruchy metabolismu AMK nebo jejich transportérů
8
TEST
Poruchy metabolismu AK
• 1) Aminoacidopatie
• 2) Organické acidurie
• 3) Poruchy detoxikace amoniaku
Poruchy transportu AK
Poruchy metabolismu peptidů
9
10
incidence postižený enzym
hyperfenylalaninemie 1:6500 (ČR), 1:13 000 (svět)
fenylalaninhydroxyláza (98 %),
tetrahydrobiopterin (2 %)
tyrozinemie I 1:100 000 (svět) fumarylacetoacetáthydroláza
tyrozinemie II vzácná tyrozinaminotransferáza
tyrozinemie III vzácná 4-hydroxyfenylpyruvát dioxygenáza
alkaptonurie 1:100 000 - 1:1 000 000
(svět), 1:19 000 (Slovensko) homogentisát-1,2-dioxygenáza
homocystinurie 1-9:1 000 000 (svět) cystationin ß-syntáza
cystinurie 1:7000 (USA)
defekt renálního transportu některých
aminokyselin
nemoc javorového sirupu 1:185 000
dehydrogenáza větvených
alfaketokyselin
izovalerová acidemie 1:230 000 (svět) isovaleryl-CoA dehydrogenáza
glutarová acidurie 1:40 000 (běloši) glutaryl-CoA dehydrogenáza
metylmalonová acidurie vzácná metylmalonyl-CoA mutáza
propionová acidemie vzácná propionyl-CoA karboxyláza
poruchy cyklu močoviny 1:30 000 (svět)
11
Poruchy metabolismu AK
• 1) AMINOACIDOPATHIE
• – obecný mechanismus:
• Akumulace AA, odchylky v degradaci AK v cytosolu
• Akumulace amoniaku
• Akumulace uhlíkové kostry, org. kyselin
• Nedostatek produktu
• Deficity mitochondriálních enzymů (dehydrogenáza ketokyselin s rozvět.
řetězci) leucinéza
• Nezahrnují CoA aktivované metabolity
• Akumulace toxických metabolitů, fenylalanin, fenylpyruvát, fenylacetát –
FENYLKETONURIE (specifické poškození orgánů)
• Diagnostikovány stanoveném hladiny metabolitů
• Terapie: dieta
• Aminoacidurie: přítomnost jedné nebo více AK v moči, metabolitech
• Hyperaminoacidémie: zvýšená koncentrace 1-více AK v séru
12
• 2) ORGANICKÉ ACIDURIE
• Organické acidurie jsou skupina několika desítek onemocnění se
společnou charakteristikou: vylučování karboxylových kyselin v
moči.
• Organické kyseliny se v těle hromadí při poruše metabolismu
zejména aminokyselin, dále pak mastných kyselin a sacharidů,
vzácně jiných látek.
• Deficity enzymů v mitochondriálním metabolismu,
• CoA aktivovaných karboxylových kyselin
Poruchy metabolismu AK
13
Poruchy metabolismu aromatických AMK (Fenylalanin,Tyrozin)
FENYLALANIN → TYROSIN (fenylalaninhydroxyláza)
1) hyperfenylalaninémie
defekt fenylalaninhydroxylázy – klasická fenylketonurie (PKU)
defekt dihydrobiopterinreduktázy – hyperfenylalaninémie typu II a III
defekt biosyntézy dihydrobiopterinu (kofaktor) – hyperfenylalaninémie typu IV a V
AR dědičné onemocnění
hromadění fenylalaninu a metabolitů (kys. fenylpyrohroznová,fenylmléčná,fenyloctová,o-hydroxyfenyloctová)
dysbalance plazmatických AMK: poškození vývoj mozku,
fenylalanin brzdí enterální resorpci tyrosinu (soutěží spolu o transportér) →
porucha syntézy katecholiaminů a melaninůu (pigmentace kůže a vlasů je snížená) →
ireverzibilní mentální retardace (vysoké hladiny Phe poškozují mozek), záchvaty, psychózy, ekzémy,
moč zápachu po myšině, světlá pigmentace (blond vlasy a modré oči i v tom případě, nejsou-li pro to genetické předpoklady)
2) hypertyrozinémie
Tyrozinemie typ 1 - deficit enzymu fumaryl acetoacetát hydroxylázy
v krvi se hromadí metabolit sukcynilaceton, který poškozuje játra, ledviny, PNS a CNS zvláštním projevem je sebepoškozování nemocného
Tyrozinemie typ 2- deficit enzymu tyrosin-aminotransferázy (postižení očí, kůže a CNS)
Přechodná tyrozinemie nebo hyperfenylalanémie novorozenců - opožděné spuštění aktivity enzymu fenylalaninhydroxylázy,
Přechodný vzestup tyrozinu v plazmě v prvních 2 týdnech života, daná opožděným zráním enzymů tyrozinaminotransferázy nebo
4-hydroxyfenylpyruvátdioxygenázy v játrech
3) alkaptonurie
defekthomogentisátoxygenásy
vysoká koncentrace kyseliny homogentisové (oxidace homogentisátu na benzochininacetát → generalizovaná pigmentace pojiva, sklér,
boltců, kůže), arthritida (kyčle, kotníky, páteř),poškození ledvin (urolithiáza) a srdečních chlopní (regurgitace aortální nebo mitrální
chlopně), kalcifikace aorty, moč na světle tmavne (hnědý pigment alkapton)
14TEST
15
DOPA
adrenalin
melanin
ALBINISMUS
TyrosemieIII
homogentisát
TEST
fenylpyruvát,fenyl
acetát, fenyllaktát
tyrosinasa
dopachinon
FENYLALANIN → TYROSIN
(fenylalaninhydroxyláza)
1.hyperfenylalaninémie
defekt fenylalaninhydroxylázy – klasická fenylketonurie (PKU)
defekt dihydrobiopterinreduktázy – hyperfenylalaninémie typu II a III
defekt biosyntézy dihydrobiopterinu (kofak.) – hyperfenylalaninémie typu IV a V
AR dědičné onemocnění
hromadění fenylalaninu a metabolitů (kys. fenylpyrohroznová, fenylmléčná,
fenyloctová,o-hydroxyfenyloctová)
dysbalance plazmatických AMK: poškození vývoj mozku,
fenylalanin brzdí enterální resorpci tyrosinu, tryptofanu, Leu, Ile
(soutěží spolu o transportér) →
porucha syntézy katecholiaminů a
melaninů (pigmentace kůže a vlasů je snížená) →
ireverzibilní mentální retardace
(vysoké hladiny Phe poškozují mozek),
záchvaty, psychózy, ekzémy,
moč zápachu po myšině,
světlá pigmentace (blond vlasy a modré oči i v tom případě,
nejsou-li pro to genetické předpoklady)
Poruchy metabolismu aromatických AMK (Fenylalanin,Tyrozin)
16
defekt fenylalaninhydroxylázy –klasická fenylketonurie (PKU)
• The first enzyme in the catabolic pathway for phenylalanine (Fig. 17-26), phenylalanine hydroxylase,
catalyzes the hydroxylation of phenylalanine to tyrosine. A genetic defect in phenylalanine hydroxylase is
responsible for the disease phenylketonuria (PKU). Phenylketonuria is the most common cause of elevated
levels of phenylalanine (hyperphenylalaninemia). Phenylalanine hydroxylase inserts one of the two oxygen
atoms of O2 into phenylalanine to form the hydroxyl group of tyrosine; the other oxygen atom is reduced to
H2O by the NADH also required in the reaction. This is one of a general class of reactions catalyzed by
enzymes called mixed-function oxidases (see Box 20-1), all of which catalyze simultaneous hydroxylation of a
substrate by O2 and reduction of the other oxygen atom of O2 to H2O. Phenylalanine hydroxylase requires a
cofactor, tetrahydrobiopterin, which carries electrons from NADH to O2 in the hydroxylation of
phenylalanine. During the hydroxylation reaction the coenzyme is oxidized to dihydrobiopterin (Fig. 17-27). It is
subsequently reduced again by the enzyme dihydrobiopterin reductase in a reaction that requires NADH.
defekt
fenylalaninhydroxyl
ázy = klasická
PKU, PKU I
(aktivita enzymu je
nižší než 25%) –
98–99% případů,
AR dědičné
onemocnění
17
Phe- toxický pro mozek
defekt dihydrobiopterinreduktázy –
hyperfenylalaninémie typu II a III
defekt biosyntézy dihydrobiopterinu (kofaktor) –
hyperfenylalaninémie typu IV a V
2.defekt dihydrobiopteridinreduktázy = PKU II a III
3.defekt biosyntézy dihydrobiopteridinu = PKU IV a V
fenylalaninhydroxyláza → monooxygenáza = zapojuje jen jeden O, z druhého vzniká voda, dárcem H2
pro vznik vody je tetrahydrobiopteridin (THBP), po uvolnění H2 vzniká dihydrobiopteridin (DHBP), ten je
redukován DHBP-reduktázou zpět na THBP
18
19
Metabolity fenylalaninu
COOH
CHH2N
CH2
transaminace
COOH
C
CH2
O
fenylalanin fenylpyruvát
oxid.
dekarboxylace
hydrogenace
COOH
CH2
COOH
CH
CH2
OH
fenylacetát
fenyllaktát
When phenylalanine hydroxylase is genetically defective, a secondary
pathway of phenylalanine metabolism, normally little used, comes into
play. In this minor pathway phenylalanine undergoes transamination
with pyruvate to yield phenylpyruvate (Fig. 17-28). Phenylalanine and
phenylpyruvate accumulate in the blood and tissues and are excreted in
the urine: hence the name of the condition, phenylketonuria. Much of the
phenylpyruvate is either decarboxylated to produce phenylacetate or
reduced to form phenyllactate. Phenylacetate imparts a characteristic
odor to the urine that has been used by nurses to detect PKU in infants.
The accumulation of phenylalanine or its metabolites in early life impairs
the normal development of the brain, causing severe mental retardation.
Excess phenylalanine may compete with other amino acids for transport
across the blood-brain barrier, resulting in a depletion of some required
metabolites.
Alternative pathways for
catabolism of
phenylalanine in
phenylketonurics.
Phenylpyruvate
accumulates in the
tissues, blood, and
urine. Phenylacetate and
phenyllactate can also
be found in the urine.
