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"Aromatische Aminosäure Decarboxylase Defiziens"

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l. Einleitung
Neurotransmitterdefekte verursachen schwere neurologische Erkrankungen zumeist im Kindesalter. Wegen begrenzter analytischer Möglichkeiten konnten sie bislang nicht adäquat diagnostiziert werden. Erst seit wenigen Jahren werden in wenigen Laboratorien weltweit Neurotransmitter diagnostisch untersucht. Seitdem wurden verschiedene angeborene Defekte als Ursache fortschreitender und teilweise im Kindesalter zum Tode führender, neurometabolischer Erkrankungen erstmals identifiziert und zum Teil sehr erfolgreich behandelt. Zu den Neurotransmittern zählen neben einzelnen Aminosäuren, Purinen und Neuropeptiden sowie dem Acetylcholin insbesondere die Monoamine Serotonin, Dopamin (DA), Adrenalin (A) und Noradrenalin (NA). Störungen der Neurotransmission manifestieren sich klinisch oft frühzeitig als schwere neurologische Erkrankung mit therapieresistenten Krämpfen, Hyperreflexie und extrapyramidalen Bewegungsstörungen. Oft finden sich eine progrediente psychomotorische Retardierung, muskuläre Hypotome. Ataxie, schwere (familiäre) Verhaltensstörungen, Störungen der Temperaturregulation und okuläre Symptome wie Ptosis, Miosis und okulogyre Krisen. [Hoffmann 1994; Hoffmann, Surtees, Wevers 1998; Jaeken 1995].

Der erste Defekt im Stoffwechsel der biogenen Amine wurde vor nunmehr 27 Jahren erkannt [Bartholomè 1974], ein Patient mit einem Defekt im Pterinstoffwechsel. Diagnostiziert wurden lange Zeit dann ausschließlich Patienten, die an Defekten im Pterinstoffwechsel leiden. Dabei ist gleichzeitig die Hydroxylierung von Phenylalanin in der Leber gestört (atypische Phenylketonurien Die Patienten werden infolge der gleichzeitig bestehenden Hyperphenylalaninämie über das Neugeborenenscreening bzw. später bei einer diagnostischen Aminosäurenbestimmung im Blut entdeckt und nicht, weil bei entsprechender klinischer Symptomatik die gestörte Neurotransmission über eine spezifische Liquoranalytik erkannt wird [Bartholome 1983; Hoffmann 1994; Hoffmann, Surtees 1998]. Besser etabliert und weiter verbreitet ist die Analytik der Katecholamine. Diese Analytik dient aber vorwiegend der Tumordiagnostik und wird meistens im Urin und Plasma durchgeführt Kagedäl 1988]. Sie eignet sich daher nicht zur Diagnostik zentralnervöser Störungen der Neurotransmission. Es kann davon ausgegangen werden, dass Erkrankungen im Stoffwechsel der dopaminergen und serotoninergen Neurotransmission mit Ausnahme der atypischen Phenylketonurien bislang zumeist undiagnostiziert bleiben. Die vorliegende Arbeit ist ein zentraler Bestandteil von in den letzten Jahren in einer konzertierten Aktion vorgenommenen Erweiterung des Methodenspektrums zur Analytik von Neurotransmittermetaboliten im Urin, Plasma und Liquor mit dem Ziel der Diagnostik von angeborenen Störungen der Neurotransmission. Dadurch gelang die Identifizierung einer Reihe von " neuen" Erkrankungen [Blau, Thöny 1998; Bräutigam, Hoffmann, Knust 1997; Bräutigam, Wevers 1998; Hoffmann, Assmann 1997; Hoffmann, Surtees 1998; Hyland, Buist 1995; Zschocke 1997] (Dallas, Heidelberg, London, Nijmegen)

2. Theoretische Grundlagen
2.1. Definition Neurotransmitter
Neurotransmitter sind die chemischen Übertragungsstoffe am synaptischen Spalt der Nervenzellen. Sie werden in spezifischen Neuronen synthetisiert, gespeichert, freigesetzt und von Rezeptoren des nächsten Neurons aufgenommen (Abbildung l) [Hyland 1999]. Zu den Neurotransmittern zählen die biogenen Amine DA, A, NA und Histamin die Aminosäuren Glycin, Glutamat und Y-Aminobuttersäure, das Acetylcholin und Neuropeptide [Cooper 1996; Löffler 1997; Hoffmann 1994]. Mögliche Störungen der Neurotransmission können in der Synthese, der Freisetzung, dem Abbau und der Wiederaufnahme liegen oder bei den Rezeptoren, den sich anschließenden Signalkaskaden und bei Funktionsstörungen der das Umgebungsmilieu bestimmenden Gliazellen [Hyland 1999; Hoffmann 1994; Cooper 1996]. Die bisher bekannten Neurotransmitterdefekte verursachen charakteristische neurologische Krankheitsbilder



Abbildung 1: Schema einer dopaminergen Nervenzelle [aus Hyland 1999]


