Biomarcatori enzimatici: uso diagnostico e danno cellulare

Università San Raffaele Roma

Professore Valeria D'Argenio Argomento Biomarcatori enzimaticiT

Uso Diagnostico degli Enzimi

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio

1. Indicatori di funzionalità o di lesione di cellule o tessuti
2. Marcatori di specifici deficit enzimatici nelle malattie genetico-metaboliche

La maggior parte delle richieste di dosaggi enzimatici ha la prima motivazione! Biomarcatori enzimatici 2 di 48T

Enzimi come Marker Diagnostici

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio Molti enzimi sono stati valutati come possibili marker diagnostici, ma solo una minoranza è entrata nell'uso comune

• 1000 enzimi attivi nei mammiferi
• 100 enzimi di uso clinico
• 20 enzimi di uso clinico routinario

30% delle richieste di indagini di BC Biomarcatori enzimatici 3 di 48T

Uso Clinico dei Dosaggi Enzimatici

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio Molti enzimi sono stati valutati come possibili marker diagnostici, ma solo una minoranza è entrata nell'uso comune Tabella 7.1 Uso clinico dei dosaggi di enzimi

A. Impiego Routinario

Enzimi Creatina chinasi (CK), y-Glutamiltrasferasi (GGT), amilasi (AMY), fosfatasi alcalina (ALP), fosfatasi acida (ACP), lattato deidrogenasi (LDH), aspartato transaminasi (AST), alanina transaminasi (ALT)

B. Clinicamente Utili ma di Impiego Meno Diffuso

Malato deidrogenasi (MDH), Ornitina carbamil transferasi (OCT), 5'-Nucleotidasi (5NT), tripsina (IRT), aldolasi (ALD), colinesterasi (SchE), Leucina-amino peptidasi (LAP) ITALO ANTONOZZI ELIO GULLETTA MEDICINA DI LABORATORIO LOGICA & PATOLOGIA CLINICA PICCIN

C. Uso Clinico Limitato a Situazioni Particolari

Ceruloplasmina (Wilson), muramidasi (leucemia), ACE (sarcoidosi) glucokinasi, fosfoglucomutasi, glucosio-6-P-deidrogenasi, arginasi, adenosina deaminasi etc.

D. Uso Clinico Dubbio o Molto Scarso

Colesterol esterasi, trioso-P-isomerasi, gliceraldeide-3-P deidrogenasi, fosfoglicerato deidrogenasi, enolasi, piruvato kinasi, fumarasi, succinico- deidrogenasi, transketolasi, tripeptidasi, dipeptidasi, oxitocinasi, amina ossidasi, benzidina ossidasi, etc. Biomarcatori enzimatici 4 di 48T

Classi Principali di Enzimi

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio Principali classi di enzimi Gli enzimi sono suddivisi in sei classi principali a seconda della natura generale delle reazioni catalizzate:

1. ossidoreduttasi
2. transferasi
3. idrolasi
4. liasi
5. isomerasi
6. ligasi

Aggiunta del suffisso -asi al nome del substrato su cui l'enzima agisce Ciascuna classe comprende delle sottoclassi, che a loro volta comprendono delle sotto- sottoclassi Un enzima ha generalmente:

• un nome comune
• un nome sistematico
• un numero di classificazione

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Numero EC degli Enzimi

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio Il numero EC degli enzimi Ogni enzima viene classificato con un numero a seconda della reazione che catalizza EC X.Y.Z.T

1. X = classe
2. Y = sottoclasse
3. Z = sotto-sottoclasse
4. T = numero dell'enzima nella sotto-sottoclasse

• http://www.genome.jp/dbget-bin/get_htext?ECtable+-f+T+w+A
• http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/enzymes/

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Esempio di Classificazione Enzimatica

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio Il numero EC degli enzimi Per esempio: Alcool + NAD+ > Aldeide o chetone + NADH

• Nome comune: alcool deidrogenasi
• Nome sistematico: alcool:NAD+ ossidoreduttasi
• EC 1.1.1.1

Numero dell'enzima nella sotto-sottoclasse La sotto-sottoclasse - con NAD+ o NADP+ come accettori La sottoclasse - Agiscono sul gruppo di donatori CH-OH La classe - Ossidoreduttasi Biomarcatori enzimatici 7 di 48T

