Biomarker pro poruchu mukolipidózy typu I, II, III, IV (BioML) (BioML)

Mukolipidózy (ML) jsou skupinou dědičných metabolických onemocnění, při kterých se v těle hromadí jak glykosaminoglykany (GAG), tak další skupina látek zvaných sfingolipidy. GAG jsou dlouhé, opakující se řetězce komplexních molekul cukru a sfingolipidy jsou tuky. Poruchy ML mohou být také označovány jako „defekty cílení“, protože postiženým jedincům chybí enzym (protein, který v těle vyvolává chemické reakce), který „zaměřuje“ jiné enzymy na lysozom (struktura podobná váčku nacházející se v buňce) .

Příznaky ML mohou být vrozené (přítomné při narození) nebo začínají v raném dětství nebo dospívání. Časné příznaky mohou zahrnovat problémy se zrakem a vývojové zpoždění. Postupem času se u mnoha dětí s ML vyvinou slabé mentální schopnosti, mají potíže s dosažením normálních vývojových milníků a v mnoha případech nakonec na tuto nemoc zemřou.

Změny ve specifických genech mají za následek nedostatek nebo absenci cílícího enzymu. Poruchy ML jsou kategorizovány do čtyř skupin na základě klinických znaků a enzymových deficitů. ML-II a ML-III jsou běžnější formy ML. U jedince je obvykle na základě klinických příznaků podezření na poruchu ML. Diagnóza je dále potvrzena laboratorním vyšetřením.

Mukolipidózy se dědí autozomálně recesivním způsobem, to znamená, že se vyskytují pouze tehdy, když dítě zdědí dvě kopie defektního genu, jednu od každého rodiče. Když oba rodiče nesou vadný gen, každé z jejich dětí čelí šanci jedna ku čtyřem, že se u nich vyvine jeden z ML. Zároveň každé dítě také čelí šanci jedna ku dvěma, že zdědí pouze jednu kopii defektního genu. Lidé, kteří mají pouze jeden defektní gen, jsou známí jako přenašeči. U těchto jedinců se nemoc nerozvine, ale mohou defektní gen předat svým vlastním dětem. Protože defektní geny podílející se na určitých formách ML jsou známy, testy mohou v některých případech identifikovat lidi, kteří jsou přenašeči.

Čtyři typy ML jsou sialidóza (někdy označovaná jako ML I) a typy II, III a IV.

• Mukolipidóza typu I (Sialidóza) Sialidózy jsou autozomálně recesivní lysozomální střádavá onemocnění vyplývající z mutací v genu NEU1 (6p21.3). které vedou k intracelulární akumulaci glykoproteinů obsahujících zbytky kyseliny sialové. Oba typy I a II jsou způsobeny mutacemi ve stejném genu.

ML1 (nedostatek NEU1) je neurodegenerativní porucha s progresivním zhoršováním funkcí svalů a centrálního nervového systému. Časté jsou myoklonus, mentální deteriorace, hepatosplenomegalie, svalová slabost a atrofie. Defekt v aktivitě neuraminidázy vede k abnormálnímu množství sialyl-oligosacharidů v moči. Časté jsou deformity páteře, jako je kyfóza. Hluboké šlachové reflexy jsou přehnané. Může být přítomna ataxie a ztráta sluchu. Charakteristická je hrubá facie, sudovitý hrudník a nízký vzrůst. Jaterní buňky obsahují četné vakuoly a četné inkluze.

Třešňově červená skvrna se může objevit v pozdním dětství nebo raném dospívání. Vyskytuje se u téměř 100 % pacientů s typem I, zatímco pouze 75 % pacientů typu II má tento rys pravděpodobně proto, že jejich časná smrt na závažnější systémové onemocnění brání úplnému zjištění. Zraková ostrost je snížena, někdy vážně. Někteří, ale ne všichni jedinci mají zákal rohovky a čočky. Byl také pozorován jemný zákal rohovky. Byl hlášen nystagmus.

Sialidóza typu I a II jsou oba způsobeny mutacemi v genu neuraminidázy. Typ I je spojen s mírnějším onemocněním než typ II, který má dřívější nástup a může se projevit v kojeneckém věku nebo dokonce začít in utero. Předčasná smrt do dvou let věku je běžná u vrozených nebo infantilních forem. Existuje však významná variabilita ve věku nástupu a průběhu onemocnění mezi jednotlivými typy.

• Mukolipidóza typu II (I-Cell Disease) Onemocnění I-buněk (mukolipidóza II) je vzácná dědičná metabolická porucha charakterizovaná hrubými rysy obličeje, kosterními abnormalitami a mentální retardací. Příznaky onemocnění I-buněk jsou podobné, ale závažnější než příznaky Hurlerova syndromu. Symptomy spojené s touto poruchou se typicky stanou zjevnými během kojeneckého věku a mohou zahrnovat četné abnormality lebky a obličeje a zpoždění růstu.

