Biochemical Genetics Department

Τα αμινοξέα είναι ως γνωστό τα δομικά συστατικά των πρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες του οργανισμού υφίστανται συνεχή αποικοδόμηση και εξ υπαρχής σύνθεση. Επομένως, τα αμινοξέα λειτουργούν τόσο ως δομικά συστατικά  όσο και ως προϊόντα αποικοδομήσεως. 

Στις πρωτεΐνες βρίσκουμε κανονικά 20 διαφορετικά αμινοξέα. Διαφέρουν μεταξύ τους στη φύση της πλευρικής αλυσίδας R (σχήμα 1). Εκτός από τα 20 αμινοξέα που βρίσκονται τακτικά στις πρωτεΐνες υπάρχουν και πολλά άλλα που είναι κυρίως ενδιάμεσα προϊόντα του μεταβολισμού, όπως π.χ. η κιτρουλίνη και η ορνιθίνη που συμμετέχουν στον κύκλο της ουρίας.

Μέχρι σήμερα έχουν περιγραφεί περίπου 200 διαταραχές στο μεταβολισμό των αμινοξέων οι οποίες οφείλονται στην έλλειψη ή δυσλειτουργία κάποιου ενζύμου υπεύθυνου για μια συγκεκριμένη βιοχημική αντίδραση ή κάποιου μεταφορέα. Η ανεπάρκεια των πρωτεϊνών-ενζύμων αυτών είναι αποτέλεσμα μετάλλαξης στο γονίδιο το οποίο κωδικοποιεί τη συγκεκριμένη πρωτεΐνη. Επακόλουθο της ανεπάρκειας του ενζύμου ή του μεταφορέα είναι η συσσώρευση τοξικών μεταβολιτών σε ζωτικά όργανα του ασθενή. Οι περισσότερες διαταραχές κληρονομούνται με αυτοσωμικά υπολειπόμενα και μόνο λίγες με Χ-φυλοσύνδετα υπολειπόμενα γονίδια.

Διαταραχές στο μεταβολισμό των αμινοξέων μπορεί να παρουσιαστούν σε οποιανδήποτε ηλικία, πιο συχνά όμως παρουσιάζονται στη νεογνική και παιδική ηλικία. Τα συμπτώματα περιλαμβάνουν άρνηση λήψης τροφής, εμετούς, μη αύξηση βάρους, υπνηλία, κρίσεις σπασμών, διαταραχές πνευματικής ανάπτυξης και νευρολογικές δυσλειτουργίες. Η θεραπεία συνίσταται σε χορήγηση τροφής φτωχής σε πρωτεΐνες ή/και χορήγηση φαρμάκων όπως νιτιζινόνη στην τυροσυναιμία, και βενζοϊκό νάτριο στις διαταραχές του κύκλου της ουρίας.

Η διερεύνηση για πιθανό κληρονομικό νόσημα που αφορά το μεταβολισμό των αμινοξέων ξεκινά με την ανάλυση των αμινοξέων στο πλάσμα αίματος, και κάποιες φορές στα ούρα και στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό. Η επιβεβαίωση της διάγνωσης μπορεί να γίνει με τη μέτρηση της ενεργότητας του εμπλεκόμενου ενζύμου ή με ανάλυση της αλληλουχίας των βάσεων του αντίστοιχου γονιδίου.

Με την ανάλυση των αμινοξέων σε βιολογικά υγρά κάποια νοσήματα μπορούν άμεσα να διαγνωστούν (πίνακας 1) ενώ για κάποια άλλα τα αποτελέσματα αποτελούν ένδειξη (πίνακας 2). 

