Genetické poruchy lysozomálního systému
Lysozomální
(endozomální) systém byl
v posledních letech předmětem intenzivního výzkumu. Dnes již klasické
poznatky o složení jeho oddílů na časný endozom (recyklující kompartment),
pozdní endozom (degradační kompartment) a jejich základních charakteristikách,
jako je mechanismu cíleného transportu lysozomálních enzymů do pozdního
endozomu a mechanismus jeho acidifikace, byly obohaceny o mnohé další. Jde
především o identifikaci a zčásti i o vysvětlení funkce nových neenzymových
membránových lysozomálních komponent, jako je NPC1 (Niemann-Pick C1) protein,
který je lokalizován v podskupině endozomů a jehož funkce v dnešním
pohledu spočívá v kontrole složení lipidů (cholesterolu a pravděpodobně
glykolipidů) endozomálních membrán a regulaci jejich intracelulárního
transportu v kooperaci se solubilním proteinem NPC2. Dalším v této
skupině jsou glykoproteiny LAMP 1 a 2 (lysosomal associated membrane proteins),
mukolipin, komplexní fosfoglycerid bis(monoacylglycero)fosfát (lysobisfosfatidová
kyselina) a některé další proteiny, jejichž deficit vede k fenotypům
neuronálních ceroid-lipofuscinóz typu 3, 5, 6, 8). Funkce těchto membránových
komponent není doposud specifikována. Část z nich je pravděpodobně
lokalizována v systému endoplazmatické retikulum/Golgi. Lépe je známa
funkce transporterů v endozomální membráně, které zajišťují přenos sialové
kyseliny (a dalších aniontů) a cysteinu přes membránu do cytozolu (jejich
mutací dochází k akumulaci těchto enzymových produktů).
Nejracionálnější
rozdělení lysozomálních geneticky podmíněných poruch spojených se střádáním je
podle povahy postiženého proteinu. Prvou velkou skupinu tvoří klasické
enzymopatie vedoucí k patogeneticky významně snížené katalytické aktivitě
lysozomálního enzymu.
Pokud jde o výčet lysozomálních
enzymů, jejich počet přesahuje padesát. Jde o jednotlivé (single) proteiny,
které mohou vytvářet homodi- až oligomery. V několika případech (viz níže)
je pro jejich funkci nezbytný peptidový aktivátor, nebo posttranslační úprava,
umožňující jejich cílený transport do degradační části endozomálního systému,
vznik aktivního centra, nebo agregace do „stabilizačního“ komplexu
s jinými enzymy. Rozdíl mezi počtem známých lysozomálních enzymů (viz
níže) a počtem známých lysozomálních enzymopatií (viz níže) naznačuje, že lze
očekávat objevení dalších jednotek.
A.
Poruchy
postihující degradační funkce lysozomálně-endozomálního systému spojené
s hromaděním neodbouraných metabolitů. Lysozomální systém sám je
primárně normální (38 jednotek)
I. Lysozomální enzymopatie způsobené
deficitem enzymové aktivity v důsledku
1. mutace
v genu enzymového proteinu
b. Lysozomální enzymopatie postihující degradaci lipidů (9
jednotek)
c. Lysozomální enzymopatie postihující degradaci proteinů a
glykogenu (4 jednotky)
d. Lysozomální enzymopatie postihující degradaci
glykozaminoglykanů (10 jednotek)
2.
mutace
v genu enzymového aktivátoru (5 jednotek)
3. poruchy posttranslační
modifikace enzymového proteinu (2 jednotky)
4. poruchy funkce protektivních
proteinů (1 jednotka)
Diagnosticky je
kruciální stanovení deficitní enzymové aktivity a případně mechanismu jejího
vzniku.
II. Poruchy
lysozomálních proteinů s nekatalytickou funkcí
Jde o poruchy lysozomálního systému samotného. Lysozomální enzymy nejsou
primárně postižené. Lze rozlišovat dvě základní podskupiny.
1. mutace proteinových transporterů v
lysozomální membráně (2 jednotky)
2. mutace dalších, funkčně málo definovaných
proteinů lysozomů. Některé jsou primárně lokalizované i v ER/Golgiho
komplexu (7 jednotek)
Aktivity všech lysosomálních enzymů jsou normální nebo i zvýšené.
Rozhodující je DNA diagnosa (mutace v genu deficitního proteinu
s nekatalytickou funkcí)
ad A.
Klinické projevy a
průběh nemoci jsou také v této skupině velmi heterogenní a to i
v rámci jednotlivých chorob a mohou se promítat do všech klinických oborů.
Fenotyp každé jednotky odráží rozdíly v tkáňových obratech postižené
lysozomální funkce, kompatibilitu dané poruchy s biologii buňky, výší
residuální enzymové aktivity a stability mutantního enzymového proteinu (např.
jeho urychlená degradace). Prakticky u všech jednotek existuje variabilita
fenotypu, která je komplexním odrazem genotypu a dalšího osudu molekuly
enzymového proteinu v buňce a nepochybně dalšími faktory. Týká se to
jednak doby nástupu příznaků a jejich tíže, rychlosti průběhu nemoci, postižení
mozku u mnohých z těchto chorob a různého postižení viscerálních orgánů.
