Diagnostyka chorób mitochondrialnych. Patologia mitochondriów u dzieci
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, niedoskonałość mechanizmów naprawczych, brak histonów i obecność wolne rodniki tlen – produkty uboczne 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 w komórkach potomnych znajdują się jednocześnie kopie mtDNA niosące 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 dziedzicznych MD jest często całkowita nieobecność jakiekolwiek objawy patologiczne na wczesnym etapie 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 odbiorczą, 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. Wielopostaciowość objawy kliniczne, w tym uszkodzenia narządów, które na pierwszy rzut oka nie są ze sobą fizjologicznie i morfologicznie powiązane, w połączeniu z różnym okresem manifestacji i stałym postępem objawów chorobowych wraz z wiekiem, pozwalają podejrzewać mutację [genetyczną] mtDNA.
notatka! W praktyce klinicznej bardzo ważne potrafi odróżnić obraz kliniczny 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 różne narządy i tkanek: fluorescencyjna PCR, klonowanie, denaturująca wysokosprawna chromatografia cieczowa, sekwencjonowanie, hybrydyzacja Southern blot itp.
Badanie histochemiczne biopsji mięśni od pacjentów, 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 w wieku poniżej 50. i powyżej 50. roku życia) ich całkowitej liczby w próbkach biopsyjnych. Analiza histochemiczna aktywności dehydrogenazy bursztynianowej (SDH) wykazuje dodatnie barwienie SDH miofibryli – postrzępionych niebieskich włókien, co w połączeniu z dodatnim barwieniem SDH ścian tętnic zaopatrujących mięśnie wskazuje wysoki stopień uszkodzenie mitochondriów miocytów. 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 łańcuchu oddechowym 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 w Petersburgu studia podyplomowe Roszdrav (magazyn „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 Akademia Rosyjska Sciences, Nowosybirsk (czasopismo „Molecular Biology” 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; Moskwa Uniwersytet stanowy ich. M.V. Łomonosowa, Instytut Biologii Fizycznej i Chemicznej im. JAKIŚ. Belozersky, Instytut Badawczy Mitoinżynierii, Laser Centrum naukowe, Wydział Bioinżynierii i Bioinformatyki; Rosyjskie badania narodowe Uniwersytet medyczny ich. 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];
pomoc nauczania 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
Choroby mitochondrialne, a w szczególności zespół mitochondrialny, który może objawiać się zmianami w ośrodkowym układzie nerwowym, sercu oraz patologiami mięśni szkieletowych, stanowią dziś jedną z najważniejszych dziedzin neuropediatrii.
Mitochondria – co to jest?
Jak wielu pamięta kurs szkolny biologii mitochondria to jedna z organelli komórkowych, której główną funkcją jest tworzenie cząsteczki ATP podczas oddychania komórkowego. Ponadto zachodzi w nim cykl kwasu trikarboksylowego i wiele innych procesów. Badania przeprowadzone pod koniec XX wieku ujawniły kluczowe znaczenie mitochondriów w procesach takich jak wrażliwość na leki i starzenie się (programowana śmierć komórki). W związku z tym zaburzenie ich funkcji prowadzi do niedostatecznej wymiany energii, a w konsekwencji do uszkodzenia i śmierci komórki. Zaburzenia te są szczególnie widoczne w komórkach układu nerwowego i mięśniach szkieletowych.
Mitochondriologia
Badania genetyczne pozwoliły ustalić, że mitochondria posiadają własny genom, odmienny od genomu jądra komórkowego, a zaburzenia w jego funkcjonowaniu wiążą się najczęściej z występującymi tam mutacjami. Wszystko to pozwoliło zidentyfikować kierunek naukowy zajmujący się chorobami związanymi z dysfunkcją mitochondriów – cytopatiami mitochondrialnymi. Mogą mieć charakter sporadyczny lub wrodzony, dziedziczony przez matkę.
