Wolframi sündroom

Allikas: Vikipeedia
Wolframi sündroom
Klassifikatsioon ja välisallikad
Optic atrophy Wolfram syndrome right.JPG
Patsiendi paremas silmas on näha optilist atroofiat ilma diabeetilise retinopaatiata; from Manaviat et al.,2009[1]
OMIM 222300
DiseasesDB 3787
MeSH D014929

Wolframi sündroom (WS) on haruldane retsessiivne neurodegeneratiivne häire, mis on autosomaalse pärandumisega. Haigus on tuntud ka kui DIDMOAD (diabetes insipitus, insuliini-puudulik diabetes mellitus, optiline atroofia ja kurtus). Sündroomi põhjustav muteerunud WFS1 geen paikneb neljanda kromosoomi 16,1 piirkonnas (4p16.1), kodeerides endoplasmaatilise retiikulumi (ER) membraaniseoselist valku nimega volframiin. Lokalisatsioon ER-is annab alust arvata, et volframiinil on füsioloogilisi funktsioone membraani trafficking-s, sekretsioonis, protsessingus ja/või ER kaltsiumi homöostaasi regulatsioonis. Nende funktsioonide häiringute tulemusel indutseerib ER stressivastuse, sealhulgas apoptoosi.

1938. aastal kirjeldasid Dr. Donald Justin Wolfram ja H.P.Wagener kaheksa lapse (vanuses 3–18 aastat) fenotüüpe, kelle seast neljal avaldusid noorte diabeet ja optiline atroofia. See juhtum on esimene kirjend Wolframi sündroomist [2]. Alates algsest haiguse kirjeldamisest on sündroomi tuvastatud rohkem kui 200 korral. Selle aja jooksul on tuvastatud lisaks eelnevatele sümptomitele diabetes insipitus, neeruhäired, neuroloogilised ning endokriinsed ebanormaalsused.

Sümptomite avaldumine[muuda | redigeeri lähteteksti]

WS on progressiivne neurodegeneratiivne häire. Mitte-autoimmuunne ja mitte-HLA-siduv (HLA-inimese leukotsüüdi antigeen) diabetes mellitus avaldub keskmiselt kuueaastastel (vanus varieerub kolmenädalastest 16. eluaastani) ning on tuvastatav haruldaste mikrovaskulaarsete komplikatsioonide avaldumisel.

Optiline atroofia avaldub keskmiselt 11. eluaastal, millega kaasneb värvipimedus ja nägemisteravuse vähenemine. Optiline atroofia on progressiivne, viies lõpuks täieliku nägemise kaotamiseni (kuus inimest 60-st kaotavad nägemisvõime 8 aasta jooksul). Keskmiselt 14-aastastel esineb 73–75% tõenäosusega osaline kraniaalne diabetes insipitus, aga nad reageerivad hästi nina ning suu kaudu manustatavale desmopressiinile.

Sensorineuraalne kurtus avaldub keskmiselt 16. aastastel Wolframi sündroomi põdevatel inimestel. Teiste kliiniliste häirete alla kuuluvad neerutrakti komplikatsioonide (neuropaatiline põis) avaldumine 30. eluaastateks; väikeaju ataksia, perifeerne neuropaatia ja psühhiaatriliste haiguste avaldumine 40. eluaastateks.[3]

Magnetresonantstomograafia (MRT) skaneeringud näitasid üldist aju atroofiat. Eriti mõjutatud piirkonnad olid väikeaju, piklikaju (medulla) ja sild (pons). Paljudel uuringus osalejatel avaldus hüpogonadism.[4]

Keskmine eluiga on 30 aastat (varieerub 25 ja 49 eluaasta vahel). WS patsiendid surevad tavaliselt ajutüve atroofiast tingitud tsentraalse respiratoorse häire tulemusel.[4]

Wolframi sündroomi keskmine sagedus Suurbritannias on \frac{1}{770000} [4]. See on palju väiksem kui sagedus Põhja-Ameerikas \frac{1}{100000}, mille aluseks on optilise atroofia esinemine ühes sealses noorte-diabeedikliinikus.[5]