Phe se hromadí (hyperfenylalanémie – až
150–630mg/l plasmy) a je přeměněn na
fenylpyruvát a fenyllaktát a vylučován
močí, často je vylučován ve formě
fenylacetylglutaminu
nemoc je vzata do
novorozeneckého screeningu
(metoda tandemové hmotnostní
spektrometrie (od 1. 10. 2009);
dříve Guthrieho test – odebraná
krev dítěte /4.–5.den po porodu/
se přidá ke kolonii Bacillus subtilis,
bacilus přežívá akorát v krvi
bohaté na Phe)
léčba
dietou (do ukončení vývoje CNS – tj. cca do
20. roku života), podáváním saptoterinu
(Kuvan) → syntetická verze přírodního
THBP (zvyšuje aktivitu
fenylalaninhydroxylázy, ať je problém v
poruše enzymu, nebo v THBP), podávání LDOPA
(substituce pro tvorbu
katecholaminů), LNAA trasportér (large
neutral amino acids trasporter) – blokace
přestupu Phe ve vysokých hladinách skrz
hematoencefalickou bariéru 20
ZÁPACH PO MYŠINĚ
•následky neléčené formy (PKU I) → ireverzibilní mentální retardace (vysoké
hladiny Phe poškozují mozek), záchvaty, psychózy, ekzémy, moč zápachu po
myšině, světlá pigmentace (blond vlasy a modré oči i v tom případě, nejsou-li
pro to genetické předpoklady)
•nemoc je vzata do novorozeneckého screeningu (metoda tandemové
hmotnostní spektrometrie (od 1. 10. 2009); dříve Guthrieho test – odebraná
krev dítěte /4.–5.den po porodu/ se přidá ke kolonii Bacillus subtilis, bacilus přežívá
akorát v krvi bohaté na Phe)
•léčba dietou (do ukončení vývoje CNS – tj. cca do 20. roku života), podáváním
saptoterinu (Kuvan) → syntetická verze přírodního THBP (zvyšuje aktivitu
fenylalaninhydroxylázy, ať je problém v poruše enzymu, nebo v THBP), podávání LDOPA
(substituce pro tvorbu katecholaminů), LNAA trasportér (large neutral amino
acids trasporter) – blokace přestupu Phe ve vysokých hladinách skrz
hematoencefalickou bariéru
• Mateřská / maternální fenylketonurie (PKU)
matka je fenylketonurička - dítě je zdravé; nedodržuje dietu-----
vysoké hladiny Phe poškozují CNS dítěte – mentální retardace s obrazem PKU, ale negativní na průkaz
mutace genu
• Přechodná hyperfenylalanémie opožděné
spuštění aktivity enzymu fenyalalaninhydroxylázy
léčba přechodným snížením příjmu proteinů
21
22
23
Hyperfenylalaninémie + Fenylketonurie
• následek neléčené poruchy - mentální retardace
• léčba – přísná dieta s nízkým obsahem Phe do cca 15 roku
života
• později méně přísná dieta
• řada výrobků obsahuje sladidlo aspartam, nevhodné pro
fenylketonuriky, hydrolýzou uvolňuje fenylalanin
H2N
N
HOOC
O
H O
O
CH3
L-aspartyl-L-fenylalanin methyl ester (180× sladší jak sacharosa)
Léčba – dietní opatření
• Po celý život
• Vysoký obsah Phe tyto potraviny:
• vejce, mléko, sýry, maso, drůbež, ryby, sušené fazole a
luštěniny, vysoký obsah proteinů -vyloučeny z potravy
• Léčba pomocí BH4 –tetrahydrobiopterin, někteří pac. na ni
nereagují
• reagují na léčbu BH4 v závislosti na jejich mutaci genu PAH.
Sapropterin dihydrochlorid (Kuvan, BioMarin Pharma) je
perorálně účinná syntetická forma BH4.
• Pozn: shodné příznaky vykazuje podobné onemocnění
(hyperfenylalaninemie), které má však jiný základ. Příčinou
tohoto onemocnění je deficience některého ze 4 enzymů, které
se podílí na tvorbě a metabolismu tetrahydrobiopterinu BH4 –
viz zde výše
• Další možností je enzymatická substituční terapie
24
Obsahy Phe v potravinách
Potravina Průměrný obsah PHE v 1g
bílkoviny (údaj v mg)
Čerstvé ovoce 27
Čerstvá zelenina 35
Čerstvé houby 29
Brambory a výrobky z nich 49
Mléko a mléčné výrobky 51
Pečivo 58
Vepřové maso 44
Hovězí maso 48
Uzeniny 46
Ryby 43
Ořechy 51
Obilí 55
Žloutek 49
Bílek 69
Cukrovinky,čokoláda, sušenky 50
Průměrný obsah fenylalaninu (PHE) v různých druzích potravin
25
Hyperfenylalaninémie (HPA), fenylketonurie (PKU)
• Autosomálně recesivní onemocnění
• Porucha metabolismu aminokyseliny fenylalaninu (Phe)
• Mutace v genu PAH (fenylalaninhydroxyláza), chromosom 12q23.2
• PAH metabolizuje fenylalanin (Phe) za vzniku tyrozinu (Tyr), jako kofaktor je
vyžadován tetrahydrobiopterin (BH4).
Klasifikace: Porucha metabolismu aminokyselin
Dědičnost: Autosomálně recesivní
Incidence: 1:13 000 (v ČR 1 : 6 500)
Etnicita: Severní Evropa, Irsko (1:4 500), Turecko (1:3 000)
Enzym a lokalizace: fenylalaninhydroxyláza, játra; Gen a lokalizace: PAH, 12q24.1
Informace o onemocnění
Průběh onemocnění bez léčby: Pozvolná mentální retardace (patrná od 6 měsíců
věku). Ostatní symptomy - ekzém, zápach moče, křeče, světlejší pigmentace,
zvláštnosti chůze a držení těla. Rozsah klinických příznaků je závislý na stupni
enzymového deficitu.
Léčba: Standardní péče je léčba všech osob s hladinou fenylalaninu nad 350-400
μmol/l, spočívá v nízkobílkovinné dietě s omezením fenylalaninu a podáváním směsi
aminokyselin bez fenylalaninu. Dieta je doporučována po celý život a její dodržování
je považováno za nejdůležitější faktor normálního vývoje mozku.
Průběh onemocnění s léčbou: Není mentální retardace, mohou být specifické
poruchy učení. Při přerušení diety se sníženým obsahem fenylalaninu dochází k
poklesu IQ, poruchám chování a soustředění, objevuje se ekzém, zápach a mohou se
objevit křeče. Ženy s PKU/HPA mají vysokou pravděpodobnost narození postiženého
dítěte (mikrocefalie a postižení mozku plodu, vrozené srdeční vady), jestliže nedrží
přísnou dietu před plánovaným otěhotněním a během těhotenství.
Nález při novorozeneckém screeningu: zvýšený fenylalanin a poměr Phe/Tyr
Hyperfenylalaninémie (HPA), fenylketonurie (PKU), http://www.novorozeneckyscreening.cz/
• Fenylalaninhydroxyláza – enzym
obsahující tři funkční domény:
• N-koncová regulační doména
• katalytická doména
• C-koncová oligomerizační doména
• Katalytická doména - vazba
fenylalaninu, kofaktoru
(tetrahydrobiopterin, BH4),
iontu železa
• Oligomerizační doména – tvorba
homotetrameru (aktivní forma
enzymu)
Fenylalaninhydroxyláza (PAH)
• 98% způsobeno mutacemi v genu PAH
• 2% mutacemi v genech kódujících enzymy podílejících se na syntéze a
regeneraci kofaktoru (tetrahydrobiopterin, BH4)
HPA/PKU
During the hydroxylation of phenylalanine by PAH (O2, Fe+3), tetrahydrobiopterin (BH4) is oxidised to 4a-hydroxy-BH4
intermediate, which is subsequently regenerated back to BH4 by the enzymes carbinolamine-4a-dehydratase (PCD) and
by the NADH-dependent dihydropteridine reductase (DHPR). BH4 is synthesised from guanosine triphosphate (GTP) by
three additional enzymes GTP cyclohydrolase I (GTPCH), 6-pyruvoyl-tetrahydropterin synthase (PTPS), and sepiapterin
reductase (SR). Mutations in genes coding for PCD, DHPR, GTPCH, PTPS, and SR result in BH4 deficiency.
Lancet 2010; 376: 1417–27
Tři mílníky spojené s diagnostikou a léčbou HPA/PKU:
 1930, Asbjorn Folling (norský lékař a biochemik)
identifikoval u části pacientů s mentální retardací
zvýšenou hladinu Phe v krvi
 1950, Horst Bickel (německý lékař) zavedl dietu s
nízkým obsahem Phe pro pacienty se zvýšenou
hladinou Phe v krvi.
 1960, Robert Guthrie (americký mikrobiolog) zavedl
diagnostický test vhodný pro screening HPA/PKU.
HPA/PKU, historie
Současný novorozenecký laboratorní screening HPA/PKU – tandemová
hmotnostní spektrometrie – analýza hladiny fenylalaninu a poměru
fenylalanin/tyrosin.
Guthriho test
• Semikvantitativní test určený pro detekci zvýšené hladiny Phe využívající
schopnosti Phe usnadnit růst bakterií v kultivačním médiu s inhibitorem.
• Malý disk filtračního papíru se zaschlou krví se umístí na agarový gel
obsahující bakterii Bacillus subtilis a inhibitor B-2-thienylalanin. Agarový gel je
schopen podporovat růst bakterií, ale B-2-thienylalanin teto růst inhibuje.
• V přítomnosti zvýšeného množství Phe je inhibice překonána a bakterie
rostou. Intenzita růstu bakterií je přímo úměrná množství Phe v krvi, který se
vyluhuje z filtračního papíru do agaru.
• PAH - enzym fungující v jaterních buňkách x mentální
retardace jako klinický projev HPA/PKU
• Hematoencefalická bariéra – aminokyselinový transportér LAT1 –
transport Phe a dalších velkých neutrálních aminokyselin (LNAA: Tyr, Trp) z
krve do mozku. Phe má vyšší afinitu k LAT1 než Tyr, Trp → vysokou
koncentrací v krvi Phe snižuje příjem dalších LNAA do mozku; tj tyrosinu a
tryptofanu (prekurzory dopaminu a serotoninu; neurotransmitery).
HPA/PKU, molekulární patologie onemocnění
 Terapie –
nízkobílkoviná
dieta s omezením
fenylalaninu a
podáváním směsi
aminokyselin bez
fenylalaninu +
podávání velkých
neutrálních
aminokyselin
(LNAA).
• Enzymová substituční terapie pomocí fenylalanin amonium-lyázy (PAL)
• PAL – konvertuje Phe na kyselinu skořicovou (trans-cinnamic acid) a amoniak
(rostliny, houby, kvasinky)
• Trapie: i) orální podání je komplikováno proteolytickou degradací enzymu; ii)
injektovaná PAL je imunogenní, konjugace PAL a polyethylenglykolu (PEG-PAL)
snižuje imunitní odpověď.
• Byly provedeny klinické studie hodnotící bezpečnost a účinnost opakovaně
podávaných injekci PEG-PAL ..… podkožní podávání PEG-PAL bylo bezpečné a
dobře tolerované a zdá se účinné při snižování krevního Phe ......
HPA/PKU, therapie pomocí PAL
• Bylo zjištěno, že zvýšená hladina Phe může být redukována podáním
BH4.
• Klinické zkoušky ukázaly, že BH4 (Sapropterin dihydrochlorid, Kuvan) je
bezpečný a efektivní v terapii pacientů s mírnou HPA a mírnou PKU.
HPA/PKU, terapie pomocí tetrahydrobiopterinu (BH4)
Hladina Phe v krvi:
 Norma: 50 - 110 μmol/L
 Mírná HPA: 120 - 600 μmol/L
 Mírná PKU: 600 - 1200 μmol/L
 Klasická PKU:  1200 μmol/L
- Partially folded states are
problematic - proteins tend to
aggregate in concentration
dependent manner.
- Aggregation primarily results
in amorphous structures,
oligomers, and amyloid fibrils.
Formation of these structures is
strongly restricted by
chaperones.
