Lanceerdag Draaiboek ‘neonatale opsporing van aangeboren metabole aandoeningen’ 20 oktober 2009
‘Neonatale massascreening: wat, waarom, hoe?’ François Eyskens, MD, PhD Provinciaal Centrum voor Opsporing van Metabole Aandoeningen (PCMA) Antwerpen
Guthrie R., Susi A. A simple phenylalanine method for detecting PKU in large populations of newborn infants. Pediatrics 1963; 32:336-343.
PKU: voor neonatale screening Prevalentie: 1:10.000-1:20.000
PREVENTIE VAN MENTALE RETARDATIE PREVENTIE VAN ONTWIKKELEN VAN ZIEKTE
CHT=Congenitale Hypothyrodie; prevalentie: 1:3000-1:4000 90% aanlegstoornissen SK 10% SK hormogenese stoornissen Screening: TSH PREVENTIE VAN MENTALE RETARDATIE PREVENTIE VAN ONTWIKKELEN VAN ZIEKTE
Hypothyroidie: effect van toedienen SKhormoon
program of all screening centres: 37.3% program only performed in the PCMA centre (Antwerp): 62.7% 20,000 neonates per year
AGS 4.7%
Biot.D 5%
PKU 6%
GAL AA 2% 0.3%
CHT 29%
CF 41% CMD 12% Eyskens F. Doctoraatsthesis, UIA 1997
Vlaanderen: de weg van de vroegtijdige opsporing: van 2, over 3, naar 11 aangeboren stofwisselingsziekten
CRITERIA for Screening Programs (WHO: Wilson & Jungner) • • • • •
Important health problem Asymptomatic stage in natural evolution Accepted treatment for patients Facilities for further diagnosis Suitable test available: simple, reasonably priced, repeatable, sensitive, specific, acceptable • Natural history of the disease is well known • Screening should be a continuous process • Secondary prevention by genetic counseling and prenatal diagnosis
CONGENITALE BIJNIERHYPERPLASIE (CAH)
CAH: zoutverlies + dehydratatie = Shock en Overlijden!! Cholesterol Pregnenolone
17 OH-Pregnenolone
Progesterone
17 OH-Progesterone
Dehydroepiandrosterone
Androstendione
21-Hydroxylase P450 C21 Deoxycorticosterone
11-Deoxycortisol
Testosterone
11- Hydroxylase P450 C11 Corticosterone
Cortisol
Oestrogens
18 OH-Corticosterone
Aldosterone MINERALOCORTICOIDS
GLUCOCORTICOIDS
SEX STEROIDS
Meisjes: virilisatie
Virilisatie meisjes met CAH Prader classificatie
Resultaten van de screening op CAH: 17-OH-Progesterone • Totaal gescreend: 536.324 (1988-2008) • Opgespoord met CAH: 33 (20J,13M) • Salt-losing type: – Meisjes: 5:13 (38%) – Jongens: 18:20 (90%) • Meisjes gemist met klinisch onderzoek: 62.5% • Vals-negatief: 1 (meisje, simple virilizing form) • Vals-positief: zie grafiek • Prevalentie: 1:16,000
Evolutie van recall rate 17-OHP 2006-2007-2008 recall rate %
0,9
0,8
0,7
prematuren, zieke neonati
0,6
0,5 %
Reeks1 Reeks2 Reeks3
0,4
0,3
0,2
0,1
0 1 1993-2005/2005-2007/2008
Biotinidase deficientie
Recyclage van het vitamine biotine
Biotinidase deficiëntie: ernstige stofwisselingsziekte door tekort aan biotine.