Tato porucha patří do skupiny onemocnění známých jako poruchy lysozomálního střádání. Lysozomy jsou částice vázané v membránách v buňkách, které rozkládají určité tuky a sacharidy. Mnohočetné enzymové deficity spojené s onemocněním I-buněk vedou k akumulaci určitých tukových látek (mukolipidů) a určitých komplexních sacharidů (mukopolysacharidů) v buňkách mnoha tkání těla.

Onemocnění I-buněk je způsobeno mutací v genu GNPTAB, která vede k deficitu enzymu UDP-N-acetylglukoseamin-1-fosfotransferázy. Onemocnění I-buněk se dědí jako autozomálně recesivní genetický rys.

• Mukolipidóza typu III (pseudo-Hurlerova polydystrofie) Mukolipidóza III alfa/beta je pomalu progredující onemocnění, které postihuje mnoho částí těla. Známky a příznaky tohoto stavu se obvykle objevují kolem 3 let.

Jedinci s mukolipidózou III alfa/beta rostou pomalu a jsou nízkého vzrůstu. Mají také ztuhlé klouby a dysostózu multiplex, což se týká mnohočetných kosterních abnormalit pozorovaných na rentgenu. U mnoha postižených jedinců se vyvine nízká kostní minerální hustota (osteoporóza), která oslabuje kosti a činí je náchylnými ke zlomeninám. Osteoporóza a progresivní kloubní problémy také způsobují bolest u lidí s mukolipidózou III alfa/beta, která se postupem času stává závažnější.

Lidé s mukolipidózou III alfa/beta mají často abnormality srdeční chlopně a mírné zakalení čirého krytu oka (rohovky). Jejich obličejové rysy časem mírně zesílí nebo „zhrubnou“. U postižených jedinců se také mohou vyvinout časté infekce uší a dýchacích cest. Asi polovina lidí s tímto onemocněním má mírné mentální postižení nebo problémy s učením. Jedinci s mukolipidózou III alfa/beta obecně přežívají do dospělosti, ale mohou mít zkrácenou délku života.

Mukolipidóza III alfa/beta je vzácná porucha, i když její přesná prevalence není známa. Odhaduje se, že se vyskytuje asi u 1 ze 100 000 až 400 000 jedinců na celém světě. Mutace v genu GNPTAB způsobují mukolipidózu III alfa/beta. Tento gen poskytuje instrukce pro vytvoření části (podjednotky) enzymu zvaného GlcNAc-1-fosfotransferáza. Tento enzym pomáhá připravit některé nově vytvořené enzymy pro transport do lysozomů. Lysozomy jsou oddíly v buňce, které používají trávicí enzymy k štěpení velkých molekul na menší, které mohou být znovu použity buňkami. GlcNAc-1-fosfotransferáza se podílí na procesu připojení molekuly zvané manóza-6-fosfát (M6P) ke specifickým trávicím enzymům. Stejně jako je zavazadlo na letišti označeno, aby bylo nasměrováno do správné destinace, enzymy jsou často po vyrobení „označeny“, aby se dostaly tam, kde jsou v buňce potřeba. M6P funguje jako značka, která indikuje, že trávicí enzym by měl být transportován do lysozomu.

Mutace v genu GNPTAB, které způsobují mukolipidózu III alfa/beta, mají za následek sníženou aktivitu GlcNAc-1-fosfotransferázy. Tyto mutace narušují značení trávicích enzymů pomocí M6P, což zabraňuje mnoha enzymům dostat se do lysozomů. Trávicí enzymy, které M6P tag nedostanou, končí mimo buňku, kde mají zvýšenou aktivitu. Nedostatek trávicích enzymů v lysozomech způsobuje akumulaci velkých molekul. Stavy, které způsobují hromadění molekul uvnitř lysozomů, včetně mukolipidózy III alfa/beta, se nazývají poruchy lysozomálního střádání. Příznaky a příznaky mukolipidózy III alfa/beta jsou s největší pravděpodobností způsobeny nedostatkem trávicích enzymů uvnitř lysozomů a účinky, které tyto enzymy mají mimo buňku.

Mutace v genu GNPTAB mohou také způsobit podobnou, ale závažnější poruchu nazývanou mukolipidóza II alfa/beta. Tyto mutace zcela eliminují funkci GlcNAc-1-fosfotransferázy. Mukolipidóza III alfa/beta a mukolipidóza II alfa/beta představují dva konce spektra závažnosti onemocnění.

