A szénhidrát-anyagcsere zavarai 2. Dr. Neogrády Zsuzsanna Dr. Mátis Gábor Állatorvostudományi Egyetem Budapest Biokémiai Osztály
Öröklődő enzimhiányok a szénhidrát-anyagcserében
Öröklődő enzimhiányok • Valamely enzim hiánya vagy elégtelen működése: az enzim nem termelődik vagy csökkent biológiai aktivitást mutat • Az intermedier anyagcsere egyes folyamatai zavart szenvednek • Sejtekre, szervekre vagy a szervezet egészére kiterjedő (generalizált) kórkép jön létre • Tárolási betegségek: valamely makromolekula (pl. glikogén) lebontása sérül az adott anyag, valamint köztes lebontási termékei felszaporodnak a sejtekben, szövetekben
Öröklődő enzimhiányok: Öröklésmód • Általában autoszómális recesszív módon (a hibás allél mind a két homológ kromoszómán=autoszomán elő kell forduljon, hogy a betegség megjelenjen), ritkábban X kromoszómához kötve öröklődnek • A betegség fenotípusosan csak a recesszív homozigótákban jelentkezik, de a heterozigóták hordozóként örökítik a kórt! • Recesszív homozigótaság igazolása biztos diagnózis felállítása • Heterozigóták szűrése tenyésztésből való kizárás
Öröklődő enzimhiányok: Diagnosztika • A tünetek általában nem specifikusak a kórképek speciális vizsgálatok nélkül nehezen diagnosztizálhatók • A mielőbbi (akár prenatalis) diagnózis a nehéz kezelhetőség miatt különösen fontos Biokémiai vizsgálatok: • 1. Vérben, vizeletben bizonyos, reakcióspecifikus metabolitok vizsgálata az érintett anyagcserefolyamat felderítése • 2. Enzimaktivitás mérése enzimfunkció-vizsgálatokkal vagy immunológiai módszerekkel (pl. ELISA) az érintett enzim azonosítása és a hiány mértékének meghatározása
Öröklődő enzimhiányok: Diagnosztika •
• • •
3. DNS-tesztek: A betegséget hordozó allél deléciós, inzerciós vagy szubsztituciós mutációval jön létre legtöbb esetben polimeráz láncreakcióval (PCR) diagnosztizálható. Előnyök: gyors, kis mennyiségű mintát igényel, a hordozó állatok is szűrhetők Gyakoribb betegségek speciális gyorstesztek pontos genetikai diagnózis: 1. mentes, 2. hordozó, 3. beteg
Öröklődő enzimhiányok: Kezelés • A kórképek nagy részének specifikus oki terápiája nincs csak tüneti kezelés • Igazi megoldás: hordozók szűrése és tenyésztésből való kizárása A legújabb kutatások eredményei: • Génterápia: újszülött korban az enzim normálishoz közeli termelődése • Csontvelő-átültetés: újszülött korban jelentős a sikertelen próbálkozások száma • Enzimpótlás: az enzimek szintetikus pótlása bíztató eredmények
Öröklődő enzimhiányok a szénhidrát-anyagcserében • Piruvát-kináz hiány • Mukopoliszacharidózisok • I. típusú glikogenózis: Gierke-kór • II. típusú glikogenózis: Pompe-kór • III. típusú glikogenózis: Cori-Forbes-betegség • IV. típusú glikogenózis: Andersen-kór • VII. típusú glikogenózis: Tarui-kór • Mitokondriális eredetű izombetegségek • Progresszív retina atrophia
Piruvát-kináz hiány A piruvát-kináz (PK) biokémiai szerepe: A glükolízis egyik enzime, amely a következő reakciót katalizálja:
A glükolízis lépései
PK enzim
An x-ray crystallography image of pyruvate kinase Image obtained from http://www.rcsb.org/pdb/101/motm.do?momID=50
Piruvát-kináz hiány: Izoenzimek • 4 izoenzim (4 alegység): 1. PK-M1, harántcsíkolt izom, szívizom, agy, lép, fehérvérsejtek, thrombocyták, tüdő, vese 2. PK-M2 főleg fetalis szövetek 3. PK-L máj 4. PK-R vörösvérsejtek • Az M1 és M2, valamint az L és R izoenzimek páronként azonos lókuszon kódoltak
Piruvát-kináz hiány • Öröklésmenet: autoszómális recesszív • L és R izoenzimek génje sérül anyagcsere-zavar a májban és a vörösvérsejtekben • Előfordulás kutyákban: westie, beagle, csivava • Előfordulás macskákban: abesszín, szomáliai
Piruvát-kináz hiány Az enzimhiány következményei a májban: • Glikogénfelhalmozódás a májsejtekben hepatomegalia, hepatopathia • Csökkent ATP-termelés miatt energiahiány intenzív β-oxidáció
Röntgen: hepatomegalia PK-hiány miatt A máj megnagyobbodott, a széle túlér a bordák vonalán (kutya). http://www.lbah.com/word/liver-disease-diagnosis/
Piruvát-kináz hiány Vörösvérsejt: • A VVS energiaforrása az anaerob glükolízis ATP-hiány a sejt súlyosan károsodik • Képtelenek védekezni az oxidatív stressz és a szabad gyökök ellen a membrán törékennyé válik hemolízis hemolitikus anaemia
Piruvát-kináz hiányos állat vörösvérsejtjei (vérkenet) Jellegzetes elváltozások: Háromszög vagy szabálytalan alakú vörösvérsejtek kis tűszerű nyúlványokkal (ún. Burr-sejtek)
