הקומפלקס פירובט דהידרוגנאז - pyruvate dehydrogenase

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
הקומפלקס פירובט דהידרוגנאז
pyruvate dehydrogenase
שמות אחרים	PDC או Pyruvate Dehydrogenase Complex
מעבדה	כימיה בדם
תחום	הערכה של חסר האנזים בתינוקות, ילדים ובוגרים עם חשד למפגע אנזימטי מטבולי.
טווח ערכים תקין	ערך תקין כאשר פעילות האנזים עולה על 25.0 nmol/min/g protein; רמה גבולית או רמת חסר קלה- 5.0-25.0nmol/min/g protein; רמת חסר של האנזים-פחות מ- 5/0nmol/min/g protein. רמות אלה מתייחסות לכל הגילים.
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

מטרת הבדיקה

הערכה של נבדקים עם חשד קליני לחסר pyruvate dehydrogenase complex, או של מפגע במטבוליזם האנרגטי.

הקומפלקס פירובאט דהידרוגנאזה pyruvate dehydrogenase complex (להלן PDC) מקטלז את הדקרבוקסילציה החימצונית של פירובאט ל-acetyl-CoA, שהוא שלב קריטי ביצירת אנרגיה תאית. PDC הוא קומפלקס רב-אנזימי הממוקם בממברנה הפנימית של המיטוכונדריה, ומורכב מ-6 מרכיבים שונים: pyruvate decarboxylase שסימונו E1, והוא בנוי מ-2 תת יחידות α ו-2 תת-יחידות β;‏ dihydrolipoic transacetylase שסימונו E2; האנזים dihydrolipoyl dehydrogenase שסימונו E3; שני אנזימים רגולטוריים (PDH kinase ו- PDH phosphatase) וכן חלבון קושר-E3 הידוע כ-E3BP. חסר של PDHC הוא מפגע מיטוכונדריאלי עם מגוון של תסמינים קליניים החל מ-lactic acidosis מולדת קטלנית וכלה בשיגשון (ataxia) או נירופתיה מתונים.

הקומפלקס של פירובאט דהידרוגנאזה מחבר בין הגליקוליזה למעגל TCA (הידוע כמעגל Krebs או מעגל חומצת הלימון). קומפלקס גדול זה מורכב מ-3 אנזימים הנתמכים על ידי 5 קו-פקטורים. תהליך החמצון של פירובאט מתרחש במיטוכונדריה לשם האחרון מגיע על ידי pyruvate translocase. האנזים E1 או Pyruvate dehydrogenase עושה שימוש ב-thiamine pyrophosphate (או TPP) כקבוצה הפרוסתטית שלו; האנזים E2 או dihydrolipoyl transacetylase עושה שימוש ב-lipoamide וב- coenzyme A כקבוצות הפרוסתטיות שלו; האנזים E3 או dihydrolipoyl dehydrogenase עושה שימוש ב-flavin adenine dinucleotide או +NAD כקו-פקטור שלו. קבוצה פרוסתטית היא מולקולה הקשורה קו-ולנטית לאנזים. נראה אם כן שהריאקציה המסבה פירובאט לאצטיל CoA ול- CO2 היא:

2pyruvate+2NAD⁺+2coA→ 2acetyl coA+ 2NADH+2CO₂

התהליך בכללותו הוא 5-שלבי:

1. פירובאט עובר דקרבוקסילציה על ידי pyruvate dehydrogenase בעזרת TPP;
2. הפחמן הפעיל בין N ו-S של הטבעת המחומשת של TPP מחומצן ומועבר כקבוצת אצטיל ל-lipoamide (המהווה קבוצה פרוסתטית של האנזים dihydrolipoyl transacetylase או E2. צעד זה יוצר תוצר ביניים של hydroxyethyl-TPP. נדרש כאן יון +H לתוצר הביניים לשחרר מולקולת CO2;
3. dihydrolipoyl transacetylase והקופקטור lipoamide מחמצן hydroxyethyl לאצטיל, ואז מעביר אצטיל ל-CoA ליצירת acetyl-CoA;
4. כיוון שהאנזים E2 עדיין קשור למולקולת acetyl-CoA, האנזים E3 או dihydrolipoyl dehydrogenase מחמצן את קבוצות ה-thiol של dihydrolipoamide בחזרה ל-lipoamide;
5. כריאקציה צדדית, +NAD מחוזר והופך ל-NADH.