Objawy
Zespół mitochondrialny może objawiać się w różnych układach człowieka, ale najbardziej wyraźnymi objawami są objawy neurologiczne. Wynika to z faktu, że tkanka nerwowa jest najbardziej podatna na skutki niedotlenienia. Charakterystyczne cechy, które pozwalają podejrzewać zespół mitochondrialny w przypadku zajęcia mięśni szkieletowych, to niedociśnienie, niezdolność do odpowiedniej tolerancji aktywności fizycznej, różne miopatie, oftalmopareza (porażenie opadania powiek. Ze strony układu nerwowego mogą wystąpić objawy udaropodobne, drgawki, piramidowe zaburzenia, zaburzenia psychiczne. Z reguły zespół mitochondrialny u dziecka zawsze objawia się opóźnieniem rozwoju lub utratą już nabytych umiejętności, zaburzeniami psychomotorycznymi. Ze strony układu hormonalnego, rozwojem cukrzycy, dysfunkcją tarczycy i trzustki, opóźnienie wzrostu, nie można wykluczyć dojrzewania Zmiany w sercu mogą rozwijać się zarówno na tle patologii innych narządów, jak i w izolacji Zespół mitochondrialny w tym przypadku jest reprezentowany przez kardiomiopatię.
Diagnostyka
Choroby mitochondrialne najczęściej wykrywane są w pierwszych latach życia dziecka. Według badań zagranicznych patologię tę rozpoznaje się u jednego noworodka na 5 tys. W celu diagnozy przeprowadza się kompleksowe badanie kliniczne, genetyczne, instrumentalne, biochemiczne i molekularne. Obecnie istnieje wiele metod określania tej patologii.
- Elektromiografia - przy prawidłowych wynikach na tle wyraźnego osłabienia mięśni u pacjenta, pozwala podejrzewać patologie mitochondrialne.
- Bardzo często towarzyszy kwasica mleczanowa choroby mitochondrialne. Oczywiście sama jego obecność nie wystarczy do postawienia diagnozy, ale pomiar poziomu kwasu mlekowego we krwi po wysiłku może być bardzo pouczający.
- Najbardziej pouczające jest biopsja i badanie histochemiczne uzyskanej biopsji.
- Dobre wyniki daje jednoczesne zastosowanie mikroskopii świetlnej i elektronowej mięśni szkieletowych.
Jedną z najczęstszych chorób wieku dziecięcego związaną ze zmianami genetycznymi w mitochondriach jest zespół Leigha, opisany po raz pierwszy w 1951 roku. Pierwsze objawy pojawiają się w wieku od jednego do trzech lat, ale możliwe są również wcześniejsze objawy - w pierwszym miesiącu życia lub odwrotnie, po siedmiu latach. Pierwszymi objawami są opóźnienie rozwoju, utrata masy ciała, utrata apetytu i powtarzające się wymioty. Z biegiem czasu rozwijają się objawy neurologiczne - zaburzenia napięcia mięśniowego (hipotonia, dystonia, hipertoniczność), drgawki i utrata koordynacji.
Choroba wpływa na narządy wzroku: rozwija się zwyrodnienie siatkówki i zaburzenia okoruchowe. U większości dzieci choroba postępuje stopniowo, nasilają się objawy zaburzeń piramidowych, pojawiają się zaburzenia połykania i oddychania.
Jednym z dzieci cierpiących na tę patologię był Efim Pugaczow, u którego w 2014 roku zdiagnozowano zespół mitochondrialny. Jego mama, Elena, prosi o pomoc wszystkich troskliwych ludzi.
Prognozy dzisiaj niestety najczęściej rozczarowują. Wynika to zarówno z późnego rozpoznania choroby, braku szczegółowych informacji na temat patogenezy, ciężkiego stanu pacjentów związanego ze zmianami wielonarządowymi, jak i braku jednego kryterium oceny skuteczności terapii.
Dlatego leczenie takich chorób jest wciąż w fazie rozwoju. Z reguły sprowadza się to do terapii objawowej i wspomagającej.
