Published November 19, 2014 | Version v1
Publication Open

Clinical utility of chitotriosidase enzyme activity in nephropathic cystinosis

Creators

  • 1. Cairo University
  • 2. KU Leuven
  • 3. Radboud University Nijmegen
  • 4. Radboud University Medical Center
  • 5. de Duve Institute
  • 6. UCLouvain

Description

Nephropathic cystinosis is an inherited autosomal recessive lysosomal storage disorder characterized by the pathological accumulation and crystallization of cystine inside different cell types. WBC cystine determination forms the basis for the diagnosis and therapeutic monitoring with the cystine depleting drug (cysteamine). The chitotriosidase enzyme is a human chitinase, produced by activated macrophages. Its elevation is documented in several lysosomal storage disorders. Although, about 6% of Caucasians have enzyme deficiency due to homozygosity of 24-bp duplication mutation in the chitotriosidase gene, it is currently established as a screening marker and therapeutic monitor for Gaucher's disease. Plasma chitotriosidase activity was measured in 45 cystinotic patients, and compared with 87 healthy controls and 54 renal disease patients with different degrees of renal failure (CKD1-5). Chitotriosidase levels were also correlated with WBC cystine in 32 treated patients. Furthermore, we incubated control human macrophages in-vitro with different concentrations of cystine crystals and monitored the response of tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) and chitotriosidase activity. We also compared plasma chitotriosidase activity in cystinotic knocked-out (n = 10) versus wild-type mice (n = 10). Plasma chitotriosidase activity in cystinotic patients (0–3880, median 163 nmol/ml/h) was significantly elevated compared to healthy controls (0–90, median 18 nmol/ml/h) and to CKD patients (0–321, median 52 nmol/ml/h), P < 0.001 for both groups. Controls with decreased renal function had mild to moderate chitotriosidase elevations; however, their levels were significantly lower than in cystinotic patients with comparable degree of renal insufficiency. Chitotriosidase activity positively correlated with WBC cystine content for patients on cysteamine therapy (r = 0.8), P < 0.001. In culture, human control macrophages engulfed cystine crystals and released TNF-α into culture supernatant in a crystal concentration dependent manner. Chitotriosidase activity was also significantly increased in macrophage supernatant and cell-lysate. Furthermore, chitotriosidase activity was significantly higher in cystinotic knocked-out than in the wild-type mice, P = 0.003. This study indicates that cystine crystals are potent activators of human macrophages and that chitotriosidase activity is a useful marker for this activation and a promising clinical biomarker and therapeutic monitor for nephropathic cystinosis.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

داء السيستين الكلوي هو اضطراب تخزين جسدي جسدي متنحي وراثي يتميز بالتراكم المرضي وتبلور السيستين داخل أنواع الخلايا المختلفة. يشكل تحديد كريات الدم البيضاء للسيستين الأساس للتشخيص والمراقبة العلاجية مع الدواء المستنفد للسيستين (السيستامين). إنزيم الكيتوتريوزيداز هو كيتيناز بشري، ينتج عن طريق البلاعم المنشطة. تم توثيق ارتفاعه في العديد من اضطرابات تخزين الجسيمات الحالّة. على الرغم من أن حوالي 6 ٪ من القوقازيين يعانون من نقص الإنزيم بسبب تماثل الزيجوت لطفرة ازدواجية 24 - bp في جين الكيتوتريوزيداز، إلا أنه تم إنشاؤه حاليًا كعلامة فحص ومراقبة علاجية لمرض غوشيه. تم قياس نشاط الكيتوتريوزيداز في البلازما في 45 مريضا بالسيستين، ومقارنة مع 87 ضابطا صحيا و 54 مريضا بأمراض الكلى مع درجات مختلفة من الفشل الكلوي (CKD1 -5). ارتبطت مستويات الكيتوتريوزيداز أيضًا بسيستين خلايا الدم البيضاء في 32 مريضًا تم علاجهم. علاوة على ذلك، قمنا بحضن الخلايا البلعمية البشرية في المختبر بتركيزات مختلفة من بلورات السيستين وراقبنا استجابة عامل نخر الورم ألفا (TNF - α) ونشاط الكيتوتريوزيداز. كما قارنا نشاط إنزيم الكيتوتريوزيداز في البلازما في الفئران المصابة بالسيستين (العدد = 10) مقابل الفئران من النوع البري (العدد = 10). كان نشاط الكيتوتريوزيداز في البلازما في مرضى السيستين (0-3880، متوسط 163 نانومول/مل/ساعة) مرتفعًا بشكل ملحوظ مقارنة بالضوابط الصحية (0–90، متوسط 18 نانومول/مل/ساعة) ومرضى أمراض الكلى المزمنة (0-321، متوسط 52 نانومول/مل/ساعة)، P < 0.001 لكلا المجموعتين. كان للضوابط ذات الوظيفة الكلوية المنخفضة ارتفاعات خفيفة إلى معتدلة في الشيتوتريوزيداز ؛ ومع ذلك، كانت مستوياتها أقل بكثير من المرضى المصابين بالسيستين الذين يعانون من درجة مماثلة من القصور الكلوي. يرتبط نشاط الكيتوتريوزيداز ارتباطًا إيجابيًا بمحتوى السيستين في خلايا الدم البيضاء للمرضى الذين يتناولون العلاج بالسيستيامين (r = 0.8)، P < 0.001. في المزرعة، ابتلعت البلعمات الضامة للتحكم البشري بلورات السيستين وأطلقت TNF - α في مزرعة طافية بطريقة تعتمد على تركيز البلورة. كما زاد نشاط الكيتوتريوزيداز بشكل كبير في المادة الطافية للبلعمة الكبيرة والليزات الخلوية. علاوة على ذلك، كان نشاط الكيتوتريوزيداز أعلى بكثير في الفئران المصابة بالسيستين مما هو عليه في الفئران البرية، P = 0.003. تشير هذه الدراسة إلى أن بلورات السيستين هي منشطات قوية للبلاعم البشرية وأن نشاط الكيتوتريوزيداز هو علامة مفيدة لهذا التنشيط ومؤشر حيوي سريري واعد ومراقبة علاجية لداء السيستين الكلوي.