Nomenclatura Enzimi di Interesse Chimico Clinico

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio Il numero EC degli enzimi Nomenclatura degli enzimi di interesse chimico clinico

Numero EC Nome sistematico Nome comune Sigla 1.1.1.27 L-Lattato: NAD+ ossidoreduttasi Lattato Deidrogenasi 1.1.1.42 Threo-D,-isocitrato:NAD(P)+ ossidoreduttasi Isocitrato Deidrogenasi ICD 1.4.1.3 L-Glutamato:NAD(P)+ ossidoreduttasi Glutamato Deidrogenasi GLD 2.3.2.2 (5-Glutamil)-peptide:amino-acido transferasi Y-Glutamiltrasferasi GGT 2.6.1.1 L-Aspartato:2-oxoglutarato aminotrasferasi Aspartato Aminotrasferasi (Transaminasi) AST 2.6.1.2 L-Alanina:2-oxoglutarato aminotransferasi Alanina Aminotrasferasi (Transaminasi) ALT 2.7.3.2 ATPcreatina N-fosfotransferasi Creatina Kinasi CK 3.1.1.3 Triacilglicerol acilidrolasi Lipasi LIP ITALO ANTONOZZI ELIO GULLETTA 3.1.1.7 Acetilcolina acetilidrolasi Acetilcolinesterasi, Vera Colinesterasi, Colinesterasi I CHE MEDICINA DI 3.1.1.8 Acilcolina acilidrolasi Pseudocolinesterasi, Colinesterasi II SCHE LABORATORIO 3.1.3.1 Ortofosforico-monoestere fosfoidrolasi (alk) Fosfatasi Alkalina ALP LOGICA & PATOLOGIA CLINICA 3.1.3.2 Ortofosforico-monoestere fosfoidrolasi (ac) Fosfatasi Acida ACP 3.1.3.5 5'-Ribonucleotide fosfoidrolasi 5'-Nucleotidasi 5NT 3.2.1.1 1,4-a-D-Glucan glucanoidrolasi Amilasi AMY 3.4.21.4 Tripsina IRT 4.1.2.13 D-Fruttoso-1,6-bisfosfato D-gliceraldeide-3- fosfato-liasi Aldolasi ALD PICCIN Biomarcatori enzimatici 8 di 48T

Enzimi di Interesse Diagnostico

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio Gli enzimi di interesse diagnostico Tutti gli enzimi sono formati all'interno della cellula:

• alcuni di questi svolgono la loro azione nella cellula
• altri sono invece secreti dalla cellula per svolgere la loro specifica azione all'esterno

L'enzimologia diagnostica studia la concentrazione degli enzimi nel sangue o nei tessuti, valutando:

1. le situazioni di aumentata dismissione per iperproduzione o danno cellulare
2. la diminuzione dell'attività enzimatica per un deficit acquisito o genetico

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Valutazione dell'Attività Enzimatica

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio

1. Valutazione dell'attività di produzione dell'enzima

• Correlazione con una possibile mutazione della sequenza codificante
• Diagnosi di malattie genetico-metaboliche, es. le enzimopatie, in cui si osserva la diminuzione dell'attività enzimatica

2. Valutazione della quantità di enzima rilasciato dalle cellule

• Diagnosi di danno cellulare o iperproduzione dell'enzima
• In questo caso, si osserva l'aumento della concentrazione enzimatica nel campione

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Attività Enzimatiche nel Sangue

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio Studio delle attività enzimatiche nel sangue In condizioni fisiologiche, nel plasma possono essere presenti enzimi che:

1. svolgono la loro funzione a livello ematico (specifici)
2. svolgono funzioni intracellulari, ma che vengono riversati nel plasma per normale turnover cellulare
3. sono secreti all'esterno (es. enzimi digestivi), ma che si trovano nel plasma perchè riassorbiti dall'esterno o per il catabolismo delle cellule che li producono

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Classificazione degli Enzimi nel Sangue

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio Studio delle attività enzimatiche nel sangue Tabella 7.6 Classificazione degli enzimi nel sangue