Występowanie tych chorób wiąże się ze zmianami w mitochondrialnym DNA. Genom mitochondrialnego DNA został całkowicie rozszyfrowany. Zawiera geny rybosomalnego RNA, 22 tr-RNA i 13 polipeptydów biorących udział w reakcjach fosforylacji oksydacyjnej. Większość białek mitochondrialnych jest kodowana przez geny jądrowego DNA, podlega translacji w cytoplazmie, a następnie przedostaje się do mitochondriów. DNA mitochondrialne jest dziedziczone w linii matczynej. Cytoplazma komórki jajowej zawiera tysiące mitochondriów, podczas gdy mitochondria plemnika nie występują w zygocie. Dlatego mężczyźni dziedziczą mt-DNA od swoich matek, ale nie przekazują go potomstwu.
Każde mitochondria zawiera 10 lub więcej cząsteczek DNA. Zwykle wszystkie kopie mt-DNA są identyczne. Czasami jednak w mtDNA zachodzą mutacje, które mogą zostać przekazane zarówno do mitochondriów potomnych, jak i do komórek potomnych.
Klinicznie mutacje mogą objawiać się różnymi objawami w dowolnym narządzie lub tkance i w każdym wieku. Najbardziej zależne od energii, a przez to wrażliwe, są mózg, serce, mięśnie szkieletowe, układ hormonalny i wątroba. Uszkodzeniom układu nerwowego zwykle towarzyszą drgawki, utrata koordynacji (ataksja), obniżona inteligencja i głuchota odbiorcza.
Przykładowe choroby dziedziczne: zanik tarczy wzrokowej Lebera (ostra utrata widzenia centralnego, może wystąpić w każdym wieku), encefalomiopatia mitochondrialna, padaczka miokloniczna i zespół naderwanych włókien mięśniowych.
Choroby wieloczynnikowe
Występują u osób z odpowiednią kombinacją alleli predysponujących, występuje polimorfizm objawów klinicznych, choroby ujawniają się w każdym wieku, a w proces patologiczny może być zaangażowany każdy układ lub narząd. Przykłady: nadciśnienie, miażdżyca, wrzód trawienny, schizofrenia, epilepsja, jaskra, łuszczyca, astma oskrzelowa itp.
Osobliwości:
Wysoka częstotliwość występowania w populacji
Istnienie różnych postaci klinicznych
Zależność stopnia ryzyka dla bliskich pacjenta:
Im rzadsza choroba w populacji, tym większe ryzyko dla krewnych probanda
Im cięższa choroba jest u probanda, tym większe ryzyko choroby u jego krewnego
Ryzyko dla krewnych probanta będzie wyższe, jeśli istnieje inny chory krewny.
Medyczne poradnictwo genetyczne
Jest to jeden z rodzajów specjalistycznej opieki medycznej dla ludności. W konsultacjach biorą udział genetycy, a także inni specjaliści (położnicy, pediatrzy, endokrynolodzy, neurolodzy). Główne cele konsultacji:
Pomoc lekarzom w diagnostyce chorób dziedzicznych
Określanie prawdopodobieństwa urodzenia dziecka z dziedziczną patologią
Wyjaśnianie rodzicom znaczenia ryzyka genetycznego
Etapy doradztwa:
1. Badanie pacjenta i rozpoznanie choroby dziedzicznej. W tym celu stosuje się różne metody: diagnostykę cytogenetyczną, biochemiczną, DNA. Wskazaniami do konsultacji są:
Stwierdzona lub podejrzewana choroba dziedziczna w rodzinie
Narodziny dziecka z wadami rozwojowymi
Powtarzające się samoistne poronienia, martwe porody, niepłodność
Rozwój psychiczny i fizyczny dzieci jest opóźniony
Zaburzenie rozwoju seksualnego
Małżeństwa pokrewne
Możliwe narażenie na działanie teratogenne w pierwszych 3 miesiącach ciąży
2. Określenie ryzyka urodzenia chorego dziecka. Przy określaniu ryzyka możliwe są następujące sytuacje:
a) w przypadku chorób dziedzicznych monogenowo kalkulacja ryzyka opiera się na prawach G. Mendla. W tym przypadku brany jest pod uwagę genotyp rodziców i cechy ekspresji genu (pokuta i ekspresja).
