Clinica della Glicogenosi di tipo III

Giacomo P. Comi

Centro Dino Ferrari,Università degli Studi di Milano,

Fondazione Ospedale Maggiore Policlinico,Mangiagalli e Regina Elena,

Milano, Italy

XIII

II Acid maltase

III Debrancher

IV Brancher

V Phosphorylase

VII PFK-M

VIII Phosphorylase b kinase

IX Phosphoglyceratek.

X M- Phosphoglycerate mutase

XI Muscle LDH

XII Aldolase A

XIII -Enolase

Glycogen Storage Disease Type IIIGlycogen Storage Disease Type III

• 1928-1932: van Creveld observed two patients with hepatomegaly and failure to mobilize liver glycogen

• 1952: Illingworth B, Cori GT: Structure of abnormal glycogen. J Biol Chem 199:653, 1952.

• 1953: Forbes describes an infantile case with abnormal glycogen structure in liver and skeletal muscle. J Pediatr 42: 645, 1953.

• 1956: Illingworth B, Cori GT, Cori CF. Determination of AGL systemic deficiency

• 1992: Cloning of AGL cDNA. Yang et al. J Biol Chem.267:9294, 1992.

• 1997: First AGL gene mutation. Shen et al. Hum Mut. 9:37, 1997.

Amylo-1,6-glucosydase, 4-α-glucantransferase activities

1. Reverse reaction: rate of incorporation of 14C-Glucose into glycogen

2. Glucose liberation from Phosphorylase Limit Destrin

Hers, Verhue, VanHoof, Eur J Biochem 2:257, 1967

Spettro di assorbimento del glicogeno

340.000.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

452.00 564.00 676.00 788.00 900.00

1. Spettro di assorbimento del glicogeno normale

2. Spettro di assorbimento del glicogeno in pz con GSD IV

3. Spettro di assorbimento del glicogeno in pz con GSD III

Glicogenosi di tipo Glicogenosi di tipo IIIIII

Malattia autosomica recessiva causata dal deficit dell’enzima deramificante del glicogeno (amylo-1,6-glucosydase, 4-α-glucantransferase, AGL).

GeneAGL: -Cromosoma 1p21 85 kb

-35 esoni, 7.0 kb mRNA, cdr 4596 bp

Proteina: -1532 aminoacidi

-MW 165 kDa

Isoforme tessuto-specifiche di Isoforme tessuto-specifiche di mRNAmRNA

6 isoforme di mRNA di AGL sono state identificate da fegato e muscolo, differenti solo nella porzione 5’ terminale.

Isoforma 1: forma predominante espressa sia nel

fegato sia nel muscolo.

Isoforme 2, 3 e 4, muscolo-specifiche: espresse nel

muscolo e nel cuore.

Isoforme 5 e 6, presenti nel muscolo e nel cuore in

piccole quantità.

I pazienti con deficit di enzima deramificante sono classificati in 4

gruppi:

1. Tipo IIIa: caratterizzato da mancanza dell’attività trasferasica e glucosidasica sia nel muscolo che nel fegato (80% dei casi).

2. Tipo IIIb: anche esso caratterizzato da mancanza dell’attività trasferasica e glucosidasica, ma il muscolo e il cuore sono risparmiati (15% dei casi).

3. Tipo IIIc: caratterizzato dalla perdita selettiva dell’attività glucosidasica.

4. Tipo IIId: include pazienti con perdita selettiva dell'attività trasferasica nel muscolo e nel fegato.

Caratteristiche cliniche della GSD tipo IIICaratteristiche cliniche della GSD tipo III• Possibili sintomi nell’infanziaPossibili sintomi nell’infanzia

– Ipoglicemia ricorrente a digiuno– Epatomegalia e aumento transaminasi sieriche– Ipotono– Crisi comiziali in corso di ipoglicemia– Ritardo di crescita

• Manifestazioni cliniche nell’adultoManifestazioni cliniche nell’adulto– Ipostenia prevalentemente distale (es.gastrocnemi e

muscoli peroneali)– Grado variabile di ipostenia prossimale– Affaticabilità– Progressione lenta– Valori di CK sierici aumentati da 5x a 45x– Segni di neuropatia– Disfunzione epatica e cardiomiopatia

Pazienti GSDIII : Maschi 26

Femmine 25

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

N. Pts

1 2 3 4 5 6 7 8

Decades

0

5

10

15

20

25

30

35

1-5 6-10 11-15 16-20 21-25 26-30 >31

Age groups (years)

