Disturbo congenito della glicosilazione

Un disturbo congenito della glicosilazione (precedentemente chiamato sindrome della glicoproteina carente di carboidrati ) è uno dei numerosi rari errori congeniti del metabolismo in cui la glicosilazione di una varietà di proteine ​​dei tessuti e / o lipidi è carente o difettosa. I disturbi congeniti della glicosilazione sono talvolta noti come sindromi CDG. Spesso causano malfunzionamenti gravi, a volte fatali, di diversi sistemi di organi (in particolare il sistema nervoso, i muscoli e l'intestino) nei neonati colpiti. Il sottotipo più comune è PMM2-CDG (formalmente noto come CDG-Ia) in cui il difetto genetico porta alla perdita di fosfomannomutasi 2 (PMM2), l'enzima responsabile della conversione del mannosio-6-fosfato in mannosio-1- fosfato.

Presentazione

I problemi specifici prodotti differiscono in base alla particolare sintesi anormale coinvolta. Le manifestazioni comuni includono atassia; convulsioni; retinopatia; malattia del fegato; coagulopatie; incapacità di prosperare (FTT); caratteristiche dismorfiche ( p. es., capezzoli invertiti e cuscinetti di grasso sottocutaneo), versamento pericardico e ipotonia. Se si ottiene una risonanza magnetica; l'ipoplasia cerebellare è un risultato comune.

Le anomalie oculari del CDG-Ia comprendono: miopia, esotropia infantile, maturazione visiva ritardata, neuropatia periferica (PN), strabismo , nistagmo , pallore del disco ottico e ridotta funzione dell'asta sull'elettroretinografia.

Tre sottotipi PMM2-CDG, PMI-CDG, ALG6-CDG possono causare iperinsulinismo congenito con ipoglicemia iperinsulinemica nell'infanzia.

N- glicosilazione e difetti noti

Un gruppo biologicamente molto importante di carboidrati è l'oligosaccaride a base di asparagina (Asn) o n. La loro via biosintetica è molto complessa e coinvolge un centinaio di glicosiltransferasi, glicosidasi, trasportatori e sintasi. Questa pletora consente la formazione di una moltitudine di diverse strutture oligosaccaridiche finali, coinvolte nel ripiegamento delle proteine, nel trasporto / localizzazione intracellulare, nell'attività delle proteine ​​e nella degradazione / emivita. Una grande quantità di molecole leganti i carboidrati (lectine) dipende dalla corretta glicosilazione per un legame appropriato; le selectine, coinvolte nello stravaso di leucociti, ne sono un ottimo esempio. Il loro legame dipende da una corretta fucosilazione delle glicoproteine ​​della superficie cellulare. La loro mancanza porta alla leucocitosi e aumenta la sensibilità alle infezioni come si vede in SLC35C1-CDG (CDG-IIc); causato da un deficit del trasportatore del PIL-fucosio (Fuc).

Tutti gli oligosaccaridi N-collegati provengono da un precursore comune degli oligosaccaridi lipid-linked (LLO), sintetizzato in ER su un'ancora dolico-fosfato (Dol-P). L'LLO maturo viene trasferito in modo co-traslazionale nella sequenza consensuale dei residui di Asn nella proteina nascente, e viene ulteriormente modificato mediante rifilatura e ricostruzione nel Golgi.

Le carenze nei geni coinvolti nella glicosilazione legata all'N costituiscono lo sfondo molecolare della maggior parte dei CDG.

• I difetti di tipo I implicano la sintesi e il trasferimento di LLO
• I difetti di tipo II compromettono il processo di modifica degli oligosaccaridi legati alle proteine.

Tipo I.

Tipo II

La catena LLO matura viene successivamente trasferita alla catena proteica in crescita, un processo catalizzato dal complesso oligosaccharyl transferase (OST).

• Una volta trasferito nella catena proteica, l'oligosaccaride viene tagliato da glicosidasi specifiche. Questo processo è vitale in quanto la lectina chaperones calnexin e calreticulin, coinvolte nella qualità delle proteine, si legano alla struttura Glc1Man9GlcNAc e assicurano un corretto ripiegamento. La mancanza della prima glicosidasi (GCS1) causa CDG-IIb.
• La rimozione dei residui di Glc e il primo residuo di Man si verificano nel pronto soccorso.
• La glicoproteina si reca quindi nel Golgi, dove si formano una moltitudine di strutture diverse con diverse attività biologiche.
• La mannosidasi I crea una struttura Man5GlcNAc2 sulla proteina, ma nota che questa ha una struttura diversa da quella prodotta su LLO.
• Successivamente, un residuo di GlcNAc forma GlcNAc1Man5GlcNAc2, il substrato per a-mannosidase II (aManII).
• aManII rimuove quindi due residui di Man, creando il substrato per GlcNAc transferase II, che aggiunge un GlcNAc al secondo ramo Man. Questa struttura funge da substrato per ulteriori reazioni di galattosilazione, fucosilazione e sciaililazione. Inoltre, la sostituzione con più residui di GlcNAc può produrre molecole di tri e tetra-antenne.

Non tutte le strutture sono completamente modificate, alcune rimangono come strutture ad alto mannosio, altre come ibridi (un ramo Man non modificato e uno modificato), ma la maggior parte diventa oligosaccaridi di tipo complesso completamente modificati.