b) w przypadku chorób dziedzicznych wielogenowo (choroby z dziedziczną predyspozycją) do obliczenia ryzyka stosuje się specjalne tabele, w których uwzględniane są następujące cechy:
Im rzadsza choroba w populacji, tym większe ryzyko dla krewnych probanda
Im cięższa choroba jest u probanda, tym większe ryzyko choroby u jego bliskich
Ryzyko dla krewnych probanda będzie wyższe, jeśli istnieje inny chory krewny
c) sporadyczne przypadki choroby: fenotypowo zdrowi rodzice rodzą chore dziecko, ale nie ma dowodów na podobną patologię u krewnych. Powoduje:
Mutacje generatywne u jednego z rodziców lub mutacje somatyczne we wczesnych stadiach rozwoju embrionalnego
Przejście genu recesywnego w stan homozygotyczny
Ukrywanie patologii rodziny przez jednego z rodziców.
3. Zakończenie konsultacji i porad dla rodziców. Ryzyko genetyczne wynoszące do 5% uważa się za niskie i nie stanowi przeciwwskazania do zajścia w ciążę. Ryzyko wynoszące od 6 do 20% określa się jako średnie i uznawane jest za przeciwwskazanie do zapłodnienia lub wskazanie do przerwania ciąży. Niezależnie od stopnia ryzyka wskazana jest diagnostyka prenatalna.
Diagnostyka prenatalna (prenatalna).
Wiele chorób można wykryć jeszcze przed urodzeniem dziecka. W przypadku wykrycia u płodu poważnych chorób lekarz proponuje rodzinie sztuczne przerwanie ciąży. Ostateczną decyzję w tej kwestii musi podjąć rodzina. Metody diagnostyki prenatalnej obejmują:
1. Biopsja kosmówki kosmówki. Wyprodukowany w 7-9 tygodniu ciąży. Służy do identyfikacji defektów chromosomowych, aktywności enzymów na potrzeby diagnostyki dziedzicznych chorób metabolicznych oraz diagnostyki DNA.
2. Amniopunkcja (pobranie płynu owodniowego wraz z zawartymi w nim komórkami). Produkowany od 12-14 tygodnia ciąży.
3. Kordocentezę (pobranie krwi z naczyń pępowinowych) wykonuje się w 20-25 tygodniu ciąży i służy tym samym celom.
4. Badanie krwi matki. Wykrywanie α-fetoproteiny (białka wytwarzanego przez wątrobę płodu i przenikającego przez barierę łożyskową do krwi matki). Jego kilkukrotny wzrost w 16 tygodniu ciąży może wskazywać na wady cewy nerwowej. Spadek jego stężenia w stosunku do normy może wskazywać na zespół Downa.
5. Badanie USG płodu wykonuje się na każdym etapie ciąży. Główną metodą wizualnej oceny wad rozwojowych płodu i stanu łożyska jest badanie ultrasonograficzne. Każdej kobiecie zaleca się wykonanie badania USG co najmniej 2 razy w czasie ciąży.
Choroby mitochondrialne to duża, niejednorodna grupa chorób dziedzicznych i stanów patologicznych, których przyczyną są zaburzenia w budowie i funkcjonowaniu mitochondriów oraz oddychanie tkankowe. Według zagranicznych badaczy częstość występowania tych chorób u noworodków wynosi 1:5000.
Kod ICD-10
Zaburzenia metaboliczne, klasa IV, E70-E90.
