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EU-Project number / Contract (GA) number
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Highlights
• The GLA variant S126G is not associated with Fabry symptoms in the presented case
• S126G has no effect on α-GAL A activity or Gb3 levels in this patient
• S126G sensory neurons show no electrophysiological abnormalities
Abstract
Fabry disease (FD) is a life-limiting disorder characterized by intracellular globotriaosylceramide (Gb3) accumulations. The underlying α-galactosidase A (α-GAL A) deficiency is caused by variants in the gene GLA. Variants of unknown significance (VUS) are frequently found in GLA and challenge clinical management. Here, we investigated a 49-year old man with cryptogenic lacunar cerebral stroke and the chance finding of the VUS S126G, who was sent to our center for diagnosis and initiation of a costly and life-long FD-specific treatment. We combined clinical examination with in vitro investigations of dermal fibroblasts (HDF), induced pluripotent stem cells (iPSC), and iPSC-derived sensory neurons. We analyzed α-GAL A activity in iPSC, Gb3 accumulation in all three cell types, and action potential firing in sensory neurons. Neurological examination and small nerve fiber assessment was normal except for reduced distal skin innervation. S126G iPSC showed normal α-GAL A activity compared to controls and no Gb3 deposits were found in all three cell types. Baseline electrophysiological characteristics of S126G neurons showed no difference compared to healthy controls as investigated by patch-clamp recordings. We pioneer multi-level cellular characterization of the VUS S126G using three cell types derived from a patient and provide further evidence for the benign nature of S126G in GLA, which is of great importance in the management of such cases in clinical practice.
Affective and cognitive behavior in the alpha-galactosidase A deficient mouse model of Fabry disease
(2017)
Fabry disease is an X-linked inherited lysosomal storage disorder with intracellular accumulation of globotriaosylceramide (Gb3) due to α-galactosidase A (α-Gal A) deficiency. Fabry patients frequently report of anxiety, depression, and impaired cognitive function. We characterized affective and cognitive phenotype of male mice with α-Gal A deficiency (Fabry KO) and compared results with those of age-matched male wildtype (WT) littermates. Young (3 months) and old (≥ 18 months) mice were tested in the naïve state and after i.pl. injection of complete Freund`s adjuvant (CFA) as an inflammatory pain model. We used the elevated plus maze (EPM), the light-dark box (LDB) and the open field test (OF) to investigate anxiety-like behavior. The forced swim test (FST) and Morris water maze (MWM) were applied to assess depressive-like and learning behavior. The EPM test revealed no intergroup difference for anxiety-like behavior in naïve young and old Fabry KO mice compared to WT littermates, except for longer time spent in open arms of the EPM for young WT mice compared to young Fabry KO mice (p<0.05). After CFA injection, young Fabry KO mice showed increased anxiety-like behavior compared to young WT littermates (p<0.05) and naïve young Fabry KO mice (p<0.05) in the EPM as reflected by shorter time spent in EPM open arms. There were no relevant differences in the LDB and the OF test, except for longer time spent in the center zone of the OF by young WT mice compared to young Fabry KO mice (p<0.05). Complementary to this, depression-like and learning behavior were not different between genotypes and age-groups, except for the expectedly lower memory performance in older age-groups compared to young mice. Our results indicate that genetic influences on affective and cognitive symptoms in FD may be of subordinate relevance, drawing attention to potential influences of environmental and epigenetic factors.
Background
Fabry disease (FD) is an X-linked multisystemic disorder with a heterogeneous phenotype. Especially atypical or late-onset type 2 phenotypes present a therapeutical dilemma.
Methods
To determine the clinical impact of the alpha-Galactosidase A (GLA) p.A143T/ c.427G > A variation, we retrospectively analyzed 25 p.A143T patients in comparison to 58 FD patients with other missense mutations.
Results
p.A143T patients suffering from stroke/ transient ischemic attacks had slightly decreased residual GLA activities, and/or increased lyso-Gb3 levels, suspecting FD. However, most male p.A143T patients presented with significant residual GLA activity (~50 % of reference), which was associated with normal lyso-Gb3 levels. Additionally, p.A143T patients showed less severe FD-typical symptoms and absent FD-typical renal and cardiac involvement in comparison to FD patients with other missense mutations. Two tested female p.A143T patients with stroke/TIA did not show skewed X chromosome inactivation. No accumulation of neurologic events in family members of p.A143T patients with stroke/transient ischemic attacks was observed.