חסר של הקומפלקס של פירובאט דהידרוגנזאה

בתינוקות ובילדים עם חסר PDC, המאפיינים השכיחים ביותר הם פיגור התפתחותי והיפוטוניה. פרכוסים ואטקסיה גם כן תסמינים שכיחים, כאשר התבטאויות פחות שכיחות כוללת עיוותי מוח מולדים, בעיקר הרחבת חדרים (ventriculomegaly) או agenesis של הקורפוס קלוסום, או שינוים ניווניים הכוללים את תסמונת Leigh (Brown וחב' ב-Ann NY Acad Sci משנת 2003). בחלק קטן של אלה עם PDHC מוצאים תווי-פנים דיסמורפיים. חסר PDHC היא אחת הסיבות השכיחות לחמצת לקטית ראשונית בילדים, כאשר חומרת התקדמות המחלה קשורה לחומרה של החמצת הלקטית כמו גם לרמה השארית של הפעילות האנזימטית (Patel וחב' ב-Mol Genet Metab משנת 2012).

חסר PDC יכול להיגרם על ידי ליקויים בתת היחידות E1 α,‏ E1 β, וכן E2 או E3. הסיבה השכיחה ביותר לחסר PDC הוא פגם בגן המקודד לתת היחידה E1 α, גן הממוקם על כרומוזום X. נקבות וזכרים עם המוטציה בגן E1 α, לוקים בחסר PDC, לכן הפגם מוגדר כ-X-linked dominant. הבדיקה האבחונית ההתחלתית החשובה ביותר היא המדידה בדם ובנוזל השדרה של רמות חומצה לקטית ופירובאט, וכן חישוב היחס לקטאט ל-פירובאט (L:P ratio), כאשר באופן אופייני מצביעה על רמות מוגברות של לקטאט ופירובאט, כאשר היחס בין השניים נורמאלי (Lib וחב' ב-Anal Chem משנת 2003). בנוסף, אנליזה כמותית של חומצות אמינו בפלזמה יכולה למצוא רמת אלנין מוגברת. האבחון של חסר PDC תלוי במדידה של פעילות הנזים בתאים או ברקמות, בעיקר בפיברובלסטים הלקוחים מהעור (Dahl ב-Am J Hum Genet משנת 1995).

חסר ב-pyruvate dehydrogenase מתאפיין בהצטברות של חומצת חלב ומגוון של בעיות נירולוגיות. סימנים ותסמינים של מצב זה בדרך כלל מופיעים מיד לאחר הלידה, בדרגות חומרה שונות. המאפיין השכיח ביותר הוא אמנם תרחיש של lactic acidosis שעלול אף לסכן חיים, שיכול לגרום לבחילה, הקאות, בעיות נשימה קשות וקצב-לב בלתי תקין. אלה עם חסר ב-pyruvate dehydrogenase, סובלים בדרך כלל מבעיות נירולוגיות, רובם סובלים מהתפתחות מעוכבת ביכולות המנטאליות ובכישורים מוטוריים כמו ישיבה והליכה. בעיות נירולוגיות נוספות הן ברמה האינטלקטואלית, פירכוסים, היפוטוניה, תנועות עיניים בלתי סדירות, קואורדינציה דלה, ובחלקם מוצאים מבנים מוחיים לא-נורמאליים כמו התפתחות דלה של ה-corpus callosum המחבר את חצאי המוח הימני והשמאלי, אטרופיה של החלק החיצוני של קליפת המוח, וכן נגעים של רקמה פגועה בחלקי מוח שונים.