Num

ber

of

pat

ients

Età alla diagnosi

00,050,1

0,150,2

0,250,3

0,350,4

0,450,5

CONTROLS GSD 3 muscle

nM

ol/m

in/m

g

0

5

10

15

20

25

30

35

CONTROLS GSD 3 Eritrocites

U/ g

Hb

Attività enzimatica residua di AGL nel muscolo e nei globuli rossi

3 4 5 6 7 98 10 11 12 15 1613 14 17 18 19 20 21 22 23 26 27 2824 302925 31 32 33 3534

Transferase Domain

Glycogen BD

Glucosidase Domain

IVS21 +1A/G

IVS4 +2T/A

IVS26 +1G/C

R675W

W1327X

C234RT38A

IVS6 +3A/G

2547DelG R864X

R428K

8bpDel+38bpDuplic

4312insAG1087R

R34X

676DelG

S530X

1072insT4724insAA

R1218X

W1398X

R977XR285XA1120P

R524H

Mutazioni del gene AGL

Mutation Type % on Characterized Alleles

Exon Skipping 40.3IVS21+1 A/ G In Frame 23.4IVS6+3 A/ G In Frame 11.7IVS4+2 T/ A Out of Frame pmIVS26+1 G/ C Out of Frame pm

Stop 23.4R1218X 5.2T1398X pmR34X pmR864X pmW1327X pmS530X pmR977X pmR285X pmR91OX pmK422X pm

Missense 15.6R675W pmC234R pmR428K pmT38A pmR524H pmA1120P pmG1087R pmA253P pm

Microdeletions 10.4676DelG 2.62547DelG pm442DelA pm8bpDel pm753-6DelGACA pm3963DelG pm

Microinsertions 10.41072insT pm4724insAA pm4312insA pm

Macroinsertion 1.338bpDup pm

Mutation Effects GSD TypeN°Pts

Geographic Origin Author

17 delAG frameshift IIIb 10 Caucasian Shen, 1996. J Clin InvestQ6X stop IIIb 1 Caucasian "

W680X stop IIIa 1 Caucasian "R864X stop IIIa 1 Caucasian "R1228X stop IIIa 1 Caucasian "

4529 insA frameshift IIIa 1 ? Shen, 1996. Hum Mut

IVS32 -12 A/ G exon-skip IIIa 1 J apanese Okubo, 1998. Hum Gen" 1 Caucasian Shaiu, 2000. Mol Gen Metab

G1448R missense IIIa 1 J apanese Okubo, 1999. Hum Mut2399 delC frameshift IIIb ? 1 J apanese Okubo, 2000. Am J Med Gen

IVS33 +5 G/ A exon-skip IIIb ? 1 Chinese "IVS14 +1 G/ C exon-skip IIIa 1 J apanese Okubo, 2000. Hum Gen

L124X stop IIIa 2 J apanese "IVS29 -1 G/ C exon-skip IIIa 2 J apanese "

587 delC frameshift IIIa 1 J apanese "4216 del AG frameshift IIIa 2 J apanese "2072 insA frameshift IIIa 1 J apanese "

4735 insTAT frameshift IIIa 2 J apanese "

2725_19delTCAG frameshift IIIa 2 Hong Kong Chinese Lam, 2004. Mol Genet MetabR408X stop IIIa 1 Chinese "R408X stop IIIa 6 Faroe Islands Santer, 2001. Eur J Hum Genet

4455 delT frameshift IIIa 12 North African J ewish Parvari, 1997. Eur J Hum Gen

Biochem Diagn 3 Inuit Zimakas, 2005. Canad Med Ass J

3904 insA frameshift IIIa 1 Ashkenazi J ewish Parvari, 1998. J Inh Met Dis4214 insA frameshift IIIa 1 Ashkenazi J ewish "

3964 delT frameshift IIIa 1 African American Shaiu, 2000. Mol Gen Metab

Q32X stop IIIa ? ? Shaiu, 2000. Mol Gen MetabQ86X stop IIIa ? ? "

3014 delG frameshift IIIa ? ? "3665 delC frameshift IIIa ? ? "V647del frameshift IIIa ? ? "

175

115

97

AGL

ctr

IVS4

+2T/

A

IVS2

1+1G

/A

IVS2

6+1G

/C

IVS2

1+1G

/A

IVS2

6+1G

/C

L'INTERESSAMENTO EPATICOL'INTERESSAMENTO EPATICO

• Valori di AST e ALT utilizzati per monitorare nel tempo il danno degli epatociti dovuto all’accumulo di glicogeno.