Die Erzeugung eines Nervenimpulses führt zu einem Ca²⁺ Einstrom, eine Verschmelzung der präsynaptischen Speicherbläschen mit der neuralen Mambran und der Freisetzung von DA aus den Bläscheninhalten in den synaptischen Spalt. Dieser Prozess wird ausgelst durch die Aktivierung des ausschüttungsangepassten Autorezeptors. Der Nervenimpuls aktiviert außerdem die TH durch Phosphorylierung, was zu einer gesteigerten Affinität für BH4 und einer verminderten Affinität für DA führt, das als gegenteiliger Inhibitor für TH fungiert. Eine Umkehrung des Prozesses erfolgt durch DA Aktivierung syntheseangepasster Autorezeptoren und durch Endprodukt-Inhibierung der TH durch intraneuronales DA. Die Autorezeptoren haben eine hohe Affinität für DA (nmol/l) und scheinen mit Hilfe eines G_i Regulatooproteins zu arbeiten. Der versikuläre Amintransporter (VAT) erleichtert die Aufnahme des DA's aus dem Cytoplasma in die präsynaptischen Speicherbläschen und verhindert dessen Katabolismus. Die postsynaptischen DA Rezeptoren haben eine niedrige Affinität für DA µmol/l) und sind positiv (D₁) oder negativ (D₂) gekoppelt mit der Adenylatcyclase entweder mittels eines G_s Proteins (D₁) oder eines G_i Proteins (D₂). Eine Stimuierung des letzteren führt zur Hyperpolarisation. Es isrt gegewärtig unklar, ob D₁ und D₂ Rezeptortypen auf demselben Neuron lokalisiert sind. Die Plasmamembran-DA-Transporter (DAT) sind für die Wiederaufnahme von DA aus dem synaptischen Spalt da. THp, phosphorylierte TH; AC, Adenylatcyclase


2.2. Signalübertragung
Die Signalübertragung zwischen Nervenzellen erfolgt elektrisch oder zum größeren Teil chemisch. Bei chemischen Synapsen übernimmt ein Überträgerstoff indirekt die Signalübertragung. Die als Synapse bezeichnete Struktur besteht aus dem Ende eines Axons und einer Zielzelle, z.B. einem zweiten Neuron oder einer Muskelzelle (Abbildung l). Erreicht ein das Axon entlang wandernder Nervenimpuls das Ende des Neurons, so kann er den Spalt nicht selbst überwinden. Er bewirkt die Ausschüttung von Molekülen, die zu der postsynaptischen Membran diffundieren, dort von spezifischen Rezeptoren aufgenommen werden und einen weiteren elektrischen Nervenimpuls auslösen können. Auf die Transmittersekretion und -Wirkung folgt die Inaktivierung entweder durch enzymatischen Abbau oder durch Recycling mit Hilfe von Neurotransmitter-Transportern. die Transmitter natriumabhängig in den präsynaptischen Bereich zurücktransportieren. Bei DA, NA und A erfolgt die Reabsorption durch Transporter in die Nervenendigungen. Nur ein germger Teil wird enzymatisch durch mtramitochondriale Monoaminooxidase (MAO. EC 1.4.3.4) und eine extraneuronale Catechol-ortho-Methyltransferase (COMT, EC 2.1.1.6) inaktiviert. Obwohl diese enzymatische Inaktivierung nur einen Bruchteil ausmacht, reicht die Menge und die Beurteilung der Konzentrationen der freigesetzten Metabolite im Liquor aus, um Störungen im Stoffwechsel dieser Transmitter zu erkennen [Hyland 1999; Löffler 1997, Cooper 1996]. Die Wirkung von Transmittern kann durch Hemmstoffe/Neuropharmaka selektiv beeinflußt werden.

2.3. Stoffwechsel der biogenen Amine
Die Biosynthese der Neurotransmitter erfolgt im Cytosol der Neuronen. Sie werden dann in spezifischen, synaptischen Vesikeln aufgenommen und dort bis zur Freisetzung gespeichert.
Die Biosynthese der Katecholamine DA, NA und A geht von der aromatischen Aminosäure Tyrosin aus (Abbildung 2). Die Enzyme der Katecholaminbiosynthese finden sich sowohl in den adrenergen, postganglionären Nervenendigungen als auch in den Zellen des Nebennierenmarks, wo die Katecholamine Hormonwirkung haben. Die Tyrosinhydroxylase (TH. EC 1.14.16.2) ist das erste und geschwindigkeitsbestimmende Enzym in der Biosynthese und katalysiert die Hydroxylierung von Tyrosin zu L-Dopa = Dihydroxyphenylalanin. Es ist eine Monooxygenase, die reduziertes Tetrahydrobiopterin BH₄), zweiwertiges Eisen und Sauerstoff benotigt. L-Dopa wird durch die unspezifische aromatische L-Aminosäuredecarboxylase AADC EC 4.1.1.28) zu DA = Dihydroxyphenylamin umgesetzt. Durch einen spezifischen Transporter wird das DA in die chromaffine Granula der postgangliären Neuronen aufgenommen, m den noradrenergen Neuronen wird DA mittels des Enzyms Dopamin-ß-Hydroxylase (DßH, EC 1.14.17.1), welches zweiwertiges Kupfer und Ascorbinsäure benötigt, zu NA umgesetzt. In den adrenergen Neuronen erfolgt die N-Methylierung von NA zu A mittels des Enzyms Phenylethanolamin-N-Methyltransferase (PNM, EC 2.1.1.28). Die hierfür benötigte Methylgruppe stammt vom S-Adenosylmethionin (SAM).
Überschüssiges L- Dopa kann mittels COMT zu 3-ortho-Methyldopa (3-OMD) methyliert und dann weiter zur Vanillinmilchsäure (VLA) desaminiert und reduziert werden. Die VLA wird im Urin ausgeschieden.



