AMINOSURE Afbraak en Metabole Relaties (PDF)

Aminozuren – afbraak en metabole relaties Baynes ch. 15 Saudubray Prof. Dr. An Jonckheere December 2024 Afbraak aminozuren Drie manieren om aminogroep van aminozuren te verwijderen 1. Transaminatie: transfer van aminogroep naar keto-acceptor, met aanmaak van ander aminozuur – vitamine B6 (pyr...

Aminozuren – afbraak en metabole relaties Baynes ch. 15 Saudubray Prof. Dr. An Jonckheere December 2024 Afbraak aminozuren Drie manieren om aminogroep van aminozuren te verwijderen 1. Transaminatie: transfer van aminogroep naar keto-acceptor, met aanmaak van ander aminozuur – vitamine B6 (pyridoxine) = co-factor 2. Oxidatieve deaminatie: verwijderen van aminogroep naar ketozuur, met productie van ammoniak en een gereduceerd flavine coenzyme 3. Niet-oxidatieve deaminatie: hydrolyse naar ketozuur en ammoniak Transaminatie: vitamine B6 = co-factor Oxidatieve deaminatie Fig. 15.3 Niet-oxidatieve deaminatie Fig. 15.3 Nut van transaminatie? Rol in entry in ureumcyclus: 2 NH3+ in de ureumcyclus komen uit aspartaat en glutamaat >> dus eliminatie van ammoniak enkel via deze aminozuren Fig. 15.4  Centrale rol van glutamine Drie vormen van hetzelfde koolstofskelet Baynes fig. 15.5 + slide 29 Viv Oxidatieve deaminatie - Energie-vragende reactie - Transport AZ tussen weefsels - Buffer bij verhoogde ammoniëmie Deze reactie is belangrijk in de nier Fig. 15.5 voor protontransport en pH controle Afbraak aminozuren Stikstofgroep: ammoniak en ureumcyclus Toxiciteit van ammoniak Verhoogde concentratie ammoniak in bloed en andere lichaamsvochten >> ammoniak diffundeert naar de weefsels en door de bloed-hersenbarrière Verhoogde ammoniak geeft een verhoogde synthese van glutamaat uit α- ketoglutaraat } >> voorraad α-ketoglutaraat raakt uitgeput waardoor de Krebscyclus in de hersenen wordt geïnhibeerd encefalopathie Glutamaat is een majeure excitatoire neurotransmitter Verhoogde synthese van GABA (inhibitoire neurotransmitter) uit glutamaat Metabole relaties tussen aminozuren Ureumcyclus Doel: eliminatie van stikstof uit aminozuren is nodig om de koolstofskeletten te recupereren voor andere metabole banen. In de lever Fig. 15.4 Saudubray p. 298 Case: Insaf Spontane ongecompliceerde zwangerschap Normale partus, 40w3d GG 2415g; L 46 cm; SO 31 cm Tweede kind van consanguiene ouders Ouder broertje met Larsen syndroom (spondylo-epifysaire dysplasie met luxaties) Tweede zwangerschap mors in utero op 30 weken Insaf (2) Dag 3: Axiaal hypotoon, somnolent Respiratoire distress Myoclonieën Waar denkt u aan? Wat doet u? Insaf (3) Labo: Infectieparameters negatief Glucose 100 mg/dl pH: 7.63 – pCO2 18 – bic. 19 – BE -0.1 Lactaat 3.8 mmol/L (no 0.5-2) Ammoniak: 530 µmol/L (no < 50) Metabool nazicht: serum aminozuren, serum en urine organische zuren, serum acylcarnitineprofiel >> geen instant resultaat Weetje: ammoniak induceert hyperventilatie >> respiratoire alkalose is een clue Insaf (4) Acute behandeling: Respiratoire ondersteuning via ventilatie Overtollige ammoniak verwijderen en toevoer stopzetten Eénmalige phenobarbital oplaaddosis voor de myoclonieën en epileptisch gestoord EEG Insaf (5) Diagnose: Serum en urine aminozuren: aanwezigheid van argininosuccinaat >> Argininosuccinaat acidurie (ureumcyclus defect) - Argininosuccinaat lyase (ASL) deficiëntie ASL