Leucine Glucose
3-hydroxyisovaleric, C5-OH 3-methylcrotonylcoA
Valine Isoleucin Methionine Treonine Odd Chain FFA Cholesterol
Fatty acids
MCC MCC 3-methylglutaconylcoA
ACC AcetylcoA
Pyruvate
MalonylcoA Ketone bodies, C2
PC
Krebs Cycle
PropionylcoA, C3
PCC Methylcitric acid Propionylglycine 3-Hydroxy-n-valeric acid Tiglylglycine, C5:1
Lactate
SuccinylcoA
MethylmalonylcoA
Biotinidase deficiency • •
• • • • •
Autosomaal recessief overerfbare stofwisselingsziekte Wisselend tijdsverloop (weken tot maanden) tussen geboorte en verschijnen van ziekteverschijnselen EN biochemische afwijkingen (de aantasting van de hersenen is reeds vergevorderd vooraleer afwijkingen in bloed en urine worden gevonden) Neurologische afwijkingen: psychomotore achterstand, epilepsie, laryngeale stridor Huid (eczema; infecties) en Haren (haaruitval,alopecie) Immunologische afwijkingen: chronische candida infecties Onbehandeld: evolutie naar metabool coma en dood Behandeling: biotine suppletie: eenvoudig, efficiënt en goedkoop
Turks meisje, leeftijd 16 maanden Biotinidase deficiëntie
Resulten screening biotinidase deficientie • • • • • •
Totaal gescreend: 536.324 (1988-2008) Nr of patienten met ernstige def.: 12 Nr of patienten met partiële def.: 5 Vals-positieven (prematuren):0.01% Vals-negatieven: geen gerapporteerd sensitiviteit (%): 100 – Vgl: PKU: 100; CHT: 97,6-100
• specificiteit (%): 99,99 – Vgl: PKU:99,98; CHT: 99,90
• Prevalentie ernstige deficiëntie: 1:44.700
Toekomst…… Science Fiction wordt Science voor 1990: One Test-One Analyte-One Disease 1990-2000: One Test-Multiple Analytes-Several Diseases
FIA-tandem MS, LC-MS-MS Neonatal mass screening by multiplex technology
Normal vs Hyperphenylalaninaemia vs PKU 100
Ala
d4-Ala
Leu
d5-Phe
d3-Leu Phe d3-Met
%
Tyr
Normal d6-Tyr
0 Phe Hyperphenylalaninaemia
100 % 0
Phe 100
PKU
% 0
m/z 140
160
180
200
220
240
260
280
Piloot studie MSMS screening: • •
• •
Screening voor PKU, vetzurenverbrandingsstoonrnissen MCAD-, MADD-, VLCAD def.,organische acidemiën (MSUD, PA & MMA, GA type I,IVA), en tyrosinemie type 1 (criteria van Wilson&Jungner) Studie over een periode of 2 jaar (2002-2004): – ongeveer 60 000 neonati gescreend; idee van prevalentie van de opgespoorde ziektes in onze populatie – OPBOUWEN VAN ERVARING (technisch, interpretatie, validatie, problemen en « valkuilen ») Eindrapport pilootstudie: mei 2004 Implementatie van deze screening in het screeningsprogramma: januari 2007
CAVE: vals-positieven
Pediatrics 2006;118:448-456
Normal acylcarnitine profile 100
d3-C16 carnitine
d3-vrij carnitine
C2 carnitine %
d3-C3 carnitine C16 carnitine d3-C8 carnitine
0
m/z 225
250
275
300
325
350
375
400
425
450
475
500
Dicarboxylic aciduria
QA scheme organic acidurias ERNDIM • 67 % of GC-MS users missed the diagnosis of MCAD deficiency (urine, stable condition) • 100% of GC users missed that diagnosis
MCAD deficiency Clinical diagnosis (Arch Dis Child 1998; J Pediatr 1994) • Is it possible to make an early diagnosis based on the clinical symptoms and signs? • 61 patients-120 patients – 46 acutely ill (decompensation) • 10 deaths (1/5)-23 deaths (1/5) • 6 neurological sequel (17% of survivors): 23/73 cerebral palsy, behavioural problems, psychomotor developmental disturbances(30%) • Conclusion:high mortalility and morbidity
MCAD deficiency diagnosis via TandemMS in UK (Arch Dis Child 1999) • 41 patients – 20-21 patients need hospitalisation in the first years of life: • All survived • 2 with persisting severe encephalopathy (10%) – siblings: 1/5 sudden infant death • Conclusion: great improvement in mortality and neurological impairment
Situatie MCADD gevonden in Antwerpen voor screening • Theoretisch: 12 patienten/12 jaar, 8 zouden symptomen ontwikkelt hebben • ECHTER: 3 (2 A985G mutatie) patienten werden gediagnosticeerd: 2 met hypoglycemie, 1 met Reye-like syndroom als complicatie van varicella • Screening resultaten met TandemMSMS (NorthCarolina, Pennsylvania, Adelaïde, Sydney, Beieren): prevalentie van MCADD: 1/10.000 to 1/40.000.
