Poruchy glykosylace

Dědičné poruchy metabolismu sacharidů
Poruchy metabolismu monosacharidů („malé
molekuly“)
Fruktosa
Galaktosa
Poruchy metabolismu polysacharidů („velké
molekuly“)
Glykogenosy (též deficit produktu)
Poruchy glykosylace proteinů (a lipidů)
deficit produktu
Dědičné poruchy metabolismu fruktosy
Fruktosa
Fruktosa, fruktóza (β-D-fruktofuranosa)
Med, ovoce, zelenina
Součást disacharidu sacharosy
Fruktosa je hlavní cukr seminální tekutiny
rafinosa, stachyosa, inulin nehrají žádnou roli v lidské výživě
sorbitol: cukerný alkohol, běžný v ovoci, díky sorbitol dehydrogenase je
zdrojem fruktosy
GLUT5 – isoforma glukosového transportéru je zodpovědná za transport
fruktosy v tenském střevě
Fruktosa je do jater importována stejným transportním systémem jako
glukosa and galaktosa
Dědičné poruchy metabolismu fruktosy
Denní příjem fruktosy v „západní“ stravě : 100 g
Fruktosa je metabolizována v játrech, ledvinách, tenkém
střevě
Intravenózní fruktosa ve velkých dávkách je toxická:
hyperuurikémie, hyperlaktacidémie, ultrastrukturální
změny v játrech
Esenciální fruktosurie
Hereditární intolerance fruktosy (deficit aldolasy B)
Deficit fruktoso 1,6-bisfosfatasy
Autosomálně recesivní onemocnění
Toxicita fruktosy
Rychlá akumulace fruktosa-1-fosfátu
Utilizaci F-1-P limituje triokinasa
Deplece ATP ATP
Hyperurikémie
Hyperurikemický účinek fruktosy je důsledkem odbourávání
adeninových nukleotidů (ATP).
Adeninové nukleotidy → → → kyselina močová
Vzestup koncentrace laktátu
Hereditární intolerance fruktosy
Deficit fruktoaldolasy B v játrech, kůře ledvin
(jeden z izoenzymů A,B,C)
Těžká hypoglykemie po požití fruktosy
Při prolongované přívodu fruktosy: zvracení ,
hepatomegalie, hepatopatie, žloutenka,
krvácení, proximální tubulární renální porucha,
jaterní selhání, může končit smrtí
Pacienti mají silný odpor vůči pokrmům
obsahujícím fruktosu
Fruktosa -1- fosfát inhibuje glukoneogenesu:
fosforylasu a aldolasu
Na bezfruktosové dietě jsou pacienti bez
zdravotních potíží
Diagnostika: (dříve i.v. Fruktosový toleranční
test). Vyšetření DNA, enzymologie
Hereditární deficit fruktosa-1,6-bisfosfatasy
Fruktosa-1,6-bisfosfatasa katalyzuje ireverzibilní štěpení
fruktosa 1,6-bisfosfátu na fruktosa 6-fosfát a anorganický
fosfát (P)
Autozomálně recesivní nemocnění
Těžná poruch aglukoneogeneze , u pacientů se po depleci
glykogenu se akumulují prekurzory glukoneogeneze
(aminokyseliny, laktát, ketolátky)
Epizody hyperventilace , apnoe, hypoglykémie, ketózy a
laktátové acidemie, mohou mít letální průběh
Epizody často spouští hladovění a infekce
Pacienti nemají odpor k jídlům obsahujícím fruktosu, tolerance
vůči hladovění se zlepšuje s věkem
Esenciální fruktosurie
Deficie fruktokinázy
Benigní metabolická anomálie
Pacienti mají hyperfruktosemii a hyperfruktosurii –
diferenciálně diagnostický význam při odlišení ostatních
poruch metabolismu fruktosy
Dědičné poruchy metabolismu galaktosy
Dědičné poruchy metabolismu galaktosy
Hlavními zdroji galaktosy v potravě jsou
mléko a mléčné výrobky.
Galaktosa je přítomna v disacharidu laktose
(β-D-galaktopyranosyl-(1→4)-D-glucose)
Dědičné deficity enzymů:
Galaktokináza
Galaktosa-1-fosfát uridyltranferáza
Uridindifosfát galaktoso 4-epimeráza
Klasická galaktosemie: deficit galaktosa-1fosfát uridyltransferázy
V prvních týdnech života: úbytek na váze, zvracení průjem, letargie a
hypotonie. Těžká hepatopatie, hepatomegalie, ikterus, sklon ke
krvácivosti, sepse, renální tubulární porucha
Katarakty
Zvýšená koncentrace galaktosy, galaktitolu, galaktosa-1-fosfátu
Dieta s omezením galaktosy
Dlouhodobé komplikace i při dobré dietní kontrole
Kognitivní poruchy
Ovariální selhání u žen
Neurologické onemocnění s ataxií
AR, incidence 1:40 000- 60 000,
V některých zemích neonatální screening galaktosemie
Varianty (Duarte)
Brit. J. Ophthal. (1953) 37, 655.