Translated Description (French)

La cystinose néphropathique est un trouble héréditaire du stockage lysosomal récessif autosomique caractérisé par l'accumulation pathologique et la cristallisation de la cystine à l'intérieur de différents types cellulaires. La détermination de la cystine dans les globules blancs constitue la base du diagnostic et du suivi thérapeutique avec le médicament appauvrissant la cystine (cystéamine). L'enzyme chitotriosidase est une chitinase humaine, produite par des macrophages activés. Son élévation est documentée dans plusieurs troubles du stockage lysosomal. Bien qu'environ 6 % des Caucasiens présentent un déficit enzymatique dû à l'homozygotie de la mutation de duplication de 24 pb dans le gène de la chitotriosidase, il est actuellement établi comme marqueur de dépistage et moniteur thérapeutique de la maladie de Gaucher. L'activité de la chitotriosidase plasmatique a été mesurée chez 45 patients cystinotiques, et comparée à 87 témoins sains et 54 patients atteints d'insuffisance rénale avec différents degrés d'insuffisance rénale (CKD1-5). Les taux de chitotriosidase ont également été corrélés à la cystine WBC chez 32 patients traités. De plus, nous avons incubé des macrophages humains témoins in vitro avec différentes concentrations de cristaux de cystine et surveillé la réponse de l'activité du facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α) et de la chitotriosidase. Nous avons également comparé l'activité de la chitotriosidase plasmatique chez les souris cystinotiques knocked-out (n = 10) par rapport aux souris de type sauvage (n = 10). L'activité de la chitotriosidase plasmatique chez les patients cystinotiques (0-3880, médiane 163 nmol/ml/h) était significativement élevée par rapport aux témoins sains (0–90, médiane 18 nmol/ml/h) et aux patients atteints d'IRC (0-321, médiane 52 nmol/ml/h), P < 0,001 pour les deux groupes. Les témoins présentant une diminution de la fonction rénale présentaient des élévations légères à modérées de la chitotriosidase ; cependant, leurs taux étaient significativement inférieurs à ceux des patients cystinotiques présentant un degré comparable d'insuffisance rénale. L'activité de la chitotriosidase est positivement corrélée à la teneur en cystine des globules blancs chez les patients sous traitement par cystéamine (r = 0,8), P < 0,001. En culture, les macrophages de contrôle humains ont englouti des cristaux de cystine et libéré du TNF-α dans le surnageant de culture d'une manière dépendante de la concentration cristalline. L'activité de la chitotriosidase était également significativement augmentée dans le surnageant des macrophages et le lysat cellulaire. De plus, l'activité de la chitotriosidase était significativement plus élevée chez les souris KO cystinotiques que chez les souris de type sauvage, P = 0,003. Cette étude indique que les cristaux de cystine sont de puissants activateurs des macrophages humains et que l'activité de la chitotriosidase est un marqueur utile pour cette activation et un biomarqueur clinique et un moniteur thérapeutique prometteurs pour la cystinose néphropathique.

