Congenital metabolic diseases. Lysosomal storage diseases

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The classification and epidemiology of hereditary metabolic disorders are presented. That is a large group consisting from more them 800 monogenic diseases, each of which caused by inherited deficiency of certain metabolic fate. Many of these disorders are extremely rare, but their total incidence in the population is close to 1:1000–5000. Lysosomal storage diseases (LSD) resulting from inherited deficiency in lysosomal functions occupy a special place among hereditary metabolic disorders. The defects of catabolism cause the accumulation of undigested or partially digested macromolecules in lysosomes (that is, ‘storage’), which can result in cellular damage. About 60 diseases take part in this group with total incidence of about 1:7000–8000. LSDs typically present in infancy and childhood, although adult-onset forms also occur. Most of them have a progressive neurodegenerative clinical course, although symptoms in other organ systems are frequent. The etiology and pathogenetic aspects of their main clinical entities: mucopolysaccharidosis, glycolipidosis, mucolipidosis, glycoproteinosis, etc, are presented. Mucopolysaccharidoses caused by malfunctioning of lysosomal enzymes needed to break down glycosaminoglycans are more frequent among LSD. Sphingolipidoses caused by defects of lipid catabolism are second for frequency group of LSD. The state-of-art in field of newborn screening. clinical, biochemical and molecular diagnostics of these grave diseases are discussed. The main directions of modern lysosomal storage diseases therapy are characterized: transplantation of hematopoietic stem cells; enzyme replacement therapy; therapy with limitation of substrate synthesis (substrate-reducing therapy); pharmacological chaperone therapy. Perspective directions for LSD therapy are gene therapy and genome editing which are at advanced preclinical stages.

About the authors

Victoria N. Gorbunova

Sаint Petersburg State Pediatric Medical University, Ministry of Healthcare of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: vngor@mail.ru

