Diagnostika a terapie monogenně podmíněných poruch metabolismu

Diagnostika a léčba
DMP
Viktor Kožich
n=800
Patofyziologie metabolitů u DMP
substrát
<1500 Da
vedl.produkt
>1500 Da
produkt
1
2
3
Kategorie DMP-příklady
Malá molekula
Komplexní
molekula
Hromadění
substrátu
•Aminoacidopatie
•Hyperamonemie
•Org.acidurie
•Lysosomální
nemoci
Chybění
produktu
•Glykogenosy
•Poruchy BOX MK
•Poruchy synthesy
kreatinu
•CDG syndromy
•Generalisované
peroxisomální
nemoci
Osnova
 Diagnostika obecně
 Novorozenecký screening
 Selektivní screening
 Léčba
Proč je třeba znát diagnosu?
Vysvětlení klinických příznaků
 Omezení úzkosti a nejistoty
 Prevence zbytečných dalších vyšetření
 Prevence dalších komplikací
 Zahájení léčby
 Stanovení rizika pro příbuzné probanda

Diagnostika ≈ verifikace hypothes
pacient
http://farm1.static.flickr.com/21/100467846_832c312de1_o.gif
Diagnostika DMP
je
genetické testování
Úrovně diagnostiky
Osnova

Diagnostika obecně
 Novorozenecký
screening
Selektivní screening
 Léčba

Genetiké testování
Selektivní screening
Celopopulační screening
Screening
To screen= prosévat
 Screening= identifikace osob se
zvýšeným rizikem nemoci
 Diagnosa se ověřuje jinými nezávislými
metodami

zdraví
falešné
nálezy
pacienti
Úspěšná diagnostika DMP
+
Vědoucí lékař(ka)
3.bp.blogspot.com/.../s320/physicianatdesk.jpg
Dostupný laboratorní test
Genetické testování
Selektivní screening
Celopopulační screening
Novorozenecký screening
Novorozenecký screening

Aktivní vyhledávání nemocí
v celé populaci,
presymptomatická
diagnostika

Sensu stricto- laboratorní
analysa suchých krevních
skvrn

Zakladatel-Prof. Robert
Guthrie 1916-1995
JMG Wilson and G Jungner: Principles and Practice of Screening for Disease, WHO 1968
Klasická kritéria pro screening










