1er CURSO DE ENFERMEDADES METABÓLICAS HEREDITARIAS

Asociación Española para el Estudio de los Errores Congénitos del Metabolismo (AECOM)

16 de Noviembre de 2012

Defectos en el ciclo de la urea:metabolismo normal, defectos conocidos,

diagnóstico diferencial

María Dolores Bóveda FontánLaboratorio de Metabolopatías. Hospital Clínico Uni versitario.

Santiago de Compostela

Introducción

Los aminoácidos que no son utilizados para la síntesis proteica son

catabolizados por desaminación, dando lugar a amonio

Amonio: muy tóxico para el sistema nervioso central.

Existe un ciclo específico, el ciclo de la urea, para eliminar el

excedente de amonio

Tiene lugar en el hígado

Fue inicialmente descrito por Krebs y Henseleit (1932).

Introducción

Principal vía metabólica para eliminar el exceso de nitrógeno

procedente del catabolismo de los aminoácidos y otros

compuestos nitrogenados

Secuencia de reacciones enzim áticas (localizadas en citosol y

mitocondria ) que convierten el amonio y otros compuestos

nitrogenados, altamente tóxicos, en urea hidrosoluble y no tóxica

que es excretada por el riñón.

Biosíntesis y degradación de arginina , aminoácido no esencial

pero fundamental para su funcionamiento

Introducción. Ciclo de la urea

AMONIOTóxico

Transformaciones enzim áticas

NH4+

- No tóxico- Soluble en agua- Eliminación en orina

UREA

Introducción. Ciclo de la urea

� La deficiencia de uno de los enzimas de la ureagénesis

� El fallo de transporte de sus metabolitos

� Síntesis inadecuada de urea

� Acumulación de amonio en las células del organismo

Ciclo de la urea

Orphanet Journal of Rare Diseases 2012, 7:32 http://www.ojrd.com/content/7/1/32

Ciclo de la urea

Esencialmente, 2 átomos de nitrógeno (uno procedente

del carbamilfosfato y otro del aspartato) y 1 de carbo no

procedente del bicarbonato dan lugar a una molécula de

urea en cada vuelta del ciclo .

Energética del ciclo

2NH4 + HCO3 + 3ATP + H2O urea + 2ADP + 4Pi + AMP + 5H

Ciclo de la urea

3 Enzimas mitocondriales (parte alta del ciclo)

� N-acetilglutamato sintetasa (NAGS) activadora inicial

� Carbamilfosfatosintetasa (CPS I)

� Ornitinatranscarbamilasa (OTC)

3 Enzimas citoplasm áticos (parte baja del ciclo)

� Argininosucinato sintetasa (ASS)

� Argininosuccinato liasa (ASL)

� Arginasa (ARG)

Ciclo de la urea. Reacciones

1. Síntesis de N-acetilglutamato (coactivador indispensable del CPS I) a

partir del glutamato y acetil-CoA, reacción cataliz ada por NAGS.

2. El amoníaco producido en las mitocondrias, reaccion a con el

bicarbonato (producto de la respiración celular), p ara producir

carbamoil-fosfato. Reacción dependiente de ATP y catalizada por

CPS I (enzima modulada por el NAG)

3. El carbamil-fosfato cede su grupo carbamilo a la orn itina, para formar

citrulina. Reacción catalizada por OTC. La citrulina se libera al

citoplasma.

En la mitocondria

Trastornos primarios del ciclo de la urea

Descritas 6 entidades clínicas diferenciadas:

Parte intramitocondrial (fase «alta» del ciclo). Hipocitrulinémicas. Deficiencias de: NAGS, CPS I, OTC

Parte citoplasmática (fase «baja» del ciclo). Diferentes grados de Hipercitrulinemia. Deficiencias de ASS (Citrulinemia I),ASL (Aciduria argininosuccínica), ARG (Argininemia)

Para todos ha sido identificado el gen responsable de su codificación.

Todos herencia autosómica recesiva,

excepto def. OTC (herencia ligada al cromosoma X)

Enzimas del ciclo de la urea

Enzima Locus génico OMIM

N-acetilglutamato sintetasa (NAGS) 17q21.31 237310

Carbamilfosfato sintetasa (CPS I) 2q35 237300

Ornitinatranscarbamilasa (OTC) Xp21.1 311250

Argininosucinato sintetasa (ASS) 9q34 215700

Argininosuccinato liasa (ASL) 7cen-q11.2 207900

Arginasa (ARG) 6q23 207800

Trastornos “intermedios” del ciclo de la urea

Lisinuria con intolerancia a proteínas (IPL) (alteración del paso de la membrana de aminoácidos dibásicos). Gen SLC7A7

localizado en el cromosoma 14q11.2.

