Митохондријални заболувања
Гербиц, Клаус-Дитер; Гемпел, Клаус; Бауер, Матијас Ф.
Поголемиот дел од распаѓањето на масните киселини и аминокиселините е локализиран интрамитохондријално. Нарушувањата на овие метаболички патишта доведуваат до метаболички болести, кои најмногу ги погодуваат новороденото, поретко постарите деца или возрасните. Дефектите на ензимите се карактеризираат со зголемени метаболити кои се акумулираат пред погодениот ензим. Денес, технологијата на тандемска масена спектрометрија овозможува да се утврди голем број на овие дијагностички важни метаболити од неколку микролитри крв. Во многу случаи, ова овозможува да се постави правилна дијагноза без прибегнување кон сложени, а понекогаш и инвазивни методи. Оваа статија за преглед го претставува начинот на работа на тандем масената спектрометрија, ја третира биохемијата, патобиохемијата и терапијата на избрана деградација на масна киселина и аминокиселина и ја демонстрира важноста на новата технологија користејќи типични примери.
Клучни зборови: тандемска спектрометрија на маса, вродено метаболичко нарушување, оксидација на масни киселини, органоацидурија, метаболизам на аминокиселини
Митохондријални заболувања: Масовна спектрометрија на вродени нарушувања на метаболизмот на масни и аминокиселини
Главните делови на патеките на деградација на масни и аминокиселини се наоѓаат во митохондриумот. Дефектите по овие патеки може да предизвикаат метаболички болести кај новороденче, новороденче или возрасен. Ензимските недостатоци го блокираат метаболизмот во одредени чекори и доведуваат до акумулација на специфични подлоги. Тандем масената спектрометрија (ТМС) сега обезбедува нов и неинвазивен метод погоден за мерење на акумулираните и индикативни метаболити во многу мали примероци на крв. ТМС овозможува брзо да се потврди ензимскиот дефект што предизвикува болест, а кој претходно требаше да се идентификува со инвазивни и проширени биохемиски процедури. Овој напис за преглед ги демонстрира придобивките од тандем масената спектрометрија во дијагностицирањето и терапијата на нарушувања на масните и аминокиселините. Биохемијата и патобиохемијата на овие вродени грешки во метаболизмот и нивната потврда се докажани со типични случаи на болест.
Клучни зборови: Тандемска спектрометрија на маса, вродени грешки во метаболизмот, оксидација на масни киселини, органска ацидурија, метаболизам на аминокиселини
Болести на системот за транспорт на карнитин/ацил-карнитин
Недостаток на карнитин-палмитил трансфераза: Недостатоци на карнитин-палмитил трансфераза (CPT) се поделени во мускулен недостаток кој влијае на CPT II (®) и главно во рана зрелост (OMIM 255110), ретко и кај новороденчиња (OMIM 600649) и пореткиот инфантилен хепатален тип во кој активноста на црниот дроб CPT I () е целосно отсутна (OMIM 255120). Недостатоците на КПТ кои се јавуваат во детството се карактеризираат со тешка хипогликемија и хипокетонемија, дефицит на CPT-II кај возрасните се манифестира со рабдомиолиза предизвикана од вежбање.
Недостаток на карнитин транслоказа:
Недостаток на карнитин транслоказа (Ї) (OMIM 212138) влијае на реалниот транспортен протеин, што носи трансфер на масни киселини од цитозолната страна на митохондријалната внатрешна мембрана во матрицата, каде што се одвива вистинската β-оксидација. Болеста обично е тешка клинички и се карактеризира со некетотична хипогликемија, мускулна слабост и претежно кардиомиопатија (9).
Како се цитира овој напис:
Дт Дрзтебл 1999 година; 96: А-3035-3042
[Број 47]
Beaudet AL, Sly WS, Valle D, eds.: Метаболните и молекуларните основи на наследна болест. Newујорк: МекГрау-Хил, 1995 година; 1501-1533 година.
14. Tang NLS, Ganapathy V, Wu X et al.: Мутациите на OCTN2, органски транспортер на катјонски/карнитин, доведуваат до дефицитарно внесување на клеточен карнитин во примарен дефицит на карнитин. Hum Mol Genet 1999 година; 8: 655-660.
15. Вилкен Б, Леунг КЦ, Хамонд Ј, Камат Р, Леонард ЈВ: Бременост и недостаток на 3-хидроксиацил коензим А со долг ланец на фетус. Лансет 1993; 341: 407-408.