Nemoc je důležitá a častá
Latentní fáze, kdy je nemoc bezpříznaková
Průběh nemoci a mechanismy jsou známé
Spolehlivý test
Test je populací akceptovatelný
Hledání pacientů musí být kontinuální proces
Přijatelná léčba
Podmínky pro diagnostiku a léčbu
Konsensus o tom, kdo má být léčen
Náklady dg a léčby musí být ekonomicky
vyvážené v systému zdravotní péče
ISNS data 2007
www.isns.org
Jak se
rozhodnout, které
nemoci se mají
screenovat?
Prospěch versus riziko
USA: prospěch postiženého
dítěte a znalost diagnosy
Evropa: poškození rodin u
falešně pozitivních nálezů
nebo nemocí s nejasnou
prognosou/léčbou
Frekvence
Časné klinické projevy
Závažnost nemoci
Prospěch léčby-pacient
Prospěch léčby-rodina
Prevence úmrtí
Max. 700 bodů
• Nemoc
• Test
• Léčba
Max. 2100 bodů
81 nemocí
1° 29 nemocí
2° 25 nemocí
http://www.bioethics.gov/images/new_born_screening.gif
Jaké choroby screenovat ? USA - ACMG:
Skupina onemocnění
Panel primárního významu
(n=30)
Panel sekundárního významu
(n=25)
Organické acidurie/acidémie
IVA; GA I; HMG; MCD; MUT; Cb1 Cb1 C,D; 2M3HBA; IBG; 2MBG;
A,B; 3MCC; PROP; BKT
3MGA; MAL
Poruchy oxidace mastných kyselin
MCADD; VLCADD; LCHADD;
TFP; CUD
M/SCHADD; SCADD; MCKAT; GA
II; CPTD I; CPTD II; CACTD; DE
REDUCT
Poruchy metabolismu aminokyselin
PKU; MSUD; HCY; TYR I; ASA;
CIT
HPA; TYR II; BIOPT (BS); TYR III;
ARG; BIOPT (REG); MET; CIT II
Hemoglobinopatie
SCA; Hb S/Th; Hb S/C
Variantní Hb včetně HbE
Jiná onemocnění
CH; BD; CAH; GAL; Deafness;
CF, SCID
GALE; GALK
.. další: syndrom fragilního X, LSD, vrozené infekce (toxoplasmóza, CMV, HIV, hepatitidy), LQT,
riziko pro DM I
NS USA-2009
29
31
31
45
34
44
31
33
54
45
47
51
50
50
49
31
52
4
9
13
24
33 31
45
41
52
50
32
41
51
30
37
48
29
31
53
48
29
45
49
51
32
46
32
35
50
44
46
35
35
40
41
31
36
52
48
DC
Jaké choroby screenovat ? Evropa - ISNS:
Základní skupina
(metodika screeningu není složitá a zdravotní efekt je
prokázán)
7 onemocnění s relativně
vysokou prevalencí
3 onemocnění s nižší
prevalencí
PKU/HPA, CH, CAH, CF,
MSUD, GA I, GAL
MCADD, Hb S/Th, Hb S/C
Kandidátní skupina
(19 onemocnění, u kterých NS
zatím představuje více výzev a
nejasností ve vztahu ke kriteriím dle
Wilsona a Jungnera)
BD, CPTD II, CACTD, GA II,
HMGD, HCSD, HCY, IVA, BKT,
LCHADD, LSD, 3MCC, TYR I TYR
II a III, VLCADD, deficit vitaminu
B12, SCID, CMV
Zdroj: Therell BL et all: Current status of newborns screening worldwide: 2015. Seminars in Perinatology 2015;39: 171-87
~1:2 900
1985
2006
~1:4 000
1975
2009
↓
~1:6 000
Celý
program:~1:1 200
Jak správně odebírat
správné sušení
3 hod, ne přímé teplo,
pokoj.T, bez kontaktu
denní odesílání vzorků !!!!!!!
http://cms.ich.ucl.ac.uk/website/imagebank/images/Neonatal_appendix.gif
Proč je důležitý správný odběr?
Tandemový hmotnostní spektrometr
(MS/MS)
Diagnostická efektivita DMP
576,000 novorozenců (IX/2009-XII/2014)
DMP
PKU/HPA
Deficit MCAD
Deficit LCHAD/MTP
Deficit VLCAD
Hydroxyprolinemie
Leucinosa
IVA
GA I
Celkem
Počet
pacientů
Incidence
110
29
10
1:5 200
1:19 900
1:57 800
4
3
3
3
3
1:144 400
1:192 600
1:192 600
1:192 600
1:192 600
165
1:3 500
Informace pro rodiče
www.novorozeneckyscreening.cz
Osnova
Diagnostika obecně
 Novorozenecký screening

 Selektivní
 Léčba
screening
Genetické testování
Selektivní screening
Celopopulační screening
Selektivní screening
Klinický výběr pacientů
je klíčovou
komponentou
selektivního screeningu
Klinický obraz DMP-věk
http://www.hrr.co.uk/acatalog/crocodile_toddler.jpg
http://www.co.shasta.ca.us/html/DSS/images/FosterParentingAdopt/infant.jpg
http://markandrich.googlepages.com/Old-woman.jpg/Old-woman-full.jpg
Klinický obraz DMP-orgány
http://universe-review.ca/I10-82-organs.jpg
Klinický obraz-multisystémovost
http://www.istockphoto.com/file_thumbview_approve/5982111/2/istockphoto_5982111-human-internal-organs.jpg
Signály možnosti DMP