Badania nad naturą tych stanów patologicznych rozpoczęły się w 1962 roku, kiedy grupa badaczy opisała 30-letniego pacjenta z hipermetabolizmem niezwiązanym z tarczycą, osłabieniem mięśni i wysokim poziomem podstawowej przemiany materii. Sugeruje się, że zmiany te mają związek z zaburzeniem procesów fosforylacji oksydacyjnej w mitochondriach tkanki mięśniowej. W 1988 roku inni naukowcy po raz pierwszy donieśli o odkryciu mutacji w mitochondrialnym DNA (mtDNA) u pacjentów z miopatią i neuropatią wzrokową. Dziesięć lat później u małych dzieci odkryto mutacje w genach jądrowych kodujących kompleksy łańcucha oddechowego. Tym samym wyłonił się nowy kierunek w strukturze chorób wieku dziecięcego - patologia mitochondrialna, miopatie mitochondrialne, encefalomiopatie mitochondrialne.
Mitochondria to organelle wewnątrzkomórkowe, występujące w kilkuset egzemplarzach we wszystkich komórkach (z wyjątkiem czerwonych krwinek) i wytwarzające ATP. Długość mitochondrium wynosi 1,5 µm, szerokość 0,5 µm. Ich odnowa zachodzi w sposób ciągły podczas całego cyklu komórkowego. Organelle mają 2 błony - zewnętrzną i wewnętrzną. Fałdy zwane cristae rozciągają się do wewnątrz od błony wewnętrznej. Przestrzeń wewnętrzną wypełnia matryca - główna jednorodna lub drobnoziarnista substancja komórki. Zawiera kolistą cząsteczkę DNA, specyficzny RNA, granulki soli wapnia i magnezu. Enzymy biorące udział w fosforylacji oksydacyjnej (kompleks cytochromów b, c, a i a3) oraz przenoszeniu elektronów są zamocowane na błonie wewnętrznej. Jest to membrana przetwarzająca energię, która zamienia energię chemiczną utleniania substratów na energię gromadzoną w postaci ATP, fosforanu kreatyny itp. Enzymy biorące udział w transporcie i utlenianiu kwasów tłuszczowych skoncentrowane są na błonie zewnętrznej. Mitochondria są zdolne do samoreprodukcji.
Główną funkcją mitochondriów jest tlenowe utlenianie biologiczne (oddychanie tkanek przy użyciu tlenu przez komórkę) – system wykorzystania energii materia organiczna wraz z jego stopniowym uwalnianiem w komórce. W procesie oddychania tkanek następuje sekwencyjne przenoszenie jonów wodoru (protonów) i elektronów poprzez różne związki (akceptory i donory) do tlenu.
W procesie katabolizmu aminokwasów powstają węglowodany, tłuszcze, glicerol, dwutlenek węgla, woda, acetylokoenzym A, pirogronian, szczawiooctan, ketoglutaran, które następnie wchodzą w cykl Krebsa. Powstałe jony wodorowe są akceptowane przez nukleotydy adeninowe – nukleotydy adeninowe (NAD+) i nukleotydy flawinowe (FAD+). Zredukowane koenzymy NADH i FADH ulegają utlenieniu w łańcuchu oddechowym, który jest reprezentowany przez 5 kompleksów oddechowych.
W procesie przenoszenia elektronów energia akumulowana jest w postaci ATP, fosforanu kreatyny i innych związków wysokoenergetycznych.
Łańcuch oddechowy jest reprezentowany przez 5 kompleksów białkowych, które wykonują wszystko trudny proces utlenianie biologiczne (Tabela 10-1):
- Kompleks pierwszy - reduktaza NADH-ubichinon (kompleks ten składa się z 25 polipeptydów, z których synteza 6 jest kodowana przez mtDNA);
- Kompleks II - oksydoreduktaza bursztynianowo-ubichinonowa (składa się z 5-6 polipeptydów, w tym dehydrogenazy bursztynianowej, kodowanej wyłącznie przez mtDNA);
- Kompleks III - oksydoreduktaza cytochromu C (przenosi elektrony z koenzymu Q do kompleksu 4, składa się z 9-10 białek, synteza jednego z nich kodowana jest przez mtDNA);
- Kompleks IV - oksydaza cytochromowa [składa się z 2 cytochromów (a i a3), kodowanych przez mtDNA];
- Piąty kompleks - mitochondrialna H + -ATPaza (składa się z 12-14 podjednostek, przeprowadza syntezę ATP).
