Medikamentöse Prävention von Stoffwechselstörungen bei Kindern

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1 Medikamentöse Prävention von Stoffwechselstörungen bei Kindern Ania C. Muntau Molekulare Pädiatrie Dr. von Haunersches Kinderspital Ludwig-Maximilians-Universität

2 Tyrosinämie Typ I Tyrosin Homogentisinsäure 4-OH-Phenylpyruvatdioxigenase 4-OH-Phenyl- Pyruvat NTBC 4-OH-Phenyl- Lactat Maleylacetoacetat Succinylacetat Fumarylacetoacetase Fumarsäure Fumarylacetoacetat + Acetoacetat Succinylaceton Lindstedt et al., Lancet 1992 Masurel-Paulet et al., JIMD, 2008

3 Medikamentöse Therapie mit Creatin Glycin Arginin Arg-Gly-Amidinotransferase Ornithin Guanidinoacetat Guanidinoacetat-Methyltransferase Creatin Creatintransporter Creatin Stöckler et al., Am J Hum Genet, 1996 Stöckler et al., Subcell Biochem, 2007

4 Medikamentöse Therapie mit Mannose Leroy et al., Ped Res, 2006

5 Erkrankungen mit gestörter Proteinfaltung und loss of function

6 2002, 347:

7 Effekte der Kofaktorbehandlung BH 4 reduziert die Phenylalaninkonzentration im Blut BH 4 erhöht die Phenylalaninoxidation in vivo BH 4 erhöht die diätetische Phenylalanintoleranz in vivo Muntau et al., NEJM, 2002

8 Hypothesen Die Phenylketonurie ist eine Proteinfaltungserkrankung BH 4 entfaltet seine Wirkung als pharmakologisches Chaperone

9 Das PAH Protein Erlandsen and Stevens, MGM, 1999

10 Der molekulare Phänotyp varianter PAH Proteine F55L I65S H170Q P275L A300S S310Y P314S R408W Y414C Y417H

11 Enzymkinetik L-Phe BH4 Variant Vmax [S]0.5 h Activation Substrate Vmax Km Cofactor PAH-Protein µm µm fold Inhibition µm µm Inhibition WT 3470± ± ±139 24±3 + F55L 2088± ± ±112 22±3 + I65S 2214± ± ±152 29±3 + H170Q 2174± ± ±430 25±2 - P275L 1706±250 76± ±670 65±4 - A300S 2990± ± ±580 17±2 - S310Y 0 n.a. n.a. n. a. n.a. 0± n.a. n.a. P314S 780±22 49± ±39 25±4 + R408W 0 n.a. n.a. n. a. n.a. 0± n.a. n.a. Y414C 1877± ± ±500 16±2 - Y417H 2258± ± ±188 31±4 + Missense Mutationen im PAH Gen können Konformationsänderungen des Proteins induzieren

12 Oligomerisierung A D M D Mutationen der regulatorischen Domäne Mutationen der katalytischen Domäne Mutationen der Tetramerisierungsdomäne Missense Mutationen im PAH Gen führen zu Proteinfehlfaltung in Bezug auf die Quartärstruktur des Proteins

13 Proteolytische Stabilität Proteolysis by proteinase K MBP-PAH min t 1/2 FP t 1/2 PAH WT 8 50 F55L 6 50 PAH MBP I65S 3 43 H170Q 2 30 P275L 3 28 A300S 2 25 S310Y n.d. n.d. P314S R408W n.d. n.d. PAH MBP-PAH Y414C 4 35 Y417H 4 43 Missense Mutationen im PAH Gen führen zu einer Destabilisierung des Proteins

14 Thermale Entfaltung ANS-Fluoreszenz Fluorescence intensity (a. u.) WT - BH T [ C]

15 Thermale Entfaltung Mutationen der regulatorischen Domäne Mutationen der katalytischen Domäne Mutationen der Tetramerisierungsdomäne

16 Thermale Entfaltung Erster Übergang Entfaltung regulatorische Domäne

17 Thermale Entfaltung Erster Übergang Entfaltung regulatorische Domäne Zweiter Übergang Entfaltung katalytische Domäne Missense Mutationen im PAH Gen führen zu beschleunigter thermaler Entfaltung insbesondere der regulatorischen Domäne

18 K U B U S Molecular Pediatrics Zerstörung struktureller Netzwerke Die Fehlfaltung des PAH Proteins wird über die Beeinträchtigung funktioneller Netzwerke von Aminosäuren-Seitenketten-Interaktionen innerhalb des Proteins kommuniziert

19 PAH Mutationen führen zu... gestörter Allosterie gestörtem Tetrameraufbau Aggregation reduzierter proteolytischer Stabilität beschleunigter thermaler Entfaltung Fernwirkungen innerhalb des Proteins

20 Am J Hum Genet, 2008, 83: 5-17 Die Phenylketonurie ist eine Proteinfaltungserkrankung mit loss of function

21 Hypothesen Die Phenylketonurie ist eine Proteinfaltungserkrankung BH 4 entfaltet seine Wirkung als pharmakologisches Chaperone

22 Proteolytische Stabilität I65S - BH 4 I65S + BH 4 BH 4 schützt die PAH vor proteolytischem Abbau

23 Thermale Entfaltung

24 Thermale Entfaltung Transition midpoint ( C) BH 4 stabilisiert die PAH gegenüber thermaler Entfaltung

25 Hypothesen Die Phenylketonurie ist eine Proteinfaltungserkrankung BH 4 entfaltet seine Wirkung als pharmakologisches Chaperone

26 Hypothesen Die Phenylketonurie ist eine Modellerkrankung für genetische Erkrankungen mit Proteinfehlfaltung und loss of function Die Proteinfehlfaltung ist durch small molecules therapeutisch beeinflussbar

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