Lanceerdag Draaiboek ‘neonatale opsporing van aangeboren metabole aandoeningen’

20 oktober 2009

‘Neonatale massascreening: wat, waarom, hoe?’

François Eyskens, MD, PhD

Provinciaal Centrum voor Opsporing van Metabole Aandoeningen (PCMA)Antwerpen

Guthrie R., Susi A. A simple phenylalanine method for detecting PKU in large populations of newborn infants.

Pediatrics 1963; 32:336-343.

PKU: voor neonatale screening

PREVENTIE VAN MENTALE RETARDATIEPREVENTIE VAN ONTWIKKELEN VAN ZIEKTE

Prevalentie: 1:10.000-1:20.000

CHT=Congenitale Hypothyrodie; prevalentie: 1:3000-1:400090% aanlegstoornissen SK10% SK hormogenese stoornissenScreening: TSHPREVENTIE VAN MENTALE RETARDATIEPREVENTIE VAN ONTWIKKELEN VAN ZIEKTE

Hypothyroidie: effect van toedienen SK-hormoon

program of all screening centres: 37.3%

program only performed in the PCMA centre (Antwerp): 62.7%20,000 neonates per year

CF

41%

CMD

12%

CHT

29%

AGS4.7%

Biot.D5%

PKU6%

GAL2%

AA0.3%

Eyskens F. Doctoraatsthesis, UIA 1997

Vlaanderen: de weg van de vroegtijdige opsporing:van 2, over 3, naar 11 aangeboren stofwisselingsziekten

CRITERIA for Screening Programs (WHO: Wilson & Jungner)

• Important health problem• Asymptomatic stage in natural evolution • Accepted treatment for patients • Facilities for further diagnosis• Suitable test available: simple, reasonably priced,

repeatable, sensitive, specific, acceptable• Natural history of the disease is well known• Screening should be a continuous process• Secondary prevention by genetic counseling and

prenatal diagnosis

CONGENITALE BIJNIER- HYPERPLASIE (CAH)

CAH: zoutverlies + dehydratatie =Shock en Overlijden!!

Meisjes:virilisatie

Virilisatie meisjes met CAHPrader classificatie

Resultaten van de screening op CAH: 17-OH-Progesterone

• Totaal gescreend: 536.324 (1988-2008)• Opgespoord met CAH: 33 (20J,13M)• Salt-losing type:

– Meisjes: 5:13 (38%)– Jongens: 18:20 (90%)

• Meisjes gemist met klinisch onderzoek: 62.5%• Vals-negatief: 1 (meisje, simple virilizing form)• Vals-positief: zie grafiek• Prevalentie: 1:16,000

Evolutie van recall rate 17-OHP2006-2007-2008

recall rate %

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1993-2005/2005-2007/2008

%

Reeks1

Reeks2

Reeks3

prematuren, zieke neonati

Biotinidase deficientie

Recyclage van het vitamine biotine

Glucose

Pyruvate

Lactate

Leucine

3-methylcrotonylcoA

3-methylglutaconylcoA

AcetylcoA

Krebs Cycle

SuccinylcoA

MalonylcoA

Fatty acids

MethylmalonylcoA

ValineIsoleucin MethionineTreonineOdd Chain FFACholesterol

PropionylcoA, C3

MCCMCC

ACC

PC

PCC

3-hydroxyisovaleric, C5-OH

Methylcitric acidPropionylglycine3-Hydroxy-n-valeric acidTiglylglycine, C5:1

Ketone bodies, C2

Biotinidase deficiëntie: ernstige stofwisselingsziektedoor tekort aan biotine.

