Diagnóstico de doenças mitocondriais. Patologia mitocondrial em crianças

Introdução(características das mitocôndrias humanas). Uma característica do funcionamento das mitocôndrias é a presença de seu próprio genoma mitocondrial - DNA mitocondrial circular (mtDNA) contendo 37 genes cujos produtos estão envolvidos no processo de produção de energia na cadeia respiratória das mitocôndrias. O mtDNA está localizado na membrana interna das mitocôndrias e consiste em cinco complexos enzimáticos conjugados, que possuem um total de 86 subunidades. Eles são codificados principalmente por genes nucleares (nDNA), mas sete subunidades do primeiro complexo enzimático (ND1, 2, 3, 4, 4L, 5, 6), uma do terceiro (citocromo b), três do quarto (COI , COII, COIII) e dois dos quintos (ATPase 6 e 8) são codificados por genes estruturais de mtDNA. Assim, complexos enzimáticos (ou seja, proteínas) codificados por genes nucleares (nDNA) e mitocondriais (mtDNA) estão envolvidos no fornecimento de diversas funções bioquímicas das mitocôndrias.

Nota! Os principais processos bioquímicos relacionados ao metabolismo energético e que ocorrem nas mitocôndrias são: ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs), beta-oxidação de ácidos graxos, ciclo da carnitina, transporte de elétrons na cadeia respiratória e fosforilação oxidativa. Qualquer um desses processos pode ser perturbado e causar insuficiência mitocondrial.

Causa da doença mitocondrial (doravante MB). As principais propriedades do genoma mitocondrial são a herança citoplasmática de genes, a ausência de recombinações (ou seja, a reorganização do material genético através da troca de segmentos individuais, regiões, duplas hélices de DNA) e uma alta taxa de mutação. O genoma mitocondrial é caracterizado por instabilidade pronunciada e uma alta taxa de substituições de nucleotídeos, em média 10 a 17 vezes maior que a taxa de mutação dos genes nucleares, e mutações somáticas ocorrem frequentemente durante a vida de um indivíduo. A causa imediata do aparecimento e desenvolvimento da disfunção mitocondrial reside em defeitos no sistema de fosforilação oxidativa, imperfeição dos mecanismos de reparo, ausência de histonas e presença de radicais livres O oxigênio é um subproduto da respiração aeróbica.

Mutações no genoma mitocondrial são caracterizadas pelo fenômeno [ !!! ] heteroplasmia, na qual (devido à especificidade da herança mitocondrial), como resultado da divisão celular, a distribuição (que varia muito - de 1 a 99%) do mtDNA mutante entre as células filhas ocorre de forma aleatória e desigual, como resultado da quais cópias do mtDNA carregando alelo normal e/ou mutante. Ao mesmo tempo, diferentes tecidos do corpo ou áreas vizinhas do mesmo tecido podem diferir no grau de heteroplasmia, ou seja, de acordo com o grau de presença e proporção nas células do corpo da mitocôndria com mtDNA mutante e normal (nas gerações subsequentes, algumas células podem ter apenas mtDNA normal, outra parte apenas mutante e uma terceira parte - ambos os tipos de mtDNA) . O conteúdo das mitocôndrias com mtDNA mutante aumenta gradualmente. Devido a esse "período de atraso" (do inglês "lag" - atraso), os futuros pacientes geralmente atingem a maturidade sexual (e dão filhos, quase sempre carregando as mesmas mutações no mtDNA). Quando o número de cópias mutantes do mtDNA em uma célula atinge um certo limite de concentração, o metabolismo energético nas células é significativamente prejudicado e se manifesta na forma de uma doença (nota: uma característica dos MBs hereditários é frequentemente ausência completa quaisquer sinais patológicos no início da vida do paciente).

Nota! A heteroplasmia é caracterizada pela existência simultânea de mtDNA mutante e normal na mesma célula, tecido ou órgão, o que determina a gravidade, natureza e idade da manifestação da MB. O número de mtDNA alterado também pode aumentar com a idade sob a influência de vários fatores e, gradativamente, atingir um nível que pode causar manifestações clínicas da doença.