Classificazione Esempi Enzimi Plasma-Specifici Trombina, fattore XII fattore X, enzimi fibrinolitici etc. Enzimi Secreti Lipasi (ghiandole salivari, gastriche oxintiche e pancreas), a-amilasi (da ghiandole salivari e pancreas) tripsinogeno, colinesterasi, fosfatasi acida prostatica etc. Enzimi Cellulari Lattato deidrogenasi, aminotransferasi, fosfatasi acida e alkalina ossee, creatina chinasi, gamma glutamiltrasferasi etc ITALO ANTONOZZI ELIO GULLETTA MEDICINA DI LABORATORIO LOGICA PATOLOGIA CLINICA PICCIN ITALO ANTONOZZI - ELIO GULLETTA MEDICINA DI LABORATORIO Biomarcatori enzimatici 12 di 48T

Localizzazione Enzimatica Cellulare

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio Gli enzimi sono componenti integrali ed essenziali di tutti i processi metabolici cellulari Nella cellula possono trovarsi:

• liberi nel citosol
• contenuti in organelli subcellulari (mitocondri, re, vescicole, lisosomi)
• nel nucleo cellulare
• legati alla membrana cellulare
• Il quadro enzimatico cellulare è correlato alla funzione svolta dalla cellula e quindi caratteristico e specifico nelle diverse cellule e nei diversi organi
• Inoltre, la concentrazione degli enzimi all'interno della cellula è di parecchie volte (centinaia o migliaia) superiore alla concentrazione che si rileva all'esterno di essa o nel plasma

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Localizzazione Intracellulare di Enzimi

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio Tabella 7.7 Localizzazione intracellulare di alcuni enzimi (da Griffiths J, Pappas NJ Jr., 1988)

Organello Enzima Mitocondri Aspartato Aminotransferasi (AST) Isoenzima Mitocondriale Creatina Kinasi (CK), Isoenzima Mitocondriale Citoplasma Aspartato Aminotransferasi, Isoenzima Citosolico Alanina Aminotransferasi (ALT) Creatina Kinasi Isoenzimi, CK 1-3 Granuli citoplasmatici Lattato Deidrogenasi Isoenzimi, LD1-5 Lisosomi Fosfatasi Acida (ACP) Zimogeno Amilasi (AMY) Lipasi (Lip) Tripsina Immunoreattiva (IRT) ITALO ANTONOZZI ELIO GULLETTA Reticolo endoplasmico Garnma-Glutamil Transferasi (GGT) DI LABORATORIO LOGICA & PATOLOGIA CLINICA Membrana cellulare Fosfatasi Alkalina (ALP) Gamma-Glutamil Transferasi (GGT) Acetilcolina Esterasi (ACE) PICCIN MEDICINA Biomarcatori enzimatici 14 di 48T

Passaggio degli Enzimi all'Esterno della Cellula

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio Il passaggio degli enzimi all'esterno della cellula può avvenire in seguito a:

• eventi di fisiologia cellulare (diffusione, secrezione)
• eventi di patologia cellulare (sofferenza o necrosi)

Gli aumenti o le diminuzioni di attività enzimatiche sieriche sono sempre direttamente correlati con alterazione della funzione cellulare Biomarcatori enzimatici 15 di 48T

Utilizzazione Clinica dei Dosaggi Enzimatici

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio L'utilizzazione clinica dei dosaggi enzimatici nel sangue si basa quindi su:

• differenze nella concentrazione di enzimi che si osservano nei tessuti
• localizzazione intracellulare degli stessi
• presenza di isoenzimi o isoforme specifici per determinati tessuti o cellule

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Correlazione Enzimi e Funzione Cellulare

Università San Raffaele Roma Valeria D'Argenio Poichè gli enzimi sono prevalentemente di origine intracellulare e la loro concentrazione entro la cellula:

1. rispecchia la funzione svolta dalla cellula o dal tessuto
2. è sempre superiore a quella dei liquidi extra-cellulari

eventuali aumenti o diminuzioni nel sangue non possono che essere correlati al passaggio degli enzimi dalla cellula ai fluidi extracellulari Biomarcatori enzimatici 17 di 48