ΠΙΝΑΚΑΣ 1. Νοσήματα τα οποία διαγιγνώσκονται μετά από ανάλυση αμινοξέων

ΠΙΝΑΚΑΣ 2. Νοσήματα για τα οποία υπάρχει ένδειξη μετά από ανάλυση αμινοξέων

Με την εισαγωγή των χρωματογραφικών μεθόδων έγινε δυνατός ο ποιοτικός και ποσοτικός προσδιορισμός των αμινοξέων στα βιολογικά υγρά του σώματος, και κατ’ επέκταση η διάγνωση των κληρονομικών νοσημάτων που αφορούν το μεταβολισμό των αμινοξέων. Η χρωματογραφία περιλαμβάνει σειρά μεθόδων διαχωρισμού μειγμάτων ανόργανων ή οργανικών ουσιών εις τα συστατικά τους, διά της κατανομής των συστατικών μεταξύ δύο φάσεων μιας στατικής και μιας κινητής. Η κινητή φάση, διερχόμενη δια μέσου της στατικής, προκαλεί διαφορετική μετακίνηση των συστατικών του μείγματος. Οι διάφοροι μέθοδοι διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη φύση της κινητής φάσεως (υγρή ή αέριος), ως προς τη μορφή της στατικής φάσεως (στήλη, λεπτή στοιβάδα με προσροφητικά υλικά, χάρτου) και ως προς το μηχανισμό εις τον οποίον οφείλεται ο διαχωρισμός (π.χ προσρόφησης, ιοντοανταλλαγής, κατανομής, ανίχνευση μαζών).

Στο τμήμα Βιοχημικής Γενετικής από το 1993 παρέχεται η υπηρεσία ανάλυσης των αμινοξέων για τη διάγνωση και παρακολούθηση κληρονομικών νοσημάτων του μεταβολισμού των αμινοξέων. Η μέθοδος η οποία χρησιμοποιείται είναι αυτή της ιοντοανταλλαγής κατά την οποία τα αμινοξέα δύνανται να διαχωριστούν με βάση το ηλεκτρικό τους φορτίο. 

Τα θετικά φορτισμένα αμινοξέα προσδένονται σε αρνητικά φορτισμένη ομάδα της στατικής φάσης. Όσο ισχυρότερα φορτισμένο το αμινοξύ τόσο πιο ισχυρά θα προσδεθεί στην κολώνα και τόσο μεγαλύτερο χρόνος θα χρειαστεί για την έκλουση του. Τα αμινοξέα μετά την έξοδο τους από την κολώνα διαχωρισμού του αναλυτή αμινοξέων, βάφονται με τη χημική ουσία νινυδρίνη. Το τελικό προϊόν της χημικής αντίδρασης έχει χρώμα μωβ το οποίο απορροφά στα 570nm (σχήμα 1). Η απορρόφηση του τελικού προϊόντος είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση του αμινοξέως η οποία προσδιορίζεται από το εμβαδό της αντίστοιχης χρωματογραφικής κορυφής (σχήμα 2).

ΣΧΗΜΑ 1. Χημική αντίδραση αμινοξέων με νινυδρίνη

 
Στην Κύπρο έχουν διαγνωστεί 51 ασθενείς με διαταραχή του μεταβολισμού των αμινοξέων τα τελευταία περίπου 30 χρόνια. Τα νοσήματα που έχουν διαγνωστεί περιλαμβάνουν: υπερφαινυλαλανιναιμία (σχήμα 2Β), νόσος με οσμή ούρων σαν σιρόπι σφενδάμου, μη-κετοτική υπεργλυκιναιμία, διαταραχές του κύκλου της ουρίας, κυστινουρία, κυστίνωση, ομοκυστινουρία και υπερπρολιναιμία. Η έγκαιρη διάγνωση επέτρεψε την άμεση παρέμβαση και έναρξη θεραπείας, με αποτέλεσμα την αποφυγή σοβαρών συμπτωμάτων, συμπεριλαμβανομένης και της πνευματικής καθυστέρησης. Δόθηκε επίσης γενετική συμβουλευτική προς τις οικογένειες και έγιναν και κάποιες προγεννητικές διαγνώσεις.

ΣΧΗΜΑ 2. Αμινογράμματα

 
Α) Αμινόγραμμα σε πλάσμα αίματος από φυσιολογικό άτομο

Β) Αμινόγραμμα σε πλάσμα αίματος από ασθενή με υπερφαινυλαλανιναιμία (με το βέλος επισημαίνεται η αυξημένη κορυφή της φαινυλαλανίνης)

Θεόδωρος Γεωργίου, Βιολόγος, PhD
Scientist
email: [email protected]