Abbildung 2: Biosynthese der Katecholamine

Der Abbau von DA erfolgt durch Methylierung mittels COMT zu 3-Methoxytyramin (3MT) und anschließender Oxidierung mittels MAO zu Homovanillinsäure (HVA). Es sind auch andere Zwischenreaktionen möglich (Abbildung 3, DOPAC = 3,4-Dihydroxyphenylessigsäure) [Cooper 1996; Hyland 1993; Hyland 1996; Hyland, Clayton 1992; Joseph 1987; Löffler, Petrides 1997; Sjöström 1975].



Abbildung 3: Katabolismus des Dopamins


NA und A werden durch eine Kombination von Oxidation und Methylierung zu biologisch inaktiven Produkten abgebaut (Abbildung 4). Die am Abbau beteiligten Enzyme sind wiederum die MAO und die COMT. Die MAO desaminiert Amine, wie NA, A und auch DA, wonach die entstehenden Aldehyde entweder zur entsprechenden Säure oxidiert oder zum Alkohol reduziert werden. MAO ist in verschiedenen Geweben nachweisbar und findet sich in der äußeren Mitochondrien-membran. Die COMT kann verschiedene Verbindungen ortho-Methylieren, wie z.B. NA, A und DA. Als Methyldonor dient SAM. Der Abbau von NA und A beginnt mit der ortho-Methylierung zu den entsprechenden 3-Methoxyverbindungen Normetanephrin (NM) und Metanephrin (M). Durch , MAO werden beide Verbindungen zum 3-Methoxy-4-Hydroxymandelsäurealdehyd desaminiert. Das Aldehyd wird peripher vorwiegend zur 3-Methoxy-4-Hydroxymandelsäure = VMA oxydiert und zentral zu 3-Methoxy-4-Hydroxyphenylglycol = MHPG reduziert [Kopin 1983].



Abbildung 4: Katabolismus von Noradrenalin und Adrenalin


Serotonin wird im ZNS und in den enterochromaffinen Zellen des Magen-Darm-Traktes synthetisiert. Im Blut wird es in den Thrombozyten transportiert. Ausgangspunkt für die Serotoninbiosynthese ist die Aminosäure L-Tryptophan. Sie wird von den Serotonin-produzierenden Zellen aus dem Blut aufgenommen. Für den Transport ins Gehirn ist ein spezielles Transportsystem notwendig. Zuerst erfolgt durch eine mischfunktionelle Oxygenase, die reduziertes BH4 benötigt, eine Hydroxylierung am Indolring unter Bildung von 5-Hydroxytryptophan (5-HTP). Die Tryptophanhydroxylase (TPH, EC 1.14.16.4) besitzt eine hohe Michaelis-Konstante, so dass sie den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt in der Synthese darstellt. In einer zweiten Reaktion wird 5-HTP in einer pyridoxalphosphat-abhängigen Reaktion zu 5-Hydroxytryptamin = Serotonin mittels 5-Hydroxytryptamindecarboxylase decarboxyliert.
Im Gehirn wird Serotonin im Perikaryon der Nervenzelle synthetisiert und dann über das Axoplasma den Nervenendigungen zugeführt und in Vesikeln gespeichert. Es gibt verschiedene Serotoninrezeptoren. Der Abbau des Serotonins erfolgt durch die mitochondriale MAO A. Dabei entsteht 5-Hydroxyindolacetaldehyd, dessen Dehydrierung zu 5-Hydroxyindolessigsäure (5-HIAA) führt (Abbildung 5) [Cooper 1996; Hyland 1993; Hyland 1996; Hyland, Clayton 1992; Joseph 1987; Löffler, Petrides 1997; Sjöström 1975].



