معلومة

هل يحدث الجالاكتوز قبل أو بعد ترانسفيراز الجالاكتوز؟

هل يحدث الجالاكتوز قبل أو بعد ترانسفيراز الجالاكتوز؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يظهر ما يلي مسار مسار البروتين.

السؤال هو "أين يحدث الجالاكتوز (GAL) لأول مرة" على سبيل المثال ، في أي كتلة أعلاه تم احتواء الجالاكتوز لأول مرة؟

يتم تعريف ترانسفيراز على أنه (ويكيبيديا):

أي فئة من الإنزيمات التي تقوم بنقل مجموعات وظيفية محددة (مثل مجموعة الميثيل أو الجليكوزيل) من جزيء واحد (يسمى المتبرع) إلى آخر (يسمى المستقبل)

هذا التعريف الخاص بالترانسفيريز مربك على النحو التالي:

  • السؤال لا يظهر أي مجموعات وظيفية أليس كذلك؟
  • من خلاله ، لا يمكنني معرفة ما إذا كان الجالاكتوز ترانسفيراز هو الجزيء المتبرع أو المستقبِل

لا يمكنني تحديد ما إذا كان الجالاكتوز يحدث أولاً في S (كمتبرع) ويتم نقله إلى متقبل عند الوصول إلى T ، أو إذا كان متبرع آخر يشكل الجالاكتوز (كمستقبل) بعد S ، مما يتسبب في احتواء T على الجالاكتوز.


الجالاكتوز في الدم الكلاسيكي

يؤثر الجالاكتوز في الدم بين 1: 16000 [1] إلى 1: 60.000 [2] فرد.

الجالاكتوز في الدم الكلاسيكي (ORPHA79239) هو اضطراب استقلابي وراثي وراثي ناتج عن نقص نشاط الجالاكتوز -1 فوسفات يوريديل ترانسفيراز (GALT) ، نتيجة الطفرات في جالت الجين. GALT هو الثاني من بين ثلاثة إنزيمات في مسار ليلوار - المسار الرئيسي لاستقلاب الجالاكتوز.

هناك حاجة إلى الجالاكتوز لاستقلاب الطاقة والجليكوزيل للجزيئات المعقدة. يمكن اشتقاقه بطريقتين: إما من مصادر خارجية (غذائية) مثل اللاكتوز من منتجات الألبان ، أو عن طريق الإنتاج الداخلي. يؤدي نقص إنزيم GALT إلى تراكم الجالاكتوز ومستقلباته في الجسم ويؤدي إلى تشوهات ثانوية في الارتباط بالجليكوزيل [3].

يتم تشخيص جميع الأطفال المولودين في الولايات المتحدة المصابين بالجالاكتوز في الدم تقريبًا من خلال برامج فحص حديثي الولادة.

تظهر أعراض الجالاكتوز في الدم خلال الأسابيع القليلة الأولى من الحياة مع علامات أمراض الكبد والكلى وإعتام عدسة العين وتسمم Escherichia coli. يحل النظام الغذائي المقيّد بالجلاكتوز العلامات المبكرة للجالاكتوز في الدم ، ولكنه لا يمنع تطور المضاعفات اللاحقة ، مثل:

  • الضعف الادراكي
  • عقابيل عصبية
  • تشوهات صحة العظام
  • قصور المبيض الأولي (POI) مع العقم اللاحق [3]

تقريبا كل أنثى مصابة بالجالاكتوز في الدم الكلاسيكي تصاب بقصور المبيض الأولي (POI) كمضاعفات لا تعتمد على النظام الغذائي للمرض [4]. يمكن أن تختلف نقاط الاهتمام من ضعف الخصوبة إلى التطور المبكر لدورات الحيض غير المنتظمة والعقم وانقطاع الطمث الأولي وغياب البلوغ التلقائي. الآليات التي تسبب ضعف المبيض غير معروفة. تتضمن الآليات المفترضة لضعف المبيض ما يلي:

  • السمية المباشرة للمستقلبات (أي الجالاكتوز -1 الفوسفات)
  • التعبير الجيني المتغير
  • الوظيفة الشاذة للهرمون و / أو المستقبلات بسبب تشوهات الارتباط بالجليكوزيل [3]

بشكل عام ، يحدث POI إما عن طريق تكوين مجموعة بصيلات بدائية أصغر أو فقدان أسرع للبصيلات البدائية [3]. وقد شوهدت أدلة على كلا الأمرين في الأفراد المصابين بالجالاكتوز في الدم. تم الإبلاغ عن حديثي الولادة مع المبايض الطبيعية المورفولوجية مع وفرة من ooctyes وتكوين الجريبات الطبيعي [5،6]. لدى المراهقين (16-17 عامًا) نتائج نسيجية تظهر انخفاضًا كبيرًا في عدد البصيلات ، متفاوتة من عدد البصيلات الأقل بكثير مما هو متوقع للعمر [7] إلى الغياب التام تقريبًا [8،9]. بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على المرضى الذين تتراوح أعمارهم بين 9-21 سنة عن طريق الموجات فوق الصوتية أو تنظير البطن / البطن ليكون لديهم ترقق عضلي [9،10] أو خط المبايض [8].

من الممكن أن تتشكل مجموعة طبيعية من الجريبات البدائية ، ولكنها تعاني من رتق بسرعة أكبر ويمكن أن يتضرر المبيض بشدة عند الفتيات في سن ما قبل البلوغ الصغير جدًا [3].

يجب تقديم خيارات الحفاظ على الخصوبة للإناث المصابات بالجالاكتوز في الدم الكلاسيكي في أقرب وقت ممكن. يتم حاليًا تقديم ثلاث إجراءات للحفاظ على الخصوبة للفتيات والنساء المحتاجات إلى الحفاظ على الخصوبة ، وهي:

يعتبر تجميد الأجنة والبويضات ، من الناحية النظرية ، أفضل الخيارات لهؤلاء المرضى. ومع ذلك ، تتطلب كلتا الطريقتين تحفيز المبيض. Gubbels et al. (2013) أجرى تحفيز المبيض في 15 مريضًا من الجالاكتوز في الدم الكلاسيكيين ، تتراوح أعمارهم بين 15 و 36 عامًا ، وأظهر إنتاج استراديول ضعيفًا في جميع المرضى باستثناء واحد [11]. لذلك ، من المحتمل ألا ينجح الحفاظ على الخصوبة لدى مرضى Galactosemia الكلاسيكيين الأكبر سنًا بعد البلوغ لأن احتياطي المبيض قد يكون ضعيفًا. بالنظر إلى ضعف إنتاج الإستراديول والانخفاض السريع في تجمع الجريبات في الجالاكتوز في الدم الكلاسيكي ، قد يحتاج هؤلاء المرضى إلى الحفاظ على الخصوبة أثناء الرضاعة أو الطفولة المبكرة ، مما يحد بشكل خطير من خيارات الحفاظ على الخصوبة. التقنيات التي تتطلب تحفيز المبيض ، مثل حفظ الأجنة والبويضات بالتبريد ، ليست مناسبة للفتيات قبل سن البلوغ بسبب عدم نضوج محور المبيض تحت المبيض - تحت المبيض - ، مما يجعل الحفظ بالتبريد لأنسجة المبيض التقنية الوحيدة المتاحة لهذه الفئة العمرية.

قد ترغب الإناث المصابات بالجالاكتوز في الدم الكلاسيكي في متابعة خيارات أخرى ، بما في ذلك تبني البويضات أو التبرع بها لتحقيق الحمل. بالإضافة إلى ذلك ، تقترح أمهات الفتيات المصابات بالجالاكتوز في الدم الكلاسيكي في كثير من الأحيان التبرع بالبويضات لبناتهن. قد يكون من الضروري تجميد بويضات الأم في المستقبل إذا لم يكن المريض مستعدًا للأطفال في وقت التبرع [3].

تحدث حالات الحمل العفوي في الجالاكتوز في الدم الكلاسيكي ، مما يدل على أن الحمل ممكن في بعض المرضى [3]. من المهم توعية المرضى بحدوث الحمل التلقائي ، والسماح لهم بمحاولة الحمل بشكل عفوي ، وتجنب حالات الحمل غير المخطط لها. Gubbels et al. (2008) كان لديه مجموعة من 22 مريضًا يعانون من Galactosemia الكلاسيكي و POI. حاول 9 مرضى في المجموعة الحمل ونجحوا 4 ، مما أدى إلى نسبة نجاح بلغت 44٪. يتطلب حجم العينة الصغير مزيدًا من الدراسات في مجموعات أكبر. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم أن نلاحظ أن معظم النساء اللائي أصبحن حوامل بشكل عفوي مررن بالبلوغ الطبيعي ووصلن إلى الحيض تلقائيًا ، مما يشير إلى أن هذه قد تكون عوامل تنبؤية لزيادة فرصة الحمل التلقائي [12].

