Dědičné poruchy metabolismu purinů, pyrimidinů a porfyrie

Poruchy metabolismu purinů,
pyrimidinů; porfyrie
Blanka Stibůrková
Revmatologický ústav
ÚDMP 1.LF UK a VFN Praha
13. 10. 2015
Patobiochemie
Otázky
• poruchy metabolismu kyseliny močové
• poruchy metabolismu purinů a pyrimidinů
• porfyrie
Nukleové báze
imidazol
• dusíkatá heterocyklická sloučenina tvořená
kondenzovaným pyrimidinovým/imidazolovým kruhem
Nukleosidy
Nukleotidy
• součást nukleosidů a nukleotidů, nukleových kyselin,
kofaktory enzymů NAD+ (NADP+), FAD, CoA, PAPS
inosin
• nukleosid skládající se z ribosy a hypoxanthinu přes β-N9 glykosidickou vazbu
• transferová RNA: „wobble“ párování kodonu s antikodonem
• inosin na wobble pozici antikodonu může párovat s cytosinem,
adeninem i uracilem
uridin
• nukleosid skládající se z D-ribosy
a uracilu přes β-N1 glykosidickou
vazbu
• deoxyuridin
Význam nukleotidů
• nositelé informace
DNA/RNA
• univerzální zdroj energie
(ATP 30 kJ/mol)
• druhý posel: cGMP a
cAMP
• koenzymy a přenos
zbytků (např.AdoMet)
http://www.benbest.com/health/cycAMP.gif
Buněčný cyklus a syntéza P/P
• syntéza purinů sled reakcí z malých prekursorů, monosacharid
napojen od počátku
• šetřící reakce = syntéza z produktů degradace nukleových kyselin,
substráty nukleosidy a báze, málo energeticky náročná
Recyklace („salvage pathway“)
De novo biosynthesa
Syntéza purinů
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
velká spotřeba energie (ATP)
různé tkáně, především v játrech
cytoplasma
11 dílčích kroků
konečným produktem: inosinmonofosfát (IMP)
substráty: 5-fosforibozyl-1-difosfát, aminokyseliny: Gln, Gly, Asp
deriváty tetrahydrofolátu, CO2
koenzymy
tetrahydrofolát (= kys. listová)
NAD+
Tůma P: Metabolismus purinů a pyrimidinů
PRPP
• klíčovým metabolitem je 5-fosforibosyl-1-pyrofosfát , který vzniká z
ribosa-5-fosfátu a ATP
• puriny: první krok v IMP syntéze
• pyrimidiny: poslední krok v syntéze UMP
• inosinmonofosfát se v buňkách neakumuluje, převádí se na
adenosinmonofosfát (AMP), guanosinmonofosfát (GMP)
http://ead.univ-angers.fr/~jaspard/Page2/COURS/2N2NH3aaetUree/2Figures/9AAaromatiques/8PRPP.gif
Syntéza pyrimidinů
• podstatně jednodušší než purinů
• uridinmonofosfát: prekursor cytidinmonofosfátu
• šestistupňová syntéza UMP: samostatně syntetizovaný pyrimidinový
kruh, připojen k ribosa-5-fosfátu
• biosyntéza pyrimidinů: antiparasitická léčiva
• Toxoplasma gondii: oslepnutí, neurologické dysfunkce, při snížené
imunitě život ohrožující
• cílový zásah je v enzymu karbamoylfosfát synthetasa II, který se
strukturou i kinetikou liší od savčího
• parazit není schopen využít pyrimidinové báze hostitele a proto je
musí syntetizovat de novo
Syntéza a odbourání purinů a pyrimidinů
Prekursory
Nukleotidy
(IMP, UMP)
Jiné nukleotidy
Volné báze
Produkty
odbourání
• regulace biosyntézy: vysoká hladina nukleotidů inhibuje syntézu IMP;
rychlost syntézy GTP se ↑ s koncentrací ATP, zatímco rychlost syntézy
AMP s rostoucí koncentrací GTP
Metabolismus purinů a pyrimidinů
puriny
pyrimidiny
PRPP
1.krok
poslední krok
produkt
IMP
UMP
lokalizace
cytoplazma
cytoplazma + 1 enzym
v mitochondrii
produkty
odbourávání
kyselina močová,
amoniak
CO2, amoniak, -Alanin,
-aminoizobutyrát
purinosom
http://arthritis-research.com/content/figures/ar1909-2.gif
Katabolismus
• většina potravy obsahuje nukleové kyseliny
• intaktní ke kyselému prostředí žaludku, odbourávány až v tenkém
střevě pankreatickými nukleasami a střevními fosfodiesterasami
• ntd nepřechází přes bun. membrány (iont. povaha)→ hydrolyzace na
nukleosidy → hydrolyzace ve střevní stěně
nukleosidasami (báze+ribosa) a nukleosidfosforylasami (báze+ribosa-5-P)
• z potravy je recyklováno
jen velmi malé množství bází
nukleových kyselin
→ biosyntéza de novo
Hediger MA (2005) Physiology, Vol. 20, No. 2, 125-133
• kyselina močová: majoritní koncový
• játra, svaly, intestinum
produkt purinového metabolismu
Kyselina močová
• trioxopurin
• keto/enol forma
• fysiologické pH-urát sodný
• omezená rozpustnost
• vychytávač volných radikálů
http://0.tqn.com/d/chemistry/1/0/M/R/1/Uric_acid.jpg
• konečným produktem degradace purinů u člověka a vyšších primátů
•
•
•
•
u všech dalších organismů je KM dále degradována
savci oxidují KM na ve vodě dobře rozpustný allantoin
kostnaté ryby štěpí allantoin dále na allantoovou kyselinu
chrupavčité ryby a obojživelníci degradují allantoovou kyselinu na
močovinu
• mořští bezobratlí rozkládají močovinu na amoniak a amonné ionty
Kyselina močová: důležitý nízkomolekulární antioxidant
• neenzymatická reakce s volnými radikály - superoxidem, NO a
peroxynitritem
• 60% antioxidační kapacity séra
• protekce erytrocytů, T a B lymfocytů a makrofágů
• role KM: unikátní vlivu při likvidaci ROS (reactive oxygen species) in
vivo → zatím nejasný mechanismus
• ↑s-KM rizikový faktor pro CVD
• oxidativní stres – pathofysiologie