Katarakty u klasické galaktosemie
Galaktitol způsobuje osmotický edém
vláken čočky
Deficit galaktokinázy
Katarakty - obvykle bilaterální a detekovatelné
v prvních týdnech života
Pseudotumor cerebri
Galaktitol – osmotický edém čočky
Onemocnění je léčitelné dietou s omezením galaktosy, katarakty
mohou vymizet
Autosomálně recesivní, vzácné onemocnění (cca 1:200 000)
Deficit galaktokinázy
Katarakty - obvykle bilaterální a detekovatelné
v prvních týdnech života
Pseudotumor cerebri
Galaktitol – osmotický edém čočky
Onemocnění je léčitelné dietou s omezením galaktosy, katarakty
mohou vymizet
Autosomálně recesivní, vzácné onemocnění (cca 1:200 000)
Deficit uridindifosfát 4-epimerázy
Těžká forma:
Těžký deficit epimerázové aktivity
Novorozenci se zvracením, neprospíváním, hepatopatií připomínající
klasickou galaktosemii.
Mentální retardace
Mírná forma:
Částeční deficit epimerázové aktivity
U většiny pacientů se jedná o benigní stav
Autozomálně recesivní
Dědičné poruchy metabolismu glykogenu
Glykogenosy
Glukosa: primární zdroj energie pro eukaryotní buňky
Glykogen: maromolekulární zásobní forma glukosy
Ve svalu: β glykogen – do cca 60 000 glukosových zbytků
V játrech: α glykogen - „agregáty“ β zrn glykogenu, glykosomy
Syntéza glykogenu začíná na proteinovém „primeru“ - glykogeninu
Glykogenosy: dědičné enzymopatie jejichž důsledkem je střádání
abnormálního množství a/nebo forem glykogenu
Jaterní glykogenosy
Hypoglykemie nalačno, hepatomegalie, porucha růstu
5 typů, nejběžnější je GSG I (von Gierkeho choroba, deficit glukosa-6fosfatázy)
Svalové glykogenosy
Intolerance fyzické zátěže, křeče po svalové námaze, rhabdomyolýza
6 typů
Generalizovaná glykogenóza
Typ II (Pompeho choroba)
Lysosomální α-1,4-glukosidáza
- lysosomální střádání normálního glykogenu
Glykogenosa I typu (deficit glukosa-6-fosfatázy,
von Gierkova nemoc)
Excesivní akumulace glykogenu v játrech,
ledvině a střevní mukose
První projevy bývají v kojeneckém věku s hepatomegalií a hypoglykemiemi,
hyperlaktacidemií po krátkém lačnění
Dna, hyperlipidemie (hypertriglyceridemie), kožní xanthomy
Panence podobná tvář, hubené končetiny, malý vzrůst,
velké břicho (hepatomegalie), zánětlivé střevní onemocnění
Jaterní fobrosa, jaterní adenomy (cave: maligní zvrat)
Aterosklerosa
Tolerance lačnění se zlepšuje s věkem, pozdní komplikace
Léčba: časté krmení, v kojeneckém věku noční nasogastrická sondou, nevařený
kukuřičný škrob, transplantace jater
Autosomálně receivní dědičnost, celosvětově incidence cca 1:10000, časté v
Aškenázské populaci
Diagnosa je založena na klinických projevech, abnormálních koncentracích
glukosy, laktátu, triglyceridů, kyseliny močové a ověřena molekulárně genetickým
testováním (příp. enzymologií).
