Γενετική ανάλυση της κυστινουρίας - Δ. Μπαλτογιάννης*, Κ. Χαραλαμπόπουλος**, Α. Χατζηκυριακίδου*, Σ. Καρκαμπούνας**, Β. Καλφακάκου**, Α. Ευαγγέλου**, Ξ. Γιαννακόπουλος*, και Ν. Σοφικίτης*. : | 16/3/2009 12:55:56 μμ

<< Επιστροφή



Γενετική ανάλυση της κυστινουρίας

Μία από τις γενετικά καθορισμένες μεταβολικές ασθένειες στον άνθρωπο είναι και αυτή της κυστινουρίας. Χαρακτηρίζεται από την ελλιπή νεφρική και εντερική μεταφορά της κυστίνης και των τριών διβασικών αμινοξέων ορνιθίνη, λυσίνη και αργινίνη. Τρεις τύποι κυστινουρίας έχουν αναγνωριστεί μέχρι σήμερα ανάλογα με τον τρόπο κληρονόμησής τους ('τύπος Ι', 'τύπος ΙΙ' και 'τύπος ΙΙΙ'). Ένας αρκετά μεγάλος αριθμός μεταλλάξεων στο γονίδιο SLC3A1, που βρίσκεται στο χρωμόσωμα 2, είναι υπεύθυνες για την κυστινουρία 'τύπου Ι'. Έχει βρεθεί ότι περίπου 35 μεταλλάξεις είναι υπεύθυνες για την 'τύπου Ι' κυστινουρία. Αντίθετα, οι κυστινουρίες 'τύπου ΙΙ' και 'τύπου ΙΙΙ', γνωστές και ως κυστινουρίες 'μη-τύπου Ι', προκαλούνται από διάφορες μεταλλάξεις ενός άλλου γονιδίου του SLC7A9, το οποίο εντοπίζεται στο χρωμόσωμα 19. Οι έρευνες, που έχουν γίνει μέχρι σήμερα, έχουν οδηγήσει στην ανακάλυψη 7 μεταλλάξεων υπεύθυνων για τη 'μη-τύπου Ι' κυστινουρία. Επιβάλλεται, για τους προαναφερθέντες λόγους, να γίνουν περαιτέρω έρευνες και μελέτες γύρω από τη γενετική βάση και τις φαινοτυπικές εκφράσεις των διαφόρων τύπων της ασθένειας αφού πρόκειται για μία νόσο, που μπορεί να προκληθεί από σημαντικά μεγάλο αριθμό μεταλλάξεων σε περισσότερα του ενός γονίδια.

Λέξεις κλειδί: Κυστινουρία τύπου Ι, Κυστινουρία τύπου ΙΙ, Κυστινουρία τύπου ΙΙΙ, Μεταλλάξεις στο γονίδιο SLC3A1, Μεταλλάξεις στο γονίδιο SLC7A9


Summary
Cystinuria is one of the well-known metabolism disorders, which is characterized by a defect in the transport of cystine and the 3 dibasic amino acids ornithine, lysine and arginine. Three cystinuria types can be distinguished by the mode of inheritance (cystinuria 'type I', 'type II' and 'type III'). Cystinuria 'type I' is caused by mutations in the SLC3A1 gene located on chromosome 2. To date, 35 mutations in the SLC3A1 have been described. On the other hand, cystinuria 'type II' and cystinuria 'type III', which are known as 'non-type I' cystinuria, are caused by mutations in the SLC7A9 gene located on chromosome 19. To our knowledge, not more than 7 mutations in this gene have been reported in the worldwide literature. More researches studies which will focus on phenotype definitions and molecular analysis of the genetic basis are necessary to there be since cystinuria points out genetic heterogeneity and variability in phenotype expression.

Key words: Cystinuria Type I, Cystinuria Type II, Cystinuria Type III, SLC3A1 mutation analysis , SLC7A9 mutation analysis

