Митохондриальные заболевания МГНЦ РАМН Москва Митохондрии выполняют

Митохондриальные заболевания. МГНЦ РАМН, Москва

Митохондрии выполняют большое число метаболических функций

Дыхательная цепь митохондрий

l Митохондриальные заболевания – гетерогенная группа наследственных болезней, обусловленных нарушениями в дыхательной цепи митохондрий

Поскольку ДЦМ находится под двойным генетическим контролем: мт. ДНК и я. ДНК к дефектам в ДЦМ могут приводить мутации мт. ДНК мутации я. ДНК

Классификация митоходриальных болезней l l Обусловленные мутациями мт. ДНК Точковые мутации (синдромы LHON, NARP, Ли, MERRF, MELAS, ММС) Крупные перестройки (синдромы КSS, CPEO, Пирсона) Обусловленные мутациями я. ДНК Мутации генов, кодирующих КДЦМ и белки, необходимые для их сборки (синдром Ли) Мутации ядерных генов, вызывающих мутации в мт. ДНК (синдром СPEO/СPEO , болезнь Альперса)

Наследование МБ l МБ могут наследоваться по любому типу (х-сцепленному, АД, АР), в том числе и по цитоплазматическому

МБ обусловленные мутациями мт. ДНК l l l LHON (атрофия зрительных нервов Лебера) MELAS (митохондриальная энцефалопатия, лактат-ацидоз, инсультоподобные состояния) MERRF (миоклонус-эпилепсия, наличие рваных красных волокон в мышечном биоптате) KSS (синдром Кернс-Сейера) CPEO (прогрессирующая наружная офтальмоплегия)

Митохондриальная ДНК человека

Особенности митохондриальной ДНК 1. Представляет собой кольцевую молекулу, размером 16569 п. н. , в которой отсутствуют интроны. 2. Наследуется через цитоплазму яйцеклетки. 3. В каждой клетке содержится несколько сотен копий мт. ДНК (за исключением половых клеток) 4. Генетический код отличается от универсального кода я. ДНК 5. Скорость мутаций мт. ДНК ~ в 10 раз выше чем я. ДНК.

Наследование l Наследуется по особому цитоплазматическому или материнскому типу

Феномен гетероплазмии Присутствие мутантых и нормальных молекул мт. ДНК в одной клетке или тканях Следствия: l Клиническая картина зависит от процента мутантных молекул в тканях. Чем больше, тем, как правило, тяжелее клинические проявления болезни l Внутрисемейный полиморфизм. В одной родословной могут встречаться пациенты как с тяжелыми так и с легкими проявлениями заболевания l

Неравномерное распределение мутантной мт. ДНК В разных тканях процент мутантной мт. ДНК может быть от 0 -100% Следствия l Клинические проявления зависят от того в каких тканях и в каком проценте присутствует мутантная мт. ДНК l Внутрисемейный полиморфизм. В одной родословной могут встречаться пациенты с поражением разных систем и органов l

Клинические проявления МБ МБ могут манифестировать в любом возрасте, дебютировать с поражения любой системы органов и в любом сочетании l Чаще поражаются органы и ткани наиболее зависимые от энергии окислительного фосфорилирования (скелетная и сердечная мыш. ткань, нервная, эндокринная) Необычное сочетание мультиорганной патологии помогает заподозрить заболевания из этой группы НБ. l

Синдром LHON (атрофия зрительных нервов Лебера) Возраст начала заболевания от 12 до 30 л. острая или подострая безболезненная потеря центрального зрения, вызванная тяжелой, обычно билатеральной атрофией зрительного нерва

Синдром MELAS Инсультоподобные состояния чаще всего имеют место в возрасте 5 -15 л. Локализация : височная, теменная или затылочная Судороги, атаксия, миоклонусэпилепсия, кортикальная слепота, мигренеподобные головные боли, Деменция, нейро-сенсорная тугоухость эндокринопатии ( недостаточность гормона роста, гипопаратиреоз, сахарный диабет)

Синдром KSS 1) манифестация до 20 л. ; 2) прогрессирующая наружная офтальмоплегия; 3) пигментная дегенерация сетчатки. - «соль и перец» или пестрая сетчатка -образованием «костных телец» в сочетании с атрофией зрительных нервов, -генерализованная утрата пигментного эпителия сетчатки l Дополнительные симптомы: l высокое содержание белка в ЦСЖ, l блокада сердечной проводимости l мозжечковая симптоматика в виде атаксии, дизартрии l деменция, нейросенсорная тугоухость l эндокринопатии ( недостаточность гормона роста, гипопаратиреоз, сахарный диабет)