deficiëntie Ureumcyclusdefecten Klinische presentatie Neonatale hyperammoniëmie (>1000 µmol/L): één van de meest ernstige, schadelijkste en meest levensbedreigende metabole ontregelingen! Klassiek: terme neonaat, symptoomvrij interval van enkele dagen Slecht drinken, lethargie; nadien irritabel, braken, tachypnee en hypothermie RESPIRATOIRE ALKALOSE a.g.v. hoge ammoniak Eindigend in convulsies, coma, evt. overlijden Mate van hersenschade is direct gerelateerd aan ammoniakwaarde Ureumcyclusdefecten Diagnose Plasma ammonia : normaal < 50 µmol/L; < 100 µmol/L (neonaat) Plasma aminozuren en urine organische zuren: 1. Alanine en glutamine zijn altijd verhoogd (glutamine = natuurlijke scavenger) 2. Orootzuur in de urine (behalve bij CPS deficiëntie zie slide 15) 3. Verhoging of verlaging van stoffen afhankelijk van de plaats van het enzymdefect AST, ALT waarden wisselend, stolling meestal normaal Moleculaire diagnose Ureumcyclusdefecten Behandeling Richt zich op: 1. verwijderen ammoniak uit lichaamsvochten 2. inhibitie van ammoniak productie 3. correctie elektrolieten/ hydratiestatus 4. behandelen van uitlokkende factor van de metabole decompensatie e.g. intercurrente ziekte 1. verwijderen ammoniak uit lichaamsvochten CVVH (continue veno-veneuze hemofiltratie): stand-by bij NH3+ > 350 µmol/L en opstarten bij > 500 µmol/L Alternatieve pathways voor stikstof (nitrogen) uitscheiding: natriumbenzoaat en fenylbutyraat Arginine en citrulline 2. inhibitie van ammoniak productie Calorieën!! - Stimulatie anabolisme 1. Stop eiwit intake 2. Ruim in glucose: glu 10 % aan 10 mg/kg/’ (evt. + insuline) – max. 48u 3. IL 2-3 g/kg/d Carbamoyl glutamate (Carbaglu®) bij NAGS of CPS1 def. – zwengelt ureumcyclus aan C-skelet: Krebs cyclus en acetyl CoA Metabole relaties tussen aminozuren Aminozuren als koolstofskeletten voor metabole banen metabole banen als bron van niet-essentiële aminozuren  Glucogene AZ Ketogene AZ Verhogen glucoseconcentratie Verhogen concentratie van ketolichamen als aanwezig in de voeding als aanwezig in de voeding - AZ die pyruvaat produceren AZ die het centrale metabolisme - AZ die de Krebscyclus met bevoorraden ter hoogte van acetyl CoA koolstof bevoorraden of acetocetyl CoA De meeste AZ zijn exclusief glucogeen. Enkel leucine en lysine zijn exclusief ketogeen. Complexe AZ en aromatische AZ kunnen zowel ketogeen als glucogeen zijn : - fenylalanine - tyrosine - tryptofaan - isoleucine - threonine. Vertakte keten aminozuren Vertakte keten AZ dehydrogenases: verwant met pyruvaat dehydrogenase (PDH), Met dezelfde cofactoren: Thiamine pyrofosfaat (vit. B1) Lipoamide FAD NAD+ CoA Ref. Saudubray p. 278 Vertakte keten aminozuren Verschillende stappen in afbraak Kunnen zowel gerecycleerd worden in suiker- als in vetmetabolisme: Val: glucogeen Ileu: gluco- en ketogeen Leu: ketogeen Fig. 15.10 Pathologie Blok 1: MSUD Maple syrup urine disease Blok 2: IVA isovaleriaanacidemie Blok 14: PA propionacidemie Blok 16: MMA methylmalonacidemie (Vertakte keten) organische acidurieën Ziekten veroorzaakt door enzymdefecten in de afbraak van leucine, isoleucine, valine Meest voorkomende zijn (collectief genomen) MSUD, IVA, PA en MMA Klinisch: overlappende symptomen – 3 presentatievormen: Ernstige neonatale vorm met snelle metabole ontregeling Een acuut-intermittente late-onset vorm Een