• s-KM antioxidant in vivo, experimentální
a klinické důkazy
http://www.jci.org/articles/view/42344/figure/1
• koncentrace KM: muži < 420 μmol/l, ženy a děti < 340 μmol/l
• řádově vyšší než v plazmě většiny savců
• deficit enzymu oxidačně štěpící kyselinu močovou za vzniku
rozpustnějšího allantoinu, urátoxidasa (= urikasa)
• akutní aerobní fyzická zátěž: ↑ ROS a ↓ koncentrace KM a ↑
koncentrace allantoinu ve svalech
• během fyzické zátěže zdravých jedinců vyšší hladina KM zvyšuje
antioxidační kapacitu séra a redukuje oxidativní stres
• nález allantoinu v biologických tekutinách člověka je ukazatelem
oxidačního stresu → vzniká z KM působením volných radikálů
• fyziologické pH krve (7,4) → převážně ionizovaná forma KM: uráty
monosodné a monodraselné
• nedisociovaná KM je přítomna pouze v malém množství
• rozpustnost 37 °C: KM 64 mg/l /381 μmol/l; uráty 84 mg/l/500 μmol/l
• malé rozpustnosti → méně prokrvené tkáně při ↑ koncentrace KM,
ochlazení a ↓ pH → precipitace
urátové konkrementy
http://img.medscape.com/pi/emed/ckb/pediatrics_general/980683-983759-669.jpg
4-komponentový model renální exkrece
Roch-Ramel F. et al. (1994) Am J Physiol, 266(5 Pt 2):F797-805; Enomoto A., Enou H. (2005) Clin Exp Nephrol 9:195-205
• poruchy produkce kyseliny močové: enzymopatie purin. metabolismu
• poruchy renální ekrece kyseliny močové
Renální reabsorpce a sekrece KM
Ichida K (2009) Genome Med, Dec 29;1(12):118
• urátový transportosom
Anzai N et al. Clin Exp Nephrology, 16, 1, 89-95.
• hyperurikémie
• nízká/normální EFKM
• normální profil purinů a pyrimidinů v moči
• hypourikémie
• vysoká EFKM
• normální profil purinů a pyrimidinů v moči
SLC22A12 (URAT1, OMIM*607096)
• identifikován 2002, specifická exprese v apikální mebráně
proximálních tubulů
• majoritní role v reabsorpci urátu z glomerulárního filtrátu
• loss-of-function mutace způsobují renální hypourikémii typu 1,
OMIM #220150
Enomoto, A., et al., Molecular identification of a renal urate anion exchanger that
regulates blood urate levels. Nature, 2002. 417(6887): p. 447-52.
H. Hulkova
Hediger MA (2005) Physiology, 20, 2, 125-133
SLC2A9 (GLUT9, OMIM*606142)
• 2008, glukosový transportér, vysoká afinita k urátu, klíčová role v
reabsorpci urátu na apikální i basolaterální membráně proximálních
tubulů
• signifikantní korelace mezi genetickými variantami SLC2A9 a s-KM,
EF-KM, BMI a primární hyperurikémií/primární dnou
• SLC2A9 varianty: s-KM koncentrace o 5–6% u žen, 1–2% u mužů
• mutace v SLC2A9 způsobují renální hypourikémii typu 2,
OMIM #612076
Vitart V et al. (2008) Nat Genet, 40(4): p. 437-42. , Anzai N et al (2008) J Biol Chem,Oct 3;283(40):26834-8, Döring A et al. (2008) Nat Genet, 40(4):430-6., Wallace C et al.
(2008) Am J Hum Genet, Jan;82(1):139-49.
A model of transcellular urate transport
it has been proposed in the kidney;
urate is taken up via apically located
SLC22A12 and exits the cell via
basolaterally located SLC2A9.
Matsuo et al. 2008
ABCG2 (ABCG2, OMIM*603756)
• membránový transportér, ATP-binding cassette (ABC) subfamily G
• sekrece KM v apikální membráně proximálních tubulů
• je exprimován v plazmatických membránách různých tkání
(placenta, ledviny, střevo aj.), zajišťuje transport řady substrátů
včetně xenobiotik
• výrazně ovlivňuje s-KM, se statisticky významným rozdílem daným
pohlavím a populací
• varianta c.421C.A (rs2231142, p.Q141K) způsobuje zhruba poloviční
redukci urátového transportu → 10% primární hyperurikémie/dny v
kavkazské populaci
• blokace urátových transportů → nová antihyperurikemická léčiva
• Lesinurad (RDEA594): aktivní metabolit , inhibitor transportéru
URAT1 (non-nucleoside reverse-transcriptase inhibitor) → orální
urikosurický lék pro pacienty se dnou → klinická fáze III
Hypourikémie
• s-KM < 120 µmol/l
• snížená produkce kyseliny močové
• snížená reabsorpce kyseliny močové
• primární hypourikémie
• purinové enzymopatie: xanthinurie
• renální hypourikémie: izolovaný defekt v renální reabsorpci KM
• sekundární hypourikémie
• sekundární redukce biosyntesy KM při jaterním poškození
• postižení tululárních funkcí: Fanconiho syndrom, cystinosa,
multiple myeloma, nefrotický syndrom, malignity, …
• léky: XDH inhibitory, uricosurika, antikoagulanty (warfarin),
tetracyklin …
• nutriční defekty vitamínů B12, C, D …
RENÁLNÍ HYPOURIKÉMIE
• heterogenní dědičné onemocnění
• biochemické markery: hypourikémie
zvýšená exkreční frakce kyseliny močové
• klinické markery: urolitiasa
nefrolitiasa
akutní renální selhání
RENÁLNÍ HYPOURIKÉMIE
• SLC22A12, > 150 pacientů, AD, heterozygoti ↓s-KM a ↑EFKM, RHUC1
• populační specifita, p.W258X: 2.30 – 2.37%, p.R90H: 0.40%, founder
mutace v asijské populaci (Japonsko, Korea)
• romská populace: p.T467M: 6.59%, p. L1245_A1253del: 1.87%
• > 10 pacientů s mutacemi v SLC2A9, RHUC2
• AD i AR
•
Anzai N et al. Clin Exp Nephrology 16, 1, 89-95.