فان إرفن وآخرون. (2013) نشرت التوصيات التالية بناءً على رأي الخبراء بشأن الحفاظ على الخصوبة لدى مرضى الجالاكتوز في الدم الكلاسيكيين الإناث:

  • يجب أن يؤكد الأطباء أن حالات الحمل التلقائي تحدث عند النساء المصابات بالجالاكتوز في الدم الكلاسيكي ، حتى بعد تشخيص POI.
  • إذا كان الحفاظ على الخصوبة مرغوبًا فيه ، فإن الحفظ بالتبريد في سن ما قبل البلوغ المبكر كجزء من الأبحاث المعتمدة حاليًا يبدو أنه الخيار الأفضل.
  • يجب على لجنة الأخلاقيات في المستشفى أو أي هيئة مستقلة أخرى مراجعة قرار الوالدين قبل إجراء الحفاظ على الخصوبة.
  • يجب أن تشارك لجنة الأخلاقيات في المستشفى أو أي هيئة مستقلة أخرى في اتخاذ القرار المتعلق باستخدام المواد المحفوظة بالتبريد.
  • إذا رغب المريض في الحمل ، يُنصح بفترة سنة واحدة لمحاولة الحمل التلقائي لتجنب الاستخدام غير الضروري لتقنيات الإنجاب المساعدة.
  • قد يكون التبرع بالبويضات المجهولة أو داخل الأسرة خيارًا آخر لمرضى الجالاكتوز في الدم الكلاسيكيين إذا لم يحدث الحمل.

[1] كوس ، ك ، دوران ، ب ، أووي ، سي ، كود ، إم ، حميد ، إن ، ماين ، ب. . . تريسي ، إي (2012). Galactosaemia الكلاسيكية في أيرلندا: حدوث ومضاعفات ونتائج العلاج. J Inherit Metab Dis، 36, 21-27.

[2] بيري ، جي ، وأمبير إلساس ، إل (2011). مقدمة إلى ورشة عمل ماستريخت: دروس من الاتجاهات السابقة والجديدة في الجالاكتوز في الدم. J Inherit Metab Dis، 34, 249-255.

[3] فان إرفين ، ب ، جوبيلز ، سي ، فان جولد ، ر. ، دونسيلمان ، ج. ، ديرهاغ ، ج. ، دي فيرت ، ج. ،. . . روبيو غوزالبو ، م. (2013). الحفاظ على الخصوبة لدى النساء المصابات بالجالاكتوز في الدم الكلاسيكي. Orphanet J Rare Dis ، 8, 107.

[4] فريدوفيتش كيل ، جيه ، جوبيلز ، سي ، سبنسر ، جيه ، ساندرز ، آر ، لاند ، جيه ، أند روبيو غوزالبو إي (2011). وظيفة المبيض عند الفتيات والنساء المصابات بنقص الجالاكتوز في الدم. J Inherit Metab Dis، 34, 357-366.

[5] ليفي هـ. (1996). الآثار التناسلية لاضطرابات التمثيل الغذائي للأم: الآثار المترتبة على طب الأطفال والتوليد. ترك جي بيدياتر ، 38(335-344).

[6] Levy، H.، Driscoll، S.، Porensky، R.، & amp Wender، D. (1984). فشل المبيض في الجالاكتوز في الدم. إن إنجل جي ميد ، 310, 50.

[7] Rubio-Gozalbo، M.، Gubbels، C.، Bakker، J.، Menheere، P.، Wodzig، W.، & amp Land، J. (2010). وظيفة الغدد التناسلية في المرضى الذكور والإناث الذين يعانون من الجالاكتوز في الدم الكلاسيكي. همهمة ريبرود تحديث ، 16, 177-188.

[8] مورو ، ر. ، أتكينسون ، أ. ، كارسون ، د. ، كارسون ، إن. ، سلون ، ج. ، & أمبير تروب ، أ. (1985). فشل المبيض لدى امرأة شابة مصابة بالجالاكتوزيميا. أولستر ميد J ، 54, 218-220.

[9] روبنسون ، A. ، Dockeray ، C. ، Cullen ، M. ، & amp Sweeney ، E. (1984). قصور الغدد التناسلية المفرط التغذية في الجالاكتوز في الدم الكلاسيكي: دليل على تكوّن البويضات المعيب تقرير حالة. Br J Obstet Gynaecol ، 91, 199-200.

[10] Sauer، M.، Kaufman، F.، Paulson، R.، & amp Lobo، R. (1991). الحمل بعد التبرع بالبويضات لامرأة مصابة بفشل المبيض وجالاكتوز الدم التقليدي. فيرتيل ستيرل ، 55, 1197-1199.

[11] جوبيلز ، سي ، لاند ، جيه ، إيفرز ، جيه ، بيراو ، جيه ، مينهير ، بي ، روبن ، إس ، آند روبيو-غوزالبو ، إم. (2013). قصور المبيض الأولي في الجالاكتوز في الدم الكلاسيكي: دور الخلل الوظيفي لـ FSH وتوقيت الآفة. J Inherit Metab Dis، 36, 29-34.

[12] جوبيلز ، سي ، لاند ، جيه ، أند روبيو-غوزالبو ، إم (2008). الخصوبة وتأثير الحمل على الأم والطفل في الجالاكتوز في الدم الكلاسيكي. Obstet Gynecol Surv ، 63, 334-343.

نبذة عن الكاتب

أليسون جوتش ، MS ، CGC هي مستشارة وراثية للأطفال في مستشفى Ann and Robert H. Lurie Children & # 39s في شيكاغو وعضو في الفريق الأساسي الإداري لاتحاد Oncofertility. أكملت أطروحة التخرج مع الدكتورة تيريزا ك. وودروف بحثًا عن الخصوبة ومتلازمة سرطان الثدي وسرطان المبيض (HBOC). تتمثل أهداف Allison & # 39 الأساسية في زيادة الوعي بالحفاظ على الخصوبة والتعليم لكل من مقدمي الرعاية الصحية والمرضى فيما يتعلق بالأمراض الخبيثة وغير الخبيثة (و / أو العلاجات) التي تهدد الخصوبة.


فحص حديثي الولادة ومتابعتهم

يتم إجراء فحص حديثي الولادة للكشف عن الجالاكتوز في الدم الكلاسيكي باستخدام كمية صغيرة من الدم يتم جمعها من كعب طفلك. لمعرفة المزيد حول هذه العملية ، قم بزيارة صفحة فحص بقعة الدم.

أثناء الفحص ، تقيس آلة خاصة كمية إنزيم GALT في دم طفلك. يساعد GALT على تكسير سكر الحليب المعروف باسم الجالاكتوز ، والذي يمكن لجسمك استخدامه بعد ذلك للحصول على الطاقة.

في بعض الحالات ، سيقيس الفحص أيضًا مقدار الجالاكتوز الكلي في دم طفلك. إذا لم يتمكن إنزيم GALT من تكسير الجالاكتوز ، فسيكون هناك مستويات أعلى من المعتاد من الجالاكتوز في الجسم. الأطفال الذين لديهم مستويات منخفضة من نشاط GALT ، إما مع أو بدون مستويات عالية من إجمالي الجالاكتوز ، قد يكون لديهم الجالاكتوز في الدم الكلاسيكي.

إذا كانت نتيجة فحص بقعة الدم لطفلك للكشف عن الجالاكتوز في الدم الكلاسيكي خارج النطاق ، فسوف يتصل بك مقدم الرعاية الصحية لطفلك. معًا ، ستناقش الخطوات التالية وخطط المتابعة.

لا تعني نتيجة الفحص خارج النطاق أن طفلك يعاني بالتأكيد من هذه الحالة. هذا يعني أن طفلك يحتاج إلى مزيد من اختبارات المتابعة. لمعرفة المزيد حول نتائج الفحص ، قم بزيارة صفحة نتائج فحص بقعة الدم.

قد يحتاج طفلك إلى الاختبارات التالية بعد نتيجة فحص خارج النطاق:

يجب عليك إكمال أي اختبارات متابعة موصى بها في أسرع وقت ممكن. يمكن أن يعاني الأطفال المصابون بهذه الحالة من مشاكل صحية خطيرة بعد الولادة مباشرة إذا لم يتم تشخيصهم وعلاجهم بسرعة.

يمكن أن تحدث نتائج فحص حديثي الولادة إيجابية كاذبة لهذه الحالة.

  • يمكن أن يكون للعينات التي تعرضت لدرجة حرارة عالية أو استغرقت وقتًا طويلاً للوصول إلى مختبر الفحص نتائج إيجابية خاطئة.
  • في بعض الأحيان ، يمكن للأطفال الذين يعانون من حالة أخرى تسمى G6PD أن يكون لديهم نتيجة إيجابية للكشف عن الجالاكتوز في الدم الكلاسيكي ، على الرغم من عدم إصابتهم بهذه الحالة.

نتائج

تستجيب جينات GAL الأيضية لنسبة الجلوكوز والجالاكتوز.