Eισαγωγή
Η κυστινουρία είναι μια από τις γνωστές γενετικά καθορισμένες μεταβολικές ασθένειες του ανθρώπου. Συγκεκριμένα προκαλείται από την ελλιπή μεταφορά της κυστίνης και των 3 διβασικών αμινοξέων ορνιθίνη, λυσίνη και αργινίνη, διαμέσου των επιθηλιακών κυττάρων του εγγύς νεφρικού σωληναρίου και του εντερικού βλεννογόνου. Η κυστίνη η οποία παρουσιάζει μια πολύ μικρή διαλυτότητα στο νερό (0,011g/100ml) καθιζάνει και δημιουργεί λίθους στα νεφρά 1. Η προαναφερθείσα διαδικασία λιθογένεσης λίθων κυστίνης δημιουργεί απόφραξη της αποχετευτικής μοίρας του ουροποιητικού, λοιμώξεις, νεφροπάθειες και σε πιο προχωρημένες καταστάσεις νεφρική ανεπάρκεια 2, 3.
Η νόσος εμφανίζεται με συχνότητα 1/7.000, με διακυμάνσεις από 1/2.500 στους Ι Λίβυους Εβραϊκής καταγωγής ως 1/15.000 σε πληθυσμό των Η.Π.Α.4. Τρεις μορφές κυστινουρίας έχουν περιγραφεί μέχρι σήμερα, η 'τύπου Ι', 'τύπου ΙΙ' και 'τύπου ΙΙΙ' (οι μορφές: 'τύπος ΙΙ' και 'τύπος ΙΙΙ' είναι γνωστές και ως κυστινουρία 'μη-τύπου Ι') 5. Οι ετεροζυγώτες 'τύπου Ι' εμφανίζουν κανονικά επίπεδα νεφρικής απέκκρισης της κυστίνης, ενώ οι ετεροζυγώτες 'τύπου ΙΙ' και 'τύπου ΙΙΙ' δείχνουν αντίστοιχα υψηλή ή ενδιάμεση υπεραπέκκριση της κυστίνης και των άλλων διβασικών αμινοξέων. Τα ομόζυγα άτομα 'τύπου Ι' και 'τύπου ΙΙ' στερούνται της ικανότητας εντερικής απορρόφησης της κυστίνης σε αντίθεση με τους ομοζυγώτες 'τύπου ΙΙΙ', οι οποίοι εμφανίζουν σημαντική αύξηση των επιπέδων της κυστίνης στο πλάσμα τους, όπως διαπιστώθηκε μετά από την per-os χορήγησή της 6. Σήμερα είναι γνωστό από την βασική έρευνα ότι σε μοριακό επίπεδο η κυστινουρία 'τύπου Ι' προκαλείται από μεταλλάξεις στο γονίδιο SLC3A1, που βρίσκεται στο χρωμόσωμα 2. Αντίθετα, η 'μη-τύπου Ι' κυστινουρία οφείλεται σε μεταλλάξεις ενός άλλου γονιδίου, του SLC7A9, που τοποθετείται στο χρωμόσωμα 191. Σ' αυτό το άρθρο γίνεται μία συνοπτική παρουσίαση των μέχρι σήμερα γνωστών στοιχείων γύρω από τη γενετική και μοριακή βάση της ασθένειας.

Οι Μεταλλάξεις στο γονίδιο SLC3A1
Έχει τεκμηριωθεί ότι το μη μεταλλαγμένο γονίδιο SLC3A1 είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση μίας πρωτεΐνης, που εντοπίζεται στη ψυκτροειδή παρυφή της πλασματικής μεμβράνης του εγγύς νεφρικού σωληναρίου και των επιθηλιακών κυττάρων του εντερικού βλεννογόνου7, 8. Η πρωτεΐνη αυτή θεωρείται υπεύθυνη για την επαναρρόφηση της κυστίνης και των διβασικών αμινοξέων, πολύ πιθανά διαμέσου ενός μηχανισμού ο οποίος βρίσκεται ακόμη υπό συνεχή διερεύνηση και που χαρακτηρίζεται από την ταυτόχρονη μεταφορά ουδέτερων αμινοξέων προς την αντίθετη κατεύθυνση9. Το γονίδιο αυτό έχει χαρτογραφηθεί στο χρωμόσωμα 2 (2p16.3) και μέχρι σήμερα έχουν περιγραφεί περί τις 35 μεταλλάξεις οι οποίες θεωρούνται υπεύθυνες μόνο για την 'τύπου Ι' κυστινουρία. Στον πίνακα 1 αναφέρονται οι διάφοροι τύποι των μεταλλάξεων που έχουν περιγραφεί, ενώ στον πίνακα 2 παρατίθενται πιο αναλυτικά οι μεταλλάξεις της κάθε επί μέρους κατηγορίας 8 - 16.

