"...Bo któ¿ wie, co dobrego ma cz³owiek w ¿yciu przez liczbê dni swego marnego ¿ycia, które mu przemijaj± jak cieñ?..."
Metachromatische Leukodystrophie
DEFINITION
Die Metachromatischen Leukodystrophien (MLD) sind eine Gruppe degenerativer Erkrankungen der weißen Substanz. MLD werden in Verbindung gebracht mit der Anhäufung von Sulfatiden (oder Cerebrosidsulfaten), einer Gruppe von Myelin-Lipiden, die Sulfate enthalten. Anhäufungen dieser negativgeladene Fette haben eine ungewöhnliche Färbung (Metachromasie) des Gehirns und anderen Nervengewebes zur Folge, die bei anderen Leukodystrophien unbekannt ist. MLD sind genetisch bedingt und fast immer verbunden mit dem Fehlen oder dem sehr geringen Vorkommen des Enzyms Arylsulfatase A (auch Sulfatase A oder Cerebrosidsulfat-Sulfohydrolase genannt). Bei der Variante Multipler Sulfatase-Mangel herrscht außerdem ein Mangel an verschiedenen weiteren Sulfatasen. In einigen wenigen Fällen ist ein anderes Protein, der Cerebrosidsulfat-Aktivator (oder Saposin B), fehlerhaft.
Klinische Manifestation: Es gibt eine Reihe klinischer Subtypen von MLD, die sich in erster Linie im Zeitpunkt des Ausbruchs der Krankheit unterscheiden. In allen Fällen kommt es zu einem fortschreitenden Verlust der physischen und intellektuellen Funktionen über einen relativ langen Zeitraum. Der am häufigsten vorkommende Subtyp wird als die spätinfantile Form bezeichnet. Die Symptome werden gewöhnlich im Alter zwischen 6 Monaten und 2 Jahren festgestellt. Die ersten typischen Symptome sind das Auftreten von Gehschwierigkeiten bei Kindern, die schon laufen konnten, sowie eine Verschlechterung der Sprachfähigkeit bei denen, die schon sprechen konnten. Bei späterem Ausbruch der Krankheit bei Jugendlichen und Erwachsenen sind die ersten Symptome oft eine Verschlechterung der intellektuellen Fähigkeiten und/oder Verhaltensänderungen, die häufig als verschiedenste psychiatrische Zustände diagnostiziert werden.
Andere Patienten werden klinisch auffällig wegen Gehschwierigkeiten, Ungeschicklichkeit oder wegen neurologischer Fehlfunktionen. Je später die Krankheit ausbricht, desto langsamer schreitet sie voran. Die Fortbewegungsfähigkeit nimmt jedoch weiter ab, ebenso die Sprachfähigkeit sowie die kognitiven Funktionen. Die Patienten sind schließlich ans Bett gefesselt und sich ihrer Umgebung weitestgehend unbewußt.
Man unterscheidet folgende Formen:
- Spätinfantile MLD
- Juvenile MLD
- Adulte MLD
- Sonderformen
Spätinfantile MLD:
Nach einer Periode scheinbar normalen Wachstums und normaler Entwicklung verschlechtern sich allmählich die Fähigkeiten zu laufen und zu sprechen. Wenn die klinischen Symptome einmal aufgetreten sind, scheinen sie sich oft über einen Zeitraum von mehreren Monaten zu verschlimmern, wobei sich Perioden der Stabilisierung und des Verfalls abwechseln. Das Kind verliert seine Unabhängigkeit und ist schließlich ans Bett gefesselt, unfähig zu sprechen und selbst zu essen. In diesem Stadium können Anfälle auftreten, die schließlich wieder verschwinden. Kontraktionen sind häufig und anscheinend schmerzhaft. Das Kind ist noch in der Lage zu lächeln und auf seine Eltern zu reagieren, wird aber schließlich blind und weitgehend teilnahmslos. Dann wird das Schlucken schwierig, und eine Sonde ist erforderlich, um die Ernährung sicherzustellen. Todesfälle kommen weniger häufig vor als Infektionen wie z.B. Lungenentzündung. Mit moderner Medizin und Pflege kann das Kind noch viele Jahre leben
GENETIK
Alle Formen der MLD scheinen sich autosomal rezessiv zu vererben, wobei bei den Subformen Arylsulfatase A, Multiple Sulfatase und Aktivatormangel verschiedene Gene involviert sind.. Die Struktur des Arylsulfatase A-Gens, das sich nah am Ende des langen Arms des Chromosoms 22 befindet, ist relativ kurz und besteht aus 8 Exons (Träger der genetischen Information, die sich in Proteinen manifestiert). Zwischen 50 und 100 Variationen in der Bezugsgenstruktur sind bis heute entdeckt worden.