Oltre alla glicosidasi I, sono state trovate mutazioni:

• in MGAT2, in GlcNAc transferasi II (CDG-IIa)
• in SLC35C1, il trasportatore GDP-Fuc (CDG-IIc)
• in B4GALT1, una galattosiltransferasi (CDG-IId)
• in COG7, il complesso oligomerico di Golgi-7 (CDG-IIe) conservato
• in SLC35A1, il trasportatore di acido sialico CMP (NeuAc) (CDG-IIf)

Tuttavia, l'uso di> 100 geni in questo processo, presumibilmente significa che devono essere trovati molti più difetti.

Diagnosi

Classificazione

Storicamente, i CDG sono classificati come tipi I e II (CDG-I e CDG-II), a seconda della natura e della posizione del difetto biochimico nella via metabolica rispetto all'azione dell'oligosaccariltransferasi. Il metodo di screening più comunemente usato per CDG, analisi dello stato di glicosilazione della transferrina mediante focalizzazione isoelettrica, ESI-MS o altre tecniche, distinguono tra questi sottotipi nei cosiddetti modelli di tipo I e di tipo II.

Attualmente sono stati descritti ventidue CDG di tipo I e quattordici sottotipi di tipo II di CDG.

Dal 2009, la maggior parte dei ricercatori utilizza una nomenclatura diversa in base al difetto genetico ( ad esempio CDG-Ia = PMM2-CDG, CDG-Ib = PMI-CDG, CDG-Ic = ALG6-CDG ecc.). Il motivo della nuova nomenclatura era il fatto che le proteine ​​non direttamente coinvolte nella sintesi del glicano (come i membri della famiglia COG e la vescicola H + -ATasi) sono risultate essere la causa del difetto di glicosilazione in alcuni pazienti con CDG.

Inoltre, i difetti di glicosilazione disturbare gli altri percorsi rispetto alla N linked uno sono inclusi in questa classificazione. Esempi sono le α-distroglicanopatie ( ad es. POMT1 / POMT2-CDG (sindrome di Walker-Warburg e sindrome muscolo-occhio-cervello)) con carenze di O -mannosilazione delle proteine; Difetti di sintesi di O- ossilosilglicano (EXT1 / EXT2-CDG (esostosi multiple ereditarie) e B4GALT7-CDG (sindrome di Ehlers-Danlos, variante progeroide)); Sintesi O- fucosilglicano (B3GALTL-CDG (sindrome di Peter's plus) e LFNG-CDG (disostosi spondilocostale III)).

• I disturbi di tipo I comportano una sintesi interrotta del precursore dell'oligosaccaride lipid-linked (LLO) o il suo trasferimento alla proteina.

I tipi includono:

• I disturbi di tipo II comportano un taglio / elaborazione non corretto della catena oligosaccaridica legata alle proteine.

I tipi includono:

• Disturbi con carente α-distroglicano O -mannosilazione.

Le mutazioni di diversi geni sono state associate alle sindromi cliniche tradizionali, chiamate distrofia-distrroglicanopatie muscolari (MDDG). Una nuova nomenclatura basata sulla gravità clinica e sulla causa genetica è stata recentemente proposta da OMIM. Le classificazioni di gravità sono A (grave), B (intermedio) e C (lieve). I sottotipi sono numerati da uno a sei in base alla causa genetica, nel seguente ordine: (1) POMT1, (2) POMT2, (3) POMGNT1, (4) FKTN, (5) FKRP e (6) LARGE.

I tipi gravi più comuni includono:

Trattamento

Nessun trattamento è disponibile per la maggior parte di questi disturbi. La supplementazione di mannosio allevia i sintomi dell'MPI-CDG per la maggior parte, anche se la fibrosi epatica può persistere. La supplementazione di glucosio ha avuto un effetto parziale su alcuni pazienti con SLC35C1-CDG.

Storia

I primi pazienti CDG (sorelle gemelle) furono descritti nel 1980 da Jaeken et al. Le loro caratteristiche principali erano ritardo psicomotorio, atrofia cerebrale e cerebellare e livelli di ormoni fluttuanti ( ad es. Prolattina, FSH e GH). Durante i successivi 15 anni il difetto di fondo rimase sconosciuto, ma poiché la transferrina plasmaproteina era sottoglicosilata (come mostrato ad esempio dalla messa a fuoco isoelettrica ), la nuova sindrome fu chiamata sindrome glicoproteica carente di carboidrati (CDGS). Il suo fenotipo "classico" includeva ritardo psicomotorio, atassia, strabismo, anomalie (cuscinetti di grasso e capezzoli invertiti) e coagulopatia.

Nel 1994, fu descritto un nuovo fenotipo e chiamato CDGS-II. Nel 1995, Van Schaftingen e Jaeken dimostrarono che il CDGS-I (ora PMM2-CDG) era causato dalla carenza dell'enzima fosfomannomutasi. Questo enzima è responsabile dell'interconversione del mannosio-6-fosfato e del mannosio-1-fosfato, e la sua carenza porta a una carenza di PIL-mannosio e dolichol (Dol) -mannosio (Man), due donatori necessari per la sintesi del precursore dell'oligosaccaride legato ai lipidi della glicosilazione legata all'N.

Nel 1998, Niehues descrisse una nuova sindrome CDG, MPI-CDG, che è causata dalle mutazioni dell'enzima metabolicamente a monte del PMM2, la fosfomannosa isomerasi (PMI). È stata anche descritta una terapia funzionale per MPI-CDG, mannosio alimentare.

La caratterizzazione di nuovi difetti è aumentata e sono stati delineati numerosi nuovi difetti di tipo I e di tipo II.

Nel 2012, Need ha descritto il primo caso di un disordine congenito di deglicosilazione, deficit di NGLY1. Uno studio del 2014 su pazienti con deficit di NGLY1 ha riscontrato somiglianze con i tradizionali disordini congeniti della glicosilazione.