Conclusions
We conclude that GLA p.A143T seems to be most likely a neutral variant or a possible modifier instead of a disease-causing mutation. Therefore, we suggest that p.A143T patients with stroke/transient ischemic attacks of unknown etiology should be further evaluated, since the diagnosis of FD is not probable and subsequent ERT or chaperone treatment should not be an unreflected option.
Background
Fabry disease (FD) is an X-linked recessive hereditary lysosomal storage disorder which results in the accumulation of globotriaosylceramid (Gb3) in tissues of kidney and heart as well as central and peripheral nervous system.
Besides prominent renal and cardiac organ involvement, cochlear symptoms like high-frequency hearing loss and tinnitus are frequently found with yet no comprehensive data available in the literature.
Objective
To examine hearing loss in patients with FD depending on cardiac and renal function.
Material and methods
Single-center study with 68 FD patients enrolled between 2012 and 2016 at the Department of Oto-Rhino-Laryngology, Plastic, Aesthetic and Reconstructive Head and Neck Surgery of the University of Würzburg. Every subject underwent an oto-rhino-laryngological examination as well as behavioral, electrophysiological and electroacoustical audiological testing. High-frequency thresholds were evaluated by using a modified PTA\(_{6}\) (0.5, 1, 2, 4, 6, 8) and HF-PTA (6, 8 kHz). Renal function was measured by eGFR, cardiac impairment was graduated by NYHA class.
Results
Sensorineural hearing loss was detected in 58.8% of the cohort, which occurred typically in sudden episodes and affected especially high frequencies. Hearing loss is asymmetric, beginning unilaterally and affecting the contralateral ear later. Tinnitus was reported by 41.2%. Renal and cardiac impairment influenced the severity of hearing loss (p < 0.05).
Conclusions
High frequency hearing loss is a common problem in patients with FD. Although not life-threatening, it can seriously reduce quality of life and should be taken into account in diagnosis and therapy. Optimized extensive hearing assessment including higher frequency thresholds should be used.
Long-term treatment effect studies in large female Fabry patient groups are challenging to design because of phenotype heterogeneity and lack of appropriate comparison groups, and have not been reported. We compared long-term cardiomyopathy and kidney function outcomes after agalsidase beta treatment with preceding treatment-naive outcomes.
Methods and results Self-controlled pretreatment and post-treatment comparison (piecewise mixed linear modelling) included Fabry female patients ≥18 years at treatment initiation who received agalsidase beta (0.9–1.1 mg/kg every other week) for ≥2 years, with ≥2 pretreatment and ≥2 post-treatment outcome measurements during 10-year follow-up. Left ventricular posterior wall thickness (LVPWT)/interventricular septal thickness (IVST) and estimated glomerular filtration rate (eGFR, Chronic Kidney Disease Epidemiology Collaboration creatinine equation) analyses included 42 and 86 patients, respectively, aged 50.0 and 46.3 years at treatment initiation, respectively. LVPWT and IVST increased pretreatment (follow-up 3.5 years) but stabilized during 3.6 years of treatment (LVPWT: n = 38, slope difference [95% confidence interval (CI)] = - 0.41 [ - 0.68, - 0.15] mm/year, P\(_{pre–post difference}\)<0.01; IVST: n = 38, slope difference =-0.32 [-0.67, 0.02] mm/year, P\(_{pre–post difference}\) = 0.07). These findings were not modified by renal involvement or antiproteinuric agent use. Compared with the treatment-naive period (follow-up 3.6 years), eGFR decline remained modest and stabilized within normal ranges during 4.1 years of treatment (slope difference, 95% CI: -0.13 [-1.15, 0.89] mL/min/1.73m\(^2\)/year, P\(_{pre–post difference}\) = 0.80).
Conclusions Cardiac hypertrophy, progressing during pretreatment follow-up, appeared to stabilize during sustained agalsidase beta treatment. eGFR decline remained within normal ranges. This suggests that treatment may prevent further Fabry-related progression of cardiomyopathy in female patients and maintain normal kidney function.
