Wolframi sündroom

Wolframi sündroom (WS) on haruldane retsessiivne neurodegeneratiivne häire, mis on autosomaalse pärandumisega. Haigus on tuntud ka kui DIDMOAD (diabetes insipitus, insuliini-puudulik diabetes mellitus, optiline atroofia ja kurtus). Sündroomi põhjustav muteerunud WFS1 geen paikneb neljanda kromosoomi 16,1 piirkonnas (4p16.1), kodeerides endoplasmaatilise retiikulumi (ER) membraaniseoselist valku volframiini. Lokalisatsioon ER-is annab alust arvata, et volframiinil on füsioloogilisi funktsioone membraani läbivate ainete transpordis, sekretsioonis, töötlemises ja/või ER kaltsiumi homöostaasi regulatsioonis. Nende funktsioonide häiringute tulemusel indutseerib ER stressivastuse, sealhulgas apoptoosi. 1938. aastal kirjeldasid dr Donald Justin Wolfram ja H. P. Wagener kaheksa lapse (vanuses 3–18 aastat) fenotüüpe, kelle seast neljal avaldusid noorte diabeet ja optiline atroofia. See juhtum on esimene kirjend Wolframi sündroomist. Alates algsest haiguse kirjeldamisest on sündroomi tuvastatud rohkem kui 200 korral. Selle aja jooksul on tuvastatud lisaks eelnevatele sümptomitele diabetes insipitus, neeruhäired, neuroloogilised ning endokriinsed ebanormaalsused. WS on progressiivne neurodegeneratiivne häire. Mitteautoimmuunne ja mitte-HLA-seoseline (HLA – inimese leukotsüüdi antigeen) diabetes mellitus avaldub keskmiselt kuueaastastel (vanus varieerub kolmenädalastest 16. eluaastani) ning on tuvastatav haruldaste mikrovaskulaarsete tüsistuste avaldumisel. Optiline atroofia avaldub keskmiselt 11. eluaastal, millega kaasneb värvipimedus ja nägemisteravuse vähenemine. Optiline atroofia on progressiivne, viies lõpuks täieliku nägemise kaotamiseni (kuus inimest 60-st kaotavad nägemisvõime 8 aasta jooksul). Keskmiselt 14-aastastel esineb 73–75% tõenäosusega osaline kraniaalne diabetes insipitus, aga nad reageerivad hästi nina ning suu kaudu manustatavale desmopressiinile. Sensorineuraalne kurtus avaldub keskmiselt 16. aastastel Wolframi sündroomi põdevatel inimestel. Muude kliiniliste häirete hulka kuuluvad neerutrakti tüsistuste (neuropaatiline põis) avaldumine 30. eluaastateks; väikeaju ataksia, perifeerne neuropaatia ja psühhiaatriliste haiguste avaldumine 40. eluaastateks. Magnetresonantstomograafia (MRT) skaneeringud näitasid üldist aju atroofiat. Eriti mõjutatud piirkonnad olid väikeaju, piklikaju (medulla) ja sild (pons). Paljudel uuringus osalejatel avaldus hüpogonadism. Keskmine eluiga on 30 aastat (varieerub 25.–49. eluaasta vahel). WS patsiendid surevad tavaliselt ajutüve atroofiast tingitud tsentraalse respiratoorse häire tulemusel. Wolframi sündroomi keskmine sagedus Suurbritannias on 1 770000 {\displaystyle {\frac {1}{770000}}} . See on palju väiksem kui sagedus Põhja-Ameerikas 1 100000 {\displaystyle {\frac {1}{100000}}} , mille aluseks on optilise atroofia esinemine ühes sealses noorte diabeedikliinikus. Wolframi sündroomiga patsientide sümptomitele lisaks avaldunud mitmed hingamisahela (glükoosi lagunemisraja etapp) häireid andsid aluse uurimistööks, mille ülesandeks oli kirjeldada mitokondriaalse DNA (mtDNA) mutatsioone WS patsientidel. Kaks näidet mitokondriaalse haiguse kohta on Leberi optiline atroofia (LHON) ja müopaatia. Punktmutatsioonid mtDNAs võivad põhjustada diabetes mellitusst, optilist atroofiat ja kurtust, mis on kolm peamist Wolframi sündroomi kliinilist sümptomit. Wolframi sündroomiga seotud WFS1 geen identifitseeriti esimest korda 1998. aastal Jaapani ja Ameerika Ühendriikide teadlaste koostöö tulemusel. WFS1 geen (4p16,1) koosneb 8 eksonist. WFS1 pealt sünteesitud volframiini