Congenital disorders of glycosylation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Congenital disorders of glycosylation (CDG) is a genetically heterogeneous and clinically polymorphic group of diseases caused by defects in various enzymes, the synthesis and processing of N-linked glycans or oligosaccharides into glycoproteins. Approximately half of all proteins expressed in cells are glycosylated to achieve their full functionality. Basically there are 2 variants of glycosylation: N-glycosylation and O-glycosylation. N-glycans are bound to the amide group of aspartine, whereas O-glycans are bonded to the hydroxyl group of serine or threonine. Synthesis of N-glycans occurs in 3 stages: the formation of nucleotide-linked sugars, assembly (in the cytosol and endoplasmic reticulum) and treatment (in the Golgi apparatus). Synthesis of O-glycans occurs mainly in the Golgi apparatus. The most frequently identified types of CDG are associated with a defect in the N-glycosylation pathway. CDGs are typically multisystem disorders with varying clinical manifestations such as hepatomegaly, cholestasis, liver failure, developmental delay, hypotonia, convulsions, facial dysmorphism and gastrointestinal disorders. Also histological findings showed liver fibrosis, malformation of the ducts, cirrhosis, and steatosis. CDGs typically present in the first months of life, and about 20% of patients do not survive to 5 years. The first line of CDG screening is based on the analysis of N-glycosylation of transf ferin. Exome sequencing or targeted gene panel is used for diagnosis. Several CDG subtypes are amenable to teraphy with mannose and galactose.

About the authors

Dmitry O. Ivanov

St. Petersburg State Pediatric Medical University, Ministry of Healthcare of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: doivanov@yandex.ru

MD, PhD, Dr Med Sci, Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Valeriya P. Novikova

St. Petersburg State Pediatric Medical University, Ministry of Healthcare of the Russian Federation

Email: novikova-vp@mail.ru

MD, PhD, Dr Med Sci, Professor, Head, Laboratory of Medical and Social Problems in Pediatrics