Background
X-chromosomal inheritance patterns and generally rare occurrence of Fabry disease (FD) account for mono-mutational hemizygous male and heterozygous female patients. Female mutation carriers are usually clinically much less severely affected, which has been explained by a suggested mosaicism in cell phenotype due to random allele shutdown. However, clinical evidence is scarce and potential additional effects in female gene carriers, which might account for specific clinical characteristics such as less severe chronic kidney disease, are yet unknown.
Case presentation
This article reports on a 45 year old female patient carrying the two alpha-galactosidase A gene mutations c.416A > G, p.N139S in exon 3 and c.708G > C, p.W236C in exon 5, but still showing only mild organ manifestations.
Conclusion
This current case highlights the importance of careful clinical characterization in patients with Fabry disease, who may show additional rare constellations and, therefore, are in need of personalized medicine. The impact of potential additional protective effects exceeding the presence of a non-pathogenic GLA allele in female gene carriers requires further investigation.
Background
Fabry Disease (FD) is an X-linked hereditary lysosomal storage disorder which leads to a multisystemic intralysosomal accumulation of globotriaosylceramid (Gb3). Besides prominent renal and cardiac organ involvement, patients commonly complain about vestibulocochlear symptoms like high-frequency hearing loss, tinnitus and vertigo. However, comprehensive data especially on vertigo remain scarce. The aim of this study was to examine the prevalence and characteristics of vertigo and hearing loss in patients with FD, depending on renal and cardiac parameters and get hints about the site and the pattern of the lesions.
Methods
Single-center study with 57 FD patients. Every patient underwent an oto-rhino-laryngological examination as well as videonystagmography and vestibular evoked myogenic potentials (VEMPs) and audiological measurements using pure tone audiometry and auditory brainstem response audiometry (ABR). Renal function was measured by eGFR, cardiac impairment was graduated by NYHA class.
Results
More than one out of three patients (35.1%) complained about hearing loss, 54.4% about vertigo and 28.1% about both symptom. In 74% a sensorineural hearing loss of at least 25 dB was found, ABR could exclude any retrocochlear lesion. Caloric testing showed abnormal values in 71.9%, VEMPs were pathological in 68%. A correlation between the side or the shape of hearing loss and pathological vestibular testing could not be revealed.
Conclusions
Hearing loss and vertigo show a high prevalence in FD. While hearing loss seems due to a cochlear lesion, peripheral vestibular as well as central nervous pathologies cause vertigo. Thus, both the site of lesion and the pathophysiological patterns seem to differ.
Fabry disease is an X-linked lysosomal storage disorder due to impaired activity of alpha-galactosidase A with intracellular accumulation of globotriaosylceramide. Associated small fiber pathology leads to characteristic pain in Fabry disease. We systematically assessed sensory system, physical activity, metabolic parameters, and morphology of male and female mice with alpha-galactosidase A deficiency (Fabry ko) from 2 to 27 months of age and compared results with those of age- and gender-matched wild-type littermates of C57Bl/6J background. Results From the age of two months, male and female Fabry mice showed mechanical hypersensitivity (p < 0.001 each) compared to wild-type littermates. Young Fabry ko mice of both genders were hypersensitive to heat stimulation (p < 0.01) and developed heat hyposensitivity with aging (p < 0.05), while cold hyposensitivity was present constantly in young (p < 0.01) and old (p < 0.05) Fabry ko mice compared to wild-type littermates. Stride angle increased only in male Fabry ko mice with aging (p < 0.01) in comparison to wild-type littermates. Except for young female mice, male (p < 0.05) and female (p < 0.01) Fabry ko mice had a higher body weight than wild-type littermates. Old male Fabry ko mice were physically less active than their wild-type littermates (p < 0.05), had lower chow intake (p < 0.001), and lost more weight (p < 0.001) in a one-week treadmill experiment than wild-type littermates. Also, Fabry ko mice showed spontaneous pain protective behavior and developed orofacial dysmorphism resembling patients with Fabry disease.
Conclusions. Mice with alpha-galactosidase A deficiency show age-dependent and distinct deficits of the sensory system. alpha-galactosidase A-deficient mice seem to model human Fabry disease and may be helpful when studying the pathophysiology of Fabry-associated pain.
