Mitokondriális betegségek
Gerbitz, Klaus-Dieter; Gempel, Klaus; Bauer, Matthias F.
A zsírsavak és az aminosavak bomlásának nagy része intramitokondriálisan lokalizálódik. Ezen anyagcsere-utak zavarai anyagcsere-betegségekhez vezetnek, amelyek leginkább az újszülöttet, ritkábban az idősebb gyermekeket vagy felnőtteket érintik. Az enzimhibákat a megnövekedett metabolitok jellemzik, amelyek az érintett enzim előtt felhalmozódnak. Ma a tandem tömegspektrometriás technológia lehetővé teszi ezen diagnosztikailag úttörő metabolitok nagy számának meghatározását néhány mikroliter vérből. Sok esetben ez lehetővé teszi a helyes diagnózis felállítását anélkül, hogy bonyolult és olykor invazív módszereket kellene igénybe venni. Ez az áttekintő cikk bemutatja a tandem tömegspektrometria működési módját, kezeli a kiválasztott zsírsavak és aminosavak lebomlásának biokémiáját, patobiokémiáját és terápiáját, és tipikus példák segítségével bemutatja az új technológia fontosságát.
Kulcsszavak: tandem tömegspektrometria, veleszületett anyagcserezavar, zsírsav oxidáció, organoaciduria, aminosav anyagcsere
Mitokondriális betegségek: A zsír- és aminosav-anyagcsere veleszületett rendellenességeinek tömegspektrometriája
A zsírsavak és az aminosavak lebomlási útvonalainak fő részei a mitokondriumban helyezkednek el. Az ezen utak mentén jelentkező hibák az újszülött, a csecsemő vagy a felnőtt anyagcsere-betegségét okozhatják. Az enzimhiányok meghatározott lépésekben blokkolják az anyagcserét, és specifikus szubsztrátok felhalmozódásához vezetnek. A tandem tömegspektrometria (TMS) most egy új és nem invazív módszert kínál, amely alkalmas a nagyon kicsi vérmintákban felhalmozódott és indikatív metabolitok mérésére. A TMS lehetővé teszi a betegség okozó enzimatikus hiba gyors megerősítését, amelyet korábban invazív és kiterjesztett biokémiai eljárásokkal kellett azonosítani. Ez az áttekintő cikk bemutatja a tandem tömegspektrometria előnyeit a zsír- és aminosav-rendellenességek diagnosztizálásában és terápiájában. Az anyagcsere ezen veleszületett hibáinak biokémiáját és patobiokémiáját, valamint azok megerősítését tipikus betegségesetek mutatják be.
Kulcsszavak: Tandem tömegspektrometria, az anyagcsere veleszületett hibái, zsírsav-oxidáció, szerves savak, aminosav-anyagcsere
A karnitin/acil-karnitin transzport rendszer betegségei
Karnitin-palmityl-transzferáz-hiány: A karnitin-palmityl-transzferáz (CPT) hiányosságai izomhiányra oszlanak, amely befolyásolja a CPT II-t (®) és főleg korai felnőttkorban (OMIM 255110), ritkán újszülötteknél is (OMIM 600649) és a ritkábban előforduló infantilis májtípus, amelyben a máj CPT I aktivitása () teljesen hiányzik (OMIM 255120). A gyermekkorban előforduló CPT hiányokat súlyos hipoglikémia és hipoketonémia jellemzi, a felnőtt CPT-II hiányt a testmozgás okozta rhabdomyolysis jelzi.
Karnitin-transzlokáz hiány:
A karnitin-transzlokáz hiány (Ї) (OMIM 212138) hatással van a tényleges transzportfehérjére, amely a mitokondriális belső membrán citoszolos oldaláról a mátrixba juttatja a zsírsavakat, ahol a tényleges β-oxidáció zajlik. A betegség klinikailag általában nehéz, és nem ketotikus hipoglikémia, izomgyengeség és főleg kardiomiopátia jellemzi (9).
Hogyan idézzük ezt a cikket:
Dt Дrztebl 1999; 96: A-3035-3042
[47. szám]
Beaudet AL, Sly WS, Valle D, szerk.: Az örökletes betegség metabolikus és molekuláris bázisai. New York: McGraw-Hill, 1995; 1501-1533.
14. Tang NLS, Ganapathy V, Wu X és mtsai: Az OCTN2, egy szerves kation/karnitin transzporter mutációi hiányos sejtes karnitinfelvételhez vezetnek primer karnitin hiányban. Hum Mol Genet 1999; 8, 655-660.
15. Wilcken B, Leung KC, Hammond J, Kamath R, Leonard JV: Terhesség és magzati hosszú láncú 3-hidroxi-acil-koenzim A dehidrogenáz-hiány. Lancet 1993; 341, 407-408.
A szerző címe
Prof. Dr. med. Klaus-Dieter Gerbitz
Klinikai Kémiai, Molekuláris Diagnosztikai és Mitokondriális Genetikai Intézet
A cukorbetegség kutatócsoportja a müncheni-schwabingi kórházban
Kцlner Platz 1
80804 München
Zsírsav transzport és b-oxidáció. A trigliceridek hasításából származó hosszú láncú zsírsavak a plazmamembránon (PM) átjutva acil-CoA-észterekké aktiválódnak. A CoA-észtereket a CPT I átalakítja acil-karnitinné (lásd a rövidítéseket a szövegben), a belső membránon szállítják át egy karnitin/acil-karnitin transzlokáz segítségével, és a CPT II újra acil-CoA-vá alakítja. A plazmamembránban lévő nátrium-függő karnitin transzporter (OCTN2) szabad karnitint tesz elérhetővé ehhez a folyamathoz. A zsírsavak B-oxidációja a mitokondriális mátrixban megy végbe. Végtermékeik, a FADH2 és a NADH oxidálódnak a légzési láncban, míg az acetil-CoA bejut a citrát ciklusba.