Neljas kromosoom, välja toodud piirkondadega

Wolframi sündroomiga patsientide sümptomitele lisaks avaldunud mitmed hingamisahela (glükoosi lagunemisraja etapp) häireid andsid aluse uurimistööks, mille ülesandeks oli kirjeldada mitokondriaalse DNA (mtDNA) mutatsioone WS patsientidel. Kaks näidet mitokondriaalse haiguse kohta on Leberi Optiline Atroofia (LHON) ja müopaatia. Punktmutatsioonid mtDNAs võivad põhjustada diabetes mellitusst, optilist atroofiat ja kurtust, mis on kolm peamist Wolframi sündroomi kliinilist sümptomit.

WFS1 ja volframiin[muuda | redigeeri lähteteksti]

WFS1 ja woframiini struktuur[muuda | redigeeri lähteteksti]

Wolframi sündroomi põhjustav WFS1 geen identifitseeriti esmakordselt 1998. aastal Jaapani/Ameerika Ühendriikide koostööl.[6]

WFS1 geen (4p16,1) koosneb 8 eksonist. WFS1 poolt sünteesitud volframiini valgu pikkuseks on 890 aminohapet keskmise molekulmassiga 100 kDa. Volframiin on hüdrofoobne valk, koosnedes üheksast transmembraansest tetrameersest segmendist. Volframiini otstes on hüdrofiilsed regioonid.[7]

Volframiini funktsioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Volframiin paikneb endoplasmaatilises retiikulumis Ncyt/Clum orientatsiooniga [7] ning arvatakse olevat integraalne, endoglükosidaas H-tundlik membraani glükoproteiin[8].

Ühe teooria kohaselt aitab volframiin hoida rakus õiget kaltsiumi ioonide taset, kontrollides laetud osakeste kontsentratsiooni endoplasmaatilises retiikulumis. Hiljutised uuringud on näidanud WFS1 olulist rolli ER stressisignaali negatiivse tagasiside regulatsioonis ning pankrease β-rakkude (sekretoorsed rakud) surma vältimises signaaliraja düsfunktsiooni korral.[9]

Malgorzata Zatyka[10] leidsid, et WFS1 karboksüterminaalne (C-terminaalne) domeen, mis paikneb endoplasmaatilise retiikulumi luumenis, on seotud ER-is paikneva Na+/K+ ATPaasi beeta-1 subühikuga (ATP1B1). Neuraalses degeneratiivses häires ja apoptoosis on Na+/K+ ATPaasi puudulikkusel oluline roll. WFS1 mutatsioonid, mille tulemusel areneb Wolframi sündroom, võivad põhjustada Na+/K+ ATPaasi defitsiiti.

Hiljutised uuringud näitavad volframiini kui kalmoduliini siduvat valku. Kalmoduliini ekspressioon tagab laia varieeruvuse Ca2+ signaali transduktsioonil (ülekandes).[11]

Wolframi sündroomi põhilised sümptomid[muuda | redigeeri lähteteksti]

WFS1 põhjustatud Wolframi sündroomi sümptomid kehapiirkonna lõikes[12]

Kategooria Subkategooria Tunnused
Kasv Kasvu mahajäämus
Pea ja kael Kõrvad Sensorineuraalne kuulmise kadu
Silmad Optiline atroofia, pigmenteerunud retinopaatia, ptoos, nüstaagmus
Kardiovaskulaar Süda Kardiomüopaatia
Urogenitaal Sisemised genitaalid Testikulaarne atroofia
Neerud Hüdronefroos
Ureetrid Hüdroureeter
Põis Neurogeeniline põis (teise nimega närviline põis)
Skelett Käed Eesmise interfalagaalse liigese piiratud liikuvus
Neuroloogiline Kesknärvisüsteem Vaimne alaareng, hood, ataksia, treemor, düsfaagia, düsartria, psühhiaatrilised häired, aju atroofia
Endokriinsed Diabetes Mellitus, Diabetes Insipitus, hüpotüroidism
Hematoloogilised Megaloblastiline aneemia, sideroblastiline aneemia, trombotsütopeenia

