Селективный скрининг и молекулярная характеристика российских пациентов с болезнью Помпе
https://doi.org/10.46563/2686-8997-2021-2-4-203-215
Аннотация
Введение. Болезнь Помпе (БП), или гликогеноз II типа — редкая мультисистемная наследственная болезнь накопления, вызываемая дефицитом фермента кислой мальтазы (кислой альфа-1,4-глюкозидазы), сниженная активность которой приводит к накоплению гликогена в различных органах и тканях организма.
Цель исследования — разработка высокопроизводительного метода ранней биохимической диагностики БП и оптимизация её молекулярно-генетической диагностики.
Материал и методы. Характеристика относительных частот и спектра выявленных мутаций были изучены при использовании выборки из 7670 пациентов с подозрением на БП, поступивших в ФГАУ «НМИЦ здоровья детей» в рамках селективного скрининга, а также 8 пациентов с БП, лабораторный диагноз которым был поставлен вне рамок данного скрининга.
Результаты. В результате селективного скрининга БП у российских пациентов из групп высокого риска выявляемость составила 0,47%. Приведены клинические и возрастные характеристики детей и взрослых с БП, а также вычислены относительные частоты и охарактеризован спектр 47 патогенных вариантов гена GAA, ответственных за возникновение и развитие БП, у 44 пациентов. Выявлены и изучены 17 новых мутаций гена GAA, не описанные ранее, что пополняет базу данных HGMD на 2,7%.
Заключение. Предложена оптимизация алгоритма молекулярной диагностики БП у российских пациентов.
Ключевые слова
Об авторах
К. В. СавостьяновРоссия
А. А. Пушков
Россия
Е. Н. Басаргина
Россия
Л. М. Кузенкова
Россия
Н. Н. Мазанова
Россия
Л. А. Гандаева
Россия
О. П. Жарова
Россия
Екатерина Евгеньевна Рябова
Россия
Аспирант ФГАУ «НМИЦ здоровья детей».
e-mail: ryabchikko@gmail.com
И. С. Жанин
Россия
А. П. Фисенко
Россия
Список литературы
1. Союз педиатров России; Российское общество медицинских генетиков. Клинические рекомендации: Болезнь Помпе. МКБ 10: Е74.0. М.; 2017. Available at: https://www.pediatr-russia.ru/information/klin-rek/deystvuyushchie-klinicheskie-rekomendatsii/Болезнь%20Помпе%20СПР_17.04.17.pdf
2. Hirschhorn R., Reuser A.J.J. Glycogen storage disease type II: Acid alpha-glucosidase (acid maltase) deficiency. In: Desnick R.J., Ioannou Y.A., Eng C.M., Scriver C.R., Beaudet A.L., Sly W.S., et al. The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease. New York: McGraw-Hill, 2001: 3389-420.
3. Pinto R., Caseiro C., Lemos M., Lopes L., Fontes A., Ribeiro H., et al. Prevalence of lysosomal storage diseases in Portugal. Eur. J. Hum. Genet. 2004; 12(2): 87-92. https://doi.org/10.1038/sj.ejhg.5201044
4. Martiniuk F., Chen A., Mack A., Arvanitopoulos E., Chen Y., Rom W.N., et al. Carrier frequency for glycogen storage disease type II in New York and estimates of affected individuals born with the disease. Am. J. Med. Genet. 1998; 79(1): 69-72. https://doi.org/10.1002/SICI1096-86281998082779:1<69::AID-AJMG16>3.0.CO;2-K
5. Lin C.Y., Hwang B., Hsiao K.J., Jin Y.R. Pompe’s disease in Chinese and prenatal diagnosis by determination of α-glucosidase activity. J. Inherit. Metab. Dis. 1987; 10(1): 11-7. https://doi.org/10.1007/BF01799482
6. Ausems M.G., Verbiest J., Hermans M.P., Kroos M.A., Beemer F.A., Wokke J.H., et al. Frequency of glycogen storage disease type II in the Netherlands: implications for diagnosis and genetic counseling. Eur. J. Hum. Genet. 1999; 7(6): 713-6. https://doi.org/10.1038/sj.ejhg.5200367
7. Mechtler T.P., Stary S., Metz T.F., De Jesús V.R., Greber-Platzer S., Pollak A., et al. Neonatal screening for lysosomal storage disorders: feasibility and incidence from a nationwide study in Austria. Lancet. 2012; 379(9813): 335-41. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(11)61266-X