Abbildung 5: Stoffwechsel des Serotonins


BH₄ ist der Kofaktor der aromatischen Aminosäurehydroxylasen (TPH, TH und Phenylalanin-hydroxylase (PAH, EC 1.14.16.1) sowie der NO-Synthase (EC 1.14.23). Der Kofaktor kommt in allen Organen und Körperflüssigkeiten vor. In den dopaminergen Neuronen kommt der Kofaktor in großen Mengen vor [Levine 1981]. BH4 wird de novo synthetisiert und kann über einen salvage pathway regeneriert werden. Die Biosynthese geht aus vom GTP. Drei Enzyme werden für die Synthese in vitro und auch in vivo benötigt: GTP Cyclohydrolase I (GTPCH), 6-Pyruvoyltetra-hydopterinsynthase (PTPS) und Sepiapterinreduktase (SR) [Le Van 1988]. Die Regenerierung des BH4's erfolgt über Pterin-4a-carbinolamindehydratase (PCD) und Dihydropteridinreduktase (DHPR) (Abbildung 6) [Blau 1996; Curtius 1985; Curtius 1991; Dhondt 1981; Hyland, Howells 1988; Kaufmann 1985; Smith 1995].
Zwei weitere Enzyme können im salvage pathway des BH₄'s involviert sein. Die Dihydrofolat-reduktase synthetisiert BH₄ von oxidierten Formen wie 7,8-Dihydrobiopterin und die 5,10-Methylentetrahydrofolatreduktase (MTHFR) regeneriert BH4 von Ouinoid-Dihydrobiopterin mitteis 5-Methyltetrahydrofolat (5-MTHF) [Kaufman 1991; Matthews 1980; Smith 1985].



Abbildung 6: pterin-Stoffwechsel


5-MTHF, als Monoglutamat, ist die Haupttransportform des Folats. In der Polyglutamatform ist 5-MTHF einer der Donoren von Methylgruppen für die Umwandlung von Homocystein in Methionin. Die Reaktion wird katalysiert von der Methioninsynthase, die Methylcobalamin als Kofaktor benötigt. Methionin wird mittels der Methioninadenosyltransferase zu SAM umgewandelt. SAM fungiert als Methyldonor in vielen Methylierungsreaktionen, z.B. bei allen Reaktionen der COMT im Katabolismus der Katecholamine, des Serotonins und von L-Dopa. Durch Reduktion von 5,10-Methylentetrahydrofolat mittels MTHFR entsteht 5-MTHF (Abbildung 7) [Hyland, Smith 1988].



Abbildung 7:Beispiel für die Methlgruppenübertragung und Regeneration im ZNS


2.4. Liquor
Der Liquor cerebrospinalis ist eine Flüssigkeit, die die Gehirnventrikel und den Subarachnoidal-raum ausfüllt. Durch Diffusion steht sie in relativ raschem Austausch mit der interstitiellen Flüssigkeit des Gehirns und besitzt eine ähnliche Zusammensetzung. Der Liquor (Volumen beim Erwachsenen etwa 150 ml = 1/10 des Hirnvolumens) wird ständig gebildet und umgesetzt. Ca. 30 ml des Liquores befinden sich im subarachnoiden Raum, ventrikular ca. 20 ml [Sjöström 1975]. Die Sekretion des Liquors beträgt etwa 0,3-0,4 ml/min und weist einen niedrigen Proteingehalt auf. Viele Erkrankungen des ZNS bzw. Erkrankungen, bei denen das Nervensystem mitreagiert, verursachen eine Änderung der Zusammensetzung des Liquors. Liquor kann durch Lumbalpunktion gewonnen werden [Löffler 1997].
Mit der Bestimmung der Neurotransmittermetabolite im Liquor können Defekte in der Biosynthese und im Katabolismus der Katecholamine und des Serotonins identifiziert werden. Die Konzentrationen der Endprodukte HVA und 5-HIAA im Liquor reflektieren die Umsetzung der Neurotransmitter im ZNS und sind somit zur Diagnostik dieser Synthesewege geeignete globale Parameter [Wester 1990,Scheinin 1985].

2.5. Klinische Indikationen für Untersuchungen auf Defekte der Neurotransmission
[Hoffmann, Surtees, Wevers 1998]
o Neonatale Enzephalopathien
o Therapieresistente Epilepsien
o Hypokinesie, Hypomimie
o Rigidität
o Dystonien
o Okulogyre Krisen
o Ptosis, Miosis
o Ataxie, Tremor
o Hypersalivation, gestörte Darmmotilität
o Temperaturregulationsstörungen