- Molecular chaperone interact
with, stabilize, and help
proteins to acquire its
functionally active
conformation, without being
present in its final structure.
- Different classes of
structurally unrelated
chaperones exist in cells.
Protein folding
The surface free-energy changes of proteins
during their moving towards the native state.
NATURE | VOL 475 | 21 JULY 2011
• Molekulární chaperony –
zabraňují „misfoldingu“ proteinu,
pomáhají proteinu získat funkční
konformaci, nejsou přítomny v
konečné struktuře proteinu.
• Mutace v PAH genu mohou vést
ke změnám ve výsledné struktuře
proteinu („protein misfolding“),
které následně vedou k jeho
degradaci event. agregaci.
• Tetrahydrobiopterin, BH4 –
molekulární chaperon pro PAH.
• Odpověď na terapii BH4 závisí u
pacienta s HPA/PKU na typu
mutací v PAH genu – pacienti s
mutací zachovávající zbytkovou
aktivitu PAH (tj. pacienti s
mírnějšími fenotypy) reagují na
léčbu BH4.
HPA/PKU
J Inherit Metab Dis (2010) 33:649–658
Efficacy of BH4 therapy
in the management of
HPA/PKU.
(A) Response rates (%)
according to blood
phenylalanine levels
after sapropterin
treatment (10
mg/kg/day) over a
period of 8 days.
Molecular Genetics and
Metabolism 96 (2009) 158–163
Hladina Phe v krvi:
 Mírná HPA: 120 - 600 μmol/L
 Mírná PKU: 600 - 1200 μmol/L
 Klasická PKU:  1200 μmol/L
HPA/PKU, terapie pomocí tetrahydrobiopterinu (BH4)
Amyloid fibril formation by proteins and polypeptides:
• Well-known amyloid-associated disease - Alzheimer’s
disease, in which the β-amyloid polypeptide aggregates
and learning and memory is affected; Parkinson’s
disease, in which α-synuclein protein aggregates and
motor function is affected; and type 2 diabetes, in
which the islet amyloid polypeptide (IAPP, or amylin)
aggregates and pancreatic β-cell function is affected.
• It was determined that the single amino acid could form
amyloid-like assemblies. The formed assemblies had the
same typical ultrastructural morphology as protein
amyloids when visualized using electron microscopy.
• The ability of phenylalanine to form amyloid assemblies
was demonstrate in the brains of PKU-mice and PKU human
patients, in which Phe is accumulated due malfunction of
PAH.
• The mechanism of degeneration appears to be the
induction of apoptotic cell death in various organs and
tissues in which assemblies are being accumulated.
Ehud GazitJ Inherit Metab
Dis (2016) 39:483–488
Amyloid fibrils – elongated nanoscale structures
Celkový počet pacientů: 758
• Počet pacientů kompletním genotypem (2 mutace):
751 (99,1%)
• Počet pacientů s jednou mutací: 7
HPA/PKU, DNA diagnostika
• Detekce sekvenčních
změn malého rozsahu:
PCR + sekvenční analýza
exonů a přilehlých
intronových oblastí
• Detekce rozsáhlých
delecí/duplikací: MLPA
K. Réblová et al., Clinica Chimica Acta 419 (2013) 1–
• 77% mutací je typu missense.
• Nejčastější mutace: c.1222C>T, p.(Arg408Trp) – 42%
mutantních alel
PAH mutations can lead to impaired tetramer
assembly
Oligomerization profiles of wild-type and variant
PAH were determined by size-exclusion
chromatography. Arrows mark the elution
volumes of soluble aggregates, tetramers,
dimers, and monomers.
(A) Profiles of variants arising from mutations
located in the regulatory domain (R). I65S
showed increased amounts of dimers.
(B) Profiles of variants arising from mutations
located in the catalytic domain (C). S310Y and
R408W eluted as high-molecular-weight
aggregates without any detectable tetramers.
(C) Profiles of variants arising from mutations
mapping to the dimerization motif of the
oligomerization domain (O). Y417H showed
significant amounts of monomers and increased
amounts of dimers.
S.W. Gersting, The American Journal of Human Genetics 83, 5–17, July 2008
HPA/PKU – functional analysis of mutant protein
Včasná diagnostika – test dle Guthrie
(newborn screening, NBS)
• Test dle Guthrie
• Princip vyšetření moči chloridem železitým k průkazu PKUpatří
k historii této vrozené metabolické poruchy
• 1934, kdy matka se svými dvěma mentálně retardovanými dětmi na klinice
v Oslu vyhledala lékaře, profesora Asbjorna Follinga, známého v té době
jeho vědeckými pracemi v biochemii. Při rutinním vyšetření nebyla příčina
mentální retardace dětí zřejmá. Profesor Folling však věnoval dále
pozornost vyšetření jejich moči. Provedl reakci, kdy k moči přidal FeCl3.
Výsledkem bylo zelené zbarvení, ale to Folling neočekával a dosud se s ní
u člověka nesetkal. V průběhu následujících týdnů se mu podařilo izolovat
substanci, která byla zodpovědná za neobvyklou reakci, kyselinu
fenylpyrohroznovou - test nebyl specifický reagovaly i jiné látky
• Novou éru v diagnostice odstartovalo zavedení testu dle
Guthrie (od r.1975 – z kapky krve)
Roberta Guthrie, od r.1960 test díky jeho úsilí
Princip testu: fenylalanin - růst bakterií Baccillus subtilis –
v kultivačním médiu s inhibitorem β-2-thienylalaninem , k růstu nutný
fenylalanin.
2.den po narození – test, Robert Guthrie (1916-1995) - americký lékař,
mikrobiolog, pracoval v Minesotě,
41
The Guthrie test for diagnosing phenylketonuria
© Michael Palmer 2014
42
Large Neutral Amino Acid Supplementation
Other novel therapeutic approaches can be categorized by the
site of action or target organ (Figure 2) [17].
These categories include enteral, systemic, liver-directed
approaches. Dietary restriction of Phe intake is
an example of enteral approach. Alternatively Large Neutral
Amino Acid (LNAA) can be used. LNAA
can compete with the same transporter of Phe across the
gastrointestinal and blood brain barrier to reduce
Phe absorption and entry into the brain [18]. A double blind,
placebo-controlled study indicated a
significant decline in blood Phe concentration in patients with
PKU treated with LNAA for 2 weeks
suggesting that LNAA compete with the transport of Phe in the
gastrointestinal trac [19]. These studies
suggest that adding LNAA to the diet of patients with PKU could
reduce blood Phe concentrations.
43
Poruchy metabolismu aromatických
AMK (Fenylalanin,Tyrozin)
FENYLALANIN → TYROSIN (fenylalaninhydroxyláza)
2.hypertyrozinémie
Tyrozinemie typ 1 - deficit enzymu fumaryl acetoacetát hydroxylázy
v krvi se hromadí metabolit sukcynilaceton,
který poškozuje játra, ledviny, PNS a CNS zvláštním projevem
je sebepoškozování nemocného
Tyrozinemie typ 2- deficit enzymu tyrosin-aminotransferázy (postižení očí, kůže a CNS)
Přechodná tyrozinemie nebo hyperfenylalanémie novorozenců
- opožděné spuštění aktovity enzymu fenylalaninhydroxylázy,
přechodnývzestup tyrozinu v plazmě v prvních 2 týdnech života,
daná opožděným zráním enzymů tyrozinaminotransferázy nebo
4-hydroxyfenylpyruvátdioxygenázy v játrech
3. Alkaptonurie defekt homogentisátoxygenásy
vysoká koncentrace kyseliny homogentisové
(oxidace homogentisátu na benzochininacetát → generalizovaná pigmentace pojiva, sklér,
boltců, kůže), arthritida (kyčle, kotníky, páteř),poškození ledvin (urolithiáza) a srdečních chlopní
(regurgitace aortální nebo mitrální chlopně), kalcifikace aorty,
moč na světle tmavne (hnědý pigment alkapton)
44
homogentisát
TEST
2. hypertyrozinémie
Tyrozinemie typ 2- deficit enzymu
tyrosin-aminotransferázy (postižení
očí, kůže a CNS)
Tyrozinemie typ 1 - deficit enzymu
fumaryl acetoacetát hydroxylázy
v krvi se hromadí metabolit
sukcynylaceton, který poškozuje
játra, ledviny, PNS a CNS zvláštním
projevem je sebepoškozování
nemocného
Přechodná tyrozinemie nebo
hyperfenylalanémie novorozenců opožděné
spuštění aktovity enzymu
fenylalaninhydroxylázy,
Přechodný vzestup tyrozinu v plazmě v
prvních 2 týdnech života, daná
opožděným zráním enzymů
tyrozinaminotransferázy nebo
4-hydroxyfenylpyruvátdioxygenázy v
játrech
45
Tyrosinemie II. (Richter-Hanhartův syndrom)
Tyrosinemie II-obdoba prvního typu, ale defekt je v
jiném enzymu - tyrosin aminotransferasa- v. kroku
metabolismu (katabolismu) tyrosinu
Konverse tyrosinu na acetát-manifestován onemocněním
zvaným keratosa
• velmi vzácné onemocnění, AR dědičné
• zvýšená hladina tyrosinu (40–50mg/l plasmy)
• mírná mentální retardace, hyperkeratózy (na dlaních a ploskách
nohy), zanícení spojivek, ulcerace na rohovce, nystagmus, glaukom
(zakalení krystaly tyrosinu), tyrosin a jeho metabolity jsou přítomny v
moči
• léčba dietou
46
Tyrozinemie typ I.
- deficit enzymu fumaryl acetoacetát hydroxylázy
v krvi se hromadí metabolit sukcynilaceton, který poškozuje játra, ledviny, PNS a CNS
zvláštním projevem je sebepoškozování nemocného
Tyrosinémie I. typu (tyrosinósa)
defekt ve fumarylacetacetáthydroláze (exprimována hlavně v játrech a ledvinách)
a pravděpodobně také maleinylacetacetáthydroláze, AR dědičné
vysoká hladina Tyr (60–120mg/l plasmy) i Met, vysoké hladiny metabolitů ovlivňují činnosti
jiných enzymů a transportních systémů – těžká patologie –
hepatorenální selhání (cirhóza jater, hepatomegalie, koagulopatie,
Fanconiho syndrom – onemocnění proximálních tubulů ledvin, vylučování fosfátů →
hypofosfátemická křivice),
postižení CNS (křeče, hyperextenze,
sebepoškozování, zástava dechu), ascites, hromaděné metabolity
(maleylacetoacetát, fumarylacetoacetát)
a jejich deriváty (sukcinylaceton a sukcinylacetoacetát)
tvoří deriváty glutathionu (vyřazení z funkce jednoho antioxidantu)
– poškození tkáně radikály
•akutní tyrosinóza bez léčby → průjmy, zvracení, neprospívání kojenců
•zápach po hlávkovém zelí, umírají do 6–8 měsíců (jaterní selhání)
•chronická tyrosinémie → příznaky stejné, ale slabší, umírají do 10 let
•léčba dříve dietou bez Phe, Tyr; dnes NTBC → blokátor p-hydroxyfenylpyruváthydroxylázy
47
Léčba
Nitisone - znám jako NTBC, látka původně vyvinuta jako herbicid.
