Provinciaal Centrum voor Opsporing van Metabole Aandoeningen (PCMA) Lanceerdag Draaiboek ‘neonatale opsporing van aangeboren metabole aandoeningen’ 20 oktober 2009 ‘Neonatale massascreening: wat, waarom, hoe?’ François Eyskens, MD, PhD Provinciaal Centrum voor Opsporing van Metabole Aandoeningen (PCMA) Antwerpen

Guthrie R., Susi A. A simple phenylalanine method for detecting PKU in large populations of newborn infants. Pediatrics 1963; 32:336-343.

PKU: voor neonatale screening Prevalentie: 1:10.000-1:20.000 PREVENTIE VAN MENTALE RETARDATIE PREVENTIE VAN ONTWIKKELEN VAN ZIEKTE

CHT=Congenitale Hypothyrodie; prevalentie: 1:3000-1:4000 90% aanlegstoornissen SK 10% SK hormogenese stoornissen Screening: TSH PREVENTIE VAN MENTALE RETARDATIE PREVENTIE VAN ONTWIKKELEN VAN ZIEKTE

Hypothyroidie: effect van toedienen SK-hormoon

program of all screening centres: 37.3% Biot.D PKU program only performed in the PCMA centre (Antwerp): 62.7% 20,000 neonates per year GAL AGS 5% 6% AA 2% 4.7% 0.3% CHT CF 29% 41% CMD 12% Eyskens F. Doctoraatsthesis, UIA 1997 Vlaanderen: de weg van de vroegtijdige opsporing: van 2, over 3, naar 11 aangeboren stofwisselingsziekten

CRITERIA for Screening Programs (WHO: Wilson & Jungner) Important health problem Asymptomatic stage in natural evolution Accepted treatment for patients Facilities for further diagnosis Suitable test available: simple, reasonably priced, repeatable, sensitive, specific, acceptable Natural history of the disease is well known Screening should be a continuous process Secondary prevention by genetic counseling and prenatal diagnosis

CONGENITALE BIJNIER- HYPERPLASIE (CAH)

CAH: zoutverlies + dehydratatie = Shock en Overlijden!! Meisjes: virilisatie

Virilisatie meisjes met CAH Prader classificatie

Resultaten van de screening op CAH: 17-OH-Progesterone Totaal gescreend: 536.324 (1988-2008) Opgespoord met CAH: 33 (20J,13M) Salt-losing type: Meisjes: 5:13 (38%) Jongens: 18:20 (90%) Meisjes gemist met klinisch onderzoek: 62.5% Vals-negatief: 1 (meisje, simple virilizing form) Vals-positief: zie grafiek Prevalentie: 1:16,000

Evolutie van recall rate 17-OHP 2006-2007-2008 prematuren, zieke neonati

Biotinidase deficientie

Recyclage van het vitamine biotine

Valine Isoleucin Methionine Treonine Odd Chain FFA Cholesterol Leucine Biotinidase deficiëntie: ernstige stofwisselingsziekte door tekort aan biotine. Leucine Glucose 3-hydroxyisovaleric, C5-OH 3-methylcrotonylcoA Fatty acids MCC 3-methylglutaconylcoA ACC MalonylcoA AcetylcoA Pyruvate Ketone bodies, C2 PC Krebs Cycle PropionylcoA, C3 PCC Methylcitric acid Propionylglycine 3-Hydroxy-n-valeric acid Tiglylglycine, C5:1 Lactate MethylmalonylcoA SuccinylcoA

Biotinidase deficiency Autosomaal recessief overerfbare stofwisselingsziekte Wisselend tijdsverloop (weken tot maanden) tussen geboorte en verschijnen van ziekteverschijnselen EN biochemische afwijkingen (de aantasting van de hersenen is reeds vergevorderd vooraleer afwijkingen in bloed en urine worden gevonden) Neurologische afwijkingen: psychomotore achterstand, epilepsie, laryngeale stridor Huid (eczema; infecties) en Haren (haaruitval,alopecie) Immunologische afwijkingen: chronische candida infecties Onbehandeld: evolutie naar metabool coma en dood Behandeling: biotine suppletie: eenvoudig, efficiënt en goedkoop

Turks meisje, leeftijd 16 maanden Biotinidase deficiëntie

Resulten screening biotinidase deficientie Totaal gescreend: 536.324 (1988-2008) Nr of patienten met ernstige def.: 12 Nr of patienten met partiële def.: 5 Vals-positieven (prematuren):0.01% Vals-negatieven: geen gerapporteerd sensitiviteit (%): 100 Vgl: PKU: 100; CHT: 97,6-100 specificiteit (%): 99,99 Vgl: PKU:99,98; CHT: 99,90 Prevalentie ernstige deficiëntie: 1:44.700

Toekomst…… Science Fiction wordt Science voor 1990: One Test-One Analyte-One Disease 1990-2000: One Test-Multiple Analytes-Several Diseases

Normal vs Hyperphenylalaninaemia vs PKU d5-Phe Normal Leu d3-Leu Ala d4-Ala 100 % Phe d6-Tyr Tyr d3-Met 140 160 180 200 220 240 260 280 m/z 100 % Hyperphenylalaninaemia Phe Phe PKU