Normal vs MCAD deficiency Normal
C2 carnitine 100
C16 carnitine %
C3 carnitine 0
C8 carnitine
100
MCAD deficiency
%
C6 carnitine
C10:1 carnitine
0 225
250
275
300
325
350
375
400
425
450
475
500
m /z
Moleculair genetisch analysis: MCADD
De meest voorkomende mutatie (>95%) bij MCADD voor de screening
Diagnosis van MCADD tijdens het piloot screeningsprogramma na 1 jaar • 2 pt gevonden door MSMS screening op 33.650 gescreende pasgeborenen • Prevalentie: 1:17,000 (1:10,000-1:20,000) • Molecular genetisch onderzoek: • 1 samengesteld heterozygoot voor de mutaties 985G>A en 745G>A (G249R); de laatste is een nieuwe mutatie • 1 homozygoot voor 985G>A mutatie
Diagnosis van MCADD: zijn de via de screening gevonden pt echte pt? •
Frequent voorkomen van onverwacht mutaties in het MCAD-gen bij de door screening opgepikte pt: – Pennsylvania,USA – Sydney, Australia • B. Wilcken:”It is not yet clear which patients (MCADD “variants”) with disorders diagnosed by such screening would have become symptomatic if screening had not been performed”. – Opgepast: E.M.Maier, Germany, EMG 2009: nieuwe missense mutaties geven aanleiding tot stoornissen in het MCAD enzyme (thermolabiel; verstoorde structuur,…)
Newborn Screening in the era of multiplex technologies Newborn Screening: Towards a Uniform Screening Panel and System-Executive Summary. American College of Medical Genetics Newborn Screening Expert Group. Pediatrics 2006; 117: S296-S307.
Scoresysteem: wat dient opgespoord te worden via massascreening? (newborn screening expert group of the American College of Medical Genetics) MCAD, PKU MSUD FAO OA
Andere vetzuuroxidatiestoornissen • •
•
Vrij Carnitine (C0): Interne kwaliteitsmerker – Moeders met carnitine deficiëntie worden opgespoord MADD: MCADD patroon + C5-DC + C14:1 – Vroeg- infantiele vorm: congenitale (cerebrale) misvormingen, dysmorfieën, hypotonie; hypoglycemie; niercysten – Latere vormen: hypoglycemie; myopathie; sommigen riboflavinegevoelig VLCADD C14:1: – Vroeg-infantiele vorm: Reye-like syndroom, hypoglycemie, cardiomyopathie, leversteathose – Latere vormen: hypoglycemie, rhabdomyolysis
Glutaaracidurie type 1 Macrocephalie, frontotemporale atrofie, acute encephalopathie: Ernstige dystonieën en abnormale bewegingen, leucoencephalopathie
Organische acidemieën/acidurieën • • • •
Vroegtijdige diagnose is belangrijk in de prognose van Glutaaracidurie 1 (prevalentie ? 1/100.000) GF Hoffman, Neuropediatrics 1996, 27: 115 MSUD (prevalentie 1/ 100.000) gediagnosticeerd gedurende de eerste levensweek verbetert de prognose op neurologisch vlak U Wendel, Karger 1984:335 IVA:goed behandelbare OA, goede prognose MMA, PA: – Late onset MMA(CbA, CbB, vit B12 responsief?, prevalentie 1/40.000) – Invloed op prognose? Goed B. Wilcken, Pediatrics 2009; 124:e241-e248
Organische acidemieën/acidurieën • • • •
