Choroby mitochondrialne człowieka. Mitochondrialna encefalomiopatia neurojelitowa. Zespół wyczerpania mtDNA. Nieprawidłowości w jądrowym DNA

Wstęp(cechy ludzkich mitochondriów). Cechą funkcjonowania mitochondriów jest obecność ich własnego genomu mitochondrialnego – kolistego mitochondrialnego DNA (mtDNA), zawierającego 37 genów, których produkty biorą udział w procesie wytwarzania energii w łańcuchu oddechowym mitochondriów. mtDNA znajduje się w wewnętrznej błonie mitochondriów i składa się z pięciu sprzężonych kompleksów enzymatycznych, które łącznie mają 86 podjednostek. Kodowane są głównie przez geny jądrowe (nDNA), ale siedem podjednostek pierwszego kompleksu enzymatycznego (ND1, 2, 3, 4, 4L, 5, 6), jedna z trzeciej (cytochrom b), trzy z czwartej (COI , COII, COIII) i dwie piąte (ATPazy 6 i 8) są kodowane przez geny strukturalne mtDNA. Zatem kompleksy enzymatyczne (tj. białka) kodowane zarówno przez geny jądrowe (nDNA), jak i mitochondrialne (mtDNA) biorą udział w zapewnianiu różnorodnych funkcji biochemicznych mitochondriów.

notatka! Do głównych procesów biochemicznych związanych z metabolizmem energetycznym zachodzących w mitochondriach należą: cykl kwasów trikarboksylowych (cykl Krebsa), beta-oksydacja kwasów tłuszczowych, cykl karnityny, transport elektronów w łańcuchu oddechowym oraz fosforylacja oksydacyjna. Każdy z tych procesów może zostać zakłócony i spowodować uszkodzenie mitochondriów.

Przyczyny chorób mitochondrialnych (zwana dalej MB). Główne właściwości genomu mitochondrialnego to cytoplazmatyczne dziedziczenie genów, brak rekombinacji (czyli reorganizacji materiału genetycznego poprzez wymianę poszczególnych segmentów, odcinków, podwójnych helis DNA) oraz wysoki współczynnik mutacji. Genom mitochondrialny charakteryzuje się wyraźną niestabilnością i wysokim współczynnikiem podstawień nukleotydów, średnio 10–17 razy większym niż tempo mutacji genów jądrowych, a mutacje somatyczne często występują w nim w ciągu życia jednostki. Bezpośrednią przyczyną występowania i rozwoju dysfunkcji mitochondriów są defekty w układzie fosforylacji oksydacyjnej, niedoskonałe mechanizmy naprawcze, brak histonów oraz obecność wolnych rodników tlenowych – produktów ubocznych oddychania tlenowego.

Mutacje w genomie mitochondrialnym charakteryzują się zjawiskiem [ !!! ] heteroplazmia, w której (ze względu na specyfikę dziedziczenia mitochondrialnego) w wyniku podziału komórki rozkład (bardzo zróżnicowany – od 1 do 99%) zmutowanego mtDNA pomiędzy komórkami potomnymi następuje losowo i nierównomiernie, w wyniku czego w komórki potomne są jednocześnie kopiami mtDNA niosącymi normalny i/lub zmutowany allel. W takim przypadku różne tkanki ciała lub sąsiednie obszary tej samej tkanki mogą różnić się stopniem heteroplazmii, tj. w zależności od stopnia obecności i stosunku w komórkach ciała mitochondriów zarówno ze zmutowanym, jak i normalnym mtDNA (w kolejnych pokoleniach niektóre komórki mogą mieć tylko normalne mtDNA, inne tylko zmutowane, a trzecia część - oba typy mtDNA) . Zawartość mitochondriów ze zmutowanym mtDNA wzrasta stopniowo. Dzięki temu „okresowi opóźnienia” (od angielskiego „lag” – opóźnienie) przyszli pacjenci często osiągają okres dojrzewania (i rodzą potomstwo, które prawie zawsze ma te same mutacje w mtDNA). Kiedy liczba zmutowanych kopii mtDNA osiąga w komórce określony próg stężenia, metabolizm energetyczny w komórkach ulega znacznemu upośledzeniu i objawia się chorobą (uwaga: cechą dziedzicznego MB jest często całkowity brak jakichkolwiek patologicznych zmian). objawy na początku życia pacjenta).

notatka! Heteroplazmia charakteryzuje się jednoczesnym występowaniem zmutowanego i prawidłowego mtDNA w jednej komórce, tkance lub narządzie, co determinuje ciężkość, charakter i wiek manifestacji MB. Ilość zmienionego mtDNA może również zwiększać się wraz z wiekiem pod wpływem różnych czynników i stopniowo osiągać poziom, który może powodować kliniczne objawy choroby.

Zgodnie z wyżej wymienionymi cechami podwójnego genomu mitochondrialnego, rodzaj dziedziczenia MB może być różny. Ponieważ mtDNA w organizmie ma prawie wyłącznie pochodzenie matczyne, w przypadku przekazania mutacji mitochondrialnej potomstwu w rodowodzie następuje dziedziczenie matczyne – dotknięte są wszystkie dzieci chorej matki. W przypadku wystąpienia mutacji w genie jądrowym (nDNA) kodującym syntezę białka mitochondrialnego, choroba jest przenoszona zgodnie z klasycznymi prawami Mendla. Czasami mutacja mtDNA (najczęściej delecja) pojawia się de novo na wczesnym etapie ontogenezy i wtedy choroba objawia się sporadycznie.

notatka! Obecnie znanych jest ponad 100 mutacji punktowych i kilkaset rearanżacji strukturalnych mtDNA, które są powiązane z charakterystycznymi zespołami nerwowo-mięśniowymi i innymi mitochondrialnymi – od śmiertelnych w okresie noworodkowym po choroby o późnym początku.

Definicja. MB można scharakteryzować jako choroby spowodowane defektami genetycznymi i strukturalno-biochemicznymi mitochondriów, którym towarzyszy upośledzenie oddychania tkankowego i w konsekwencji ogólnoustrojowy defekt metabolizmu energetycznego, w wyniku którego ulegają uszkodzeniu najbardziej energetycznie zależne tkanki i narządy docelowe. dotknięte w różnych kombinacjach: mózg, mięśnie szkieletowe i mięsień sercowy (encefalomiopatie mitochondrialne), trzustka, narząd wzroku, nerki, wątroba. Zaburzenia kliniczne tych narządów mogą wystąpić w każdym wieku. Jednocześnie niejednorodność objawów komplikuje diagnostykę kliniczną tych chorób. Konieczność wykluczenia MB pojawia się w obecności objawów wielosystemowych, które nie pasują do zwykłego procesu patologicznego. Częstość występowania dysfunkcji łańcucha oddechowego szacuje się na 1 na 5–10 tys. noworodków do 4–5 na 100 tys. noworodków.

Semiotyka. Patologia nerwowo-mięśniowa w MB objawia się zwykle otępieniem, drgawkami, ataksją, neuropatią wzrokową, retinopatią, głuchotą czuciowo-nerwową, neuropatią obwodową i miopatią. Jednakże około 1/3 pacjentów z MB ma normalną inteligencję i nie ma objawów nerwowo-mięśniowych. MB obejmuje w szczególności encefalokardiomiopatię Kearnsa-Sayre'a (barwnikowe zapalenie siatkówki, oftalmoplegia zewnętrzna, całkowity blok serca); Zespół MERRF (mioklonie-padaczka, „podarte” czerwone włókna); (encefalomiopatia mitochondrialna, kwasica mleczanowa, epizody udaropodobne); Zespół Pearsona (encefalomiopatia, ataksja, demencja, postępująca oftalmoplegia zewnętrzna); zespół NAPR (neuropatia, ataksja, barwnikowe zwyrodnienie siatkówki); i niektóre formy miopatii okulistycznej. Wszystkie te formy łączy zespół miopatyczny wyrażony w takim czy innym stopniu.

notatka! Dwa główne objawy kliniczne MB to wzrost w czasie liczby narządów i tkanek biorących udział w procesie patologicznym, a także prawie nieuniknione uszkodzenie ośrodkowego układu nerwowego. Polimorfizm objawów klinicznych, w tym uszkodzenia narządów, które na pierwszy rzut oka nie są ze sobą fizjologicznie i morfologicznie powiązane, w połączeniu z różnym momentem wystąpienia objawów i stałym postępem objawów chorobowych wraz z wiekiem, pozwala podejrzewać mutację [genetyczną] mtDNA.

notatka! W praktyce klinicznej ogromne znaczenie ma umiejętność odróżnienia obrazu klinicznego MB od powszechnie występujących schorzeń somatycznych, autoimmunologicznych, endokrynologicznych i innych, z których większość jest uleczalna. Przed przepisaniem pacjentowi specyficznych badań genetycznych i biochemicznych mających na celu wykrycie patologii mitochondriów konieczne jest przeprowadzenie dokładnej oceny wywiadu rodzinnego, danych pochodzących z rutynowych badań klinicznych i laboratoryjno-instrumentalnych.