loss of function variant in URAT1 (a) and GLUT9 (b) cause hypouricemia, MCs
monocarboxylates such as lactate
• RHUC1 parciální defekt
• RHUC2 heterozygotní GLUT9 mutace, haploinsuficience
• složení heterozygoti/homozygoti GLUT9 mutace → těžká hypourikémie
(s-KM 0-12 µmol/l, EF-KM 88 až >150%) → blokace urátového transportu
RHUC typ 1
OMIM #220150
SLC22A12
URAT1
RHUC typ 2
OMIM #612076
SLC2A9
GLUT9
loss-of-function
s-KM 30 – 60 µmol/l
EE-KM 40–90%
pre-sec. absorpční defekt
reabsorpční defekt
nefrolitiasa, akutní renální selhání
• primární hyperurikémie: objeví se jako první v pořadí a není známé
jiné onemocnění, které by ji vyvolávalo
• metabolická porucha purinového metabolismu
• vrozená porucha ledvin
• zvýšený příjem purinů
• sekundární hyperurikémie: vyvine se následkem jiného onemocnění
nebo léčby
• nadprodukce kyseliny močové (lymfoproliferace, myeloproliferace, karcinomy, hemolytická anémie)
• snížené vylučování kyseliny močové (renální porucha, léky)
• snížená renální ekrece → 90% primární hyperurikémie/dny
• familiární juvenilní hyperurikemická nefropatie, MCKD2,
uromodulin asociovaná onemocnění (OMIM#603860, OMIM
#162000, OMIM #609886)
• AD
• hyperurikémie, snížená exkreční frakce kyseliny močové, dna
• progredující renální insuficience, začátek v dětství/adolescenti,
renální selhání 20.-40. rok
• uromodulin (OMIM#162000), renin (OMIM#613092)
• poruchy urátových transportérů: SLC2A9, SLC17A3, ABCG2
• AD, AR
• nadprodukce kyseliny močové, 10% primární hypourikémie/dny
• purinové enzymopatie (HPRT, PRPPS)
• deficit glukosa-6-fosfatasy u glykogenosy typu I
Dna athritis urica
• metabolické onemocnění způsobené ukládáním urátových krystalů
do kloubů a měkkých tkání v důsledku chronické hyperurikémie
http://scienceblogs.com/moleculeoftheday/images/gout-cartoon.jpg
•
•
klinické projevy: akutní artritida, tenosynovitida, bursitida
zánětlivé reakce na urátové mikrokrystaly
• dna je nejčastější zánětlivá artritida
• ↑ prevalence onemocnění, v ČR 200 000 pacientů
• častější u mužů, u žen po menopauze (urikosurický účinek estrogenu)
• patogeneze dny: vznik hyperurikémie → tvorba urátových krystalů →
interakce mezi urátovými krystaly a systémem zánětlivé odpovědi
hyperurikémie se léčí podáním inhibitoru xanthinoxidasy/dehydrogenasy allopurinolu, strukturní analog hypoxanthinu
XO/XDH allopurinol hydroxyluje na alloxanthin, který se pevně naváže
na redukovanou formu enzymu a tím ho ireversibilně inhibuje
O
HN
7
N
•
•
•
•
O
8
N
H
Allopurinol
N
O
N
HN
N
N
H
Hypoxanthin
HN
O
N
N
H
N
H
Alloxanthin
febuxostat
probenecid
urikasa
třetí stadium klinických zkoušek: blokátory urátových transportérů
• muž 47 let, dnavé ataky od 29, chronická polyartritida, tofi,
sodium urát verifikován mikroskopicky v synoviální tekutině
• s-UA 595 μmol/l, historicky 900 µmol/l, EF-KM v normě
• vyloučeny purinové enzymopatie
• analýza urátových transportérů SLC22A12, SLC2A9, SLC17A3 a ABCG2
c.689+1G>A; r.[532_689del] delece ex6; r.[532_689del], r.[944_949del]
frameshift, předčasný stop kodon
Stiburkova et al. Rheumatology doi:10.1093/rheumatology/kev350
Dědičné metabolické poruchy
purinů
• poruchy zasahují do syntézy de novo, šetřící cesty (salvage pathway)
i katabolismu purinů
De novo syntéza
Salvage pathway
•
•
•
•
deficit/superaktivita PRPP syntetasy
deficit adenylosukcinát lyasy
deficit hypoxanthine guanine phosphoribosyltransferasy
deficit adenine phosphoribosyltransferasy
Nyhan WL, Nucleotide Synthesis via Salvage Pathway. 2005
Degradace purinů
•
•
•
•
deficit adenosindeaminasy
zvýšená aktivita adenosindeaminasy
deficit purinnukleosidfosforylasy
deficit xanthin oxidasy/dehydrogenasy
NH2
O
N
N
AMP deaminasa
N
N
H
N
NH4+
H2O
O
N
Ribosa-5-fosfát
N
O
N
H
N
N
H2N
H
Ribosa-5-fosfát
N
IMP
H2O
Nukleotidasa
Pi
Adenosin
H
Ribosa-5-fosfát
AMP
H2O
N
O
H2O
NH4+
Nukleotidasa
Inosin
Pi
Ribosa-1-P
H2O
Ribosa-5-fosfát
Xanthinoxidasa
O2 + H2O H2O2
GMP
H2O
Nukleotidasa
Nukleotidasa
Pi
Pi
Xanthosin
Guanosin
Pi
Purinnukleosidfosforylasa
(PNP)
Ribosa-1-P
Hypoxanthin
N
N
H
XMP
Pi
Adenosindeaminasa
N
N
Pi
Purinnukleosidfosforylasa
(PNP)
Ribosa-1-P
Xanthin
Guanindeaminasa
NH4+
H2O
Purinnukleosidfosforylasa
(PNP)
Guanin
Poruchy syntézy purinů
PRPS1 syntetasa
• phosphoribosylpyrofosfát syntetasa katalyzuje první krok nukleotidové