Der Morbus Fabry ist eine X-chromosomal rezessive lysosomale Speicherkrankheit, es resultiert eine verminderte Aktivität des Enzyms alpha-Galaktosidase-A. Diese führt zu einer Einlagerung von Globotriaosylceramiden in verschiedenen Organsystemen. Neben Niere und Nervensystem ist das Herz einer der Hauptmanifestationsorte der Erkrankung. Der Morbus Fabry führt unbehandelt zu einer ventrikulären Hypertrophie, verminderten linksventrikulären Funktion und schließlich zu einer myokardialen Fibrosierung. Viele Patienten sterben aufgrund einer progredienten Herzinsuffizienz. Seit 2001 steht mit der Enzymersatztherapie (ERT), die alpha-Galaktosidase substituiert, eine kausale Behandlung des Enzymdefekts zur Verfügung. Erste, auf einen kurzen Zeitraum (bis zu 12 Monate) angelegte, klinische Studien bei Patienten mit Morbus Fabry haben positive Effekte in Hinblick auf die Funktion und Morphologie des Herzens bei Fabry-Patienten gezeigt. Jedoch zeigten die untersuchten Patienten untereinander oft deutlich unterschiedliche Therapieeffekte. Die Langzeiteffekte einer Enzymersatztherapie, insbesondere in Hinblick auf eine zunehmende Fibrosierung des Herzens als Prognose-Parameter im Laufe der Erkrankung, wurden bisher nicht untersucht. Auch fehlen Daten für eine Aussage über den frühestnötigen Therapiezeitpunkt. Diese Untersuchungen erfolgen zum ersten Mal im Rahmen dieser Studie. Es wurden 30 Patienten (42±7 Jahre) mit genetisch gesichertem Morbus Fabry vor Therapie und nach 1, 2 und 3 Jahren unter Enzymersatztherapie untersucht. Behandelt wurde mit 1.0 mg/kg Körpergewicht rekombinanter alpha-Galaktosidase A (agalsidase ß, Fabrazyme®). Es erfolgten Magnetresonanztomographie- und echokardiographische Untersuchungen. Die echokardiographischen Untersuchungsergebnisse wurden mit einer Kohorte von 20 Herzgesunden verglichen. Neben der Bestimmung echokardiographischer Standardwerte wie der Septum- und Hinterwandstärke und der diastolischen Funktion erfolgte eine Evaluierung der regionalen myokardialen Funktion mittels Gewebedoppler (Strain und Strain Rate Imaging sowie Double Peak-Technik). Im Magnetresonanztomographen (MRT) erfolgte die Detektion eines eventuellen Late Enhancements als Marker für myokardiale Fibrose. Die Patienten wurden anhand des Late Enhancements im MRT in drei Gruppen eingeteilt: Keine Fibrose (n=12), Fibrose in einer (n=9) und Fibrose in mehreren Regionen (n=9). Nur die Gruppe, die Baseline keine Fibrose aufwies zeigte unter dreijähriger ERT eine Normalisierung der Wanddicke und eine funktionelle Normalisierung der regionalen Herzfunktion (Strain Rate radial: von 2,3±0,4s-1 auf 2,9±0,7s-1; p<0,05; Vergleichskollektiv: 2,8±0,5s-1). Die anderen beiden Gruppen zeigten zwar einen Rückgang der Hypertrophie, hinsichtlich der Herzfunktion konnten sie jedoch bei bereits deutlich erniedrigten Funktionswerten zum Baseline-Zeitpunkt lediglich stabilisiert werden. Bei rechtzeitigem Therapiebeginn scheint die Enzymersatztherapie eine effektive Behandlung des Herzens bei Morbus Fabry zu ermöglichen. Diese Langzeitstudie zur Enzymersatztherapie bei Morbus Fabry über 3 Jahre zeigt jedoch deutlich, dass dies nur bei noch nicht fibrotisch verändertem Herzen gilt. Die Indikation zur Enzymersatztherapie sollte daher aus kardiologischer Sicht frühzeitig gestellt werden.