Diagnostyka . Algorytm diagnostyczny dla dowolnego MB powinien obejmować następujące kroki: [ 1 ] identyfikacja typowego obrazu klinicznego zespołu mitochondrialnego lub „niewyjaśnionych” zmian wielonarządowych oraz wywiadu dziedzicznego potwierdzającego matczyny typ dziedziczenia; [ 2 ] dalsze poszukiwania diagnostyczne powinny mieć na celu wykrycie wspólnych markerów dysfunkcji mitochondriów: zwiększonego poziomu mleczanu/pirogronianu w surowicy krwi i płynie mózgowo-rdzeniowym, zaburzeń metabolizmu węglowodanów, białek, aminokwasów, a także obrazu klinicznego obejmującego co najmniej trzy z te układy w procesie patologicznym: ośrodkowy układ nerwowy, układ sercowo-naczyniowy, mięśniowy, hormonalny, nerkowy, narządy wzroku i słuchu; [ 3 ] w przypadku klinicznych i laboratoryjnie potwierdzonych instrumentalnych objawów patologii mitochondriów, przeprowadza się analizę PCR limfocytów krwi w celu ukierunkowanego poszukiwania mutacji punktowych mtDNA; badaniem uznawanym za złoty standard w diagnostyce MB [cytopatii] jest biopsja mięśni szkieletowych z badaniami histochemicznymi, mikroskopowymi elektronowymi, immunologicznymi i genetyką molekularną, w których charakterystyczne zmiany można znaleźć w każdym MB (patrz poniżej); [ 5 ] najbardziej czułymi testami w diagnostyce MB są metody oceny poziomu heteroplazmii patologicznego mtDNA w różnych narządach i tkankach: fluorescencyjna PCR, klonowanie, denaturująca chromatografia cieczowa wysokiej rozdzielczości, sekwencjonowanie, hybrydyzacja Southern blot itp.

Badanie histochemiczne biopsji mięśni pacjenta, w tym barwienie trójchromowe metodą Gomoriego, wykazuje zmiany charakterystyczne dla MB – rozdartych czerwonych włókien miofibrylowych, które zawierają dużą liczbę proliferujących i uszkodzonych mitochondriów, tworzących aglomeraty wzdłuż obwodu włókna mięśniowego. W takim przypadku liczba rozdartych czerwonych włókien w biopsji powinna wynosić ≥ 2%. Analiza enzymatyczno-histochemiczna wskazuje na niedobór oksydazy cytochromu C w 2 i 5% miofibryli (u pacjentów poniżej 50. i powyżej 50. roku życia) ich całkowitej liczby w próbkach biopsyjnych. Analiza histochemiczna aktywności dehydrogenazy bursztynianowej (SDH) wskazuje na dodatnie wybarwienie SDH miofibryli – poszarpanych niebieskich włókien, co w połączeniu z dodatnim wybarwieniem SDH ścian tętnic zaopatrujących mięśnie wskazuje na wysoki stopień uszkodzenia mitochondriów miocyty. Wykonując mikroskopię elektronową biopsji mięśni, określa się wtręty patologiczne, zmiany strukturalne w mitochondriach, zmiany ich kształtu, wielkości i liczby.

notatka! Pomimo znacznego postępu, jaki nastąpił od czasu odkrycia mutacji genetycznych mtDNA, większość metod diagnostycznych stosowanych w praktyce klinicznej charakteryzuje się niskim stopniem swoistości dla poszczególnych schorzeń. Dlatego kryteria diagnostyczne konkretnego MB składają się przede wszystkim z połączenia konkretnych obrazów klinicznych i morfologicznych.

Zasady leczenia . Terapia MB (cytopatii) ma charakter wyłącznie objawowy i ma na celu zmniejszenie tempa postępu choroby, a także poprawę jakości życia pacjentów. W tym celu pacjentom przepisuje się standardową kombinację leków, w tym koenzym Q10, idebenon – syntetyczny analog CoQ10, kreatynę, kwas foliowy, witaminy B2, B6, B12 i inne leki poprawiające reakcje redoks w komórkach (leki będące nośnikami elektronów w łańcuch oddechowy i kofaktory reakcji enzymatycznych metabolizmu energetycznego). Związki te stymulują syntezę cząsteczek ATP i zmniejszają aktywność procesów wolnorodnikowych w mitochondriach. Tymczasem, jak wynika z przeglądu systematycznego, większość leków o działaniu przeciwutleniającym i metabolicznym stosowanych w MB nie została oceniona w dużych randomizowanych badaniach kontrolowanych placebo. Dlatego trudno jest ocenić nasilenie ich efektu terapeutycznego i obecność istotnych skutków ubocznych.

Przeczytaj więcej o MB w poniższych źródłach:

artykuł „Patologia nerwowo-mięśniowa w chorobach mitochondrialnych” L.A. Saykova, V.G. Pustozerow; Akademia Medyczna Kształcenia Podyplomowego w Petersburgu im. Roszdrava (czasopismo „Biuletyn Akademii Medycznej Kształcenia Podyplomowego w Petersburgu” 2009) [czytaj];

artykuł „Choroby przewlekłe pochodzenia niezapalnego i mutacje ludzkiego genomu mitochondrialnego” K.Yu. Mitrofanow, A.V. Żelankin, MA Sazonova, I.A. Sobenin, A.Yu. Postnow; Centrum innowacji Skołkowo. Instytut Badawczy Miażdżycy, Moskwa; GBOU Instytut Badań Naukowych Patologii Ogólnej i Patofizjologii Rosyjskiej Akademii Nauk Medycznych, Moskwa; Instytut Kardiologii Klinicznej im. A.L. Myasnikova Federalna Państwowa Instytucja Budżetowa RKNPK Ministerstwo Zdrowia i Rozwoju Społecznego Federacji Rosyjskiej (magazyn „Biuletyn Kardiologiczny” nr 1, 2012) [czytaj];

artykuł „Mitochondrialne DNA i ludzka dziedziczna patologia” autorstwa N.S. Prochorowa, Los Angeles Demidenko; Katedra Biologii Medycznej, Instytucja Państwowa „Krymski Państwowy Uniwersytet Medyczny im. SI. Georgievsky”, Symferopol (magazyn „Tauride Medical and Biological Bulletin” nr 4, 2010) [czytaj];

artykuł „Genom mitochondrialny i choroby mitochondrialne człowieka” I.O. Mazunin, N.V. Wołodko, E.B. Starikowska, R.I. Sukernik; Instytut Biologii Chemicznej i Medycyny Podstawowej, Oddział Syberyjski Rosyjskiej Akademii Nauk, Nowosybirsk (czasopismo „Biologia Molekularna” nr 5, 2010) [czytaj];

artykuł „Perspektywy medycyny mitochondrialnej” D.B. Zorow, N.K. Isajew, E.Yu. Płotnikow, D.N. Silachev, L.D. Zorova, I.B. Pevzner, MA Morosanova, SS Yankauskas, SD Zorow, V.A. Babenko; Moskiewski Uniwersytet Państwowy nazwany na cześć. M.V. Łomonosowa, Instytut Biologii Fizycznej i Chemicznej im. JAKIŚ. Belozersky, Instytut Badawczy Mitoinżynierii, Laserowe Centrum Naukowe, Wydział Bioinżynierii i Bioinformatyki; Rosyjski Narodowy Uniwersytet Medyczny im. NI Pirogov (magazyn „Biochemia” nr 9, 2013) [czytaj];

artykuł „Udar w chorobach mitochondrialnych” N.V. Pizowa; Katedra Chorób Nerwowych z kursami neurochirurgii i genetyki medycznej Państwowej Akademii Medycznej w Jarosławiu (czasopismo „Neurologia, neuropsychiatria, psychosomatyka” nr 2, 2012) [czytaj];

artykuł „Diagnostyka i profilaktyka chorób mitochondrialnych kodowanych jądrowo u dzieci” autorstwa E.A. Nikołajew; Badawczy Kliniczny Instytut Pediatrii, Moskwa (czasopismo „Russian Bulletin of Perinatology and Pediatrics” nr 2, 2014) [czytaj];

artykuł „Padaczka u dzieci z chorobami mitochondrialnymi: cechy diagnostyki i leczenia” Zavadenko N.N., Kholin A.A.; Państwowa budżetowa instytucja edukacyjna wyższego kształcenia zawodowego Rosyjski Narodowy Uniwersytet Medyczny im. NI Pirogow Ministerstwo Zdrowia i Rozwoju Społecznego Rosji, Moskwa (magazyn „Padaczka i schorzenia napadowe” nr 2, 2012) [czytaj];