• Mukolipidóza typu IV Mukolipidóza typu IV (způsobená mutacemi v genu MCOLN1) je dědičná porucha charakterizovaná opožděným vývojem a progresivní ztrátou zraku. Těžká forma poruchy se nazývá typická mukolipidóza typu IV a mírná forma se nazývá atypická mukolipidóza typu IV.

Přibližně 95 procent jedinců s tímto onemocněním má těžkou formu. Lidé s typickou mukolipidózou IV. typu mají opožděný vývoj mentálních a motorických schopností (psychomotorické opoždění). Motorické dovednosti včetně: sezení, stání, chůze, uchopování předmětů a psaní. Psychomotorické zpoždění je středně těžké až těžké a obvykle se projeví během prvního roku života. Postižení jedinci mají mentální postižení, omezenou nebo chybějící řeč, potíže se žvýkáním a polykáním, slabý svalový tonus (hypotonie), který postupně přechází v abnormální svalovou ztuhlost (spasticitu), a problémy s ovládáním pohybů rukou. Většina lidí s typickou mukolipidózou typu IV není schopna samostatné chůze. Asi u 15 procent postižených jedinců se psychomotorické problémy časem zhoršují.

Vidění může být normální při narození u lidí s typickou mukolipidózou typu IV, ale během první dekády života se zhoršuje. U jedinců s tímto stavem dochází k zakalení čirého krytu oka (rohovka) a postupnému rozpadu světlocitlivé vrstvy v zadní části oka (sítnice). V raném věku mají postižení jedinci těžkou ztrátu zraku nebo slepotu.

Lidé s typickou mukolipidózou IV. typu mají také narušenou tvorbu žaludeční kyseliny (achlorhydrii). Achlorhydrie u těchto jedinců nezpůsobuje žádné příznaky, ale má za následek neobvykle vysoké hladiny gastrinu v krvi. Gastrin je hormon, který reguluje tvorbu žaludeční kyseliny. Jedinci s mukolipidózou typu IV nemusí mít dostatek železa v krvi, což může vést k nedostatku červených krvinek (anémie). Lidé s těžkou formou této poruchy se obvykle dožívají dospělosti; mohou však mít zkrácenou životnost.

Asi 5 procent postižených jedinců má atypickou mukolipidózu typu IV. Tito jedinci mají obvykle mírné psychomotorické zpoždění a může se u nich rozvinout schopnost chůze. Lidé s atypickou mukolipidózou typu IV mají tendenci mít mírnější oční abnormality než lidé s těžkou formou poruchy. Achlorhydrie může být také přítomna u mírně postižených jedinců.

Mukolipidóza typu IV se odhaduje u 1 ze 40 000 lidí. Asi 70 procent postižených jedinců má aškenázské židovské předky.

Mutace v genu MCOLN1 způsobují mukolipidózu typu IV. Tento gen poskytuje instrukce pro tvorbu proteinu zvaného mukolipin-1. Tento protein se nachází v membránách lysozomů a endozomů, kompartmentech v buňce, které tráví a recyklují materiály. Zatímco jeho funkce není zcela objasněna, mukolipin-1 hraje roli v transportu (obchodování) s tuky (lipidy) a proteiny mezi lysozomy a endozomy. Mukolipin-1 se zdá být důležitý pro vývoj a udržování mozku a sítnice. Kromě toho je tento protein pravděpodobně kritický pro normální fungování buněk v žaludku, které produkují trávicí kyseliny.

Většina mutací v genu MCOLN1 vede k produkci nefunkčního proteinu nebo brání tvorbě jakéhokoli proteinu. Nedostatek funkčního mukolipinu-1 zhoršuje transport lipidů a proteinů, což způsobuje hromadění těchto látek uvnitř lysozomů. Stavy, které způsobují akumulaci molekul uvnitř lysozomů, včetně mukolipidózy typu IV, se nazývají poruchy lysozomálního střádání. Dvě mutace v genu MCOLN1 odpovídají za téměř všechny případy mukolipidózy typu IV u lidí s aškenázským židovským původem. Zůstává nejasné, jak mutace v tomto genu vedou ke známkám a symptomům mukolipidózy typu IV.

Nové metody, jako je hmotnostní spektrometrie, dávají dobrou šanci charakterizovat specifické metabolické změny v krvi (plazmě) postižených pacientů, které umožňují v budoucnu diagnostikovat poruchu dříve, s vyšší senzitivitou a specificitou.

Cílem studie je proto identifikovat a validovat nový biochemický marker z plazmy postižených pacientů, který pomůže prospět dalším pacientům včasnou diagnózou a tím i včasnější léčbou. Vyšetření vzorků krve umožní určit, zda je měření ve vzorcích krve proveditelné, a dále podpoří včasnou detekci poruchy mukolipidózy typu I, II, III nebo IV.