Russian Federation, Saint Petersburg

Alevtina A. Pokhlebkina

Almazov National Medical Research Center

Email: apohlebkina@mail.ru

Clinical Resident of the Department of Children's Diseases

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Hoven E, Anclair M, Samuelsson U, et al. The influence of pediatric cancer diagnosis and illness complication factors on parental distress. J Pediatr Hematol Oncol. 2008;30(11):807-814. doi: 10.1097/MPH.0b013e31818a9553.
  2. Breton C, Fournel-Gigleux S, Palcic MM. Recent structures, evolution and mechanisms of glycosyltransferases. Curr Opin Struct Biol. 2012;22(5):540-549. doi: 10.1016/j.sbi.2012.06.007.
  3. Burda P, Borsig L, de Rijk-van Andel J, et al. A novel carbohydrate-deficient glycoprotein syndrome characterized by a deficiency in glucosylation of the dolichol-linked oligosaccharide. J Clin Invest. 1998;102(4):647-652. doi: 10.1172/JCI2266.
  4. Carchon H, Van Schaftingen E, Matthijs G, Jaeken J. Carbohydrate-deficient glycoprotein syndrome type IA (phosphomannomutase-deficiency). Biochim Biophys Acta. 1999;1455(2-3):155-165. doi: 10.1016/s0925-4439(99)00073-3.
  5. Chantret I, et al. A deficiency in dolichyl-P-glucose:Glc1Man9GlcNAc2-PP-dolichyl alpha3-glucosyltransferase defines a new subtype of congenital disorders of glycosylation. J Biol Chem. 2003;278(11):9962-71. doi: 10.1074/jbc.M211950200.
  6. Chantret I, Dupre T, Delenda C, et al. Congenital disorders of glycosylation type Ig is defined by a deficiency in dolichyl-P-mannose:Man7GlcNAc2-PP-dolichyl mannosyltransferase. J Biol Chem. 2002;277(28):25815-22. doi: 10.1074/jbc.M203285200.
  7. Corfield A. Eukaryotic protein glycosylation: a primer for histochemists and cell biologists. Histochem Cell Biol. 2017;147(2):119-47. doi: 10.1007/s00418-016-1526-4.
  8. Cylwik B, Naklicki M, Chrostek L, Gruszewska E. Congenital disorders of glycosylation. Part I. Defects of protein N-glycosylation. Acta Biochim Pol. 2013;60(2):151-161.
  9. Demaegd D, Foulquier F, Colinet AS, et al. Newly characterized Golgi-localized family of proteins is involved in calcium and pH homeostasis in yeast and human cells. Proc Natl Acad Sci USA. 2013;110(17):6859-64. doi: 10.1073/pnas.1219871110.
  10. Dupre T, Vuillaumier-Barrot S, Chantret I, et al. Guanosine diphosphate-mannose:GlcNAc2-PP-dolichol mannosyltransferase deficiency (congenital disorders of glycosylation type Ik): five new patients and seven novel mutations. J Med Genet. 2010;47(11):729-735. doi: 10.1136/jmg.2009.072504.
  11. Frank CG, Grubenmann CE, Eyaid W, et al. Identification and functional analysis of a defect in the human ALG9 gene: definition of congenital disorder of glycosylation type IL. Am J Hum Genet. 2004;75(1):146-150. doi: 10.1086/422367.
  12. Freeze HH, Schachter H. Genetic Disorders of Glycosylation. In: A Varki, RD Cummings, JD Esko, et al, editors. Essentials of Glycobiology. Cold Spring Harbor: Cold Spring Harbor Laboratory; 2009.
  13. Grubenmann CE, Frank CG, Hulsmeier AJ, et al. Deficiency of the first mannosylation step in the N-glycosylation pathway causes congenital disorder of glycosylation type Ik. Hum Mol Genet. 2004;13(5):535-542. doi: 10.1093/hmg/ddh050.
  14. Haeuptle MA, Pujol FM, Neupert C, et al. Human RFT1 deficiency leads to a disorder of N-linked glycosylation. Am J Hum Genet. 2008;82(3):600-606. doi: 10.1016/j.ajhg.2007.12.021.
  15. Harms HK, Zimmer KP, Kurnik K, et al. Oral mannose therapy persistently corrects the severe clinical symptoms and biochemical abnormalities of phosphomannose isomerase deficiency. Acta Paediatr. 2007;91(10): 1065-72. doi: 10.1111/j.1651-2227.2002.tb00101.x.
  16. Hennet T, Cabalzar J. Congenital disorders of glycosylation: a concise chart of glycocalyx dysfunction. Trends Biochem Sci. 2015;40(7):377-384. doi: 10.1016/j.tibs.2015.03.002.
  17. Hiraoka S, Furuichi T, Nishimura G, et al. Nucleotide-sugar transporter SLC35D1 is critical to chondroitin sulfate synthesis in cartilage and skeletal development in mouse and human. Nat Med. 2007;13(11):1363-1367. doi: 10.1038/nm1655.
  18. Hucthagowder V, Morava E, Kornak U, et al. Loss-of-function mutations in ATP6V0A2 impair vesicular trafficking, tropoelastin secretion and cell survival. Hum Mol Genet. 2009;18(12):2149-2165. doi: 10.1093/hmg/ddp148.
  19. Jaeken J, Hennet T, Matthijs G, Freeze HH. CDG nomenclature: time for a change! Biochim Biophys Acta. 2009;1792(9):825-826. doi: 10.1016/j.bbadis.2009.08.005.
  20. Jaeken J, Vanderschueren-Lodeweyckx M, Casaer P, et al. Familial psychomotor retardation with markedly fluctuating serum prolactin, FSH and GH levels, partial TBG-deficiency, increased serum arylsulphatase A and increased CSF protein: a new syndrome? Pediatr Res. 1980;14(2):179-179. doi: 10.1203/00006450-198002000-00117.
  21. Jones MA, Ng BG, Bhide S, et al. DDOST mutations identified by whole-exome sequencing are implicated in congenital disorders of glycosylation. Am J Hum Genet. 2012;90(2):363-8. doi: 10.1016/j.ajhg.2011.12.024.
  22. Kjaergaard S. Congenital disorders of glycosylation type Ia and Ib. Genetic, biochemical and clinical studies. Dan Med Bull. 2004;51(4):350-363.
  23. Li M, Cheng R, Liang J, et al. Mutations in POFUT1, encoding protein O-fucosyltransferase 1, cause generalized Dowling-Degos disease. Am J Hum Genet. 2013;92(6):895-903. doi: 10.1016/j.ajhg.2013.04.022.