Arg, Orn, Lys (� plasma, � orina)

Síndrome HHH (hiperornitinemia-homocitrulinuria-hiperamoniemia) déficit del transportador mitocondrial de ornitina/citrulina (ORNT1). Gen SLC25A15.

Déficit de citrina (transportador hepático mitocondrial de aspartato – glutamato), gen SLC25A13. También llamada Citrulinemia tipo II.

Def. transporte de metabolitos intermediarios

Ciclo de la urea

Orphanet Journal of Rare Diseases 2012, 7:32 http://www.ojrd.com/content/7/1/32

Trastornos del ciclo de la urea

Hiperamoniemia (NH4 ≥ 50µmol/L; en neonatos ≥ 110µmol/L)

Patrón de aminoácidos específico

Gln, Ala, Gly, Asn (almacenamiento de N) normalmente ���� plasma

Cit ���� def. ASS, ASL, AS ���� def. NAGS, CPS I, OTC

Arg �������� def ARG ���� En los demás

Ac argininosuccínico �������� def ASL

Ácido orótico (y uracilo) en orina (derivado de exceso de carbamilfosfato, que entra

en la vía de las pirimidinas)

���� def OTC (y posteriores a la formación de CPS)

N def CPS I, NAGS (muy poco fecuente)

Trastornos secundarios del ciclo de la urea

Inhibición enzimática competitiva en el activador inicial (NAGS)

Hepatopatías severas

Defectos de síntesis de alguno de los sustratos del ciclo (p.e. def. ß-oxidación �acetil-CoA �� N-acetilglutamato �

Hiperamoniemia neonatal transitoria (inmadurez enzimática)

Efectos iatrogénicos de ciertos fármacos, p.e. ácido valproico (interf. en CPS I)

Muy raro: Déficit de ∆1pirrolin-5-carboxilato sintetasa, enzima clave para la síntesis de ornitina y prolina. En ayuno: hipoornitinemia, hipoprolinemia e hiperamoniemia

Defectos metabólicos que interfieren en el adecuado funcionamiento del ciclo

En general, hiperamoniemia leve o moderada, incluso grave (p.e. MMA, PA)

Causas de la Hiperamoniemia Neonatal

1. Artefacto de la extracción

� T. del ciclo de la urea

� Acidurias orgánicas

� ß-oxidación acs. grasos

� Def. de piruvato carboxilasa

� Moderada hiperamoniemia es frecuente en muchos ECM

2. Hereditarias

� Transitoria del neonato

� Nutrición parenteral

� Daño hepático

� Herpes virus

� Cualquier enfermedad grave

3. Adquiridas

Amonio ≥ 110 µmol/L (≥ 190 µg/dL)

Defectos del ciclo de la urea

60% de las hiperamoniemias graves neonatales (la mitad def OTC)

Presentación de laboratorio

pH ���� glucosa N

anión gap N urea ����

No cetonas orina aminoácidos: Glutamina �Arginina �

Importancia de la Glutamina

Toxicidad directa a nivel neurológico

Precursor del amonio. Gln > 800- 1.000 µmol/L precede y determina hiperamoniemia

Utilidad en el seguimiento � detección descompensaciones precoces

Diagnóstico diferencial

La hiperamoniemia neonatal grave presenta una elevada

mortalidad y exige

"un diagnóstico diferencial preciso y urgente”

Confirmada hiperamomiemia, realizar análisis de:

Aminoácidos en plasma y orina

Acilcarnitinas en sangre

Ácidos orgánicos en orina (ácido orótico)

Investigaciones básicas de laboratorio

Hiperamoniemia neonatal

Orphanet Journal of Rare Diseases 2012, 7:32 http://www.ojrd.com/content/7/1/32

Citrulina

Arginina

Glutamina

CITRULINEMIA TIPO I (muestra de plasma al diagnóstico)

Perfiles de AA patológicos

Gln 2811 µM (178 – 670)Cit 2025 µM (10 – 50)Arg 7,9 µM (12 – 104)

AAA Biochrom 30Crom. Intercambio Iónico

Glutamina

Citrulina

ASA

Aciduria argininosuccínica (muestra de plasma al diagnóstico)

Perfiles de AA patológicos

Gln 693 M (178 – 670)Cit 88 µM (10 – 50)ASA 95,8 µM (Indetectable)

AAA Biochrom 30Crom. Intercambio Iónico

Perfiles de AA patológicos

ASA

Aciduria argininosuccínica (muestra de orina al diagnóstico)

Cit 30,1 mmol/mol crea (0 – 2)ASA 1785 mmol/mol crea (Indetectable)

Citrulina

AAA Biochrom 30Crom. Intercambio Iónico

Arginina

ARGININEMIA (muestra de plasma al diagnóstico)

Perfiles de AA patológicos

Arg 196 µM (12 – 104)Cit 19,2 µM (10 – 50)Gln 424 µM (178 – 670)

AAA Biochrom 30Crom. Intercambio Iónico

No siempre el patrón metabólico está claro.