لقد زرعنا خلايا في 500 توليفة من الجلوكوز والجلاكتوز (الشكل 1 أ و ب) يمتد إلى ∼1000 ضعف من تركيزات الجلوكوز والجالاكتوز. راقبنا التعبير عن أ GAL1 انصهار البروتين الفلوري الأصفر المروج (GAL1pr-YFP) في مشتق من سلالة المختبر S288C (الملحق SI، القسمان الأول والثاني والجدول ق 1). يتم تحفيز Gal1p ، وهو galactokinase الذي يحفز الخطوة الأولى في مسار Leloir (10) في وجود الجالاكتوز. لقد زرعنا خلايا بكثافة منخفضة بحيث تكون تركيزات السكر خارج الخلية ثابتة تقريبًا طوال فترة التجربة ، حتى عند مستويات السكر المنخفضة (الملحق SI، القسمان الثالث والرابع). استخدمت الدراسات السابقة متوسط ​​مستوى التعبير السكاني من مروج GAL كمقياس للاستجابة ، والتي يمكن أن تحجب التعبير المنخفض ولكن المهم. لتحديد قرار التعبير عن جينات GAL بطريقة أقل اعتمادًا على مستوى التعبير المطلق ، استخدمنا قياس التدفق الخلوي لتحديد النسبة المئوية للخلايا التي تعبر عن GAL1مراسل pr-YFP فوق المستويات القاعدية (الشكل 1أ). نحدد المستويات القاعدية لتكون استجابة الخلايا المزروعة في 2٪ (وزن / حجم) جلوكوز في غياب الجالاكتوز (الشكل 1).أ و الملحق SI، القسم الخامس).

يستجيب مسار الجالاكتوز لنسبة الجالاكتوز والجلوكوز. جميع التجارب في ثلاث نسخ مكررة على الأقل بتنسيق الملحق SI، التين. S1. (أ) رسم تخطيطي للتجربة والقياس لقياس استجابة مسار GAL للحالة المستقرة في S. cerevisiae في مئات التوليفات من الجلوكوز والجالاكتوز. يتم حساب الكسر المستحث (IF ، منطقة التجزئة) (الملحق SI، القسم الخامس) عن طريق تقدير توزيع احتمالية التألق لبئر معين (منحنى أسود) وأخذ جزء من المنطقة خارج التوزيع الاحتمالي للخلايا المزروعة في الجلوكوز وحده (المنحنى الأخضر). (ب) (اليسار) قياس التدفق الخلوي (FCM) للاستجابة. تعد واجهة القرار ملائمة خطية للتركيزات التي يظهر عندها 20٪ من جميع الخلايا في المجموعة الحثية (IF & gt0.2). (حق) مقارنة بين الخلايا التي يتم مراقبتها بواسطة الفحص المجهري الحي مع FCM في ثلاثة مخاليط سكر ، يُشار إليها بمربعات مرقمة (الملحق SI، الشكل S4). (ج) جزء من تحريض الخلايا كدالة لنسبة تركيزات الجالاكتوز والجلوكوز. كل بئر في ب يتم تمثيله بنقطة واحدة. الخط عبارة عن منحنى سيني 1D يعتمد بشكل أساسي على نسبة الجالاكتوز والجلوكوز. (د) مقارنة نماذج تكامل الإشارة (الملحق SI) عن طريق استشعار العتبة (العلوي) واستشعار النسبة (أدنى) ، كما هو موضح في ب و ج. (ه) جبهات القرار ، محسوبة كما في بلثلاث سلالات من S. cerevisiae.

على عكس النظرة الكلاسيكية ، وجدنا أن جينات GAL لا تستجيب ببساطة لتركيز عتبة الجلوكوز ، ويعتمد قرار تحفيز جينات GAL بدلاً من ذلك على نسبة الجلوكوز والجلاكتوز (الشكل 1). ب- د يتكرر في الملحق SI، الشكل S1). لم تكن الاستجابة مجرد مزيج مضاعف من السلوك المستقل للخلايا في الجلوكوز أو الجالاكتوز (الملحق SI، الشكل S2). كانت قيمة النسبة ثابتة تقريبًا على مدى 50 ضعفًا على الأقل من تركيزات الجلوكوز والجالاكتوز (الشكل 1).ب). أقل من تركيز الجلوكوز البالغ 0.006٪ ، استجابت الخلايا فقط لعتبة الجالاكتوز (الشكل 1).ب). كانت النتيجة غير حساسة للانخفاضات في بدء كثافة اللقاح ، مما يؤكد أن استنفاد المغذيات ليس مهمًا في تجاربنا (الملحق SI، القسم الرابع والشكل S3 أ-ج). علاوة على ذلك ، تظهر النمذجة أن استنفاد المغذيات لن يخلق مظهر استشعار النسبة (الملحق SI، القسم الرابع والشكل S3 د و ه). لقد تحققنا بشكل مباشر من أن سلوك استشعار النسبة كان حالة مستقرة ، ومستقلة عن النضوب ، وظاهرة أحادية الخلية من خلال مراقبة حركية الحث لمدة 8 ساعات عند العديد من تركيزات الجلوكوز والجالاكتوز في جهاز ميكروفلويديك مع تجديد مستمر للمغذيات (الشكل 1).ب, حق و الملحق SI، القسم السادس والشكل S4). تحدث بداية القرار في غضون ساعة واحدة (الملحق SI، الشكل S4). يتم تحفيز معظم الخلايا بمقدار 4 ساعات ، ويتم الوصول إلى الحالة المستقرة بمقدار 6 ساعات (الملحق SI، الشكل S4). لوحظ هذا السلوك أيضًا في سلالتين أخريين ، BC187 و YJM978 ، معزولين من مزرعة عنب وعينة إكلينيكية ، على التوالي (الشكل 1).ه) ، مما يوضح أن استشعار النسبة ليس سلوكًا منحرفًا في سلالة معملية واحدة. علاوة على ذلك ، فإن وجود النسبة قوي لاضطراب جرعات جينات GAL (الملحق SI، الشكل S5).

كيف يمكن التوفيق بين نتائجنا والعمل السابق الذي لم يبلغ عن استشعار النسبة؟ فحصت جميع الدراسات السابقة نطاقًا صغيرًا نسبيًا من التركيزات ، بحيث تم تفسير الانحرافات عن سلوك العتبة المتوقعة بسهولة على أنها ضوضاء استخدمت دراستنا نطاق تركيز أكبر بنحو 10 أضعاف من الدراسات السابقة (الملحق SI، الشكل S6د). أخذت العديد من الدراسات أيضًا عينات قليلة في نطاق التركيز الذي استخدموه ، مما أدى إلى إخفاء الاختلافات بين استشعار النسبة والعتبة (الملحق SI، القسم الثالث والشكل S6د). المقياس الذي نستخدمه هنا ، والذي يفكك مستوى التعبير عن القرار (الشكل 1أ و الملحق SI، القسم الخامس والشكل S6) ، يساعد أيضًا في إظهار السلوك بوضوح ، لأنه يكون أكثر استجابة عند التركيزات المنخفضة حيث تبدأ الخلايا الفردية في التحريض مقارنة بالتركيزات العالية من السكر حيث يكون الحث مشبعًا تقريبًا. مع وجود نطاق تركيز كبير بما يكفي ، يمكن ملاحظة سلوك استشعار النسبة بسهولة بغض النظر عن المقياس المستخدم (الملحق SI، الشكل S6).

لم يتم وصف استشعار النسبة مسبقًا للكربوهيدرات ولكن تم وصفه بشكل ظاهري لاستشعار NADH / NAD + و ATP / ADP و X مقابل مستويات الكروموسوم الجسمي (22 -24). في حالة ATP / ADP ، تم اقتراح استشعار النسبة لينتج عن ارتباط حصري متبادل للوحدة الفرعية لـ AMPK (25) ، لكن الوضوح فيما يتعلق بالآلية لا يزال غير موجود. في مسار GAL ، قد تكون الفرضية الواضحة هي أن استشعار النسبة يمكن تحقيقه في GAL1 أو مروجي GAL الآخرين (11). تتقارب إشارات الجلوكوز والجالاكتوز على هذه المحفزات من خلال Mig1p و Gal4p ، على التوالي (الشكل 2).أ). بدلاً من ذلك ، يمكن أن يحدث استشعار النسبة في بداية مسار إشارات الجلوكوز أو الجالاكتوز المتعارف عليه.

يستشعر مسار GAL نسبة الجلوكوز والجالاكتوز في بداية تنظيم الجلوكوز المعروف. (أ) الشبكة التنظيمية GAL. (ب) توطين Mig1p كدالة لتركيزات الجلوكوز والجالاكتوز. نمت الخلايا التي تعبر عن Mig1p-GFP في نفس الظروف كما في الشكل 1ب وتصويرها بعد 8 ساعات (الملحق SI، القسم السابع) تم تحقيق توطين الحالة المستقرة عادةً في دقائق. تظهر الصور خلايا تمثيلية بتركيز السكر المحدد. كل تركيز هو نتيجة 20 خلية على الأقل. عدد الخلايا النووية Mig1p-GFP يتناقص مع مستويات الجلوكوز بطريقة مستقلة عن الجالاكتوز. (ج) في غال 80∆ الخلفية ، يتم تحويل استجابة النسبة إلى استجابة عتبة (على سبيل المثال ، في حالة عدم وجود Gal80p ، تكون الاستجابة مستقلة عن الجالاكتوز). تم إجراء التجربة في نسختين. لا يتم عرض البيانات الخاصة بحالات عدم وجود الجلوكوز من أجل الوضوح (أساليب). (د) في mig1∆ الخلفية ، تستمر الخلايا في الاستجابة لجالاكتوز: نسبة الجلوكوز. تم إجراء التجربة في نسختين. يمثل الخط الصلب واجهة القرار الأمامية لـ mig1∆ الخط المتقطع يمثل مقدمة القرار للسلالة من النوع البري (من الشكل 1ب). (ه) في mig1غال 80∆ إجهاد ، الاستجابة تكوينية ولا تعتمد على الجلوكوز أو الجالاكتوز.