Burr-sejtek képződésének lehetséges okai, szerepük a differenciál diagnózisban Burr-sejtek képződésének lehetséges okai: • Műtermék: EDTA-val alvadásban gátolt vérmintáknál fordulhat elő • A vörösvérsejtek öregedése során in vitro, pl. transzfundált vérben az ATP-hiány és a lizolecitin képződés miatt • Veseelégtelenség • Hemolízis • Májbetegség • Hypophosphataemia és hypomagnesaemia • Piruvát-kináz hiány • Súlyos égés
Piruvát-kináz hiány: Tünetek • Változatosak és nem specifikusak: más kórokú hemolitikus anaemiák! • Levertség, étvágytalanság • A nyálkahártyák halványak • Sárgaság (prae-hepaticus) • A tünetek kezelés hiányában súlyosbodnak
Piruvát-kináz hiány: Tünetek • Gyakran letargia • Egyes metabolikus köztitermékek felhalmozódása a vérben: 1,3-biszfoszfoglicerát és/vagy glükóz-6-P.
Piruvát-kináz hiány: Kezelés, kórjóslat Kezelés: • Tüneti terápia • Splenectomia: a lép műtéti eltávolítása (a súlyos anaemia megelőzése érdekében) • Transzfúzió Kórjóslat: nem mindig kedvezőtlen, a beteg állatok megfelelő tüneti kezelés mellett kedvező esetben akár évekig élhetnek
PK Deficiency (Pyruvate Kinase Deficiency)
http://www.laboklin.co.uk/laboklin/showGeneticTest.jsp?testID=8015
• CarrierGenotype: N / PK [ Heterozygous ]The dog carries one copy of the mutant gene and one copy of the normal gene.The dog will never develop PK Deficiency (Pyruvate Kinase Deficiency) but since it carries the mutant gene, it can pass it on to its offspring with the probability of 50%. Carriers should only be bred to clear dogs. • Avoid breeding carrier to carrier because 25% of their offspring is expected to be affected (see table above) AffectedGenotype: PK / PK [ Homozygous mutant ] The dog carries two copies of the mutant gene and therefore it will pass the mutant gene to its entire offspring.The dog will develop PK Deficiency (Pyruvate Kinase Deficiency) and will pass the mutant gene to its entire offspring Sample Requirements Whole blood in EDTA tube (0.5 - 1 ml) or Buccal Swabs. Turnaround withing 7 working days Price £ 55.00 (including VAT)
Piruvát-kináz M2 (PKM2) a tumor sejtekben Tumor sejtekben alacsony aktivitású (dimer) PKM2 fordul elő. A glikolízis a PEP átalakulásnál gátlódik. Ezért a glikolízis intermedierjei nukleinsavak, foszfolipidek, aminosavak szintézisébe lépnek. -Enzimaktivitást fokozó molekula/gyógyszer a PKM2 magas aktivitású alakhoz (egészséges sejtre jellemző) teszi hasonlóvá az izoenzimet. -A PK aktivitásának növekedése a tumor sejt metabolizmusát az egészséges sejtéhez közelíti, vagyis tumor ellenes hatás alakul ki.
Mukopoliszacharidózisok • Proteoglikánok: az extracelluláris mátrix fő komponensei a kollagén és az elasztin mellett 1. Fehérje komponens 2. Mukopoliszacharidok (MPS) vagy glükózaminoglikánok (GAG): hosszú oldalláncok repetitív diszacharid-egységekből állnak: hexózamin + uronsav • MPS-k lebontása: lizoszómális bontóenzimek, pl. a-Liduronidáz (I. tipus, rövidszőrű és Ragdoll macska), arilszulfatáz=cerebrozidszulfatáz B (VI. tipus, Sziámi és Ragdoll macska), β-glükuronidáz (VII. tipus, német juhász kutya) hiánya • (cerebrozid=ceramid+galaktóz)
Mukopoliszacharidózisok • Mukopoliszacharidózis: MPS-k és azok degradációs termékeinek felszaporodása a kötőszövetben • Öröklődő enzimhiány az MPS-k lebontása akadályozott • Hét típus: más-más lizoszómális bontóenzim hiánya miatt alakulnak ki • Felszaporodó MPS-k és bomlástermékek a lizoszómák megnagyobbodnak és a sejtfunkciók súlyosan károsodnak • Öröklésmenet: II. típus X kromoszómához kötött recesszív, a többi betegség autoszómális recesszív • Előfordulás: macskáknál, kutyáknál, típusonként másmás fajtánál jellemző
Mukopoliszacharidózisok III.: Tünetek • • • •
A máj és a lép megnagyobbodik A bőr és a bőr alatti kötőszövet megvastagszik Központi idegrendszeri tünetek jelentkeznek Fejlődési zavarok, osteopenia, mozgásképtelenség, a hátulsó végtagon görcsök • A vizeletben megnő a MPS-k mennyisége • Egyes típusoknál szaruhártyahomály, n. facialis atrophia is előfordul • Ezek a tünetek jelentkeznek beteg állatok és emberek esetében is
Mukopoliszacharidózis (I. típus) • Amerikai rövidszőrű macskák • és 2008 óta tudjuk, hogy a Ragdoll macskák egy recesszíven öröklődő, fatalis betegséget örökíthetnek: Mukopoliszacharidózis MPS1 (Lizoszómális tárolási betegség).