Piloot studie MSMS screening: Screening voor PKU, vetzurenverbrandingsstoonrnissen MCAD-, MADD-, VLCAD def.,organische acidemiën (MSUD, PA & MMA, GA type I,IVA), en tyrosinemie type 1 (criteria van Wilson&Jungner) Studie over een periode of 2 jaar (2002-2004): ongeveer 60 000 neonati gescreend; idee van prevalentie van de opgespoorde ziektes in onze populatie OPBOUWEN VAN ERVARING (technisch, interpretatie, validatie, problemen en « valkuilen ») Eindrapport pilootstudie: mei 2004 Implementatie van deze screening in het screeningsprogramma: januari 2007

CAVE: vals-positieven Pediatrics 2006;118:448-456

Normal acylcarnitine profile d3-C16 carnitine d3-vrij carnitine 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 m/z 100 % C2 carnitine d3-C3 carnitine C16 carnitine d3-C8 carnitine

Dicarboxylic aciduria

QA scheme organic acidurias ERNDIM 67 % of GC-MS users missed the diagnosis of MCAD deficiency (urine, stable condition) 100% of GC users missed that diagnosis

MCAD deficiency Clinical diagnosis (Arch Dis Child 1998; MCAD deficiency Clinical diagnosis (Arch Dis Child 1998; J Pediatr 1994) Is it possible to make an early diagnosis based on the clinical symptoms and signs? 61 patients-120 patients 46 acutely ill (decompensation) 10 deaths (1/5)-23 deaths (1/5) 6 neurological sequel (17% of survivors): 23/73 cerebral palsy, behavioural problems, psychomotor developmental disturbances(30%) Conclusion:high mortalility and morbidity

MCAD deficiency diagnosis via TandemMS in UK (Arch Dis Child 1999) 41 patients 20-21 patients need hospitalisation in the first years of life: All survived 2 with persisting severe encephalopathy (10%) siblings: 1/5 sudden infant death Conclusion: great improvement in mortality and neurological impairment

Situatie MCADD gevonden in Antwerpen voor screening Theoretisch: 12 patienten/12 jaar, 8 zouden symptomen ontwikkelt hebben ECHTER: 3 (2 A985G mutatie) patienten werden gediagnosticeerd: 2 met hypoglycemie, 1 met Reye-like syndroom als complicatie van varicella Screening resultaten met TandemMSMS (North-Carolina, Pennsylvania, Adelaïde, Sydney, Beieren): prevalentie van MCADD: 1/10.000 to 1/40.000.

Normal vs MCAD deficiency C2 carnitine C16 carnitine C3 carnitine C8 carnitine MCAD deficiency C6 carnitine C10:1 carnitine

Moleculair genetisch analysis: MCADD De meest voorkomende mutatie (>95%) bij MCADD voor de screening

Diagnosis van MCADD tijdens het piloot screeningsprogramma na 1 jaar 2 pt gevonden door MSMS screening op 33.650 gescreende pasgeborenen Prevalentie: 1:17,000 (1:10,000-1:20,000) Molecular genetisch onderzoek: 1 samengesteld heterozygoot voor de mutaties 985G>A en 745G>A (G249R); de laatste is een nieuwe mutatie 1 homozygoot voor 985G>A mutatie

Diagnosis van MCADD: zijn de via de screening gevonden pt echte pt? Frequent voorkomen van onverwacht mutaties in het MCAD-gen bij de door screening opgepikte pt: Pennsylvania,USA Sydney, Australia B. Wilcken:”It is not yet clear which patients (MCADD “variants”) with disorders diagnosed by such screening would have become symptomatic if screening had not been performed”. Opgepast: E.M.Maier, Germany, EMG 2009: nieuwe missense mutaties geven aanleiding tot stoornissen in het MCAD enzyme (thermolabiel; verstoorde structuur,…)

Newborn Screening in the era of multiplex technologies Newborn Screening: Towards a Uniform Screening Panel and System-Executive Summary. American College of Medical Genetics Newborn Screening Expert Group. Pediatrics 2006; 117: S296-S307.

Scoresysteem: wat dient opgespoord te worden via massascreening Scoresysteem: wat dient opgespoord te worden via massascreening? (newborn screening expert group of the American College of Medical Genetics) MCAD,PKU MSUD FAO OA

Andere vetzuuroxidatiestoornissen Vrij Carnitine (C0): Interne kwaliteitsmerker Moeders met carnitine deficiëntie worden opgespoord MADD: MCADD patroon + C5-DC + C14:1 Vroeg- infantiele vorm: congenitale (cerebrale) misvormingen, dysmorfieën, hypotonie; hypoglycemie; niercysten Latere vormen: hypoglycemie; myopathie; sommigen riboflavine-gevoelig VLCADD C14:1: Vroeg-infantiele vorm: Reye-like syndroom, hypoglycemie, cardiomyopathie, leversteathose Latere vormen: hypoglycemie, rhabdomyolysis

Glutaaracidurie type 1 Macrocephalie, fronto-temporale atrofie, acute encephalopathie: Ernstige dystonieën en abnormale bewegingen, leucoencephalopathie