يتم إنشاء استشعار النسبة قبل مسار غال الكنسي.

لتحديد آلية استشعار النسبة ، قمنا أولاً باختبار ما إذا كانت إشارات الجلوكوز مستقلة عن مستويات الجالاكتوز ، عن طريق قياس جزء الخلايا مع Mig1p-GFP في النواة أو السيتوبلازم في مجموعات مختلفة من الجالاكتوز / الجلوكوز (الشكل 2).ب و الملحق SI، الشكل S7). ينتقل Mig1p إلى النواة في وجود الجلوكوز وإلى السيتوبلازم في حالة عدم وجود الجلوكوز (26). كما هو متوقع ، فإن توطين Mig1p-GFP مستقل عن تركيز الجالاكتوز (الشكل 2ب). لتأكيد استقلال فرع الجلوكوز عن الجالاكتوز ، قمنا بقياس استجابة a غال 80∆ سلالة. Gal80p هو مثبط لـ Gal4p ، والذي بدوره يستحث GAL1 في غال 80∆ الخلفية GAL1العلاقات العامة هي التأسيسية (أي ، الجالاكتوز المستقل) (27). في الواقع ، في هذه الخلفية ، يتم كسر مستشعر النسبة ويتم تحويل الاستجابة إلى مستشعر عتبة يعتمد بشكل أساسي على الجلوكوز (الشكل 2).ج يتم عرض مقارنة كمية بين عتبات الجلوكوز في الملحق SI، الشكل S7). فيما يتعلق بتثبيط الجلوكوز ، أ غال 80وبالتالي فإن الإجهاد يحاكي توقعات العتبة الكلاسيكية.

لاختبار ما إذا كان استشعار النسبة يحدث في مسار GAL الكنسي (أي ، المصب أو في Gal3p) (الشكل 2)أ) ، قمنا بمراقبة نشاط GAL1العلاقات العامة YFP في أ mig1∆ متحولة. لأن Mig1p يتوسط في قمع مسار GAL بواسطة الجلوكوز (4 ، 9) ، أ mig1يجب أن تكون متحولة حساسة فقط لمستويات الجالاكتوز ، وتستجيب كمستشعر عتبة الجالاكتوز بغض النظر عما إذا كان استشعار النسبة من خلال Mig1p يتحقق بشكل مباشر أو غير مباشر. والمثير للدهشة أننا وجدنا ذلك حتى في mig1∆ سلالة GAL1لا يزال تعبير pr-YFP حساسًا لنسبة الجالاكتوز والجلوكوز (الشكل 2د). قدرة الاستشعار عن النسبة mig1∆ الإجهاد ليس بسبب عمل عوامل النسخ الأخرى ، لأن أ غال 80mig1∆ السلالة نشطة بشكل أساسي ل GAL1تعبير pr-YFP أي تنشيط GAL1 لا يعتمد المروج على الجلوكوز أو الجالاكتوز في هذه السلالة (الشكل 2ه و الملحق SI، التين. S5ج). تتوافق هذه النتائج مع الملاحظات السابقة التي تظهر أن الجلوكوز يقمع GAL1تعبير العلاقات العامة حتى في حالة عدم وجود Mig1p (20). تشير هذه النتائج إلى أنه إما أن الوضع داخل الخلايا الذي ينظم الجلوكوز من خلاله مسار الجالاكتوز قد تم فقده ، أو أن الإحساس بالنسب لم يتحقق في GAL1 المروج ولا في مسار GAL الكنسي ، ولكن المنبع من Gal3p.

ناقل الجالاكتوز Gal2p غير مطلوب لاستشعار النسبة.

نظرًا لأن Gal3p يستشعر مباشرة مستويات الجالاكتوز الداخلية ، فإن استشعار النسبة في بداية Gal3p يشير إلى دور لنقل السكر في استشعار النسبة. عندما يتم إحداث مسار GAL ، يتم استيراد غالبية الجالاكتوز من خلال ناقل Gal2p ، الذي ينقل كل من الجلوكوز والجالاكتوز بتقارب عالٍ (كم ∼1 ملم) (28 ، 29). Gal2p هو جزء من مسار GAL. مستويات Gal2p منخفضة في وسط الجلوكوز. ومع ذلك ، من الممكن أن تكون المستويات المنخفضة من Gal2p المعبر عنها في نسبة الجلوكوز المرتفعة مهمة لاستشعار النسبة. لن يكون هذا غير مسبوق: في حالة تحريض لاك في الإشريكية القولونية، التعبير العشوائي منخفض المستوى عن الناقلات أمر بالغ الأهمية للاستجابة (30). لذلك قمنا بالقياس GAL1العلاقات العامة YFP في أ gal2∆ سلالة. على غرار النتائج مع mig1∆ متحولة ، أ gal2∆ متحولة لا "تكسر" مستشعر النسبة (الشكل 3أ) في كلتا الحالتين ، تؤثر الطفرة على مستشعر النسبة ، لكن لا يزيل أي من الطافرين سلوك استشعار النسبة. نفسر هذه النتائج كدليل قوي على أن الآلية المسؤولة عن استشعار النسبة تتضمن مكونات خارج المسار القانوني لاستشعار الجالاكتوز (الشكل 2).أ).

يعتمد امتصاص الجالاكتوز على نسبة الجالاكتوز والجلوكوز حتى في حالة عدم وجود Gal2p. (أ) Gal2p والعديد من عائلة Hxt1-17p من ناقلات الهكسوز تستورد الجلوكوز والجالاكتوز ولكن لها قرابة نسبية مختلفة للسكريات. حذف GAL2 لا يقضي على استشعار النسبة. الخطوط السوداء والحمراء هي واجهة القرار (الشكل 1ه). (ب) دمج 12 سي جالاكتوز و 13 سي جلوكوز في الأحماض الأمينية كما تم قياسه بواسطة GC-MS في gal2Δ gal80Δ mig1 أضنى (الملحق SI). هذه السلالة تعبر بشكل أساسي عن مسار GAL. أشرطة الخطأ هي SD من ثلاثة مكررات بيولوجية (مكررة لأعلى نسبة الجلوكوز إلى الجالاكتوز). منحدر الخط المجهز (الخط الأسود) هو 1/170 والتوقع بناءً على قياسات امتصاص الأدبيات هو 1/250 (28 ، 29). (أقحم) تقسيم البيانات إلى تركيزات مختلفة من الجالاكتوز.

في gal2∆ السلالة ، عائلة ناقلات الهكسوز [Hxt1-17p أو Mal11p ، Mph2p ، و Mph3p (31)] من المحتمل أن تكون الناقلات الرئيسية للجالاكتوز ومصدرًا محتملًا لاستشعار النسبة (الشكل 3)أ). يقوم أعضاء HXT بنقل الجلوكوز بصلات مختلفة (كم من ∼1 ملم إلى 100 ملم) (28 ، 29) ، وبعضها يستورد أيضًا الجالاكتوز ، وإن كان ذلك مع تقارب أقل بشكل ملحوظ (كم ∼250 مم) (28) يمكن لـ Hxt14p دعم النمو على الجالاكتوز في سلالة حيث تم حذف جميع ناقلات سداسي السداسي الأخرى (31). وبالتالي ، قد ينتج استشعار النسبة عن المنافسة بين السكريات أثناء الامتصاص. في نظام الامتصاص التنافسي ، يعتمد تركيز الجالاكتوز داخل الخلايا على نسبة تركيزات الجالاكتوز والجلوكوز خارج الخلية (الملحق SI، القسم الثامن والتين. S8 و S9).

يعتمد امتصاص الجالاكتوز على نسبة تراكيز السكريات خارج الخلية.