artykuł „Patologia mitochondrialna i problemy patogenezy zaburzeń psychicznych” V.S. Sukhorukow; Moskiewski Instytut Badawczy Pediatrii i Chirurgii Dziecięcej Rosmedtekhnologii (Journal of Neurology and Psychiatry, nr 6, 2008) [czytaj];

artykuł „Algorytm diagnozowania encefalomiopatii mitochondrialnych” autorstwa S.N. Illarioshkin (magazyn „Choroby nerwowe” nr 3, 2007) [czytaj];

artykuł „Aktualne zagadnienia w leczeniu zaburzeń mitochondrialnych” V.S. Sukhorukow; Federalna Państwowa Instytucja Budżetowa „Moskiewski Instytut Badawczy Pediatrii i Chirurgii Dziecięcej” Ministerstwa Zdrowia Rosji (czasopismo „Efektywna farmakoterapia. Pediatria” nr 4, 2012 [czytaj]);

artykuł „Leukoencefalopatia z dominującym uszkodzeniem pnia mózgu, rdzenia kręgowego i zwiększonym poziomem mleczanu w spektroskopii MR (obserwacja kliniczna)” V.I. Guzeva, E. A. Efet, O. M. Nikolaeva; Uniwersytet Medycyny Dziecięcej w Petersburgu, St. Petersburg, Rosja (czasopismo „Neurochirurgia i Neurologia Dzieci” nr 1, 2013) [czytaj];

podręcznik dydaktyczno-metodyczny dla studentów trzeciego roku kierunku diagnostyki medycznej uczelni medycznych „Dziedziczne choroby mitochondrialne” T.S. Ugolnik, IV Manaenkova; Instytucja edukacyjna „Państwowy Uniwersytet Medyczny w Gomel”, Katedra Fizjologii Patologicznej, 2012 [czytaj];

szybko: Choroby mitochondrialne(neurodegeneracja) - do strony zawierającej 17 linków do źródeł (artykuły, prezentacje itp.).

© Laesus De Liro

Informacja genetyczna jest bardzo niestabilna. Jedna z głównych zasad genetyki głosi, że zmienność jest głównym czynnikiem rozwoju wszystkich żywych istot. Mutacje są niezbędne do przetrwania gatunku. Jednakże pewne różnice, szczególnie w mitochondriach, prowadzą do negatywnych modyfikacji natury genetycznej. Jest to przyczyną choroby zwanej zespołem mitochondrialnym.

Choroby te nie są aż tak powszechne, ale przebieg większości zespołów mitochondrialnego DNA jest wyjątkowo słaby.

Mitochondria. Ich funkcje w komórce

Przypomnijmy podstawy biologiczne. Mitochondria to organelle w komórce ludzkiej, które mają swój własny kod DNA. Mitochondria są zawsze przekazywane od matki. Jest przenoszony przez jajo matki. Mitochondria samodzielnie dzielą się w komórce i wielokrotnie powtarzają swój zestaw DNA, którego jest około 30 kopii.

Genom mitochondrialny ma 22 geny dla „własnych” transferowych RNA; 13 - dla polipeptydów wchodzących w skład kompleksów supramolekularnych zapewniających oddychanie organelli; 2 geny osobistego RNA.

Najważniejszą rolą tej organelli jest produkcja ATP. Mówiąc najprościej, jest to „elektrownia” w naszym organizmie; bez niej komórki nie mogą w pełni funkcjonować; Szybko „starzeją się” i umierają.

Co to jest zespół mitochondrialny?

Jeśli funkcjonowanie tych małych „bloków energetycznych” zostanie zakłócone, zaczynają się problemy z wymianą energii w komórce. W łagodnych postaciach choroby osoba po prostu nie jest w stanie wytrzymać wysiłku fizycznego, który powinien znosić ze względu na swój wiek.

Jednak poważniejsze zaburzenia powodują nieodwracalne zmiany w metabolizmie energetycznym, a w efekcie poważne zaburzenia w funkcjonowaniu komórek.

Zespół mitochondrialny to zespół chorób związanych z różnymi wrodzonymi uszkodzeniami mitochondriów.

Przyczyny syndromu

Organelle, takie jak mitochondria, dzielą się w różny sposób. Nie charakteryzują się rekombinacją genów, ale wskaźnik mutacji jest znacznie wyższy. Podczas podziału mitochondriów rozkład genów pomiędzy nowymi komórkami jest całkowicie losowy. Prawdopodobieństwo wystąpienia mutacji wynosi od 1 do 99%. Co więcej, nie da się tego przewidzieć.

Im więcej chorych genów, tym większe prawdopodobieństwo wystąpienia choroby. Ponieważ mitochondria są dziedziczone od matki, dzieci obu płci cierpią w wyniku mutacji w jej organizmie. I nie wybiórczo, 1 lub 2. Istnieje możliwość, że u wszystkich dzieci wystąpią nieprawidłowości w rozwoju narządów.

Mutacje dzielą się na dwa typy. Większość białek jest „kodowana” przez jądrowy DNA, który również może ulegać zmianom z nieznanych przyczyn. Dlatego rozróżnia się zespoły spowodowane zarówno mutacjami w zwykłym mitochondrialnym DNA kolistym, jak i DNA jądrowym.

Objawy

Trudno jest określić wyraźny zestaw objawów charakterystycznych dla choroby takiej jak zespół mitochondrialny. Faktem jest, że zmutowane organelle można znaleźć w absolutnie każdej komórce dowolnego narządu. A im więcej się ich gromadzi, tym bardziej zaburzona jest praca zarówno tego narządu, jak i całego układu, do którego należy. W mitochondriach zwyczajowo dzieli się zespoły w zależności od rodzaju dotkniętej tkanki i rodzaju mutacji mitochondrialnej.

Zwykle cierpią te narządy i układy, które najbardziej potrzebują stałego dopływu tlenu - są to mózg i centralny układ nerwowy, wątroba, serce, mięśnie. Bez wystarczającej ilości energii mięśnie szkieletowe nie utrzymują ciała w pozycji pionowej. W niektórych przypadkach pojawiają się nawet skurcze mięśni.

Zdarza się, że mitochondria są na tyle słabe w swojej pracy, że osoba, która otrzymała od matki taki zestaw organelli, jest całkowicie przykuta do łóżka. W przypadku niektórych zespołów, o których będziemy mówić, dana osoba cierpi na mioklonie, hepatopatię, napady padaczkowe, a z czasem na demencję i to w bardzo młodym wieku. Takie objawy wskazują na zespół wyniszczenia mitochondriów.

Najbardziej prawdopodobne zaburzenia spowodowane mutacjami mitochondrialnymi

W sumie zidentyfikowano już wiele form chorób wywoływanych przez mutacje mitochondrialne. Na przykład, gdy dotknięta jest rama mięśniowa, napady padaczkowe rozpoznaje się na tle niedorozwoju mięśni. Co więcej, struktura mięśni jest nie tylko uszkodzona, ale pod mikroskopem wygląda jak słabo rozwinięte czerwone włókna. Zanik mięśni w tym przypadku nazywany jest miopatią mitochondrialną. Jest to najczęstsze zaburzenie w niedoborze mitochondriów. Jeśli dotyczy to mięśnia sercowego - kardiomiopatii, w mózgu wykrywane są procesy patologiczne - rejestruje się encefalopatię.

Co to jest zespół encefalopatii mitochondrialnej? Zespół rozpoznaje się, gdy występują nieprawidłowości w genach - tRNA, MTND1, 4-6, MTCYB. Zaburza to funkcjonowanie całego układu nerwowego.

Wraz z encefalopatią obserwuje się również taki objaw, jak kwasica mleczanowa – lub śpiączka mleczanowa. Jest to powikłanie, w którym kwas mlekowy zaczyna przedostawać się do krwi.

Niebezpieczne są również takie schorzenia, jak częste i złośliwe migreny u pacjentów z zespołem niedoboru mitochondriów; u dzieci występują opóźnienia w rozwoju umysłowym i motorycznym, głuchota i ataksja (problemy z równowagą).

Objawy nie są tak dobrze zbadane, ponieważ choroby związane z mitochondriami nie zostały odkryte zbyt długo. Ale opowiemy Ci o znanych zespołach, których objawy kliniczne są próbowane w leczeniu.