syntézy
•
X-vázaná porucha
•
PRPS1 (MIM 311850)
PRPS1 superaktivita
• regulační defekt, ↑ exprese, fyziologická kinetika enzymu
• 30 pacientů, 7 popsaných kauzálních mutací
• klinická variabilita, neurologické symptomy, sensorineurální hluchota,
opožděný PM
• ↑ de novo pur. syntéza způsobuje akceleraci degradace nt a ↑ KM
• těžký fenotyp: purinová nadprodukce spojená s neuropatií, spíše ztráta
regulace (Vmax shodný jako u wt)
• střední fenotyp: ↑ exprese, purinová nadprodukce bez neuropatie, ↑
intracelulární hladina PRPP ve fibroblastech, lymfoblastech a erytrocytech
• lehký fenotyp: ↑ hladina transkriptu, bez genetické konfirmace
Charcot-Marie-Tooth disease-5 (Rosenberg-Chutorian syndr., MIM
311070): 1886, neuropatie, poškození perifer. nervů končetin,
senzorické poškození, hluchota
X-linked nonsyndromic sensorineural deafness (MIM 304500)
Arts syndrome (MIM 301835) PMR, hypotonie, ataxie, poruchy sluchu,
optická atrof. neuralgie, imunitní dysfunkce
PRPS-I superaktivita (MIM 300661)
WN Nyhan et al. Atlas of metabolic diseases, 2nd edition. London: Hodder Arnold, 2005
PRPS1 superaktivita: kazuistika
•
•
•
•
•
•
•
sestry, věk 9 a 11 let, společná matka, afroamerický původ
bez neurologického nálezu
s-UA > 1 100 µmol/l, dnavá artritida
ostatní metabolity v normě
hladina hypoxanthinu a xanthinu v moči fyziologická
aktivita HPRT a PRPS v erytrocytech fyziologická
X-inaktivace 45-52%
• NGS exomové sekvenování
• PRPS1: c.520G>A, p.G174R
Electrophoreograms of partial sequences of PRPS1 showing a) heterozygous mutation
c.520G>A (p.G174R) in exon 4 (position 109) in both siblings, wt in fathers
Deficit adenylosukcinát lyasy
• de
novo purinová syntéza a formace AMP z IMP, hromadění sukcinylpurinů SAICAR a S-Ado v moči a likvoru
• AR onemocnění, OMIM 608222
• první popsaný genetický defekt syntézy purinů de novo
• SAICAR toxický pro neurony (porucha utilizace glukosy), S-Ado možná
protektivní
• variabilní neurologické projevy
(stereotypie, PMR, epilepsie, hypotonie)
• fatální neonatální forma
• těžká forma (typ I)
• střední – lehčí (typ II)
typ I – PMR, epilepsie, svalová atrofie
typ II – svalová hypotonie, mírné
opoždění PM vývoje
• průkaz SAICAR v moči
• léčba není známá
Faciální dysmorfie u deficitu ADSL
Holder-Espinasse M et al. J Med Genet2002;39:440-442
•
brachycefalie, prominující suture metopica, malý nos s antevertovanými nostrilami, dlouhé a vyhlazené filtrum, úzký horní ret
Poruchy salwage pathway
deficit adenin-fosforibosyl transferasy
deficit hypoxanthin-guaninfosforybosyl transferasy
Deficit adenin-fosforibosyl transferasy
• AR, OMIM 102600, primární hyperurikémie
• přeměna adeninu na 2,8-dihydroxyadenin
• velmi špatně rozpustný metabolit 3 mg/L (vs. KM 150 mg/L), močové konkrementy
• variabilita, ARF, 20% asymptomatických, průměrný věk popsaných pacientů 25 let
• typické vylučování adeninu, 8-hydroxyadeninu a 2,8-dihydroxyadeninu
• ostatních puriny nezměněny
• močový sediment - ne jehličkovité, ale mikrosférické krystaly
• enzymovém vyšetření erytrocytů
• symptomy urolitiázy, zvláště při fyz. s-KM
• 2,8-DHA je analog KM, rutinně neodlišitelný, konkrementy jsou rtg-nekontrastní
• allopurinol
www.herringlab.com
A–C) DHA nefropatie, (D) DHA kameny, (E-F) DHA močové krystaly.
Bolllee G et al. CJASN DOI: 10.2215/CJN.02320312
Nyhan WN et al. Atlas of metabolic diseases, 2005
Deficit hypoxanthin-guaninfosforybosyl transferasy
• X-vázané onemocnění, OMIM 308000
• ↑ PRPP který není využit HGPRT
• PRPP začne být zvýšeně využíván pro de novo syntézu purinů
• ↑ syntéza purinů vede ke ↑ degradaci purinů
• produktem zvýšené degradace purinů je KM
• ↑ s-KM v séru
• parciální HPRT deficit, Kelley–Seegmiller syndrom (OMIM#300323)
• klinická manifestace nadprodukce purinů (hyperurikémie/dna,
urolitiasa, nefrolitiasa, ledvinné kameny)
• variabilní neurologické spektrum (Lesch–Nyhan variants)
• těžký deficit, Lesch–Nyhan syndrom (OMIM #300322)
• psychiatrické aspekty, automutilace
• diagnostika: hyperurikémie, hyperurikosurie, ↑ hladina hypoxanthinu
a xanthinu
• ↓ enzymová aktivita HPRT v erytrocytech, fibroblastech
• molekulárně genetická konfirmace
Lesch M, Nyhan WL. A familial disorder of uric acid metabolism and central
nervous system function. Am J Med. Apr 1964;36:561-70.