chronisch progressieve vorm die presenteert met hypotonie, failure tot thrive, ontwikkelingsachterstand Case: Rares 2de lid van DCDA twin Partus 35w5d, goede start Persisterend gewichtsverlies met lethargie en irritabiliteit Vreemde (zoete/weeïge) geur van de urine R/ op dag 10: switch naar Nutramigen Dag 10: afwijkende hielprik Leu/Ileu: 1735 µmol/L (ref < 338) Val: 364 µmol/L (ref < 309) → MSUD (Maple Syrup Urine Disease) Rares (2) Klinisch: irritabel, lethargisch, cycling Opname NICU UZA en opstart eiwitarm dieet Echter geen metabole controle door katabolisme +++ Dag 12: doorverwijzing UZ Gent voor hemodialyse Dag 27: sepsis → † Voorbeeld van “te laat” : kind al ziek bij diagnose Maar beter “laat” dan “nooit”? Case: Siem Normale zwangerschap Terme ongecompliceerde partus, 39w5d GG 4.06 kg Ouders niet consanguien Geen bijzonderheden in de familiale voorgeschiedenis Perinataal geen bijzonderheden Siem (2) Op de leeftijd van 5 weken opname wegens progressieve voedingsproblemen: Braken na de voeding Veel kreunen Weigert flesjes Moeizame ontlasting DD. KMEA – start Nutramigen via sonde Siem (3) Neerwaartse spiraal: Somnolent, bleek, prikkelbaar Hypotonie, verdere indaling bewustzijn, aanhoudend kreunen Waar denkt u aan? Wat doet u? Siem (4) Labo: Infectieparameters negatief Bloedbeeld: Hb 7.9 – Leuco’s 2.7 – Thr 187 Glucose normaal pH: 7.38 – pCO2 15.7 – bic. 9.1 – BE -12.8 Lactaat 2.3 mmol/L (no 0.5-2) Ammoniak: 215 µmol/L (no < 50) Metabool nazicht: serum aminozuren, urine aminozuren en organische zuren, serum acylcarnitineprofiel >> geen instant resultaat Siem (5) Acute behandeling: Stabilisatie Ammonia scavengers (Natriumbenzoaat) Diagnose? Urine organische zuren: piek methylmalonzuur, 3-OH propionzuur, methylcitroenzuur, ketose >> Methylmalonacidemie in decompensatie Ernstige neonatale vorm van organische acidurieën Terme baby, symptoomvrij interval Slecht drinken, suf, braken, extrapyramidale bewegingen (DD. epilepsie), evoluerend naar onverklaard coma KETOSE (MSUD) KETOACIDOSE (andere OA’s) CAVE hersenoedeem, bolle fontanel (MSUD) MSUD: bijzondere geur – niks afwijkends in het standaard labo behalve de ketose, geen dehydratie Andere OA’s: metabole acidose met verhoogde anion gap; dehydratie; hyperammoniëmie (secundaire inhibitie van de ureumcyclus); pancytopenie (DD. sepsis) Complicaties Hersenoedeem (MSUD) Extrapyramidaal syndroom door aantasting basale ganglia door sec. mitochondriële dysfunctie (PA, MMA) Chronische nierinsufficiëntie (MMA) Optische atrofie (MMA) Pancreatitis Cardiomyopathie (PA) Diagnose Clues adhv. klinische presentatie en eerste labo waarden Opgespoord via de hielprik MSUD: serum aminozuren tonen gestegen valine, leucine, isoleucine OA’s: alle hebben eigen typische afwijkingen in serum acylcarnitinepatroon en urine organische zuren – toxische metabolieten; laag glutamine (itt. ureumcyclusdefecten cf. supra) Secundaire afwijkingen: verlaagd carnitine (door verestering); inhibitie ureumcyclus (verhoogd ammoniak); mitochondriële dysfunctie (verhoogd lactaat) Moleculaire diagnose Differentieel diagnose ureumcyclusdefect – organische acidurie Beide soorten aandoeningen kunnen zelfde kliniek geven: Sufheid, hypotonie, lethargie na symptoomvrij interval Labo-afwijkingen zijn verschillend: Ureumcyclus: Ammoniak is hoog tot heel hoog Respiratoire alkalose Organische acidurie: Metabole acidose Ammoniak is secundair verhoogd, niet zo hoog als bij ureumcyclusdefect Metabool en moleculair onderzoek moeten uitsluitsel geven Hielprik Rationale voor screening – Wilson en Jungner 1968 1. The condition should be an important health problem. 