8. Pompe J.C. Over idiopathische hypertrophie van het hart. Pompe. Ned. Tijdschr. Geneeskd. 1932; (76): 304-12.
9. Bischoff G. Zum klinischen bild der glykogen-speicherungs-krankheit (glykogenose). Kinderheilkd Z. 1932; (52): 722-6. https://doi.org/10.1007/BF02248461
10. Putschar M. Uber angeborene Glykogenspeicher-Krankheit des herzens. Beitr. Pathol. Anat. Allg. Pathol. 1932; (90): 222.
11. Cori G.T. Enzymes and glycogen structure in glycogenosis. Osterr. Z. Kinderheilkd. Kinderfuersorge. 1954; 10(1-2): 38-42.
12. Hers H.G. Alpha-glucosidase deficiency in generalize glycogen storage disease (Pompe’s disease). Biochem. J. 1963; (86): 11-6. https://doi.org/10.1042/bj0860011
13. Hoefsloot L.H., Hoogeveen-Westerveld M., Reuser A.J., Oostra B.A. Characterization of the human lysosomal alpha-glucosidase gene. Biochem. J. 1990; 272(2): 493-7. https://doi.org/10.1042/bj2720493
14. Zhu Y., Li X., Kyazike J., Zhou Q., Thurberg B.L., Raben N., et al. Conjugation of mannose 6-phosphate-containing oligosaccharides to acid alpha-glucosidase improves the clearance of glycogen in pompe mice. J. Biol. Chem. 2004; 279(48): 50336-41. https://doi.org/10.1074/jbc.M409676200
15. Fukuda T., Ahearn M., Roberts A., Mattaliano R.J., Zaal K., Ralston E., et al. Autophagy and mistargeting of therapeutic enzyme in skeletal muscle in Pompe disease. Mol. Ther. 2006; (14): 831-9. https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2006.08.009
16. Raben N., Shea L., Hill V., Plotz P. Monitoring autophagy in lysosomal storage disorders. Methods. Enzymol. 2009; (453): 417-449. https://doi.org/10.1016/S0076-6879(08)04021-4
17. Shea L., Raben N. Autophagy in skeletal muscle: implications for Pompe disease. Int. J. Clin. Pharmacol. Ther. 2009; 47 (Suppl. 1): 42-7. https://doi.org/10.5414/cpp47042
18. Fuller D.D., ElMallah M.K., Smith B.K., Corti M., Lawson L.A., Falk D.J., et al. The respiratory neuromuscular system in Pompe disease. Respir. Physiol. Neurobiol. 2013; 189(2): 241-9. https://doi.org/10.1016/j.resp.2013.06.007
19. Thurberg B.L., Lynch Maloney C., Vaccaro C., Afonso K., Tsai A.C., Bossen E., et al. Characterization of pre- and post-treatment pathology after enzyme replacement therapy for Pompe disease. Lab. Invest. 2006; 86(12): 1208-20. https://doi.org/10.1038/labinvest.3700484
20. Nascimbeni A.C., Fanin M., Masiero E., Angelini C., Sandri M. Impaired autophagy contributes to muscle atrophy in glycogen storage disease type II patients. Autophagy. 2012; 8(11): 1697-700. https://doi.org/10.4161/auto.21691
21. Chien Y.H., Lee N.C., Huang P.H., Lee W.T., Thurberg B.L., Hwu W.L. Early pathologic changes and responses to treatment in patients with later-onset Pompe disease. Pediatr. Neurol. 2012; 46(3): 168-71. https://doi.org/10.1016/j.pediatrneurol.2011.12.010
22. Van der Ploeg A.T., Reuser A.J. Pompe’s disease. 2008; 372(9646): 1342-53. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(08)61555-X
23. Bembi B., Cerini E., Danesino C., Donati M.A., Gasperini S., Morandi L., et al. Diagnosis of glycogenosis type II. Neurology. 2008; 71(23 Suppl. 2): S4-11. https://doi.org/10.1212/WNL.0b013e31818da91e
24. Hobson-Webb L.D., Dearmey S., Kishnani P.S. The clinical and electrodiagnostic characteristics of Pompe disease with post-enzyme replacement therapy findings. Clin. Neurophysiol. 2011; 122(11): 2312-7. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2011.04.016