Nyní – používán jako látka zpomalující účinky tyrosinemie typu I.
Poprvé k této indikaci použita v r.1991-odvrátila nutnost transplantace
jater poškozených tímto onemocněním, jako lék první volby. Je
studována v souvislosti s alkaptonurií.
Komerční název léku - Orfadin.
Mechanismus účinku nitisinonu zahrnuje reversibilní inhibici 4hydroxyphenylpyruvate
oxidasy , tak účinkuje preventivně, zabrání
tvorbě kyselinu maleylacetoacetic acid a fumarylacetoacetic acid,
mohou být potenciálně konvertovány na succinylaceton, toxin který
poškozuje játra a ledviny
48
Poruchy metabolismu aromatických AMK
(Fenylalanin,Tyrozin)
FENYLALANIN → TYROSIN (fenylalaninhydroxyláza)
3- alkaptonurie
defekt homogentisátoxygenásy
vysoká koncentrace kyseliny
homogentisové (oxidace homogentisátu na benzochininacetát →
generalizovaná pigmentace pojiva, sklér,
boltců, kůže), arthritida (kyčle, kotníky, páteř),
poškození ledvin (urolithiáza) a srdečních chlopní (regurgitace aortální nebo
mitrální chlopně), kalcifikace aorty,
moč na světle tmavne (hnědý pigment alkapton)
Léčba NTBC
49
50
In most ethnic groups, the prevalence of alkaptonuria is
between 1:100,000 and 1:250,000.[4] In Slovakia and the
Dominican Republic the disease is much more common,
with prevalence estimated at 1:19,000 people.[4] As for
Slovakia, this is not the result of a single mutation but due
to a group of 12 mutations in specific "hot spots" of the
HGD gene.[4] The Slovakian clustering probably arose in a
small area in the northwest of the country and spread after
the 1950s due to migration.[4]
Poruchy metabolismu větvených AMK (Val, Leu, Isoleucin)
1. transaminace (transamináza)→ 2-oxokyseliny (val → 2-oxoisovalerát, leu → 2oxokapronát,
ile → 2-oxometylvalerát
2. dekarboxylace
3. dehydrogenace (specifická multienzymová dehydrogenáza)
1) Hypervalinémie nízká aktivita společné transaminázy
pro valin, velmi vzácné onemocnění,
2) Nemoc javorového sirupu (leucinóza)
deficit nebo nedostatečná činnost dekarboxylázy
zvýšené hladiny Val, Leu i Ile a jejich 2-oxokyselin
poškození mozku, neprospívání, spavost, kóma, později vegetativně nervové problémy (poruchy
činnosti srdce – bradykardie, hypotermie,ažapnoe), těžká dehydratace
3) Intermitentní formy leucinózy
méně závažné modifikace dekarboxylázy
metabolismus Val, Ile a Leu je snížen, ale zachován, příznaky leucinózy se objevují později a
příležitostně
(po požití velkého množství AMK)
4) Isovalerová acidémie deficit isovaleryl-CoA-dehydrogenázy
metabolická acidemie (pH 7,3), ketonurie, hyperamonémie, hypokalcémie, hyperlactémie, zápach
dechu, tělních tekutin, kóma po požití velkého množství bílkovin, povšechná pancytopenie
5) Methylmalonová acidurie
vzniká při avitaminóze B12, B12 je kofaktorem enzymu měnícího metylmalonyl-CoA na sukcinyl-CoA
(radikálová isomerace), metabolická acidóza 51TEST
Přehled metabolismu rozvětvených AMK
• první tři reakce společné pro všechny tyto AMK , AMK procházejí
játry
• Společné reakce
• transaminace (1. reakce) společnou transaminázou (aktivita nejvyšší v myokardu a
kosterním svalu, nízká v játrech) – vznikají příslušné 2-oxokyseliny (val → 2oxoisovalerát,
leu → 2-oxokapronát, ile → 2-oxometylvalerát); blok u hypervalinémie
• dekarboxylace (2. reakce) a dehydrogenace (3. reakce) – probíhá v mitochondriích →
specifická multienzymová dehydrogenáza → vzniká acyl-CoA o jeden uhlík kratší než
původní oxokyselina; blok (2 – dekarboxylace) u nemoci javorového sirupu; blok (3 –
dehydrogenace) u isovalerové acidémie
• výsledek:
• Val → methylakryoloyl-CoA
• Leu → β-metylkrotonoyl-CoA
• Ile → tigloyl-CoA
1. transaminace (transamináza)→ 2-oxokyseliny (val → 2-oxoisovalerát,
leu → 2-oxokapronát, ile → 2-oxometylvalerát
2. dekarboxylace
3. dehydrogenace (specifická multienzymová dehydrogenáza)
52
53
Srovnejte konečné produkty
Leucin acetyl-CoA + acetoacetát ketogenní AK
Isoleucin
acetyl-CoA + sukcinyl-
CoA
smíšená AK
Valin sukcinyl-CoA glukogenní AK
B12
B12
54
Rozvětvené AK - shrnutí
• BCAA (branched chain amino acids)
• všechny tři jsou esenciální
• první reakce katabolismu jsou podobné (transaminace,
oxid. dekarboxylace, dehydrogenace), konečné produkty
jsou různé
• leucin - ketogenní AK
• po jídle je jejich zastoupení v krvi vysoké (cca 70 % všech
AK), protože játra je nevyužívají (nedostatek
aminotransferas)
• nejvíce jsou utilizovány ve svalech a CNS
• příznivě ovlivňují katabolické stavy (infuze)
1) Hypervalinémie
nízká aktivita společné transaminázy pro valin, velmi vzácné
onemocnění,
2) Nemoc javorového sirupu (leucinóza) 1:185 000, dehydrogenáza
větvených alfaketokyselin
deficit nebo nedostatečná činnost dekarboxylázy
zvýšené hladiny Val, Leu i Ile a jejich 2-oxokyselin
poškození mozku, neprospívání, spavost, kóma, později vegetativně nervové problémy (poruchy
činnosti srdce – bradykardie, hypotermie,ažapnoe), těžká dehydratace
3) Intermitentní formy leucinózy, méně závažné modifikace
dekarboxylázy
metabolismus Val, Ile a Leu je snížen, ale zachován, příznaky leucinózy se
objevují později a příležitostně
(po požití velkého množství AMK)
4) Isovalerová acidémie, 1:230 000 (svět), isovaleryl-CoA
dehydrogenáza
deficit isovaleryl-CoA-dehydrogenázy
metabolická acidemie (pH 7,3), ketonurie, hyperamonémie, hypokalcémie, hyperlactémie, zápach
dechu, tělních tekutin, kóma po požití velkého množství bílkovin, povšechná pancytopenie
5) Methylmalonová acidurie, metylmalonyl-CoA mutáza
vzniká při avitaminóze B12, B12 je kofaktorem enzymu měnícího metylmalonyl-CoA na sukcinylCoA
(radikálová isomerace), metabolická acidóza 55
2) Nemoc javorového sirupu (Leucinóza ),MSUD
Porucha v mtb Leu, Ile, Val – rozvětvené aminokyseliny – deficit dehydrogenasy
rozvětvených AK, hromadí se organické kyseliny (alfa –ketokyselinové deriváty ) -závažná
toxicita. Deficit nebo nedostatečná činnost dekarboxylázy. Dehydrogenaza/dekarboxylázamultienzymový
komplex volně asociovaný s vnitřními membránami mitochondrie.
• Přebytek toxic. metabolitů – vždy po zátěži zvýšeným množstvím rozvětvených
AK, např. novorozenecký úbytek poporodní váhy, odbourávání proteinů –při
horečce, hladovění, diety, nemoc, toxicita pro mozek
• Několik variant, mutace genů pro podjednotky MSUD, AR,
• Klinický projev:(pot,moč –zápach po javor.sirupu, karamelu, suš.ovoce)
• Novorozenec - časně po narození, letargie, špatně přijímají kojení – slabě sají,
podrážděnost, mírnější forma – mentální retardace. Hyperacidosa,
hyperamonemie →křeče, kóma – bez léčby smrt!!!
Léčba:
• Dieta se sníženým leucinem a limitovaným valinem a izoleucinem, doplnění spec.
výživou s AK důležitými pro růst ( přispívají zdrav. pojišťovny)
• Opatření: zabránit hladovění, omezení příjmu proteinů – nahraz. glukosou /v
době nemoci apod.)
• Co nejdříve zahájit léčbu!!! po 14.dnu zahájení léčby – postižení intelektu, jen
vzácně- normální intelekt
56
v ČR je diagnostikováno nejméně 7 případů
Gen je lokalizován na 19q13.1-q13.2 (E1α), 6p21-p22 (E1β), 1p31 (E2), 7q31-q32 (E3);
MSUD patří mezi organické acidurie
3) Intermitentní formy leucinózy, méně závažné
modifikace dekarboxylázy
Intermitentní formy méně závažné modifikace dekarboxylázy
metabolismus Val, Ile a Leu je snížen, ale zachován, příznaky leucinózy se
objevují později a příležitostně
(po požití velkého množství AMK)
57
Při narození se děti jeví normální a vývoj klinických
příznaků nastupuje mezi 4.–7. dnem života. Prvními
známkami jsou letargie a špatné sání následované
alternativně hyper- nebo hypotonií, podrážděností a dystonií
(připomínající boxování nebo jízdu na kole). Typický je
zápach moči, potu, dechu a ušního mazu po javorovém
sirupu (karamelu, sušených hruškách, nebo maggi).
Onemocnění dále progreduje k těžké ketoacidóze,
hyperamonémii s křečemi a kómatem (a bez léčby ke smrti
následkem edému mozku)
4) Isovalerová acidémie
deficit isovaleryl-CoA-dehydrogenázy, metabolická acidemie (pH 7,3), ketonurie,
hyperamonémie, hypokalcémie, hyperlactémie, zápach dechu, tělních tekutin,
kóma po požití
velkého množství bílkovin, povšechná pancytopenie
58
patří mezi organické acidurie, je způsobená neschopností organismu zpracovávat aminokyselinu leucin díky deficitu
isovaleryl-CoA dehydrogenázy. Enzym isovaleryl-CoA dehydrogenasa je třetím stupněm v metabolismu organických
kyselin s rozvětveným řetězcem z leucinu. Při deficitu tohoto enzymu dochází ke zvýšení hladiny toxických
metabolitů.[1]
IVA je AR dědičná nemoc (gen 15q14-q15-IVD, OMIM #243500
Od 1. 10. 2009 je součástí celoplošného novorozeneckého
screeningu v ČR. Pro výskyt IVA svědčí zvýšený C5 karnitin
(isovalerylkarnitin). Při podezření na IVA se ihned provádí
analýza acylkarnitinů v plazmě (potvrzuje zvýšený C5) a
analýza organických kyselin v moči (prokáže
isovalerylglycin) k potvrzení diagnózy. V některých případech
se IVA dalšími vyšetřeními neprokáže, protože první
screeningový test ji není schopen odlišit od neškodné
laboratorní odchylky – 2-methylbutyrylglycinurie.[1]
zápach „zpocených nohou“ či „zpocených ponožek“ (díky
akumulaci izovalerové kyseliny),
LÉČBA: prevence katabolických stavů pacienta a hladovění
•nízkoproteinová dieta s restrikcí leucinu (Dieta s omezením bílkovin
spočívá v konzumaci povoleného množství speciálních
nízkobílkovinných potravin, které si pro svou výživu zajišťuje každý
pacient sám a zdravotní pojišťovny je nehradí.)