2. There should be an accepted treatment for patients with recognized disease. 3. Facilities for diagnosis and treatment should be available. 4. There should be a recognizable latent or early symptomatic stage. 5. There should be a suitable test or examination. 6. The test should be acceptable to the population. 7. The natural history of the condition, including development from latent to declared disease, should be adequately understood. 8. There should be an agreed policy on whom to treat as patients. 9. The cost of case-finding (including diagnosis and treatment of patients diagnosed) should be economically balanced in relation to possible expenditure on medical care as a whole. 10. Case-finding should be a continuing process and not a "once and for all" project. Wilson en Jungner criteria (1) Voorwaarden ten aanzien van de ziekte Belangrijk gezondheidsprobleem Natuurlijk beloop is bekend Behandelbaar Behandeling is effectief in presymptomatische fase Voorzieningen voor stellen van diagnose en behandeling zijn aanwezig Wilson en Jungner criteria (2) Voorwaarden ten aanzien van de screeningsprocedure Gebruikte methode is efficiënt Procedure is acceptabel voor te screenen populatie Duidelijk wie behandeld moet worden Kostenefficiënt Aangeboden voorziening is structureel Screening anno 2023 2024-2025: SCID (severe combined immunodeficiency) “op tijd” versus “te laat”: ernstig neonatale vormen van organische acidurieën zijn al ziek bij uitslag van de screening (zie Rares slide 37) Fenylketonurie (PKU) Fenylketonurie (PKU) Hyperphe, geeft: Ernstige verstandelijke beperking Gedragsproblemen Eczeem Blok melaninevorming: Hypopigmentatie Fig.15.12 PKU – prototype voor hielprikscreening 1963: start hielprikscreening Bacteriële inhibitie test: - Bacillus subtilis - Thienylalanine: inhibitie - Fenylalanine stijging: groei From: Home | Robert Guthrie Legacy Project (robertguthriepku.org) Ref. “Guthrie R., Susi A. A simple phenylalanine method for detecting PKU in large populations of newborn infants. Pediatrics 1963; 32:336-343 Newborn screening Samen met hypothyreoïdie - begin van de screening in België (1970) Behandeling: Phe doen zakken >> eiwitarm dieet Suppletie van Tyr noodzakelijk! (ess AZ) From: Siegried A. Centerwall, Willard R. Centerwall; The Discovery of Phenylketonuria: The Story of a Young Couple, Two Retarded Children, and a Scientist. Pediatrics January 2000; 105 (1): 89–103. 10.1542/peds.105.1.89 Voor de laatste sprint vandaag… Een pauze! Synthese van andere biomoleculen/ afgeleide structuren Metabole relaties tussen aminozuren Aminozuurmetabolisme: afgeleide structuren  Synthese van andere biomoleculen uit aminozuren haem : uit glycine en succinyl CoA neurotransmitters: - serotonine uit tryptofaan - GABA uit glutamaat - dopamine, adrenaline en noradrenaline uit tyrosine - glutamaat en glycine functioneren zelf als neurotransmitters schildklierhormoon thyroxine : uit twee iodo-tyrosines glutathion : primaire structuur is -glutamyl-cysteïnyl-glycine sfingosine : uit