  24. Loibl M, Strahl S. Protein O-mannosylation: what we have learned from baker’s yeast. Biochim Biophys Acta. 2013;1833(11):2438-2446. doi: 10.1016/j.bbamcr.2013.02.008.
  25. de Lonlay P, Seta N. The clinical spectrum of phosphomannose isomerase deficiency, with an evaluation of mannose treatment for CDG-Ib. Biochim Biophys Acta. 2009;1792(9):841-843. doi: 10.1016/j.bbadis.2008.11.012.
  26. Lübke T, Marquardt T, Etzioni A, et al. Complementation cloning identifies CDG-IIc, a new type of congenital disorders of glycosylation, as a GDP-fucose transporter deficiency. Nat Genet. 2001;28(1):73-76. doi: 10.1038/ng0501-73.
  27. Mohamed M, Ashikov A, Guillard M, et al. Intellectual disability and bleeding diathesis due to deficient CMP-sialic acid transport. Neurology. 2013;81(7):681-7. doi: 10.1212/WNL.0b013e3182a08f53.
  28. Molinari F, Foulquier F, Tarpey PS, et al. Oligosaccharyltransferase-subunit mutations in nonsyndromic mental retardation. Am J Hum Genet. 2008;82(5):1150-7. doi: 10.1016/j.ajhg.2008.03.021.
  29. Moremen KW, Tiemeyer M, Nairn AV. Vertebrate protein glycosylation: diversity, synthesis and function. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012;13(7):448-462. doi: 10.1038/nrm3383.
  30. Panneerselvam K, Freeze HH. Mannose corrects altered N-glycosylation in carbohydrate-deficient glycoprotein syndrome fibroblasts. J Clin Invest. 1996;97(6):1478-1487. doi: 10.1172/JCI118570.
  31. Peanne R, de Lonlay P, Foulquier F, et al. Congenital disorders of glycosylation (CDG): Quo vadis? Eur J Med Genet. 2017. doi: 10.1016/j.ejmg.2017.10.012.
  32. Peanne R, de Lonlay P, Foulquier F, et al. Congenital disorders of glycosylation (CDG): Quo vadis? Eur J Med Genet. 2017. doi: 10.1016/j.ejmg.2017.10.012.
  33. De Praeter CM, Gerwig GJ, Bause E, et al. A Novel Disorder Caused by Defective Biosynthesis of N-Linked Oligosaccharides Due to Glucosidase I Deficiency. Am J Hum Genet. 2000;66(6):1744-1756. doi: 10.1086/302948.
  34. Ramaekers VT, Stibler H, Kint J, Jaeken J. A new variant of the carbohydrate deficient glycoproteins syndrome. J Inherit Metab Dis. 1991;14(3):385-388. doi: 10.1007/bf01811710.
  35. Riley LG, Cowley MJ, Gayevskiy V, et al. A SLC39A8 variant causes manganese deficiency, and glycosylation and mitochondrial disorders. J Inherit Metab Dis. 2017;40(2):261-9. doi: 10.1007/s10545-016-0010-6.
  36. Rind N, Schmeiser V, Thiel C, et al. A severe human metabolic disease caused by deficiency of the endoplasmatic mannosyltransferase hALG11 leads to congenital disorder of glycosylation-Ip. Hum Mol Genet. 2010;19(8):1413-1424. doi: 10.1093/hmg/ddq016.
  37. Sadat MA, Moir S, Chun TW, et al. Glycosylation, hypogammaglobulinemia, and resistance to viral infections. N Engl J Med. 2014;370(17):1615-1625. doi: 10.1056/NEJMoa1302846.
  38. Sanz-Nebot V, et al. Characterization of transferrin glycoforms in human serum by CE-UV and CE-ESI-MS. Electrophoresis. 2007;28(12):1949-57. doi: 10.1002/elps.200600648.
  39. Schengrund CL. Gangliosides: glycosphingolipids essential for normal neural development and function. Trends Biochem Sci. 2015;40(7):397-406. doi: 10.1016/j.tibs.2015.03.007.
  40. Schroeder AS, Kappler M, Bonfert M, et al. Seizures and stupor during intravenous mannose therapy in a patient with CDG syndrome type 1b (MPI-CDG). J Inherit Metab Dis. 2010;33 Suppl 3:S497-502. doi: 10.1007/s10545-010-9252-x.
  41. Stibler H, Stephani U, Kutsch U. Carbohydrate-deficient glycoprotein syndrome--a fourth subtype. Neuropediatrics. 1995;26(5):235-237. doi: 10.1055/s-2007-979762.
  42. Thiel C, Schwarz M, Peng J, et al. A new type of congenital disorders of glycosylation (CDG-Ii) provides new insights into the early steps of dolichol-linked oligosaccharide biosynthesis. J Biol Chem. 2003;278(25):22498-22505. doi: 10.1074/jbc.M302850200.
  43. Thiel C, Lubke T, Matthijs G, et al. Targeted disruption of the mouse phosphomannomutase 2 gene causes early embryonic lethality. Mol Cell Biol. 2006;26(15):5615-20. doi: 10.1128/MCB.02391-05.
  44. Timal S, Hoischen A, Lehle L, et al. Gene identification in the congenital disorders of glycosylation type I by whole-exome sequencing. Hum Mol Genet. 2012;21(19):4151-4161. doi: 10.1093/hmg/dds123.
  45. Ungar D, Oka T, Brittle EE, et al. Characterization of a mammalian Golgi-localized protein complex, COG, that is required for normal Golgi morphology and function. J Cell Biol. 2002;157(3):405-415. doi: 10.1083/jcb.200202016.
  46. Varki A, Marth J. Oligosaccharides in vertebrate development. Semin Dev Biol. 1995;6(2):127-138. doi: 10.1016/s1044-5781(06)80022-8.
  47. Wu X, Rush JS, Karaoglu D, et al. Deficiency of UDP-GlcNAc:Dolichol Phosphate N-Acetylglucosamine-1 Phosphate Transferase (DPAGT1) causes a novel congenital disorder of Glycosylation Type Ij. Hum Mutat. 2003;22(2):144-150. doi: 10.1002/humu.10239.
  48. de Zegher F, Jaeken J. Endocrinology of the carbohydrate-deficient glycoprotein syndrome type 1 from birth through adolescence. Pediatr Res. 1995;37(4 Pt 1): 395-401. doi: 10.1203/00006450-199504000-00003.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2018 Ivanov D.O., Novikova V.P., Pokhlebkina A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».