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Labor & Diagnostik

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Diagnostisches Angebot des Biochemischen Labors der Universitäts-Kinderklinik Mainz

Anschrift: 

Biochemisches Labor
Zentrum Kinder- und Jugendmedizin
Universitätsmedizin Mainz
Gebäude 109
Langenbeckstr. 1
55131 MAINZ

 

Laboranforderung für:
Morbus Fabry
Gangliosidosen / Leukodystrophien
M. Gaucher und M. Niemann-Pick
Glykoproteinosen / Mukolipidosen
Mukopolysaccharidosen
Morbus Pompe

email: 

Biochem.Labor@kinder.klinik.uni-mainz.de

 

Die Diagnose einer lysosomalen Speicherkrankheit sollte in mehreren Schritten erfolgen. Dem Nachweis des Enzym-Defektes müssen verschiedene (biochemische und morphologische) Untersuchungen vorausgehen: Weist ein Patient grobe Gesichtszüge, Skelett-Veränderungen, eine Hepatosplenomegalie und eine progressive mentale Retardierung auf, sollte an eine Mukopolysaccharidose oder Glykoproteinose gedacht werden. In diesen Fällen wird empfohlen, den Urin zunächst auf die Ausscheidung von komplexen Kohlenhydraten zu untersuchen. Die auf Grund des Urinbefundes gestellte Diagnose muß anschließend enzymatisch bestätigt werden. Bei Verdacht auf eine Lipidose sollte am Beginn des diagnostischen Vorgehens die morphologische Untersuchung auf Speicherzellen stehen. Charakteristische üSchaumzellenü (M. Gaucher) oder eine üSea-Blue-Histiozytoseü (M. Niemann-Pick) lassen eine vorläufige Diagnose zu; der Nachweis des Enzymdefektes ist jedoch auch hier unbedingt erforderlich. Bei Leukodystrophien (metachromatische Leukodystrophie, Globoidzell-Leukodystrophie) muß eine Bestimmung der Nervenleit-Geschwindigkeit erfolgen.

Enzymatische Analysen sind im Serum, Leukozyten und Fibroblasten möglich.

Folgende Analysen (einschließlich pränataler Diagnosen) können im Biochemischen Labor der Kinderklinik Mainz durchgeführt werden:

1. Mukopolysaccharidosen: Mukopolysaccharidose I (Hurler/Scheie), II (Hunter), III A, B und C (Sanfilippo A, B und C), IV (Morquio), VI (Maroteaux-Lamy) und VII (Sly).
2. Gangliosidosen: GM1-Gangliosidose, GM2-Gangliosidose (M. Tay-Sachs, M. Sandhoff)
3. Lipid-Speicherkrankheiten: M. Gaucher, M. Niemann-Pick, M. Fabry
4. Metachromatische Leukodystrophie, M. Schindler
 

- Labordiagnostik lysosomaler Speicherkrankheiten -

 

1.    Gruppen-Tests im Urin

Patienten mit einer Mukopolysaccharidose weisen im Urin einen erhöhten Gehalt an Glykosaminoglykanen (Dermatansulfat, Heparansulfat, Chondroitinsulfat) auf. Auf dem Nachweis einer vermehrten Ausscheidung an komplexen Kohlehydraten (Glykosaminoglykanen, Oligosacchariden) beruhen die Gruppen-Tests, durch die eine große Zahl von Störungen im Stoffwechsel komplexer Kohlehydrate erfaßt werden kann:

- Berry-Test:
Dieser einfache Suchtest beruht auf der spezifischen Färbung der Mukopolysaccharide mit Toluidin-Blau. Durch einen zu hoch konzentrierten Urins kann dieser Test falsch-positiv ausfallen, es können jedoch auch falsch-negative Resultate erhalten werden (besonders bei M. Morquio).

- Quantitative Analyse der Mukopolysaccharide:
Die quantitative Analyse der Mukopolysaccharide erfolgt mit dem DMB-Test: Glykosaminoglykane lassen sich mit einem bestimmten Farbstoff (Dimethyl-Methylenblau) spezifisch anfürben. Die Farbreaktion kann photometrisch gemessen werden und erlaubt eine exakte Bestimmung der Mukopolysaccharide im Urin, wobei die Glykosaminoglykan-Konzentration auf den Kreatinin-Wert bezogen wird.

- Dünnschicht-Chromatographie der Oligosaccharide
Höhermolekulare Oligosaccharide lassen sich mittels Dünnschicht-Chromatographie qualitativ nachweisen. Mit Hilfe dieser Methode können insbesondere Patienten mit einer GM1-Gangliosidose, Sialidose, Mannosidose, Fukosidose und Aspartylglukosaminurie erfaßt werden.