25. Zhang H., Kallwass H., Young S.P., Carr C., Dai J., Kishnani P.S., et al. Comparison of maltose and acarbose as inhibitors of maltase-glucoamylase activity in assaying acid alpha-glucosidase activity in dried blood spots for the diagnosis of infantile Pompe disease. Genet. Med. 2006; 8(5): 302-6. https://doi.org/10.1097/01.gim.0000217781.66786.9b
26. Савостьянов К.В., Никитин С.С., Карпачёва К.Е. Лабораторные исследования и болезнь Помпе: От подозрения до мониторинга терапии. Нервно-мышечные болезни. 2016; 6(1): 54-62. https://doi.org/10.17650/2222-8721-2016-6-1-54-62
27. Dreyfus J., Poenaru L. White blood cells and the diagnosis of alpha-glucosidase deficiency. Pediatr. Res. 1980; (14): 342-4. https://doi.org/10.1203/00006450-198004000-00017
28. Wisselaar H.A., Kroos M.A., Hermans M.M., van Beeumen J., Reuser A.J. Structural and functional changes of lysosomal acid alpha-glucosidase during intracellular transport and maturation. J. Biol. Chem. 1993; 268(3): 2223-31.
29. Niizawa G., Levin C., Aranda C., Blanco M., Chamoles N.A. Retrospective diagnosis of glycogen storage disease type II by use of a newborn-screening card. Clin. Chim. Acta. 2005; 359(1-2): 205-6. https://doi.org/10.1016/j.cccn.2005.04.007
30. Human Gene Mutation Database (HGMD): Gene GAA. Available at: https://portal.biobase-international.com/hgmd/pro/gene.php?gene=GAA
31. Nascimbeni A.C., Fanin M., Tasca E., Angelini C. Molecular pathology and enzyme processing in various phenotypes of acid maltase deficiency. Neurology. 2008; 70(8): 617-26. https://doi.org/10.1212/01.wnl.0000299892.81127.8e
32. Huie M.L., Chen A.S., Tsujino S., Shanske S., DiMauro S., Engel A.G., et al. Aberrant splicing in adult onset glycogen storage disease type II (GSDII): molecular identification of an IVS1 (-13T→G) mutation in a majority of patients and a novel IVS10 (+1GT→CT) mutation. Hum. Mol. Genet. 1994; 3(12): 2231-6. https://doi.org/10.1093/hmg/3.12.2231
33. Shieh J.J., Lin C.Y. Frequent mutation of Chinese patients with infantile type of GSD II in Taiwan: evidence for a founder effect. Hum. Mutat. 1998; 11(4): 306-12. https://doi.org/10.1002/(SICI)1098-1004(1998)11:4<306::AID-HUMU8>3.0.CO;2-S
34. Becker J.A., Vlach J., Raben N., Nagaraju K., Adams E.M., Hermans M.M., et al. The African origin of the common mutation in African American patients with glycogen-storage disease type II. Am. J. Hum. Genet. 1998; 62(4): 991-4. https://doi.org/10.1086/301788
35. Wens S.C., van Gelder C.M., Kruijshaar M.E., de Vries J.M., van der Beek N.A., Reuser A.J., et al. Phenotypical variation within 22 families with Pompe disease. Orphanet J. Rare Dis. 2013; 8: 182. https://doi.org/10.1186/1750-1172-8-182
36. Smith W., Sullivan-Saarela J.A., Li J.S., Cox G.F., Corzo D., Chen Y.T., et al. Sibling phenotype concordance in classical infantile Pompe disease. Am. J. Med. Genet. 2007; 143(21): 2493- 501. https://doi.org/10.1002/ajmg.a.31936
37. Pittis M.G., Donnarumma M., Montalvo A.L., Dominissini S., Kroos M., Rosano C., et al. Molecular and functional characterization of eight novel GAA mutations in Italian infants with Pompe disease. Hum. Mutat. 2008; 29(6): E27-E36. https://doi.org/10.1002/humu.20753
38. Pittis M.G., Filocamo M. Molecular genetics of late onset glycogen storage disease II in Italy. Acta Myol. 2007; 26(1): 67-71.