Zespół MELAS

MELAS — encefalopatia (problemy z ośrodkowym układem nerwowym), kwasica mleczanowa, a ponadto udary mózgu. Zespół ten występuje zarówno u niemowląt, jak i dorosłych. Częściej jednak objawy zaczynają pojawiać się w wieku od 5 do 15 lat. Jakie są te objawy? Są one wymienione w nazwie zespołu. Pacjent nagle doświadcza wielu udarów - w obszarach skroniowych i ciemieniowych mózgu. Problemy neurologiczne są również związane z udarami. Następnie następuje osłabienie mięśni i zmysłowa utrata słuchu. Możliwe są częste skurcze mięśni.

Za przyczynę zespołu uważa się substytucję genu mitochondrialnego w pozycji 3243. A leczenie ma charakter jedynie objawowy, czyli terapia podtrzymująca.

Zespoły delecji mitochondrialnego DNA

Zacznijmy opis od choroby takiej jak zespół Kearnsa-Sayre’a, zaczynając od 4 roku życia. Syndrom objawia się w następujący sposób:

• postępująca oftalmoplegia;
• ataksja;
• blok przedsionkowo-komorowy (spowolnienie przekazywania impulsów z jednej komory serca do drugiej);
• barwnikowe zwyrodnienie siatkówki;
• ta sama czerwona, podarta tkanka mięśniowa.

Kolejnym zespołem mającym te same „korzenie” jest zespół Pearsona, który objawia się inaczej:

• niedokrwistość hipoplastyczna, pierwszy i najniebezpieczniejszy objaw;
• dysfunkcja trzustki;
• później możliwe jest pogorszenie wzroku;
• zaburzenia w szpiku kostnym;
• pojawienie się demencji.

Zespół Pearsona, podobnie jak zespół Kearnsa-Sayre’a, jest spowodowany delecją mitochondrialnego DNA. Delecje to zmiany w składzie chromosomów genu, w wyniku których część materiału genowego zostaje całkowicie utracona.

Allele, które zmutowały lub utraciły części chromosomów, nie powinny wydawać się dominujące. Ale w mitochondrialnym DNA wszystkie procesy są chaotyczne, mutacje zachodzą zbyt szybko. Niektórzy naukowcy uważają nawet, że mitochondria to nie organelle, ale bakterie, które raz dostały się do organizmu człowieka i całkowicie się zakorzeniły, stworzyły symbiotyczny związek z komórką i zaczęły jej służyć. Teorię tę sugeruje fakt, że mitochondria mają swój własny, oddzielny kolisty DNA.

Mutacje punktowe

Do zespołów wywołanych punktowymi zmianami w mitochondriach matki zalicza się zespół MERRF, zespół NAPR, wspomniany wcześniej MELAS oraz chorobę taką jak zanik nerwu wzrokowego Lebera.

Zespół mitochondrialny MERRF – jakie są jego cechy?

• Występuje ataksja – brak koordynacji, prawdopodobnie związany z problemami w móżdżku. Osoba ma słabą kontrolę nad swoimi ruchami w przestrzeni.
• Objawy padaczki mioklonicznej.
• Zanik wzroku (ślepota od urodzenia) i głuchota.
• Kwasica mleczanowa.
• Zaburzenia czucia.
• Początek choroby występuje w wieku 3 lat.

Następny rodzaj choroby, NAPR, oznacza neuropatię plus ataksję i barwnikowe zwyrodnienie siatkówki. W przypadku tego zespołu dziecko postępuje do upośledzenia rozwoju psychomotorycznego i demencji.

Zespół wyczerpania DNA

Zespół wyczerpania mitochondrialnego DNA jest bardzo rzadką chorobą. Dziecko z taką dziedziczną chorobą jest niepełnosprawne od dzieciństwa. Zespoły te są również podzielone na wiele typów.

Wiele dzieci umiera z powodu licznych wad rozwojowych narządów wewnętrznych przed ukończeniem 3. roku życia. Otrzymanie takich „ułomnych” mitochondriów od matki następuje zgodnie z dziedziczeniem autosomalnym recesywnym. Genetycy są pewni, że w takich przypadkach dochodzi do wielokrotnych delecji.

Zespół ten nazywany jest także w kręgach naukowych – zespołem wyczerpania mitochondrialnego DNA. Choroba objawia się natychmiast u noworodka. Chore dziecko ma następujące anomalie rozwojowe:

1. Ciężka hepatopatia jest chorobą wątroby.
2. Wrodzona miopatia, wyrażająca się znacznym osłabieniem mięśni.
3. Kardiomiopatia to problem z funkcjonowaniem mięśnia sercowego.
4. Zanik mięśni i brak odruchów ścięgnistych.

Główną przyczyną takich chorób jest defekt wzajemnych połączeń międzygenomowych (komunikacji).

W genetyce istnieje również coś takiego jak zespół wyczerpania mitochondrialnego DNA. Wyczerpanie jest synonimem marnotrawstwa w genetyce. Przy tak ciężkim zespole materiał genetyczny mitochondriów jest wyczerpany o 70–98%. Po raz pierwszy została opisana nie tak dawno temu, bo w 1991 roku.

Co się dzieje z dzieckiem? W okresie noworodkowym pojawia się już kwasica mleczanowa, hipoalbuminemia (gwałtowny spadek albumin we krwi), obrzęki i ciężka niewydolność wątroby. U niektórych pacjentów obserwowano także drgawki. Objawem widocznym gołym okiem jest silna hipotonia mięśni. Wszystkie dzieci urodzone z takimi znakami nie dożyły roku.

Za przyczynę uważa się uszkodzenie genu odpowiedzialnego za replikację DNA. Jej „nieprawidłowe” działanie powoduje, że prawie wszystkie mitochondria mutują i nie spełniają swoich funkcji. Sposób dziedziczenia delecji mitochondrialnego DNA może być autosomalny recesywny lub autosomalny dominujący.

Nieprawidłowości w jądrowym DNA

Oprócz wymienionych zespołów mitochondrialnych istnieją inne, związane z zaburzeniami w DNA jądrowym. Jest ich też sporo: Menkes, Ley, Alpers, różne stany niedoborowe. Wszystkie mają przebieg progresywny. Najbardziej niebezpieczny jest zespół Leigha, w którym dziecko praktycznie nie jest zdolne do życia od urodzenia.

Zespół mitochondrialny u dzieci

Większość chorób zaczyna się już we wczesnym dzieciństwie. Miopatia jest głównie powszechna, przez co dzieci nie mogą poruszać się samodzielnie i cierpią na bóle mięśni. Dość częstą chorobą jest także kardiomiopatia, czyli zaburzenie czynności mięśnia sercowego.

Zespół mitochondrialny u dziecka, jeśli dolegliwości nie są zbyt poważne i nie zagrażają zdrowiu, będzie sprawiał problemy przez całe życie i zakłócał prawidłowy rozwój. Takie dzieci potrzebują zajęć socjalizacyjnych. Ważne jest dla nich rozwijanie mięśni szkieletowych, ale nie metodami sportowymi (ponieważ wiele z nich uszkodziło mięsień sercowy), ale poprzez pływanie z delfinami. Dlatego też dla takich dzieci utworzono specjalny fundusz, na który przekazywane są pieniądze z fundacji charytatywnej.

Chłopiec o imieniu Charlie Gard, urodzony w 2016 roku, cierpi na zespół wyczerpania mitochondrialnego DNA. Od urodzenia nie jest w stanie samodzielnie połykać jedzenia ani oddychać. Jego stan jest pod całkowitą kontrolą lekarzy, a rodzice desperacko walczą o jego życie. Niewiele jest jednak nadziei. Ma wrodzoną hepatopatię, jest niewidomy i ma ubytek słuchu. Jego rodzice mają nadzieję na nowoczesne metody leczenia. Zespół otrzymał także „popularną” nazwę - mitochondrialny zespół Charliego.

Jednakże zespół wyczerpania mitochondrialnego DNA jest wyraźnie śmiertelny. Lekarze ostrzegają rodziców o tym natychmiast po postawieniu diagnozy. Liczne uszkodzenia narządów i układów wykluczają normalne życie takich dzieci. Dlatego niezwykle ważne jest, aby kobieta przed zajściem w ciążę przeszła badania genetyczne pod kątem mutacji w mitochondriach.

Testy diagnostyczne

Diagnozowanie takich zespołów jest trudnym zadaniem dla lekarzy. Przy postawieniu diagnozy ważna jest wszechstronna analiza różnych wskaźników. Przeprowadza się oddzielne badanie genetyczne, biochemiczne i morfologiczne, a następnie łączy się wszystkie dane. Badana jest nawet genealogia dziecka.

Aby uzyskać dokładny raport medyczny, należy również przeprowadzić wiele testów w celu zmierzenia różnych współczynników. Na przykład sprawdza się proporcję mleczanu/pirogronianu w osoczu krwi. Przecież brak pirogronianu i przewaga mleczanów może oznaczać początek kwasicy mleczanowej. Bardzo ważne jest, aby lekarz znał stosunek ciał ketonowych w osoczu. Jednak najskuteczniejszą metodą diagnostyczną jest biopsja mięśnia. Postać mutacji można określić poprzez molekularną analizę genetyczną DNA.