Biotinidase deficiency

• Autosomaal recessief overerfbare stofwisselingsziekte• Wisselend tijdsverloop (weken tot maanden) tussen geboorte en

verschijnen van ziekteverschijnselen EN biochemische afwijkingen (de aantasting van de hersenen is reeds vergevorderd vooraleer afwijkingen in bloed en urine worden gevonden)

• Neurologische afwijkingen: psychomotore achterstand, epilepsie, laryngeale stridor

• Huid (eczema; infecties) en Haren (haaruitval,alopecie)• Immunologische afwijkingen: chronische candida infecties• Onbehandeld: evolutie naar metabool coma en dood• Behandeling: biotine suppletie: eenvoudig, efficiënt en goedkoop

Turks meisje, leeftijd 16 maandenBiotinidase deficiëntie

Resulten screening biotinidase deficientie

• Totaal gescreend: 536.324 (1988-2008)• Nr of patienten met ernstige def.: 12• Nr of patienten met partiële def.: 5• Vals-positieven (prematuren):0.01%• Vals-negatieven: geen gerapporteerd• sensitiviteit (%): 100

– Vgl: PKU: 100; CHT: 97,6-100• specificiteit (%): 99,99

– Vgl: PKU:99,98; CHT: 99,90• Prevalentie ernstige deficiëntie: 1:44.700

Toekomst……Science Fiction wordt Science

voor 1990:

One Test-One Analyte-One Disease

1990-2000:

One Test-Multiple Analytes-Several Diseases

FIA-tandem MS, LC-MS-MS

Neonatal mass screening by

multiplex technology

FIA-tandem MS, LC-MS-MS

Neonatal mass screening by

multiplex technology

Normal vs Hyperphenylalaninaemia vs PKU

0

100

%

AlaAla d4-Alad4-Ala LeuLeu

d3-Leud3-Leu

d3-Metd3-Met

PhePhe

d5-Phed5-Phe

TyrTyr d6-Tyrd6-Tyr

NormalNormal

140 160 180 200 220 240 260 280m/z0

100

%

0

100

%

PhePhe

PhePhe

HyperphenylalaninaemiaHyperphenylalaninaemia

PKUPKU

Piloot studie MSMS screening:

• Screening voor PKU, vetzurenverbrandingsstoonrnissen MCAD-, MADD-, VLCAD def.,organische acidemiën (MSUD, PA & MMA, GA type I,IVA), en tyrosinemie type 1 (criteria van Wilson&Jungner)

• Studie over een periode of 2 jaar (2002-2004):– ongeveer 60 000 neonati gescreend; idee van prevalentie van

de opgespoorde ziektes in onze populatie– OPBOUWEN VAN ERVARING (technisch, interpretatie,

validatie, problemen en « valkuilen »)• Eindrapport pilootstudie: mei 2004• Implementatie van deze screening in het screeningsprogramma:

januari 2007

CAVE: vals-positieven

Pediatrics 2006;118:448-456

Normal acylcarnitine profile

225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500m/z0

100

%

d3-vrij carnitined3-vrij carnitine

C2 carnitineC2 carnitine

d3-C3 carnitined3-C3 carnitine

d3-C8 carnitined3-C8 carnitine

C16 carnitineC16 carnitine

d3-C16 carnitined3-C16 carnitine

Dicarboxylic aciduria

QA scheme organic aciduriasERNDIM

• 67 % of GC-MS users missed the diagnosis of MCAD deficiency (urine, stable condition)

• 100% of GC users missed that diagnosis

MCAD deficiencyClinical diagnosis (Arch Dis Child 1998;

J Pediatr 1994)

• Is it possible to make an early diagnosis based on the clinical symptoms and signs?

• 61 patients-120 patients– 46 acutely ill (decompensation)

• 10 deaths (1/5)-23 deaths (1/5)• 6 neurological sequel (17% of survivors): 23/73

cerebral palsy, behavioural problems, psychomotor developmental disturbances(30%)

• Conclusion:high mortalility and morbidity

MCAD deficiencydiagnosis via TandemMS in UK (Arch Dis

Child 1999)• 41 patients

– 20-21 patients need hospitalisation in the first years of life:

• All survived• 2 with persisting severe encephalopathy (10%)

– siblings: 1/5 sudden infant death• Conclusion: great improvement in mortality and

neurological impairment

Situatie MCADD gevonden in Antwerpen voor screening

• Theoretisch: 12 patienten/12 jaar, 8 zouden symptomen ontwikkelt hebben

• ECHTER: 3 (2 A985G mutatie) patienten werden gediagnosticeerd: 2 met hypoglycemie, 1 met Reye-like syndroom als complicatie van varicella

• Screening resultaten met TandemMSMS (North-Carolina, Pennsylvania, Adelaïde, Sydney, Beieren): prevalentie van MCADD: 1/10.000 to 1/40.000.