2.6. Defekte im Stoffwechsel der Neurotransmission
Die meisten bislang bekannten Defekte im Stoffwechsel der biogenen Amine [Bräutigam, Hoffmann 2001; Hoffmann 1994; Hoffmann, Surtees 1998; Hyland 1993; Hyland 1999; Lamers 1998] sind Enzymdefekte der Biosynthese: Tyrosinhydroxylase-Mangel (TH-Mangel) [Lüdecke 1995], aromatischer L-Aminosäuredecarboxylase-Mangel (AADC-Mangel) [Abeling 1998; Bräutigam 1997;Fiumara 1998; Hoffmann, Bräutigam, Knust 1997; Hyland 1990; Hyland, Surtees 1992; Köhler 1997; Korenke 1997; Maller 1996; Swoboda 1997], Dopamin-ß-Hydroxylase-Mangel (DßH-Mangel) [Man in't Veld 1987], sowie ein Enzymdefekt im Abbau: Monoaminoxidase-A-Mangel (MAO-Mangel) [Brunner 1993; Collins 1992]. Ebenso können Störungen im Stoffwechsel des BH4's differenziert werden [Curtius 1979; Dhondt 1991; Kaufmann 1985; Niederweiser 1980]. Defekte im BH4-Stoffwechsel betreffen sowohl den Phenylalaninabbau als auch die Biosynthese der Katecholamine und des Serotonins. Die zentrale NO-Synthase ist von einem Kofaktor-Mangel ebenfalls betroffen [Heales 1999]. Es wurden bislang folgende Störungen in der Synthese des Kofaktors BH₄ gefunden: GTP-Cyclohydrolase-Mangel (GTPCH-Mangel) [Bandmann, Marsden 1998; Bandmann, Valente 1998; Blau 1983], 6-Pyruvoyltetrahydropterinsynthase-Mangel (PTPS-Mangel) [Thöny 1994], Sepiapterin-reduktase-Mangel (SR-Mangel) [Bonafe 2001] und im Recyclingstoffwechsel: Dihydropteridin-reduktase-Mangel (DHPR-Mangel) [Blau, Heizmann 1992; Blau, Thöny, Renneberg 1998;HovyeIls 1986; Hyland, Heales 1993; Schmidt 1988; Tada 1980] und der Pterm-4a-carbinolammdehydratase-Mangel (PCD-Mangel) [Curtius 1988]. Ein schwerer Mangel an BH₄ geht mit einer Hyperphenylalaninämie einher. Es gibt aber auch Varianten mit normaler Phenylalaninkonzentration, z.B. beim Segawa Syndrom [Blau, Thöny, Renneberg 1998;Furukawa 1998]. Eine Analytik der Pterine im Liquor ist daher auch bei normaler Konzentration von Phenylalanin bei verdächtigen klinischen oder biochemischen Konstellationen erforderlich, insbesondere, da ein Kofaktor-Mangel gut therapierbar ist. Bei Auffälligkeiten der Pterine im Liquor oder Hyperphenylalaninämien im Neugeborenenscreening ist gleichfalls die Bestimmung der Pterine im Urin [Curtius 1991] und die Messung der DHPR-Aktivität im Trockenblut aus einer Guthriekarte erforderlich [Arai 1982]. Eine Belastung mit Phenylalanin und/oder BH₄ sind sinnvolle Ergänzungen [Blau, Thöny 1999; Hyland, Fryburg 1997; Hyland, Nygaard 1999; Niederweiser 1982;Ponzone 1987;Ponzone, Guardamagna, Spada 1993;Ponzone, Guardamagna, Dianzani 1993]. Die endgültige Diagnose erfolgt dann über Enzymbestimmungen und aufwendige molekulargenetische Untersuchungen [Curtius 1991; Hyland, Howells 1988].
Die Analytik des 5-Methyltetrahydrofolats (5-MTHF) dient zur Untersuchung von Störungen im Folsäurestoffwechsel, insbesondere des MTHFR-Mangels, und gibt Hinweise auf mögliche Ursachen zentraler Methylierungsstörungen. Bei einem DHPR-Mangel ist sekundär auch das 5-MTHF erniedrigt, als Zeichen einer "überstrapazierten" MTHFR [Kaufman 1991;Matthews 1980; Smith 1985].

2.6. l. TH-Mangel
Der erste Patient mit einem TH-Mangel wurde 1994 beschrieben [Clayton 1994]. Seitdem sind 12 weitere Patienten diagnostiziert worden [Bräutigam, Steenbergen-Spanjers 1999; Bräutigam, Wevers 1998; Dionisi-Vici 2000, Knappskog 1995; Lüdecke, Bartholome 1995; Lüdecke, Dworniczak 1995; Lüdecke 1996; van den Heuvel 1998; Swaans 2000].
Die TH katalysiert die Hydroxylierung von Tyrosin zu L-Dopa. Sie ist das geschwindigkeitsbestimmende Enzym in der Synthese der Katecholamine. TH ist vorwiegend in spezifischen Gehirnregionen und dem Nebennierenmark expremiert [Cooper 1996] und benötigt molekularen Sauerstoff, zweiwertiges Eisen sowie den Kofaktor BH₄. Das menschliche Gen für TH ist auf dem Chromosom 11p15.5 lokalisiert.
Ein autosomal rezessiver TH-Mangel verursacht schwere fortschreitende dystone Bewegungsstörungen oder einen frühkindlichen Parkinsonismus. Dominant vererbte Mutationen im GTPCH-Gen verursachen die autosomal dominante Form der Dopa responsiven Dystönie (DRD) [Ichinose 1994]. Die TH spielt eine zentrale Rolle in der pränatalen Entwicklung und dem postnatalen Überleben. Eine Störung der TH führte bei Mäusen zu einer starken Verringerung der Katecholamine. Die Katecholamine sind essentiell für die fetale Entwicklung. Knock-out Mäuse konnten nicht überleben [Kobayashil995;Zhou 1995].
Bei Patienten mit einem nachgewiesenen Enzymdefekt kommt es biochemisch zu einer Erniedrigung der Metabolite HVA und MHPG im Liquor bei normalen 5-HIAA- und Pterinkonzentrationen. Eine Enzymaktivitätsbestimmung ist aufgrund der fehlenden extrazerebralen Expremierung nicht möglich. Eine pränatale Diagnostik ist molekular bei bekannten Diagnosen möglich.
Bislang sind neun verschiedene Mutationen in zwölf Patienten aus nicht miteinander verwandten Familien beschrieben worden. Bei zwei Geschwistern wurde eine Punktmutation in Exon 12c.l234C>A (Q412K) gefunden [Lüdecke, Dworniczak 1995; Knappskog 1995]. Bei einem Mädchen wurde eine Punktmutation in Exon 6c.707T>C (L236P) identifiziert [Clayton 1994; Lüdecke, Knappskog 1996]. Eine "häufige" Mutation in Exon 6c.698G>A (R233H) und eine Deletion delC291 in Exon 3 wurde bei Patienten in den Niederlanden gefunden [van den Heuvel 1998; Wevers 1999]. Eine weitere Patientin hat eine branch site Mutation, eine t-24a Substitution zweier Basen hinter Adenosin in der branchpoint Sequenz von Intron 11. Dieses führt zu einem alternativem Splicing, wodurch Exon 12 wegfällt [Janssen 2000]. Swaans et al beschreibt drei Patienten aus zwei Familien mit einem TH-Mangel, die über 30 Jahre alt sind und mit einer niedrig dosierten L-Dopa Therapie leben. Bei der ersten Familie gab es zwei betroffene Patienten, die heterozygot für eine Mutation in Exon 9 1010G>A (R337H) und heterozygot für eine Mutation in Exon 14 14810C>T (T494M) waren. Bei der zweiten Familie war der Patient heterozygot für eine Mutation in Exon 8 826A>C (T276P) und für eine Mutation in Exon 9 941C>T (T314M) [Swaans 2000].