Leczenie syndromów

Trudność leczenia polega na braku mechanizmów, które mogłyby „odbudować” zmutowane geny na nowo. Lekarze w takich przypadkach nie mogą nic zrobić poza przepisywaniem pirogronianów i niektórych kompleksów witaminowych. Szczególnie trudno jest pomóc dzieciom z wieloma delecjami genów. A jeśli w karcie dziecka widnieje terminalna faza zespołu wyczerpania mitochondrialnego DNA, oznacza to, że lekarze całkowicie przyznają się do swojej bezsilności.

Jedyną rzeczą, jaką może zaoferować medycyna, jest identyfikacja mutacji mitochondrialnych u matki przed ciążą. Następnie możesz spróbować poczęcia pozaustrojowego, aby urodzić zdrowe dziecko.

Zjawisko heteroplazmii warunkuje istnienie w jednej komórce mitochondriów prawidłowych i mitochondriów o upośledzonej funkcji. Dzięki temu pierwszemu komórka może przez jakiś czas funkcjonować. Jeśli jego produkcja energii spadnie poniżej pewnego progu, następuje kompensacyjna proliferacja wszystkich mitochondriów, także tych wadliwych. Najgorzej jest w przypadku komórek zużywających dużo energii: neuronów, włókien mięśniowych, kardiomiocytów.

Na skutek nieszczelności łańcucha oddechowego mitochondria stale wytwarzają wolne rodniki w ilości 1–2% zużywanego tlenu. Ilość rodników zależy od potencjału błonowego mitochondriów, na którego zmiany wpływa stan zależnych od ATP kanałów potasowych mitochondriów. Otwarcie tych kanałów pociąga za sobą wzmożenie powstawania wolnych rodników i uszkodzenie innych białek błony mitochondrialnej i mtDNA. DNA mitochondrialny nie jest chroniony przez histony i jest łatwo dostępny dla rodników, co objawia się zmianami w poziomie heteroplazmii. Powszechnie przyjmuje się, że obecność 10% mitochondriów ze zmienionym DNA nie wpływa na fenotyp.

4. KLASYFIKACJA I CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA

CHOROBY MITOCHONDRIALNE

Obecnie nie ma jednolitej klasyfikacji etiologicznej MH istnieje ze względu na niepewność co do udziału mutacji genomu jądrowego w ich etiologii i patogenezie. Istniejące klasyfikacje opierają się na 2 zasadach: lokalizacja zmutowanego genu w mtDNA lub nDNA i udział zmutowanego białka w reakcjach fosforylacji oksydacyjnej.

Klasyfikacja etiologiczna (wg 2006 r.) obejmuje choroby mitochondrialne związane z defektami:

· mtDNA;

· nDNA;

· interakcje międzygenomowe.

Klasyfikacja patogenetyczna (wg 2000 r.) dzieli choroby mitochondrialne na spowodowane naruszenie:

· cykl karnitynowy;

· utlenianie kwasów tłuszczowych;

· metabolizm pirogronianu;

· Cykl Krebsa;

· funkcja łańcucha oddechowego;

· sprzężenie utleniania i fosforylacji.

W praktyce klinicznej kombinacje często występujących objawów MH łączy się w zespoły.

Choroby mitochondrialne - heterogenna grupa chorób charakteryzująca się defektami genetycznymi i strukturalno-biochemicznymi mitochondriów oraz zaburzeniami oddychania tkankowego. Ze względu na pochodzenie MH dzieli się na pierwotne (dziedziczne) i wtórne.

Przyczyną dziedzicznych MD są mutacje genomu mitochondrialnego i (lub) jądrowego .

Do chwili obecnej znanych jest ponad 200 chorób wywołanych mutacjami mtDNA.

Na podstawie danych klinicznych i diagnostycznych zgromadzonych w różnych krajach stwierdzono, że około co trzecia dziedziczna choroba metaboliczna u dzieci jest związana z mitochondriami. Według N.G. Danilenko (2007) w populacjach częstość występowania chorób mitochondrialnych waha się od 1:5000 do 1:35000. Minimalną częstość występowania MD w populacji dorosłych Wielkiej Brytanii szacuje się na (1–3):10 000.

Charakterystykę cech klinicznych MOH przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 2 – Cechy kliniczne chorób mitochondrialnych (wg 2007 r.)

Porażkę większości układów i narządów w MH można wytłumaczyć faktem, że wiele procesów zachodzących w organizmie jest zależnych od energii. Względna zależność energetyczna narządów i tkanekw kolejności malejącej: ośrodkowy układ nerwowy, mięśnie szkieletowe, mięsień sercowy, narząd wzroku, nerki, wątroba, szpik kostny, układ hormonalny.

Neurony potrzebują dużej ilości ATP do syntezy neuroprzekaźników, regeneracji i utrzymania niezbędnego gradientuNie+ i K+, przewodzenie impulsów nerwowych. Mięśnie szkieletowe w spoczynku zużywają niewielkie ilości ATP, natomiast podczas wysiłku fizycznego zapotrzebowanie to wzrasta dziesięciokrotnie. W mięśniu sercowym stale wykonywana jest praca mechaniczna niezbędna do krążenia krwi. Nerki wykorzystują ATP w procesie wchłaniania zwrotnego substancji tworzących mocz. Wątroba syntetyzuje glikogen, tłuszcze, białka i inne związki.

5. DIAGNOZA CHOROB MITOCHONDRIALNYCH

Choroby mitochondrialne są trudne do zdiagnozowania. Decyduje o tym brak ścisłego związku pomiędzy miejscem mutacji a fenotypem klinicznym. Oznacza to, że ta sama mutacja może powodować różne objawy, a różne mutacje mogą powodować ten sam fenotyp kliniczny.

Dlatego ważne jest, aby postawić diagnozę choroby mitochondrialnejzintegrowane podejście oparte na analizach genealogicznych, klinicznych, biochemicznych, morfologicznych (histologicznych) i genetycznych.

Analiza genealogiczna

Wywiad rodzinny dotyczący zespołu nagłej śmierci łóżeczkowej, kardiomiopatii, otępienia, wczesnego udaru mózgu, retinopatii, cukrzycy, opóźnienia w rozwoju może wskazywać na mitochondrialny charakter istniejącej choroby.

Objawy kliniczne chorób mitochondrialnych

Zespół miopatyczny: osłabienie i atrofia mięśni, obniżone napięcie miotoniczne, bóle mięśni, nietolerancja wysiłku fizycznego (zwiększone osłabienie mięśni, wymioty i ból głowy).

Centralny układ nerwowy i narządy zmysłów: letarg, śpiączka, opóźnienie rozwoju psychoruchowego, otępienie, zaburzenia świadomości, ataksja, dystonia, epilepsja, drgawki miokloniczne, „udar metaboliczny”, ślepota centralna, barwnikowe zwyrodnienie siatkówki, zanik nerwu wzrokowego, oczopląs, zaćma, oftalmoplegia, opadanie powiek, zaburzenia ostrości wzroku, niedosłuch , dyzartria, zaburzenia czucia, suchość w ustach, niedociśnienie, osłabienie głębokich odruchów ścięgnistych, epizody udaropodobne, hemianopsja.

Obwodowego układu nerwowego: neuropatia aksonalna, upośledzona funkcja motoryczna przewodu żołądkowo-jelitowego.

Układ sercowo-naczyniowy: kardiomiopatia (zwykle przerostowe), arytmia, zaburzenia przewodzenia.

Przewód pokarmowy: częste objawy dyspeptyczne (wymioty, biegunka), zanik kosmków jelitowych, zewnątrzwydzielnicza niewydolność trzustki.

Wątroba: postępująca niewydolność wątroby (szczególnie u niemowląt), powiększenie wątroby.

Nerki: tubulopatia (rodzaj zespołu De Toniego-Debreu-Fanconiego: fosfaturia, cukromocz, aminocyduria), zapalenie nerek, niewydolność nerek.

Układ hormonalny: opóźnienie wzrostu, zaburzenia rozwoju płciowego, hipoglikemia, cukrzyca i moczówka prosta, niedoczynność tarczycy, niedoczynność przytarczyc, niewydolność podwzgórzowo-przysadkowa, hiperaldosteronizm.

Układ krwiotwórczy: pancytopenia, niedokrwistość makrocytarna.

