Van gen naar ziekte; SLC3A1, SLC7A9 en cystinurie
Open

Casuïstiek
11-02-2003
M.H. Breuning en N.A.T.C. Hamdy

Inleiding

de ziekte

Nierstenen komen veel voor en kunnen worden veroorzaakt door hyperexcretie van slecht oplosbare moleculen, zoals calcium, oxalaat, cystine en uraat. Cystinestenen zijn goudgeel tot bruin van kleur en kunnen in grootte variëren van zandkorrels tot afgietsels van het nierbekken (figuur 1a). Cystinurie is een stoornis in de terugresorptie van cystine in de nier. Ongeveer eenderde van de symptomatische patiënten met cystinurie heeft de eerste steen al vóór het 10e levensjaar, eenderde tussen 10 en 20 jaar en eenderde daarna. De patiënt presenteert zich meestal met een niersteenkoliek en soms met een secundair ontstane urineweginfectie. Mannen hebben vaker en ernstiger klachten dan vrouwen; de symptomen zijn zeer variabel. Sommige patiënten met cystinurie hebben uitgebreide steenvorming (zie figuur 1a), terwijl een broer of zuster met een even hoge cystine-uitscheiding in de urine geen of nauwelijks klachten heeft. Het is niet bekend waardoor deze verschillen worden veroorzaakt.

Klinisch worden verschillende typen cystinurie onderscheiden. Bij type I is de overerving volledig recessief en hebben beide ouders van de patiënt een volledig normale cystine-uitscheiding. Bij type II (dominant) en type III (incompleet recessief) is de uitscheiding van cystine in urine van obligaat heterozygoten ook verhoogd.1 Vroege herkenning van nierstenen en adequate behandeling van de patiënt zijn van groot belang, omdat bij herhaalde en uitgebreide steenvorming verlies van nierfunctie kan optreden.2

Cystine slaat vooral neer bij een lage pH. De hoeksteen van de behandeling is vergroting van de vochtinname tot dagelijks 3,5-4 l per 24 uur om de pH van de urine hoog te houden. Een andere benadering is alkaliseren van de urine met natriumwaterstofcarbonaat of kaliumcitraat. Daarnaast worden stoffen toegediend die een verbinding aangaan met cystine: penicillamine of tiopronine.

de genen

Het ‘solute carrier family 3 (cystine, basic and) neutral amino acid transporter, member 1’(SLC3A1)-gen is gelegen op de korte arm van chromosoom 2 op band 2p16.3. Het beslaat ongeveer 45 kb genomisch DNA en bevat 10 exonen. Het ‘messenger’-RNA (mRNA) van 2,3 kb codeert voor het eiwit dat ‘system b0,+-related amino acid transporter’ (rBAT) is genaamd en uit 663 aminozuren bestaat.3 Na de eerste beschrijving van mutaties in het SLC3A1-gen in 19944 zijn inmiddels meer dan 60 verschillende mutaties beschreven, waaronder ‘missense’-mutaties (aminozuursubstituties), ‘nonsense’-mutaties (‘stops’) en grotere en kleinere deleties. Volledige inactivering van het SLC3A1-gen in beide chromosomen leidt tot cystinurie type I.

Het ‘solute carrier 7, member 9’(SLC7A9)-gen ligt op de lange arm van chromosoom 19 op band 19q13.1. Het gen bevat 13 exonen in een mRNA van 1754 basenparen, dat codeert voor een eiwit van 487 aminozuren dat ‘b0,+AT’ is genaamd. Bij ongeveer 80 van de niet-type-I-patiënten worden mutaties in dit gen gevonden.5 6

de eiwitten

Het product van het SLC3A1-gen, het eiwit rBAT, heeft een molecuulgewicht van ongeveer 90 kDa en behoort tot de familie van zware ketens van heteromere aminozuurtransporteurs.7

Volgens sommige auteurs zou rBAT 1 transmembraandomein hebben, volgens anderen 4.1 8 Via een disulfidebrug is het verbonden met b0,+AT (figuur 2a), het product van het SLC7A9-gen. Het is een lichte keten met een molecuulgewicht van ongeveer 50 kDa en is een sterk hydrofoob eiwit met 12 transmembraandomeinen.8 Het rBAT-eiwit wordt vooral aangemaakt in de nier en de dunne darm, maar ook in de pancreas en de lever.

de cel

Alle aminozuren passeren ongehinderd het glomerulaire filter naar de tubulus. Vervolgens wordt meer dan 98 gereabsorbeerd door actief-transportmechanismen. Het grootste deel van de cystinereabsorptie gebeurt in het S1- en het S2-segment van de proximale tubulus via een transportsysteem met een lage affiniteit en een hoge capaciteit; de rest wordt opgenomen in segment S3 door een reabsorptiesysteem met een hoge affiniteit en een lage capaciteit (zie figuur 2b).