2.6.2. AADC-Mangel
Der erste Patient mit einem AADC-Mangel wurde 1990 [Hyland 1990] diagnostiziert. Seitdem sind sieben weitere Patienten bekannt [Abeling 1998; Bräutigam 1997,-Fiumara 1998,-Korenke 1997; Maller 1996;Swobodal997].
Die AADC ist in zwei Stoffwechselwegen involviert, das Enzym katalysiert die Decarboxylierung von 5-HTP zu Serotonin und von L-Dopa zu DA. Die AADC ist in neuronalen Zellen, die an der Neurotransmittersynthese beteiligt sind, sowie im Zytoplasma vieler Gewebe einschließlich Leber und Niere expremiert. Zur Katalyse benötigt sie Pyridoxalphosphat (Vitamin B₆).
Das menschliche Gen für die AADC ist auf dem Chromosom 7p 12. 1-p 12.3 lokalisiert [Sumi-Ichinose 1992]. Chang et al. fand verschiedene Punktmutationen und Polymorphismen in sechs der AADC-Patienten [Chang 1998]. Seine Ergebnisse zeigen eine große Heterogenität im Genotyp der Patienten.
Biochemisch sind bei einem Enzymdefekt die Metabolite HVA und 5-HIAA im Liquor erniedrigt und L-Dopa, 5-HTP und 3-OMD im Liquor erhöht. Die VLA kann im Urin als Überschußabbauprodukt erhöht sein. Eine Enzymaktivitätsbestimmung ist im Plasma und in der Leber möglich. Die pränatale Diagnostik kann molekular, durch Enzymbestimmung oder mittels einer Leberbiopsie erfolgen [Hyland, Surtees, Rodeck 1992].

2.6.3. DßH-Mangel
Ein DßH-Mangel wurde bisher erst im Erwachsenenalter diagnostiziert [Man in't Veld 1987; Robertson 1991; Man in'tVeld 1988;Robertson 1986, 'Biaggioni 1990].
Biochemisch ist der NA/DA Quotient im Plasma stark erniedrigt. Außerdem ist eine erniedrigte Konzentration an NA und seiner Metaboliten (NM und VMA im Urin und MHPG im Liquor) zu erwarten, zusammen mit erhöhten Konzentrationen an L-Dopa, DA und seiner Metaboliten (HVA, 3-Methoxytyramin und DOPAC).
Das menschliche Gen für die DßH ist auf dem Chromosom 9q34 lokalisiert [Hyland, Biaggioni 1996]. Genetisch konnte ein Defekt bislang nicht bestätigt werden.

2.6.4. MAO-Mangel
1992 wurden die ersten fünf Patienten mit einem Defekt der MAO-A und -B zusammen mit Norrie disease diagnostiziert [Collins 1992]. Seitdem wurde eine weitere Familie mit einem isolierten Mangel im MAO-A-Gen beschrieben sowie zwei Brüder mit einem selektiven Defekt im MAO-B-Gen und Norrie disease [Abeling 1994; Abeling 1997; Brunne, Nelen, Braekefield 1993; Brunner, Nelen, van Zandvoort 1993; Lenders 1996].
Biochemisch sind bei einem MAO-A-Mangel Erhöhungen der Substrate Serotonin, NM, 3-Methoxy-tyramine und Tyramin sowie Erniedrigungen der Metabolite 5-HIAA, VMA, HVA und MHPG zu erwarten [Brunner 1993; Abeling 1994]. Die Aktivität der MAO-A kann in Fibroblasten gemessen werden [Brunner 1993]. Ein MAO-B-Mangel wurde bislang nur zusammen mit Norrie disease diagnostiziert. Die MAO-B-Aktivität kann in Erythrozyten gemessen werden [Lenders 1996].
Das menschliche Gen für die MAO-A ist auf dem Chromosom Xp 11.4-p 11.3 lokalisiert [Hyland, Biaggioni 1996]. Es wurden jeweils Mutationen auf den entsprechenden Chromosomen gefunden.

