Діагностика мітохондріальних захворювань. Мітохондріальна патологія у дітей
Вступ(Особливості мітохондрій людини). Особливістю функціонування мітохондрій є наявність власного мітохондріального геному - кільцевої мітохондріальної ДНК (мтДНК), що містить 37 генів, продукти яких беруть участь у процесі вироблення енергії в дихальному ланцюзі мітохондрій. мтДНК розташовується у внутрішній мембрані мітохондрій і складається з п'яти сполучно функціонуючих ферментних комплексів, які загалом налічують 86 субодиниць. В основному вони кодуються ядерними генами (яДНК), але сім субодиниць першого ферментного комплексу (ND1, 2, 3, 4, 4L, 5, 6), один - третього (цитохром b), три - четвертого (COI, COII, COIII) і дві - п'ятого (АТФази 6 та 8) кодуються структурними генами мтДНК. Таким чином, у забезпеченні різноманітних біохімічних функцій мітохондрій беруть участь ферментні комплекси (тобто білки), що кодуються як ядерними (яДНК), так і мітохондріальними генами (мтДНК).
Зверніть увагу! Основними біохімічними процесами, що мають відношення до енергетичного обміну та відбуваються в мітохондріях, є: цикл трикарбонових кислот (цикл Кребса), бета-окислення жирних кислот, карнітіновий цикл, транспорт електронів у дихальному ланцюзі та окисне фосфорилювання. Будь-який із зазначених процесів може порушуватися і бути причиною мітохондріальної недостатності.
Причина виникнення мітохондріальних хвороб (Далі МБ). Головні властивості мітохондріального геному - це цитоплазматичне успадкування генів, відсутність рекомбінацій (тобто реорганізації генетичного матеріалу шляхом обміну окремими сегментами, ділянками, подвійних спіралей ДНК) та висока швидкість мутування. Мітохондріальний геном відрізняється вираженою нестабільністю і високою швидкістю нуклеотидних замін, в середньому в 10 - 17 разів вище за швидкість мутування ядерних генів, і протягом життя індивіда в ньому нерідко виникають соматичні мутації. Безпосередня причина виникнення та розвитку дисфункції мітохондрій криється в дефектах системи окисного фосфорилювання, недосконалості репараційних механізмів, відсутності гістонів та присутності вільних радикалівкисню – побічних продуктів аеробного дихання.
Для мутацій мітохондріального геному характерне явище [ !!! ] гетероплазмії, при якому (завдяки специфічності мітохондріального успадкування) в результаті клітинного поділу розподіл (варіює в широких межах - від 1 до 99%) мутантних мтДНК між дочірніми клітинами відбувається випадково і нерівномірно, внаслідок чого в дочірніх клітинах одночасно присутні та/або мутантний аллель. У цьому різні тканини організму чи сусідні ділянки однієї й тієї тканини можуть відрізнятися за рівнем гетероплазмії, тобто. за ступенем присутності та співвідношення в клітинах організму мітохондрій як з мутантною, так і з нормальною мтДНК (у наступних поколіннях частина клітин може мати тільки нормальну мтДНК, інша частина тільки мутантна, а третя частина - і тим і іншим типом мтДНК). Зміст мітохондрій із мутантною мтДНК наростає поступово. Завдяки цьому «лаг періоду» (від англ. «lag» - запізнення), майбутні пацієнти нерідко досягають статевозрілого віку (і дають потомство, що майже завжди несе ті ж мутації в мтДНК). Коли кількість мутантних копій мтДНК досягає в клітині певного порогу концентрації, енергетичний метаболізм у клітинах виявляється значно порушеним і проявляється у вигляді захворювання (зверніть увагу: особливістю спадкових МБ найчастіше є повна відсутністьбудь-яких патологічних ознак на початку життя хворого).
Зверніть увагу! Гетероплазмія характеризується одночасним існуванням мутантних та нормальних мтДНК в одній клітині, тканині, органі, що визначає тяжкість, характер та вік маніфестації МБ. Кількість змінених мтДНК також може збільшуватися з віком під впливом різних факторів та поступово досягати рівня, здатного викликати клінічні прояви захворювання.
Відповідно до вищезгаданих особливостей подвійного геному мітохондрій тип успадкування МБ може бути різним. Оскільки мтДНК в організмі має майже виключно материнське походження, при передачі мітохондріальної мутації потомству в родоводі має місце материнський тип успадкування – хворіють усі діти хворої матері. Якщо мутація відбувається в ядерному гені (яДНК), що кодує синтез мітохондріального білка, захворювання передається за класичними законами Менделя. Іноді мутація мтДНК (зазвичай – делеція) виникає de novo на ранній стадії онтогенезу, і тоді захворювання проявляється як спорадичний випадок.
Зверніть увагу! В даний час відомо більше 100 точкових мутацій та кілька сотень структурних перебудов мтДНК, асоційованих з характерними нейром'язовими та іншими мітохондріальними синдромами - від летальних у неонатальному періоді життя до захворювань із пізнім початком.