• chlapec 4 roky, PMR, infekce urinárního traktu, krystaly, chybná
diagnóza cystinurie
• diagnostikovány krystaly urátu v moči
• bratr 8 let, PMR, automutilace
M Lesch
WL Nyhan
• legendární ukázka medicínského výzkumu
“the idea of a potential new disease with all its ramifications seemed so great
that we immediately quit”
“Mike worked full time and essentially did 100 % of the lab work documenting
that this was an inborn error of purine metabolism”
• děti se rodí klinicky zdravé, první příznak nadprodukce s-KM, neurolog.
symptomy (3-4 m), PMR, choreoatetoidní pohyby, spasticita s hyperreflexií
a nůžkovitým překřížením dolních končetin, zvracení, křeče, agresivita,
automutilace, IQ norma až↓ 50
• výrazná hyperurikurie (300 - 850 µmol/kg/24 hodin)
hyperurikémie, ↑ hladina hypoxanthinu v moči,
↓ aktivita HPRT v erytrocytech/fibroblastech
http://newborns.stanford.edu
• deplece purinů, defekt v syntese dopaminu
• ↓ hladina DOPA dekarboxylasy
• variabilita, bez korelace genotyp/fenotyp
• hyperurikémie
jediný léčitelný důsledek nemoci
prevence urátové nefropatie a dny
WN Nyhan et al. Atlas of metabolic diseases, 2005
Aktivita HGPRT ve fibroblastech
Lesch-Nyhanův syndrom
< 1.5%
Kelly-Seegmillerův syndrome 1.5 – 8%
HPRT-related hyperurikémie
•
William N Nyhan, Bruce A Barshop, Pinar T Ozand (eds). Atlas of metabolic diseases, 2nd edition. London: Hodder Arnold, 2005
> 8%
Deficit HGPRT-urátový tofus
•
William N Nyhan, Bruce A Barshop, Pinar T Ozand (eds). Atlas of metabolic diseases, 2nd edition. London: Hodder Arnold, 2005
• Lesh-Nyhanův syndrom
nápadné nutkavé chování se sebepoškozováním, variabilita
• transplantace kostní dřeně upravila aktivitu HPRT v erytrocytech k
normě, ale nezměnila neurologické symptomy
• chronická stimulace globus pallidum
http://www.dent.ucla.edu/pic/visitors/teethloss/images/PreFig9.jpg
• přenáší metyl, metabolismus aa, syntesa katecholaminů, transmetylace,
transsulfurace; další purinové enzymopatie (Arts Syndrom)?
Inaktivace X chromosomu
• vyrovnání genové dávky, kompenzace rozdílu v počtu kopií
X vázaných genů
• lyonizace, Mary Frances Lyonová, 1961
• více než jeden chromosom X, ale i u patologických karyotypů s více
než jedním X chromosomem 47,XXY aj.
• neprobíhá u monosomie 45,X či mužů 46,XY
• časná fáze vývoje (100 buňek, 16. den), lokalizace u jad. membrány
• vysoce kondenzovaný chromatin, patrné jako tzv. Baarovo tělísko
• inaktivované geny mají metylovaný cytosin v oblasti promotoru,
modifikace histonů
• 10-15% genů uniká inaktivaci - XIST (X-inactive specific transcript)
• inaktivace náhodná a trvalá
foto Andrew Karpov
foto K. Barták
• u ženy je v každé buňce jeden z X chromosomů inaktivován
• heterozygotky mohou vykazovat určité příznaky onemocnění, s
ohledem na to, kolik buněk obsahuje inaktivovaný X
chromosom se zdravou alelou
• závislost klinických symtomů na fenomenu lyonizace
• asymptomatické heterozygotky
• symptomatické heterozygotky, mírnější příznaky onemocnění
• plně symptomatické heterozygotky, výjimečně
• genetická konzultace
• preimplantační diagnostika
• prenatální diagnostika
HPRT deficit: kazuistika 1
II.1 , 48 muž, chronická tofózní dna, nefrolitiasa, s-KM>800 μmol/l, HPRT
aktivita 1 nmol h−1 mg −1 haemoglobin (50-500), p.Tyr72Cys
II.4, 56 muž, renální kolika/nefrolitiasa, proteinurie, chronická polyartikulární
artritida, polyneuropatie, tofi, s-KM 612 μmol/l, HPRT aktivita 3.9, p.Tyr72Cys
III.2, 27 muž, asymptomatický, HPRT aktivita 105, wt
II.2, 50 žena, normourikémie, ↑ p-hypoxantin a xantin
HPRT aktivita v erytrocytech ↓ 8.6
heterozygotní varianta p.Tyr72Cys
X-inaktivace > 75% wt
Sebesta I et al. NNNA 2008 Jun;27(6):648-55.
AII.1, 39 žena, hyperurikémie od 19 let, 8 dnavých atak od 33, MTP 1
s-KM
hypoxanthin
xanthin
HPRT deficit: kazuistika 2
AIII.4 8-m chlapec, opožděný vývoj, hypotonie od 3 m, dystonie, krystaly v
plence
hypoxanthin
s-KM
c.402+1G>A v genu HPRT
xanthin
Nový pohled na diferenciální diagnostiku HPRT
•
•
•
•
heterozygotní ženy s deficitem HPRT
hyperurikémie, případně manifestace dny
fyziologická hladina xanthinu a hypoxanthinu
fyziologická enzymová aktivita
s-KM, hyperurikémie, dna
↑ hladina hypoxanthinu a xanthinu
diagnostická mezera!