Mit der Krankheit zusammenhängende Mutationen sind vorläufig in zwei Gruppen aufgeteilt worden. Die eine (0) führt zum vollständigen Fehlen jeglichen aktiven Genprodukts, während die andere ( R ) ein niedriges Level funktioneller Enzyme aufweist. Zwei Kopien der Typ 0- Mutationen führen zur spätinfantilen Form von MLD. Juvenile Formen werden gewöhnlich mit einer Typ 0- und einer Typ R-Mutation in Verbindung gebracht, erwachsene Formen mit zwei Typ R-Mutationen. Es gibt eine relativ häufige Polymorphie (Vielgestaltigkeit), den Pseudomangel an Arylsulfatase A. Dieses Genpaar stellt mit beträchtlich eingeschränkter Enzymaktivität ein Genprodukt her, aber dies scheint ausreichend zu sein, um MLD-ähnliche Symptome zu verhindern, sogar wenn sie bei einer Typ 0-Mutation vorhanden sind.
Eine große Anzahl von Veränderungen des Arylsulfatase A-Gens sind bereits erkannt worden, eine Reihe von mit der Krankheit zusammenhängenden Mutationen konnte jedoch noch nicht identifiziert werden. Das macht ein allgemeines DANN-Screening für Träger zur Zeit unmöglich. Dagegen ist es möglich, in Familien, in denen die Mutationen bekannt sind, den Träger festzustellen.
Der Cerebrosidsulfatase-Aktivator oder Saposin B ist abgeleitet aus einem größeren Vorgängerprotein, das als Prosaposin bekannt ist. Das Prosaposin-Gen befindet sich auf dem Chromosom 10. Die Aktivatormangel-Form von MLD scheint das Ergebnis von Mutationen im Saposin B-Anteil des Prosaposin-Moleküls zu sein, die aber anscheinend keine anderen von dem gemeinsamen Vorgänger abgeleitete Saposine betreffen. Mutationen an anderen Stellen des Gens können zu anderen Saposinmangel-Syndromen führen. Eine Mutation, die eine vollständige Eliminierung der Prosaposin-Ausschüttung zur Folge hat, führt zu einer schwerwiegenden Störung, die keine Ähnlichkeit mit MLD aufweist.
Die Beschaffenheit des Enzyms und des Gens, die für den Multiplen Sulfatasen-Mangel verantwortlich sind, ist zur Zeit unbekannt. Eine einmalige Veränderung eines Aktivstellen-Zysteinrückstandes hat damit zu tun, aber das für diesen Prozeß verantwortliche Enzym ist bis jetzt weder charakterisiert noch molekularbiologisch erklärt worden.
Mutationen im Gen der Arylsulfatase A (ASA) führen beim Menschen zu einer schwerwiegenden lysosomalen Speicherkrankheit, der Metachromatischen Leukodystrophy (MLD). Bei den Betroffenen kommt es zu einer Speicherung des normalerweise von der ASA abgebauten Sphingolipids Sulfatid, besonders in Oligodendrocyten (die Myelin produzierenden Gliazellen des ZNS), die schließlich zu einer fortschreitenden Demyelinisierung führt. Ein für die Analyse dieser Erkrankung wichtiges Tiermodell stellt eine Knock-out-Maus dar, in der das Gen für die ASA inaktiviert wurde (Hess et al., 1996; Gieselmann et al., 1998). Wir untersuchen, an Hand dieser Knock-out-Mäuse, sowie transgenen Mäusen und unter Einsatz von Zellkulturmodellen welche Auswirkungen die Speicherung von Sulfatid auf der molekularen Ebene haben, z.B. Beeinflußung von Signaltransduktionsprozessen und der Genexpression. Diese Untersuchungen sollen nicht nur Auskunft darüber geben, warum die Akkumulation von Sulfatid zur Demyelinisierung führt, sondern auch, welches die normale Funktion des Sulfatids ist.