Einführung M. Fabry ist eine x-chromosomal vererbte Enzymmangelerkrankung und führt zu progressiver Niereninsuffizienz und hypertropher Kardiomyopathie. Ziel dieser Studie war die Analyse der kardialen Veränderungen im Rahmen der Erkrankung und unter Enzymersatztherapie (ERT) mittels kontrastmittelgestützter Magnetresonanztomographie (MRT). Material und Methoden 25 Patienten (4 Frauen, Alter 18-55 Jahre) mit genetisch bestätigtem M. Fabry wurden vor und nach 12 Monaten ERT mit Fabrazyme® untersucht. Es erfolgte eine umfassende Analyse morphologischer und funktioneller Parameter des linken Ventrikels (LV) mit Fokussierung auf regionale Wandveränderungen sowie Late Enhancement (LE). Eine Gruppe von 43 gesunden Probanden diente als Kontrollgruppe. Ergebnisse Vor Therpiebeginn war bei 50% aller Patienten eine LV Hypertrophie mit erhöhter enddiastolischen Wanddicke (EDWT) nachweisbar. Die ERT führte zu einer Reduktion der EDWT und der LV Masse um 3,6 bis 10,3% innerhalb von 12 Monaten. Die initial erhöhten LV Volumina nahmen ebenfalls unter Therapie ab. Männliche Patienten wiesen eine eingeschränkte Ejektionsfraktion (EF) auf als Zeichen einer globalen Herzinsuffizienz, welche sich unter Therapie signifikant verbesserte. Die segmentale Analyse der systolischen Wanddickenzunahme (WT) zeigte teils ausgedehnte Wandbewegungsstörungen und eine Verbesserung der Kontraktilität unter ERT. Letztere war am stärksten ausgeprägt, wenn kein LE vorhanden war. Ein LE in der LV Seitenwand ist charakteristisch für M. Fabry und konnte bei 11 von 21 männlichen Patienten nachgewiesen werden mit einem Volumen von durchschnittlich 1,9 ± 1,8% der LV Masse. Das Ausmaß nahm häufig unter Therapie noch zu, es kam zu keiner Reduktion. Allerdings wurde auch kein Neuauftreten beobachtet. Frauen waren nicht betroffen. Das Alter LE-positiver Patienten lag etwa 10 Jahre über dem LE-negativer Patienten. Im Frauenkollektiv war die LV Hypertrophie geringer ausgeprägt als bei männlichen Patienten, lag aber dennoch über dem Normwert. Zwar war der Schweregrad der segmentalen Hypertrophie geringer, aber die regionale Verteilung war dennoch ähnlich der bei männlichen Patienten und blieb unter ERT auf hohem Niveau konstant. Auch die regionale Kontraktilität war mäßig beeinträchtigt und durchaus vergleichbar mit dem Ausmaß der Wandbewegungsstörungen bei LE-negativen männlichen Patienten. Bei Frauen war keine globale LV Insuffizienz nachweisbar. Dennoch belegen die erhöhte LV Wanddicke und segmentale Hypokinesien eine messbare kardiale Beeinträchtigung durch M. Fabry auch bei heterozygoten Patienten. Fazit Insgesamt erwies sich die MRT des Herzens als ideales Instrument zur strahlungsfreien Überwachung von Fabry Patienten unter ERT. So können bereits diskrete und regional beschränkte Veränderungen mit hoher Reliabilität diagnostiziert werden, auch in Regionen, die der Echokardiographie nur schwer zugänglich sind. Die LV Masse ist bereits in frühen Krankheitsstadien erhöht und korreliert gut mit der allgemeinen Erkrankungsschwere. Desweiteren impliziert die enge Verknüpfung zwischen Hypertrophie, erhöhten LV Volumina, Wandbewegungsstörungen und letztenendes globaler Herzinsuffizienz, dass die LV Hypertrophie einen wichtigen und früh sichtbaren Risikofaktor darstellt. Das LE als Zeichen der myokardialen Fibrose in späten Erkrankungsstadien ist irreversibel, ebenfalls eng verbunden mit der kardialen Funktion und scheint ein weiterer Risikofaktor zu sein für ein vermindertes Therapieansprechen. Mit dem Auftreten eines LE und zunehmenden LE-Scores erhöht sich die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer LV Hypertrophie und von Wandbewegungsstörungen. Das Patientenalter hatte keinen offensichtlichen Einfluss auf die Wirkung der ERT. Es gibt jedoch Hinweise auf eine Art „point of no return“, jenseits dessen der Therapieeffekt - zumindest das Herz betreffend - begrenzt zu sein scheint.