Wstęp

Adrenoleukodystrofia sprzężona z chromosomem X (X‑ALD) jest dziedziczną chorobą metaboliczną, w której uszkodzeniu ulega istotny element gospodarki kwasów tłuszczowych w komórce.
Przyczyną choroby są warianty (mutacje) w genie ABCD1, zlokalizowanym na chromosomie X, który koduje białko transportujące bardzo długołańcuchowe kwasy tłuszczowe do peroksysomów – wyspecjalizowanych organelli komórkowych odpowiedzialnych m.in. za ich rozkład.

Klinicznie X‑ALD charakteryzuje się dużą zmiennością obrazu: u części osób choroba przyjmuje postać szybko postępującej leukodystrofii mózgowej w wieku dziecięcym lub młodzieńczym, u innych – przewlekłej postaci rdzeniowo‑obwodowej (adrenomyeloneuropatia), izolowanej pierwotnej niewydolności nadnerczy, albo długo pozostaje skąpoobjawowa. Przeglądy dużych kohort pacjentów jednoznacznie wskazują, że tej różnorodności klinicznej nie da się prosto wyjaśnić samym typem mutacji w ABCD1. Spektrum mutacji jest bardzo szerokie: obejmuje liczne mutacje punktowe i delecje, przy przewadze mutacji zmieniających pojedynczy aminokwas (mutacje typu missense) oraz znacznym udziale mutacji prowadzących do skrócenia białka, bez prostych „miejsc częstych mutacji” i bez stabilnej zależności między rodzajem mutacji a obrazem klinicznym.

Spektrum mutacji w genie ABCD1

Analiza baz mutacji oraz wieloletnich serii przypadków pokazuje, że w ABCD1 opisano bardzo wiele różnych zmian, przy czym większość rodzin ma tzw. mutację prywatną, czyli unikalną dla danej rodziny.

 W klasycznym opracowaniu Kemp i współpracowników opisano kilkaset różnych mutacji zebranych w bazie X‑ALD, podkreślając duże zróżnicowanie typów zmian oraz brak prostej zależności między mutacją a postacią kliniczną.
Nowszy przegląd „genetycznego krajobrazu” X‑ALD autorstwa Wiesinger i współpracowników potwierdza, że liczba opisanych wariantów ABCD1 stale rośnie, a mutacje są rozproszone w całym genie.

Typy zmian w genie ABCD1

W literaturze opisano kilka głównych kategorii mutacji odpowiedzialnych za X‑ALD:

  • Mutacje missense – pojedyncza zmiana nukleotydu w DNA prowadząca do zastąpienia jednego aminokwasu innym w strukturze białka ALDP (adrenoleukodystrophy protein); są one najczęściej opisywaną klasą zmian w ABCD1.
  • Mutacje z przesunięciem ramki odczytu (frameshift) – niewielkie wstawienia lub delecje materiału genetycznego, które „przesuwają” sposób odczytu kodu; zwykle prowadzą do powstania nieprawidłowego, skróconego białka i jego utraty funkcji.
  • Mutacje nonsense – zmiana nukleotydu, która wprowadza przedwczesny kodon STOP, powodując przerwanie syntezy białka ALDP i jego skrócenie.
  • Zmiany w miejscach splicingowych (mutacje w miejscach splicingowych) – mutacje w sekwencjach odpowiedzialnych za prawidłowe wycinanie intronów z pierwotnego RNA; mogą powodować nieprawidłowe składanie eksonów, w tym delecje fragmentów sekwencji lub wprowadzenie dodatkowych, nieprawidłowych odcinków.
  • Duże delecje obejmujące eksony lub szersze regiony genu – rzadziej występujące, ale dobrze udokumentowane przypadki, niekiedy z jednoczesną delecją sąsiadujących genów, prowadzące do ciężkich fenotypów przypominających zaburzenia biogenezy peroksysomów.

Mutacje z przesunięciem ramki odczytu (frameshift) oraz mutacje nonsense należą do grupy zmian, które zwykle skutkują całkowitą utratą prawidłowego białka ALDP, podczas gdy część mutacji missense może zachowywać resztkową funkcję białka lub wpływać głównie na jego stabilność.