Ponadto elektrony 4 kwasów tłuszczowych ulegających beta-utlenianiu są przenoszone przez białko przenoszące elektrony.
W mitochondriach zachodzi kolejny ważny proces – beta-oksydacja kwasów tłuszczowych, w wyniku której powstaje acetylo-CoA i estry karnityny. W każdym cyklu utleniania kwasów tłuszczowych zachodzą 4 reakcje enzymatyczne.
Pierwszy etap zapewniają dehydrogenazy acylo-CoA (krótko, średnio i długołańcuchowe) oraz 2 transportery elektronów.
W 1963 roku odkryto, że mitochondria mają swój własny, unikalny genom, dziedziczony w linii matczynej. Jest reprezentowany przez pojedynczy mały okrągły chromosom o długości 16569 bp, kodujący 2 rybosomalne RNA, 22 transferujące RNA i 13 podjednostek kompleksów enzymatycznych łańcucha transportu elektronów (siedem z nich należy do kompleksu 1, jeden do kompleksu 3, trzy do kompleksu 4) , dwa - do kompleksu 5). Większość białek mitochondrialnych biorących udział w procesach fosforylacji oksydacyjnej (około 70) jest kodowana przez jądrowy DNA, a jedynie 2% (13 polipeptydów) jest syntetyzowanych w matrix mitochondrialnej pod kontrolą genów strukturalnych.
Struktura i funkcjonowanie mtDNA różni się od genomu jądrowego. Po pierwsze, nie zawiera intronów, co zapewnia dużą gęstość genów w porównaniu z DNA jądrowym. Po drugie, większość mRNA nie zawiera nieulegających translacji sekwencji 5"-3". Po trzecie, mtDNA ma pętlę D, która jest jego regionem regulacyjnym. Replikacja jest procesem dwuetapowym. Ujawniono także różnice pomiędzy kodem genetycznym mtDNA i DNA jądrowym. Należy szczególnie zauważyć, że istnieje duża liczba kopie pierwszego. Każde mitochondrium zawiera od 2 do 10 kopii lub więcej. Biorąc pod uwagę fakt, że komórki mogą zawierać setki i tysiące mitochondriów, możliwe jest, że może istnieć nawet 10 tysięcy kopii mtDNA. Jest bardzo wrażliwy na mutacje i obecnie zidentyfikowano 3 rodzaje takich zmian: mutacje punktowe białek kodujących geny mtDNA (mimo- mutacje), mutacje punktowe genów mtDNA-tRNA (mutacje sy/7) i duże rearanżacje mtDNA (mutacje p).
Zwykle cały genotyp komórkowy genomu mitochondrialnego jest identyczny (homoplazmia), ale w przypadku wystąpienia mutacji część genomu pozostaje identyczna, a druga ulega zmianie. Zjawisko to nazywa się heteroplazmią. Manifestacja zmutowanego genu następuje, gdy liczba mutacji osiąga pewien poziom krytyczny (próg), po którym następuje zakłócenie procesów bioenergii komórkowej. To wyjaśnia, że przy minimalnych zakłóceniach w pierwszej kolejności ucierpią narządy i tkanki najbardziej zależne od energii (układ nerwowy, mózg, oczy, mięśnie).
Charlie Gard, nieuleczalnie chore dziecko w Wielkiej Brytanii, przyciąga międzynarodową uwagę, ponieważ jego rodzice szukają eksperymentalnego leczenia, które, jak mają nadzieję, pomoże ich synowi, u którego rzadki rodzaj „wyczerpania DNA” zwykle powoduje śmierć w pierwszych kilku miesiącach życia. Ale co powoduje tę przypadłość i dlaczego ma ona tak niszczycielski wpływ na organizm?