De acordo com as características acima do genoma mitocondrial duplo, o tipo de herança MB pode ser diferente. Como o mtDNA no corpo é quase exclusivamente de origem materna, quando uma mutação mitocondrial é transmitida à prole, um tipo de herança materna ocorre no pedigree - todos os filhos de uma mãe doente adoecem. Se ocorrer uma mutação em um gene nuclear (nDNA) que codifica a síntese de uma proteína mitocondrial, a doença é transmitida de acordo com as leis mendelianas clássicas. Às vezes, uma mutação do mtDNA (geralmente uma deleção) ocorre de novo em um estágio inicial da ontogenia, e então a doença se manifesta como um caso esporádico.

Nota! Atualmente, sabe-se que mais de 100 mutações pontuais e várias centenas de rearranjos estruturais do mtDNA estão associados a síndromes neuromusculares e outras mitocondriais características, variando de letal no período de vida neonatal a doenças com início tardio.

Definição. A MB pode ser caracterizada como doenças causadas por defeitos genéticos e bioquímicos estruturais das mitocôndrias e acompanhadas por uma violação da respiração tecidual e, como resultado, um defeito sistêmico no metabolismo energético, em que os tecidos e alvos mais dependentes de energia os órgãos são afetados em várias combinações: cérebro, músculos esqueléticos e miocárdio (encefalomiopatias mitocondriais), pâncreas, órgão da visão, rins, fígado. Clinicamente, as violações nesses órgãos podem ser percebidas em qualquer idade. Ao mesmo tempo, a heterogeneidade dos sintomas dificulta o diagnóstico clínico dessas doenças. A necessidade de excluir MB surge na presença de manifestações multissistêmicas que não se enquadram no processo patológico usual. A frequência de disfunção da cadeia respiratória é estimada de 1 por 5-10 mil a 4-5 por 100 mil recém-nascidos.

Semiótica. A patologia neuromuscular na MB é geralmente representada por demência, convulsões, ataxia, neuropatia óptica, retinopatia, surdez neurossensorial, neuropatia periférica e miopatia. No entanto, cerca de 1/3 dos pacientes MB apresentam inteligência normal e não apresentam manifestações neuromusculares. MB inclui, em particular, encefalocardiomiopatia de Kearns-Sayre (retinite pigmentosa, oftalmoplegia externa, bloqueio cardíaco completo); síndrome MERRF (epilepsia mioclonia, fibras vermelhas "rasgadas"); (encefalomiopatia mitocondrial, acidose láctica, episódios de acidente vascular cerebral); síndrome de Pearson (encefalomiopatia, ataxia, demência, oftalmoplegia externa progressiva); síndrome NAPR (neuropatia, ataxia, retinite pigmentosa); e algumas formas de miopatia oftalmopática. Todas essas formas estão unidas por uma síndrome miopática expressa em um grau ou outro.

Nota! Os dois principais sinais clínicos da MB são o aumento ao longo do tempo do número de órgãos e tecidos envolvidos no processo patológico, bem como o dano quase inevitável ao sistema nervoso central. Polimorfismo manifestações clínicas, incluindo a derrota de órgãos, à primeira vista, fisiologicamente e morfologicamente não relacionados, em combinação com diferentes períodos de manifestação e a progressão constante dos sintomas da doença com a idade, e permite suspeitar de uma mutação [genética] do mtDNA.

Nota! Na prática clínica grande importância tem a capacidade de diferenciar o quadro clínico de MB de condições somáticas, autoimunes, endócrinas e outras condições patológicas mais comuns, a maioria das quais são tratáveis. É necessário realizar uma avaliação minuciosa do histórico familiar, dados de rotina clínica e métodos laboratoriais-instrumentais de exame, antes de atribuir testes genéticos e bioquímicos específicos ao paciente, visando encontrar patologia mitocondrial.

