Boli mitocondriale
Gerbitz, Klaus-Dieter; Gempel, Klaus; Bauer, Matthias F.
Cea mai mare parte a descompunerii acizilor grași și a aminoacizilor este localizată intramitocondrial. Perturbările acestor căi metabolice duc la boli metabolice, care afectează în cea mai mare parte nou-născutul, mai rar copiii mai mari sau adulții. Defectele enzimei se caracterizează prin creșterea metaboliților care se acumulează în fața enzimei afectate. Astăzi, tehnologia spectrometriei de masă în tandem face posibilă determinarea unui număr mare din acești metaboliți pionieri diagnostici din câțiva microlitri de sânge. În multe cazuri, acest lucru permite diagnosticarea corectă fără a fi nevoie să recurgă la metode complexe și uneori invazive. Acest articol de revizuire prezintă modul de funcționare al spectrometriei de masă tandem, tratează biochimia, patobiochimia și terapia degradării selectate a acizilor grași și aminoacizilor și demonstrează importanța noii tehnologii folosind exemple tipice.
Cuvinte cheie: spectrometrie de masă tandem, tulburare metabolică congenitală, oxidare a acizilor grași, organoacidurie, metabolismul aminoacizilor
Boli mitocondriale: spectrometrie de masă a tulburărilor înnăscute ale metabolizării grăsimilor și aminoacizilor
Părțile majore ale căilor de degradare a grăsimilor și aminoacizilor se află în mitocondru. Defectele de-a lungul acestor căi pot provoca boli metabolice la nou-născut, sugar sau adult. Deficiențele enzimatice blochează metabolismul la etape definite și duc la acumularea de substraturi specifice. Spectrometria de masă tandem (TMS) oferă acum o metodă nouă și neinvazivă adecvată pentru măsurarea metaboliților acumulați și indicativi în probe de sânge foarte mici. TMS permite confirmarea rapidă a defectului enzimatic cauzator de boală, care anterior trebuia identificat prin proceduri biochimice invazive și extinse. Acest articol de revizuire demonstrează beneficiile spectrometriei de masă tandem în diagnosticul și terapia tulburărilor grase și ale aminoacizilor. Biochimia și patobiochimia acestor erori înnăscute ale metabolismului și confirmarea lor sunt demonstrate de cazuri tipice de boală.
Cuvinte cheie: Spectrometrie de masă tandem, erori înnăscute ale metabolismului, oxidarea acizilor grași, aciduri organice, metabolismul aminoacizilor
Boli ale sistemului de transport al carnitinei/acil-carnitinei
Deficiență de carnitină-palmitil transferază: Deficiențele de carnitină-palmitil transferază (CPT) sunt împărțite într-o deficiență musculară care afectează CPT II (®) și în principal la vârsta adultă timpurie (OMIM 255110), rareori și la nou-născuți (OMIM 600649) apare și tipul hepatic infantil mai puțin frecvent, în care activitatea ficatului CPT I () este complet absentă (OMIM 255120). Deficiențele CPT care apar în copilărie se caracterizează prin hipoglicemie și hipoketonemie severă, deficitul CPT-II la adulți se manifestă prin rabdomioliză indusă de efort.
Deficitul de carnitină translocază:
Un deficit de carnitină translocază (Ї) (OMIM 212138) afectează proteina de transport efectivă, ceea ce determină transferul acizilor grași din partea citosolică a membranei interioare mitocondriale în matrice, unde are loc β-oxidarea efectivă. Boala este de obicei dificilă din punct de vedere clinic și se caracterizează prin hipoglicemie non-ketotică, slăbiciune musculară și în principal cardiomiopatie (9).
Cum este citat acest articol:
Dt Дrztebl 1999; 96: A-3035-3042
[Numărul 47]
Beaudet AL, Sly WS, Valle D, eds.: Bazele metabolice și moleculare ale bolii moștenite. New York: McGraw-Hill, 1995; 1501-1533.
14. Tang NLS, Ganapathy V, Wu X și colab.: Mutațiile OCTN2, un transportor cationic organic/carnitină, duc la absorbția deficitară a carnitinei celulare în deficitul primar de carnitină. Hum Mol Genet 1999; 8: 655-660.
15. Wilcken B, Leung KC, Hammond J, Kamath R, Leonard JV: Sarcina și deficitul de 3-hidroxiacil coenzima A cu dehidrogenază cu lanț lung fetal. Lancet 1993; 341: 407-408.
Adresa autorului
Prof. Dr. med. Klaus-Dieter Gerbitz
Institutul de Chimie Clinică, Diagnostic Molecular și Genetică Mitocondrială
Diabet de grup de cercetare la spitalul din München-Schwabing
Kцlner Platz 1
80804 München
Transportul acizilor grași și oxidarea b. Acizii grași cu lanț lung din scindarea trigliceridelor sunt activați la esteri acil-CoA după trecerea prin membrana plasmatică (PM). Esterii CoA sunt transformați în acil-carnitină de către CPT I (vezi abrevierile din text), transportați peste membrana interioară cu ajutorul unei translocaze carnitină/acil-carnitină și transformați înapoi în acil-CoA de către CPT II. Un transportor de carnitină dependent de sodiu din membrana plasmatică (OCTN2) face disponibilă carnitină gratuită pentru acest proces. B-oxidarea acizilor grași are loc în matricea mitocondrială. Produsele lor finale FADH2 și NADH sunt oxidate în lanțul respirator, în timp ce acetil-CoA este introdus în ciclul citratului.