WFS1 geeni mRNA analüüs näitas geeni ekspresseerumist üle terve keha (volframiini valk on ekspresseerunud kõikides rakutüüpides: süda, aju, platsenta, kops, maks, skeletilihas, neer ja pankreas) [6]

Diabetes insipitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Hiirte peal tehtud uuringute põhjal on alust arvata, et WS patsientidel on diabetes insipitus tingitud supraoptilise ja hüpotaalamuse paraventrikulaarse tuumade neuraalsest düsfunktsioonist, mille tulemusel toimub WFS1 funktsiooni kadu.[13]

Diabetes mellitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pankreases on volframiin tugevalt ekspresseerunud. See valk võib aidata kokku pakkida insuliini prekursorit (proinsuliin), saades terviklik hormoon, mis kontrollib vere glükoosi sisaldust.[14] Hiirtes viib volframiini puudulikkus progressiivsele β-rakkude hävimisele(mängib olulist rolli β-rakkude normaalses funktsioonis), glükoosi tolerantsuse häirele ja rakutsükli ebakorrapärasele kulgemisele. Viimane on tingitud osaliselt endoplasmaatilise retiikulumi stressivalgu vastuseraja aktiveerumisest ja suurenenud apoptoosist. Samas on vähe informatsiooni WFS1 funktsioonist embrüogeneesis.

Optiline atroofia[muuda | redigeeri lähteteksti]

Nägemisnärvi (optilise) atroofia avaldumine on esimene märge võimalikust Wolframi sündroomi diagnoosist.[15] Eksperimentaalsed uuringud ahvide ja hiirte reetinast on näidanud, et volframiin paikneb primaarselt reetina ganglioni rakkudes (RGC), fotoretseptorites ja gliia rakkudes optilise närvi proksimaalses piirkonnas.[16]

Kurtus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Volframiini funktsioon sisekõrvas ja viis, kuidas missense mutatsioonid põhjustavad kuulmise kadu, ei ole veel põhjalikult uuritud. Sisekõrvas võib volframiin aidata hoida Ca-ioonide ja teiste laetud osakeste õiget kontsentratsiooni.[17]

Patofüsioloogiline roll volframiini mutantidel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Hoffmann et al [7] uurisid esimest korda volframiini funktsiooni kao molekulaarseid mehhanisme. WS patsientide fibroblasti rakkude valkude analüüsil selgus, et WFS1 stop ja frameshift mutatsioonid põhjustavad volframiini valgu täieliku puudumise organismis. 2006. aastal uurisid Hoffmann ja Bauer [18] WFS1 kuue erineva missense mutatsiooni, "kärpivate" mutatsioonide efekti ekspressioonitasemes, stabiilsust, lagunemist ja intratsellulaarset saatust. Nad leidsid, et kõik eespool nimetatud mutatsioonid viivad WFS1 taseme drastilisele langusele. Muteerunud valgud viiakse varajase translatsiooni käigus proteasoomsele degradatsioonile (valgulisele lagunemisele). Ühtegi volframiini agregaati ei leitud, mis viitab, et WS pole valgukuhjumise poolt põhjustatud haigus.

Mitokondriaalse sündroomi sümptomid[muuda | redigeeri lähteteksti]

[19]

Kategooria Tunnused
Silmad Optiline atroofia, pimedus
Neuroloogiline Autonoomiline düsfunktsioon, nüstaagmus, vaimne alaareng, hood, laialdane atroofiline muutus aju MRT uuringus
Pärandumine Mitokondriaalne vorm, autosomaalne retsessiivne vorm
Urogenitaal Hüdronefroos, hüdroureeter, põiepidamatus
Biokeemia Vasopressiini puudulikkus, madal erütrotsüüdi tiamiini pürofosforülaasi ja tiamiini pürofosfokinaasi aktiivsus, heteroplasmiidse mtDNA deletsioon, kerge hüperlaktateemia
Hematoloogilised Megaloblastiline aneemia, sideroblastiline aneemia, neutropeenia, trombotsütopeenia
Endokrinolaadsed Varajane diabetes mellitus ja diabetes insipitus
Kõrvad Sensorineuraalne kuulmise kadu, kurtus