Diagnóstico . O algoritmo para diagnosticar qualquer MB deve incluir as seguintes etapas: [ 1 ] identificação de quadro clínico típico da síndrome mitocondrial ou lesão multissistêmica "inexplicável" e história hereditária confirmando o tipo de herança materna; [ 2 ] mais pesquisas diagnósticas devem ser direcionadas para detectar marcadores comuns de disfunção mitocondrial: um aumento no nível de lactato/piruvato no soro sanguíneo e no líquido cefalorraquidiano, uma violação do metabolismo de carboidratos, proteínas, aminoácidos, bem como um quadro clínico envolvendo pelo menos três desses sistemas no processo patológico: SNC, sistema cardiovascular, muscular, endócrino, renal, órgãos da visão e audição; [ 3 ] em caso de sinais clínicos e laboratoriais e instrumentais confirmados de patologia mitocondrial, é realizada uma análise PCR de linfócitos sanguíneos para uma pesquisa direcionada de mutações pontuais de mtDNA; um estudo que é considerado o padrão ouro para o diagnóstico de MB [citopatias] - uma biópsia de músculos esqueléticos com análises histoquímicas, microscópicas eletrônicas, imunológicas e genéticas moleculares, cujas alterações características serão com qualquer MB (veja abaixo); [ 5 ] os testes mais sensíveis para o diagnóstico de MB são métodos para avaliar o nível de heteroplasmia do mtDNA patológico em vários corpos e tecidos: PCR fluorescente, clonagem, cromatografia líquida desnaturante de alta eficiência, sequenciamento, hibridização Southern blot, etc.

O estudo histoquímico de espécimes de biópsia muscular de pacientes, incluindo coloração tricrômica pelo método de Gomory, demonstra alterações características de MB - fibras vermelhas rasgadas de miofibrilas, que contêm um grande número de mitocôndrias proliferantes e danificadas, formando aglomerados ao longo da periferia da fibra muscular . Neste caso, o número de fibras vermelhas rasgadas na biópsia deve ser ≥ 2%. A análise enzimático-histoquímica mostra uma deficiência de citocromo C-oxidase em 2 e 5% das miofibrilas (para pacientes com menos de 50 e mais de 50 anos) do seu número total em espécimes de biópsia. A análise histoquímica da atividade da succinato desidrogenase (SDH) demonstra coloração positiva para CDH de miofibrilas - fibras azuis irregulares (fibras azuis irregulares), que, em combinação com coloração positiva para SDH das paredes das artérias que suprem os músculos, indica alto grau danos às mitocôndrias dos miócitos. Ao realizar microscopia eletrônica de espécimes de biópsia muscular, inclusões patológicas, rearranjos estruturais das mitocôndrias, alterações em sua forma, tamanho e número são determinadas.

Nota! Apesar do progresso significativo desde a descoberta das mutações genéticas do mtDNA, a maioria dos métodos diagnósticos utilizados na prática clínica tem um baixo grau de especificidade para MBs individuais. Portanto, os critérios diagnósticos para um determinado MB, em primeiro lugar, consistem em uma combinação de padrões clínicos e morfológicos específicos.

Princípios de tratamento . A terapia para MB (citopatias) é exclusivamente sintomática e visa reduzir a taxa de progressão da doença, bem como melhorar a qualidade de vida dos pacientes. Para este fim, os pacientes recebem uma combinação padrão de medicamentos, incluindo coenzima Q10, idebenona - um análogo sintético da CoQ10, creatina, ácido fólico, vitaminas B2, B6, B12 e outros. medicamentos que melhoram as reações redox nas células (fármacos transportadores de elétrons na cadeia respiratória e cofatores de reações enzimáticas do metabolismo energético). Esses compostos estimulam a síntese de moléculas de ATP e reduzem a atividade dos processos de radicais livres nas mitocôndrias. Enquanto isso, de acordo com uma revisão sistemática, a maioria dos medicamentos com efeitos antioxidantes e metabólicos usados ​​na MB não foi avaliada em grandes ensaios randomizados controlados por placebo. Portanto, é difícil avaliar a gravidade de seu efeito terapêutico e a presença de efeitos colaterais significativos.

Leia mais sobre MB nas seguintes fontes:

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velozes: Doenças mitocondriais(neurodegeneração) - para o site com 17 links para fontes (artigos, apresentações, etc.).

© Laesus De Liro

As doenças mitocondriais, e em particular a síndrome mitocondrial, que pode se manifestar por lesões do sistema nervoso central, coração e patologias do músculo esquelético, são hoje uma das seções mais importantes da neuropediatria.

Mitocôndrias - o que é isso?

Como muitos se lembram de curso escolar Na biologia, a mitocôndria é uma das organelas celulares, cuja principal função é a formação da molécula de ATP durante a respiração celular. Além disso, o ciclo de ácidos tricarboxílicos e muitos outros processos ocorrem nele. Estudos realizados no final do século 20 revelaram o papel fundamental das mitocôndrias em processos como sensibilidade a drogas e envelhecimento (morte celular programada). Assim, uma violação de suas funções leva à falta de troca de energia e, como resultado, danos e morte da célula. Esses distúrbios são especialmente pronunciados nas células do sistema nervoso e nos músculos esqueléticos.