Дефініція. МБ можуть бути охарактеризовані як захворювання, зумовлені генетичними та структурно-біохімічними дефектами мітохондрій і що супроводжуються порушенням тканинного дихання і, як наслідок, системним дефектом енергетичного метаболізму, внаслідок чого уражаються в різній комбінації найбільш енергозалежні тканини та органи-мішені: мозок, скелетні м'язи (Мітохондріальні енцефаломіопатії), підшлункова залоза, орган зору, нирки, печінка. Клінічно порушення у зазначених органах можуть реалізуватися у будь-якому віці. При цьому гетерогенність симптоматики ускладнює клінічну діагностику цих захворювань. Необхідність виключення МБ виникає за наявності мультисистемних проявів, які вкладаються у звичайний патологічний процес. Частоту дисфункції дихального ланцюга оцінюють від 1 на 5 – 10 тис. до 4 – 5 на 100 тис. новонароджених.
Семіотика. Нервово-м'язова патологія при МБ зазвичай буває представлена деменцією, судомами, атаксією, оптичною нейропатією, ретинопатією, нейросенсорною глухотою, периферичною нейропатією, міопатією. Однак близько 1/3 пацієнтів із МБ мають нормальний інтелект, а нервово-м'язові прояви у них відсутні. До МБ відносять, зокрема, енцефалокардіоміопатію Kearns – Sayre (пігментний ретиніт, зовнішня офтальмоплегія, повна блокада серця); синдром MERRF (міоклонус-епілепсія, «рвані» червоні волокна); (Мітохондріальна енцефало-міопатія, лактат-ацидоз, інсультоподібні епізоди); синдром Pearson (енцефаломіопатія, атаксія, деменція, прогресуюча зовнішня офтальмоплегія); синдром NAPR (невропатія, атаксія, пігментний ретиніт); та деякі форми офтальмопатичної міопатії. Всі ці форми поєднані вираженим у тій чи іншій мірі міопатичним синдромом.
Зверніть увагу! Двома основними клінічними ознаками МБ є збільшення з часом кількості залучених у патологічний процес органів прокуратури та тканин, і навіть практично неминуче поразка центральної нервової системи. Поліморфізм клінічних проявів, включаючи ураження органів, на перший погляд фізіологічно та морфологічно не пов'язаних, у поєднанні з різними термінами маніфестації та неухильним прогресуванням симптоматики захворювання з віком та дозволяє запідозрити [генетичну] мутацію мтДНК.
Зверніть увагу! У клінічній практиці велике значеннямає вміння диференціювати клінічну картину МБ від найпоширеніших соматичних, аутоімунних, ендокринних та інших патологічних станів, більшість з яких піддаються лікуванню. Необхідно проводити ретельну оцінку сімейного анамнезу, даних рутинних клінічних та лабораторно-інструментальних методів обстеження, перш ніж призначати пацієнтові специфічні генетичні та біохімічні тести, спрямовані на пошук мітохондріальної патології.
Діагностика . Алгоритм діагностики будь-якого МБ повинен включати такі етапи: [ 1 ] виявлення типової клінічної картини мітохондріального синдрому чи «нез'ясовної» мультисистемності поразки та спадкового анамнезу, що підтверджує материнський тип спадкування; [ 2 ] подальший діагностичний пошук має бути спрямований на виявлення загальних маркерів мітохондріальної дисфункції: підвищення рівня лактату/пірувату в сироватці крові та цереброспінальної рідини, порушення вуглеводного, білкового, амінокислотного обмінів, а також клінічної картини із залученням до патологічного процесу як мінімум трьох із зазначених систем ЦНС, серцево-судинної системи, м'язової, ендокринної, ниркової, органів зору та слуху; [ 3 ] при клінічних та підтверджених лабораторно-інструментальних ознаках мітохондріальної патології проводять ПЛР-аналіз лімфоцитів крові для прицільного пошуку точкових мутацій мтДНК; дослідження, яке вважається золотим стандартом діагностики МБ [цитопатій], - біопсія скелетних м'язів із проведенням гістохімічного, електронно-мікроскопічного, імунологічного та молекулярно-генетичного аналізів, характерні зміни в яких будуть за будь-якої МБ (див. далі); [ 5 ] найбільш чутливими тестами для діагностики МБ служать методи оцінки рівня гетероплазмії патологічних мтДНК різних органахта тканинах: флуоресцентна ПЛР, клонування, денатуруюча високороздільна рідинна хроматографія, секвенування, саузерн-блот-гібридизація і т.д.
Гістохімічне дослідження біоптатів м'язів пацієнтів, що включає забарвлення трихромом за методом Гоморі, демонструє зміни, характерні для МБ, - рвані червоні волокна міофібрили, які містять велику кількість проліферуючих та пошкоджених мітохондрій, що утворюють агломерати по периферії м'язового волокна. При цьому кількість рваних червоних волокон у біопсії має бути ≥ 2%. Ферменто-гістохімічний аналіз показує дефіцит цитохром-С-оксидази в 2 і 5% міофібрил (для пацієнтів молодше 50 і старше 50 років) їх загального числа в біоптатах. Гістохімічний аналіз сукцинатдегідрогеназної (СДГ) активності демонструє CДГ-позитивне фарбування міофібрил – рвані сині волокна (ragged blue fibers), що у поєднанні з СДГ-позитивним фарбуванням стінок артерій, що кровопостачають м'язи, свідчить про високого ступеняушкодження мітохондрій міоцитів. При проведенні електронної мікроскопії біоптатів м'язів визначають патологічні включення, структурні перебудови мітохондрій, зміну їх форми, розміру та числа.