МБ, обусловленные мутациями я. ДНК Мутации ~120 различных ядерных генов могут приводить к нарушениями ДЦМ: • Мутации генов, кодирующих КДЦМ • Мутации генов, кодирующих белки, необходимые для сборки КДЦМ • Мутации ядерных генов, вызывающих мутации в мт. ДНК (делеции и истощение)

Синдром Ли (болезнь Ли, подострая некротизирующая энцефаломиелопатия Ли) l Впервые MIM 256000 описан в 1951 г (Denis Leigh) l Самое частое заболевание из группы митохондриальных болезней, манифестирующее в раннем детском возрасте l Мутации, по крайней мере, 15 разных генов могут приводить к заболеванию

Клинические проявления l l l l l Возраст дебюта 1 -5 лет Нарушение психомоторного развития Мышечная гипотония Бульбарные нарушения Нарушение ритма дыхания Офтальмопарез Нистагм Атрофия зрительных нервов Атаксия Изменение МР-сигнала в подкорковых образованиях головного мозга

МРТ при синдроме Ли

Диагностика МБ Определение окислительно-восстановительного статуса клетки А. определение концентрации лактата, пирувата и кетоновых тел в крови до после пищевой нагрузки определение концентрации лактата, пирувата и кетоновых тел в крови после нагрузки глюкозой определение концентрации лактата в ЦСЖ Морфологическое исследование мышечного биоптата А. «Рваные красные волокна» Гистохимическое определение ферментов Определение активности ферментов ДНК-диагностика А. Анализ мутаций мт. ДНК Анализ мутаций я. ДНК

I этап ( первичный скрининг на МБ) Лактат-ацидемия (>2, 0 м. М) Лактат/пируват (>25) 3 -ОН-бутират/ ацетоацетат (<1) Дефекты метаболизма пирувата (ПК) Лактат/пируват (10 -20) 3 -ОН-бутират/ ацетоацетат (>1) Дефекты дыхательной цепи митохондрий Дефекты метаболизма пирувата (ПДГк)

Концентрация лактата в норме l l Синдром LHON (всегда) Синдром KSS/СPEO (часто) Концентрация лактата повышена Синдром MERRF Синдром MELAS Синдром Ли МБ, обусловленные мутациями я. ДНК

Анализ метаболитов Позволяет подтвердить диагноз l Не дает возможность точно установить форму заболевания l Концентрация маркерных метаболитов может быть в норме при некоторых формах МБ l Концентрация маркерных метаболитов может быть повышена и при других заболеваниях l

Морфологические изменения в мышечной ткани обусловлены периферическим субсарколемным и межфибриллярным накоплением аномальных митохондрий Окраска по Гомори трихром- RRF (красные миофибриллы с рваными краями). не является ни очень чувствительным, ни очень специфичным тестом для выявления пролиферации митохондрий. Гистохимические методы окраски на сукцинатдегидрогеназу (SDH) и цитохром с оксидазу (Сох). SDH-позитивные миофибриллы являются убедительными маркерами пролиферации митохондрий. Наличие SDH-негативных и Сох-негативных миофибрилл характерно для различных клинических фенотипов, обусловленных мутациями я. ДНК и мт. ДНК

“RRF” волокна с «рваными краями»

Морфологические маркеры Позволяют подтвердить, но не установить диагноз l Не характерны для синдромов LHON, NARP, болезни Ли и некоторых МБ, обусловленных мутациями я. ДНК l Не позволяют точно установить форму заболевания l

Определение активности ферментов l l l Позволяет точно установить диагноз, если обнаружено значимое снижение активности фермента При некоторых формах МБ активность ферментов может иметь пограничные значения Активность фермента может быть снижена только в определенных тканях Крайне дорогостоящие методы требуют большого количества биологического материала (ККФ, мышечная ткань)

ДНК-диагностика заболеваний, обусловленных мутациями мт. ДНК Точковые мутации мт. ДНК - Анализ ПДРФ норма 11778 А (LHON)

ДНК-диагностика ДНК-анализ на распространенные мутации мт. ДНК позволяет точно установить диагноз, если мутации обнаружены l Неравномерное распределение мутантной мт. ДНК требует использования ДНК выделенную из различных тканей l l Наличие множества ядерных генов, приводящих к МБ затрудняет ДНКдиагностику заболеваний, обусловленных мутациями я. ДНК

Диагностика МБ Ни один из подходов к диагностике МБ не обладает абсолютной диагностической значимостью ( за исключением случаев с выявлением патогенных мутаций и резко выраженного снижения активности ферментов) l Во многих случаях диагноз может быть установлен только на основании комплексного анализа клинических, генеалогических и лабораторных данных l