Die Synthese des Sulfatids erfolgt im Golgi-Apparat durch das Enzym Cerebrosidsulfotransferase (CST). Wie für alle Sulfatierungsreaktionen ist auch in diesem Fall 3'-Phosphoadenosyl-5'-Phosphosulfat (PAPS) der Sulfat-Donor. PAPS wird im Cytosol oder im Zellkern synthetisiert und muß anschließend durch einen spezifischen PAPS-Translocator in das Lumen des Golgi-Apparats transportiert werden. Dort überträgt dann die Cerebrosidsulfotransferase die Sulfatgruppe auf das Galactocerebrosid. Ziel dieses Projektes ist es, die Struktur-Funktions-Beziehungen der CST aufzuklären. Dazu werden mittels "site-directed mutagenesis" geziehlt einzelne Aminosäuren des Enzyms verändert und deren Auswirkung auf die Enzymaktivität, Stabilität und subzelluläre Lokalisation untersucht. Die Produktion von größeren Menge der Sulfotransferase soll es uns ermöglichen detailierte Strukturanalysen vorzunehmen. Genaue Kenntnisse der Struktur des Enzyms werden eine wichtige Hilfe bei der Entwicklung bzw. Entdeckung von spezifischen Inhibitoren der CST sein. Solche Inhibitoren könnten bei MLD-Patienten die Produktion von Sulfatid minimieren und stellen möglicherweise einen geeigneten Therapieansatz für MLD dar.
Pathogenese
Die Metachromatische Leucodystrophie (MLD) beruht auf einem genetischen Defekt der Arylsulfatase A (ASA). Das physiologische Substrat, Cerebrosid3Sulfat (Sulfatid) wird in einer Reihe von Organen lysosomal gespeichert. Im Nervensystem tritt Sulfatid vorwiegend in Myelinscheiden auf; die Schädigung der weißen Substanz in ZNS und PNS begründet auch die führende klinische Symptomatik (motorische und sensorische Ausfälle, Tod im Zustand der Decerebrationsstarre). Aus verständlichen Gründen existieren nur wenige Daten zur Genese der Histopathologie.
Gieselmann konnte in den letzten Jahren ein Tiermodell durch Zerstörung des ASA Gens bei Mäusen erzeugen. Die Tiere weisen weder die spezifische mRNA noch eine Enzymrestaktivität auf, entsprechen also der spät infantilen (schwersten) Verlaufsform der humanen MLD. Die bisherige histologische Untersuchung der Tiere hat gezeigt, daß es hier zu einer analogen Entwicklung und Verteilung von Sulfatidspeicherung kommt, daneben zeigen die Tiere im Alter von einem Jahr motorische und sensorische Ausfälle, die der Frühsymptomatik bei Menschen ähneln. Diese korrelieren histologisch mit einer Sulfatidspeicherung in einer Reihe von Neuronen und einer ausgeprägten Astrogliose, ebenfalls wird eine beginnende Mikrogliaaktivierung beobachtet. Demgegenüber kommt es erst ab etwa 18 Monaten zu schwerwiegenden Markscheidendefekten, die dann mit deutlich gröberen motorischen Störungen korrelieren.
Die ASA defiziente Maus soll in einer detaillierten Zeitserie histologisch untersucht werden, um den Ablauf gerade der frühen Pathogenese der MLD zu klären. Daneben kann hier erstmals die genaue Sequenz der Myelinscheidenschädigung erfaßt werden, dessen Mechanismus bislang noch unklar ist. Zeitgleich werden die Tiere in den Arbeitsgruppen DeDeyn (Antwerpen) und Gieselmann (Kiel) neurologisch und molekularbiologisch weiter untersucht.
KLINISCH
Spätinfantile MLD. Der Beginn liegt im Alter von 15-24 Monaten, wenn die Kinder beim Laufenlernen nicht die erwarteten Fortschritte machen und häufig stolpern. Etwas später werden auch Störungen bei Spracherwerb deutlich. Die Kinder werden schlaff und verlieren die Gehfähigkeit, mit 2-3 Jahren auch das freie Sitzen. Es tritt Muskelspastik auf, oft in der ungewöhlichen Kombination mit vermindert auslösbaren Sehnenreflexen. Es kann Berührungsempfindlichkeit bestehen. Allmählich entwickelt sich ein Endzustand mit Versteifung der Glieder und Verlust auch der geistigen Fähigkeiten, in dem das Kind meist 1-7 Jahre nach Krankheitsbeginn verstirbt.