HPRT aktivita v erytrocytech ↓
molekulárně genetická konfirmace
opakovaný nález hyperurikémie u dětí
a mladých žen a/nebo familiární hyperurikémie je jasnou
indikací k detailnímu vyšetření metabolismu KM
Poruchy degradace purinů
•
•
•
•
deficit adenosindeaminasy
zvýšená aktivita adenosindeaminasy
deficit purin nukleosidfosforylasy
deficit xanthin oxidasy/dehydrogenasy
NH2
O
N
N
AMP deaminasa
N
N
H
N
NH4+
H2O
O
N
Ribosa-5-fosfát
N
O
N
H
N
N
H2N
H
Ribosa-5-fosfát
N
IMP
H2O
Nukleotidasa
Pi
Adenosin
H
Ribosa-5-fosfát
AMP
H2O
N
O
H2O
NH4+
H2O
Nukleotidasa
Inosin
Pi
Ribosa-1-P
Ribosa-5-fosfát
Xanthinoxidasa
O2 + H2O H2O2
GMP
H2O
Nukleotidasa
Nukleotidasa
Pi
Pi
Xanthosin
Guanosin
Pi
Purinnukleosidfosforylasa
(PNP)
Ribosa-1-P
Hypoxanthin
N
N
H
XMP
Pi
Adenosindeaminasa
N
N
Pi
Purinnukleosidfosforylasa
(PNP)
Ribosa-1-P
Xanthin
Guanindeaminasa
NH4+
kyselina močová
H2O
Purinnukleosidfosforylasa
(PNP)
Guanin
Poruchy adenosindeaminasy
20q13.12, OMIM 608958
Deficit adenosindeaminasy
• ↑ adenosin a deoxyadenosin, močové konkrementy
• ↑ adenin v plazmě a výrazná lymfopenie
• ↑ deoxyadenosinu a dATP v lymfocytech, inhibice ribonukleotidreduktázy nezbytné pro syntézu DNA, ↓ aktivita ADA v erytrocytech
Sauer et al. Front Immunol 2012
• hypoplasie až absence lymfatické tkáně
• první týdny/měsíce těžké postižení humorální i buněčné imunity
• variabilní neurologické odchylky
• SCID (severe combined imunodeficiency disease) s lymfopenií s
častými infekcemi (kůže, respirační a gastrointestinální trakt)
• deficit ADA se podílí na SCID 15-20 %
• transplantace kostní dřeně, transfuse ozařovaných erytrocytů, ADA
modif. polyetylenglykolem (↑ poločasu, ↓ imunogenicity)
• genová léčba hematopoetickými kmenovými buňkami
Deficit xanthin oxidasy/dehydrogenasy
• XDH/XO katalyzuje dva konečné kroky degradece purinů
• oxidace hypoxanthinu na xanthin a/nebo xanthinu na KM
Hypoxanthin
Xanthinoxidasa
Guanindeaminasa
Xanthin
NH4+
O2 + H2O H2O2
O2 + H2O
Xanthinoxidasa
H2O2
O
H
O
H
N
N
O
N
H
N
H
Močová kyselina
H2O
Guanin
Xanthinurie
• AR
• typ I (OMIM 278300): deficit XDH/XO
• typ II (OMIM 603592): kombinovaný deficit XDH/XO a aldehyd
oxidasy a/nebo deficit molybden cofactor sulfurasy
• hypourikémie až nedetekovatelná hladina s-KM, zvýšená urinární
exkrece hypoxanthinu a xanthinu
• xanthinová litiasa, ARF, deposity xanthinu
http://www.tamilspider.com/attachments/Resources/3322-71129-xanthine.jpg
• typ III, molybden cofactor deficience (OMIM #252150): ztráta
aktivity sulfit oxidasy, XDH/XO, AOX, neonatální nástup
• těžké neurologické postižení,
• epilepsie, encefalopatie, hypertonie
• úmrtí v kojeneckém věku
kontrola
0.090
KM
0.080
0.070
0.060
AU
0.050
hypoxanthin
xanthin
0.040
0.030
0.020
0.010
0.000
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
Minutes
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
0.14
hypoxanthin
0.12
pacient
xanthin
0.10
AU
0.08
0.06
0.04
KM
0.02
0.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
Minutes
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
HPLC chromatogram močového vzorku
typ I
• izolovaný defekt XDH/XO, blok v produkci KM, akumulace
hypoxantinu a xantinu
• neprobíhá přeměna allopurinolu na oxypurinol
typ II
• kombinovaný defekt XDH/XO, AO, případně MOCOS
• probíhá přeměna allopurinolu na oxypurinol
Arikyants N. et al. Pediatr Nephrol 2007
XDH II
XDH I
• jednorázově 300/150 mg allopurinolu, odběr před podáním a
hodinu po podání allopurinolu
N1-methyl-2-pyridone-5-karboxamid (2PY)
• koncový produkt degradace nikotinamid-adenine dinukleotidu
• ↑ s-2PY u chronického selhání ledvin, uremický toxin
• ↓ s-2PY koncentrace u XDH typu II
2PY
(µmol/mmolCr)
4PY
(µmol/mmolCr)
Case 1 (III-1)
25.9
1.8
Case 2 (III-3)
82.9
5.9
Sister (III-2)
24.8
1.9
Mother (II-7)
59.6
4.2
Father (II-14)
48.1
3.8
Case 3
61.2
6.5
Subject
Urolithiasis. 2015 Feb;43(1):61-7. doi: 10.1007/s00240-014-0734-4
• raritní onemocnění
• 150 diagnostikovaných pacientů
• 50% asymptomatických
• pitný režim
Dědičné metabolické poruchy
pyrimidinů
• porucha syntézy pyrimidinů
Orotová aciduire
• deficit uridinmonofosfát syntasy
• AR, OMIM 613891
• blok v syntéze → hromadění orotátu → zvýšené vylučování →
krystalurie (málokdy litiasa)
• snížená produkce pyrimidinů → poruchy dělení buněk, porucha
krvetvorby, megaloblastová anemie nereagující na léčbu (nedostatečná
syntéza DNA)
• poruchy růstu, PMR, neprospívání,
leukopenie, malátnost
• léčba: uridin (kinasa mění na UMP)
http://www.prohealthdynamics.com/images/orotic_and_sulphuric_acid_ojrx.jpg