• Il coinvolgimento epatico si presenta solitamente nell’infanzia.

• Solitamente i sintomi regrediscono nell’età adulta.• Correlazione inversa tra valori di transaminasi ed età.• Ecografia epatica: screening di base per identificare segni di

involuzione epatica• Rari casi di Epatocarcinoma in pazienti adulti con cirrosi (6

casi descritti tutti di età > 30 anni), nessuno nella nostra casistica, ma due pazienti sottoposti a trapianto di fegato a 30 e 32 anni rispettivamente.

Le cellule epatiche mostrano un citoplasma pallido e microvacuolato, senza ulteriore danno dell'epatocita (Fig.1, ematossilina eosina, x200). Tali depositi sono PAS positivi (Fig.2), indicando la presenza di depositi di

glicogeno ed escludendo una steatosi.

147107182387Media

U/L

>3021-3011-20<10Classi di età

AST and Age groups

0100200

300400500

<10 11-20 21-30 >30

Age groups

Mea

n v

alu

e

ALT age groups

0100200300400

<10 11-20 21-30 >30

Age groupsM

ean

val

ue

12381278337Media

U/L

>3021-3011-20<10Classi di

età

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 10 20 30 40 50 60 70

Age (yrs)

AST

(UI/

L)CORRELAZIONE TRA L’ETA’ E I VALORI DI TRANSAMINASICORRELAZIONE TRA L’ETA’ E I VALORI DI TRANSAMINASI

0

200

400

600

800

1000

1200

0 10 20 30 40 50 60 70

Age (Years)

AST

ALT

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

<10 11-20 21-30 >=31NormalHepatomegaly, diffuse homogeneous hyperechogenicityHepatomegaly, dishomogeneous hyperechogenicityHepatic involution, Cirrhosis - Transplant

REPERTI ECOGRAFICI NEL FEGATOREPERTI ECOGRAFICI NEL FEGATO

9%16%00+++

36%16%09%++

55%66.6%100%86%+

0004,5%Normale

>=31 anni21-30 anni

11-20 anni<10 anniGravità

Due pazienti hanno sviluppato insufficienza epatica con successivo trapianto di fegato a 30 e 32 anni rispettivamente.

Type IIIb glycogen storage disease associated with end-stage cirrhosis and hepatocellular carcinomaHepatology. 1997 Mar;25(3):537-40 E B Haagsma, et al

Glycogen storage disease type III-hepatocellular carcinoma a long-term complication?

J Hepatol. 2007 Mar;46(3):492-8. Epub 2006 Nov 9 Erin Demo,et al

•2 casi di HCC in una coorte di 45 pazienti con età variabile dai 2 ai 67 anni. Uno diagnosticato a 54 anni e uno a 67.

•2 casi di adenoma epatico riscontrati dopo i 35 anni.

•Monitoraggio frequente di Transaminasi, AFP, CEA, Ecografia epatica ed eventuale TAC o RMN addome nei casi a rischio.

Caso clinicoCaso clinico

•Donna di 33 anni, affetta da GSDIII con coinvolgimento epatico e muscolare.

•A 9 mesi esordio di epatomegalia ed episodi di ipoglicemia dopo digiuno prolungato.

•Buona autononia funzionale fin dall'infanzia.

•Mutazione in doppia eterozigosi sul gene AGL: 1072insT e 4724insAA

•Una sorella con mutazione analoga ma in condizioni cliniche peggiori dal punto di

vista muscolare mentre non ha necessitato trapianto di fegato.

•Progressivo accumulo di glicogeno fino ad un quadro severo di cirrosi epatica con

varici esofagee, splenomegalia, piastrinopenia e leucopenia, al contrario

della maggior parte dei pazienti affetti da GSDIII nei quali il danno

epatico si stabilizza.

•Nel 2004 (a 30 anni) trapianto di fegato e da allora in terapia con Tacrolimus con

notevole beneficio dal punto di vista metabolico generale, senza particolari

variazioni sul piano della stenia.

•Quadro clinico stazionario, con minima impotenza funzionale (Walton FRS: 2)

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

0

500

1000

1500

2000

2500

Anno

CP

K (

U/L

)

2003.5 2004 2004.5 2005 2005.5 2006 2006.5 2007 2007.5

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Anno

LD

H (

U/L

)

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Anno

AS

T (

U/L

)

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

0

100

200

300

400

500

600

700

Anno

ALT

(U

/L)

Evoluzione temporale di alcuni parametri ematochimici

Trapianto di fegato

0

50000

100000

150000

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

Anno

PL

T/m

mc

0

0.5

1

1.5

2

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

Anno

INR

Trapianto

Esame Obiettivo Neurologico (marzo 2007)Esame Obiettivo Neurologico (marzo 2007)

•SCM, flessori ed estensori del collo 5- bilat.