Główne objawy biochemiczne chorób mitochondrialnych

Podnieść do właściwego poziomu:

· mleczan i pirogronian we krwi (płyn mózgowo-rdzeniowy);

· kwas 3-hydroksymasłowy i acetooctowy we krwi;

· amoniak we krwi;

· aminokwasy;

· kwasy tłuszczowe o różnej długości łańcucha;

· mioglobina;

· produkty peroksydacji lipidów;

· wydalanie z moczem kwasów organicznych.

Zmniejszenie:

· aktywność niektórych enzymów metabolizmu energetycznego w mitochondriach;

· całkowita zawartość karnityny we krwi.

Kwasica mleczanowajest niemal stałym towarzyszem chorób mitochondrialnych, ale objawia się także innymi formami patologii. Dlatego skuteczniejsze jest oznaczanie poziomu mleczanu we krwi żylnej po umiarkowanym wysiłku fizycznym na ergometrze rowerowym.

Główne zmiany w budowie mięśni szkieletowych w niedoborze mitochondriów

Badanie morfologiczne pozwala za pomocą mikroskopii świetlnej i elektronowej w połączeniu z metodami histochemicznymi wykryć zaburzenia w liczbie i budowie mitochondriów, oznaki ich dysfunkcji oraz obniżoną aktywność enzymów mitochondrialnych.

Cmikroskopia świetlna stosując różnego rodzaju specjalne barwienie, m.in. w celu określenia aktywności enzymów mitochondrialnych, ujawnia:

· zjawisko „rozdartych” (szorstkich) czerwonych włókien (RRF - „postrzępione” czerwone włókna ) w ilości powyżej 5% (barwienie według Gomoriego, Altmana przypomina pękanie włókien na obwodzie i jest spowodowane nagromadzeniem pod sarkolemmą proliferujących genetycznie zmienionych mitochondriów);

· histochemiczne objawy niedoboru enzymów mitochondrialnych (cykl Krebsa, łańcuch oddechowy), zwłaszcza syntetaza cytrynianowa, dehydrogenaza bursztynianowa i oksydaza cytochromu C;

· podskórna akumulacja glikogenu, lipidów, wapń(uważa się, że gromadzenie się kropel tłuszczu w różnych tkankach, w tym we włóknach mięśniowych, następuje na skutek upośledzonego utleniania kwasów tłuszczowych w mitochondriach) .

Na elektroniczny mikroskopia określa:

· proliferacja mitochondriów;

· nagromadzenie nieprawidłowych mitochondriów pod sarkolemą;

· polimorfizm mitochondriów z zaburzeniami kształtu i wielkości, dezorganizacją cristae;

· obecność wtrąceń parakrystalicznych w mitochondriach;

· obecność kompleksów mitochondrialno-lipidowych.

Badania genetyczne w celu potwierdzenia diagnozy choroby mitochondrialnej

Wykrycie dowolnego typu mutacji mitochondrialnej z odpowiednio wysokim stosunkiem nieprawidłowego do prawidłowego mtDNA potwierdza rozpoznanie choroby lub zespołu mitochondrialnego. Brak mutacji mitochondrialnej sugeruje, że u pacjenta występuje patologia związana z mutacją nDNA.

Wiadomo, że poziom heteroplazmii w dużej mierze determinuje fenotypową manifestację mutacji. Dlatego przy przeprowadzaniu analizy molekularnej konieczne jest oszacowanie ilości zmutowanego mtDNA. Ocena poziomu heteroplazmii obejmuje wykrywanie mutacji, jednak metody wykrywania mutacji nie zawsze uwzględniają poziom jej heteroplazmii.

1. Metoda klonowania daje wiarygodne wyniki ilościowe (najbardziej pracochłonne i czasochłonne).

2. Fluorescencyjna PCR zapewnia dokładniejsze wyniki przy mniejszym nakładzie pracy (nie pozwala na wykrycie małych delecji i insercji).

3. Denaturacyjna wysokosprawna chromatografia cieczowa daje powtarzalne wyniki dla dowolnego rodzaju mutacji (delecje, insercje, mutacje punktowe) znajdujących się w stanie heteroplazmii (ocena poziomu heteroplazmii jest dokładniejsza w porównaniu z poprzednimi 2).

4. PCR w czasie rzeczywistym używany do wykrywania iilościowa ocena mutacji mtDNA. Zastosowanie: sondy ulegające hydrolizie (TaqMan), barwnik interkalującySYBR.

Najdokładniejsze szacunki podaje się 3 metodami:

· minisekwencjonowanie ( Pstryknąć - strzał ) - wykrywanie podstawień, delecji i insercji pojedynczych nukleotydów za pomocą krótkich sond (15–30 nukleotydów). Na przykład fragment DNA niosący mutacjęCTwyróżnia się i jest wzmocniony za pomocą PCR. Ten obszar jest macierzą. Sonda ma identyczną budowę, masę 5485 Da, jest jednak krótsza od matrycy o jeden nukleotyd. Nukleotydy T i C dodaje się do mieszaniny sondy i matrycy. Jeśli do sondy doda się nukleotyd C, wówczas matryca będzie typu „dzikiego” i jej masa wyniesie 5758 Da. Jeżeli nukleotyd T - matryca była typu zmutowanego o masie 6102 Da. Następnie masę otrzymanych próbek określa się za pomocą spektrometru mas.

· Pirosekwencjonowanie - połączenie sekwencjonowania i syntezy. Matrycę inkubuje się w mieszaninie 4 enzymów, 4 trifosforanów deoksynukleotydów (dATP, DSTP, dGTP, DTTP) i 4 terminatory transkrypcjidNTP. Dodatkowi komplementarnego nukleotydu towarzyszy fluorescencyjna reakcja biochemiczna.

· Bipleks Najeźdźca - pozwala wykryć 2 mutacje na raz.

Jednak z porównywalną dokładnościąBipleksNajeźdźcaokazał się najłatwiejszy w użyciu iMigawka- najdroższy.

Obecnie preferowane jest technologie chipowe , co umożliwia analizę głównych patogennych mutacji mtDNA w wielu próbkach jednocześnie, przy jednoczesnym ustaleniu poziomu heteroplazmii dla każdej indywidualnej mutacji.

Algorytm diagnostyki chorób mitochondrialnych (do 2007 r.)

1. Wymagane jest oparte na dowodach kliniczne podejrzenie choroby mitochondrialnej. W typowych przypadkach może to być identyfikacja obrazu klinicznego charakterystycznego dla tej lub innej postaci encefalomiopatii mitochondrialnej (MELAS, MERRF itp.), Jednak „klasyczne” warianty tych fenotypów są stosunkowo rzadkie.

Identyfikacja ogólnie przyjętych laboratoryjnych markerów dysfunkcji mitochondriów, wieloukładowego, wielonarządowego uszkodzenia (wymaga to odpowiednio ukierunkowanych poszukiwań), a także dziedziczenia matczynego wskazuje na mitochondrialny charakter choroby.

2. badania mtDNA w limfocytach(u pacjentów z wyraźnymi fenotypami MELAS, MERRF, zanik nerwu wzrokowego Lebera). Jeśli zostanie zidentyfikowana pożądana mutacja, diagnozę konkretnej choroby mitochondrialnej można uznać za potwierdzoną.

3. W przypadku braku wykrywalnych mutacji w limfocytach wykonuje się biopsję szkieletu mięśnie (zwykle mięsień czworogłowy lub naramienny), ponieważ. bardziej pewnym źródłem mtDNA są mięśnie szkieletowe (brak podziału komórek w mięśniach sprzyja „zatrzymaniu” mitochondriów zawierających zmutowany mtDNA). Próbki z biopsji mięśnia dzieli się na 3 części: jedna - do badań mikroskopowych (histologia, histochemia i mikroskopia elektronowa), druga - do analizy enzymologicznej i immunologicznej (badanie charakterystyki składnikówłańcuch oddechowy), trzeci - do molekularnej analizy genetycznej.

4. W przypadku braku znanych mutacji mtDNA w tkance mięśniowej przeprowadzić szczegółową analizę genetyki molekularnej - sekwencjonowanie całego łańcucha mtDNA (lub kandydujących genów jądrowego DNA) w celu zidentyfikowania nowego wariantu mutacji.

5. Identyfikacja konkretnego defektu biochemicznego w konkretnym ogniwie mitochondrialnego łańcucha oddechowego jest alternatywą dla badania mięśni szkieletowych.

6. LECZENIE CHORÓB MITOCHONDRIALNYCH

Obecnie na choroby mitochondrialne praktycznie nie ma lekarstwa. Można jednak opóźnić rozwój choroby lub uniknąć dziedziczenia patogennej mutacji mitochondrialnej.

Zasady terapii chorób mitochondrialnych

1. Leczenie objawowe:

Dietę dobiera się w zależności od patogenezy.