Mitocondria

Os estudos genéticos permitiram determinar que as mitocôndrias têm um genoma próprio, diferente do genoma do núcleo da célula, e as perturbações no seu funcionamento estão mais frequentemente associadas a mutações que aí ocorrem. Tudo isso possibilitou destacar uma direção científica que estuda doenças associadas ao comprometimento das funções mitocondriais - as citopatias mitocondriais. Eles podem ser tanto esporádicos quanto congênitos, herdados pela mãe.

Sintomas

A síndrome mitocondrial pode se manifestar em vários sistemas humanos, mas as manifestações mais pronunciadas são os sintomas neurológicos. Isso se deve ao fato de que o tecido nervoso é mais fortemente afetado pela hipóxia. Recursos característicos hipotensão, incapacidade de tolerar adequadamente a atividade física, várias miopatias, oftalmoparesia (paralisia de ptose. Do sistema nervoso, pode haver manifestações semelhantes a derrame, convulsões, distúrbios piramidais, distúrbios mentais. Como regra, a síndrome mitocondrial em uma criança sempre se manifesta por um atraso no desenvolvimento ou perda de habilidades já adquiridas, distúrbios psicomotores.Por parte do sistema endócrino, o desenvolvimento de diabetes, disfunção da tireóide e pâncreas, retardo do crescimento, puberdade não é excluído.As lesões cardíacas podem se desenvolver tanto no contexto de patologias de outros órgãos, e isoladamente A síndrome mitocondrial neste caso é representada por cardiomiopatia.

Diagnóstico

As doenças mitocondriais são mais frequentemente detectadas durante os primeiros anos de vida da criança. De acordo com estudos estrangeiros, esta patologia é diagnosticada em um recém-nascido em 5 mil. Para o diagnóstico, é realizado um exame clínico, genético, instrumental, bioquímico e molecular abrangente. Até à data, existem vários métodos para determinar esta patologia.

1. Eletromiografia - com resultados normais no contexto de fraqueza muscular pronunciada em um paciente, é possível suspeitar de patologias mitocondriais.
2. A acidose láctica muitas vezes acompanha doenças mitocondriais. Claro, sua presença por si só não é suficiente para fazer um diagnóstico, mas medir o nível de ácido lático no sangue após o exercício pode ser muito informativo.
3. A biópsia e o exame histoquímico da biópsia obtida são os mais informativos.
4. Bons resultados são mostrados pelo uso simultâneo de microscopia de luz e eletrônica dos músculos esqueléticos.

Uma das doenças infantis mais comuns associadas a alterações genéticas nas mitocôndrias é a síndrome de Leigh, descrita pela primeira vez em 1951. Os primeiros sinais aparecem com a idade de um a três anos, mas são possíveis manifestações mais precoces - no primeiro mês de vida ou, ao contrário, após sete anos. As primeiras manifestações são atraso no desenvolvimento, perda de peso, perda de apetite, vômitos repetidos. Com o tempo, os sintomas neurológicos se juntam - uma violação do tônus ​​​​muscular (hipotensão, distonia, hipertonicidade), convulsões, coordenação prejudicada.

A doença afeta os órgãos da visão: desenvolve degeneração da retina, distúrbios oculomotores. Na maioria das crianças, a doença progride gradualmente, os sinais de distúrbios piramidais aumentam, aparecem distúrbios da deglutição e da função respiratória.

Uma das crianças que sofrem de tal patologia foi Efim Pugachev, que foi diagnosticado com síndrome mitocondrial em 2014. Sua mãe, Elena, pede ajuda de todas as pessoas carinhosas.

O prognóstico, infelizmente, hoje é na maioria das vezes decepcionante. Isso se deve tanto ao diagnóstico tardio da doença, à falta de informações detalhadas sobre a patogênese, à gravidade dos pacientes associada às lesões multissistêmicas e à falta de um critério único para avaliar a eficácia da terapia.

Assim, o tratamento de tais doenças ainda está em desenvolvimento. Como regra, tudo se resume a terapia sintomática e de suporte.