• porucha degradace pyrimidinů: deficit dihydropirimidin dehydrogenasy,
deficit dihydropyriminidasy, deficit thymidinfosforylasy
Deficit DPD – dihydropyrimidin dehydrogenasy
• hromadění uracilu a thyminu v tělních tekutinách
• AR, OMIM 274270
• kompletní deficit: nemoc dětského věku → PMR,
hypertonie, autismus, mikrocefalie a dysmorfismus
• bez léčby
• parciální deficit: % běžné populace
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00439-009-0653-6
neurotrofická keratitits
http://www.ijo.in/articles/2008/56/4/images/IndianJOphthalmol_2008_56_4_336_41422_1.jpg
Deficit DPD – dihydropyrimidin dehydrogenasy
• toxicita 5-fluorouracilu (onkologie) → nedostatečná degradace
léčiva), vliv DPD >80%
• neutropenie, stomatitida, neurologické symptomy
• změna chemoterapeutika
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3897149/
Deficit thymidin fosforylasy
TP
OMP
Mitochondriální neurogastrointestinální encefalopatický
syndrom (MNGIE)
• AR multisystémové onemocnění, OMIM 603041
• začátek mezi 1.a 5.dekádou (60% pacientů před 20.rokem života)
• progresivní gastrointestinální dysmotilita (časný pocit sytosti,
nauzea/zvracení po jídle, dysfagie, reflux, průjmy/zácpy)
• progresivní kachexie
• neurologické obtíže - demylinizace periferních nervů, parestesie,
poruchy sluchu
• laktátová acidosa, acidurie, ↑ vylučování thyminu v moči a séru
• poruchy replikace mtDNA → porucha mitochondriálního
energetického metabolismu
Porfyrie
http://www.home-air-purifier-expert.com/images/heme.jpg
http://devoid.blogs.heraldtribune.com/files/2009/10/werewolf.jpg
http://th01.deviantart.com/fs21/300W/f/2007/258/a/5/Vampire_Caitlin_Deadly_Beauty_by_VampHunter777.jpg
David Dolfin: 1985, přednáška na sjezdu Americké asociace pro rozvoj vědy
• porfyriny: cyklické tetrapyrrolové sloučeniny obsahující systém
konjugovaných dvojných vazeb odpovědný za typické absorpční
maximum ve fialové části spektra, tzv. Soretovo maximum (cca 400
nm)
• prekurzory hemu, u rostlin a dalších fotosyntetických organismů
prekurzory chlorofylu
•
metaloporfyriny: chelatačně vázaný atom kovu
• volné porfyrinycyklické sloučeniny tvořené
čtyřmi pyrrolovými kruhy
Hem-struktura
• Hem: prostetická skupina s Fe2+ ve
středu tetrapyrrolového jádra
• červená barva hemu: konjugovaný
systém dvojných vazeb → excitace →
emitace červené části spektra
viditelného světla
• 1,3,5,8-tetrametyl-2,4-divinyl-6,7dipropionová kyselina: systematický
název porfyrinu IX, který spolu s
Fe2+ tvoří hem
http://www.home-air-purifier-expert.com/images/heme.jpg
Hemoproteiny-příklady
• konjugované proteiny: prostetickou skupinou je hem
• hemoglobin a myoglobin- vazba O2 (Fe2+)
• katalasa - přeměna peroxidu vodíku na vodu a kyslík
• cytochromy
– přenosy elektronů v dých.řetězci
– NOS
(Fe2+ ↔Fe3+)
• cystathionin beta-syntasa-strukturní funkce
http://www.reactome.org/figures/porphyrin_biosynthesis.jpg
Porfyrie
• defekt v každém kroku z osmi enzymatických reakcí
• Porphyrus – řecky purpur, manifestace některých forem onemocnění
(moč)
• často AD dědičnost, některé i AR dědičnost
• obvykle nástup v dospělosti
• manifestace často až po vyvolávajících momentech (hladovění,
menses, léky, oslunění …)
Porfyrie
• klasifikace dle nejvíce postižených orgánů s produkcí porfyrinů:
• erytropoetické (AIP, PCT, HCP, VP, ADP
• hepatální (CEP)
• erytrohepatální (EPP)
• klasifikace dle projevů:
• kožní (PCT, EPP, CEP, také VP a HCP)
• jaterní (AIP, ADP, VP, HCP)
• klasifikace dle klinických průběhů:
• akutní (AIP, PV, HCP, ADP)
• chronické (PCT, EPP, CEP)
• akutní
• chronické
http://www.jle.com/en/revues/medecine/ejd/e-docs/00/04/18/FB/texte_alt_jleejd00203_gr1.jpg
Jak poznat porfyrii zrakem?
http://terrycomeau.com/Porphyria/Porphyria.htm
http://www.pathguy.com/lectures/erythrodontia.jpg
• fluorometrické a fotometrické vlastnosti porfyrinů v moči, plasmě,
erytrocytech, stolici; červenání až hnědnutí zubů, ústup dásní
Absorpční spektrum porfyrinů
http://www.jle.com/en/revues/medecine/ejd/e-docs/00/04/18/FB/texte_alt_jleejd00203_gr1.jpg
• hromadění porfyrinogenů → oxidační produkty porfyriny →
fotosenzitivita → excitace porfyrinů → reakce s molekulárním
kyslíkem → kyslíkové radikály → poškození buněčných organel →
uvolnění lysosomálních enzymů (erytém, puchýře, jizvení)
Akutní porfyrie: jaterní
•
•
•
•
akutní intermitentní porfyrie
porfphyria variegata
hereditární koproporfyrie
Dooseho porfyrie (AR): deficit 5-aminolevulátdehydratasy
• dědičnost AD
• indukovaná klinická manifestace: léky (barbituráty, sulfonamidy),
alkohol, hormony, stres, hladovění ...