· W przypadku patologii transportu i utleniania kwasów tłuszczowych zaleca się częste i małe posiłki o obniżonej kaloryczności pożywienia.

· Jeżeli metabolizm kwasu pirogronowego jest zaburzony, stosuje się dietę ketogenną w celu uzupełnienia niedoboru acetylo-Co-A.

· W przypadku niedoboru enzymów cyklu TCA stosuje się częste karmienie.

· Jeśli występuje niedobór łańcucha oddechowego i fosforylacji oksydacyjnej, ilość węglowodanów ulega zmniejszeniu.

Terapia lekowa.

· Leki aktywujące transfer elektronów w łańcuchu oddechowym (koenzymQ10 , witaminy K1 i K3, preparaty kwasu bursztynowego, cytochrom C).

· Kofaktory reakcji enzymatycznych metabolizmu energetycznego (nikotynamid, ryboflawina, karnityna, kwas liponowy i tiamina).

· Leki zmniejszające stopień kwasicy mleczanowej (dichlorooctan, dimefosfon).

· Przeciwutleniacze (ubichinon, witamina C i E).

Eliminacja leków hamujących metabolizm energetyczny (barbiturany, chloramfenikol).

Wentylacja, leki przeciwdrgawkowe, enzymy trzustkowe, transfuzja składników krwi.

Opis:

Choroby mitochondrialne to grupa chorób dziedzicznych związanych z defektami w funkcjonowaniu mitochondriów, prowadzącymi do zaburzeń funkcji energetycznych komórek eukariotycznych, zwłaszcza człowieka.
Choroby mitochondrialne są spowodowane defektami genetycznymi, strukturalnymi i biochemicznymi mitochondriów, prowadzącymi do zaburzeń oddychania tkankowego. Są one przenoszone wyłącznie przez linię żeńską na dzieci obu płci, ponieważ plemnik przenosi połowę genomu jądrowego do zygoty, a komórka jajowa dostarcza zarówno drugą połowę genomu, jak i mitochondria. Patologiczne zaburzenia metabolizmu energii komórkowej mogą objawiać się defektami różnych ogniw cyklu Krebsa, łańcucha oddechowego, procesów beta-oksydacji itp.

Nie wszystkie enzymy i inne regulatory niezbędne do sprawnego funkcjonowania mitochondriów są kodowane przez mitochondrialny DNA. Większość funkcji mitochondriów jest kontrolowana przez funkcję jądrową.

Wyróżnia się dwie grupy chorób mitochondrialnych:

Wyraźne zespoły dziedziczne spowodowane mutacjami w genach odpowiedzialnych za białka mitochondrialne (zespół Bartha, zespół Kearnsa-Sayre'a, zespół Pearsona, zespół MELAS, zespół MERRF i inne).

Wtórne choroby mitochondrialne, w tym zaburzenia metabolizmu energii komórkowej, jako ważne ogniwo w powstawaniu patogenezy (choroby tkanki łącznej, glikogenoza, niewydolność wątroby, pancytopenia, a także cukrzyca i inne).

Przyczyny chorób mitochondrialnych:

Uszkodzenia mitochondriów powstają głównie w wyniku narażenia na reaktywne formy tlenu (ROS). Obecnie uważa się, że większość ROS jest wytwarzana przez kompleksy I i III, prawdopodobnie w wyniku uwolnienia elektronów przez NAD-H i FAD-H w CPE. Mitochondria zużywają około 85% tlenu zużywanego przez komórkę w procesie wytwarzania ATP. Podczas normalnego procesu od 0,4% do 4,0% całego zużywanego tlenu przekształca się w mitochondriach w rodniki ponadtlenkowe (O2-). Ponadtlenek jest przekształcany do nadtlenku wodoru (H2O2) przez enzymy detoksykacyjne – dysmutazę ponadtlenkową manganu (Mn-SOD) lub dysmutazę ponadtlenkową cynku/miedzi (Cu/Zn SOD), a następnie do wody przez peroksydazę glutationową (GP) lub peroksydredoksynę III (PR) .III). Jeśli jednak enzymy te nie są w stanie dostatecznie szybko przekształcić ROS, takich jak rodnik ponadtlenkowy, w wodę, dochodzi do uszkodzeń oksydacyjnych, które gromadzą się w mitochondriach. Glutation w PR jest jednym z głównych przeciwutleniaczy w organizmie. Glutation jest tripeptydem zawierającym glutaminę, glicynę i cysteinę. HP wymaga selenu jako kofaktora.

Wykazano, że ponadtlenek in vitro uszkadza klaster żelazowo-siarkowy zlokalizowany w centrum aktywnym akonitazy, fermentu cyklu TCA. Z tego powodu żelazo reaguje z H2O2, tworząc rodniki hydroksylowe w reakcji Fentona. Ponadto tlenek azotu (NO) jest wytwarzany w mitochondriach przez mitochondrialną syntazę tlenku azotu (MnSOA), a także swobodnie dyfunduje do mitochondriów z cytozolu. NO reaguje z O2 tworząc inny rodnik, nadtlenoazotyn (ONOO-). Razem te dwa rodniki i inne rodniki mogą powodować znaczne uszkodzenia mitochondriów i innych składników komórkowych.

W mitochondriach elementami szczególnie podatnymi na uszkodzenie przez wolne rodniki są lipidy, białka, enzymy redoks i mtDNA. Bezpośrednie uszkodzenie białek mitochondrialnych zmniejsza ich powinowactwo do substratów lub koenzymów, a tym samym upośledza ich funkcję. Problem komplikuje fakt, że jeśli doszło do uszkodzenia mitochondriów, to ich funkcja może zostać zakłócona przez zwiększone zapotrzebowanie komórki na procesy naprawy energetycznej. Dysfunkcja mitochondriów może prowadzić do procesu łańcuchowego, w którym uszkodzenie mitochondriów prowadzi do dodatkowych uszkodzeń.

Kompleks I jest szczególnie wrażliwy na działanie tlenku azotu (NO). Zwierzęta leczone naturalnymi i syntetycznymi antagonistami kompleksu I zazwyczaj doświadczają śmierci neuronów. Dysfunkcja kompleksu I została powiązana z dziedziczną neuropatią wzrokową Lebera, chorobą Parkinsona i innymi chorobami neurodegeneracyjnymi.
indukuje tworzenie się nadtlenku w mitochondriach przez komórki śródbłonka, który jest ważnym mediatorem powikłań cukrzycy, takich jak choroby układu krążenia. Tworzenie się nadtlenku w śródbłonku przyczynia się również do rozwoju nadciśnienia, starzenia, uszkodzeń niedokrwienno-reperfuzyjnych itp.

Mediatory stanu zapalnego, takie jak czynnik nowotworowy α (TNFα), powiązano in vitro z dysfunkcją mitochondriów i nasileniem tworzenia KGF. W modelu zastoinowej niewydolności serca dodatek TNFα do hodowanych kardiomiocytów zwiększał powstawanie RFT i przerost miocytów. TNFα powoduje dysfunkcję mitochondriów poprzez przywrócenie aktywności kompleksu III w CPE, zwiększając tworzenie ROS i uszkodzenie mtDNA.

Niedobór lub nadmiar składników odżywczych może również prowadzić do dysfunkcji mitochondriów. Witaminy, minerały i inne metabolity działają jako niezbędne kofaktory w syntezie i funkcjonowaniu enzymów mitochondrialnych oraz innych składników wspierających funkcjonowanie mitochondriów, a dieta uboga w mikroelementy może przyspieszać starzenie się mitochondriów i sprzyjać neurodegeneracji. Na przykład enzymy biorące udział w łańcuchu syntezy hemu wymagają wystarczających ilości pirydoksyny, żelaza, miedzi, cynku i ryboflawiny. Brak składników odżywczych wymaganych dla jakichkolwiek elementów cyklu TKA lub CPE może prowadzić do zwiększonej produkcji wolnych rodników i uszkodzenia mtDNA.

Powszechnie wiadomo, że niedobory żywieniowe są powszechną przyczyną patogenezy wielu chorób i stanowią główny temat debaty w dziedzinie zdrowia publicznego. Niedobór żelaza jest głównym mediatorem w rozwoju globalnego obciążenia chorobami, dotykającymi głównie około 2 miliardów ludzi kobiety i dzieci. Jest to najczęstszy rodzaj niedoborów żywieniowych. Niski poziom żelaza zmniejsza aktywność mitochondriów poprzez wyłączenie kompleksu IV i zwiększenie stresu oksydacyjnego. Obecnie badane są mechanizmy leżące u podstaw wpływu niedoborów składników odżywczych (a w niektórych przypadkach ich nadmiaru, jak w przypadku przeciążenia żelazem) na występowanie, rozwój i progresję chorób wynikających z upośledzenia funkcji mitochondriów.

