Malattie genetiche e metaboliche nei bambini

La scoperta delle basi genetiche del metabolismo alterato ha notevolmente migliorato il trattamento dei pazienti con malattie metaboliche note. Tuttavia, restano da scoprire molti altri disordini genetici e metabolici e le loro cause molecolari. L'obiettivo generale di questo studio è scoprire nuovi geni associati alla malattia nei bambini, stabilendo al contempo un focus specifico sui disturbi metabolici in cui è più probabile che la caratterizzazione molecolare porti a nuove terapie. L'obiettivo primario è identificare nuove mutazioni patogene in bambini con malattie mendeliane rare. Gli obiettivi secondari sono: 1) Ottimizzare la metodologia per la raccolta, l'elaborazione e l'analisi dei campioni metabolomici; e 2) Stabilire intervalli normativi per un gran numero (potenzialmente fino a 1000) di metaboliti nei neonati sani e nei bambini più grandi.

Circa un ricovero su tre negli ospedali pediatrici di cure terziarie deriva da condizioni su base genetica. Sebbene la maggior parte di queste condizioni sia rara, rappresentano collettivamente una quantità sproporzionata di malattie e decessi nei bambini. La scoperta delle basi genetiche di condizioni rare spesso svela le basi fisiopatologiche delle malattie comuni. Ciò è particolarmente vero per le malattie genetiche del metabolismo alterato (errori congeniti del metabolismo, IEM). Ci sono molti altri disturbi genetici e metabolici ancora da scoprire. Dei circa 20.000 geni umani conosciuti, meno di un quinto è attualmente associato a un fenotipo patologico. Gli IEM sono un'area di particolare interesse per noi per due motivi principali. In primo luogo, delle diverse centinaia di IEM conosciute, molte sono già trattate efficacemente con modifiche dietetiche e/o terapia medica. Questo ci indica che la scoperta di nuovi geni IEM ha un grande potenziale per produrre intuizioni clinicamente attuabili sulla fisiopatologia e sulle opportunità terapeutiche, portando infine al trattamento di bambini che altrimenti sarebbero impossibili da curare. In secondo luogo, il PI di questo studio, il dottor Ralph DeBerardinis, è un esperto di metabolomica, la pratica di identificare e quantificare i metaboliti dai sistemi biologici. Implementeremo quindi la profilazione metabolomica basata sulla ricerca per la valutazione di pazienti con sospetta IEM o altre malattie genetiche. Questa analisi dettagliata aumenterà sostanzialmente la probabilità di identificare perturbazioni metaboliche clinicamente rilevanti nei bambini con ritardo della crescita, acidosi, ipoglicemia, iperammoniemia e altre anomalie di presunta origine genetica. Ci consentirebbe anche di interpretare le mutazioni scoperte dal sequenziamento genomico clinico o basato sulla ricerca. Riteniamo che stabilire una procedura sistematica per valutare sia il metaboloma che il genoma nei bambini malati produrrà nuove conoscenze sulle basi genetiche delle malattie pediatriche e, in definitiva, nuovi modi per trattare queste condizioni.

In questo studio, i soggetti saranno reclutati come due popolazioni: controllo e malati. Nella popolazione di controllo, verranno acquisiti campioni di plasma di neonati sani al momento della raccolta del sangue per lo screening neonatale imposto dallo stato da Parkland. Raccoglieremo anche sangue da bambini sani dalle cliniche del Children's Medical Center (CMC), ancora una volta trasportando sulle spalle questo campione di ricerca con la venipuntura per la raccolta del sangue clinicamente indicata. Tutti i campioni di plasma saranno sottoposti a metabolomica per determinare gli intervalli sani per un gran numero di metaboliti. Questo profilo completo dei metaboliti nei bambini verrà utilizzato come range normativo per identificare i metaboliti periferici nei soggetti malati. Inoltre, se vengono rilevati sospetti valori anomali metabolici da questa popolazione normale, i campioni di DNA estratti dalle cellule impaccate rimanenti o dai campioni di sangue saranno sottoposti a sequenziamento genomico per profilare le mutazioni geniche associate. La popolazione malata sarà reclutata dagli ambulatori della Divisione di Genetica e Metabolismo Pediatrico del Dipartimento di Pediatria/CMC. Saranno prelevati campioni di sangue e DNA dai pazienti rispettivamente per l'analisi metabolomica e il sequenziamento di nuova generazione per definire le anomalie metaboliche e le mutazioni geniche associate. I fibroblasti cutanei dei pazienti saranno inoltre raccolti e utilizzati per la validazione biologica degli effetti metabolici di nuove mutazioni, in particolare integrando i fibroblasti malati con alleli wild-type di geni mutati nel paziente. Se in un soggetto viene considerata una malattia mendeliana rara, il sangue dei suoi familiari verrà acquisito e sottoposto ad analisi metabolomiche e genomiche per facilitare l'identificazione dei geni associati alla malattia.