Tandem tömegspektrometria (TMS)
A tömegspektrometria 30 éve ismert, és lehetővé teszi az ionizált molekulák tömegének nagy pontossággal történő meghatározását (5). Az azonosítás azon a tényen alapul, hogy a különböző súlyú ionok különböző mértékben eltérülnek egy elektromágneses mezőben. Az elmúlt évek döntő technikai fejlesztései hozzájárultak ahhoz, hogy a tömegspektrometria fontos módszerré váljon az anyagcsere laboratóriumában:
- "lágy" ionizációs módszerek, például az elektrospray módszer bevezetése
- erőteljes tömeganalizátorok (kvadrupolok) kifejlesztése
- két analitikai kvadrupól ("tandem" MS) soros kapcsolata
A tandem tömegspektrométer felépítése:
A tömegspektrométer egy olyan ionforrásból áll, amelyben egy mintából gáznemű ionnyaláb keletkezik, egy tömegelemzőből, amely az ionokat tömeg/töltés hányadosa szerint elválasztja, és egy detektorból, amely tömegspektrumot szolgáltat az egyes ionok relatív intenzitásával (grafikus ábra). 6). Az ionizáláshoz a mintát egy finom tűn keresztül permetezik, amelyre nagyfeszültséget alkalmaznak (elektrospray ionizáció). Az ionok tömeganalízise úgynevezett kvadrupolokban történik. A tandem tömegspektrométerben két kvadrupól (Q1 és Q2) kapcsolódik egymás mögé. Az ütközési cella Q1 és Q2 között helyezkedik el, amelyben az ionok molekuláris szerkezetüktől függően fragmentálódnak. Ez az elrendezés lehetővé teszi a specifikus metabolitok azonosítását az ép molekula tömege és egy jellegzetes fragmens alapján. Ennek a tandem elvnek az az előnye a korábbi egyszerű spektrométerekkel szemben, hogy a metabolitok spektrumát előzetes kromatográfiás elválasztás nélkül lehet meghatározni egy olyan komplex mátrixból, mint például a szérum.
A mitokondriális aminosav lebomlási útvonalainak rendellenességei. Az elágazó láncú leucin, izoleucin és valin, valamint a lizin és a triptofán lebontása nagyrészt a mitokondriális mátrixban megy végbe. A végtermékeket vagy bevezetjük a citrát-ciklusba (acetil-CoA és szukcinil-CoA), vagy ketontestként (acetoacetátként) használjuk fel az energiát. A FADH2 és NADH redukciós egyenértékeket a légzési láncban használják energiatermeléshez, csakúgy, mint a zsírsav oxidációnál.
MCAD hiány. Normál karnitin spektrumot mutatunk be, amely lefedi a szabad karnitin (m/z = 218) és a C18 karnitin-észter tartományát (m/z = 484; m/z = tömeg/töltés, z = 1). Az abszcisszán az ép karnitin-észter tömege van megadva, a ordinátán az ionok intenzitása. A normál karnitin spektrum körülbelül 70% szabad karnitinből (218) áll, az úgynevezett acil-karnitin lényegében acetil-karnitinből (260) áll. MCAD-hiány esetén csökken a C6-C10 zsírsavak bomlása. Az újszülött karnitin-spektrumában tehát jellemzően nő a C6-karnitin (316), a C8-karnitin (344) és a C10: 1-karnitin (370); Ezt az egyszeresen telítetlen zsírsavat négy b-oxidációs ciklus hozza létre: C18: 1, olajsav, egy gyakoribb étkezési zsírsav; ezt a négy ciklust a VLCAD katalizálja.
Propionsavaciduria és metilmalonsavuria. A propionsav-savasuriában a szabad és acetil-karnitin mellett propionil-karnitin (274) fordul elő, amely egyébként csak nyomokban fordul elő. A metilmalonsavas ururiában szenvedő négyéves gyermek karnitin-spektruma, aki már alacsony izoleucin- és valintartalmú étrendet folytat, és karnitinnel egészítik ki, metilmalonil-karnitint is mutat (374). A szabad karnitin a karnitin terápia miatt megnövekszik.
HMG-CoA liázhiány és I. típusú glutársavuria. Tünetmentes időközönként 6 éves, ismert HMG-CoA liázhiányos gyermeket vizsgáltunk, akit már speciálisan alacsony amino-diétával és karnitinnel kezeltek. A metabolikus blokk elmaradása a szérumban a 3-hidroxi-izovaleril-karnitin (318) és a 3-metil-glutaril-karnitin (402) specifikus növekedésében nyilvánul meg. A lizin és a triptofán lebontásakor keletkező glutaril-CoA megtalálható a GA I-ben glutaril-karnitin néven (388). A rövid, közepes és hosszú láncú zsírsavak tartományában észlelhető egyéb csúcsok nem észlelhetők, ami kizárja a II. Típusú GA.
Az elektrospray tandem tömegspektrométer vázlatos ábrázolása