Rodinná anamnesa: konsanguinita, podobný průběh
nemoci u příbuzných, neobjasněné úmrtí příbuzných
Onemocnění považované původně za běžné
neodpovídá na standardní léčbu
Multisystémové onemocnění
Průběh nemoci ovlivněný zevními faktory/potravou

katabolismus
 hladovění
 příjem proteinů nebo cukrů (galaktosa, fruktosa)

Nevysvětlitelné laboratorní odchylky při běžných
vyšetřeních
Podklad y- Dr.D.Behulová
DMP-skupiny dle patofyziologie
DMP
„intoxikačního typu“
(nízkomolekulární
látky)
Poruchy
energetického
metabolismu
akutní i chronický průběh
DMP
s komplexními
molekulami
(vysokomolekulární
látky)
symptomy trvalé,
progresivní
Potrava a DMP malých
(Sub)akutní toxicita
molekul
 mléko (laktosa)-hepatopathie

sacharosa/fruktosa/sorbitol- hepatopathie a
hypoglykemie
 bílkovinná strava- zvracení, letargie, koma (poruchy
cyklu močoviny, organické acidurie)
 MCT oleje- porucha srdečního rytmu (poruchy betaoxidace MK)
Hladovění a DMP
 ketotická hypoglykemie u glykogenos
 hypoglykemie se sníženou tvorbou ketolátek
(poruchy beta-oxidace MK)
 metabolické koma (MAc nebo hypermamonemie) při
katabolismu/hladovění
Indicie DMP při běžných laboratorních
vyšetřeních moči a likvoru
Vyšetření moči
 Abnormální
zápach
 Abnormální zbarvení
 Krystalurie
 pH moči
 Ketolátky
 Kyselina močová
 Myoglobin
Vyšetření likvoru
– Glukosa
– Celková bílkovina
– Laktát
Selektivní screening
Jeden metabolit
Profil metabolitů=
metabolomika
Komplexní směsi-obtížná
detekce
http://www.surlalunefairytales.com/illustrations/cinderella/images/hall_cinderella.jpg
http://2.bp.blogspot.com/_ndSioEQ29iM/THGz8dhNaKI/AAAAAAAACwI/mbO0743ibKQ/s1600/Kym+Hepworth,+mixed+beads.jpg
http://ustl1.univ-lille1.fr/chimie/html/Enseignement/ATE_web/chrom/Tswett_final.jpg
HPTLC- oligosacharidy v moči
Foto Dr.Ledvinová
AMA- citrulinemie
pacient
kontrola
50
12,29
150
3,57
200
0,0
0,0
2,5
2,5
5,0
5,0
350
250
100
10,0
7,5
10,0
12,5
18,40
15,0
15,0
17,80
14,80
12,5
14,81
13,80
18,39
13,72
14,00
14,70
12,08
10,63
150
14,96
14,70
7,5
13,81
75
11,51
10,36
7,77
100
13,47
12,28
6,61
7,21
125
13,72
12,08
300
10,64
6,64
25
6,63
5,86
Vol tage [m V]
5,54
200
5,93
5,07
3,26
50
4,24
Vol tage [m V]
GC: methylmalonová aciduria
175
17,5
20,0
T ime [min.]
17,5
20,0
T ime [min.]
50
0,0
2,5
5,0
7,5
10,0
12,5
100
18,40
15,0
15,0
17,80
14,70
12,5
14,80
10,0
13,81
7,5
13,47
300
10,64
5,0
12,08
6,63
2,5
5,93
14,88
13,76
5,94
18,47
13,85
12,28
5,12
150
14,96
200
5,07
0,0
4,24
100
3,29
18,69
12,33
14,74
6,67
10,68
Vol tage [m V]
200
13,72
12,29
150
3,57
Vol tage [m V]
GC: deficit MCAD
250
50
17,5
20,0
T ime [min.]
350
250
17,5
20,0
T ime [min.]
Hmotnostní spektrometrie
1. rozměr
MS
LC
GC
www.nature.com/.../v2/n2/fig_tab/nrd1011_F5.html
Fragmentace
http://www.ch.cam.ac.uk/staff/pics/es1.jpg
Sensitivita
Alkaptonurie: 1-5 g homogentisátu /d
 Cystinurie: 1-5 g cystinu /d