Rozkład mutacji w genie i konsekwencje funkcjonalne

Przeglądy baz mutacji wskazują, że zmiany w ABCD1 nie koncentrują się w pojedynczych, bardzo wąskich „ogniskach” (konkretnych pozycjach w genie), ale są rozproszone w obrębie wielu eksonów.
Wielu autorów zwraca uwagę na częstsze występowanie mutacji w regionach kodujących domeny transbłonowe i domenę wiążącą nukleotyd, które są kluczowe dla funkcji transportera ALDP.

Badania funkcjonalne pokazują, że część mutacji prowadzi do całkowitego braku wykrywalnego białka ALDP w komórkach, inne zaś do obecności białka o nieprawidłowej lokalizacji w peroksysomie lub obniżonej stabilności.
W każdym z tych przypadków skutkiem jest zaburzenie transportu bardzo długołańcuchowych kwasów tłuszczowych do peroksysomów i ich kumulacja w tkankach oraz we krwi, co jest biochemicznym znakiem rozpoznawczym X‑ALD.

Mutacje a obraz kliniczny (brak prostej zależności)

Wielokrotne analizy korelacji między typem mutacji ABCD1 a postacią kliniczną X‑ALD zgodnie wskazują na brak prostej, przewidywalnej zależności.
Ten sam wariant genu ABCD1 może występować u różnych członków rodziny z odmiennymi postaciami choroby – np. jedna osoba ma dziecięcą postać mózgową, inna postać rdzeniowo‑obwodową, a jeszcze inna izolowaną niewydolność nadnerczy.

Przykładem są opisy dwóch pojedynczych delecji nukleotydów (mutacje typu frameshift) w ABCD1: c.253delC oraz c.1275delA, które w różnych rodzinach wiązały się zarówno z postacią mózgową, jak i z adrenomyeloneuropatią oraz izolowaną pierwotną niewydolnością nadnerczy.
Podobnie w analizie japońskiej kohorty 29 niespokrewnionych pacjentów nie stwierdzono jednoznacznej korelacji między mutacją a fenotypem, a autorzy wprost wskazali na rolę dodatkowych czynników genetycznych i środowiskowych modyfikujących przebieg choroby.

Przegląd Wiesinger i współpracowników podsumowuje te obserwacje, podkreślając, że pomimo dużej liczby poznanych mutacji w ABCD1 nadal nie udało się zidentyfikować prostych „genów modyfikujących” ani wzorców, które pozwalałyby przewidzieć rozwój określonej postaci X‑ALD na podstawie samego zapisu DNA.

Znaczenie spektrum mutacji dla diagnostyki

Szerokie i zróżnicowane spektrum mutacji w ABCD1 ma kilka praktycznych konsekwencji diagnostycznych:

  • Ze względu na dużą liczbę mutacji prywatnych nie wystarcza badanie kilku „częstych” wariantów; konieczne jest pełne badanie genu (sekwencjonowanie wszystkich eksonów i miejsc splicingowych).
  • U części nosicieli (zwłaszcza kobiet) badania biochemiczne – pomiar stężenia bardzo długołańcuchowych kwasów tłuszczowych – mogą być prawidłowe, dlatego identyfikacja mutacji w ABCD1 jest kluczowa dla potwierdzenia nosicielstwa.
  • Znajomość typu mutacji ma znaczenie dla poradnictwa rodzinnego (np. możliwość diagnostyki prenatalnej), ale nie pozwala z dużą pewnością przewidzieć, czy u danego dziecka rozwinie się postać mózgowa czy rdzeniowo‑obwodowa.