•Bicipite 4 e ½ a dx, 4 a sin

•Tricipite 4 e ½ a dx, 4 a sin

•Flessori ed estensori del carpo 5 bilat

•Prensione 4 bilat

•Interossei, adduttore e abduttore del pollice 3 bilat

•Ileopsoas 4 ½ a dx 4 sin

•Quadricipite 4 ½ bilat

•Bicipite femorale 4 ½ bilat

•Gastrocnemio 5 bilat

•Tibiale anteriore 4 bilat

Gardner-Medwin and Walton Modified functional Gardner-Medwin and Walton Modified functional rating scalerating scale

Compromissione muscolatura respiratoria, tetraplegia.Compromissione muscolatura respiratoria, tetraplegia.Grado 10Grado 10

Impossibile mangiare, bere o restare seduto senza aiuto.Impossibile mangiare, bere o restare seduto senza aiuto.Grado 9Grado 9

Deambulazione impossibile senza sostegno.Deambulazione impossibile senza sostegno.Grado 8Grado 8

Non si alza da una sedia.Non si alza da una sedia.Grado 7Grado 7

Non sale le scale.Non sale le scale.Grado 6Grado 6

Non si alza in piedi se seduto sul pavimento.Non si alza in piedi se seduto sul pavimento.Grado 5Grado 5

Segno di Gowers.Segno di Gowers.Grado 4Grado 4

Ipostenia, marcia steppante, sale le scale con corrimano.Ipostenia, marcia steppante, sale le scale con corrimano.Grado 3Grado 3

Difficoltà a camminare su punte dei piedi, difetto di postura o marcia.Difficoltà a camminare su punte dei piedi, difetto di postura o marcia.Grado 2Grado 2

Deambulazione normale, mialgie, atrofia, non corre.Deambulazione normale, mialgie, atrofia, non corre.Grado 1Grado 1

Tutte le funzioni normali, IperCK asintomatica.Tutte le funzioni normali, IperCK asintomatica.Grado 0Grado 0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Gardner–Medwin and Walton modified scale Gardner–Medwin and Walton modified scale

of clinical muscle severity score of clinical muscle severity score

ETA’ e VALORI di CPKETA’ e VALORI di CPK

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 10 20 30 40 50 60

Age (years)

CPK

(IU/

L)

Valori Normali < 180 I.U./L

EMG Findings

Normal

19%

Myopathic

19%Neurogen

48%

Both

14%

Normal Myopathic Neurogen Both

Dati elettromiografici di 21 pazienti

3Both

10Neurogen

4Myopathic

4Normal

Evoluzione Clinica dell'iposteniaEvoluzione Clinica dell'ipostenia

• Correlazione diretta tra età e progressione dell'ipostenia.

• Limitazione funzionale lieve in pazienti minori di 40 anni (Punteggio Scala di Walton < 2).

• Ampia variabilità negli adulti maggiori di 40 anni (Punteggio Scala di Walton da 3 a 10).

• Ipostenia variabile prossimale e distale con prensione debole, marcia steppante…

• Frequente ipotrofia distale.

0

2

4

6

8

10

<10 11-20 21-30 >=31

Normal Mild Hypertrophy Moderate Hypertrophy

< 10 mmNormale

> 14 mmSevera

12 – 13 mmModerata

10 - 11 mmLieve

Valutazione ecografica dell’ipertrofia cardiaca (Spessore Setto Valutazione ecografica dell’ipertrofia cardiaca (Spessore Setto Interventricolare) indicizzato rispetto alla superficie corporea.Interventricolare) indicizzato rispetto alla superficie corporea.

• 55% dei pazienti sviluppa una cardiomiopatia, ecocardiograficamente simile ad una iniziale cardiomiopatia ipertrofica idiopatica (ref. Lee et al. 1997).

• L’ecocardio è in genere normale o mostra lieve ipertrofia cardiaca asintomatica nell prima decade.

• Tra i pazienti nella prima decade, 8 avevano un ecocardio normale (47%), 9 avevano una lieve ipertrofia (53%), mentre nessuno aveva un’ipertrofia cardiaca moderata o severa.

• Nel gruppo di età tra gli 11 e i 20 anni, un paziente aveva un ecocardio normale, 2 avevano lieve e uno moderata ipertrofia.