valgu pikkuseks on 890 aminohapet ja saadu valgu keskmine molekulmass on umbes 100 kDa. Volframiin on hüdrofoobne üheksast transmembraansest tetrameersest segmendist koosnev valk. Volframiini otstes on hüdrofiilsed regioonid. Volframiin paikneb endoplasmaatilises retiikulumis Ncyt/Clum orientatsiooniga ning arvatakse olevat integraalne, endoglükosidaas H-tundlik membraani glükoproteiin. Ühe teooria kohaselt aitab volframiin hoida rakus õiget kaltsiumi ioonide taset, kontrollides laetud osakeste kontsentratsiooni endoplasmaatilises retiikulumis. Hiljutised uuringud on näidanud WFS1 olulist rolli ER stressisignaali negatiivse tagasiside regulatsioonis ning pankrease β-rakkude (sekretoorsed rakud) surma vältimises signaaliraja düsfunktsiooni korral. Malgorzata Zatyka leidis, et volframiini karboksüterminaalne (C-terminaalne) domeen, mis paikneb endoplasmaatilise retiikulumi luumenis, on seotud ER-is paikneva Na+/K+ ATPaasi beeta-1 alamühikuga (ATP1B1). Neuraalses degeneratiivses häires ja apoptoosis on Na+/K+ ATPaasi puudulikkusel oluline roll. WFS1 mutatsioonid, mille tulemusel areneb Wolframi sündroom, võivad põhjustada Na+/K+ ATPaasi defitsiiti. Hiljutised uuringud näitavad volframiini kui kalmoduliini siduvat valku. Kalmoduliini ekspressioon tagab laia varieeruvuse Ca2+ signaali transduktsioonil (ülekandes). WFS1 põhjustatud Wolframi sündroomi sümptomid kehapiirkonna lõikes WFS1 geeni mRNA analüüs näitas geeni ekspresseerumist üle terve keha (volframiini valk on ekspresseerunud kõikides rakutüüpides: süda, aju, platsenta, kops, maks, skeletilihas, neer ja pankreas) Hiirtega tehtud uuringute põhjal on alust arvata, et WS patsientidel on diabetes insipitus tingitud supraoptilise ja hüpotalamuse paraventrikulaarse tuumade neuraalsest düsfunktsioonist, mille tulemusel toimub WFS1 funktsiooni kadu. Pankreases on volframiin tugevalt ekspresseerunud. See valk võib aidata kokku pakkida insuliini prekursorit (proinsuliin), saades terviklik hormoon, mis kontrollib vere glükoosisisaldust. Hiirtes viib volframiini puudulikkus progressiivsele β-rakkude hävimisele (mängib olulist rolli β-rakkude normaalses funktsioonis), glükoosi tolerantsuse häirele ja rakutsükli ebakorrapärasele kulgemisele. Viimane on tingitud osaliselt endoplasmaatilise retiikulumi stressivalgu vastuseraja aktiveerumisest ja suurenenud apoptoosist. Samas on vähe informatsiooni WFS1 funktsioonist embrüogeneesis. Nägemisnärvi (optilise) atroofia avaldumine on esimene märge võimalikust Wolframi sündroomi diagnoosist. Eksperimentaalsed uuringud ahvide ja hiirte reetinast on näidanud, et volframiin paikneb primaarselt reetina ganglioni rakkudes (RGC), fotoretseptorites ja gliia rakkudes optilise närvi proksimaalses piirkonnas. Volframiini funktsiooni sisekõrvas ja viise, kuidas missense mutatsioonid põhjustavad kuulmise kadu, ei ole veel põhjalikult uuritud. Sisekõrvas võib volframiin aidata hoida Ca-ioonide ja teiste laetud osakeste õiget kontsentratsiooni. Hoffmann jt uurisid esimest korda volframiini funktsiooni kao molekulaarseid mehhanisme. WS patsientide fibroblasti rakkude valkude analüüsil selgus, et WFS1 geeni stop ja raaminihke mutatsioonid põhjustavad volframiini valgu täieliku puudumise organismis. 