•suplementace glycinem a karnitinem (glycin umožňuje tvorbu
isovaleryl-glicinu, který není tak toxický a lze s jeho pomocí odbourat
toxičtější isovaleryl–CoA)
•při každé běžné virové nebo bakteriální infekci je nutné v raném stádiu
nemoci krátkodobě ještě více omezit příjem bílkovin a poskytnout více
energie ve formě glukózy s inzulínem pomocí nitrožilní infuze[1]
•v době akutních atak je nutné použít eliminační metody, které z těla
vyfiltrují toxické metabolity
5) Metylmalonová acidurie
vzniká při avitaminóze B12, B12 je kofaktorem enzymu měnícího metylmalonyl-CoA na
sukcinyl-CoA (radikálová isomerace), metabolická acidóza, patří do skupiny organických
acidurií.
• porucha metylmalonyl-CoA mutázy (přeměňuje izoleucin, valin, methionin a threonin, podílí
se na syntéze CHOL a MK). AR dědičná.
• Klinický obraz: krátké bezpříznakové období po narození; pak zvracení; letargie;
progredující porucha vědomí; edém mozku; selhání jater a ledvin; děti umírají pod obrazem
sepse, krvácení nebo šokového stavu;
• v akutním stádiu – ketoacidóza a laboratorní známky jaterního a ledvinného selhání;
• v krvi i moči je vyšší glycin, valin, methionin a některé organické kyseliny, hlavně
metylmalonová.
59
• Diagnóza
• vyšetření organických kyselin a AMK v moči a krvi;
• přesný typ defektu určí enzymatické vyšetření kultivovaných
fibroblastů.
• Terapie při podezření by měl být zastaven přísun bílkovin a
musí se zabránit katabolismu – koncentrovaná glc infúze; při
včasné léčbě může být prognóza dobrá;
• u kriticky nemocných musíme k detoxikaci užít eliminační
metody;
• se sestupnou účinností: hemodialýza, hemodiafiltrace,
peritoneální dialýza a výměnná transfúze; nutná je celoživotní
dieta s omezením příjmu přirozených bílkovin s přídavkem směsi
eseciálních AMK bez izoleucinu, valinu, methioninu a threoninu.
Poruchy metabolismu sirných AMK
Homocystinurie
porucha aktivity β-cystathionin syntethasy (transsulfurace methioninu na cystin)
projevy jsou celkem rozmanité a postihují různé tkáně a orgány –
porucha duševního vývoje, marfanoidní fenotyp
(vysoká štíhlá postava, arachnodaktylie, kyfosa, skoliosa, osteoporóza),
ektopie čoček, glaukom a centrální i periferní trombembolické příhody
Cystinóza
je důsledkem deficitu lyzosomů buněk uvolňovat cystin,
který se v nich pak hromadí
hromaděním je postižen RES (slezina, játra, uzliny a kostní dřeň
poškození ledvin – glykosurie, fosfaturie, albuminurie, hyperaminoacidurie,
chronická acidóza a uremie
Cystinurie
AR porucha transportu AMK – cystinu, lyzinu, ornitinu a
argininu v ledvinách a ve střevě, renalní a střevní problémy, cystin v moči kristalizuje
Hartnupova choroba -AR porucha transportérů neutrálních AMK v ledvinových
tubulech a tenkém střevě, deficit tryptofanu - kožní změny
Poruchy metabolismu Tryptofanu a Tyrozinu
TEST
60
1) Homocystinurie
porucha aktivity β-cystathionin syntethasy (transsulfurace methioninu na cystin), může vést
ke zvýšené hladině homocysteinu v krvi. Projevy jsou celkem rozmanité a postihují různé tkáně a
orgány – porucha duševního vývoje, marfanoidní fenotyp (vysoká štíhlá postava, arachnodaktylie,
kyfosa, skoliosa, osteoporóza), ektopie čoček, glaukom a centrální i periferní trombembolické příhody
AR dědičná četnost 1 : 200 000
klinický obraz: projevy nejsou zřetelné hned po narození, ale v dalším vývoji dochází k symptomům
postihujícím různé tkáně a orgány
– objevují se v batolecím nebo předškolním věku – porucha duševního vývoje (psychomotorická
retardace v 60% případů[4]), marfanoidní fenotyp (vysoká štíhlá postava, arachnodaktylie, kyfosa,
skoliosa, osteoporóza), ektopie čoček, glaukom a centrální i periferní trombembolické příhody
– luxace čoček způsobují silnou myopii, trombózy vznikají nejčastěji na bazi lební a ohrožují na
životě, dochází ke gangrénám orgánů, které zpravidla ukončí život nemocného v 20.-30. roce
– atrofie zrakového nervu, cor pulmonale, hypertenze
• laboratoř: zvýšení homocysteinu v krvi, častá metabolická osteopatie
– nutno potvrdit na enzymatické a molekulární úrovni
• dif.dg: homocysteinémie je i při – poruše metabolismu metylmalonové kys., kobalaminu nebo
při nedostatku B12
• terapie: část pacientů (cca 50%[4]) příznivě reaguje na vysoké dávky pyridoxinu (vit B6) (v
množství 300-900 mg/d[4]), který reguluje činnost β-cystathionin syntethasy
– je nutné zahájit dietní léčbu s omezeným přísunem methioninu
– je dostupná prenatální diagnostika
61
Homocystein
• Homocystein (systematický název 2-amino-4-sulfanylbutanová
kyselina) je aminokyselina, která vzniká při normálním metabolismu u lidí
a jiných savců z aminokyseliny methioninu. Normálně se odbourává na
potřebnou aminokyselinu cystein pod vlivem vitamínů B (zvláště B6, B12,
kyseliny listové).
• Nedostatek těchto vitamínů, například ve stravě vegetariánů, anebo vzácná
dědičná choroba „homozygotní homocystinurie“[1] může vést ke zvýšené hladině
homocysteinu v krvi.
β-cystathionin syntethasy
62
β-cystathionin syntethasy
63
2) Cystinóza
• AR dědičná
• četnost 1 : 50 000 - 1 : 1 000 000[4] (nefropatická,ne nefropatická-adultní)
• jedná se o defekt lyzozomálních transportu cystinu (Cys2), který vede k jeho ukládání
• hromaděním je postižen RES (slezina, játra, uzliny a kostní dřeň), depozita lze prokázat i v buňkách
tubulů ledvin a spojivek
klinické projevy jsou patrné pouze v ledvinách, kde dochází k těžkému porušení jejich funkce
laboratoř: projevy poškození ledvin – glykosurie, fosfaturie, albuminurie, hyperaminoacidurie, chronická
acidóza a uremie
– povšechná aminoacidurie je dána poklesem GF, což brzy vyústí v selhání ledvin
64
terapie: symptomatická
léčba tubulární dysfunkce,
většinou jsou nutné vysoké
dávky vitaminu D[4] ,
podáváním cysteaminu, který
účinkuje dvojím způsobem ,
vazbou na cystin vytváří
cystein, který může být
vylučovaný z lyzozomu
pomocí cysteintransporteru[4]
vazbou na cystin se vytváří
disulfid cystein-cysteamin,
který může být vylučovaný z
lyzozomu pomocí
lyzintransporteru[4]
cystinóza
• cystinóza – vrozená porucha metabolismu cystinu s autozomálně-recesivní dědičností; volný
cystin se hromadí v lyzozomech buněk celého organismu, zejm. v retikuloendotelovém
systému, kostech, ledvinách a sítnice.
• V popředí je tubulární atrofie ledvin a různě rozsáhlé postižení kostí, dochází-li také k
hromadění feritinu v lyzozomech, vyvíjí se retinopathia retinitis pigmentosa.
• Infantilní c. – těžká forma s renální rachitidou rezistentní k vitaminu D s trpasličím
vzrůstem, postižení ledvin se projevuje tubulární acidózou s hypokalemií a aminoacidurií,
dále je retinopatie.
• Juvenilní c. – v popředí je postižení ledvin zejm. glomerulů s proteinurií a postupným
selháním ledvin, je retinopatie. C. dospělých – benigní forma, poruchu lze prokázat
laboratorně a histologicky krystaly cystinu, funkce ledvin není výrazně narušena. Syn.
Abderhaldenův-Kaufmannův-Lignacův syndrom, Lignacův-Fanconiho syndrom, FanconihoAbderhaldenův
syndrom speciálně typ I
65
3) Cystinurie
AR porucha transportu AMK – cystinu, lyzinu, ornitinu a
argininu v ledvinách a ve střevě, renalní a střevní problémy, cystin v moči krystalizuje
• AR dědičná
• četnost 1 : 2000 - 1 : 7000[4]
• vrozená porucha transportu dibázických AMK – cystinu, lyzinu, ornitinu a argininu v tubulech
ledvin a ve střevě
• klinický obraz: cystinová nefrolitiáza, která je způsobená špatnou rozpustností cystinu ve vodě a
dále jeho krystalizací v kyselém prostředí
• diagnostika: zvýšené hladiny cystinu, ornitinu, argininu, lyzinu v moči; sono ledvin a vylučovacího
systému[4]
• terapie: cílem je zabránění vzniku nefrolitiázy a doporučuje se tedy vysoký příjem tekutin
spojený i s nočním pitím
– u těžkých případů je možné uvažovat o medikamentózní terapii D-penicilaminem nebo
merkaptopropionylglycinem, které způsobí tvorbu lépe rozpustných bisulfidů s cystinem[4]
66
Terapie: Pomoci mohou látky zvyšující pH moči, příkladem
takové sloučeniny je citrát draselný. Při vyšším pH se
zlepšuje rozpustnost cystinu a snižuje tvorba kamenů. Tato
terapie by měla být podporována dostatečným přísunem
tekutin. V případě těžších případů se podává sloučenina
penicilamin, který se váže na molekuly cystinu a taktéž
výrazně zvyšuje jejich rozpustnost.
Komplikace v podobě již vzniklých močových kamenů řeší
urologové. Cílem je pochopitelně odstranit kameny, které
způsobují poruchu odtoku moči, případně zajistit odtok
moči jinými metodami.
67
Hartnupova choroba -AR porucha transportérů neutrálních
AMK v ledvinových tubulech a tenkém střevě
deficit tryptofanu - kožní změny
• AR dědičná.
• podkladem je abnormální resorpce neutrálních AMK ve
střevě a v ledvinách.
• obvykle nevyvolává žádné klinické příznaky.
• příp. je v popředí fotosenzitivita kůže.
Poruchy metabolismu Tryptofanu a Tyrozinu
esenciální AMK, mj. na tvorbu kyseliny nikotinové a serotoninu.
68
Hartnupova choroba je způsobena mutacemi v nově objeveném genu,
který kóduje přenašeč neutrálních aminokyselin SLC6A19 na chromozomu
5p15.33.
Diagnostické testy: Charakteristické masivní vylučování neutrálních aminokyselin močí a jejich normální
nebo nízké normální koncentrace v plazmě potvrdí diagnózu. Vylučování indolových sloučenin močí může
být v normálním rozmezí, má-li pacient normální nebo nízké množství bílkoviny ve stravě, ale p.o. zátěž Ltryptofanem
vede u většiny případů ke zvýšenému vylučování indolů.