Charlie Gard z rodzicami
Według „The New York Times” Charlie urodził się 4 sierpnia 2016 r. i od października przebywa w szpitalu Great Ormond Street w Londynie. Zgłoszono, że 11-miesięczne dziecko nie jest w stanie samodzielnie oddychać, ma drgawki, jest ślepe i głuche. Rodzice chcą zabrać go do Stanów Zjednoczonych na eksperymentalne leczenie, ale lekarze się z tym nie zgadzają, twierdząc, że to leczenie nie pomoże, a jedynie przedłuży cierpienie Charliego. Zamiast tego szpital stwierdził, że najbardziej humanitarnym rozwiązaniem jest eutanazja.
Sprawa ta odnowiła debatę na temat praw rodziców do leczenia swoich dzieci. Niektóre statki brytyjskie stanął po stronie szpitala. Jednak jego rodzice powiedzieli, że szpital opóźnił eutanazję, aby dać im więcej czasu na pożegnanie z dzieckiem.
Encefalomiopatyczny zespół wyczerpania mitochondrialnego DNA jest spowodowany mutacjami w genach, które pomagają w utrzymaniu DNA znajdującego się w mitochondriach („elektrowni” komórek), które przekształcają składniki odżywcze w energię i mają własny zestaw DNA.
W przypadku Charliego mutacja dotyczy genu zwanego RRM2B, który bierze udział w tworzeniu mitochondrialnego DNA. Mutacja prowadzi do zmniejszenia ilości mitochondrialnego DNA i zakłóca normalne funkcjonowanie mitochondriów.
Choroba atakuje wiele narządów organizmu, ale przede wszystkim mięśnie, mózg i nerki, które mają duże zapotrzebowanie na energię. Może powodować osłabienie mięśni, małogłowie (mniejszą niż normalna wielkość głowy), problemy z nerkami, drgawki i utratę słuchu. Osłabienie mięśni zaangażowanych w oddychanie może prowadzić do poważnych problemów z oddychaniem, a w przypadku Charliego wymagać wentylacji.
Choroba jest niezwykle rzadka. Przed przypadkiem Charliego tylko około 15 dzieci na całym świecie cierpiało na tę szczególną postać zespołu wyczerpania mitochondrialnego DNA.
Objawy zwykle zaczynają się bardzo wcześnie. „Los Angeles Times” podaje, że u Charliego zaczęły pojawiać się objawy już w wieku zaledwie kilku tygodni. Dzieci z tą chorobą zwykle nie przeżywają dłużej niż niemowlęctwo. W przeglądzie przypadków z 2008 roku dotyczącym siedmiorga dzieci z zespołem zaniku mitochondrialnego DNA spowodowanym mutacjami w genie RRM2B, wszystkie zmarły przed ukończeniem 4 miesiąca życia.
Jak wynika z przeglądu przeprowadzonego na Uniwersytecie Waszyngtońskim, nie ma lekarstwa, można jedynie opanować objawy, takie jak wsparcie żywieniowe lub wentylacja ułatwiająca oddychanie.
Rodzice Charliego powiedzieli, że chcą, aby ich syn został poddany eksperymentalnej terapii zwanej terapią nukleozydową – niesprawdzonej terapii, której celem jest materiał DNA, którego jego komórki nie są w stanie wytworzyć. Według „Los Angeles Times” leczenie to stosowano wcześniej u pacjentów z mniej poważną postacią ubytku mitochondrialnego DNA, znaną jako mutacja TK2. Jednakże terapii nigdy nie zastosowano w przypadku mutacji RRM2B. I nawet lekarz, który początkowo zgodził się pomóc Gardom w leczeniu, przyznał później, że terapia raczej nie pomoże Charliemu, ponieważ dziecko było w zaawansowanym stadium choroby.
Niedawno szpital dziecięcy Bambino Ges we Włoszech zapytał, czy można do niego przenieść dziecko, ale Great Ormond Street odmówiła jego przeniesienia, powołując się na względy prawne – podaje „The Washington Post”. Brytyjski minister spraw zagranicznych Boris Johnson powiedział również, że decyzja „nadal opiera się na dowodach medycznych ekspertów popartych przez sądy”.