Vroegtijdige diagnose is belangrijk in de prognose van Glutaaracidurie 1 (prevalentie ? 1/100.000) GF Hoffman, Neuropediatrics 1996, 27: 115 MSUD (prevalentie 1/ 100.000) gediagnosticeerd gedurende de eerste levensweek verbetert de prognose op neurologisch vlak U Wendel, Karger 1984:335 IVA:goed behandelbare OA, goede prognose MMA, PA: – Late onset MMA(CbA, CbB, vit B12 responsief?, prevalentie 1/40.000) – Invloed op prognose? B. Wilcken, Pediatrics 2009; 124:e241-e248 eigen bevindingen: geen effect op psychomotore evolutie
Summary of intracellular processing of cobalamin
Suormala, T. et al. J. Biol. Chem. 2004;279:42742-42749
Normal vs Propionic acidaemia C2 carnitine
Normal
100
C16 carnitine C3 carnitine
%
0
C3 carnitine
100
Propionic acidaemia
%
0 225
250
275
300
325
350
375
400
425
450
475
500
m /z
Aanvullende onderzoeken ter bevestiging:
Zie later: Lezing van prof.dr. R. Van Coster
MS/MS “brede” screening, Brussel 1999-2004 versus “afgelijnde” screening, Antwerpen 2002-2008 120.000-185.000 gescreende pasgeborenen 9 PKU 9 Hyper-PHE Tyrosinemia I 9 MCADD 9 Glutaric aciduria I 9 Propionic aciduria 9 Isovaleric aciduria 9 MM aciduria 3-Me-glutaconic aciduria 9 MADD MCD (biotine responsive)
10/11 8 1/ 1 8 /13 1/ 0 2/ 0 1/ 1 2/ 3 1 1/ 1 0/ 1
1 / 12.000-15.000 1 / 15.000 1 / 120.000-1.185.000 1 / 14.000 1 / 120.000 1 / 60.000 1 / 120.000 1 / 55.000-60.000 1 / 120.000 1 / 120.000-185.000 1/ 185.000
MSMS-screening heeft ook beperkingen: vb. TYR 1
Vergelijking: Core panel USA-Vlaanderen OA
FAO
AA
Hb
IVA
MCA D
PKU
HbSS CH
GA1
VLCA MSU D D
HbS/ bTh
CAH
HMG
LCHA HCY D
HbS/ C
BIOT
MCD
TFP
CIT1
GALT
MMA
CUD
ASA
HEA R
TYR1
CF
PA BKT
MAD D
ander
OA
FAO
AA
IVA
MCA D
PKU
GA1
VLCA MSU D D
CAH
HMG
LCHA HCY D
BIOT
MCD
TFP
CIT1
GALT
MMA
CUD ?
ASA
HEA R
TYR1
CF
PA BKT
MAD D
Hb
ande r CH
Toekomst: screening op Lysosomale StapelingsZiekten: vb. Ziekte van Pompe Cytoplasm Pompe disease Glucose-1-P
Glycogen
Glycogenn
us e l c Nu
Chen Y-T. In: Harrison’s Principles of Internal Medicine. 2001:2281-2289. Hirschhorn R, et al. In: The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease. 2000:3389-3420.
X
Newborn screening for Fabry disease • ITALY – – – – – –
37,104 male infants Recall: 41 Positive cases: 12 Mutation found: 12 Prevalence: 1:3,100 7:1 ratio of patients with late-onset disease
• JAPAN: – 81,598 (2Y6M) – Recall: 236 – Positive cases: 16 • 11 boys • 5 girls
– Mutation found in 11 cases – Prevalence: 1:6,800 or 1:5800 males
Newborn screening for Fabry disease • ITALY – – – – – –
37,104 male infants Recall: 41 Positive cases: 12 Mutation found: 12 Prevalence: 1:3,100 7:1 ratio of patients with late-onset disease
• JAPAN: – 81,598 (2Y6M) – Recall: 236 – Positive cases: 16 • 11 boys • 5 girls
– Mutation found in 11 cases – Prevalence: 1:6,800 or 1:5800 males
CONCLUSIES • Multiplex technologie MSMS heeft de neonatale massascreening enorm verrijkt en verruimd, doch met blijvende beperkingen • Neonatale massa screening programma’s: – Worden niet bepaald door de beschikbare technologie – Verschillen naargelang de populatie die gescreend wordt • Screening is geen statisch doch een dynamisch proces
PCMA Eddy Philips Els Knaepkens Wendy Peeters Vlaamse Gemeenschap en Bestendige Deputatie van Provinciebestuur Antwerpen Alle collegae van Vlaanderen, België, Nederland en Luxemburg