• ↑ aktivity syntasy aminolevulové kyseliny vede ke ↑ tvorbě porfyrinů,
glukosa indukci ALA-syntasy potlačuje
• akutní ataky: křečovité až agonizující bolesti břicha, tachykardie,
zvracení, úporná zácpa, křeče
• porfyrický záchvat může být život ohrožující, neuro-viscerální
symptomatologie
• latentní akutní jaterní porfyrie: široký seznam ne/bezpečných léků
Chronické porfyrie
•
typické fotodermatosy
•
nelze navodit akutní porfyrickou ataku
•
symptomatická jaterní porfyrie
•
alkohol může vést k manifestaci
•
↑ výskyt po intoxikaci hexachlorbenzenem, dioxinem →
porucha enzymu hemové syntézy
Neurologické příznaky u porfyrií
• periferní nervový systém
• zvýšená aktivita sympatiku: tachykardie, hypertenze
• bolesti břicha: nelokalizované i kolikovité
• parestesie
• periferní neuropathie - svalová slabost
• centrální nervový systém
• neklid
• až psychotické stavy
• mechanismus: interference se synaptickými funkcemi (strukturní
podobnost GABA a delta-ALA), nedostatek hemu (NOS, Trp pyrrolasa)
AIP akutní intermitentní porfyrie
• AD defekt hydroxymetylbilan syntasy (porfobilinogen deaminasa,
PBGD, uroporfyrinogen-I-syntasa)
• hromadění prekursorů hemu v játrech (ALA, PBG)
• 20. - 40. rok, častější manifestace u žen >2:1
• akutní krize – spuštěny léky (barbituráty, sulfonamidy, některá
anestetika aj.), lačněním, stresem, menstruací, hormony, …
• obraz NPB
• polyneuropatie
• psychiatrické příznaky – agitace, deprese
• bez kožních projevů
• mezi krizemi – asymptomatický průběh
• Dg – porfyriny, porfobilinogen, kyselina delta-aminolevulová v moči
Léčba akutní intermitentní porfyrie
zvýšená potřeba syntézy hemu
zvýšené
odbourávání
xenobiotik
vyvarovat se léků,
hormonů, alkoholu
zvýšené
odbourávání
hemu HO-1
chybí
zpětná
inhibice
heme
syntézy
heminarginate
hemu
nehladovět
http://terrycomeau.com/Porphyria/Porphyria.htm
• hereditární koproporfyrie
• porphyria variegata
• raritní
• AD
• neuropsychiatrické příznaky
• fotosensitivita
• Dooseho porfyrie
• AR
• abdominální bolest, neuropsychiatrické příznaky
• ataka: ↑ koproporfyrin, ALA
Hereditární koproporfyrie
• AD, coproporphyrinogen oxidasa (CPOX)
• klinická manifestace obdobná jako u AIP
• 20% pacientů: fotosensitivita
• ataky obecně mírnější než u AIP
• ↑ močová hladina delta-aminolevulové kyseliny a porfobilinogenu
• diagnostika: signifikantně ↑ močová hladina PBG a koproporfyrinu,
p-porfyrin obvykle v normě, u pacientů s kožními lesemi může být ↑
• prevence, léčba: obdobně jako AIP
Porphyria variegata
• AD, protoporphyrinogen oxidasa (PPOX)
• "variegate" → neurologické a/nebo kožní symptomy
• symptomy a léčba obdobné jako u AIP
• ↑ delta-aminolevulová kyselina a porphobilinogen v moči během atak
• na rozdíl od AIP a HCP, plasmové porphyriny jsou často ↑
• fluorescence ~626nm
Doss porhyria
• AR, 5-aminolevulátdehydratasa (ADP)
• < 10 pacientů (muži)
• těžký deficit způsobuje ↑ 5'-aminolevulové kyseliny v játrech,
plasmě a moči
• ↑ koproporfyrin (moč) a protoporfyrin (erytrocyty)
• léčba obdobná jako u ostatních akutních porphyrií
Porphyria cutanea tarda
• nejčastější porfyrie (uroporfyrinogendekarboxylasa)
• AD, 1 : 5 000
• bez neurologických symptomů
• typické kožní projevy: vysoká zranitelnost kůže, spontánní tvorba
puchýřů (ruce, čelo, pleš), hyperpigmentace, ochlupení v obličeji
• častá iniciace současným jaterním poškozením (alkohol, hepatitida
C, estrogeny)
• neléčená PCT může vést ke karcinomu jater
• nedědičná forma (sporadická, tzv. PCT 1. typu).
• Dg – specifické porfyriny v moči, krvi a stolici (uroporfyrin),
• charakteristická fluorescence porfyrinů (plasma) 619-620 nm
• opakované venepunkce: ↓ nadbytečných porfyrinů a železa
• antimalarikum chlorochinin: pomalé vyplavování porfyrinů
• ochrana před slunečním zářením
PCT (porphyria cutanea tarda)
http://www.jle.com/en/revues/medecine/ejd/e-docs/00/04/18/FB/texte_alt_jleejd00203_gr1.jpg
• zvýšená zranitelnost, eroze, sekundární infekce, krusty, puchýře,
alopecie, hyperpigmentace, …
Kongenitální erythropoietická protoporfyrie
•
•
•
•
•
•
•
•
Güntherova choroba (uroporfyrinogen-III-synthasa)
zvýšená tvorbě porfyrinů v kostní dřeni
AR, vysoce raritní
nástup v kojeneckém/dětském věku
fotosensitivita a erytrodoncie
hemolýzy a postižení jater - karcinomy
neurologickém příznaky - vzácně
léčba: transfuse, beta-karoten, transplantace jater a kostní dřeně
http://www.pathguy.com/lectures/erythrodontia.jpg
http://www.jle.com/en/revues/medecine/ejd/e-docs/00/04/18/FB/texte_alt_jleejd00203_gr1.jpg
Erythropoietic protoporphyria (EPP)
• defekt ferrochelatasy
• AD, OMIM*612386
• AR, OMIM#177000
• X-vázaná, XLEPP, delta-aminolevulinic acid synthase-2, OMIM
#300752
• akumulace protoporfyrinu v kostní dřeni, játrech a kůži
• časný nástup
• ↑ hladina protoporfyrinu IX v erytrocytech a plasmě
• fotosensitivita
• hemolysa a jaterní poškození zřídka
• neurologické symptomy vzácně
• beta-karoten, eliminace léků způsobujících cholestasu
Děkuji za pozornost
• poruchy metabolismu kyseliny močové
• poruchy metabolismu purinů a pyrimidinů
• porfyrie
[email protected]