Οι Μεταλλάξεις στο γονίδιο SLC7A9
H γενετική βάση της κυστινουρίας αποτελείται από έναν αρκετά πολύπλοκο μοριακό μηχανισμό, αφού έχει διαπιστωθεί ότι οι διάφοροι τύποι της δεν οφείλονται σε μεταλλάξεις ενός και μόνο γονιδίου. Έτσι, όπως προαναφέρθηκε μεταλλάξεις στο γονίδιο SLC7A9 προκαλούν τη 'μη-τύπου Ι' κυστινουρία. Πρόσφατες μελέτες τοποθετούν το γονίδιο αυτό σε μια περιοχή 1.8Mb, μεταξύ των δεικτών D19S430 και D19S874 (εικόνα 1). Η περιοχή αυτή περιέχει 10 γνωστά γονίδια και 56 ESTs (expressed sequence tags). Όμως, κανενός από αυτά τα γονίδια μοριακό προϊόν δεν σχετίζεται με τη μεταφορά των συγκεκριμένων με την ασθένεια αμινοξέων 17, 18, 19. Η περαιτέρω έρευνα και άλλων μοριακών δεικτών θα επιτρέψει να μειωθεί το εύρος της περιοχής, όπου έχει μέχρι σήμερα χαρτογραφηθεί το γονίδιο SLC7A9. Επιπλέον, η ανάλυση των ESTs καθώς και ο ενδεχόμενος προσδιορισμός και άλλων γονιδίων της συγκεκριμένης περιοχής θα δώσει μελλοντικά και τη δυνατότητα πιθανής κλωνοποίησής του. Το σύνολο των μέχρι σήμερα γνωστών μεταλλάξεων του γονιδίου SLC7A9 αναφέρεται στον πίνακα 3, ενώ στον πίνακα 4 παρουσιάζονται πιο αναλυτικά οι μεταλλάξεις κάθε κατηγορίας 10 -19.

Προοπτικές
Ο τρόπος κληρονόμησης της κυστινουρίας έχει χαρακτηριστεί ως πραγματικά υπολειπόμενος για την κυστινουρία 'τύπου Ι' και ως ενδιάμεση μορφή κληρονομικότητας για τις 'τύπου ΙΙ' και 'τύπου ΙΙΙ' κυστινουρίες. Πρόσφατες έρευνες σε επίπεδο μοριακής βιολογίας έχουν αποδείξει ότι ο 'τύπος Ι' κυστινουρίας (που εμφανίζει υπολειπόμενη μορφή κληρονομικότητας) μπορεί να διακριθεί από τη 'μη-τύπου Ι' κυστινουρία (που χαρακτηρίζεται από ενδιάμεσης μορφής κληρονομικότητα) με βάση τα επίπεδα της νεφρικής απέκκρισης των τεσσάρων αμινοξέων: κυστίνη, λυσίνη, ορνιθίνη και αργινίνη. Ωστόσο, διαφορές στις φαινοτυπικές εκφράσεις των γονιδίων ακόμα και μεταξύ συγγενών ατόμων, που έχουν τον ίδιο γενότυπο, δείχνουν ότι επιβάλλεται να γίνει περαιτέρω βασική έρευνα και να επικεντρωθούν οι προσπάθειες γύρω από τη γενετική βάση της ασθένειας καθώς και της επίδρασης που πιθανά μπορεί να ασκεί το περιβάλλον όπως και για την επίδραση κάποιων άλλων πιθανών παραγόντων που ασκείται επάνω στα φαινοτυπικά χαρακτηριστικά των κυστινουρικών ατόμων.

Βιβλιογραφία
1. Colombo R. Dating the origin of the V170M mutation causing non-type I cystinuria in Lybian Jews by linkage disequilibrium and physical mapping of the SLC7A9 gene. Gen 2000; 69: 131-134.
2. Giannakopoulos X, Kalfakakou V, Tsoumanis Ph, Karkabounas S, Chambilomatis P, Evaggelou A, Kallistratos G. Resultats du traitement de la cystinurie et de la lithiase cystinique par l' alpha - mercaptopropionylglycine. J Urol 1994; 100: 129-134.
3. Giannakopoulos X, Tsoumanis Ph, Pappas G, Kalfakakou V, Charalampopoulos C, Evaggelou A. Prevention and treatment of cystinuric patients with 2- mercaptopropionylglycine (2-MPG). Eur Urol 1996; 30(suppl 2) 61.
4. Segal S & Their S. Cystinuria In: Scriver CH, Beaudet AL, Sly WS, Valle D (eds). The metabolic basis of inherited disease. McGraw Hill, New York, 1989; 2479-2496.