Glukosa-6-fosfatázový systém
Katalytická podjednotka je na luminální straně ER
GSD Ia : defici aktivity fosfatázy
GSD Ib : deficit mikrosomálního membránového systému pro glukosa-6-fosfát
GSD Ic : deficit transportéru pro fosfát a pyrofosfát
Typy b a c jsou asociovány s neutropenií
Metabolické důsledky GSD I
Glykogenosa III typu (Debrancher Deficiency; deficit amylo 1→6
glukosidasy; Limitní dextrinosa; Coriho nebo Forbesova choroba)
Postižena jsou jak játra, tak kosterní svaly: častou komplikací je
cirhosa, myopatie
Abnormální glykogen: limitní dextrin
Glykogenosa IV typu (Branching Enzyme Deficiency, deficit amylo
1→4-1→6 transglukosidasy; amylopektinosa, Andersenova
choroba)
Abnormální glykogen podobný amylopektinu s méně rozvětveními
Kongenitální poruchy glykosylace
Congenital disorders of glycosylation (CDG)
Glykoproteiny
N-glykosylace
O-glykosylace
Poruchy glykosylace :
CDGs (dříve známé jako carbohydrate-deficient glycoprotein syndromes)
N-glykosylace
Asn-X-Ser/Thr
O-glykosylace
Thr, Ser
Glykoproteiny
N-glykosylace
O-glykosylace
Poruchy glykosylace :
CDGs (dříve známé jako carbohydrate-deficient glycoprotein syndromes)
N-glykosylace
Asn-X-Ser/Thr
O-glykosylace
Thr, Ser
Většina proteinů syntetizovaných v ER je
glykosylována přidáním společného Nvázaného oligosacharidu (Common N-linked
Oligosaccharide)
Prekursorový oligosacharid je vázán na
membránu ER dolicholem
GDP-mannosa
Man5GlcNac2
Glc3Man9GlcNac2
Procesování oligosacharidových řetězců po přenesení na proteiny
Dědičné poruchy N-glykosylace
CGD I: >16 poruch asemblace N-glykamů včetně poruch
syntézy dolichol fosfátu
(nejčastější : CDGIa : deficit fosfomannomutázy 2)
CDGII: >8 poruch procesování N-glykanů
Dědičné poruchy O-glykosylace
> 6 onemocnění
Poruchy glykosylace glykolipidů
3 onemocnění: deficit GM3 synthasy, ...
Velmi variabilní fenotyp
Většina jsou autosomálně recesivně dědičná onemocnění
Autosomálně dominantní : 1 onemocnění (syndrom
hereditárních mnohočetných exostos)
Jaak Jaeken
Dědičné poruchy glykosylace
Aberantní glykosylace proteinů
Diagnostické paradiagma:
Analýza glykanů → molekulární defekt
Screening:
U defektů N-glykosylace: isoelektrická fokusace
sialyltransferinu
U defektů o-glykosylace: isoelektrická fokusace Apo CIII
Strukturální analýza glykanů (různé techniky: MS)
Měření enzymové aktivity
Mutační analýza
CDG-x : poruchy glykosylace s neznámým molekulárním
defektem
Isoelektrická fokusace sérového sialotransferinu
A, G controls,
B to F : type-I pattern
B phosphomannomutase def., C phosphomannose isomerase (PMI) deficiency
D, hypoglucosylation defect; E, F unidentifed
H to J : type-II pattern
H, N-acetylglucosaminyltransferase (GnT II) def; I, J unidentifed
Glycoproteins Reported to Be Abnormal in Phosphomannomutase Deficiency and
Showing an Abnormal Pattern on Isoelectrofocusing, Two-dimensional Electrophoresis,
Western Blotting, and/or Decreased or Increased Concentration or Enzymatic Activity
Serum
Transport Proteins
Apoprotein B, apoprotein CII, apoprotein E, ceruloplasminhaptoglobin, α2-macroglobulin, retinolbinding protein, sehormone-binding globulin, thyroxine-binding globulin, transcobalamin II,
transcortin, transferrin, vitamin D-binding globulin
Coagulation and Anticoagulation Factors
Antithrombin, α2-antiplasmin, coagulation factors II, V, VI, VIIIIX, X, XI, and XII, heparin cofactor II,
plasminogen, protein C, protein S
Hormones
Follicle-stimulating hormone, luteinizing hormone, prolactinthyroid-stimulating hormone
Lysosomal Enzymes
Arylsulphatase A, α-fucosidase, β-galactosidase, β-glucuronidase, β-hexosaminidase
Other Enzymes
N-Acetylglucosaminidase, carboxypeptidase, cholinesterase
Other Glycoproteins
Amyloid P α1-acid glycoprotein, a1-antichymotrypsin, α1-antitrypsin, α1-B glycoprotein, clusterin,