- Nachweis freier Neuraminsüure
Auch freie Neuraminsäure kann in einem Dünnschicht-chromatographischen Verfahren im Urin nachgewiesen werden. Diese Methode erlaubt die Diagnose einer Salla-Disease oder ühnlicher Krankheitsbilder, die mit erhöhter Neuraminsäure-Ausscheidung (Sialurie) einhergehen.

2.    Qualitative Analyse der Mukopolysaccharide im Urin

Das Verteilungsmuster der im Urin ausgeschiedenen Glykosaminoglykane weist bei den verschiedenen Mukopolysaccharidosen spezifische Unterschiede auf: So scheiden Patienten mit einem M. Hurler oder einem M. Hunter vorwiegend Dermatan- und Heparansulfat aus, während eine vermehrte Keratansulfat-Ausscheidung auf einen M. Morquio hinweist. Der Differenzierung der verschiedenen Mukopolysaccharide dient die Elektrophorese: Die aus dem Urin isolierten Glykosaminoglykane werden auf einer Zelluloseazetat-Folie elektrophoretisch aufgetrennt. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Dermatan-, Heparan-, Chondroitin- und Keratan-Sulfat identifiziert werden.

3.    Enzym-Bestimmung

Die Urin-Untersuchung erlaubt nur eine vorläufige diagnostische Zuordnung zu einer bestimmten Mukopolysaccharidose oder Glykoproteinose. Zur definitiveN Diagnose ist der Nachweis des zugrundeliegenden Enzymdefektes erforderlich. Nur dadurch ist auch eine pränatale Erfassung einer bestimmten Stoffwechsel-störung möglich.

Lysosomale Enzyme können in kultivierten Fibroblasten gemessen werden. Teilweise ist jedoch auch eine enzymatische Bestimmung im Serum oder in einer Leukozytenpräparation möglich. Die Enzym-Messungen erfolgen mit Hilfe künstlicher Substrate: Bei diesen Substanzen ist die für die katalytische Aktivität erforderliche spezifische Bindungsstelle an die fluoreszierende Substanz Methylumbelliferon gebunden. Unter der Enzym-Einwirkung wird Methylumbelliferon freigesetzt und kann dann in einem Fluoreszenz-Photometer gemessen werden.

Bei allen lysosomalen Speicherkrankheiten ist eine pränatale Diagnose in kultivierten Amnionzellen möglich. Einige lysosomale Enzyme lassen sich auch in Chorionzellen messen; das Ergebnis der biochemischen Analyse kann dann bereits im 1. Trimenon vorliegen.

 
Diagnostisches Vorgehen bei Verdacht auf eine lysosomale Speicherkrankheit
1.   Allgemeine Vorbemerkung

Eine Reihe von Symptomen kann an eine lysosomale Speicherkrankheit denken lassen. Vergröberte Gesichtszüge bereits im Säuglingsalter sind Hinweis für eine Mukolipidose II oder eine GM1-Gangliosidose. Auch ein früh auftretender Gibbus ist ein wichtiger Hinweis auf eine Störung im Stoffwechsel komplexer Kohlehydrate (Mukopolysaccharidose, Mukolipidose, Glykoproteinose). Es ist empfehlenswert, zunüchst den Urin auf Mukopolysaccharide, Oligosaccharide und freie Neuraminsäure zu untersuchen.

Dabei sind jedoch folgende Punkte zu beachten:

a)

Bei älteren Patienten (besonders mit M. Morquio) kann die Mukopolysaccharid-Ausscheidung normal sein!

b)

Da die Mukopolysaccharid-Ausscheidung im Laufe des Tages starken Schwankungen unterliegt, sollte nur ein Urin analysiert werden, der über einen Zeitraum von 24 Stunden gesammelt wurde.

c)

Bei einer Mukolipidose II (I-Cell Disease) oder einer Mukolipidose III (Pseudo-Hurler-Polydystrophie) läßt sich weder eine vermehrte Ausscheidung von Oligosacchariden noch von Mukopolysacchariden nachweisen. Es ist deshalb wichtig, neben der Urin-Untersuchung die Aktivität von mindestens zwei lysosomalen Enzymen (z.B. Hexosaminidase A & B, ß-Glukuronidase) im Serum zu messen.