39. De Filippi P., Saeidi K., Ravaglia S., Dardis A., Angelini C., Mongini T., et al. Genotype-phenotype correlation in Pompe disease, a step forward. Orphanet J. Rare Dis. 2014; (9): 102. https://doi.org/10.1186/s13023-014-0102-z
40. Remiche G., Ronchi D., Magri F., Lamperti C., Bordoni A., Moggio M., et al. Extended phenotype description and new molecular findings in late onset glycogen storage disease type II: a northern Italy population study and review of the literature. J. Neurol. 2014; 261(1): 83-97. https://doi.org/10.1007/s00415-013-7137-2
41. Kroos M., Pomponio R.J., van Vliet L., Palmer R.E., Phipps M., Van der Helm R., et al. Update of the Pompe disease mutation database with 107 sequence variants and a format for severity rating. Hum. Mutat. 2008; 29(6): 13-26. https://doi.org/10.1002/humu.20745
42. Tajima Y., Matsuzawa F., Aikawa S.I., Okumiya T., Yoshimizu M., Tsukimura T., et al. Structural and biochemical studies on Pompe disease and a “pseudodeficiency of acid α-glucosidase”. J. Hum. Genet. 2007; 52(11): 898-906. https://doi.org/10.1007/s10038-007-0191-9
43. Kumamoto S., Katafuchi T., Nakamura K., Endo F., Oda E., Okuyama T., et al. High frequency of acid α-glucosidase pseudodeficiency complicates newborn screening for glycogen storage disease type II in the Japanese population. Mol. Genet. Metab. 2009; 97(3): 190-5. https://doi.org/10.1016/j.ymgme.2009.03.004
44. Kishnani P.S., Nicolino M., Voit T., Rogers R.C., Tsai A.C., Waterson J., et al. Chinese hamster ovary cell-derived recombinant human acid alpha-glucosidase in Infantile-onset Pompe disease. J. Pediatr. 2006; 149(1): 89-97. https://doi.org/10.1016/j.jpeds.2006.02.035
45. De Jesus V.R., Zhang X.K., Keutzer J., Bodamer O.A., Mühl A., Orsini J.J., et al. Development and evaluation of quality control dried blood spot materials in newborn screening for lysosomal storage disorders. Clin. Chem. 2009; 55(1): 158-64. https://doi.org/10.1373/clinchem.2008.111864
46. Bodamer O.A., Scott C.R., Giugliani R.; Pompe Disease Newborn Screening Working Group. Newborn screening for Pompe disease. Pediatrics. 2017; 140(Suppl. 1): S4-S13. https://doi.org/10.1542/peds.2016-0280C
47. Scott C.R., Elliott S., Buroker N., Thomas L.I., Keutzer J., Glass M., et al. Identification of infants at risk for developing Fabry, Pompe, or mucopolysaccharidosis-I from newborn blood spots by tandem mass spectrometry. J. Pediatr. 2013; 163(2): 498-503. https://doi.org/10.1016/j.jpeds.2013.01.031
48. QIAGEN. QIAamp® DNA Mini and Blood Mini Handbook; 2016. Available at: https://www.qiagen.com/ch/resources/download.aspx?id=62a200d6-faf4-469b-b50f-2b59cf738962&lang=en
49. Green M.R., Sambrook J. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. New York: Cold Spring Harbor Laboratory; 2012.