لاختبار ما إذا كان امتصاص الجالاكتوز من خلال ناقلات الهكسوز يعتمد على النسبة خارج الخلية لتركيزات الجالاكتوز والجلوكوز ، قمنا بقياس امتصاص الجالاكتوز في خليط من U-13 C- الجلوكوز و 12 C- الجالاكتوز. نظرًا لأن الكربوهيدرات داخل الخلايا يتم استقلابها بسرعة ، فإن قياس دمج 13 درجة مئوية و 12 درجة مئوية في الأحماض الأمينية باستخدام مقياس الطيف الكتلي اللوني للغاز (32) يوفر معلومات عن معدلات الامتصاص ، فإن نسبة 12 درجة مئوية و 13 درجة مئوية تساوي نسبة الجالاكتوز والجلوكوز معدلات الامتصاص (الملحق SI، القسم العاشر). لتمييز دور ناقلات السداسيوز عن تأثيرات التنظيم داخل الخلايا ، قمنا ببناء a gal2غال 80mig1∆ سلالة. هذه السلالة لا تستجيب للجلوكوز أو الجالاكتوز ولكنها تعبر بشكل أساسي عن جينات GAL (الشكل 2).ه). وبالتالي ، فإن دمج 13 درجة مئوية و 12 درجة مئوية يعتمد فقط على معدلات امتصاص السكر النسبية وليس على تحريض مسار GAL. قمنا بتجميع هذه السلالة مسبقًا في وسط U-13 C-glucose ونقلناها إلى وسائط تحتوي على مزيج من U-13 C-glucose و 12 C-galactose لمضاعفتين (الملحق SI، الجدول S3). وجدنا أن النسبة بين 12 درجة مئوية و 13 درجة مئوية مدمجة في الأحماض الأمينية ، وبالتالي زيادة امتصاص الجالاكتوز ، مع زيادة نسبة الجالاكتوز خارج الخلية: نسبة الجلوكوز (الشكل 3).ب). تزداد نسبة 12 درجة مئوية: 13 درجة مئوية مع زيادة الجالاكتوز خارج الخلية ولكنه ينخفض ​​مع زيادة الجلوكوز خارج الخلية (الشكل 3)ب).

من الناحية الكمية ، تتوافق هذه النتيجة مع نموذج "سلبي" للامتصاص التنافسي للجلوكوز والجالاكتوز بواسطة الناقل ، والذي يتنبأ بأن الامتصاص النسبي يعتمد على نسبة السكر خارج الخلية مضروبة في التقارب النسبي للناقل لكل سكر (كم نسبة). ينتج عن قياساتنا أ كم نسبة 170 (الشكل 3ب)، مشابهه ل كم نسبة 250 محسوبة من تقارير الأدب (28 ، 29). تركيز الجلوكوز الذي تتغير عنده الاستجابة من مستشعر النسبة إلى مستشعر عتبة الجالاكتوز ، 0.006٪ كما تم قياسه في الشكل 1ب، على مقربة من كم من ناقل hexose عالي التقارب للجلوكوز 1 مم ، أو 0.002 ٪ جلوكوز. وهذا يتوافق مع نموذج امتصاص تنافسي لتركيزات الجلوكوز أقل من كم من النقل له تأثيرات متناقصة بسرعة على امتصاص الجالاكتوز ، مما يجعل امتصاص الجالاكتوز للجلوكوز مستقلاً عند تركيز منخفض من الجلوكوز.

يمكن أن يوفر استشعار النسبة ميزة اللياقة البدنية.

من الممكن أن يكون استشعار النسبة في مسارات استقلاب السكر في الخميرة قد تطور للتعويض عن النقص الحتمي في التمييز المثالي بين السكريات المختلفة في ناقل سداسي. بسبب منافسة الركيزة للناقل ، فإن ارتفاع الجالاكتوز سوف يثبط جزئيًا امتصاص الجلوكوز ، ولا يمكن للخلايا التي لا تحفز التعبير الجيني GAL أن تعوض عن انخفاض تدفق الجلوكوز عن طريق استقلاب الجالاكتوز. من ناحية أخرى ، من الممكن أيضًا أن يكون استشعار النسبة مرغوبًا لأسباب أخرى (على سبيل المثال ، السماح للخلية بالإحساس عند استخدام سكريات متعددة هو قرار أفضل من استخدام سكر واحد فقط) وأن عدم التمييز في ناقلات hexose هي في حد ذاتها سمة مختارة. تمشيا مع الاحتمال الأخير ، هناك تباين كبير في انتقائية ناقلات عائلة HXT للجلوكوز بالنسبة للسكريات الأخرى ، والعديد منها لا يحافظ على النمو على الوسط مع الجالاكتوز كمصدر وحيد للكربون (31). وبالتالي ، يمكن أن تتطور الخلية للتعبير فقط عن ناقلات سداسيوز انتقائية للغاية إذا كان استشعار النسبة غير مرغوب فيه.

من المرجح أن تكون الميزة البيولوجية لاستشعار النسبة خلال عملية ديناميكية مثل استنفاد الجلوكوز في بيئات السكر المختلطة. ومع ذلك ، لا يوجد متحولة حاليًا يكون عيبها الوحيد هو تحويل استجابة النسبة إلى استجابة عتبة (على سبيل المثال ، a غال 80∆ له عيب في اللياقة في العديد من الوسائط). لذلك ، لتحديد ما إذا كان استشعار النسبة يمكن أن يقدم ميزة انتقائية بالنسبة لاستجابة استشعار العتبة ، قمنا بمقارنة ملاءمة غال 4إجهاد لسلالة من النوع البري في حالتين: الجلوكوز فقط ، وخليط الجلوكوز / الجالاكتوز (الشكل 4)أ). أ غال 4∆ لا يمكن للسلالة أن تصنع استجابة نسخية للجالاكتوز ، وبالتالي تتصرف في خليط الجلوكوز / الجالاكتوز كما لو كانت في الجلوكوز وحده (33) ، وهو سلوك يؤدي إلى استنساخ عتبة سلالة استشعار في نظام الوسائط هذا (الشكل 4).أ). عندما تتم زراعته في 0.016٪ جلوكوز فإن النوع البري و غال 4نمت سلالات ∆ بشكل نسبي (الشكل 4أ) 0.016٪ جلوكوز أعلى من تركيز الجلوكوز الذي يلاحظ عنده استشعار النسبة (الشكل 1ب). عندما يضاف 2٪ (وزن / حجم) جالاكتوز إلى وسط جلوكوز 0.016٪ ، تتمتع السلالة البرية بميزة لياقة كبيرة تبلغ 0.1٪ لكل ساعة ± 0.01٪ SE من المتوسط ​​، مع ص قيمة 0.01 (ثنائي الذيل ر اختبار الشكل .4أ). عند هذا التركيز ، تحفز جميع الخلايا من النوع البري مسار GAL إلى أقصى حد. نظرًا لميزة الحالة المستقرة لاستجابة النسبة التي نلاحظها هنا ، فمن المحتمل أنه إذا تم إنشاء سلالة استشعار عتبة حقيقية ، فسنجد أنها في وضع غير موات مقارنة بإجهاد استشعار النسبة في البيئات الديناميكية أيضًا.

الآثار والتطبيقات والأنظمة البيولوجية لاستشعار النسبة. (أ) القدرة على استخدام الجالاكتوز حتى في وجود الجلوكوز يعطي الخلايا ميزة لياقة. تم التنافس على سلالة من النوع البري ضد أ غال 4∆ بتركيزين من الكربون: (أنا) 0.016٪ جلوكوز أو (ثانيا0.016٪ جلوكوز و 2٪ (وزن / حجم) جالاكتوز. تركيز الجلوكوز 0.016٪ يضع الخلايا في نظام استشعار النسبة (اليسار، المربعات الخضراء والسوداء). تمت زراعة عشر مكررات مستقلة حتى وصل التعبير الجيني إلى الحالة المستقرة (8 ساعات) ، ثم تم أخذ العينات كل ساعتين لمدة 10 ساعات لحساب اللياقة الخلوية. أشرطة الخطأ هي SEM. (ب) يمكن تحقيق ناتج النسبة عمومًا عن طريق وحدة نمطية بسيطة حيث يرتبط جزيئين من المدخلات ، المنشط (الأخضر) والمانع (الأزرق) ، بجزيء التكامل - المروج ، الناقل ، بروتين السقالة ، إلخ. تثبيط متبادل ، ε ، ضروري لاستجابة نسبة قوية. (ج) الدورات غير المجدية ، مثل الفسفرة ونزع الفسفرة أو الأستلة ونزع الفسفور ، يمكن أن تخلق أيضًا مستشعرات النسبة. يتحقق استشعار النسبة عندما لا تكون الإنزيمات مشبعة.


نقل الجالاكتوز إلى متقبلات داخلية داخل كسور جولجي من كبد الفئران

تمت دراسة توزيع الجالاكتوزيل ترانسفيراز باستخدام كسور جولجي المتحولة ورابطة الدوائية المعزولة عن طريق تعديل Ehrenreich et al. الإجراء (1973. J. Cell Biol. 59: 45-72) بالإضافة إلى جزء Golgi سليم معزول بإجراء جديد من خطوة واحدة. تم استخدام طريقتين للمقايسة. حللت الطريقة الأولى قدرة كسور جولجي على نقل الجالاكتوز (من ركيزة uridine diphosphogalactose [UDP-gal]) إلى المستقبِل الخارجي للبويضة المخاطية المحددة. الطريقة الثانية تقييم نقل الجالاكتوز من الركيزة UDP-gal إلى متقبلات داخلية (الارتباط بالجليكوزيل الداخلي). كان جزء جولجي العابر (جولجي لايت) نشطًا للغاية بالطريقة الأولى ولكنه أظهر نشاطًا منخفضًا فقط بالطريقة الثانية. Golgi fractions enriched in central and cis elements (the Golgi intermediate, heavy and especially the intact Golgi fraction) were highly active in both methods of assay. The endogenous glycosylation approach was validated by gel fluorography of the endogenous acceptors. For all Golgi fractions, transfer of galactose was revealed to secretory glycopeptides. It is concluded that galactosyl transferase activity in vivo occurs primarily in central and cis Golgi elements but not trans Golgi vesicles.