• Tra i maggiori di 21 anni, abbiamo rilevato 5 pazienti (31%) con ecocardio normale, 9 (56%) con lieve e 1 (6%) con moderata ipertrofia.

• Un paziente è stato sottoposto a trapianto cardiaco all’età di 45 anni.

• I nostri dati indicano globalmente un basso richio di scompenso cardiaco e una lenta evoluzione del danno cardiaco nei pazienti con deficit di enzima deramificante, ma un attento follow up annuale è necessario per identificare soggetti a richio.

Ipertrofia cardiaca nei pazienti GSDIIIIpertrofia cardiaca nei pazienti GSDIII

Per indagare la correlazione Genotipo-Fenotipo:

• Non vi sono mutazioni-hotspot, le sostituzioni nucleotidiche

sono sparse lungo tutto il gene

• Abbiamo raggruppato I nostri pazienti sulla base della gravità

del tipo di mutazione (nonsense, exon-skipping, missense)

• Il 10% dei pazienti sono doppi eterozigoti

• Mutazioni missense al di fuori dei domini funzionali noti sono

comunque associate ad un’attività enzimatica abolita

• Non vi sono evidenti relazioni tra la progressione di malattia e

la “importanza” dell’alterazione genetica, in parte per il fatto

che la maggior parte dei nostri pazienti sono troppo giovani

per essere “predittivi” sulla progressione della malattia

Approcci terapeuticiApprocci terapeutici

•Neonati e bambini con deficit di enzima deramificante devono essere protetti da episodi di ipoglicemia a digiuno con pasti frequenti (ogni 6 ore) ed eventuali infusioni gastriche notturne di glucosio.•Maizena prima di andare a letto.Maizena prima di andare a letto.

•Durante malattie concomitanti, necessità di un aumentato apporto calorico tramite carboidrati o tramite nutrizione orale/SNG o con glucosio EV (10 mg/kg/min).

•Pasti iperglucidici dovrebbero essere alternati a pasti iperproteici. Ciò permette di controllare la glicemia e garantisce un normale sviluppo ai bambini. (Wolfsdorf 2003).

•Trapianto di fegato o di cuore in pazienti con grave disfunzione di organo.

Esempio di dieta per pazienti in età Esempio di dieta per pazienti in età pediatrica con GSDIIIpediatrica con GSDIII

• Ore 5 Latte intero zuccherato

• Ore 9 Biscotti o yogurt con cereali o latte e biscotti

• Ore 12 Pranzo completo con pasta o riso, carne o pesce + verdura + frutta

• Ore 16 Come alle 9

• Ore 19 Cena, come alle 12

• Ore 23 Latte con biscotti o fette biscottate

• Ore 24 20 g di maizena sciolti in un uguale volume di acqua o in latte fresco, non zuccherato.

Dino Ferrari Centre,Dino Ferrari Centre,

University of MilanUniversity of Milan

Sabrina LucchiariSabrina Lucchiari

Andreina BordoniAndreina Bordoni

Serena PagliaraniSerena Pagliarani

Domenico Santoro Domenico Santoro

Sabrina SalaniSabrina Salani

Stefania CortiStefania Corti

Maurizio MoggioMaurizio Moggio

Costanza LampertiCostanza Lamperti

Nereo BresolinNereo Bresolin

Giacomo P. ComiGiacomo P. Comi

Institute G. Gaslini, Genoa, ItalyInstitute G. Gaslini, Genoa, ItalyMirella FilocamoMirella Filocamo

Maja Di RoccoMaja Di Rocco

Rosanna GattiRosanna Gatti

Department of Neurosciences, MessinaDepartment of Neurosciences, Messina

Carmelo RodolicoCarmelo Rodolico

Olimpia MusumeciOlimpia Musumeci

Antonio ToscanoAntonio Toscano

Pediatric Inst, University Federico II , Pediatric Inst, University Federico II , NaplesNaples

Daniela MelisDaniela Melis

Michelina SibilioMichelina Sibilio

Clinica De Marchi, MilanClinica De Marchi, Milan

Rossella PariniRossella Parini

Pediatria H. San Paolo, MilanPediatria H. San Paolo, Milan

Marta TorcolettiMarta Torcoletti

Sabrina PaciSabrina Paci

Meyer Children's Hospital, FlorenceMeyer Children's Hospital, Florence

Maria Alice DonatiMaria Alice Donati

Associazione Italiana Associazione Italiana GlicogenosiGlicogenosi