50. Primer-BLAST: A tool for finding specific primers. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/primer-blast
51. Thermo Fisher Scientific. Available at: https://www.thermofisher.com
52. National Center for Biotechnology Information (NCBI). Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov
53. MRC-Holland. Available at: http://www.mlpa.com
54. Genome Aggregation Database (gnomAD). Available at: https://gnomad.broadinstitute.org
55. GenBank Accession. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/
56. Рыжкова О.П., Кардымон О.Л., Прохорчук Е.Б., Коновалов Ф.А., Масленников А.Б., Степанов В.А. и др. Руководство по интерпретации данных последовательности ДНК человека, полученных методами массового параллельного секвенирования (MPS) (редакция 2018, версия 2). Медицинская генетика. 2019; 18(2): 3-23. https://doi.org/10.25557/2073-7998.2019.02.3-23
57. Richards S., Aziz N., Bale S., Bick D., Das S., Gastier-Foster J., et al. Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology. Genet. Med. 2015; 17(5): 405-24. https://doi.org/10.1038/gim.2015.30
58. Human Genome Variation Society (HGVS). Available at: http://www.hgvs.org/
59. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета программ Statistica. М.: Медиа Сфера; 2006.
60. Griner P.F., Mayewski R.J., Mushlin A.I., Greenland P. Selection and interpretation of diagnostic tests and procedures. Principles and applications. Ann. Intern. Med. 1981; 94(4 Pt. 2): 557-92.
61. Бююль А., Цёфель П. SPSS: Искусство обработки информации. Анализ статистических данных и восстановление скрытых закономерностей. Пер. с нем. СПб.: ДиаСофтЮп; 2005.
62. R: The R Project for Statistical Computing. Available at: https://www.r-project.org/.
63. Horn P.S., Pesce A.J. Reference intervals: an update. Review. Clin. Chim. Acta. 2003; 334(1-2): 5-23. https://doi.org/10.1016/s0009-8981(03)00133-5
64. Mashima R., Okuyama T. Enzyme activities of α-glucosidase in Japanese neonates with pseudodeficiency alleles. Mol. Genet. Metab. Rep. 2017; (12): 110-4. https://doi.org/10.1016/j.ymgmr.2017.06.007
65. Fukuhara Y., Fuji N., Yamazaki N., Hirakiyama A., Kamioka T., Seo J.H., et al. A molecular analysis of the GAA gene and clinical spectrum in 38 patients with Pompe disease in Japan. Mol. Genet. Metab. Rep. 2018; (14): 3-9. https://doi.org/10.1016/j.ymgmr.2017.10.009
66. Kim M.S., Song A., Im M., Huh J., Kang I.S., Song J., et al. Clinical and molecular characterization of Korean children with infantile and late-onset Pompe disease: 10 years of experience with enzyme replacement therapy at a single center. Korean J. Pediatr. 2019; 62(6): 224-34. https://doi.org/10.3345/kjp.2018.06968
67. Oba-Shinjo S.M., da Silva R., Andrade F.G., Palmer R.E., Pomponio R.J., Ciociola K.M., et al. Pompe disease in a Brazilian series: clinical and molecular analyses with identification of nine new mutations. J. Neurol. 2009; 256(11): 1881-90. https://doi.org/10.1007/s00415-009-5219-y
68. Löscher W.N., Huemer M., Stulnig T.M., Simschitz P., Iglseder S., Eggers C., et al. Pompe disease in Austria: clinical, genetic and epidemiological aspects. J. Neurol. 2018; 265(1): 159-64. https://doi.org/10.1007/s00415-017-8686-6