complement C3a, complement C4a, complement C1 esterase inhibitor, α2-HSglycoprotein,
immunoglobulin G, orosomucoid, peptide PLS:29peptide PLS:34, Zn-a2-glycoprotein
Cerebrospinal Fluid
β-Trace protein, transferrin
Leukocytes
Lysosomal Enzymes
α-Fucosidase, β-glucuronidase, α-iduronidase, α-mannosidase, β-mannosidase
Sialoglycoproteins on B lymphocytes
Fibroblasts
Biglycan, decorin
Liver
α1-Acid glycoprotein, α1-antitrypsin, haptoglobin, transferrin
CDG vedou k abnormálně glykosylovaným
glykoproteinům. Abnormální glykosylace
může zásadně ovlivnit jejich funkci
Neurologie : axiální hypotonie, hyporeflexie, vývojové opoždění, křeče, epizody podobné cévní
mozkové příhodě, mikro- i makrocefalie, myopatie
Gastroenterologie: neprospívání, zvracení, enteropatie se ztrátami proteinů, jaterní dysfunkce,
hepatomegalie, cholangitida, chronické průjmy
Neonatologie: hydrops, ascites, multiorgánové selhání, neprospívání, „floppy baby“
Hematologie: trombocytosa, trombocytopenie, koagulopatie, trombosa, , anemie, leukocytosa,
Endokrinologie: hyperinsulinemická hypoglykemie, hypothyreosa, , hyporgonadotropní
hypogonadismus, růstové opoždění
Klinická genetika : dysmorfické rysy
Ortopedie: osteopenie, svalové kontraktury, kyfosa, skoliosa, krátké končetiny, arthrogryposa
Oftalmologie: abnormální oční pohyby, šilhání, katarakty,
pigmentová
retinitida,
S pacienty
s CDG
senystagmus,
kolobomy iris, kortikální slepota
mohou setkat specialisté
Radiologie: hypoplasie mozečku, kalcifikace bílé hmoty, opožděná myelinizace, polymikrogyria,
v řadě oborů
renalní hyperechogenicita
Histologie: jaterní fibrosa, jaterní cirhosa, lamelární inkluse v hepatocytech, atrofie střevních klků
Dermatologie: Ichtyosa, abnormální distribuce tuku
Nefrologie: nefrotický syndrom, tubulopatie, renální cysty
Imunologie: hypogamaglobulinemie, rekurentní infekce
Kardiologie: kardiomyopatie, perikardiální výpotek
Biochemie: hypoalbuminemie, zvýšené aktivity transaminas, nízký cholesterol a triglyceridy,
snížený antitrombin III, snížený faktor VIII a XI, snížený protein C a S, zvýšené FSH, LH a
prolaktin, zvýšené TSH, snížený volný T4
Podle Grunewald 2006
Vybrané poruchy N-glykosylace bílkovin
CDG-Ia, deficit fosfomanomutasy 2
Invertované bradavky, abnormální podkožní tuk(lipodystrofie), strabismus, hypoplasie
mozečku, faciální dysmorfie, křeče a psychomotorická retardace.
Episody podobné cévní mozkové příhodě, periferní enuropatie, abnormality skeletu.
Klinický průběh ve třech stadiích
1.multisystémové onemocnění kojeneckém věku,
2.ataxie a mentální retardace v pozdním kojeneckém věku a dětství,
3.stabilní postižení v dospělosti
CDG-Ib, deficit fosfomanoso isomerasy
Fosfomanosoisomerasa : krok v syntéze GDP-manosy: fruktosa-6-P→manosa-6-fosfát
Opakované zvracení, závažné hypoglykemie, neprospívání, jaterní fibrosa, enteropatie se
ztrátami proteinu, nekonstantně poruchy koagulace. Bez neurologického postižení.
LÉČBA !: mannosa 1g/kg/den (hexokinasa: manosa → manosa-6-fosfát)
CDG-Ic.
Mírné až středně těžké neurologické postižení s hypotonií, vývojovým opožděním, ataxií,
strabismem a křečemi. Průběh bývá mírnější než u CDG Ia
…
Deficit fosfomanomutasy 2 (obr: OMMBMD)
Léčba deficitu fosfomannosa isomerasy
suplementací manosy
Vybrané poruchy O-glykosylace bílkovin
Dědičné mnohočetné exostosy
Autosomálně dominantní onemocnění
Incidence 1/50 000
Osteochondromy na koncích dlouhých kostí
Komprese periferních nervů a cév
Omezení hybnosti kloubů
Možnost maligní transformace
Mutace v genech pro exostosin 1 a exostosin 2
Walker-Warburgův syndrom
Jedna z poruch migrace neuronů
Lisencefalie, agenese corpus callosum, agenese mozečku
Dysgenese mozku a očí
Svalová muskulární dystrofie
Muži mají často poruchy vývoje varlat
Smrt obvykle před 1 rokem věku
Porucha glykosylace α-dystroglykanu
Deficit O-manosyltransferázy I