2.6.5. BH₄-Defekte
Eine Störung im Pterinstoffwechsel (atypische Phenylketonurien) muß bei allen Patienten mit einer Hyperphenylalaninämie ausgeschlossen werden. Je nach Defekt resultieren charakteristische Pterinprofile im Urin. Der Urin wird oxidiert und es werden das Gesamtbiopterin (BH4, Quinoid Dihydropterin und BH₂) und Gesamtneopterin (Dihydroneopterin und Neo) gemessen.
Beim Synthesedefekt GTPCH-Mangel sind Biopterin und Neo erniedrigt und beim 6-PTPS-Mangel sind Biopterin erniedrigt und Neo erhöht (Abbildung 6). Beim SR-Mangel können dagegen Biopterin und Neopterin normal sein [Bonafe 2001]. Bei den Defekten im salvage pathway ist das Neo normal und das Biopterin ist beim DHPR-Mangel erhöht und beim PCD-Mangel normal. Zusätzlich wird beim PCD-Mangel 7-Biopterin (Primapterin) ausgeschieden (Abbildung 6) [Curtius 1991; Blau 1996]. Zum sicheren Ausschluß eines DHPR-Mangels muß die Aktivität aus dem Trockenblut einer Guthriekarte bestimmt werden [Arai 1982]. Phenylalanin- und/oder BH₄-Belastungstest in der differentialdiagnostischen Abklärung können entscheidende Hinweise geben [Blau, Thöny 1999; Hyland, Fryburg 1997; Hyland, Nygaard 1999].
Die biochemischen und klinischen Daten der bekannten Patienten mit Kofaktor-Defekten wurden von Herrn PD Dr. N. Blau in einer Datenbank zusammengefasst [Blau, BIODEF 1998: www.bh4.org]. Die molekulargenetischen Parameter sind in einer zweiten Datenbank aufgelistet [Blau, DIOMDB 1998: www. bh4. org].

2.7. Klinische Beschreibung der Patienten
2.7. l. Klinik von drei Patienten (MM, AM und RM) mit einer L-Dopa responsiven Form des AADC-Mangels
Die Eltern der drei Patienten sind nicht wissentlich miteinander verwandt. Es handelt sich bei den drei Patienten um Geschwister, zwei Jungen (MM, RM) und ein Mädchen (AM), die seit ihrer Kindheit an Hypotome und Hypokinesie leiden [Bräutigam, Hoffmann 1997; Bräutigam 2000; Köhler 1997]. Als erste Symptome zeigten sich eine Entwicklungsretardierung, ein fluktuierender, meist zu geringer Muskeltonus, Myoklonien seit dem sechsten Lebensmonat und zunehmende Dystönien. Zeitweise verschlechterte sich der allgemeine und neurologische Status dramatisch. Die motorischen Funktionen verbesserten sich wesentlich aber normalisierten sich nicht unter Behandlung mit L-Dopa/Carbidopa. Zwei der drei Kinder waren im Alter von 4-5 Jahren zeitweise fähig, mit Unterstützung zu gehen.

2.7.2. Klinik von Zwillingen (MS und HS) mit einer gewebespezifischen Form des AADC-Mangels
Die Eltern der Zwillinge sind konsanguin (Cousin und Cousine ersten Grades). Die Zwillinge (MS, HS) waren Frühgeborene der 29. Schwangerschaftswoche nach einer komplizierten Schwangerschaft mit frühzeitigen Wehen [Bräutigam, Hoffmann 1997; Hoffmann, Bräutigam 1997; Köhler 1997]. Direkt nach der Geburt war eine Intubation nötig, da die Zwillinge sich nur schlecht adaptiert hatten. Die Patienten zeigten dann unbeherrschbare zerebrale Krämpte, Myoklonien, rotatorische Augenbewegungen, plötzliche klonische Kontraktionen, EEG-Veränderungen im Sinne eines burst supression Muster. Hypoglykämien und Azidosen. Nach einem Tag konnte die Beatmung beendet werden, bei gleichbleibender neurologischer Symptomatik.
Nach drei Tagen normalisierten sich die anfangs hohen Glyzinkonzentrationen im Blut und Liquor. Die Patienten zeigten immer noch schwere Krämpfe, die nicht auf herkömmliche Antiepileptika ansprachen. Eine Substitution mit Vitamin B₆ zeigte nur eine Verbesserung der klonischen Kontraktionen und der Schmatzautomatismen. Die Patienten verstarben nach 17 bzw. 19 Tagen.
Vier ältere Geschwisterkinder (alle Frühgeburten: erste Kind 32. Schwangerschaftswoche, verstarb nach 21 Tagen; Drillinge 24+4 Schwangerschaftswochen, zwei Kinder verstarben am ersten Tag, das dritte Kind verstarb nach 69 Tagen) hatten einen sehr ähnlichen Krankheitsverlauf gezeigt mit einer schweren therapieresistenten epileptischen Enzephalopathie. Von diesen Patienten lagen keine speziellen biochemischen Daten vor, außer einer Glyzinerhöhung im Urin. Es kann aber mit großer Sicherheit angenommen werden, dass sie ebenfalls an einem AADC-Mangel gelitten hatten.