Moč-litry

PKU: 0.1 g Phe /l krve
0.2 – 1 ml séra

MCAD: C8 acylcarnitin 0.0001 g / l krve
NS terč 0.003 ml krve
In vivo měření metabolitů
Před léčbou
Deficit kreatinu v mozku (MRS)
Po léčbě
Vyšetřování metabolitů u DMP






Specializované testy
Obvykle nedostupné v rutinních laboratořích
Většinou profilové analysy
Většinou chromatografické techniky, potřebné je
nákladné vybavení
Metody pracné, řada „in-house“ testů
Komplexita interpretace (např. organické
kyseliny), nutná specializace
Selektivní screening
Enzymová aktivita
Účinnost transporteru
Množství enzymu ?
Lze použít ELISU?
Principy enzymologického vyšetření
•separace substrátu a produktu
•kvantifikace přírůstku či úbytku
*
substrát
produkt
změněný
kofaktor
•kvantifikace přírůstku či úbytku
kofaktor
*
Stanovení enzymů u DMP

Obvykle nutné buňky
 Leukocyty,
fibroblasty
 Tkáně plodu a obalů plodu


Techniky fluorimetrické a radiometrické
(event. fotometrické), velký rozmach
MS/MS
Měřený parametr:
 úbytek
substrátu nebo tvorba produktu
 změny kofaktoru
Typické výsledky enzymologie

Postižení homozygoti
jasně deficitní

Heterozygoti: překryv

Zdraví homozygoti:
obvykle negausovské
rozdělení aktivity v
populaci
Selektivní screening
Analysa DNA/RNA
http://openwetware.org/images/6/61/DNA_sequencing.JPG
Next generation sequencing



Sekvenování
exomu je
dostupné (1% z
3GB)
Ceny klesají (cíl
1000 USD za
genom)
Analysa dat je
největší úskalí
Next generation sequencing?
?
Nejistota o
fenotypových
dopadech
pozorovaných
alelických variant
Typický výsledek NGS-exom


Komplexní filtrační algoritmy
dbSNP, EVS, 1000genomes a populačně specifické dB
Porovnání oproti databázím
cca 20k coding variants
9.5k nonsynonymous variants
10k synonymous variants
500 small InDels
150 loss of function variants
100 variants associated with genetic diseases
100-150 private variants
0-2 de novo germline mutation
Převzato od Dr.V.Stráneckého
Úspěšná diagnostika DMP
+
vědoucí lékař/ka
dostupný laboratorní test
3.bp.blogspot.com/.../s320/physicianatdesk.jpg
Osnova
Diagnostika obecně
 Novorozenecký screening
 Selektivní screening

 Léčba
Léčba DMP
substrát
produkt
Léčba primárního defektu
substrát
2
1
enzym
transportér
produkt
?
?
Léčba primárního defektu
substrát
2
1
enzym
transportér
produkt
Transplantace
buněk a
orgánů
Genové
manipulace
Enzymové
manipulace
Genové manipulace

Náhrada genu




Ovlivnění exprese genů



ADA deaminasa- léčba v 90.letech
Inserční mutagenesa se vznikem
leukemie u části pacientů
Hledají se bezpečné virové vektory
Malé molekuly (PBA, VPA…)
Glukosa u pofyrií (exprese HO 1)
Oprava mutace


Pročtení se předčasným stopkodonem
Antisense oligo pro poruchy sestřihu
Léčba zaměřená na enzym

Substituce normálním enzymem





Parenterální podávání
Transport do cílového
Imunitní odpověd-protilátky
Cena a výroba
Stabilizace mutantního enzymu