serine en palmitaat purines en pyrimidines : ‘ingebouwde’ aminozuren zoals glutamine, glycine en aspartaat NO : uit arginine door NO-synthasen (NOS) polyamines : uit ornithine en s-adenosylmethionine (SAM) Haem (heem) RBC: Hb Lever: cyt P450 Spier: myoglobine Haemsynthese Deels mitochondrion, deels cytosol Pathologie in de haemsynthese: porfyrieën Acute intermittente porfyrie Meest voorkomende vorm van de acute porfyrieën (5/100 000 in Noord- Europa) Autosomaal dominant Zeer zeldzaam bij kinderen, meer bij vrouwen dan mannen Acute neuroviscerale symptomen: Krampende buikpijn met braken en diarree Verlammingsverschijnselen (neuropathie): spierzwakte, spierpijn, darmdistensie, blaasdysfunctie Tachycardie, hypertensie, rusteloosheid Aanvallen kunnen enkele dagen duren, vaak hospitalisatie Meestal recuperatie, soms fataal Acute intermittente porfyrie - behandeling IV haemin (veel krachtiger dan glucose 10%) Glucose 10% Rationale: inhibitie van stap 1 in de pathway: ALAS (aminolevulinezuursynthase) waarop reductie van precursors aminolevulinezuur en porfobilinogeen Porfyria cutanea tarda Meest voorkomende vorm van porfyrie Chronische, blaarvormende huidletsels, vooral op hand- en voetrug, voorarmen, gezicht Uitlokkers: zon, mineure traumata, medicatie Pathofysiologie: verstoorde ijzerwerking in de lever Behandeling: Flebotomie (ijzerdepletie induceren) Chloroquine (anti-malariamiddel, maakt porfyrines beter oplosbaar waardoor makkelijker uitgescheiden in urine) Vermijden uitlokkers Loodvergiftiging Kinderen vatbaarder Kliniek (elk orgaansysteem kan betrokken zijn): Buikpijn, kolieken, obstipatie Loodlijn op het tandvlees Artralgie Myalgie Perifere neuropathie Chronische nefropathie en hypertensie Prikkelbaar Anemie Behandeling: chelatie  Synthese van andere biomoleculen uit aminozuren haem : uit glycine en succinyl CoA neurotransmitters: - serotonine uit tryptofaan - GABA uit glutamaat - dopamine, adrenaline en noradrenaline uit tyrosine - glutamaat en glycine functioneren zelf als neurotransmitters schildklierhormoon thyroxine : uit twee iodo-tyrosines glutathion : primaire structuur is -glutamyl-cysteïnyl-glycine sfingosine : uit serine en palmitaat purines en pyrimidines : ‘ingebouwde’ aminozuren zoals glutamine, glycine en aspartaat NO : uit arginine door NO-synthasen (NOS) polyamines : uit ornithine en SAM  = serotonine GABA = γ-aminoboterzuur  Synthese van andere biomoleculen uit aminozuren haem : uit glycine en succinyl CoA neurotransmitters: - serotonine uit tryptofaan - GABA uit glutamaat - dopamine, adrenaline en noradrenaline uit tyrosine - glutamaat en glycine functioneren zelf als neurotransmitters schildklierhormoon thyroxine : uit twee iodo-tyrosines glutathion : primaire structuur is -glutamyl-cysteïnyl-glycine sfingosine : uit serine en palmitaat purines en pyrimidines : ‘ingebouwde’ aminozuren zoals glutamine, glycine en aspartaat NO : uit arginine door NO-synthasen (NOS) polyamines : uit ornithine en SAM Glutathion: krachtig anti-oxidans Metabolisme glutathion Riboflavine (vitamine B2) en selenium: co-factoren in glutathion metabolisme + glutathion reductase gebruikt NADPH die gevormd wordt in de oxidatieve fase van de pentose fosfaat pathway FAD: flavine-adenine-dinucleotide: rol in redox-reacties in het lichaam Na de theorie… Einde voor vandaag!