Follow-Up Testing

Your baby’s doctor may ask you if your baby is showing any of the signs of GALT (see Early Signs below). If your baby has certain signs, your baby’s doctor may suggest starting immediate treatment.

If your baby’s newborn screening result for classic galactosemia (GALT) was out of the normal range, your baby’s doctor or the state screening program will contact you to arrange for your child to have additional testing. It is important to remember that an out-of-range screening result does not necessarily mean that your child has the condition. An out-of-range result may occur because the initial blood sample was too small or the test was performed too early. However, a few babies do have the condition so it is very important that you go to your follow-up appointment for a confirmatory test. Because the harmful effects of untreated GALT can occur within days after birth, follow-up testing must be completed as soon as possible to determine whether or not your baby has the condition.

Follow-up testing will involve a blood test and a urine test to measure the amount of certain substances present in your baby’s body. Undigested sugars build up in the body when a child has GALT, so measuring the amounts of these sugars and other substances can help doctors determine if your baby has a condition. Individuals with GALT have low levels of GALT enzyme and high amounts of undigested sugars in their body. Genetic testing for classic galactosemia may also be necessary to confirm the diagnosis.


Case Report

A 6-month-old female patient presenting with delay of psychomotor development, bilateral ocular cataracts, hepatomegaly, and hypoattenuation of the brain white matter on CT scan was sent to our department for MR imaging and 1 H-MR spectroscopy examination to elucidate her diagnosis.

MR imaging showed diffuse and symmetrical involvement of the frontal, temporal, parietal, and occipital white matter, characterized by hypointensity on T1- and hyperintensity on T2 -weighted images, extending to “U” fibers (Fig 1أ). In the temporal, frontal, and parietal regions hypointense areas associated with hyperintense white matter involvement on fluid-attenuated inversion recovery (FLAIR) images could be observed (Fig 1ب). There was no gadolinium enhancement. Corpus callosum, internal and external capsules, and optic radiations were spared. The diffusion-weighted images (DWIs) showed hypointense lesions in the areas corresponding to white matter involvement with increased apparent diffusion coefficient (ADC) values (Fig 1ج).

Images obtained before dietary treatment. Axial T2-weighted image (أ) showing hyperintense bilateral diffuse white matter involvement reaching the “U” fibers. The internal capsules are spared. The lesions are hyperintense with hypointense areas on FLAIR images (ب). ADC map (ج) shows increased diffusion in the white matter lesions.

In vivo 1 H-MR spectroscopy of the parieto-occipital white matter (Fig 2أ) revealed normal NAA: ن-acetylaspartate (NAA)/creatine (Cr) and choline (Cho)/Cr, but reduced myo-inositol (mI)/Cr when compared with control values (Table 1). Unknown signals of very high concentration were found in the region of 3.5 to 4.0 ppm (Fig 2ب). These signals were partially inverted when the spectrum was acquired with a TE of 135 milliseconds. This behavior is characteristic for carbohydrate signals. For a more detailed study of the carbohydrate composition, an in vitro 1 H-MR spectroscopy of the urine was acquired by using a high-resolution 500-MHz spectrometer, and the result was compared with the urine of a normal volunteer. We could observe a group of multiple peaks in the region of 3.6 to 3.9 ppm (Fig 3) and a triplet at 3.98 ppm, which were absent in the normal spectrum. We found also 2 clearly resolved doublets at 4.57 and 5.25 ppm in the patient’s urine, which were absent in the normal spectrum. The in vitro urine spectrum suggested the presence of high concentrations of galactose (Gal-ose) and galactitol (Gal-ol) in the patient’s urine. The diagnosis of galactosemia was later confirmed by the finding of low levels of galactose-1-phosphate uridyl transferase in the erythrocyte. Subsequently, the patient started a restricted lactose-free diet. At the age of 2 years, the follow-up MR imaging of the patient showed marked atrophy, more evident in the frontal lobes with enlarged sulci and dilation of the lateral ventricles more prominent in the anterior horns. There was marked improvement of the lesions with almost complete resolution of white matter signal intensity abnormalities. The sparse residual lesions were located in the basal temporal lobes and periventricular frontal regions, presenting hypointensity on T1-weighted and hyperintensity on T2-weighted (Fig 4) and FLAIR images, without gadolinium enhancement. On DWI, the lesions presenting increased ADC values on the previous examination had resolved. In vivo 1 H-MR spectroscopy of the parieto-occipital white matter did not show evidence of Gal-ol signal intensity (Fig 5). Metabolite ratios appeared to be normal when compared with control group (Table).

Axial localizer T2-weighted image showing the MR spectroscopy voxel location (أ). STEAM (TE/TR, 30/1500 milliseconds) (ب) in vivo 1 H-MR spectroscopy spectrum of the patient before treatment.

In vitro 1 H-MR spectroscopy spectrum of the urine sample, showing the region of 3.2–4.1 ppm in the patient.

Images obtained after dietary treatment. Axial T2-weighted image shows marked frontal atrophy with enlarged sulci and ventricular dilation. Note also enlargement of Sylvian fissures and improvement of white matter lesions.

STEAM (TE/TR, 30/1500 milliseconds) in vivo 1 H-MR spectroscopy spectrum of the patient after treatment.

NAA/CrCho/CrmI/CrGal-ol/Cr
Patient before treatment1.451.040.1914.30
Patient after treatment1.570.870.50
Controls * 1.53 ± 0.220.89 ± 0.140.48 ± 0.07

ملحوظة:—Control mean values are included for comparison purposes. Cho/Cr indicates choline/creatine Gal-ol/Cr, galactitol/creatine ml/Cr, myo-inositol/creatine NAA/Cr, ن-acetylaspartate/creatine.

* Control group consisted of 10 healthy volunteers (3 boys and 7 girls) of mean age of 6 ± 1 years (range, 4–9 years).

Metabolite ratios in the parieto-occipital white matter measured by the STEAM technique (TE/TR = 30/1500 ms) before and after patient’s treatment


Terminology

In 1856, the French biologist, Louis Pasteur 1822 –1895, was able to isolate galactose and called it اللاكتوز. 1 The compound was later called الجالاكتوز (or “glucose lactique”) as mentioned by Pierre Eugène Marcellin Berthelot 1827–1907, a French chemist, in his book, Chimie organique fondée sur la synthèse. 2
Etymologically, الجالاكتوز comes from the Ancient Greek γάλακτος (gálaktos, meaning “milk”) and‎ -ose (denoting “sugar”).

ملخص

جالاكتوز is one of the three most common monosaccharides the other two are glucose and fructose. Monosaccharides are the most fundamental type of carbohydrates. يطلق عليهم سكريات بسيطة as opposed to the more complex forms such as oligosaccharides and polysaccharides. Monosaccharides can combine, though, to form complex carbohydrates via glycosidic bonds (glycosidic linkages).

Properties of galactose

Galactose is a hexose monosaccharide. It is an organic compound. Its general chemical formula is C6ح12ا6.The molar mass of galactose is 180.156 g/mol. The melting point is 168–170 °C. It is crystalline, water-soluble, and sweet tasting.

جالاكتوز ضد. الجلوكوز ضد. الفركتوز

Glucose, galactose, and fructose are the three most common natural monosaccharides. Nevertheless, glucose is the most abundant. The three have the same chemical formula: C6ح12ا6. Hence, they are a hexose-type of monosaccharide, owing to the six carbon atoms. Both glucose and galactose are aldoses whereas fructose is a ketose. Thus, glucose and galactose are more structurally alike. Nonetheless, glucose can be structurally identified from galactose based on the orientation of the hydroxyl group (OH) at carbon 4. Also, galactose has a higher melting point. Its melting point is 168–170 °C as opposed to glucose’s melting point of 146 °C. However, of the three, fructose has the lowest melting point (i.e. 103 °C).
Unlike glucose, galactose عموما does not occur in free state. It usually is a constituent of complex biomolecules. For instance, galactose together with glucose forms lactose (milk sugar), which is a disaccharide. Thus, glucose is more often used than galactose or fructose in energy metabolism since it is more readily available. Without enough glucose, galactose enters glycolysis but galactose goes through initial steps to be converted into glucose 6-phosphate before it can proceed to glycolysis. The same principle happens to fructose fructolysis (catabolism of fructose) entails fructose phosphorylation by fructokinase to produce fructose 1-phosphate, which is then cleaved by aldolase B into two trioses, dihydroxyacetone phosphate and glyceraldehyde.

Types of galactose

Two enantiomers of galactose exist: Dextrogalactose (D-galactose) and Levogalactose (L-galalactose). This nomenclature (based on Fischer projection) designates د– when the glucose stereoisomer rotates the plane polarized light in the clockwise direction. إل– is when it rotates the plane polarized light in a counterclockwise direction. The dextrotatory form of galactose is obtained from milk sugar through hydrolysis. D-galactose is also present in sugar beets, seaweeds, and nerve cell membranes. Its levorotatory form is obtained from mucilages.