Der Nachweis eines Enzym-Defektes kann nicht unbedingt auch eine Aussage über die exakte biochemische und klinische Diagnose machen: Wurde bei einem Patienten mit Hurler-ähnlichem Gesicht und ausgeprägter neurologischer Symptomatik lediglich eine erniedrigte Aktivität der N-Azetylgalaktosamin-6-Sulfatase gemessen, so muß zunächst die biochemische Diagnose lauten: Mukopolysaccharidose Typ IV (M. Morquio). Bei Kenntnis der klinischen Daten des Patienten wird der Untersucher jedoch noch weitere Sulfatasen messen, so daß dann die Diagnose eines multiplen Sulfatase-Defektes gestellt werden kann.

Eine erniedrigte Aktivität der Arylsulfatase A kann in seltenen Füllen auch in der Normal-Population gefunden werden. Dieser Befund wird als Pseudo-Arylsulfatase-Defizienz bezeichnet.


Aus diesen Beispielen wird ersichtlich, daß die Diagnose einer lysosomalen Speicherkrankheit eine enge Kooperation von betreuendem Arzt, biochemischem Labor und eventuell auch Pathologen erfordert. Nur dadurch sind eine exakte Einordnung des Krankheitsbildes und meist auch eine prognostische Aussage möglich. Auch setzt eine pränatale Diagnose selbstverständlich voraus, daß bei dem Index-Fall der Nachweis des zugrundeliegenden Enzym-Defektes geführt wurde.

 
1) GROUP SCREENING TESTS
GROUP METHOD SPECIMEN
Oligosaccharides TLC 24 hrs urine
  (deep frozen or fresh)
2) SPECIFIC METABOLITE ASSAYS
METABOLITE DISORDER METHOD SPECIMEN
Mucopoly Mucopoly DMB-Test 24 hrs urine
saccharides saccharidoses Fractionation by electrophoresis (deep frozen or fresh)
Neuraminic acid Salla-Disease TLC 24 hrs urine
      (deep frozen or fresh)
3) ENZYME ASSAYS
NAME OF ENZYME USUAL NAME METHOD SPECIMEN

Iduronidase

(EC 3.2.1.76)

M. Hurler/Scheie

(MPS I)

AFC,CVS

4-MU release from

4-MU-iduronide

L,F

Iduronate-S

sulfatase

(EC 3.1.6.13)

M. Hunter

(MPS II)

AF,CVS

35S-release from

35S-Disaccharide

S,F

Sulfamidase

(EC 3.10.1.1

M. Sanfilippo A

(MPS III A)

AFC,CVS

35S-release from

35S-Heparin

L,F

a-N-acetylglucosaminidase

(EC 3.2.1.50)

M. Sanfilippo B

(MPS IIIB)

AFC,CVS

4-MU release from

4-MU-glucosaminide

S,F
Acetyl-CoA:a-Glucosaminide N-Acetyltransferase

M. Sanfilippo C

(MPS IIIC)

14C-NAc-glucosamine formation from 14C-glucosamine

F,AFC
N-acetylglucosamine 6-sulfate sulfatase

M. Sanfilippo D

(MPS III D)

NAc-glucosamine release from NAC glucosamine-sulfate F,AFC

N-acetylgalactosamine-6-sulfate sulfatase

(EC 3.1.6.4)

M. Morquio A

(MPS IV A)

Release of mono sulphated form of 3H-trisaccharide L,F,AFC

Arylsulphatase B

(EC 3.1.6.1)

M.Lamy-Maroteaux

F,AFC

(MPS VI)

Release of nitrophenyl from nitrocatecholsulfate  

ß-Glucuronidase

(EC 3.2.1.31)

M. Sly

S,L,F

(MPS VII)

AFC

4-MU release from 4-MU-glucuronide  

ß-Galactosidase

(EC 3.2.1.23)

GM1-gangliosidosis

L,F,AFC

M. Morquio B

4-MU release from 4-MU-ß-galactopyranoside  

ß-N-acetyl-D-hexosaminidase A and B

(EC 3.2.1.52)

S,L,F

GM2-gangliosidosis

(M. Sandhoff, Tay-Sachs)

AFC,CVS

4-MU release from 4-MU-glucopyranoside  

a-Mannosidase

(EC 3.2.1.24)

a-Mannosidosis

S,L,F

AFC,CVS

4-MU release from 4-MU-a-mannoside  

ß-Mannosidase

(EC 3.2.1.25)

ß-Mannosidosis

S,L,F

AFC

4-MU release from 4-MU-ß-mannoside  

a -Fucosidase

(EC 3.2.2.51)

a-Fucosidosis

S,L,F

AFC,CVS

4-MU release from 4-MU-fucoside  

Aspartylglucosaminidase

F,AFC

(EC 3.5.1.26)