PhD, Professor, Department of Medical Genetics

Russian Federation, Sаint Petersburg

References

  1. Алексеев В.В., Алипов А.Н., Андреев В.А., и др. Медицинские лабораторные технологии. Руководство по клинической лабораторной диагностике. В 2-х томах. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. – 792 с. [Alekseev VV, Alipov AN, Andreev VA, et al. Meditsinskie laboratornye tekhnologii. Rukovodstvo po klinicheskoi laboratornoi diagnostike. V 2-kh tomakh. Moscow: GEHOTAR-Media, 2013. 792 p. (In Russ.)]
  2. Бучинская Н.В., Дубко М.Ф., Калашникова О.В., и др. Современные подходы к диагностике и лечению мукополисахаридоза. В сб. статей: Молекулярно-биологические технологии в медицинской практике. Под ред. А.Б. Масленникова. Вып. 14. – Новосибирск: АртЛайн, 2010. – С. 124–132. [Buchinskaya NV, Dubko MF, Kalashnikova OV, et al. Sovremennye podkhody k diagnostike i lecheniyu mukopolisakharidoza. In: Molekulyarno-biologicheskie tekhnologii v meditsinskoy praktike. Ed. dy. A.B. Maslennikov. Issue 14. Novosibirsk: ArtLayn; 2010. P. 124-132. (In Russ.)]
  3. Генетика в практике врача / под ред. В.Н. Горбуновой, О.П. Романенко — СПб: Фолиант, 2013. – 456 с. [Gorbunova VN, Romanenko OP, editors. Genetika v praktike vracha. Saint Petersburg: Foliant, 2013. 456 p. (In Russ.)]
  4. Горбунова В.Н., Баранов В.С. Введение в молекулярную диагностику и генотерапию наследственных заболеваний: учебное пособие для студентов медицинских вузов. – СПб.: Специальная Литература, 1997. – 287 с. [Gorbunova VN, Baranov VS. Vvedenie v molekulyarnuyu diagnostiku i genoterapiyu nasledstvennykh zabolevanii: uchebnoe posobie dlya studentov meditsinskikh vuzov. Saint Petersburg: Spetsial’naya Literatura, 1997. 287 p. (In Russ.)]
  5. Горбунова В.Н. Молекулярная генетика — путь к индивидуальной персонализированной медицине // Педиатр. – 2013. – Т. 4. – № 1. – С. 115–121. [Gorbunova VN. Molecular genetics — a way to the individual personalized medicine. Pediatrician (St. Petersburg). 2013; 4(1):115-121. (In Russ.)] https://doi.org/10.17816/PED41115-121
  6. Горбунова В.Н., Стрекалов Д.Л., Суспицын Е.Н., Имянитов Е.Н. Клиническая генетика: учебник для вузов. – СПб: Фолиант, 2015. – 396 с. [Gorbunova VN, Strekalov DL, Suspitsyn EN, Imyanitov EN. Klinicheskaya genetika: uchebnik dlya vuzov. Saint Petersburg: Foliant, 2015. 396 p. (In Russ.)]
  7. Захарова Е.Ю. Оценка относительных частот и оптимизация методов биохимической и молекулярно-генетической диагностики наследственных болезней обмена веществ. Автореф. дис. … докт. мед. наук. – М., 2012. – 254 с. [Zakharova EYu. Otsenka otnositel’nykh chastot i optimizatsiya metodov biokhimicheskoi i molekulyarno-geneticheskoi diagnostiki nasledstvennykh boleznei obmena veshchestv [dissertation]. Moscow, 2012. 254 p. (In Russ.)]
  8. Захарова Е.Ю. Лечение лизосомных болезней накопления // Вопросы гематологии, онкологии и иммунопатологии в педиатрии — 2008. – Т. 7. – № 4. – С. 27–32. [Zakharova EYu. Treatment for lysosomal storage diseases. Pediatric Hematology/Oncology and Immunopathology. 2008;7(4):27-32 (In Russ.)]
  9. Союз педиатров России. Мукополисахаридоз тип I: клинические рекомендации. (утв. Минздравом России). – М.: Союз педиатров России, 2019. – 61 с. [Soyuz pediatrov Rossii. Mukopolisakharidoz tip I: klinicheskie rekomendatsii. (utv. Minzdrav Rossii). Moscow: Soyuz pediatrov Rossii, 2019. 61 p. (In Russ.)]
  10. Краснопольская К.Д. Наследственные болезни обмена веществ: справочное пособие для врачей. – М.: Фохат, 2005. – 364 с. [Krasnopol’skaya KD. Nasledstvennye bolezni obmena veshchestv: spravochnoe posobie dlya vrachei. Moscow: Fokhat, 2005. 364 p. (In Russ.)]
  11. Куцев C.B., Захарова Е.Ю., Новиков П.В., и др. Клинические рекомендации по диагностике и лечению болезни Ниманна–Пика, тип С. – М., 2015. – 29 с. [Kutsev CB, Zakharova EYu, Novikov PV, et al. Klinicheskie rekomendatsii po diagnostike i lecheniyu bolezni Nimanna-Pika, tip S. Moscow, 2015. 29 p. (In Russ.)]
  12. Лукина Е.А., Сысоева Е.П., Мамонов В.Е., и др. Национальные клинические рекомендации: диагностика и лечение болезни Гоше. – М.: Национальное гематологическое общество, 2014. – 21 с. [Lukina EA, Sysoeva EP, Mamonov VE, et al. Natsional’nye klinicheskie rekomendatsii: diagnostika i lechenie bolezni Goshe. Moscow: Natsional’noe gematologicheskoe obshchestvo, 2014. 21 p. (In Russ.)]
  13. Ассоциация медицинских генетиков. Методические рекомендации по ранней диагностике мукополисахаридозов. – M.: Ассоциация медицинских генетиков, 2019. – 56 с. [Assotsiatsiya meditsinskikh genetikov. Metodicheskie rekomendatsii po rannei diagnostike mukopolisakharidozov. Moscow: Assotsiatsiya meditsinskikh genetikov, 2019. 56 p. (In Russ.)]
  14. Союз педиатров России. Мукополисахаридоз II типа у детей. – М.: Союз педиатров России, 2016. – 31 с. [Soyuz pediatrov Rossii. Mukopolisakharidoz II tipa u detei. Moscow: Soyuz pediatrov Rossii, 2016. 31 p. (In Russ.)]
  15. Новиков П.В. Лизосомные болезни накопления — актуальная проблема педиатрии и современные возможности патогенетического лечения // Российский вестник перинатологии и педиатрии. – 2014. – Т. 59. – № 4. – С. 4–9. [Novikov PV. Lysosomal storage diseases: The topical problem of pediatrics and the current possibilities of pathogenetic treatment. Russian Bulletin of perinatology and pediatrics. 2014;59(4):4-9. (In Russ.)]