De beide ketens komen tot expressie in de proximale tubulus. rBAT wordt vooral aangemaakt in segment S3 en in mindere mate in de eerdere segmenten S1 en S2. De b0,+AT-subunit komt daarentegen vooral tot expressie in de borstelzoom aan de luminale zijde van de epitheliale cellen van segment S1 en in veel mindere mate in de latere segmenten, S2 en S3.8 Ook andere aminozuren, zoals lysine, arginine en ornithine, worden niet goed getransporteerd en in de urine uitgescheiden in hoge concentraties. Alleen het slecht oplosbare cystine leidt tot steenvorming.

de populatie

De prevalentie van cystinurie wereldwijd wordt geschat op 1:7000.1 In verschillende populaties worden echter sterk verschillende getallen opgegeven, mede omdat soms minder betrouwbare screeningstests zijn gebruikt.1 Van alle mensen met een niersteen heeft 1-2 cystinurie, terwijl van de kinderen met een niersteen 6-8 cystinurie heeft.

diagnostiek

De diagnose ‘cystinurie’ wordt gesteld op grond van de anamnese en door het vinden van de karakteristieke zeshoekige kristallen in de ochtendurine van de patiënt (zie figuur 1b). Het vermoeden van cystinurie kan worden bevestigd door meting van de uitscheiding van cystine in 24-uursurine; deze cystine-uitscheiding kan oplopen tot wel 1 g per etmaal. Deze onderzoeken moeten worden verricht bij kinderen met nierstenen en bij volwassenen met herhaald optreden van nierstenen.

Wanneer de diagnose ‘cystinurie’ is gesteld, kan familieonderzoek volgen om mensen met cystinurie en nierstenen vroegtijdig op te sporen en tijdig te behandelen, dat wil zeggen voordat nierfunctieverlies ontstaat.

Opsporen van mutaties in de SLC3A1- en SLC7A9-genen is uiteraard technisch mogelijk en wordt onder andere in het laboratorium voor DNA-diagnostiek te Leiden verricht. Een moleculair-genetische diagnose kan helpen bij het maken van onderscheid tussen cystinuriesubtypen, maar dit geeft geen richting aan de behandeling. Dit zal in de toekomst wellicht veranderen, indien op grond van een beter begrip van het cystinetransport in de nier specifiekere farmacologische interventies worden ontwikkeld.

Belangenconflict: geen gemeld. Financiële ondersteuning: geen gemeld.

Literatuur

  1. Palacin M, Goodyer P, Nunes V, Gasparini P. Cystinuria.In: Scriver CR, Valle D, Beaudet AL, Sly WS, editors. The metabolic andmolecular bases of inherited disease. 8th ed. New York: McGraw-Hill, 2001. p.4909-32.

  2. Gambaro G, Favaro S, D'Angelo A. Risk for renalfailure in nephrolithiasis. Am J Kidney Dis 2001;37:233-43

  3. Pras E, Sood R, Raben N, Aksentijevitch I, Chen X, KastnerDL. Genomic organisation of SLC3A1, a transporter gene mutated in cystinuria.Genomics 1996;36:163-7.

  4. Calonge MJ, Gasparini P, Chillarón J,Chillón M, Galluci M, Rousaud F, et al. Cystinuria caused by mutationsin rBAT, a gene involved in the transport of cystine. Nat Genet1994;6:420-5.

  5. Feliubadalo L, Font M, Purroy J, Rousaud F, Estivill X,Nunes V, et al. Non-type I cystinuria caused by mutations in SLC7A9, encodinga subunit (b0,+AT) of rBAT. Nat Genet 1999;23:52-7.

  6. Font MA, Feliubadalo L, Estivill X, Nunes V, Golomb E,Kreiss Y, et al. Functional analysis of mutations in SLC7A9, andgenotype-phenotype correlation in non-type I cystinuria. Hum Mol Genet2001;10:305-16.

  7. Chillarón J, Roca R, Valencia A, Zorzano A,Palacín M. Heteromeric amino acid transporters: biochemistry, geneticsand physiology. Am J Physiol Renal Physiol 2001;281:F995-F1018.

  8. Pfeiffer R, Loffing J, Rossier G, Bauch C, Meier C,Eggerman T, et al. Luminal heterodimeric amino acid transporter defective incystinuria. Mol Biol Cell 1999;10:4135-47.