CVS

Aspartylglucos-aminuria Release of NAc glucosamine from aspartoglucopyranoside  

a -Galactosidase A

L,F

(EC 3.2.1.22)

M. Fabry 4-MU release from 4-MU-a-galactopyranoside AFC  

a-N-Acetylgalactosaminidase ( = a-Galactosidase B)

(EC 3.2.1.49)

F,AFC

Schindler`s Disease 4-MU release from 4-MU-a-galactopyranoside  

a-Neuraminidase

F,AFC

(EC 3.2.1.18)

Sialidosis

(Mucolipidosis I)

4-MU release from 4-MU-neuraminic acid  

a-Glucosidase I

F,AFC

(EC 3.2.1.20)

Glykogenosis

(M. Pompe)

4-MU release from 4-MU a-glucoside  

Glucocerebroside:ß-glucosidase

(EC 3.2.1.45)

F,AFC

M. Gaucher

4-MU release from 4-MU ß-glucoside  

Sphingomyelinase

(EC 3.1.4.12)

M. Niemann-Pick

F,AFC

4-MU release from bis(4-MU)-phosphate  

Arylsulphatase A

(EC 3.1.6.1)

AFC

Metachromatic

Leukodystrophy

Release of nitrophenyl from nitrocatecholsulfate L,F
Abbreviations:

S = Serum,
L = Leukocytes,
F = Fibroblasts,
AFC = Amniotic fluid cells,
CVS = Chorion villi sample
4-MU = 4-Methylumbelliferyl

MUKOPOLYSACCHARIDOSEN

 

TYP

ENZYM-DEFEKT

URIN-AUSSCHEIDUNG

 

M. Hurler

 

 

MPS I

M. Hurler/Scheie

a-Iduronidase (L,F)

DS/HS

 

M. Scheie

 

 

MPS II

M. Hunter

Iduronat-S-Sulfatase (S,F)

DS/HS

MPS III A

M. Sanfilippo A

Heparan-N-Sulfamidase (L,F)

HS/CS

MPS III B

M. Sanfilippo B

N-Azetyl-a -Glukosaminidase (S,F)

HS/CS

MPS III C

M. Sanfilippo C

N-Azetyl-Transferase (F)

HS/CS

MPS III D

M. Sanfilippo D

N-Azetylglucosamin-6-Sulfatase (F)

HS/CS

MPS IV A

M. Morquio A

N-Azetylgalaktosamin-6-Sulfatase (L,F)

KS/CS

MPS IV B

M. Morquio B

ß-Galaktosidase (L,F)

KS/CS

MPS VI

M. Lamy-Maroteaux

Arylsulphatase B (L,F)

DS/HS

MPS VII

M. Sly

ß-Glucuronidase (S,F)

CS/DS

 

MUKOLIPIDOSEN

ML II

(I-Cell Disease)

Phosphotransferase (S,F)

neg.

ML III

(Pseudo-Hurler-Polydystr.)

Phosphotransferase (S,F)

neg.


GLYKOPROTEINOSEN

 

TYP

ENZYM-DEFEKT

URIN-AUSSCHEIDUNG

a-Mannosidose

 

Mannosidose (S,L,F)

Oligos.

ß-Mannosidose

 

ß-Mannosidase (S,L,F)

Oligos.

a-Fucosidose

 

a-Fucosidase (S,L,F)

Oligos.

Sialidose

(Typ I und II))

a-Neuraminidase (F)

Oligos.

Aspartyl-Glukosaminurie

 

N-Aspartyl-Glukosaminidase

Oligos.


FREIE NEURAMINSÄURE-SPEICHERKRANKHEIT

Salla-Disease freie Neuraminsäure in den freie

u.a. Formen

Fibroblasten erhöht (F)

Neuramins.


GANGLIOSIDOSEN

GM1-Gangliosidose 

ß-Galaktosidase (L,F)

Oligos.

 

Galaktosialidose

ß-Galaktosidase und

Oligos.

 

 

 

a-Neuraminidase (F)

 

 

 

 

Oligos.

GM2-Gangliosidose

M. Sandhoff

Hexosaminidase A  und B (S,L,F)

 

 

Hexosaminidase A (S,L,F)

neg.

 


LIPIDOSEN

TYP

ENZYM-DEFEKT

URIN-AUSSCHEIDUNG

 

Chronisch (Typ I)

 

 

M. Gaucher

Neuropathisch (Typ II)

ß-Glucosidase (F)

neg.

 

Subakut (Typ III)

 

 

M. Krabbe (Globoidzell-Leukodystr.)

Cerebrosid-ß-Galaktosidase (L,F)

neg.