Přirozené ligandy- kofaktory
Umělé ligandy-malé molekuly
(farmakologické chaperony)
Slibný přístup k léčbě
Erlandsen H and Stevens RC, The Structural Basis of Phenylketonuria. Mol Genet Metab. 1999 Oct; 68(2):103-125.
Enzyme supplementation therapy
Enzymová substituční terapie

Užití u nemocí (LSD)-rutinní i v testování










M.Gaucher (glukocerebrosidasa)‫‏‬
M.Fabry (alfa galaktosidasa A)‫‏‬
M.Pompe (kyselá alfa glukosidasa)‫‏‬
MPS I (alfa iduronidasa)‫‏‬
MPS II (alfa iduronátsulfatasa)‫‏‬
MPS VI (arylsulfatasa B)‫‏‬
M.Niemann-Pick B (kyselá sfingomyelinasa)‫‏‬
MPS IVA
Wollmanova nemoc (kyselá lipasa)
Výroba rekombinantních enzymů
Genzyme, TKT, Biomarin, Shire, Inotech….
ERT u Gaucherovy nemoci


Hromadění glukosylceramidu
převážně v buňkách odvozených od
makrofágů (Gaucherovy buňky)
Léčba: endocytosa zprostředkovaná
receptorem




manosový receptor (makrofágy,
endothelie, játra)
není transport do mozku
glukocerebrosidasa ošetřená
exoglykosidasami (odstranění M-6-P)
Enzym isolovaný z lidské placenty X
recombinantní enzym (CHO cells) X
recombinantní enzym v mrkvi
Přirozené kofaktory


Většina vitaminů= prekursory
kofaktorů
Příklady použití






BH4 u PKU
Pyridoxin u deficitu CBA a OAT
Riboflavin u deficitu ETF-DH
Vit.B12 u cblA a cblB
Ubichinon u defektů respiračního
řetězce
Mo-kofaktor in kombinovaného deficitu
XO/SO
http://upload.wikimedia.org/wikibooks/en/8/89/Coenzyme.GIF
Farmakologické chaperony
Gregersen N J Inherit Metab Dis (2006) 29:456–470
Farmakologické chaperony
Slibná oblast výzkumu
 Často kompetitivní inhibitory enzymů
 Efektivita t.č. většinou nízká
 M.Fabry, Gaucher - klinické zkoušky

High-throughput screening (HTS)
malých molekul



Knihovny–stovky tisíc látek
Knihovny schválených a
běžně užívaných léků – např.
NINDS
Assay



Interakce s proteinem:
fluorescence, absorbance, křivky
tavení
Funkční důsledky: enzymová
aktivita, biologická assay
Automatizace, miniaturizace
http://bccg.burnham.org/HTS/HTSInstrumentation.aspx
Léčba primárního defektu
substrát
2
1
enzym
transportér
produkt
Transplantace
buněk a
orgánů
Genové
manipulace
Enzymové
manipulace
Transplantace
http://2.bp.blogspot.com/_uqBx13aymCE/TA9EBoLq_bI/AAAAAAAAB3w/aJ7yI-gU43o/s1600/Allogenic.gif
Přenos hematopoetických kmenových bb




Zdroj: kostní dřeň, pupečník
Výhoda: přechod
hematoencefalickou bariérou
Nevýhoda: vysoká mortalita
Lysosomální nemoci




Mucopolysacharidosa I- dobrá
responsivita
MPS III – není zpomalení progese
u neurologických obtíží
Krabbeho nemoc-slibné výsledky u
časně diagnostikovaných pacientů
(novoroz.screening New York)
Peroxisomální nemoci

X-ALD
http://www.sflorg.com/sciencenews/images/imscn
060807_01_01.jpg
Přežívání u cerebrální formy X-ALD po
přenosu hematopoetických kmenových bb
Expert Review of Neurotherapeutics 2008, Vol. 8, No. 9, Pages 1367-1379
Transplantace orgánů