Léčba a prognóza: Dermatitida a neurologické symptomy obvykle, ale ne vždy, mizí po p.o. podání
nikotinamidu (50 - 300 mg/den). Přiměřená suplementace vysoce kvalitní bílkoviny je pravděpodobně
důležitá pro prevenci symptomů. Tryptofanetylester byl úspěšně použit k překlenutí transportní
poruchy. Podání neomycinu p.o. snižuje degradaci tryptofanu ve střevě a zvýšenou tvorbu indolu, ale role
indolových sloučenin u choroby dosud nebyla vysvětlena.
Časná diagnostika poruchy v novorozeneckých screenigových programech umožňuje přiměřené sledování a
prevenci symptomů.
Bylo popsáno nejméně 14 těhotenství u žen s Hartnupovou chorobou a zdá se, že maternální Hartnupova
choroba nepoškozuje plod.
Organické acidurie
Organické acidurie jsou skupina několika desítek onemocnění
se společnou charakteristikou: vylučování karboxylových
kyselin v moči.
Organické kyseliny se v těle hromadí při poruše metabolismu
zejména aminokyselin, dále pak mastných kyselin a sacharidů,
vzácně jiných látek.
Dědičnost:
•AR
Patogenese:
•porucha cytosolové, mitochondriální či peroxisomální
metabolické dráhy (deficit enzymu, deficit kofaktorů)
•hromadění substrátu před poruchou
•
•http://www.wikiskripta.eu/index.php/D%C4%9Bdi%C4%8Dn%C3%A9_po
ruchy_metabolismu_aminokyselin
69
Příznaky:
•jsou různé podle typu acidurie, mnohokrát nespecifické
•vysoce suspektní je zvláštní zápach
•často metabolická acidóza
•často hyperamonémie
Formy:
1.Akutní novorozenecká
•závažná porucha intermediárního metabolismu
•projeví se v prvních dnech či týdnech života
2.Intermitentně probíhající
•částečný deficit enzymu, který postačuje pro intermediární
metabolismus za normálních podmínek
•vyvolávající podnět je zvýšený katabolismus (např. operace), zvýšený
přívod bílkovin, dlouhé hladovění
•projevují se atakami akutní encefalopatie, acidózou, hypoglykémií
3.Chronicky probíhající
•méně běžná, progresivní, těžko ovlivnitelná
•poruchy CNS
Mezi organické acidurie vyšetřované v rámci celoplošného novorozeneckého
screeningu v ČR patří:
•glutarová acidurie typ I (GA I)
•izovalerová acidurie (IVA)
•leucinóza (MSUD) 70
Glutarová acidurie typ I (GA I)
patří mezi organické acidurie, je způsobená neschopností organismu zpracovávat aminokyseliny lysin a
tryptofan díky deficitu glutaryl-CoA dehydrogenázy.
Enzym glutaryl-koenzym A dehydrogenasa je uložen v mitochondriích. V játrech, ledvinách, ve
fibroblastech a leukocytech katalyzuje oxidativní dekarboxylaci glutaryl-CoA na krotonyl-CoA. Při deficitu
tohoto enzymu dochází ke zvýšení hladiny toxické kyseliny glutarové a jejích metabolitů.[1]
K zaplavení organismu toxickými metabolity dochází při každém zatížení zvýšeným množstvím lysinu a
tryptofanu (např. při běžném úbytku váhy v novorozeneckém období, při odbourávání tělesných bílkovin
dítěte při horečce a hladovění, při běžných infekcích, po operacích a za podobných zátěžových situací).[1]
GA 1 je AR dědičná nemoc (gen GCDH- na 19p13.2, OMIM #231670). Od 1. 10. 2009 je součástí
celoplošného novorozeneckého screeningu v ČR.
Pro výskyt GA I svědčí zvýšený C5-DC acylkarnitin. Při podezření na GA I se ihned provádí analýza
organických kyselin v moči prokáže zvýšenou hladinu kyseliny glutarové a kyseliny 3-hydroxyglutarové k
potvrzení diagnózy. Pokud analýza diagnózu nepotvrdí, specialista na DMP zváží analýzu glutarylkarnitinu v
moči a kyseliny 3-hydroxyglutarové v krvi a mozkomíšním moku, analýzu enzymů ve fibroblastech a
molekulární analýzu GCDH genu.[1]
Incidence GA I: 1:40 000 u bělošských populací a 1:30 000 ve Švédsku.[1]
71
•léčba riboflavinem a dietní restrikce lysinu a tryptofanu (Dieta s omezením bílkovin spočívá v konzumaci povoleného
množství speciálních nízkobilkovinných potravin, které si pro svou výživu zajišťuje každý pacient sám a zdravotní
pojišťovny je nehradí.)
•při každé běžné virové nebo bakteriální infekci je nutné v raném stádiu nemoci krátkodobě ještě více omezit příjem
bílkovin a poskytnout více energie ve formě glukózy s inzulínem pomocí nitrožilní
infuze
•okamžitá léčba katabolických stavů s agresivní léčbou horečky
•glukóza, inzulin a karnitin mohou být prevencí neurologického postižení u pacientů bez poškození bazálních ganglií
•přijetí do nemocnice je nutné při jakékoliv nemoci doprovázené zvracením[1]
deficit acyl-CoA dehydrogenázy mastných kyselin se středně
dlouhým řetězcem (deficit MCAD)
• Incidence: 1:6000
• Věk:4.měs-3 roky
• 25% nepřežije 1.atak, neurologické změny
• Patogeneze produkce energie, deficit mitochondriálního CoA,
hromadění toxických acyl-karnitinů
• Vyvolávací faktor: hladovění 8-16h, nemoc, operace
72
hydroxy-methylglutarová acidurie (HMG), deficit
mitochondriálního enzymu HMG-CoA lyázy, prekurzor pro vznik
ketolátek
Poruchy cyklu močoviny
skupina enzymatických poruch, jejichž důsledkem je nahromadění
dusíku ve formě amoniaku, který je pro organismus
velice toxický a způsobuje ireverzibilní poškození mozku
1) Hyperamonemie – deficit kteréhokoliv enzymu MC,
křeče, zvracení, koma, psychomotorickou retardací, poruchy chování, opakované
mozečkovými ataxiemi, bolesti hlavy, metabolická acidóza
2) Dna (arthritis urika)
defekt v odbourávání purinů (urikáza)- nadměrná tvorba kys. močové
Vysoká koncentrace kyseliny močové v krvi způsobuje
krystalizaci této látky v kloubech a jiných tkáních (záněty)
může způsobit dnavé záchvaty kloubů, ledvinové kameny blokádu
vývodných cest močových. Krystaly kyseliny močové mohou zablokovat
i tubuly ledviny a způsobit k ledvinou nedostatečnost.
3) Hyperurikémie - průmyslové země (vysoký příjem purinů v potravě, alkohol, obezita, olovo v potravě)
poškozený enzym umístění typ dědičnosti
Hyperamonémie I karbamoylfosfátsyntetáza (CPS1) mitochondrie AR dědičná
Hyperamonémie II ornitinkarbamoyltransferáza (OTC) mitochondrie
X vázaná projevy také
u heterozygotních dívek
Citrulinémie argininsukcinátsyntetáza (ASS) cytosol AR dědičná
Argininsukcináturie argininsukcináza (ASL) cytosol AR dědičná
Argininémie argináza (ARG1) cytosol AR dědičná
TEST 73
poruchy cyklu močoviny
-skupina enzymatických poruch, jejichž důsledkem
je nahromadění
dusíku ve formě amoniaku, který je pro organismus
velice toxický a způsobuje ireverzibilní poškození mozku
-závažnější deficity prvních enzymů
Hyperamonemie - křeče, zvracení, koma,
psychomotorickou retardací, poruchy chování, opakované
mozečkovými ataxiemi, bolesti hlavy,
metabolická acidóza
poškozený enzym umístění typ dědičnosti
Hyper
amonémie I
Karbamoylfosfátsyntetá
za I (CPS1)
mitochondrie AR dědičná, vzácné, mentální retardace
Hyper
amonémie II
ornitinkarbamoyltransf
eráza (OTC)
mitochondrie
X vázaná projevy také u heterozygotních
dívek
Citrulinémie
argininsukcinátsyntetáz
a (ASS)
cytosol AR dědičná
Argininsukcin
áturie
argininsukcináza (ASL) cytosol AR dědičná
Argininémie argináza (ARG1) cytosol AR dědičná
74
Hyperamonémie (typ I)
• Jedná se o defekt karbamoylfosfátsynthetázy,
• 2 formy: letální neonatální (těžké poškození mozku, hyperamonemické kóma,
ketoacidóza) a mírnější forma s pozdějším nástupem (hyperamonemické kóma, Reye-like
syndrom, zvracení, hypotonie, neprospívání, psychomotorická retardace)[3],
• laboratorně nacházíme nízké koncentrace argininu a citrulinu a vysoké koncetrace
glutaminu,
• uracil a kyselina orotová jsou v normě.
75
Citrulinémie (typ I)
•jedná se o defekt argininosukcinátsyntházy,
•2 formy: neonatální (krátce po narození hyperamonemické kóma, laktátová acidóza) a
chronická juvenilní forma (nechutenství, zvracení, hypotonie, růstová a psychomotorická
retardace, křeče),
•typ II - deficit mitochondriálního přenašeče aspartátu a glutamátu (citrinu) →
intramitochondriální deficit aspartátu,
•typ III - částečný deficit argininsukcinátsyntetázy s vysokou reziduální aktivitou enzymu[4]
•laboratorně nacházíme nízké koncentrace argininu, ale vysoké koncetrace citrulinu i
glutaminu,
•uracil a kyselina orotová jsou zvýšené.
Cyklus močoviny: 1 – L-ornitin, 2 – karbamoylfosfát, 3 – Lcitrullin,
4 – argininsukcinát, 5 – fumarát, 6 – L-arginin, 7 –
urea (močovina), L-Asp – L-aspartát, CPS-1 –
karbamoylfosfátsyntetáza I, OTC – ornitintranskarbamyláza,
ASS – argininsukcinátsyntetáza, ASL –
argininsukcinátlyáza, ARG1 – argináza 1
Argininsukcináturie
• Jedná se o defekt argininsukcinát lyázy,
• 2 formy: časná (těžké hyperamonemické kóma krátce po narození, často fatální) a pozdní
(během dětství hypotonie, neprospívání, nechutenství, chronické zvracení a poruchy
chování); hepatomegalie a lomivost vlasů (trichorrhexis nodosa)[5],
• laboratorně nacházíme nízkou koncetraci argininu a zvýšené koncetrace glutaminu a
citrulinu,
• v moči prokážeme zvýšení koncentrace kyseliny orotové a uracilu.