A ocorrência dessas doenças está associada a alterações no DNA das mitocôndrias. O genoma do DNA mitocondrial foi completamente decifrado. Contém genes de RNA ribossômico, 22 tRNAs e 13 polipeptídeos envolvidos em reações de fosforilação oxidativa. A maioria das proteínas mitocondriais são codificadas por genes de DNA nuclear, são traduzidas no citoplasma e então entram nas mitocôndrias. O DNA mitocondrial é herdado maternamente. O citoplasma do óvulo contém milhares de mitocôndrias, enquanto as mitocôndrias do espermatozóide não terminam no zigoto. Portanto, os machos herdam o mtDNA de suas mães, mas não o transmitem para seus descendentes.

Cada mitocôndria contém 10 ou mais moléculas de DNA. Normalmente, todas as cópias do mtDNA são idênticas. Às vezes, no entanto, ocorrem mutações no mtDNA que podem ser transmitidas tanto para as mitocôndrias filhas quanto para as células filhas.

Clinicamente, as mutações podem se manifestar na forma de vários sintomas em qualquer órgão ou tecido e em qualquer idade. Os mais dependentes de energia e, portanto, vulneráveis ​​são o cérebro, o coração, os músculos esqueléticos, o sistema endócrino, o fígado. As lesões do sistema nervoso são geralmente acompanhadas de convulsões, coordenação prejudicada (ataxia), diminuição da inteligência, surdez neurossensorial.

Exemplos de doenças hereditárias: atrofia do disco óptico de Leber (perda aguda da visão central, pode ocorrer em qualquer idade), encefalomiopatia mitocondrial, síndrome da epilepsia mioclônica e fibras musculares rasgadas.

Doenças multifatoriais

Ocorrem em indivíduos com combinação adequada de alelos predisponentes, há polimorfismo de sinais clínicos, doenças se manifestam em qualquer idade, qualquer sistema ou órgão pode estar envolvido no processo patológico. Exemplos: hipertensão, aterosclerose, úlcera péptica, esquizofrenia, epilepsia, glaucoma, psoríase, asma brônquica, etc.

Peculiaridades:

Alta frequência de ocorrência na população

Existência de várias formas clínicas

A dependência do grau de risco para os familiares do paciente:

Quanto mais rara a doença na população, maior o risco para parentes do probando

Quanto mais pronunciada a doença no probando, maior o risco da doença em seu parente.

O risco para parentes do probando será maior se houver outro parente de sangue doente.

Aconselhamento genético médico

Esse é um dos tipos de atendimento médico especializado para a população. Geneticistas, assim como outros especialistas (obstetras, pediatras, endocrinologistas, neuropatologistas) trabalham na consulta. As principais tarefas da consulta:

Ajudar os médicos a diagnosticar uma doença hereditária

Determinando a probabilidade de ter um filho com uma patologia hereditária

Explicações aos pais sobre o significado de risco genético

Etapas do aconselhamento:

1. Exame do paciente e diagnóstico de doença hereditária. Vários métodos são usados ​​para isso: citogenética, bioquímica, diagnóstico de DNA. As indicações para aconselhamento são:

Doença hereditária estabelecida ou suspeita na família

Nascimento de uma criança com malformações

Abortos espontâneos repetidos, natimortos, infertilidade

Crianças atrasadas no desenvolvimento mental e físico

Violação do desenvolvimento sexual

casamentos consanguíneos

Possível exposição a teratógenos nos primeiros 3 meses de gravidez

2. Determinando o risco de ter um filho doente. Ao determinar o risco, as seguintes situações são possíveis:

a) no caso de doenças hereditárias monogenicamente, o cálculo do risco é baseado nas leis de G. Mendel. Isso leva em consideração o genótipo dos pais e as características da expressão do gene (penetrância e expressividade).

b) para doenças hereditárias poligenicamente (doenças com predisposição hereditária), tabelas especiais são usadas para calcular o risco, e as seguintes características são levadas em consideração:

Quanto mais rara a doença na população, maior o risco para os familiares do probando

Quanto mais pronunciada a doença no probando, maior o risco da doença em seus familiares.

O risco para parentes do probando será maior se houver outro parente de sangue doente

c) casos esporádicos da doença: uma criança doente nasce de pais fenotipicamente saudáveis, enquanto não há dados em uma patologia semelhante em parentes. As razões:

Mutações generativas em um dos pais ou mutações somáticas nos estágios iniciais do desenvolvimento embrionário

A transição de um gene recessivo para um estado homozigoto

Ocultação por um dos pais de patologia familiar.

