Genetycznie uwarunkowane wady metabolizmu.

Choroby mitochondrialne

kurs dla diagnostów

laboratoryjnych

Prof. Ewa Pronicka

2012

Definicja choroby

mitochondrialnej (ch. mit.)

Genetycznie uwarunkowane schorzenia

spowodowane

„pierwotnym” zaburzeniem procesu

fosforylacji oksydacyjnej

(OXPHOS) w mitochondriach
Uwaga: Definicja obejmuje tylko choroby

monogenowe (do 1000 defektów).

Skumulowana częstość występowania

1:5000 urodzeń (Rare Diseases)

Przyczyny ch. mit.

– poziom

molekularny

- Mutacje mtDNA (patogenne)
(ograniczona liczba mutacji

– około 100)

Mutacje nDNA kodujące białka

odpowiadające za prawidłową funkcję

łancucha oddechowego i przebieg procesu
OXPHOS

(znane i jeszcze nie poznane geny >800)

Przyczyny ch. mit.

– poziom białkowy

- Defekty strukturalne podjednostek

kompleksów łańcucha oddechowego

Defekty białek uczestniczących w

składaniu kompleksów

Inne defekty białkowe upośledzające

bezpośrednio OXPHOS, np. procesy
transkrypcji, translacji, produkcja

nukleotydów, transport przez błony.

Diagnostyka na poziomie

molekularnym

• mutacje mtDNA (tRNA, podjednostki

strukturalne kompleksów, rRNA, duże
pojedyncze delecje)

• mutacje jądrowego DNA (podjednostki

strukturalne, białka składania kompleksów,
transportowe, inne)

– docelowo blisko

1000

genów

Diagnostyka na poziomie

białkowym i funkcji łańcucha

oddechowego

• Deficyt kompleksu IV łańcucha

oddechowego

• Deficyt kompleksu I łańcucha

oddechowego

• Inne defekty czynności łańcucha

oddechowego (w tym złożone defekty)

Detekcja choroby

mitochondrialnej

Fenotyp kliniczny?

Zaburzenie morfologii

mitochondriów?

Zaburzenie ich funkcji?

Lokalizacja defektu białkowego?

Lokalizacja mutacji DNA?

Akceptowana podstawa

rozpoznania ch. mit.

• Obecność mutacji mtDNA lub jądrowego

DNA o potwierdzonej patogenności

• Specyficzne cechy morfologiczne mięśnia

(RRF, mozaikowość COX)

• Izolowane defekty OXPHOS w badaniach

enzymatycznych i proteomicznych mięśnia i
fibroblastach (deficyty kompleksu I, IV i V)

Fenotyp kliniczny

i historia naturalna ch. mit.

Wstęp do problemów

diagnostycznych w

„medycynie

mitochondrialnej”

(8 kolejnych wykładów)

Cechy charakterystyczne ch. mit.

• Brak specyficznego markera

biochemicznego (kwas mlekowy, alanina)

• Zajęcie wielu narządów (zwykle kolejno)
• Dowolny wiek początku choroby (noworodki

– dorośli)

• Różny stopień ciężkości przebiegu
• Okresy zaostrzeń i remisji
• Przebieg zawsze postępujący, niepomyślny

Symptomatologia ch. mit.

• Układ nerwowy
• Mięśnie szkieletowe i serce
• Układ endokrynny (przytarczyce, trzustka,

wzrastanie)

• Narządy zmysłów (słuch, wzrok)
• Wszystkie inne narządy i układy

Klasyczne fenotypy

mitochondrialne (1)

• MELAS – encefalopatia mitochondrialna,

kwasica mleczanowa, epizody
udaropodobne (tRNAleu)

• MERRF – padaczka miokloniczna, włókna

RRF w mięśniu (tRNAliz)

• KSS – zespół Kearn-Sayre: niedoczynność

przytarczyc, zaburzenie przewodnictwa
serca, ptoza, encefalopatia (delecja mtDNA)

Fenotypy mitochondrialne (2)

• Zespół Leigha (sekcja mózgu, przyżyciowo -

obrazowanie mózgu)

• Zespół Alpersa (encefalohepatopatia) -

mutacje w genie POLG

• Zespół Pearsona (uporczywa biegunka,

niedokrwistość makrocytarna)

• MNGIE (encefalopatia, zaburzenie motoryki

jelit)

Fenotypy mitochondrialne (3)

• PLEO – oftalmoplegia zewnetrzna (delecja

mtDNA, POLG)

• NARP
• MILS
• MEGDEL (in press, 2012)
• GRACIL
• Zespół Sengersa

mptomatologia ch. mit.

w zależności od wieku dziecka

< 1 mż.