  16. Новиков П.В. Основные направления ранней диагностики и терапевтической коррекции наследственных заболеваний у детей // Российский вестник перинатологии и педиатрии: (Вопросы охраны материнства и детства). – 2006. – Т. 51. – № 6. – С. 66–72. [Novikov PV. Main lines of early diagnosis and therapeutic correction of hereditary diseases in children. Russian Bulletin of perinatology and pediatrics. 2006;51(6):66-72. (In Russ.)]
  17. Новиков П.В., Асанов А.Ю., Копишинская С.В., и др. Федеральные клинические рекомендации по диагностике и лечению болезни Фабри. – М., 2015. – 27 с. [Novikov PV, Asanov AYu, Kopishinskaya SV, et al. Federal’nye klinicheskie rekomendatsii po diagnostike i lecheniyu bolezni Fabri. Moscow, 2015. 27 p. (In Russ.)]
  18. Шабалов Н.П., Цвелев Ю.В., Кира Е.Ф., и др. Основы перинатологии, 2-е изд., перераб. и доп. / под ред. Н.П. Шабалова, Ю.В. Цвелева. – М.: МЕДпресс-информ, 2002. – 576 с. [Shabalov NP, Tsvelev YuV, Kira EF, et al. Osnovy perinatologii, 2-e izd., pererab. i dop. Shabalov NP, Tsvelev YuV, editors. Moscow: MEDpress-inform, 2002. 576 p. (In Russ.)]
  19. Barth AL, Horovitz DDG. Hematopoietic Stem Cell Transplantation in Mucopolysaccharidosis Type II. J Inborn Errors Metab Screen. 2018;6:232640981877909. https://doi.org/10.1177/2326409818779097
  20. Clarke LA, Atherton AM, Burton BK, et al. Mucopolysaccharidosis Type I Newborn Screening: Best Practices for Diagnosis and Management. J Pediatrics. 2017;182:363-370. https://doi.org/10.1016/j.jpeds.2016.11.036
  21. Eisengart JB, Rudser KD, Xue Y, et al. Long-term outcomes of systemic therapies for Hurler syndrome: an international multicenter comparison. Genet Med. 2018;20(11):1423-1429. https://doi.org/10.1038/gim.2018.29
  22. Escolar M., Bradshaw J., Byers V. Th., et al. Development of a Clinical Algorithm for the Early Diagnosis of Mucopolysaccharidosis III. J Inborn Errors Metab Screen. 2020;8. https://doi.org/10.1590/2326-4594-JIEMS-2020-0002
  23. Hall E, Shenoy Sh. Hematopoietic Stem Cell Transplantation: A Neonatal Perspective. Neoreviews. 2019;20(6): e336-e345. https://doi.org/10.1542/neo.20-6-e336
  24. Khan SA, Peracha H, Ballhausen D, et al. Epidemiology of mucopolysaccharidoses. Molec Genet Metab. 2017;121(3):227-240. https://doi.org/10.1016/j.ymgme.2017.05.016
  25. Langan ThJ, Jalal K, Amy L, et al Development of a newborn screening tool for mucopolysaccharidosis type I based on bivariate normal limits: Using glycosaminoglycan and alpha- L- iduronidase determinations on dried blood spots to predict symptoms. JIMD Reports. 2020;52(1):35-42. https://doi.org/10.1002/jmd2.12093
  26. Lum SH, Orchard PJ, Lund TC, et al. Outcome after a cord blood transplantation using busulfan pharmacokinetic targeted myeloablative conditioning for Hurler syndrome. Transplant Cell Ther. 2021;27(1):91.e1-91.e4. https://doi.org/10.1016/j.bbmt.2020.08.033
  27. Nakamura K, Hattori K, Endo F. Newborn screening for lysosomal storage disorders. Am J Med Genet C Semin Med Genet. 2011;157(1):63-71. https://doi.org/10.1002/ajmg.c.30291
  28. Parini R, Deodato F. Intravenous Enzyme Replacement Therapy in Mucopolysaccharidoses: Clinical Effectiveness and Limitations. Int J Mol Sci. 2020;21(8):2975. https://doi.org/10.3390/ijms21082975
  29. Peck DS, Lacey JM, White AL, et al. Incorporation of Second-Tier Biomarker Testing Improves the Specificity of Newborn Screening for Mucopolysaccharidosis Type I. Int J Neonatal Screen. 2020;6(1):10. https://doi.org/10.3390/ijns6010010
  30. Poe MD, Chagnon SL, Escolar ML. Early treatment is associated with improved cognition in Hurler syndrome. Ann Neurol. 2014;76(5):747-753. https://doi.org/10.1002/ana.24246
  31. Scott CR, Elliott S, Hong X, et al. Newborn Screening for Mucopolysaccharidoses: Results of a Pilot Study with 100 000 Dried Blood Spots. J Pediatr. 2020;216: 204-207. https://doi.org/10.1016/j.jpeds.2019.09. 036
  32. Sanders KA, Gavrilov DK, Oglesbee D, et al. A Comparative Effectiveness Study of Newborn Screening Methods for Four Lysosomal Storage Disorders. Int J Neonatal Screen. 2020;6(2):44. https://doi.org/10.3390/ijns6020044
  33. Scriver CR, Beaudet AL, Sly WS, et al. The Metabolic Basis of Inherited Disease 8th ed. NY: McGraw-Hill pub., 2001. 6338 p.
  34. Selvanathan A, Ellaway C, Wilson P. Hematopoietic Stem Cell Transplantation in Preventing Neurocognitive Decline in Mucopolysaccharidosis Type II: A Case Series. JIMD Reports. 2018;41:81-89. https://doi.org/10.1007/8904_2018_104
  35. Taylor M, Khan Sh, Stapleton M, et al. Hematopoietic stem cell transplantation for mucopolysaccharidoses; past, present, and future. Biol Blood Marrow Transplant. 2019;25(7):e226-e246. https://doi.org/10.1016/j.bbmt.2019.02.012
  36. Tomatsu S, Fujii T, Fukushi M, et al. Newborn screening and diagnosis of mucopolysaccharidoses. Mol Gene Metab. 2013;110(1-2):42-53. https://doi.org/10.1016/j.ymgme.2013.06.007
  37. OMIM. [Internet]. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Omim/

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2021 Gorbunova V.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».