3. Conclusão da consulta e aconselhamento aos pais. Um risco genético de até 5% é considerado baixo e não é uma contraindicação para a gravidez. O risco é de 6 a 20% - é definido como médio e considerado como contraindicação à concepção ou como indicação de interrupção da gravidez. Independentemente do grau de risco, o diagnóstico pré-natal é aconselhável.

Diagnóstico pré-natal (pré-natal).

Muitas doenças podem ser detectadas mesmo antes do nascimento de uma criança. Se doenças graves forem detectadas no feto, o médico oferece à família uma interrupção artificial da gravidez. A decisão final sobre esta questão deve ser tomada pela família. Os métodos de diagnóstico pré-natal incluem:

1. Biópsia de vilosidades coriônicas. Produzido em 7-9 semanas de gravidez. Serve para detectar defeitos cromossômicos, atividade enzimática para diagnosticar doenças metabólicas hereditárias e diagnósticos de DNA.

2. Amniocentese (tomando líquido amniótico com células contidas nele). Produzido a partir de 12-14 semanas de gravidez.

3. A cordocentese (colheita de sangue dos vasos umbilicais) é realizada com 20-25 semanas de gestação e é utilizada para os mesmos fins.

4. Exame de sangue materno. Detecção de α-fetoproteína (uma proteína que é produzida pelo fígado do feto e penetra através da barreira placentária no sangue da mãe). Um aumento várias vezes na 16ª semana de gravidez pode indicar defeitos do tubo neural. Uma diminuição em sua concentração em relação à norma pode indicar síndrome de Down.

5. Um exame de ultra-som do feto é realizado em todas as fases da gravidez. O exame ultrassonográfico é o principal método de determinação visual de malformações fetais e do estado da placenta. O exame de ultrassom é recomendado para todas as mulheres pelo menos 2 vezes durante a gravidez.

As doenças mitocondriais são um grande grupo heterogêneo de doenças hereditárias e condições patológicas causadas por distúrbios na estrutura e funções das mitocôndrias e na respiração dos tecidos. Segundo pesquisadores estrangeiros, a frequência dessas doenças em recém-nascidos é de 1:5.000.

Código CID-10

Distúrbios metabólicos, classe IV, E70-E90.

O estudo da natureza dessas condições patológicas começou em 1962, quando um grupo de pesquisadores descreveu um paciente de 30 anos com hipermetabolismo não tireoidiano, fraqueza muscular e alto nível de taxa metabólica basal. Tem sido sugerido que essas mudanças estão associadas a uma violação dos processos de fosforilação oxidativa nas mitocôndrias do tecido muscular. Em 1988, outros cientistas relataram pela primeira vez a descoberta de uma mutação no DNA mitocondrial (mtDNA) em pacientes com miopatia e neuropatia óptica. Dez anos depois, foram encontradas mutações nos genes nucleares que codificam os complexos da cadeia respiratória em crianças pequenas. Assim, uma nova direção foi formada na estrutura das doenças infantis - patologia mitocondrial, miopatias mitocondriais, encefalomiopatias mitocondriais.

As mitocôndrias são organelas intracelulares que estão presentes na forma de várias centenas de cópias em todas as células (exceto eritrócitos) e produzem ATP. O comprimento das mitocôndrias é de 1,5 µm, a largura é de 0,5 µm. Sua renovação ocorre continuamente ao longo de todo o ciclo celular. A organela tem 2 membranas - externa e interna. Da membrana interna, dobras chamadas cristas se estendem para dentro. O espaço interno é preenchido com a matriz - a principal substância homogênea ou de granulação fina da célula. Contém uma molécula de DNA circular, RNA específico, grânulos de sais de cálcio e magnésio. As enzimas envolvidas na fosforilação oxidativa (complexo de citocromos b, c, a e a3) e na transferência de elétrons são fixadas na membrana interna. Esta é uma membrana conversora de energia que converte a energia química da oxidação do substrato em energia que se acumula na forma de ATP, fosfato de creatina, etc. As enzimas envolvidas no transporte e oxidação de ácidos graxos estão concentradas na membrana externa. As mitocôndrias são capazes de auto-replicação.