Jedinou racionální
a bezpečnou terapií je v současné době i.v. dodání funkčního enzymu
(enzyme replacement therapy, ERT), působícího ve viscerálním extracelulárním
prostoru, odkud se endocytózou dostává do střádajících buněk, avšak bez
možnosti proniknout přes tkáňové bariery. Tato terapie funguje u Gaucherovy a u
Fabryho nemoci a je připravena pro několik dalších enzymopatií (Pompeho
choroba, MPS I, II a VI, Nieman-Pickova choroba B). Testována je inhibice
syntézy glykolipidů s cílem snížit přísun kritického substrátu do
insuficietního degradačního kompartmentu (u Gaucherovy a Fabryho nemoci).
V procesu testování jsou i chemické látky ovlivňující konformaci
mutantního proteinu, které redukují jeho degradaci v endoplasmatickému
retikulu a zvyšují možnost jeho transportu do lysozomů.
Incidence
lysozomálních poruch se
odhaduje na hodnoty okolo 1: 8000 (u nás 1:13000). Některé jednotky mají
zvýšený etnický výskyt, např. Gaucherova a Tay-Sachsova nemoc u židovské
populace, některé další v isolovaných oblastech (oblast Salla ve Finsku
nebo Norrbotten v severním Švédsku).
Diagnóza
Na biochemické
úrovni jsou jednotlivé enzymopatie charakterizovány deficitem aktivity některé
z lysozomálních hydroláz měřeným in vitro v buněčném preparátu
(leukocyty periferní krve, nebo kultivované kožní fibroblasty nebo amniocyty,
choriové klky) a ukládáním příslušného substrátu. Nerozštěpené substráty jsou
ukládány intracelulárně v lysozomálním kompartmentu, čímž se podstatně
liší od naprosté většiny DMP. Tento proces vede k lysozomální distenzi,
která má histologický korelát ve vakuolizaci postižených buněk.
V elektronovém mikroskopu mívá akumulovaný substrát relativně příznačnou
strukturu (např. membránovou). Průkaz akumulace substrátu (nebo jeho zvýšené
vylučování močí) je obecně významným diagnostickým mezičlánkem. Zvýšenou
exkreci kritického substrátu v moči lze prokázat u metachromatické
leukodystrofie, Fabryho a Farberova choroby, u deficitů aktivátorů (lipidy), u
GM1- gangliosidózy (oligosacharidy), u mukopolysacharidóz (glykosaminoglykany).
Také v séru mohou být koncentrace substrátů zvýšené oproti kontrolám Ve
skupině enzymopatií je nutno v některých případech stanovit mechanismus
enzymového deficitu (absence aktivátorů, chybná posttranslační úprava, narušený
stabilizační komplex). Průkaz střádání enzymových substrátů je cenný v
případech deficitů aktivátorů, neboť enzymová analysa in vitro v rutinním
uspořádání nemusí defekt plně prokázat.
Diagnóza na úrovni
DNA má u enzymopatií komplementární charakter, pro potvrzení heterozygotního
stavu je však nezbytná.
V současnosti
tato skupina představuje 38 jednotek, které lze dále rozdělit podle povahy
převažujícího nedegradovaného substrátu. Rozhodující pro diagnózu je průkaz
chybějící enzymové aktivity, tj. posouzení katalytické funkce enzymu
V případě
porušeného lysozomálního transportu produktů enzymové reakce (sialová kyselina, cystin) je diagnóza
stanovena na úrovni metabolitu a DNA (gen příslušného transportéru)
U poruch
neenzymových lysozomálních proteinů, jsou k disposici omezené funkční testy mutantního proteinu (u
NPC1, NPC2). Značnou roli hraje analýza hromaděných komponent (jejich
ultrastrukturální vzhled, immunohistochemická a biochemická analýza),
proteinová analýza mutantního proteinu (omezené metodické možnosti). Rozhodující
roli hraje analýza struktury příslušného genu, ke které se přistupuje až po
kritickém zhodnocení fenotypu na všech dostupných úrovních specialistou.
Prenatální
diagnóza je možná u všech
poruch, jeli znám defekt na úrovni proteinu nebo DNA a pokud byl
v risikové rodině definován u probanda.
Obecné
doporučení
Je všeobecně
přijímáno, že z každé DMP by měla být archivována tkáň pro další vyšetření
a studie v budoucnu. Jde nejen o vzorky krve, obzvláště cenné jsou
kultivované kožní fibroblasty, uložené v buněčné bance.
B.
Poruchy sekretorického lysozomálního systému
Byla vyčleněna
skupina konstitucionálně sekrečních lysozomů, nazvaná LRO (lysozome related
organels), které mají membránové parametry lysozomů, řadu lysozomálních enzymů,
ale i další biologicky aktivní komponenty. Jejich degradační intracelulární
funkce srovnatelná s klasickými lysozomy je pravděpodobně nulová, nebo
minimální. Patří sem známá granula T lymfocytů, heparinocytů, primogranula
neutrofilů, denzní granula trombocytů, sekreční granula pneumonocytů typu II,
melanozomy a další. Sekreční proces a do jisté míry i organelová biogeneze jsou
v této skupině regulovány cytozolickými proteiny, jejichž mutace vede ke
fenotypu Chediak-Higashiho nemoci, Eljadeho a Griscelliho syndromu, některých
variant Heřmanského-Pudlákova syndromu, ve kterých se v různé míře
sdružují např. poruchy typu albinismu
(postižení melanocytů, resp. melanozomů), krvácivosti (postižení
destiček), imunodeficitu (postižení T lymfocytů) a další poruchy. Do této
kategorie patří 8 jednotek, ale jejich počet se bude zvyšovat (syndrom
Heřmanského-Pudláka obnáší celou řadu komplementačních skupin.
V současnosti jsou známy čtyři jednotky:
Další informace
Milan Elleder, Jana Ledvinová, Helena Poupětová