a-L-iduronidáz hiánya
Ragdoll: perzsa és burmai macska keveréke
Mukopoliszacharidózis (VI. típus, Sziámi és Ragdoll macska) http://cal.vet.upenn.edu/projects/saortho/chapter_57/57mast.htm
• A mellkas laterális röntgen felvétele (5 ½ éves sziámi macska, mucopoliszacharidózis Vl). Oszteoporózis, csigolya szklerózis. arilszulfatáz B hiánya
Mukopoliszacharidózis (VI. típus) http://blog.rollingdogranch.org/rolling_dog_ranch_animal_/2005/week49/
• Három éves korában mukopoliszacharidózis VI. miatt elpusztult macska. Az arilszulfatáz B enzim hiánya.
3 hónapos nőstény macska: VI. tipusú mukopoliszacharidózis arilszulfatáz B enzim hiánya (szájpadlás, orr, szem láb deformitások, azonban aktív és jókedvű, folyékony/pépes tápokat fogyaszt csak
http://messybeast.com/gene-anomalies.htm
Mukopoliszacharidózisok: Kezelés, kórjóslat • A gyógykezelési módok még kísérleti stádiumban vannak, de az eredmények bíztatóak: • Génterápiás kezelések. • Csontvelő-átültetés. • Enzimpótlás. • Kezelés hiányában a kórjóslat kedvezőtlen.
Gyógykezelés génterápiával
Mindkét kutya VII. típusú mukopoliszacharidózisban szenved. A jobb oldali 5 hónapos állat a mozgásszervi elváltozások miatt fel sem tud kelni, a bal oldali kutya viszont 3 napos korban kapott génterápiás kezelés miatt gyakorlatilag tünetmentes. β-glükuronidáz hiánya
Glükuronidáz enzim (rekombináns technikával előállított) pótlása: néhány hetes kezelés eredményhez vezethet (human: kísérleti stádium)
http://www.ultragenyx.com/index.php?ht=d/sp/i/15813/pid/15813
MPS ( Mucopolysaccharidosis type VII) • Breed German Shepherd . The Disease Mucopolysaccharidosis type VII belongs to a group of rare genetic disorders of glycosaminglycan catabolism resulting in lysosomal storage. Clinical signs are corneal clouding and severe skeletal deformities. Affected dogs are unable to ambulate at several weeks to months of age. Trait of Inheritance Mucopolysaccharidosis type VII is an inherited autosomal recessive trait. This means that a dog can be clear (homozygous normal), affected, or a carrier (heterozygous). The carriers can spread the diseased gene in the population. Therefore, reliable information on non-affected dogs is the key to controlling this disease.
MPS ( Mucopolysaccharidosis type VII) •
•
CarrierGenotype: N / MPS [ Heterozygous ]The dog carries one copy of the mutant gene and one copy of the normal gene.The dog will never develop MPS ( Mucopolysaccharidosis type VII) but since it carries the mutant gene, it can pass it on to its offspring with the probability of 50%. Carriers should only be bred to clear dogs. Avoid breeding carrier to carrier because 25% of their offspring is expected to be affected (see table above) AffectedGenotype: MPS / MPS [ Homozygous mutant ] The dog carries two copies of the mutant gene and therefore it will pass the mutant gene to its entire offspring.The dog will develop MPS ( Mucopolysaccharidosis type VII) and will pass the mutant gene to its entire offspring Description This is a mutation-based gene test, which offers many advantages over other methodsThe genetic defect leading to the disease has been identified. By DNA testing, the responsible mutation can be shown directly. This method provides a very high accuracy test and can be done at any age. It offers the possibility to distinguish not only between affected and clear dogs, but also to identify clinically healthy carriers. This is an essential information for controlling the disease in the breed, as carriers are able to spread the disease in the population, but can not be identified by means of common laboratory diagnostic.Sample Requirements Whole blood in EDTA tube (0.5 - 1 ml) or Buccal Swabs. Turnaround withing 7 working days Price £ 55.00 (including VAT)