5. Rosenberg LE, Downing S, Durant JL & Segal S. Cystinuria: biochemical evidence for three genetically distinct diseases. J Clin Invest 1966; 45: 365-371.
6. Callonge MJ, Volpini V, Bisceglia L, Rousaud F, de Santis L, Beccia E, Zelante L, Testar X, Zorzano A, Estivill X, Gasparini P, Nunes V & Palacin M. Genetic heterogeneity in cystinuria: The SLC3A1 gene is linked to type I but not to type III cystinuria. Proc Natl Acad Sci USA 1995; 92: 9667-9671.
7. Furriolis M, Chillaron J, Mora C, Castello A, Bertran J, Camps M, Testar X, Vilaro S, Zorzano A & Palacin M. rBAT, related to L-cystine transport, is localized to the microvilli of proximal straight tubules and its expression is regulated in kidney by development. J Biol Chem 1993; 268: 27060-27068.
8. Pickel VM, Nirenberg MJ, Chan J, Mosckovitz R, Udenfriend S & Tate SS. Ultrastructural localization of a neutral and basic amino acid in rat kidney and intestine. Proc Natl Acad Sci USA 1993; 90: 7779-7783.
9. Busch A, Herzer T, Waldegger S, Schmidt F, Palacin M, Biber J, Markovich D, Muter H & Lang F. Opposite directed currents induced by the transport of dibasic and neutral amino acids in Xenopus oocytes expressing the protein rBAT. J Biol Chem 1994; 269: 25581-25586.
10. Pras E, Raden N, Golomb E, Arber N, Aksentijevich I, Schapiro JM, Harel D, Katz G, Liberman U, Pras M & Kastner DL. Mutations in the SLC3A1 trasporter gene in cystinuria. Am J Hum Genet 1995; 56: 1297-1303.
11. Bisceglia L, Calonge MJ, Dello Strologo L, Rizzoni G, de Sanctis L, Gallucci M, Beccia E, Testar X, Zorzano A, Estivill X, Zelante L, Palacin M, Gasparini P & Nunes V. Molecular analysis of the cystinuria disease gene: identification of four new mutations, one large deletion and one polymorphism. Hum Genet 1996; 98 (4): 447- 451.
12. Calonge MJ, Gasparini P, Chillaron J, Chillon M, Gallucci M, Rousaud F, Zelante L, Testar X, Dallapiccola B, Di Silverio F, Barcelo' P, Estivill X, Zorzano A, Nunes V & Palacin M. Cystinuria caused by mutations in rBAT, a gene involved in the transport of cystine. Nat Genet 1994; 6: 420-426.
13. Miyamoto K, Katai K, Tatsumi S, Sone K, Segawa H, Yamamoto H, Taketani Y, Takada K, Morita K, Kanayama H, Kagawa S & Takeda E. Mutations in the basic amino acid transporter gene associated with cystinuria. Biochem J 1995; 310: 951-955.
14. Albers A, Lahme S, Wagner C, Kaiser P, Zerres K, Capasso G, Pica A, Palacin M, Lang F, Bichler KH & Eggermann T. Mutations in the SLC3A1 gene in cystinuric patients: frequencies and identification of a novel mutation. Genet Test 1999; 3 (2): 227-231.
15. Gasparini P, Calogne MJ, Bisceglia L, Purroy J, Dianzani I, Notarangelo A, Rousaud F, Gallucci M, Testar X, Ponzone A, Estivill X, Zorzano A, Palacin M, Nunes V & Zelante L. Molecular genetics of cystinuria: identification of four new mutations and seven polymorphisms and evidence for genetic heterogeneity. Am J Hum Genet 1995; 57: 781-788.
16. Gitomer WL, Reed BY, Ruml LA, Sakhaee K & Pak CY. Mutations in the genomic deoxyribonucleic acid for SLC3A1 in the patients with cystinuria. J Clin Endocrinol Metab 1998; 83 (10): 3688-3694.
17. Horsford J, Saadi I, Raelson J, Goodyer PR & Rozen R. Molecular genetics of cystinuria in French Canadians: identification of four novel mutations in type I patients. Kidney Int 1996; 49 (5): 1401-1406.

18. Pras E, Pras E, Kreiss Y, Frishberg Y, Prosen L, Aksentijevich I & Kastner DL. Refined mapping of the CSNU3 gene to a 1.8-Mb region on chromosome 19q13.1 using historical recombinants in Libyan Jewish cystinuria patients. Gen 1999; 60: 248-250.
19. Feliubadalo L, Font M, Purroy J, et. al. Non-type I cystinuria caused by mutations in the SLC7A9, encoding a subunit (bo, +AT) of rBAT. International Cystinuria Consortium. Nat Genet 1999; 23 (1): 52-57

 

<< Επιστροφή