Spectrometrie de masă tandem (TMS)
Spectrometria de masă este cunoscută de 30 de ani și permite determinarea maselor moleculelor ionizate cu o precizie ridicată (5). Identificarea se bazează pe faptul că ionii cu greutăți diferite sunt deviați la grade diferite într-un câmp electromagnetic. În ultimii ani, îmbunătățirile tehnice decisive au contribuit la spectrometria de masă devenind o metodă importantă în laboratorul de metabolism:
- introducerea metodelor de ionizare „moale” precum metoda electrospray
- dezvoltarea unor analizoare de masă puternice (cvadrupole)
- conexiunea în serie a doi cvadrupoli analitici ("tandem" MS)
Structura unui spectrometru de masă tandem:
Un spectrometru de masă constă dintr-o sursă de ioni în care este generat un fascicul de ioni gazoși dintr-o probă, un analizor de masă care separă ionii în funcție de coeficientul lor de masă/încărcare și un detector care oferă un spectru de masă cu intensitățile relative ale ionilor individuali (grafic 6). Pentru ionizare, proba este pulverizată printr-un ac fin pe care se aplică o tensiune ridicată (ionizare cu electrospray). Analiza de masă a ionilor are loc în așa-numitele cvadrupole. Într-un spectrometru de masă tandem, doi cvadrupoli (Q1 și Q2) sunt atașați unul în spatele celuilalt. Celula de coliziune este situată între Q1 și Q2, în care ionii sunt fragmentați în funcție de structura lor moleculară. Acest aranjament permite identificarea unor metaboliți specifici pe baza masei moleculei intacte și a unui fragment caracteristic. Avantajul acestui principiu în tandem față de spectrometrele simple anterioare este că spectrele metaboliților pot fi determinate dintr-o matrice complexă, cum ar fi serul, fără separare cromatografică prealabilă.
Tulburări ale căilor de degradare a aminoacizilor mitocondriale. Defalcarea aminoacizilor cu lanț ramificat leucina, izoleucina și valina, precum și lizina și triptofanul are loc în cea mai mare parte în matricea mitocondrială. Produsele finale sunt fie introduse în ciclul citratului (acetil-CoA și succinil-CoA), fie sunt utilizate ca corpuri cetonice (acetoacetat) pentru a furniza energie. Echivalentele de reducere FADH2 și NADH sunt utilizate în lanțul respirator pentru producerea de energie, la fel ca în oxidarea acizilor grași.
Deficiență MCAD. Este prezentat un spectru normal de carnitină, care acoperă intervalul de la carnitină liberă (m/z = 218) la ester de carnitină C18 (m/z = 484; m/z = masă/încărcare, z = 1). Pe abscisă este dată masa esterului carnitinic intact, pe ordonată intensitatea ionilor. Un spectru normal de carnitină constă în aproximativ 70% carnitină liberă (218), așa-numitele acil carnitine constând în esență din acetil carnitină (260). În cazul deficienței MCAD există o descompunere redusă a acizilor grași C6-C10. Prin urmare, în spectrul de carnitină al unui nou-născut există, de obicei, o creștere a C6-carnitinei (316), C8-carnitinei (344) și, de asemenea, C10: 1-carnitinei (370); Acest acid gras monoinsaturat este produs de patru cicluri de oxidare b de C18: 1, acid oleic, un acid gras dietetic mai comun; aceste patru cicluri sunt catalizate de VLCAD.
Aciduria propionică și aciduria metilmalonică. În aciduria propionică, pe lângă cea liberă și acetil carnitina, apare propionil carnitina (274), care altfel apare doar în urme. Spectrul de carnitină al unui copil de patru ani cu acidurie metilmalonică care se află deja la o dietă săracă în izoleucină și valină și care este suplimentat cu carnitină prezintă și metilmalonil-carnitină (374). Carnitina gratuită este crescută datorită terapiei cu carnitină.
Deficitul de liază HMG-CoA și aciduria glutarică de tip I. Un copil de 6 ani cu un deficit cunoscut de HMG-CoA liasă, care fusese deja tratat cu o dietă specială cu conținut scăzut de amino și carnitină, a fost examinat la un interval fără simptome. Așezarea în fața blocului metabolic se manifestă în ser printr-o creștere specifică a 3-hidroxi-izovaleril-carnitinei (318) și a 3-metilglutaril-carnitinei (402). Glutaryl-CoA produs prin descompunerea lizinei și triptofanului se găsește în GA I sub formă de glutaryl-carnitină (388). Alte vârfuri vizibile din gama acizilor grași cu lanț scurt, mediu și lung nu sunt detectabile, ceea ce exclude un GA de tip II.
Reprezentarea schematică a spectrometrului de masă în tandem electrospray