Common biological reactions involving galactose

Common biological reactions involving galactose

عبر dehydration synthesis, a monosaccharide, such as galactose, binds to another monosaccharide with the release of water and the subsequent formation of a glycosidic bond. The joining of two monosaccharides produces a disaccharide whereas the joining of three to ten monosaccharide units forms an oligosaccharide. Polysaccharides are produced by the joining of multiple monosaccharides. In this regard, galactose joins with another monosaccharide to form a disaccharide. For instance, lactose is formed when galactose and glucose molecules are joined together. Another is the man-made disaccharide lactulose made up of galactose and fructose. As for polymers, a galactan is a polysaccharide consisting of repeating galactose units.

Common biological reactions involving galactose

The process wherein complex carbohydrates are degraded into simpler forms, such as glucose and galactose, is called saccharification. It entails hydrolysis. In humans and other higher animals, this involves an enzymatic action. In a diet containing galactose (e.g. lactose in dairy products), digestion is aided by a β-galactosidase enzyme, اللاكتاز. Lactase catalyzes the hydrolysis of lactose and breaks β-glycosidic bond, resulting in the release of glucose and galactose in the small intestine. As for ceramide-containing diet, the lactase-glycosyleramidase complex breaks the β-glycosidic bond in glycolipids to release galactose.3 In the absence, or inadequacy, of lactase, lactose cannot be digested into simpler monosaccharides and as such, causes lactose intolerance. Lactose undigested in the small intestine moves to colon where the gut bacteria ferment it to lactic acid. As a result, methane and hydrogen gas are produced and cause discomfort, gut distention, and flatulence. Diarrhea ensues as water is drawn in to the intestine by the osmotically active lactic acid. Microorganisms, such as الإشريكية القولونية, can metabolize lactose by producing β-galactosidase from its لاك operon system.

Common biological reactions involving galactose

Galactose from dietary sources is taken up by the intestinal cells (enterocytes) through sodium-dependent glucose transporter, the same ATP-driven transport mechanism that absorbs glucose. Thus, glucose competes with galactose during intestinal absorption. Galactose leaves the intestinal cells and enters the bloodstream بشكل سلبي عبر glucose transporter- (GluT-) mediated transport.3

Common biological reactions involving galactose

Galactose is converted into glucose generally by a two-phase process. In the initial phase, β-D-galactose إلى α-D-galactose by the enzyme mutarotase. In the last phase, α-D-galactose إلى uridine diphosphate (UDP)-glucose. This last phase is often through the Leloir pathway. In this pathway, α-D-galactose is phosphorylated though galactokinase لانتاج galactose 1-phosphate. Next, galactose 1-phosphate acquires uridine monophosphate (UMP) group from UDP-glucose through the enzyme galactose-1-phosphate uridyltransferase لانتاج UDP-galactose. Then, UDP-galactose is interconverted into UDP-glucose by the enzyme UDP galactose-4′-epimerase. In humans and other organisms, an alternative to Leloir pathway is De Ley Duodoroff pathway. Galactose that is converted into glucose is the way by which galactose may enter the glycolytic pathway. The overall reaction would therefore be as follows:
Galactose + ATP → Glucose-1-phosphate + ADP + H +
Phosphoglucomutase catalyzes the isomerization of glucose 1-phosphate to glucose 6-phosphate. In humans, this galactose metabolism occurs in the liver.

Common biological reactions involving galactose

In humans and other mammals, some of the glucose molecules are converted into galactose so that there would more galactose to combine with glucose to produce lactose. This is especially important during milk production. The mammary gland secretes lactose as milk, especially during breastfeeding. ملحوظة.: galactose may be obtained as well from dietary sources. ال من جديد synthesis of glucose and galactose in the mammary gland is called hexoneogenesis.

Common biological reactions involving galactose

Galactan is a polymer of galactose that occurs in hemicelluloses. In plants such as the axlewood ( Anogeissus latifolia) and acacia trees, galactose monomers link together and form galactans.

Common biological reactions involving galactose

Glycosylation is the process of adding a carbohydrate component, such as galactose, to certain proteins and lipids. Galactose forms part of certain glycolipids and glycoproteins. For instance, it may serve as a constituent of cerebroside (a glycolipid comprised of a carbohydrate and a sphingolipid). Cerebrosides are of two types: glucocerebrosides و galactocerebrosides, which have glucose and galactose carbohydrate residues, respectively.

Improper metabolism

Improper metabolism of galactose results in a condition called galactosemia. It is a rare metabolic disorder. One of the typical causes is the heritable genetic mutation involving the synthesis of an enzyme in the Leloir pathway, i.e. galactose 1-phosphate uridyl transferase. Galactosemics are not advised to consume galactose- (and lactose-) containing diet. Otherwise, it could result in diarrhea, vomiting, and eventually to cirrhosis.

Biological importance/functions

Galactose is one of the most common monosaccharides and plays various biological roles. For instance, it acts as an alternative to glucose when the latter is insufficient to the metabolic demands of an organism. It can enter glycolysis to synthesize energy. However, it must go through initial steps prior to entering the glycolytic pathway.
Galactose is a constituent of lactose, the disaccharide of milk. Humans and other milk-producing animals biosynthesize lactose from galactose and glucose. Milk is a vital source of nutrients, especially of neonates.
Galactose is a component of cerebrosides, and as such are called galactocerebrosides as opposed to glucocerebrosides containing glucose instead of galactose. Galactocerebrosides are commonly found in neural tissues and they are the main glycosphingolipid in the brain — presumably, the reason galactose is referred to as the brain sugar. Galactose that is later sulfated is referred to as sulfatide. Sulfatides play a role in immune response and nervous system signaling.
In plants, galactose occurs, such as in flaxseed mucilages and sugar beet. Galactan is a polymer of galactose found in hemicellulose in plants, such as the axlewood ( Anogeissus latifolia) and acacia trees.


الأنظمة

علم الوراثة

Specialty Collaborations & Other Services

Pediatric Metabolics ( see NW providers [0] )

Co-management should be established with metabolic genetics.

Nutrition, Metabolic ( see NW providers [15] )

Initiates and monitors a lactose-free diet

Genetic Testing and Counseling ( see NW providers [7] )

Helps families understand the inheritance pattern and risks for subsequent children

Development (general)

Specialty Collaborations & Other Services

Early Intervention for Children with Disabilities/Delays ( see NW providers [2] )

All children who test positive for classic galactosemia should be referred to an early intervention program for evaluation and, if indicated, treatment.

Developmental - Behavioral Pediatrics ( see NW providers [1] )

An evaluation by developmental pediatrics may be helpful for children who are behind developmentally or who have attention or learning problems.

Physical Therapy ( see NW providers [0] )

May be helpful for patients with gross motor developmental delays and/or coordination problems/ataxia

Occupational Therapy ( see NW providers [0] )

May be helpful for patients with fine motor delays or problems with activities of daily living

Speech - Language Pathologists ( see NW providers [3] )

May be helpful for patients with language delay or articulation problems.

Eyes/Vision

Specialty Collaborations & Other Services

Pediatric Ophthalmology ( see NW providers [1] )

Periodic visits with pediatric ophthalmology are necessary to monitor for cataracts and treat as needed.

Endocrine/Metabolism

Specialty Collaborations & Other Services

Pediatric Endocrinology ( see NW providers [1] )

Assists in evaluation and management of girls with ovarian insufficiency


مراجع

Ficicioglu C, Thomas N, Yager C وآخرون. Duarte (DG) galactosemia: a pilot study of biochemical and neurodevelopmental assessment in children detected by newborn screening. Mol Genet Metab 200895:206–212.

Brenner C . Hint, Fhit, and GalT: function, structure, evolution, and mechanism of three branches of the histidine triad superfamily of nucleotide hydrolases and transferases. الكيمياء الحيوية 200241:9003–9014.

Frey PA . The Leloir pathway: a mechanistic imperative for three enzymes to change the stereochemical configuration of a single carbon in galactose. FASEB J 199610:461–470.

Calderon FR, Phansalkar AR, Crockett DK, Miller M, Mao R . Mutation database for the galactose-1-phosphate uridyltransferase (GALT) gene. Hum Mutat 200728:939–943.

Tyfield L, Reichardt J, Fridovich-Keil J وآخرون. Classical galactosemia and mutations at the galactose-1-phosphate uridyl transferase (GALT) gene. Hum Mutat 199913:417–430.

Lai K, Elsas LJ . Structure-function analyses of a common mutation in blacks with transferase-deficiency galactosemia. Mol Genet Metab 200174::264–272.

Goldstein N, Cohen Y, Pode-Shakked B وآخرون, The GALT rush: high carrier frequency of an unusual deletion mutation of the GALT gene in the Ashkenazi population Mol Genet Metab 2011102:157–160.