2.7.3. Klinik eines weiteren Patienten (AS) mit AADC-Mangel
Der Patient (AS) wurde zum Termin nach einer unauffälligen Schwangerschaft von gesunden konsanguinen (Cousin und Cousine ersten Grades) italienischen Eltern geboren. Ein Großvater litt an Parkinson und eine ältere Schwester starb im Alter von 9 Jahren an einem Oligodendrogliom. Eine weitere Schwester und ein Bruder sind gesund.
Die ersten Symptome mit Tremor der Extremitäten und dystonen Bewegungskrisen wurden im Alter von 3 Monaten beobachtet. Mit 4 Monaten zeigte sich eine generalisierte Hypotome mit Ptosis, okulogyren Krisen und starkem Speichelfluss. In den folgenden Monaten verschlechterten sich die Symptome zusehends. In Nijmegen wurde nach Bestimmung der Neurotransmittermetabolite im Liquor im Alter von 3 Jahren die Diagnose eines AADC-Mangels gestellt. In der Folge konnte Dr. Hyland in Dallas/Texas eine Mutation in Exon 7 des AADC-Gens nachweisen. Der Patient ist homozygot für den resultierenden Aminosäurenaustausch von Serin durch Phenylalanin an der Aminosäure 250. Die Eltern und der gesunde Bruder sind heterozygote Träger der Mutation. Zum Zeitpunkt der Diagnosestellung wurden ein CT und NMR mit unauffälligem Berund angefertigt.
Im Alter von 3,5 Jahren wurde eine Therapie mit Vitamin B₆ und Selegelin (pharmakologischer Hemmstoff der MAO) eingeleitet. Klinisch zeigte sich vorübergehend eine deutliche Verbesserung, welche nach einigen Wochen aber nicht mehr sicher nachweisbar war. Drei Jahre später wurde ein Therapieversuch mit Bromocriptin (DA-Agonist) unternommen. Wiederum kam es zu einer kurzzeitigen Verbesserung der klinischen Symptome, welche nach ein paar Wochen wieder abnahm. Es wurde erneut eine Therapie mit L-Dopa ohne MAO-Inhibitor kombiniert mit Vitamin B₆ versucht. Unter unterschiedlichen Therapieansätzen gab es nur variable und inkonstante klinische Verbesserungen, wobei der Junge sich bei völligem Absetzen jeglicher dopaminergen Stimulation erheblich verschlechterte.

2.7.4. Klinik von vier Patienten (SD, KT, MC und CS) aus den Niederlanden mit einem TH-Mangel
Die vier Patienten (2 Jungen SD und MC. 2 Mädchen KT und CS) stammen aus vier verschiedenen Familien in den Niederlanden, die nicht miteinander verwandt sind. Die Eltern wiesen keine klinischen Symptome hinweisend auf einen TH-Mangel auf [de Rijk-van-Ändel 2000]. Die Schwangerschaften und Geburten verliefen ohne Komplikationen. Die ersten Anzeichen einer progressiven schweren geistigen Behinderung sowie extrapyramidaler Symptome zeigten sich im Alter von 3-7 Monaten. Die psychosoziale Entwicklung wurde als normal eingestuft. Die Kinder waren hypokinetisch mit "Maskengesichtern", steifen Armen und Beinen sowie einer axialen Hypotome. Es wurden keine tageszeitlichen Schwankungen bei den vorgenannten Symptomen beobachtet. Alle vier Patienten hatten normale Elektroenzephalogramme. Bildgebungen der Gehirne mit Magnetresonanz und Computertomographie waren unauffällig. Nachdem die Diagnose eines TH-Mangels gestellt wurde, wurden alle Patienten mit L-Dopa und dem Inhibitor Carbidopa ([S]-2-[3,4-Dihydroxybenzyl]-2- Hydrazinpropionsäure) behandelt. Die Patienten zeigten eine deutliche Verbesserung der klinischen Symptome. In allen vier Fällen wurde mittels direkter Sequenzierung des Exons 6 die Mutation G698A gefunden. Diese Mutation führt zu einem Aminosäurenaustausch von Arginin zu Histidin (R233H) [van den Heuvel 1998]. Patient SD ist heterozygot für diese Mutation und zusätzlich für die Deletion einer Base in Exon 3 des TH-Gens. Die Patienten MC, KT und CS sind homozygot für die G698A Mutation.

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