36%

(encefalokardiomiopatia,

encefalohepatopatia)

1 mż. - 2 rż

44%

(zespół Leigha, zespół Alpersa)

> 2 lat

22%

(KSS, MERRF, MELAS, MILS, inne)

Przydatne parametry biochemiczne

• Wzrost stężenia mleczanu w moczu (profil

kwasów organicznych metodą GC-MS), osoczu
i płynie mózgowo-rdzeniowym (18 mg%, 2.0
mmol/L)

• Zwiększenie stosunku mleczanu do

pirogronianu (>20)

• Wzrost stężenia alaniny (tandemowa MS;

MS/MS)

• Kwasica metaboliczna lub alkaloza oddechowa

(hiperwentylacja)

Wtórne przyczyny acydemii

mleczanowej

• Glikogenozy wątrobowe
• Defekty glukoneogenezy
• Deficyt fruktozo-1,6

bifosfatazy

• Acydurie organiczne,

zaburzenia FAO w stanie
dekompensacji

• LCHAD i inne zaburzenia

FAO w stanie
dekompensacji

• Niewydolność

oddechowa

• Zapaść
• Sinicza wada serca
• Zatrucia egzogenne (CO,

cjanek, inne)

• Drgawki
• Ucisk przy pobraniu krwi
• Alkaloza oddechowa

Profil GC-MS w ch. mit.

• Kwas mlekowy (próg nerkowy ok 30 mg%)
• Metabolity cyklu Krebsa, w tym kwas keto-

glutarowy, fumarowy, cytrynowy, bursztynowy

• Kwas pirogronowy (deficyt PDHC)
• Kwas 3-metyloglutakonowy
• Kwas metylomalonowy (mut SUCLA)
• Ketonuria i kwasy dwukarboksylowe
• Metabolity jelitowej flory bakteryjnej
• Metabolity uszkodzenia funkcji wątroby

Pajdowska M, w przygotowaniu

Przydatne badania dodatkowe

• Obrazowanie mózgu
• (USG głowy, CT, MRI, MRS)
• Badania elektrofizjologiczne (EMG, NCS,

potencjały wywołane, inne)

• ECHO serca, EKG, ERG, inne
• Aktywność wybranych enzymów w

fibroblastach, np. kompleks
dehydrogenazy pirogronianu (PDHC)

Przydatne konsultacje

specjalistów

• pediatra z umiejętnością medycyny

metabolicznej/mitochondrialnej (status
nieformalny)

•  neurolog
• genetyk kliniczny, patolog
• okulista, kardiolog, endokrynolog
•  gastroenterolog, nefrolog
•  audiolog i dermatolog

Diagnostyka na poziomie fenotypu

klinicznego (stopień

prawdopodobieństwa ch. mit.)

• Wysoce prawdopodobna

analiza mutacji

• Prawdopodobna

biopsja mięśnia

• Możliwa

obserwacja, biopsja mięśnia,

/zabezpieczenie materiału w wypadku

zgonu/

Kryteria rozpoznania ch. mit. (wg skali Nijmegen)

mało prawdopodobna; 2-4 możliwa; 5-7

prawdopodobna; 8-12 zdefiniowana

Objawy kliniczne (maximum A+B+C = 4 punkty)
A.

Objawy ze strony mięśni (max 2 pkt)

Objawy ze strony ośrodkowego układu nerwowego
(max 2 pkt)

Choroba wielonarządowa (max 3 pkt)

Badania metaboliczne i obrazowe (maximum 4

punkty)

Acydemia mleczanowa 2 pkt; MRI Leigh

– 2 pkt

Morfologia mięśnia (maximum 4 punkty)
Deficyt COX 4 pkt, RRF 4 pkt; struktura ME 2 pkt

/Post Bioch 2008;54:161-8/

Mutacje w genie SCO2 (2002)

• Postępująca kardiomiopatia z ciężką kwasicą

mleczanową w okresie noworodkowym, zgon w

pierwszym półroczu życia

• Obraz kliniczny i elektrofizjologicznuy

przypominający rdzeniowy zanik mięśni; +
drgawki, niewielki wzrost poziomu kwasu

mlekowego, deficyt COX w mięśniu ale nie w

fibroblastach; zgon przed 2 r.ż.

Deplecje mtDNA w wątrobie

Deficyt kinazy dezoksyguanozyny -

DGUOK (2001)

– od urodzenia do 6 mies. ż. - niewydolność

wątroby, ciężkie upośledzenie rozwoju,

zmiany neurologiczne, oczopląs, kwasica
mleczanowa, hipoglikemia, znaczny wzrost

stężenia AFP

– Zgon przed 1 r. ż.
– Aktywność kompleksów łańcucha

oddechowego obniżona (z wyjątkiem
kompleksu II)

Deplecje mtDNA w mięśniu; SMA-

like)

Deficyt kinazy tymidyny TK2 (2001)

– Ciężka postępująca miopatia od 6-36 mies. ż.

prowadząca do zupełnego zaniku
spontanicznych ruchów, respirator, zgon
około 4 r.ż. Aktywność kompleksów łańcucha
oddechowego obniżona z wyjątkiem
kompleksu II (nDNA)

obniżona pula dezoksyrybonukleotydów

(dNTP) w mitochondrium.