Dziedziczenie chorób mitochondrialnych:

Mitochondria są dziedziczone inaczej niż geny jądrowe. Geny jądrowe w każdej komórce somatycznej są zwykle reprezentowane przez dwa allele (z wyjątkiem większości genów związanych z płcią w płci heterogametycznej). Jeden allel dziedziczy się od ojca, drugi od matki. Jednakże mitochondria zawierają własne DNA, przy czym każde ludzkie mitochondria zazwyczaj zawiera od 5 do 10 kopii kolistej cząsteczki DNA (patrz Heteroplazmia), a wszystkie mitochondria są dziedziczone od matki. Kiedy mitochondrium się dzieli, kopie DNA są losowo rozdzielane pomiędzy jego potomków. Jeśli tylko jedna z oryginalnych cząsteczek DNA zawiera mutację, w wyniku losowego rozmieszczenia takie zmutowane cząsteczki mogą gromadzić się w niektórych mitochondriach. Choroba mitochondrialna zaczyna się objawiać, gdy znaczna liczba mitochondriów w wielu komórkach danej tkanki nabywa zmutowane kopie DNA (ekspresja progowa).

Mutacje w mitochondrialnym DNA występują z różnych powodów znacznie częściej niż w DNA jądrowym. Oznacza to, że choroby mitochondrialne dość często powstają w wyniku spontanicznych, nowo pojawiających się mutacji. Czasami tempo mutacji wzrasta z powodu mutacji w genach jądrowych kodujących enzymy kontrolujące replikację mitochondrialnego DNA.

Objawy chorób mitochondrialnych:

Skutki chorób mitochondrialnych są bardzo zróżnicowane. Ze względu na różne rozmieszczenie wadliwych mitochondriów w różnych narządach, mutacja u jednej osoby może prowadzić do choroby wątroby, a u innej może prowadzić do choroby mózgu. Rozmiar wady może być duży lub mały i może się znacznie różnić, powoli zwiększając się w czasie. Niektóre drobne wady powodują jedynie, że pacjent nie jest w stanie wytrzymać odpowiedniej dla jego wieku aktywności fizycznej i nie towarzyszą im poważne dolegliwości bólowe. Inne wady mogą być bardziej niebezpieczne i prowadzić do poważnej patologii.

Ogólnie rzecz biorąc, choroby mitochondrialne są bardziej widoczne, gdy wadliwe mitochondria są zlokalizowane w mięśniach, mózgu i tkance nerwowej, ponieważ narządy te wymagają najwięcej energii do pełnienia swoich funkcji.

Chociaż przebieg chorób mitochondrialnych różni się znacznie w zależności od pacjenta, zidentyfikowano kilka głównych klas tych chorób na podstawie typowych objawów i specyficznych mutacji powodujących chorobę.

Oprócz stosunkowo powszechnych mitochondriów istnieją:

7. Mitochondrialny układ nerwowy: pseudoniedrożność i kacheksja przewodu pokarmowego, neuropatia, encefalopatia ze zmianami w istocie białej mózgu.

Leczenie chorób mitochondrialnych:

W celu leczenia przepisuje się:

Obecnie trwają prace nad leczeniem chorób mitochondrialnych, ale powszechną metodą terapeutyczną jest profilaktyka objawowa za pomocą witamin. W szczególności koenzym Q, który jest stosowany jako cytoprotektor i przeciwutleniacz w kardiomiopatiach, oraz ryboflawina i nikotynamid okazały się skuteczne w leczeniu zespołu MELAS u wielu pacjentów. Jako jedną z metod stosuje się także pirogroniany.

Obecnie prowadzone są prace eksperymentalne mające na celu zbadanie możliwości zapłodnienia in vitro z wykorzystaniem chimerycznego jaja, którego jądro uzyskuje się z jaja pacjentki z chorobą mitochondrialną, a cytoplazmę z innego jaja kobiety z prawidłowo funkcjonującymi mitochondriami (jądro wymiana).

Znana postać autosomalna recesywna Zespół wielokrotnej delecji mtDNA- tak zwana mitochondrialna encefalomiopatia neurojelitowa (MNGIE). Choroba objawia się w młodszym wieku i objawia się tym samym zestawem objawów neurologicznych charakterystycznych dla chorób mitochondrialnych w połączeniu z ciężką dysfunkcją przewodu pokarmowego (zespół rzekomej niedrożności jelit z napadami powtarzających się wymiotów, biegunką, utratą masy ciała).

U pacjentów MNGIE stwierdzono wyraźny spadek aktywności enzymu fosforylazy tymidynowej, spowodowany mutacjami odpowiedniego genu na chromosomie 22ql3.32-qter. Podstawą choroby jest zatem genetycznie zdeterminowana patologia metabolizmu tymidyny, prowadząca do zakłócenia replikacji i/lub utrzymania cząsteczki mtDNA.

Zespół wyczerpania mtDNA to stan, w którym u pacjentów występuje nie jakościowy, ale ilościowy defekt mtDNA – tj. gwałtowny spadek liczby kopii cząsteczek mtDNA (ryc. 68 B). Charakterystyczne jest, że deplecję mtDNA obserwuje się tylko w ściśle określonych tkankach (np. tylko w mięśniach, tylko w wątrobie, mięśniach i nerkach itp.).

Obraz kliniczny zależy od zajęcia określonych tkanek i zwykle obejmuje, w różnych kombinacjach, miopatię (w tym wrodzoną), zespół drgawkowy, niewydolność wątroby i nerek oraz kardiomiopatię. Charakterystyczna jest kwasica mleczanowa i zjawisko „rozdartych czerwonych włókien”, stwierdza się łączny niedobór kompleksów łańcucha oddechowego zawierających podjednostki (I, III-V) kodowane przez mtDNA.

Choroba Ma charakter wrodzony lub objawia się w 1. lub 2. roku życia i zwykle ma przebieg śmiertelny. W większości opisanych przypadków zespołu wyczerpania mtDNA odnotowano autosomalny recesywny sposób dziedziczenia. Wada genetyczna nie została ustalona. Przyjmuje się, że przyczyną choroby jest uszkodzenie genu jądrowego kontrolującego replikację mtDNA. Znana jest również stosunkowo łagodna wtórna postać tego zespołu, w której ubytek mtDNA w komórkach jest spowodowany stosowaniem leku przeciw wirusowi HIV, zydowudyny.

Ze względu na funkcje genetyka Encefalomiopatie mitochondrialne Diagnostyka tych chorób metodą DIC różni się od tradycyjnych metod stosowanych w przypadku chorób mendlowskich. Uogólnienie wieloletnich doświadczeń w badaniu pacjentów z patologią mitochondrialną w wiodących ośrodkach naukowych świata pozwoliło opracować przejrzysty i spójny algorytm diagnostyczny zapewniający największą skuteczność poszukiwań diagnostycznych [Krasnopolskaya K.D., Zakharova ELO., 1998; Shoffner J., Wallace D., 1992; DiMauro S., 1993; Chinnery P. i in., 1999 (a)]. Algorytm ten obejmuje kilka głównych etapów.

Na pierwszym etapie jest to przeprowadzane szczegółowe badania kliniczne i genealogiczne oraz analizę laboratoryjną i instrumentalną, której celem jest zgromadzenie dowodów na rzecz przyjęcia świadomego założenia na temat mitochondrialnego charakteru badanej choroby. Najbardziej oczywistym objawem choroby mitochondrialnej jest:

a) matczyny typ dziedziczenia (biorąc pod uwagę wszystkie polimorficzne, a nawet subkliniczne objawy u rodzeństwa - dzieci chorej matki);
b) osobliwy charakter zespołu (obecność patologii wielonarządowej i wielonarządowej obejmującej narządy o różnym pochodzeniu embrionalnym i różnych funkcjach);
c) przebieg postępujący, obecność kryzysów metabolicznych (ten ostatni jest szczególnie ważny w przypadku zespołów mitochondrialnych wczesnego dzieciństwa);
d) zwiększone stężenie mleczanu we krwi i płynie mózgowo-rdzeniowym (w tym na tle pożywienia i aktywności fizycznej);
e) aminoacyduria i kwasica organiczna.

Wyszukaj patologię wielonarządową powinno być wykonywane celowo, przy zastosowaniu niezbędnych metod paraklinicznych, w celu wykrycia jawnej lub ukrytej kardiomiopatii, kanalików nerkowych, dysfunkcji komórek wątrobowych, cukrzycy, niedoboru hormonu wzrostu, zaniku kosmków jelitowych, zmian w rozmazie krwi i nakłuciu szpiku kostnego, miopatii obwodowej, neuropatia ślimakowa i wzrokowa, patologia siatkówki, petryfikacja i zmiany ogniskowe w substancji mózgowej.