Organische acidemieën/acidurieën Vroegtijdige diagnose is belangrijk in de prognose van Glutaaracidurie 1 (prevalentie ? 1/100.000) GF Hoffman, Neuropediatrics 1996, 27: 115 MSUD (prevalentie 1/ 100.000) gediagnosticeerd gedurende de eerste levensweek verbetert de prognose op neurologisch vlak U Wendel, Karger 1984:335 IVA:goed behandelbare OA, goede prognose MMA, PA: Late onset MMA(CbA, CbB, vit B12 responsief?, prevalentie 1/40.000) Invloed op prognose? Goed B. Wilcken, Pediatrics 2009; 124:e241-e248

Organische acidemieën/acidurieën Vroegtijdige diagnose is belangrijk in de prognose van Glutaaracidurie 1 (prevalentie ? 1/100.000) GF Hoffman, Neuropediatrics 1996, 27: 115 MSUD (prevalentie 1/ 100.000) gediagnosticeerd gedurende de eerste levensweek verbetert de prognose op neurologisch vlak U Wendel, Karger 1984:335 IVA:goed behandelbare OA, goede prognose MMA, PA: Late onset MMA(CbA, CbB, vit B12 responsief?, prevalentie 1/40.000) Invloed op prognose? B. Wilcken, Pediatrics 2009; 124:e241-e248 eigen bevindingen: geen effect op psychomotore evolutie

Summary of intracellular processing of cobalamin Suormala, T. et al. J. Biol. Chem. 2004;279:42742-42749

Normal vs Propionic acidaemia C2 carnitine Normal C16 carnitine C3 carnitine C3 carnitine Propionic acidaemia

Aanvullende onderzoeken ter bevestiging: Zie later: Lezing van prof.dr. R. Van Coster

MS/MS “brede” screening, Brussel 1999-2004 versus “afgelijnde” screening, Antwerpen 2002-2008 120.000-185.000 gescreende pasgeborenen PKU 10/11 1 / 12.000-15.000 Hyper-PHE 8 1 / 15.000 Tyrosinemia I 1/ 1 1 / 120.000-1.185.000 MCADD 8 /13 1 / 14.000 Glutaric aciduria I 1/ 0 1 / 120.000 Propionic aciduria 2/ 0 1 / 60.000 Isovaleric aciduria 1/ 1 1 / 120.000 MM aciduria 2/ 3 1 / 55.000-60.000 3-Me-glutaconic aciduria 1 1 / 120.000 MADD 1/ 1 1 / 120.000-185.000 MCD (biotine responsive) 0/ 1 1/ 185.000

MSMS-screening heeft ook beperkingen: vb. TYR 1

Vergelijking: Core panel USA-Vlaanderen OA FAO AA Hb ander IVA MCAD PKU HbSS CH GA1 VLCAD MSUD HbS/bTh CAH HMG LCHAD HCY HbS/C BIOT MCD TFP CIT1 GALT MMA CUD ASA HEAR PA TYR1 CF BKT MADD OA FAO AA Hb ander IVA MCAD PKU CH GA1 VLCAD MSUD CAH HMG LCHAD HCY BIOT MCD TFP CIT1 GALT MMA CUD? ASA HEAR PA TYR1 CF BKT MADD

Toekomst: screening op Lysosomale Stapelings- Ziekten: vb Toekomst: screening op Lysosomale Stapelings- Ziekten: vb. Ziekte van Pompe Cytoplasm Pompe disease X Glycogen Glucose-1-P Glycogenn Nucleus Chen Y-T. In: Harrison’s Principles of Internal Medicine. 2001:2281-2289. Hirschhorn R, et al. In: The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease. 2000:3389-3420.

Newborn screening for Fabry disease ITALY 37,104 male infants Recall: 41 Positive cases: 12 Mutation found: 12 Prevalence: 1:3,100 7:1 ratio of patients with late-onset disease JAPAN: 81,598 (2Y6M) Recall: 236 Positive cases: 16 11 boys 5 girls Mutation found in 11 cases Prevalence: 1:6,800 or 1:5800 males

Newborn screening for Fabry disease ITALY 37,104 male infants Recall: 41 Positive cases: 12 Mutation found: 12 Prevalence: 1:3,100 7:1 ratio of patients with late-onset disease JAPAN: 81,598 (2Y6M) Recall: 236 Positive cases: 16 11 boys 5 girls Mutation found in 11 cases Prevalence: 1:6,800 or 1:5800 males Ethische vraagtekens

CONCLUSIES Multiplex technologie MSMS heeft de neonatale massascreening enorm verrijkt en verruimd, doch met blijvende beperkingen Neonatale massa screening programma’s: Worden niet bepaald door de beschikbare technologie Verschillen naargelang de populatie die gescreend wordt Screening is geen statisch doch een dynamisch proces

Dank u !! PCMA Eddy Philips Els Knaepkens Wendy Peeters Vlaamse Gemeenschap en Bestendige Deputatie van Provinciebestuur Antwerpen Alle collegae van Vlaanderen, België, Nederland en Luxemburg Dank u !!