Transplantace jater/hepetocytů




Transplantace ledvin




Cystinosa
Hyperoxalurie I
M.Fabry
Kombinovaná transplantace
jater a ledvin



GSD
Poruchy cyklu močoviny
Organické acidurie
Organické acidurie (zvl.MMA)
Hyperoxalurie I
Transplantace srdce

M.Fabry
http://www.coldtruth.com/wp-content/uploads/2009/10/human-organ2.jpg
Léčba ovlivněním metabol.dráhy
1
potrava
2
toxický prekursor
toxický vedl. produkt
substrát
produkt
4
netoxický produkt
3
PAH
PKU
http://www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/bio/aminoacid/gif/phe.gif
Děti cca 400 mg Phe/d
Dospělí 800-1200 mg Phe/d
Léčba ovlivněním metabol.dráhy
1
potrava
2
toxický prekursor
toxický vedl. produkt
substrát
produkt
4
netoxický produkt
3
Substrát-redukující léčba
Farmakologická modulace reakcí nad
enzymovým blokem
 Příklady

Nitison u tyrosinemie I a alkaptonurie
 Miglustat u LSD
 Metronidazol u propionové acidemie
 LNAA u PKU-kompetice o transportér

Léčba alkaptonurie a tyrosinemie I
nitison (NTBC)
http://www.natuurlijkerwijs.com/english/b4f4ca00.gif
Substrát-redukující léčba u M.Gaucher




J. Clin. Invest. 103(4): 497-505 (1999)
THE LANCET • Vol 355 • April 29, 2000
.
Miglustat (OGT 918, SC-48334, Nbutyldeoxynojirimycin)
Orálně aktivní aminocukr
Inhibuje syntasu glukosylceramidu a
synthesu glykosfingolipidů
Střední koncentrace GM1
gangliosidu klesla o 38.5% po12
měsících léčby (p < 0.05)
Léčba ovlivněním metabol.dráhy
1
potrava
2
toxický prekursor
toxický vedl. produkt
substrát
produkt
4
netoxický produkt
3
Snížení toxicity hromaděných substrátů

Méně toxické konjugáty


Rozpustnější komplexy


Isovalerová acidemia-glycin
Cysteamin
Fyzikálně chemické vlivy (moč)
Alkalinizace
 Zvýšený přívod tekutin

Glycin u isovalerové acidemie
http://img.medscape.com/fullsize/migrated/455/705/smj455705.fig1.gif
Léčba ovlivněním metabol.dráhy
1
potrava
2
toxický prekursor
toxický vedl. produkt
substrát
produkt
4
netoxický produkt
3
Dodání chybějícího produktu

Přímo produkt blokované reakce





Obohacování směsi AMK (Tyr u PKU)
Glukosa u GSD
Biotin u deficitu biotinidasy
BH4 u defektů v synthese a recyklaci BH4
Distální obejití bloku





Glukosa u poruch beta-oxidace
MCT oleje u poruch beta.oxidace dlouhých MK
Uridin u orotové acidurie
Obohacování směsi AMK (Cys u deficitu CBS)
Hemarginát u AIP
Léčba biotinem
MCT a mitochondrie



MCT oleje
Transport
nezávislý na
karnitinových
transporterech
Použití u defektů
CARN a VLCAD
Léčba nespecifická systémová
1
Eliminace toxinů
Hemodialysa
Hemadsorption
(výměnná transfuse)
(peritoneální dialysa)
2
Obecná léčba
Energie
Hydratace
Léčba infekce
Atd.
Léčba poruchy cyklu močoviny
CVVHD = continuous venovenous hemodiafiltration; HD = hemodiafiltration.
Clay A S , Hainline B E Chest 2007;132:1368-1378
©2007 by American College of Chest Physicians
http://www.iubmb-nicholson.org/gif/images/InbornErrors.gif