A principal função das mitocôndrias é a oxidação biológica aeróbica (respiração dos tecidos usando oxigênio pela célula) - um sistema de uso de energia matéria orgânica com sua liberação gradual na célula. No processo de respiração tecidual, há uma transferência sequencial de íons de hidrogênio (prótons) e elétrons através de vários compostos (aceitadores e doadores) para o oxigênio.

No processo de catabolismo de aminoácidos, são formados carboidratos, gorduras, glicerol, dióxido de carbono, água, acetil-coenzima A, piruvato, oxaloacetato, cetoglutarato, que então entram no ciclo de Krebs. Os íons de hidrogênio resultantes são aceitos pelos nucleotídeos de adenina - nucleotídeos de adenina (NAD +) e flavina (FAD +). As coenzimas reduzidas NADH e FADH são oxidadas na cadeia respiratória, que é representada por 5 complexos respiratórios.

No processo de transferência de elétrons, a energia é acumulada na forma de ATP, fosfato de creatina e outros compostos macroérgicos.

A cadeia respiratória é representada por 5 complexos proteicos que realizam todo o complexo processo de oxidação biológica (Tabela 10-1):

• 1º complexo - NADH-ubiquinona redutase (este complexo é composto por 25 polipeptídeos, cuja síntese de 6 é codificada pelo mtDNA);
• 2º complexo - succinato-ubiquinona oxidorredutase (consiste em 5-6 polipeptídeos, incluindo succinato desidrogenase, codificado apenas pelo mtDNA);
• 3º complexo - citocromo C-oxidorredutase (transfere elétrons da coenzima Q para o complexo 4, composto por 9-10 proteínas, a síntese de uma delas é codificada pelo mtDNA);
• 4º complexo - citocromo oxidase [consiste em 2 citocromos (a e a3), codificados pelo mtDNA];
• 5º complexo - mitocondrial H + -ATPase (consiste em 12-14 subunidades, realiza a síntese de ATP).

Além disso, os elétrons dos 4 ácidos graxos que sofrem beta-oxidação são transportados por uma proteína transportadora de elétrons.

Nas mitocôndrias, outro processo importante é realizado - beta-oxidação de ácidos graxos, que resulta na formação de ésteres de acetil-CoA e carnitina. Em cada ciclo de oxidação de ácidos graxos, ocorrem 4 reações enzimáticas.

O primeiro estágio é fornecido por acil-CoA desidrogenases (cadeia curta, média e longa) e 2 transportadores de elétrons.

Em 1963, descobriu-se que as mitocôndrias têm seu próprio genoma herdado pela mãe. É representado por um único pequeno cromossomo circular de 16.569 bp de comprimento, codificando 2 RNAs ribossômicos, 22 RNAs de transferência e 13 subunidades de complexos enzimáticos da cadeia transportadora de elétrons (sete deles pertencem ao complexo 1, um ao complexo 3, três ao complexo 4, dois - ao complexo 5). A maioria das proteínas mitocondriais envolvidas nos processos de fosforilação oxidativa (cerca de 70) são codificadas pelo DNA nuclear, e apenas 2% (13 polipeptídeos) são sintetizados na matriz mitocondrial sob o controle de genes estruturais.

A estrutura e função do mtDNA difere daquela do genoma nuclear. Primeiro, ele não contém íntrons, o que fornece uma alta densidade genética em comparação com o DNA nuclear. Em segundo lugar, a maioria dos mRNAs não contém sequências não traduzidas 5'-3'. Terceiro, o mtDNA possui um D-loop, que é sua região reguladora. A replicação é um processo de duas etapas. Diferenças entre o código genético do mtDNA e o nuclear também foram reveladas. Destaca-se que existe grande número cópias do primeiro. Cada mitocôndria contém de 2 a 10 cópias ou mais. Considerando o fato de que as células podem conter centenas e milhares de mitocôndrias, podem existir até 10.000 cópias de mtDNA. É muito sensível a mutações e atualmente 3 tipos de tais alterações foram identificados: mutações pontuais de proteínas que codificam genes mtDNA (mit- mutações), mutações pontuais em genes mtDNA-tRNA (mutações sy/7) e grandes rearranjos de mtDNA (p-mutações).