Адреса за авторот
Проф. медицински Клаус-Дитер Гербиц
Институт за клиничка хемија, молекуларна дијагностика и митохондријална генетика
Истражувачка група дијабетес во болницата во Минхен-Швабинг
Кцлнер Плац 1
80804 Минхен
Транспорт на масни киселини и б-оксидација. Масните киселини со долг ланец од расцепувањето на триглицеридите се активираат во естели на ацил-CoA откако ќе поминат низ плазматската мембрана (ПМ). Естерите на CoA се претвораат во ацил-карнитин со CPT I (види кратенки во текстот), се транспортираат преку внатрешната мембрана со помош на карнитин/ацил-карнитин транслоказа и се претвораат во ацил-CoA од CPT II. Транспортер карнитин зависен од натриум во плазматската мембрана (OCTN2) го прави слободниот карнитин достапен за овој процес. Б-оксидацијата на масните киселини се одвива во митохондријалната матрица. Нивните крајни производи FADH2 и NADH се оксидираат во респираторниот ланец, додека ацетил-CoA се воведува во цитратниот циклус.
Тандем масена спектрометрија (TMS)
Масената спектрометрија е позната веќе 30 години и дозволува масите на јонизирани молекули да се одредуваат со голема точност (5). Идентификацијата се заснова на фактот дека јони со различна тежина се отклонуваат во различни степени во електромагнетно поле. Одлучните технички подобрувања во последните неколку години придонесоа масовната спектрометрија да стане важен метод во лабораторијата за метаболизам:
- воведување на „меки“ методи на јонизација како што е методот на електро прскање
- развој на моќни анализатори на маси (четворки)
- сериско поврзување на два аналитички квадропола („тандем“ МС)
Структура на тандем масен спектрометар:
Масениот спектрометар се состои од извор на јони во кој се создава зрак на гасовити јони од примерок, анализатор на маса што ги раздвојува јони според нивниот количник за маса/полнеж и детектор кој обезбедува масен спектар со релативните интензитети на одделните јони 6) За јонизација, примерокот се прска преку фина игла на која се применува висок напон (јонизација со електро прскање). Масовната анализа на јони се одвива во таканаречените четворки. Во тандем масениот спектрометар, два квадропола (Q1 и Q2) се прикачени еден зад друг. Cellелијата за судир се наоѓа помеѓу Q1 и Q2, во која јони се фрагментирани во зависност од нивната молекуларна структура. Овој аранжман овозможува идентификување на специфични метаболити врз основа на масата на непроменетата молекула и карактеристичен фрагмент. Предноста на овој принцип на тандем во однос на претходните едноставни спектрометри е тоа што спектрите на метаболити можат да се одредат од комплексна матрица како што е серумот без претходна хроматографска поделба.
Нарушувања на патеките на деградација на митохондријалните аминокиселини. Распаѓањето на аминокиселините со разгранет ланец леуцин, изолеуцин и валин, како и лизин и триптофан се одвива во најголем дел во митохондријалната матрица. Крајните производи или се воведуваат во цитратниот циклус (ацетил-CoA и сукцинил-CoA) или се користат како кетонски тела (ацетоацетат) за да обезбедат енергија. Еквивалентите на редукција FADH2 и NADH се користат во респираторниот ланец за производство на енергија, исто како и во оксидацијата на масни киселини.
Недостаток на MCAD. Прикажан е нормален спектар на карнитин, кој опфаќа опсег од слободен карнитин (m/z = 218) до C18 карнитин естер (m/z = 484; m/z = маса/полнење, z = 1). На абсцисата е дадена масата на недопрениот естер на карнитин, на ординатата интензитет на јони. Нормалниот спектар на карнитин се состои од околу 70% бесплатен карнитин (218), т.н. ацил карнитини во суштина се состои од ацетил карнитин (260). Со недостаток на MCAD, постои намалено распаѓање на масните киселини C6-C10. Во спектарот на карнитин кај новороденче, обично има зголемување на C6-карнитин (316), C8-карнитин (344) и исто така на C10: 1-карнитин (370); оваа мононезаситена масна киселина е произведена од четири циклуси на б-оксидација на C18: 1, олеинска киселина, почеста диетална масна киселина; овие четири циклуси се катализирани од VLCAD.
Пропионска ацидурија и метилмалонична ацидурија. Кај пропионична ацидурија, покрај слободниот и ацетил карнитин, се јавува и пропионил карнитин (274), кој инаку се јавува само во траги. Спектарот на карнитин кај четиригодишно дете со метилмалонична ацидурија, кое веќе држи диета со малку изолеуцин и валин и е дополнето со карнитин, исто така, покажува метилмалонил-карнитин (374). Бесплатниот карнитин се зголемува како резултат на терапија со карнитин.
Дефицит на HMG-CoA лиаза и глутаринска ацидурија тип I. 6-годишно дете со познат недостаток на HMG-CoA лиаза, кое веќе било третирано со специјална диета со низок амино и карнитин, било испитано во интервал без симптоми. Заостатокот пред метаболичкиот блок се манифестира во серумот во специфично зголемување на 3-хидрокси-изовалерил-карнитин (318) и 3-метилглутарил-карнитин (402). Глутарил-CoA произведен при распаѓање на лизин и триптофан се наоѓа во ГА I како глутарил-карнитин (388). Другите видливи врвови во опсегот на кратки, средни и масни киселини со долг ланец не се забележуваат, што исклучува тип II GA.
Шематски приказ на електроспреј тандем масен спектрометар