2006. aastal uurisid Hoffmann ja Bauer WFS1 kuue missense mutatsiooni, "kärpivate" mutatsioonide efekti ekspressioonitasemes, stabiilsust, lagunemist ja intratsellulaarset saatust. Nad leidsid, et kõik eespool nimetatud mutatsioonid viivad WFS1 pealt ekspresseeritava valgu taseme drastilisele langusele. Muteerunud valgud viiakse varajase translatsiooni käigus proteasoomsele degradatsioonile (valgulisele lagunemisele). Ühtegi volframiini agregaati ei leitud, mis viitab asjaolule, et WS pole valgukuhjumise põhjustatud haigus. WFS1 Manaviat MR, Rashidi M, Mohammadi SM (2009). "Wolfram Syndrome presenting with optic atrophy and diabetes mellitus: two case reports". Cases J. 2: 9355. DOI:10.1186/1757-1626-2-9355. PMC 2804005. PMID 20062605.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) Wolfram D.J, Wagener H.P: Diabetes mellitus and simple optic atrophy among siblings: report of four cases. Mayo Clin Proc 1938:13: 715–718 Swift RG, Sandler DB, Swift M. Psychiatric findings in Wolfram syndrome homozygites. Lancet 1990: 336 (8716): 667–669 Barrett TG, Bundey SE, Macleod AF: Neurodegeneration and diabetes: UK nationwide study of Wolfram (DIDMOAD) syndrome. Lancet 1995:346 (8988):1458–1463. Fraser FC, Gunn T: Diabetes mellitus, diabetes insipitus, and optic atrophy. An autosomal recessive syndrome? J Med Genet 1977:14(3):190-193 Inoue H, Tanizawa Y, Wasson J et al. A gene encoding a transmembrane protein is mutated in patients with diabetes mellitus and optic atrophy (Wolfram syndrome). Nat Genet 1998: 20(2): 143–148 Hofmann S, Philbrook C, Gerbitz KD et al: Wolfram syndrome: structural and functional analyses of mutant and wild-type wolframin, the WFS1 gene product. Hum Mol Genet 2003: 12(16):2003–2012 Takeda K, Inoue H, Tanizawa Y et al: WFS1 (Wolfram syndrome 1) gene product: predominant subcellular localization to endoplasmic reticulum in cultured cells and neuronal expression in rat brain. Hum Mol Genet 2001: 10(5): 177–484 Fonseca SG, Ishigaki S, Oslowski CM et al: Wolfram syndrome 1 gene negatively regulates ER stress signaling in rodent and human cells. J Clin Invest 2010: 120(3): 744–755 Zatyka M, Ricketts C da Silva, Xavier G et al: Sodium-potassium ATPase 1 subunit is ma molecular partner of Wolframin, an endoplasmic reticulum protein involved in ER stress. Hum Mol Genet 2008: 17(2): 190–200 Xia Z, Storm DR: The role of calmodulin as a signal integrator for synaptic plasticity. Nat Rev Neurosci 2005: 6(4): 267–276 OMIM. "WOLFRAM SYNDROME 1; WFS1" (inglise keeles). OMIM.org. #222300.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) Gabreels BA, Swaab DF, de Kleijn DP et al: The vasopressin precursor is not processed in the hypothalamus of Wolfram syndrome patients with diabetes insipitus: evidence for the involvement of PC2 and 7B2. J Clin Endocrinol Metab 1998: 83(11):4026–4033 Fonseca SG, Fukuma M, Lipson KL et al: WFS1 is a novel component of the unfolded protein response and maintains homeostasis of the endoplasmic reticulum in pancreatic beta-cells. J Biol Chem 2005:280(47):39609-39615 Barrett TG, Bundey SE:Wolfram(DIDMOAD) syndrome. J Med Gene 1997:34:838-841 Yamamoto H, Hoffmann S, Hamasaki DI et al: Wolfram syndrome 1 (WFS1) protein expression in retinal ganglion cells and optic nerve glia of the cynomolgus monkey. Exp Eye Res 2006:83(5):1303-1306 Cryns K, Thys S, Van Laer L et al: The WFS1 gene, responsible for low frequency sensorineural hearing loss and Wolfram syndrome, is expressed in a variety of inner of inner ear cells. Histochem Cell Biol 2003: 119(3):247–256 Hoffmann S, Bauer MF: Wolfram syndrome-associates mutations lead to instability and proteasomal degradation of wolframin. FEBS Lett 2006:580 (16):4000–4004 OMIM. "WOLFRAM SYNDROME, MITOCHONDRIAL FORM" (inglise keeles). OMIM.org. #598500.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) UK Wolfram Syndrome Support Group Worldwide Society of Wolfram Syndrome Families