Posibilidad de ensayos enzimáticos

Estudios genéticos: han ido reemplazando a los enzimáticos

Los análisis enzimáticos están reservados, actualmente, para una minoría de casos: Cuando el análisis genético no consigue identificar un defecto específico ���� análisis del enzima

Paneles secuenciación masiva.

Diagnóstico definitivo

Paneles de diagnóstico genético para grupos de enfermedades con

� Solapamiento clínico / bioquímico

� Heterogeneidad genética

� Coste equivalente al estudio de un solo gen y tiempo de análisis / respuesta menor.

Paneles de diagnóstico genético

Trastornos primarios:

Globalmente, incidencia estimada 1/10.000 - 1/50.000 recién nacidos (según etnias)

Debut clínico

�30-55% periodo neonatal (importante diagnóstico y tto. precoz)�A cualquier edad y con gran variabilidad de sintomatología

Aprox. 90% de los casos 3 entidades (Def. OTC, CPS y ASS) (más frecuente neonatal)

� Def OTC el 50% (varones hemicigotos y mujeres portadoras) � Def CPS (15% de los casos)� Def ASS (25% de los casos)

El resto de los casos

� Def ASL� Def ARG (más raro) y no suele presentarse en periodo neonatal� Def NAGS

Incidencia

Cribado neonatal ampliado (MS/MS)

Primeros días de vida

Sangre impregnada en papel Whatman® 903 (o similar)

Espectrometría de masas en tándem (MS/MS)(Perfil de Aminoácidos y acilcarnitinas)

Sistema de gran versatilidad, sensibilidad y alta capacidad de análisis ����medida simultánea de varios metabolitos

“una muestra - un análisis�

múltiples diagnósticos”API 4000

Detectables: def. ASS, ASL y ARG (cit, asa, arg y cocientes)

No detectables facilmente: def. NAGS, CPS I y OTC (cit ����?)

� Baja especificidad y sensibilidad para la detección de cit ����

� Baja estabilidad de la gln (marcador inadecuado)

Pruebas de 2º nivel: ácido orótico en orina, Ej. Galicia (def. OTC)

Síndrome HHH (orn ����) no recomendado. Orn normal 1os días de vida

(Journal of Inherited Metabolic Disease (2010). doi:10.1007/s10545-010-9148-9)

Son enfermedades raras (Ej: Def ASS 1:57,000; ASL 1:70,000)

Cribado neonatal ampliado. Defectos ciclo de la urea

Cribado neonatal ampliado. Defectos ciclo de la urea

Cribado neonatal ampliado (MS/MS)

HRSA: Health Resources and Services Administration

ACMG: American College of Medical Genetics

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Instrucciones toma de muestras sangre y orina

Población: 2,8 millones

Comienza en 1978

Muestras de Sangre y Orina

Toma Muestra: 3er día

Cobertura: > 99%

Niños analizados: > 760.000

Cribado neonatal ampliado (MS/MS)

MS/MS para Aminoácidos / Acilcarnitinas en sangre en papel desde 2000

Cribado MS/MS en orina en papel (AC, AA, AG, AO) desde 2003

Ensayos de 2º nivel para metabolitos específicos, 2008

Muestras analizadas: 306.000 (hasta Nov. 2012) (265.000 recién nacidos)

Programa gallego de cribado neonatal

Programa gallego de cribado neonatal (ciclo de la urea)

Ante Cit > 31 µM, < 6 µM (en muestra de sangre en papel)

Ante Arg > 17 µM

Pruebas de 2º nivel en la muestra de orina en papel (MS/MS): ácidos argininosuccínico y orótico .

Situaciones posibles:

Resultado normal

Solicitud nueva muestra en papel

Cita en Consulta de Referencia de Alteraciones Metabólicas; solicitud de muestras líquidas (plasma, orina)

Programa gallego de cribado neonatal (ciclo de la urea)

Diagnósticos neonatales de def. ciclo de la urea

� 1 Citrulinemia tipo I (def. ASS)

� 1 aciduria argininosuccínica (def. ASL)

� 1 Argininemia (def. ARG)