Translated Description (Spanish)

La cistinosis nefropática es un trastorno de almacenamiento lisosómico recesivo autosómico hereditario caracterizado por la acumulación patológica y la cristalización de cistina dentro de diferentes tipos de células. La determinación de cistina en los glóbulos blancos constituye la base para el diagnóstico y la monitorización terapéutica con el fármaco que agota la cistina (cisteamina). La enzima quitotriosidasa es una quitinasa humana, producida por macrófagos activados. Su elevación está documentada en varios trastornos de almacenamiento lisosomal. Aunque alrededor del 6% de los caucásicos tienen deficiencia enzimática debido a la homocigosis de la mutación de duplicación de 24 pb en el gen de la quitotriosidasa, actualmente se establece como marcador de detección y monitor terapéutico para la enfermedad de Gaucher. La actividad de la quitotriosidasa plasmática se midió en 45 pacientes cistinóticos y se comparó con 87 controles sanos y 54 pacientes con enfermedad renal con diferentes grados de insuficiencia renal (CKD1-5). Los niveles de quitotriosidasa también se correlacionaron con la cistina WBC en 32 pacientes tratados. Además, incubamos macrófagos humanos de control in vitro con diferentes concentraciones de cristales de cistina y controlamos la respuesta del factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α) y la actividad de la quitotriosidasa. También comparamos la actividad de la quitotriosidasa plasmática en ratones cistinóticos inactivados (n = 10) frente a ratones de tipo salvaje (n = 10). La actividad de la quitotriosidasa plasmática en pacientes cistinóticos (0-3880, mediana 163 nmol/ml/h) fue significativamente elevada en comparación con los controles sanos (0–90, mediana 18 nmol/ml/h) y con los pacientes con ERC (0-321, mediana 52 nmol/ml/h), P < 0,001 para ambos grupos. Los controles con función renal disminuida tuvieron elevaciones leves a moderadas de la quitotriosidasa; sin embargo, sus niveles fueron significativamente más bajos que en los pacientes cistinóticos con un grado comparable de insuficiencia renal. La actividad de quitotriosidasa se correlacionó positivamente con el contenido de cistina WBC para pacientes en terapia con cisteamina (r = 0.8), P < 0.001. En cultivo, los macrófagos de control humanos engulleron cristales de cistina y liberaron TNF-α en el sobrenadante del cultivo de una manera dependiente de la concentración de cristales. La actividad de quitotriosidasa también aumentó significativamente en el sobrenadante de macrófagos y el lisado celular. Además, la actividad de quitotriosidasa fue significativamente mayor en los ratones cistinóticos inactivados que en los ratones de tipo salvaje, P = 0.003. Este estudio indica que los cristales de cistina son potentes activadores de los macrófagos humanos y que la actividad de la quitotriosidasa es un marcador útil para esta activación y un biomarcador clínico prometedor y un monitor terapéutico para la cistinosis nefropática.

Files

s13023-014-0155-z.pdf

Files (806.2 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9f5b62b1ae25467b398626213630774e
806.2 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
المنفعة السريرية لنشاط إنزيم الكيتوتريوزيداز في داء السيستين الكلوي
Translated title (French)
Utilité clinique de l'activité enzymatique de la chitotriosidase dans la cystinose néphropathique
Translated title (Spanish)
Utilidad clínica de la actividad de la enzima quitotriosidasa en la cistinosis nefropática

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2103098542
DOI
10.1186/s13023-014-0155-z

Is supplement to
https://openalex.org/W61974145 (Other)
https://openalex.org/W4385986964 (Other)
https://openalex.org/W2335149779 (Other)
https://openalex.org/W2168938422 (Other)
https://openalex.org/W2132699392 (Other)
https://openalex.org/W2071484860 (Other)
https://openalex.org/W2029407422 (Other)
https://openalex.org/W1991646155 (Other)
https://openalex.org/W1972670669 (Other)
https://openalex.org/W1549036090 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1509821238
  • https://openalex.org/W1572120594
  • https://openalex.org/W1594652254
  • https://openalex.org/W1945479327
  • https://openalex.org/W1971217129
  • https://openalex.org/W1974030114
  • https://openalex.org/W1985871023
  • https://openalex.org/W1991043772
  • https://openalex.org/W1991808945
  • https://openalex.org/W2005050418
  • https://openalex.org/W2014301861
  • https://openalex.org/W2017112348
  • https://openalex.org/W2020675784
  • https://openalex.org/W2025841990
  • https://openalex.org/W2032895858
  • https://openalex.org/W2036922699
  • https://openalex.org/W2047983009
  • https://openalex.org/W2062108896
  • https://openalex.org/W2064137116
  • https://openalex.org/W2076519529
  • https://openalex.org/W2081839951
  • https://openalex.org/W2092011708
  • https://openalex.org/W2099543480
  • https://openalex.org/W2099746342
  • https://openalex.org/W2104029407
  • https://openalex.org/W2132149007
  • https://openalex.org/W2136988174
  • https://openalex.org/W2141954685
  • https://openalex.org/W2144456776
  • https://openalex.org/W2149297173
  • https://openalex.org/W2155031016
  • https://openalex.org/W2160806937
  • https://openalex.org/W2166467743
  • https://openalex.org/W2166716213
  • https://openalex.org/W2171990628
  • https://openalex.org/W2172282890