Normalmente, todo o genótipo celular do genoma mitocondrial é idêntico (homoplasmia), porém, quando ocorrem mutações, parte do genoma permanece idêntica, enquanto a outra parte permanece alterada. Esse fenômeno é chamado de heteroplasmia. A manifestação de um gene mutante ocorre quando o número de mutações atinge um certo nível crítico (limiar), após o qual há uma violação dos processos da bioenergética celular. Isso explica o fato de que, com distúrbios mínimos, os órgãos e tecidos mais dependentes de energia (sistema nervoso, cérebro, olhos, músculos) sofrerão em primeiro lugar.

Charlie Guard, um bebê com doença terminal no Reino Unido, está recebendo atenção internacional enquanto seus pais buscam um tratamento experimental que esperam poder ajudar seu filho, cujo tipo raro de "depleção de DNA" geralmente resulta em morte nos primeiros meses de vida. Mas o que causa essa condição e por que ela tem um efeito tão devastador no corpo?

Charlie Guard com seus pais

Charlie nasceu em 4 de agosto de 2016 e está internado no Great Ormond Street Hospital, em Londres, desde outubro, segundo o The New York Times. O bebê de 11 meses não consegue respirar sozinho, tem convulsões, é cego e surdo. Seus pais querem levá-lo para os Estados Unidos para um tratamento experimental, mas os médicos discordam, afirmando que o tratamento não vai ajudar e só vai prolongar o sofrimento de Charlie. Em vez disso, o hospital concluiu que a solução mais humana seria a eutanásia.

Este caso reabriu o debate sobre os direitos dos pais de tratar seus filhos. Diversos tribunais britânicos do lado do hospital. No entanto, seus pais disseram que o hospital atrasou a eutanásia para dar mais tempo para eles se despedirem do filho.

A síndrome de depleção do DNA mitocondrial encefalomiopático é causada por mutações em genes que ajudam a manter o DNA encontrado dentro das mitocôndrias (as "potências" das células) que convertem nutrientes em energia e têm seu próprio conjunto de DNA.

No caso de Charlie, a mutação está em um gene chamado RRM2B, que está envolvido na produção desse DNA mitocondrial. A mutação leva a uma diminuição na quantidade de DNA mitocondrial e impede o funcionamento normal das mitocôndrias.

A doença afeta muitos órgãos do corpo, mas principalmente os músculos, cérebro e rins, que possuem altas exigências energéticas. Isso pode causar fraqueza muscular, microcefalia (tamanho da cabeça menor que o normal), problemas renais, convulsões e perda auditiva. A fraqueza nos músculos usados ​​para respirar pode levar a sérios problemas respiratórios e, no caso de Charlie, foi necessária ventilação.

A doença é extremamente rara. Antes do caso de Charlie, apenas cerca de 15 bebês em todo o mundo tinham essa forma particular de síndrome de depleção do DNA mitocondrial.

Os sintomas geralmente começam muito cedo. De acordo com o The Times, Charlie começou a mostrar sinais quando tinha apenas algumas semanas de idade. E as crianças com essa condição geralmente não sobrevivem além da infância. Em uma revisão de 2008 dos casos de sete crianças com síndrome de perda de DNA mitocondrial devido a mutações no gene RRM2B, todas morreram antes de completarem 4 meses de idade.

Não há cura, apenas gerenciamento de sintomas, como fornecer suporte nutricional ou ventilação para ajudar na respiração, de acordo com uma revisão da Universidade de Washington.

Os pais de Charlie disseram que querem que seu filho tenha um tratamento experimental chamado terapia com nucleosídeos, um tratamento não comprovado que tem como alvo materiais de DNA que suas células não podem produzir. Este tratamento já foi usado para pacientes com uma forma menos grave de depleção de DNA mitocondrial conhecida como mutação TK2, de acordo com o Times. No entanto, a terapia nunca foi usada para a mutação RRM2B. E mesmo o médico que inicialmente concordou em ajudar os Gards com esse tratamento admitiu mais tarde que a terapia provavelmente não ajudaria Charlie porque a criança estava nos estágios avançados da doença.

Recentemente, o hospital Bambino Ges, na Itália, perguntou se o bebê poderia ser transferido para eles, mas a Great Ormond Street se recusou a transferi-lo, alegando razões legais, segundo o The Washington Post. O secretário de Relações Exteriores britânico, Boris Johnson, também disse que a "decisão continua a ser guiada por conselhos médicos especializados e confirmados pelos tribunais".