69. Hagemans M.L., Winkel L.P., Van Doorn P.A., Hop W.J., Loonen M.C., Reuser A.J., et al. Clinical manifestation and natural course of late-onset Pompe’s disease in 54 Dutch patients. Brain. 2005; 128 (Pt. 3): 671-7. https://doi.org/10.1093/brain/awh384
70. Niño M.Y., In’t Groen S.L.M., Bergsma A.J., van der Beek N.A.M.E., Kroos M., Hoogeveen-Westerveld M., et al. Extension of the Pompe mutation database by linking disease-associated variants to clinical severity. Hum. Mutat. 2019; 40(11): 1954-67. https://doi.org/10.1002/humu.23854
71. Chen X., Liu T., Huang M., Wu J., Zhu J., Guo Y., et al. Clinical and molecular characterization of infantile-onset Pompe disease in Mainland Chinese patients: identification of two common mutations. Genet. Test. Mol. Biomarkers. 2017; 21(6): 391-6. https://doi.org/10.1089/gtmb.2016.0424
72. Labrousse P., Chien Y.H., Pomponio R.J., Keutzer J., Lee N.C., Akmaev V.R., et al. Genetic heterozygosity and pseudodeficiency in the Pompe disease newborn screening pilot program. Mol. Genet. Metab. 2010; 99(4): 379-83. https://doi.org/10.1016/j.ymgme.2009.12.014
73. Kostera-Pruszczyk A., Opuchlik A., Lugowska A., Nadaj A., Bojakowski J., Tylki-Szymanska A., et al. Juvenile onset acid maltase deficiency presenting as a rigid spine syndrome. Neuromuscul. Disord. 2006; 16(4): 282-5. https://doi.org/10.1016/j.nmd.2006.02.001
74. Pompe disease GAA variant database (ErasmusMC Rotterdam). Available at: http://www.pompevariantdatabase.nl/pompe_mutations_list.php?qs=c.1856G%3EA&criteria=or&orderby=aMut_ID1
75. Pompe disease GAA variant database (ErasmusMC Rotterdam). Available at: http://www.pompevariantdatabase.nl/pompe_mutations_list.php?qs=c.307T%3EG&criteria=or&orderby=aMut_ID1
76. Семячкина А.Н., Сухоруков В.С., Букина Т.М., Яблонская М.И., Меркурьева Е.С., Харабадзе М.Н. и др. Болезнь накопления гликогена, тип II (болезнь Помпе) у детей. Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2014; 59(4): 48-55.
77. Hermans M.M., van Leenen D., Kroos M.A., Beesley C.E., Van Der Ploeg A.T., Sakuraba H., et al. Twenty-two novel mutations in the lysosomal alpha-glucosidase gene (GAA) underscore the genotype-phenotype correlation in glycogen storage disease type II. Hum. Mutat. 2004; 23(1): 47-56. https://doi.org/10.1002/humu.10286
Рецензия
Для цитирования:
Савостьянов К.В., Пушков А.А., Басаргина Е.Н., Кузенкова Л.М., Мазанова Н.Н., Гандаева Л.А., Жарова О.П., Рябова Е.Е., Жанин И.С., Фисенко А.П. Селективный скрининг и молекулярная характеристика российских пациентов с болезнью Помпе. Неврологический журнал имени Л.О. Бадаляна. 2021;2(4):203-215. https://doi.org/10.46563/2686-8997-2021-2-4-203-215
For citation:
Savostyanov K.V., Pushkov A.A., Basargina E.N., Kuzenkova L.M., Mazanova N.N., Gandaeva L.A., Zharova O.P., Ryabova E.E., Zhanin I.S., Fisenko A.P. Selective screening and molecular characteristics of Russian patients with Pompe disease. L.O. Badalyan Neurological Journal. 2021;2(4):203-215. (In Russ.) https://doi.org/10.46563/2686-8997-2021-2-4-203-215