Multi-delecje mtDNA

Deficyt fosforylazy tymidyny

– TP (2001)

• - zespół MNGIE - mitochondrial neuronal

gastrointestinal encephalopathy

• - RRF w mięśniu
• - analiza DNA: liczne delecje mtDNA
- dziedziczenie autosomalne recesywne
- Rozpoznanie biochemiczne: tymidyna w moczu

i osoczu, akt. TP w leuk., DNA

Deficyt kompleksu dehydrogenazy

pirogronianu (PDH)

Heterogenny obraz kliniczny spełniający

kryteria ch. mit. (zespół Leigha, encefalopatia

padaczkowa, napady skłonów z kwasicą

mleczanową, inne)

- Wzrost kwasu mlekowego po podaniu glukozy
-

Prawidłowy stosunek mleczanu do
pirogronianu (<20)

Dgn. immunohistochemia, aktywność enzymu,
identyfikacja mutacji w podjednostkach PDHC

Zespół Bartha

Defekt białka błonowego tafazyny prowadzi do

zaburzenia budowy kardiolipiny i wtórnych

zaburzeń OXPHOS

Defekt recesywny, sprzężony z chr X; częstość

występowania <1 : 500 000 urodzeń

Objawy: acyduria 3-metyloglutakonowa,

Neutropenia, hardiomiopatia przerostowa

Dgn. profil kardiolipin w surowicy, mutacje w

genie TAZ

Acyduria 3-metyloglutakonowa

Typ II. zespół Bartha

Typ III. zespół Costeff (atrofia n. wzrokowego,

ataksja; gen OPA3)

Typ IV. niespecyficzna; m.in. kardiomiopatia

przerostowa u Romów (gen TMEM70) i
asocjacja MEGDEL (lokalizacja gnu w druku)

Typ V. kardiomiopatia rozstrzeniowa z ataksją

(gen DNAJC19)

Zespół Leigha (mut SURF1)

• 6 m.ż. - w czasie infekcji - wymioty, brak przybytku

m.c., dyskretne objawy neurologiczne

• 12 m.ż. - Narasta wyniszczenie, nasilają się

objawy neurologiczne -

dysocjacja gałek ocznych,

zanik n. wzrok. , EMG - zmiany demielinizacyjno-
aksonalne

• 18 m.ż. - Utrata zdolności chodzenia i siedzenia,

okresy bezdechów, objawy opuszkowe. MRI –

cechy zespołu Leigha

• Zgon do 4 r.ż. z objawami depresji ośrodka

oddechowego.

Konieczne:

dobra współpraca między lekarzami

różnych specjalności

(wskazane konsylium z udziałem

specjalisty w „medycynie metabolicznej”)

komplementarne współdziałanie lekarza z

ośrodkiem diagnostyki mitochondrialnej

(przepływ informacji)

Błędne założenia i pojęcia

(Thorburn 2004, Australia)

• Mutacje mtDNA rzadko są przyczyną zaburzeń

OXPHOS u dzieci (aż >25%)

• Wywiad rodzinny zwykle wskazuje na

dziedziczenie matczyne (tylko w 18%)

• Mutacje mtDNA są eliminowane w hodowli

fibroblastów (tRNA 3/12, podjednostki 22/25)

• Brak szans na zdrowe potomstwo nosicielki

mutacji mtDNA (czasem możliwa biopsja
trofoblastu; diagnostyka preimplantacyjna,
dawczynie oocytów)

Postępowanie w ch. mit.

QoL: stan odżywienia, rehabilitacja

(jndywidualna), unikanie stresów,

hospitalizacji, znieczuleń, rozłąki z rodziną.

Dieta ketogenna
Unikanie walproinianów
Unikanie hiperwentylacji (gorączka, lęk)
Zmiatacze wolnych rodników, karnityna,

koenzym Q (idebenon)

Witamina B1 w deficycie PDH alfa 1,

arginina i.v. w MELAS

Dichlorooctan (inhibitor fosfatazy PDHC)

Monitorowanie efektów leczenia

The Newcastle Mitochondrial Disease Adult Scale

(NMDAS).

Schaefer et al. Neurology 2006; 66: 1932

The Newcastle Paediatric Mitochondrial Disease

Scale (NPMDS)

• 0 – 24 months
• 2-11 years
• 12-18 years
Phenix et al. Neuromuscul Dis 2006; 16: 814

Stan obecny w kraju:

brak wielospecjalistycznego ośrodka

medycyny mitochondrialnej dla dzieci i

dorosłych

Z zapleczem szpitalnym, laboratoryjnym i

naukowo-badawczym