76
Argininémie
• Jedná se o defekt arginázy I,
• mezi příznaky patří spastická
diplegie, epilepsie,
psychomotorická retardace,
hyperaktivita, iritabilita,
neutišitelný pláč, anorexie,
zvracení a zřídka se vyskytující
symptomatická hyperamonémie
přecházející do kómatu,
• laboratorně prokážeme
hyperargininaemii a zvýšené
vylučování kyseliny orotové močí.
hyperamonemie; ABR – nejprve respirační alkalóza, později
metabolická acidóza
• Diagnostika
• hyperamonemie; ABR – nejprve respirační alkalóza, později metabolická acidóza
• chromatografie aminokyselin v plazmě: zvýšená koncentrace glutaminu a kyseliny glutamové, snížená
hladina argininu; zvýšená koncentrace aminokyselin před enzymatickým defektem a snížené
koncetrace aminokyselin za defektem orotová kyselina v moči: zvýšena při poruchách všech enzymů
kromě CPS1 biopsie jater: stanovení enzymatické aktivity z jaterní tkáně
• analýza mutací[2]
• Terapie
• první pomoc: přeměna katabolismu na anabolismus (i.v. vysoké dávky glukózy s
inzulinem, vysokokalorická parenterální výživa) a detoxikace (benzoát sodný,
fenylbutyrát, ev. hemodialýza, hemofiltrace)
• substituce chybějících aminokyselin (obvykle argininu a citrulinu)
• celoživotně snížení příjmu bílkovin a jejich substituce směsí esenciálních
aminokyselin
• při těžkém postižení transplantace jater[2]
77
Hyperlysinemie -(hyperamonemie) –vysoké konc. Lys v
krvi, séru -blok enzymuarginasy (v ornitinovém,
močovinovémcyklu) – vysoké koncentrace NH3 a
arginin – onemocnění, mentální postižení. Souvisí s
příjmem proteinů, potíže se zmírňují při omezení
prot.
Hyperprolinemie I -vysoké hodnoty Pro (nízká aktivita
Pro-dehydrogenasy) – způsobuje renální malformace,
hematurii, renálníinsuficience = selhávání ledvin,
snížení sluchových funkcí, huchota – tyto poruchy =
tzv.Alportův syndrom
Hyperprolinemia II – nepostihuje ledviny,
zpomalenírůstu a dušev.vývoje 78
• Novorozenecký screening je aktivní a celoplošné (=celostátní) vyhledávání
chorob v jejich časném, preklinickém stadiu tak, aby se tyto choroby
diagnostikovaly a léčily dříve, než se stačí projevit a způsobit novorozenci
nevratné poškození zdraví.
• Novorozeneckým screeningem se rozumí vyhledávání onemocnění na
základě stanovení koncentrace specifické látky (event. i průkazu genové
mutace) v suché kapce krve odebírané všem novorozencům.
• Kapka krve se odebírá novorozencům za stanovených podmínek z patičky
na filtrační papír - tzv. novorozeneckou screeningovou kartičku, který je po
zaschnutí odeslána do příslušné laboratoře.
Novorozenecký screening
79
V České republice se od 1. 6. 2016 vyšetřuje 18 onemocnění:
1. vrozená snížená funkce štítné žlázy (kongenitální hypotyreóza - CH)
2. vrozená nedostatečnost tvorby hormonů v nadledvinách (kongenitální adrenální hyperplazie - CAH)
3. vrozená porucha tvorby hlenu (cystická fibróza - CF)
4. dědičné poruchy látkové výměny aminokyselin*
1. vrozená porucha látkové výměny aminokyseliny fenylalaninu (fenylketonurie - PKU a
hyperfenylalaninemie - HPA)
2. argininémie (ARG)
3. citrulinémie I. typu (CIT)
4. vrozená porucha látkové výměny větvených aminokyselin (leucinóza, nemoc javorového sirupu - MSUD)
5. homocystinurie z deficitu cystathionin beta-syntázy (CBS), pyridoxin non-responzivní forma
6. homocystinurie z deficitu methylentetrahydrofolátreduktázy (MTHFR)
7. glutarová acidurie typ I (GA I)
8. izovalerová acidurie (IVA)
5. dědičné poruchy látkové výměny mastných kyselin*
1. deficit acyl-CoA dehydrogenázy mastných kyselin se středně dlouhým řetězcem (deficit MCAD)
2. deficit 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenázy mastných kyselin s dlouhým řetězcem (deficit LCHAD)
3. deficit acyl-CoA dehydrogenázy mastných kyselin s velmi dlouhým řetězcem (deficit VLCAD)
4. deficit karnitinpalmitoyltransferázy I (deficit CPT I)
5. deficit karnitinpalmitoyltransferázy II (deficit CPT II)
6. deficit karnitinacylkarnitintranslokázy (deficit CACT)
6. dědičná porucha přeměny vitamínů*
1. deficit biotinidázy (BTD)
*Metodika tandemové hmotnostní spektrometrie použitá pro vyšetřování dědičných metabolických poruch může zachytit dalších
přibližně 20 onemocnění.
1_Patobiochemie 2018 80
Výsledky novorozeneckého laboratorního screeningu v ČR v roce 2015:
• V roce 2015 se narodilo 110 800 živých novorozenců.
• NLS bylo zachyceno 87 novorozenců s některou ze 13 vyšetřovaných nemocí
http://www.novorozeneckyscreening.cz/
Onemocnění
Počet
zachycených
Prevalence Počet pacientů
od r. 2010
Prevalence
(kumulativní)
CH 36 1 : 3 078 248 1 : 2 669
CAH 10 1 : 11 080 50 1 : 13 236
HPA/PKU 21 1 : 5 276 125 1 : 5 295
MSUD 0 - 1 1 : 661 823
MCADD 4 1 : 27 700 32 1 : 20 682
LCHADD 0 - 10 1 : 66 182
VLCADD 0 - 4 1 : 165 456
CPT I 0 - 0 CPT
II / CACT 0 - 0 GA
I 1 1 : 110 800 4 1 : 165 456
IVA 0 - 3 1 : 220 608
CF 15 1 : 7 387 95 1 : 6 967
CELKEM 87 1 : 1 274 572 1 : 1 157
Novorozenecký screening (NS)
Výsledky NS programu v ČR v roce 2011: 108 673 novorozenců, 82 zachyceno pro
některou z 13 vyšetřovaných nemocí. Tzv. detection rate screeningového programu v ČR
za rok 2011 tedy činila 1:1 325 (v roce 2010 1: 1 095). Níže jsou přehledně uvedeny počty
zachycených pacientů s prokázanými diagnosami, včetně četnosti falešně pozitivních nálezů (tzv. „false
positive rate“, FPR) dle jednotlivých nemocí.
http://novorozeneckyscreening.c
Onemocnění
Počet
zachycených
pacientů v roce
2011
Prevalence v roce
2011
FPR (%)
2011
Kumulativní počet
zachycených
pacientů od r. 2010
Prevalence
(kumulativní)
CH 38 1 : 2 860 0,013 82 1 : 2 754
CAH 6 1 : 18 112 0,307 15 1 : 15 055
PKU 19 1 : 5 719 0,036 33 1 : 6 843
MSUD 0 - 0,013 0 MCADD
3 1 : 36 224 0,005 16 1: 14 114
LCHADD 2 1 : 54 336 0,001 4 1: 56 457
VLCADD 1 1 : 108 673 0,003 1 1 : 225 826
CPT I 0 - 0,007 0 CPT
II / CACT 0 - 0 0 GA
I 0 - 0,01 2 1 : 112 913
IVA 0 - 0,022 0 CF
13 1 : 8 359 0,011 36 1 : 6 273
CELKEM 82 1 : 1 358 0,43 189 1 : 1 195
82
Hyperfenylalaninémie (HPA), fenylketonurie (PKU)
• Autosomálně recesivní onemocnění
• Porucha metabolismu aminokyseliny fenylalaninu (Phe)
• Mutace v genu PAH (fenylalaninhydroxyláza), chromosom 12q23.2
• PAH metabolizuje fenylalanin (Phe) za vzniku tyrozinu (Tyr), jako kofaktor je
vyžadován tetrahydrobiopterin (BH4).
Klasifikace: Porucha metabolismu aminokyselin
Dědičnost: Autosomálně recesivní
Incidence: 1:13 000 (v ČR 1 : 6 500)
Etnicita: Severní Evropa, Irsko (1:4 500), Turecko (1:3 000)
Enzym a lokalizace: fenylalaninhydroxyláza, játra; Gen a lokalizace: PAH, 12q24.1
Informace o onemocnění
Průběh onemocnění bez léčby: Pozvolná mentální retardace (patrná od 6 měsíců
věku). Ostatní symptomy - ekzém, zápach moče, křeče, světlejší pigmentace,
zvláštnosti chůze a držení těla. Rozsah klinických příznaků je závislý na stupni
enzymového deficitu.
Léčba: Standardní péče je léčba všech osob s hladinou fenylalaninu nad 350-400
μmol/l, spočívá v nízkobílkovinné dietě s omezením fenylalaninu a podáváním směsi
aminokyselin bez fenylalaninu. Dieta je doporučována po celý život a její dodržování
je považováno za nejdůležitější faktor normálního vývoje mozku.
Průběh onemocnění s léčbou: Není mentální retardace, mohou být specifické
poruchy učení. Při přerušení diety se sníženým obsahem fenylalaninu dochází k
poklesu IQ, poruchám chování a soustředění, objevuje se ekzém, zápach a mohou se
objevit křeče. Ženy s PKU/HPA mají vysokou pravděpodobnost narození postiženého
dítěte (mikrocefalie a postižení mozku plodu, vrozené srdeční vady), jestliže nedrží
přísnou dietu před plánovaným otěhotněním a během těhotenství.
Nález při novorozeneckém screeningu: zvýšený fenylalanin a poměr Phe/Tyr
Hyperfenylalaninémie (HPA), fenylketonurie (PKU), http://www.novorozeneckyscreening.cz/
• Fenylalaninhydroxyláza – enzym
obsahující tři funkční domény:
• N-koncová regulační doména
• katalytická doména
• C-koncová oligomerizační doména
• Katalytická doména - vazba
fenylalaninu, kofaktoru
(tetrahydrobiopterin, BH4),
iontu železa
• Oligomerizační doména – tvorba
homotetrameru (aktivní forma
enzymu)
Fenylalaninhydroxyláza (PAH)
• 98% způsobeno mutacemi v genu PAH
• 2% mutacemi v genech kódujících enzymy podílejících se na syntéze a
regeneraci kofaktoru (tetrahydrobiopterin, BH4)
HPA/PKU
During the hydroxylation of phenylalanine by PAH (O2, Fe+3), tetrahydrobiopterin (BH4) is oxidised to 4a-hydroxy-BH4
intermediate, which is subsequently regenerated back to BH4 by the enzymes carbinolamine-4a-dehydratase (PCD) and
by the NADH-dependent dihydropteridine reductase (DHPR). BH4 is synthesised from guanosine triphosphate (GTP) by
three additional enzymes GTP cyclohydrolase I (GTPCH), 6-pyruvoyl-tetrahydropterin synthase (PTPS), and sepiapterin
reductase (SR). Mutations in genes coding for PCD, DHPR, GTPCH, PTPS, and SR result in BH4 deficiency.
Lancet 2010; 376: 1417–27
Tři mílníky spojené s diagnostikou a léčbou HPA/PKU:
 1930, Asbjorn Folling (norský lékař a biochemik)
identifikoval u části pacientů s mentální retardací
zvýšenou hladinu Phe v krvi
 1950, Horst Bickel (německý lékař) zavedl dietu s
nízkým obsahem Phe pro pacienty se zvýšenou
hladinou Phe v krvi.