Normal vs MCAD deficiency

225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500m/z0

100

%

0

100

%

225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500m/z0

100

%

0

100

%

C2 carnitineC2 carnitine

C3 carnitineC3 carnitine

C16 carnitineC16 carnitine

NormalNormal

C6 carnitineC6 carnitine

C8 carnitineC8 carnitine

C10:1 carnitineC10:1 carnitine

MCAD deficiencyMCAD deficiency

Moleculair genetisch analysis:MCADD

De meest voorkomende mutatie (>95%) bij MCADD voor de screening

Diagnosis van MCADD tijdens het piloot screeningsprogramma na 1 jaar

• 2 pt gevonden door MSMS screening op 33.650 gescreende pasgeborenen

• Prevalentie: 1:17,000 (1:10,000-1:20,000)• Molecular genetisch onderzoek:

• 1 samengesteld heterozygoot voor de mutaties 985G>A en 745G>A (G249R); de laatste is een nieuwe mutatie

• 1 homozygoot voor 985G>A mutatie

Diagnosis van MCADD: zijn de via de screening gevonden pt echte pt?

• Frequent voorkomen van onverwacht mutaties in het MCAD-gen bij de door screening opgepikte pt:– Pennsylvania,USA– Sydney, Australia

• B. Wilcken:”It is not yet clear which patients (MCADD “variants”) with disorders diagnosed by such screening would have become symptomatic if screening had not been performed”.

– Opgepast: E.M.Maier, Germany, EMG 2009: nieuwe missense mutaties geven aanleiding tot stoornissen in het MCAD enzyme (thermolabiel; verstoorde structuur,…)

Newborn Screening in the era of multiplex technologies

Newborn Screening: Towards a Uniform Screening Panel and System-Executive Summary.

American College of Medical Genetics Newborn Screening Expert Group.

Pediatrics 2006; 117: S296-S307.

Scoresysteem: wat dient opgespoord te worden via massascreening?

(newborn screening expert group of the American College of Medical Genetics)

MCAD,PKU

MSUDFAOOA

Andere vetzuuroxidatiestoornissen

• Vrij Carnitine (C0): Interne kwaliteitsmerker– Moeders met carnitine deficiëntie worden opgespoord

• MADD: MCADD patroon + C5-DC + C14:1– Vroeg- infantiele vorm: congenitale (cerebrale) misvormingen,

dysmorfieën, hypotonie; hypoglycemie; niercysten– Latere vormen: hypoglycemie; myopathie; sommigen riboflavine-

gevoelig• VLCADD C14:1:

– Vroeg-infantiele vorm: Reye-like syndroom, hypoglycemie, cardiomyopathie, leversteathose

– Latere vormen: hypoglycemie, rhabdomyolysis

Glutaaracidurie type 1Macrocephalie, fronto-temporale atrofie,

acute encephalopathie: Ernstige dystonieën en abnormale bewegingen, leucoencephalopathie

Organische acidemieën/acidurieën

• Vroegtijdige diagnose is belangrijk in de prognose van Glutaaracidurie 1 (prevalentie ? 1/100.000) GF Hoffman, Neuropediatrics 1996, 27: 115

• MSUD (prevalentie 1/ 100.000) gediagnosticeerd gedurende de eerste levensweek verbetert de prognose op neurologisch vlak

U Wendel, Karger 1984:335• IVA:goed behandelbare OA, goede prognose• MMA, PA:

– Late onset MMA(CbA, CbB, vit B12 responsief?, prevalentie 1/40.000)

– Invloed op prognose? Goed B. Wilcken, Pediatrics 2009; 124:e241-e248

Organische acidemieën/acidurieën

• Vroegtijdige diagnose is belangrijk in de prognose van Glutaaracidurie 1 (prevalentie ? 1/100.000)

GF Hoffman, Neuropediatrics 1996, 27: 115• MSUD (prevalentie 1/ 100.000) gediagnosticeerd gedurende de eerste

levensweek verbetert de prognose op neurologisch vlakU Wendel, Karger 1984:335

• IVA:goed behandelbare OA, goede prognose• MMA, PA:

– Late onset MMA(CbA, CbB, vit B12 responsief?, prevalentie 1/40.000)– Invloed op prognose? B. Wilcken, Pediatrics 2009; 124:e241-e248 eigen bevindingen: geen effect op psychomotore evolutie

Summary of intracellular processing of cobalamin

Suormala, T. et al. J. Biol. Chem. 2004;279:42742-42749

Normal vs Propionic acidaemia

225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500m/z0

100

%

0

100

%

225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500m/z0

100

%

0

100

%

C2 carnitineC2 carnitine

C3 carnitineC3 carnitine

C16 carnitineC16 carnitine

NormalNormal

C3 carnitineC3 carnitinePropionic acidaemiaPropionic acidaemia

Aanvullende onderzoeken ter bevestiging:

Zie later:Lezing van prof.dr. R. Van Coster

MS/MS “brede” screening, Brussel 1999-2004 versus“afgelijnde” screening, Antwerpen 2002-2008 120.000-185.000 gescreende pasgeborenen

PKU 10/11 1 / 12.000-15.000 Hyper-PHE 8 1 / 15.000Tyrosinemia I 1/ 1 1 / 120.000-

1.185.000 MCADD 8 /13 1 / 14.000 Glutaric aciduria I 1/ 0 1 / 120.000 Propionic aciduria2/ 0 1 / 60.000 Isovaleric aciduria1/ 1 1 / 120.000 MM aciduria 2/ 3 1 / 55.000-60.0003-Me-glutaconic aciduria 1 1 / 120.000 MADD 1/ 1 1 / 120.000-185.000MCD (biotine responsive) 0/ 1 1/ 185.000

MSMS-screening heeft ook beperkingen: vb. TYR 1

Vergelijking:Core panel USA-Vlaanderen

OA FAO AA Hb ander

IVA MCAD

PKU HbSS CH

GA1 VLCAD

MSUD

HbS/bTh

CAH

HMG LCHAD

HCY HbS/C

BIOT

MCD TFP CIT1 GALT

MMA CUD ASA HEAR

PA TYR1 CF

BKT MADD

OA FAO AA Hb ander

IVA MCAD

PKU CH

GA1 VLCAD

MSUD CAH

HMG LCHAD

HCY BIOT

MCD TFP CIT1 GALT

MMA CUD?

ASA HEAR

PA TYR1 CF

BKT MADD

Toekomst: screening op Lysosomale Stapelings-Ziekten: vb. Ziekte van Pompe

Cytoplasm

Glucose-1-P

Glycogenn

Pompe disease

XGlycogen

NucleusChen Y-T. In: Harrison’s Principles of Internal Medicine. 2001:2281-2289.Hirschhorn R, et al. In: The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease. 2000:3389-3420.

Newborn screening for Fabry disease

• ITALY– 37,104 male infants– Recall: 41– Positive cases: 12– Mutation found: 12– Prevalence: 1:3,100– 7:1 ratio of patients

with late-onset disease

• JAPAN:– 81,598 (2Y6M)– Recall: 236– Positive cases: 16

• 11 boys• 5 girls

– Mutation found in 11 cases

– Prevalence: 1:6,800 or 1:5800 males

Newborn screening for Fabry disease

• ITALY– 37,104 male infants– Recall: 41– Positive cases: 12– Mutation found: 12– Prevalence: 1:3,100– 7:1 ratio of patients

with late-onset disease

• JAPAN:– 81,598 (2Y6M)– Recall: 236– Positive cases: 16

• 11 boys• 5 girls

– Mutation found in 11 cases

– Prevalence: 1:6,800 or 1:5800 males

CONCLUSIES

• Multiplex technologie MSMS heeft de neonatale massascreening enorm verrijkt en verruimd, doch met blijvende beperkingen

• Neonatale massa screening programma’s:– Worden niet bepaald door de beschikbare

technologie– Verschillen naargelang de populatie die gescreend

wordt• Screening is geen statisch doch een dynamisch proces

PCMA Eddy PhilipsEls KnaepkensWendy Peeters

Vlaamse Gemeenschap en

Bestendige Deputatie van Provinciebestuur Antwerpen

Alle collegae van Vlaanderen, België, Nederland en Luxemburg