Coffee B, Hjelm LN, DeLorenzo A, Courtney EM, Yu C, Muralidharan K . Characterization of an unusual deletion of the galactose-1-phosphate uridyl transferase (GALT) gene. Genet Med 20068:635–640.

Crushell E, Chukwu J, Mayne P, Blatny J, Treacy EP . Negative screening tests in classical galactosaemia caused by S135L homozygosity. J Inherit Metab Dis 200932:412–415.

Elsas LJ, Langley S, Steele E وآخرون. Galactosemia: a strategy to identify new biochemical phenotypes and molecular genotypes. Am J Hum Genet 199556:630–639.

Carney AE, Sanders RD, Garza KR وآخرون. Origins, distribution and expression of the Duarte-2 (D2) allele of galactose-1-phosphate uridylyltransferase. همهمة مول جينيه 200918:1624–1632.

Fridovich-Keil JL, Gambello MJ, Singh RH, Sharer JD. Duarte variant galactosemia. In: Pagon RA, Adam MP, Ardinger HH et al., (eds). المراجعات الجينية. University of Washington: Seattle, WA, 1993.

Langley SD, Lai K, Dembure PP, Hjelm LN, Elsas LJ . Molecular basis for Duarte and Los Angeles variant galactosemia. Am J Hum Genet 199760:366–372.

Thoden JB, Timson DJ, Reece RJ, Holden HM . Molecular structure of human galactokinase: implications for type II galactosemia. J بيول كيم 2005280:9662–9670.

Bergsma DJ, Ai Y, Skach WR وآخرون. Fine structure of the human galactokinase GALK1 gene. الدقة الجينوم 19966:980–985.

Timson DJ, Reece RJ . Functional analysis of disease-causing mutations in human galactokinase. Eur J Biochem 2003270:1767–1774.

Timson DJ . The structural and molecular biology of type III galactosemia. IUBMB Life 200658:83–89.

Berry GT. Classic galactosemia and clinical variant galactosemia. In: Pagon RA, Adam MP, Ardinger HH وآخرون, (eds). المراجعات الجينية. University of Washington: Seattle, WA, 1993.

Webb AL, Singh RH, Kennedy MJ, Elsas LJ . Verbal dyspraxia and galactosemia. Pediatr Res 200353:396–402.

Ficicioglu C, Hussa C, Gallagher PR, Thomas N, Yager C . Monitoring of biochemical status in children with Duarte galactosemia: utility of galactose, galactitol, galactonate, and galactose 1-phosphate. Clin Chem 201056:1177–1182.

Lynch ME, Potter NL, Coles CD, Fridovich-Keil JL . Developmental outcomes of school-age children with Duarte galactosemia: a pilot study. JIMD Rep 201519:75–84.

Powell KK, Van Naarden Braun K, Singh RH, Shapira SK, Olney RS, Yeargin-Allsopp M . Long-term speech and language developmental issues among children with Duarte galactosemia. Genet Med 200911:874–879.

Welling L, Bernstein LE, Berry GT وآخرون. International clinical guideline for the management of classical galactosemia: diagnosis, treatment, and follow-up. J Inherit Metab Dis 201640:171–176.

Hennermann JB, Schadewaldt P, Vetter B, Shin YS, Monch E, Klein J . Features and outcome of galactokinase deficiency in children diagnosed by newborn screening. J Inherit Metab Dis 201134:399–407.

Bosch AM, Bakker HD, van Gennip AH, van Kempen JV, Wanders RJ, Wijburg FA . Clinical features of galactokinase deficiency: a review of the literature. J Inherit Metab Dis 200225:629–634.

Fridovich-Keil J, Bean L, He M, Schroer R. Epimerase deficiency galactosemia. In: Pagon RA, Adam MP, Ardinger HH وآخرون, (eds). المراجعات الجينية. University of Washington: Seattle, WA, 1993.

Committee on Genetics Kaye CI Committee on Genetics Committee on Genetics Accurso F وآخرون. Newborn screening fact sheets. طب الأطفال 2006118:e934–963.

Kobayashi K, Saheki T, Song YZ. Citrin deficiency. In: Pagon RA, Adam MP, Ardinger HH وآخرون, (eds). المراجعات الجينية. University of Washington: Seattle, WA, 1993.

Peduto A, Spada M, Alluto A, La Dolcetta M, Ponzone A, Santer R . A novel mutation in the GLUT2 gene in a patient with Fanconi-Bickel syndrome detected by neonatal screening for galactosaemia. J Inherit Metab Dis 200427:279–280.

Beutler E, Baluda MC . Improved method for measuring galactose-I-phosphate uridyl transferase activity of erythrocytes. Clin Chim Acta 196613:369–379.

Adam BW, Hall EM, Sternberg M وآخرون. The stability of markers in dried-blood spots for recommended newborn screening disorders in the United States. Clin Biochem 201144:1445–1450.

Sartippour MR, Doroudian R, Frampton G وآخرون. Identification of galactose-1-phosphate uridyl transferase gene common mutations in dried blood spots. Clin Chim Acta 2014436:298–302.

Fujimoto A, Okano Y, Miyagi T, Isshiki G, Oura T . Quantitative Beutler test for newborn mass screening of galactosemia using a fluorometric microplate reader. Clin Chem 200046:806–810.

Sokol RJ, McCabe ER, Kotzer AM, Langendoerfer SI . Pitfalls in diagnosing galactosemia: false negative newborn screening following red blood cell transfusion. J Pediatr Gastroenterol Nutr 19898:266–268.

Therrell BL Jr., Lloyd-Puryear MA, Camp KM, Mann MY . Inborn errors of metabolism identified via newborn screening: ten-year incidence data and costs of nutritional interventions for research agenda planning. Mol Genet Metab 2014113:14–26.

Li Y, Ptolemy AS, Harmonay L, Kellogg M, Berry GT . Quantification of galactose-1-phosphate uridyltransferase enzyme activity by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Clin Chem 201056:772–780.

Lai K, Langley SD, Dembure PP, Hjelm LN, Elsas LJ 2nd . Duarte allele impairs biostability of galactose-1-phosphate uridyltransferase in human lymphoblasts. Hum Mutat 199811:28–38.

Centers for Disease Control and Prevention. Good laboratory practices for biochemical genetic testing and newborn screening for inherited metabolic disorders. ممثل MMWR Recomm 201261:1–44.

Clinical and Laboratory Standards Institute Defining, establishing, and verifying reference intervals in the clinical laboratory Approved Guidelineالطبعة الثالثة. CLSI Document EP28-A3CWayne, PA,, 2010.

De Bruyn CH, Raymakers C, Wensing A, Oei TL . Galactose-1-phosphate uridyltransferase activities in erythrocytes from a patient with galactosemia: discrepancy between two methods. Clin Chim Acta 197778:145–150.

Xu YK, Kaufman FR, Donnell GN, Ng WG . Radiochemical assay of minute quantities of galactose-1-phosphate uridyltransferase activity in erythrocytes and leukocytes of galactosemia patients. Clin Chim Acta 1995235:125–136.

Ko DH, Jun SH, Park HD وآخرون. Multiplex enzyme assay for galactosemia using ultraperformance liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Clin Chem 201056:764–771.

Li Y, Ptolemy AS, Harmonay L, Kellogg M, Berry GT . Ultra fast and sensitive liquid chromatography tandem mass spectrometry based assay for galactose-1-phosphate uridylyltransferase and galactokinase deficiencies. Mol Genet Metab 2011102:33–40.

Chen J, Meyers GA, Bennett MJ . An interference-free two-step enzyme assay with UPLC-tandem mass spectrometric product measurement for the clinical diagnosis of uridine diphosphate galactose-4-epimerase deficiency. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci 2014959:5–9.

Pesce MA, Bodourian SH, Nicholson JF . A new microfluorometric method for the measurement of galactose-1-phosphate in erythrocytes. Clin Chim Acta 1982118:177–189.

Chen J, Yager C, Reynolds R, Palmieri M, Segal S . Erythrocyte galactose 1-phosphate quantified by isotope-dilution gas chromatography-mass spectrometry. كلين تشيم. 200248:604–612.

Schadewaldt P, Kamalanathan L, Hammen HW, Wendel U . Stable-isotope dilution analysis of galactose metabolites in human erythrocytes. Rapid Commun Mass Spectrom 200317:2833–2838.

Ficicioglu C, Yager C, Segal S . Galactitol and galactonate in red blood cells of children with the Duarte/galactosemia genotype. Mol Genet Metab 200584:152–159.

Berry GT, Nissim I, Lin Z, Mazur AT, Gibson JB, Segal S . Endogenous synthesis of galactose in normal men and patients with hereditary galactosaemia. لانسيت 1995346:1073–1074.

Berry GT, Nissim I, Gibson JB وآخرون. Quantitative assessment of whole body galactose metabolism in galactosemic patients. Eur J Pediatr 1997156 (suppl 1):S43–49.

Palmieri M, Mazur A, Berry GT وآخرون. Urine and plasma galactitol in patients with galactose-1-phosphate uridyltransferase deficiency galactosemia. الأيض 199948:1294–1302.

Richards S, Aziz N, Bale S وآخرون. Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology. Genet Med 201517:405–424.