 1960, Robert Guthrie (americký mikrobiolog) zavedl
diagnostický test vhodný pro screening HPA/PKU.
HPA/PKU, historie
Současný novorozenecký laboratorní screening HPA/PKU – tandemová
hmotnostní spektrometrie – analýza hladiny fenylalaninu a poměru
fenylalanin/tyrosin.
Guthriho test
• Semikvantitativní test určený pro detekci zvýšené hladiny Phe využívající
schopnosti Phe usnadnit růst bakterií v kultivačním médiu s inhibitorem.
• Malý disk filtračního papíru se zaschlou krví se umístí na agarový gel
obsahující bakterii Bacillus subtilis a inhibitor B-2-thienylalanin. Agarový gel je
schopen podporovat růst bakterií, ale B-2-thienylalanin teto růst inhibuje.
• V přítomnosti zvýšeného množství Phe je inhibice překonána a bakterie
rostou. Intenzita růstu bakterií je přímo úměrná množství Phe v krvi, který se
vyluhuje z filtračního papíru do agaru.
• PAH - enzym fungující v jaterních buňkách x mentální
retardace jako klinický projev HPA/PKU
• Hematoencefalická bariéra – aminokyselinový transportér LAT1 –
transport Phe a dalších velkých neutrálních aminokyselin (LNAA: Tyr, Trp) z
krve do mozku. Phe má vyšší afinitu k LAT1 než Tyr, Trp → vysokou
koncentrací v krvi Phe snižuje příjem dalších LNAA do mozku; tj tyrosinu a
tryptofanu (prekurzory dopaminu a serotoninu; neurotransmitery).
HPA/PKU, molekulární patologie onemocnění
 Terapie –
nízkobílkoviná
dieta s omezením
fenylalaninu a
podáváním směsi
aminokyselin bez
fenylalaninu +
podávání velkých
neutrálních
aminokyselin
(LNAA).
• Enzymová substituční terapie pomocí fenylalanin amonium-lyázy (PAL)
• PAL – konvertuje Phe na kyselinu skořicovou (trans-cinnamic acid) a amoniak
(rostliny, houby, kvasinky)
• Trapie: i) orální podání je komplikováno proteolytickou degradací enzymu; ii)
injektovaná PAL je imunogenní, konjugace PAL a polyethylenglykolu (PEG-PAL)
snižuje imunitní odpověď.
• Byly provedeny klinické studie hodnotící bezpečnost a účinnost opakovaně
podávaných injekci PEG-PAL ..… podkožní podávání PEG-PAL bylo bezpečné a
dobře tolerované a zdá se účinné při snižování krevního Phe ......
HPA/PKU, therapie pomocí PAL
• Bylo zjištěno, že zvýšená hladina Phe může být redukována podáním
BH4.
• Klinické zkoušky ukázaly, že BH4 (Sapropterin dihydrochlorid, Kuvan) je
bezpečný a efektivní v terapii pacientů s mírnou HPA a mírnou PKU.
HPA/PKU, terapie pomocí tetrahydrobiopterinu (BH4)
Hladina Phe v krvi:
 Norma: 50 - 110 μmol/L
 Mírná HPA: 120 - 600 μmol/L
 Mírná PKU: 600 - 1200 μmol/L
 Klasická PKU:  1200 μmol/L
- Partially folded states are
problematic - proteins tend to
aggregate in concentration
dependent manner.
- Aggregation primarily results
in amorphous structures,
oligomers, and amyloid fibrils.
Formation of these structures is
strongly restricted by
chaperones.
- Molecular chaperone interact
with, stabilize, and help
proteins to acquire its
functionally active
conformation, without being
present in its final structure.
- Different classes of
structurally unrelated
chaperones exist in cells.
Protein folding
The surface free-energy changes of proteins
during their moving towards the native state.
NATURE | VOL 475 | 21 JULY 2011
• Molekulární chaperony –
zabraňují „misfoldingu“ proteinu,
pomáhají proteinu získat funkční
konformaci, nejsou přítomny v
konečné struktuře proteinu.
• Mutace v PAH genu mohou vést
ke změnám ve výsledné struktuře
proteinu („protein misfolding“),
které následně vedou k jeho
degradaci event. agregaci.
• Tetrahydrobiopterin, BH4 –
molekulární chaperon pro PAH.
• Odpověď na terapii BH4 závisí u
pacienta s HPA/PKU na typu
mutací v PAH genu – pacienti s
mutací zachovávající zbytkovou
aktivitu PAH (tj. pacienti s
mírnějšími fenotypy) reagují na
léčbu BH4.
HPA/PKU
J Inherit Metab Dis (2010) 33:649–658
Efficacy of BH4 therapy
in the management of
HPA/PKU.
(A) Response rates (%)
according to blood
phenylalanine levels
after sapropterin
treatment (10
mg/kg/day) over a
period of 8 days.
Molecular Genetics and
Metabolism 96 (2009) 158–163
Hladina Phe v krvi:
 Mírná HPA: 120 - 600 μmol/L
 Mírná PKU: 600 - 1200 μmol/L
 Klasická PKU:  1200 μmol/L
HPA/PKU, terapie pomocí tetrahydrobiopterinu (BH4)
Amyloid fibril formation by proteins and polypeptides:
• Well-known amyloid-associated disease - Alzheimer’s
disease, in which the β-amyloid polypeptide aggregates
and learning and memory is affected; Parkinson’s
disease, in which α-synuclein protein aggregates and
motor function is affected; and type 2 diabetes, in
which the islet amyloid polypeptide (IAPP, or amylin)
aggregates and pancreatic β-cell function is affected.
• It was determined that the single amino acid could form
amyloid-like assemblies. The formed assemblies had the
same typical ultrastructural morphology as protein
amyloids when visualized using electron microscopy.
• The ability of phenylalanine to form amyloid assemblies
was demonstrate in the brains of PKU-mice and PKU human
patients, in which Phe is accumulated due malfunction of
PAH.
• The mechanism of degeneration appears to be the
induction of apoptotic cell death in various organs and
tissues in which assemblies are being accumulated.
Ehud GazitJ Inherit Metab
Dis (2016) 39:483–488
Amyloid fibrils – elongated nanoscale structures
Celkový počet pacientů: 758
• Počet pacientů kompletním genotypem (2 mutace):
751 (99,1%)
• Počet pacientů s jednou mutací: 7
HPA/PKU, DNA diagnostika
• Detekce sekvenčních
změn malého rozsahu:
PCR + sekvenční analýza
exonů a přilehlých
intronových oblastí
• Detekce rozsáhlých
delecí/duplikací: MLPA
K. Réblová et al., Clinica Chimica Acta 419 (2013) 1–
• 77% mutací je typu missense.
• Nejčastější mutace: c.1222C>T, p.(Arg408Trp) – 42%
mutantních alel
PAH mutations can lead to impaired tetramer
assembly
Oligomerization profiles of wild-type and variant
PAH were determined by size-exclusion
chromatography. Arrows mark the elution
volumes of soluble aggregates, tetramers,
dimers, and monomers.
(A) Profiles of variants arising from mutations
located in the regulatory domain (R). I65S
showed increased amounts of dimers.
(B) Profiles of variants arising from mutations
located in the catalytic domain (C). S310Y and
R408W eluted as high-molecular-weight
aggregates without any detectable tetramers.
(C) Profiles of variants arising from mutations
mapping to the dimerization motif of the
oligomerization domain (O). Y417H showed
significant amounts of monomers and increased
amounts of dimers.
S.W. Gersting, The American Journal of Human Genetics 83, 5–17, July 2008
HPA/PKU – functional analysis of mutant protein
98
V České republice -13 onemocnění:
1. vrozená snížená funkce štítné žlázy (kongenitální hypotyreóza - CH)
2. vrozená nedostatečnost tvorby hormonů v nadledvinách (kongenitální
adrenální hyperplazie - CAH)
3. vrozená porucha tvorby hlenu (cystická fibróza - CF)
dědičné poruchy metabolismu aminokyselin
4. vrozená porucha látkové výměny aminokyseliny fenylalaninu (fenylketonurie –
PKU, hyperfenylalaninemie - HPA)
5. vrozená porucha látkové výměny větvených aminokyselin (leucinóza, nemoc javorového
sirupu, MSUD)
6. glutarová acidurie typ I (GA I)
7. izovalerová acidurie (IVA)
dědičné poruchy metabolismu mastných kyselin
8. deficit acyl-CoA dehydrogenázy mastných kyselin se středně dlouhým řetězcem (deficit
MCAD)
9. deficit 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenázy mastných kyselin s dlouhým řetězcem (deficit
LCHAD)
10. deficit acyl-CoA dehydrogenázy mastných kyselin s velmi dlouhým řetězcem (deficit
VLCAD)
11. deficit karnitinpalmitoyltransferázy I (deficit CPT I)
12. deficit karnitinpalmitoyltransferázy II (deficit CPT II)
13. deficit karnitinacylkarnitintranslokázy (deficit CACT)
Novorozenecký screening
99
Pravděpodobnost, že právě jeden konkrétní vyšetřovaný
novorozenec bude trpět některým z uvedených onemocnění, je malá.
Stane se tak pouze u jednoho dítěte z přibližně 1150 právě
narozených.
Novorozenecký screening
Předpoklady pro provádění celoplošného screeningu:
•Vyšetřovaná choroba musí být jasně definována, tj. diagnostikovatelná.
•Choroba představuje významný zdravotně sociální problém.
•Zachycení choroby v jejím časném, presymptomatickém stadiu umožňuje
taková léčebná opatření, která zásadním způsobem pozitivně ovlivní
průběh choroby či dokonce sníží úmrtnost na ni. Léčebná opatření musí
být běžně dostupná a zajistitelná pro všechny zachycené jedince.
•Existuje obecně uznaný screeningový test, tj. choroba je v preklinickém
stadiu detekovatelná obecně uznaným laboratorním testem v suché kapce
krve
•Společnost je schopna zajistit provádění laboratorního testu u všech
svých novorozenců po stránce organizační a ekonomické.
100
101
Další nemoci spojené s mtb AA
• Homocysteinuria I- Mtb Methioninu, Cysteinu –
chybějící nebo snížená aktivita enzymu
cystathionsynthasy
 koronární onemocnění, infarkt myokardu, oční
čočky, retina
• Ketonuria – mtb Leu,Val, Ileu – onemocnění
multienzymovéhokomplexu – nemožnost
dekarboxylace– těžká poškození, krátká
životnost,přežívání, pouze několik dnů, nemoc =
„javorový sirup“mapple syrup urine disease
102
103
Syndrom fragilního X (Syndrom fragilního X chromozomu, syndrom Martinův-Bellové)
Patogeneze
U postižených mentálně retardovaných mužů se v promotoru genu FMR1, který v této oblasti X chromozomu leží,
Fragilní místo na Xq27.3 u pacienta s X vázanou mentální retardací.
Předpokládá se, že ke zvětšení amplifikátu může docházet až v časné embryogenezi (a
U této choroby nebyly popsány „nové mutace“, tj. vznik plné mutace u potomka osoby
Na chromozomu X je další fragilní místo (FRAXE) spojené s mírnou mentální retardac