Wyjaśnienia pojęć

  • Gen ABCD1 – odcinek DNA zlokalizowany na chromosomie X, zawierający informację potrzebną do wytworzenia białka ALDP (adrenoleukodystrophy protein).
  • ALDP (adrenoleukodystrophy protein) – białko błony peroksysomu, które umożliwia transport bardzo długołańcuchowych kwasów tłuszczowych do wnętrza peroksysomu.
  • Peroksysom – niewielkie organellum komórkowe odpowiadające m.in. za rozkład niektórych kwasów tłuszczowych i związków toksycznych; zaburzenia jego funkcji prowadzą do chorób metabolicznych.
  • Bardzo długołańcuchowe kwasy tłuszczowe (VLCFA) – kwasy tłuszczowe o bardzo długim łańcuchu węglowym (powyżej 22 atomów węgla), które wymagają specjalnego szlaku rozkładu w peroksysomach.
  • Mutacja missense – pojedyncza zmiana w sekwencji DNA, która powoduje zastąpienie jednego aminokwasu innym w powstającym białku; może prowadzić do zmiany jego struktury lub funkcji.p
  • Mutacja z przesunięciem ramki odczytu (frameshift) – wstawienie lub usunięcie nukleotydów w DNA, które zmienia sposób grupowania nukleotydów w kodony; skutkuje to całkowitą zmianą sekwencji aminokwasów od miejsca mutacji i często powstaniem przedwczesnego kodonu STOP.
  • Mutacja nonsense – zmiana nukleotydu w DNA, która przekształca jeden z kodonów w kodon STOP; powoduje to zakończenie syntezy białka przed osiągnięciem pełnej długości.
  • Mutacja w miejscu splicingowym (mutacja splicingowa) – zmiana w sekwencji genu lub jego otoczenia, która zaburza prawidłowe wycinanie intronów i łączenie eksonów w dojrzałym RNA; może prowadzić do utraty fragmentów sekwencji lub wprowadzenia nieprawidłowych odcinków.
  • Ekson – fragment genu, który pozostaje w dojrzałym RNA i zawiera informację o kolejności aminokwasów w białku.
  • Fenotyp – obserwowalny obraz kliniczny choroby (objawy, przebieg, wyniki badań), będący skutkiem działania mutacji genetycznych i innych czynników.
  • Genotyp‑fenotyp – korelacja – zależność między rodzajem mutacji w genie (genotyp) a obrazem klinicznym choroby (fenotyp); w X‑ALD taka prosta, przewidywalna korelacja nie została wykazana.

Źródła

A sharing platform for patients with Adrenoleukodystrophy (abcd1) gene mutations: abcd1.org

·  Kemp, S., Pujol, A., Waterham, H. R., van Geel, B. M., Boehm, C. D., Raymond, G. V., Cutting, G. R., Wanders, R. J. A., & Moser, H. W. (2001). ABCD1 mutations and the X-linked adrenoleukodystrophy mutation database: Role in diagnosis and clinical correlations. Human Mutation, 18(6), 499–515. https://doi.org/10.1002/humu.1227

·  Wiesinger, C., Eichler, F. S., & Berger, J. (2015). The genetic landscape of X-linked adrenoleukodystrophy: Inheritance, mutations, modifier genes, and diagnosis. Applied Clinical Genetics, 8, 109–121. https://doi.org/10.2147/TACG.S49590

·  Dohr, K. A., Tokic, S., Gastager-Ehgartner, M., Stojakovic, T., Dumic, M., Plecko, B., & Dumic, K. K. (2023). Two single nucleotide deletions in the ABCD1 gene causing distinct phenotypes of X-linked adrenoleukodystrophy. International Journal of Molecular Sciences, 24(6), 5957. https://doi.org/10.3390/ijms24065957

·  Kemp, S., Berger, J., & Aubourg, P. (2012). X-linked adrenoleukodystrophy: Clinical, metabolic, genetic and pathophysiological aspects. Biochimica et Biophysica Acta, 1822(9), 1465–1474. https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2012.03.012

·  Takano, H., Koike, R., Onodera, O., Sasaki, R., & Tsuji, S. (1999). Mutational analysis and genotype-phenotype correlation of 29 unrelated Japanese patients with X-linked adrenoleukodystrophy. Archives of Neurology, 56(3), 295–300. https://doi.org/10.1001/archneur.56.3.295

·  Parasar, P., Kaur, N., & Singh, J. (2024). Pathophysiology of X-linked adrenoleukodystrophy: Updates on molecular mechanisms. Journal of Biotechnology and Biomedicine, 7(2), 277–288. https://doi.org/10.26502/jbb.2642-91280151

·  Kumar, N., Taneja, K. K., Kalra, V., Behari, M., Aneja, S., & Bansal, S. K. (2013). Genomic profiling identifies novel mutations and SNPs in ABCD1 gene: A molecular, biochemical and clinical analysis of X-ALD cases in India. PLoS ONE.

Opracowanie: dr n. społ. Anna MK