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Manaviat MR, Rashidi M, Mohammadi SM (2009). "Wolfram Syndrome presenting with optic atrophy and diabetes mellitus: two case reports". Cases J 2: 9355. doi:10.1186/1757-1626-2-9355. PMC 2804005. PMID 20062605. 
  2. Wolfram D.J, Wagener H.P: Diabetes mellitus and simple optic atrophy among siblings: report of four cases. Mayo Clin Proc 1938:13: 715–718
  3. Swift RG, Sandler DB, Swift M. Psychiatric findings in Wolfram syndrome homozygites. Lancet 1990: 336 (8716): 667–669
  4. 4,0 4,1 4,2 Barrett TG, Bundey SE, Macleod AF: Neurodegeneration and diabetes: UK nationwide study of Wolfram (DIDMOAD) syndrome. Lancet 1995:346 (8988):1458–1463.
  5. Fraser FC, Gunn T: Diabetes mellitus, diabetes insipitus, and optic atrophy. An autosomal recessive syndrome? J Med Genet 1977:14(3):190-193
  6. 6,0 6,1 Inoue H, Tanizawa Y, Wasson J et al. A gene encoding a transmembrane protein is mutated in patients with diabetes mellitus and optic atrophy (Wolfram syndrome). Nat Genet 1998: 20(2): 143–148
  7. 7,0 7,1 7,2 Hofmann S, Philbrook C, Gerbitz KD et al: Wolfram syndrome: structural and functional analyses of mutant and wild-type wolframin, the WFS1 gene product. Hum Mol Genet 2003: 12(16):2003–2012
  8. Takeda K, Inoue H, Tanizawa Y et al: WFS1 (Wolfram syndrome 1) gene product: predominant subcellular localization to endoplasmic reticulum in cultured cells and neuronal expression in rat brain. Hum Mol Genet 2001: 10(5): 177–484
  9. Fonseca SG, Ishigaki S, Oslowski CM et al: Wolfram syndrome 1 gene negatively regulates ER stress signaling in rodent and human cells. J Clin Invest 2010: 120(3): 744–755
  10. Zatyka M, Ricketts C da Silva, Xavier G et al: Sodium-potassium ATPase 1 subunit is ma molecular partner of Wolframin, an endoplasmic reticulum protein involved in ER stress. Hum Mol Genet 2008: 17(2): 190–200
  11. Xia Z, Storm DR: The role of calmodulin as a signal integrator for synaptic plasticity. Nat Rev Neurosci 2005: 6(4): 267–276
  12. OMIM. WOLFRAM SYNDROME 1; WFS1. (#222300). OMIM.org. (inglise keeles)
  13. Gabreels BA, Swaab DF, de Kleijn DP et al: The vasopressin precursor is not processed in the hypothalamus of Wolfram syndrome patients with diabetes insipitus: evidence for the involvement of PC2 and 7B2. J Clin Endocrinol Metab 1998: 83(11):4026–4033
  14. Fonseca SG, Fukuma M, Lipson KL et al: WFS1 is a novel component of the unfolded protein response and maintains homeostasis of the endoplasmic reticulum in pancreatic beta-cells. J Biol Chem 2005:280(47):39609-39615
  15. Barrett TG, Bundey SE:Wolfram(DIDMOAD) syndrome. J Med Gene 1997:34:838-841
  16. Yamamoto H, Hoffmann S, Hamasaki DI et al: Wolfram syndrome 1 (WFS1) protein expression in retinal ganglion cells and optic nerve glia of the cynomolgus monkey. Exp Eye Res 2006:83(5):1303-1306
  17. Cryns K, Thys S, Van Laer L et al: The WFS1 gene, responsible for low frequency sensorineural hearing loss and Wolfram syndrome, is expressed in a variety of inner of inner ear cells. Histochem Cell Biol 2003: 119(3):247–256
  18. Hoffmann S, Bauer MF: Wolfram syndrome-associates mutations lead to instability and proteasomal degradation of wolframin. FEBS Lett 2006:580 (16):4000–4004
  19. OMIM. WOLFRAM SYNDROME, MITOCHONDRIAL FORM. (#598500). OMIM.org. (inglise keeles)