 

Metachromatische

 

 

 

Leukodystrophie

Arylsulphatase A (L,F)

Sulfatide

 

Multipler

 

Mehrere lysosomale

DS/HS/KS

Sulfatase-Defekt

Sulfatasen (F)

 

 

M. Niemann-Pick

Typ A & B

Sphingomyelinase (F)

neg.

M. Fabry

 

a-Galaktosidase (L, F))

Ceramide

Abkürzungen: F = Fibroblasten, L = Leukozyten, S = Serum


MUKOPOLYSACCHARIDOSEN

 

TYP

ENZYM-DEFEKT

URIN-AUSSCHEIDUNG

MPS I

M. Hurler; M. Hurler/Scheie; M. Scheie

alpha-Iduronidase (L,F)

DS/HS

MPS II

M. Hunter

Iduronat-S-Sulfatase (S,F)

DS/HS

MPS III A

M. Sanfilippo A

Heparan-N-Sulfamidase (L,F)

HS/CS

MPS III B

M. Sanfilippo B

N-Azetyl-alpha-Glukosamini-dase (S,F)

HS/CS

MPS III C

M. Sanfilippo C

N-Azetyl-Transferase (F)

HS/CS

MPS III D

M. Sanfilippo D

N-Azetylglucosamin-6-Sulfatase (F)

HS/CS

MPS IV A

M. Morquio A

N-Azetylgalaktosamin-6-Sulfatase (L,F)

KS/CS

MPS IV B

M. Morquio B

ß-Galaktosidase (L,F)

KS/CS

MPS VI

M. Lamy-Maroteaux

Arylsulphatase B (L,F)

DS/HS

MPS VII

M. Sly

ß-Glucuronidase (S,F)

CS


 

MUKOLIPIDOSEN

 

TYP

ENZYM-DEFEKT

URIN-AUSSCHEIDUNG

ML II

I-Cell Disease

Phosphotransferase (S,F)

neg.

ML III

Pseudo-Hurler-Polydystrophie

Phosphotransferase (S,F)

neg.


 

GLYKOPROTEINOSEN

TYP

ENZYM-DEFEKT

URIN-AUSSCHEIDUNG

alpha-Mannosidose

Mannosidose (S,L,F)

Oligos.

beta-Mannosidose

beta-Mannosidase (S,L,F)

Oligos.

alpha-Fucosidose

alpha-Fucosidase (S,L,F)

Oligos.

Sialidose (Typ I und II)

alpha-Neuraminidase (F)

Oligos.

Aspartyl-Glukosaminurie

N-Aspartyl-Glukosaminidase

Oligos.


 

FREIE NEURAMINSÄURE-SPEICHERKRANKHEIT

TYP

ENZYM-DEFEKT

URIN-AUSCHEIDUNG

Salla-Disease u.a. Formen

freie Neuraminsäure in den Fibroblasten erhöht

freie Neuraminsäure


 

GANGLIOSIDOSEN

 

TYP

ENZYM-DEFEKT

URIN-AUSSCHEIDUNG

GM1-Gangliosidose

infantil, juvenil, adult

beta-Galaktosidase (L,F)

Oligos.

Galakto-Sialidose

 

beta-Galaktosidase und alpha-Neuraminidase (F)

Oligos.

GM2-Gangliosidose

M. Sandhoff

Hexosaminidase A und B (S,L,F)

Oligos.

GM2-Gangliosidose

M. Tay-Sachs

Hexosaminidase A (S,L,F)

neg.


 

LIPIDOSEN

 

TYP

ENZYM-DEFEKT

URIN-AUSSCHEIDUNG

M. Gaucher

Chronisch (Typ I)

beta-Glucosidase (F)

neg.

M. Gaucher

Neuropathisch (Typ II)

beta-Glucosidase (F)

neg.

M. Gaucher

Subakut (Typ III)

beta-Glucosidase (F)

neg.

M. Krabbe

Globoidzell-Leukodystrophie

Cerebrosid-beta-Galaktosidase (L,F)

neg.

Metachromatische Leukodystrophie

 

Arylsulphatase A (L,F)

Sulfatide

Multipler Sulfatase-Defekt

 

Mehrere lysosomale Sulfatasen (F)

DS/HS/KS

M. Niemann-Pick

Typ A

Sphingomyelinase (F)

neg.

M. Niemann-Pick

Typ B

Sphingomyelinase (F)

neg.

M. Niemann-Pick

Typ C

Cholesterin-Stoffwechsel ? (F)

neg.

M. Fabry

 

alpha-Galaktosidase (L, F)

Ceramide

Abkürzungen: F = Fibroblasten, L = Leukozyten, S = Serum