Зверніть увагу! Незважаючи на значний прогрес, досягнутий з моменту відкриття генетичних мутацій мтДНК, більшість з діагностичних методів, що використовуються в клінічній практиці, мають низький ступінь специфічності щодо окремих МБ. Тому діагностичні критерії для тієї чи іншої МБ насамперед складаються з поєднання специфічної клінічної та морфологічної картин.
Принципи лікування . Терапія МБ (цитопатій) має виключно симптоматичний характер і спрямована на зниження швидкості прогресування захворювання, а також покращення якості життя пацієнтів. З цією метою хворим призначають стандартну комбінацію препаратів, що включає коензим Q10, ідебенон – синтетичний аналог СоQ10, креатин, фолієву кислоту, вітаміни В2, В6, В12 та інші лікарські засоби, що покращують окислювально-відновні реакції в клітинах (препарати-переносники електронів у дихальному ланцюгу та кофактори ензимних реакцій енергетичного обміну). Ці сполуки стимулюють синтез молекул АТФ та знижують активність вільно-радикальних процесів у мітохондріях. Тим часом, за даними систематичного огляду, більшість препаратів, що мають антиоксидантну і метаболічну дію і застосовуються при МБ, не оцінювали в масштабних рандомізованих плацебо-контрольованих дослідженнях. Тому складно оцінити виразність їхнього терапевтичного ефекту та наявність значних побічних ефектів.
Докладніше про МБ у наступних джерелах:
стаття «Нервово-м'язова патологія при мітохондріальних хворобах» Л.А. Сайкова, В.Г. Пустозерів; Санкт Петербурзька медична академія післядипломної освітиРосздрава (журнал «Вісник Санкт-Петербурзької медичної академії післядипломної освіти» 2009) [читати];
стаття «Хронічні захворювання незапального генезу та мутації мітохондріального геному людини» К.Ю. Митрофанів, А.В. Желанкін, М.А. Сазонова, І.А. Собенін, А.Ю. Постнов; Інноваційний центр Сколково. Науково-дослідний інститут атеросклерозу, Москва; ГБОУ Науково-дослідний інститут загальної патології та патофізіології РАМН, Москва; Інститут клінічної кардіології ім. А.Л.Мяснікова ФДБУ РКНПК МОЗсоцрозвитку РФ (журнал «Кардіологічний вісник» №1, 2012) [читати ];
стаття «Мітохондріальна днк та спадкова патологія людини» Н.С. Прохорова, Л.А. Демиденка; Кафедра медичної біології, ДУ “Кримський державний медичний університет ім. С.І. Георгієвського», м. Сімферополь (журнал «Таврійський медико-біологічний вісник» №4, 2010) [читати];
стаття «Мітохондріальний геном та мітохондріальні захворювання людини» І.О. Мазунін, Н.В. Володько, Є.Б. Старіковська, Р.І. Сукерник; Інститут хімічної біології та фундаментальної медицини Сибірського відділення Російської академіїнаук, Новосибірськ (журнал «Молекулярна біологія» №5, 2010) [читати];
стаття "Перспективи мітохондріальної медицини" Д.Б. Зоров, Н.К. Ісаєв, Є.Ю. Плотніков, Д.М. Силачов, Л.Д. Зорова, І.Б. Певзнер, М.А. Моросанова, С.С. Янкаускас, С.Д. Зоров, В.А. Бабенка; Московський державний університетім. М.В. Ломоносова, Інститут фізико-хімічної біології ім. О.М. Білозерського, НДІ Мітоінженерії, Лазерний Науковий центр, факультет біоінженерії та біоінформатики; Російський національний дослідницький медичний університетім. Н.І. Пирогова (журнал «Біохімія» №9, 2013) [читати];
стаття «Інсульти при мітохондріальних захворюваннях» Н.В. Пізова; Кафедра нервових хвороб із курсами нейрохірургії та медичної генетики ГБОУ ВПО «Ярославська державна медична академія» (журнал «Неврологія, нейропсихіатрія, психосоматика» №2, 2012) [читати ];
стаття «Діагностика та профілактика ядерно-кодованих мітохондріальних захворювань у дітей» О.О. Миколаєва; Науково-дослідний клінічний інститут педіатрії, Москва (журнал «Російський вісник перинатології та педіатрії» №2, 2014) [читати];
стаття «Епілепсія у дітей з мітохондріальними захворюваннями: особливості діагностики та лікування» Заваденко Н.М., Холін А.А.; ГБОУ ВПО Російський національний дослідницький медичний університет ім. Н.І. Пирогова МОЗсоцрозвитку Росії, Москва (журнал «Епілепсія та пароксизмальні стани» №2, 2012) [читати ];
стаття «Мітохондріальна патологія та проблеми патогенезу психічних порушень» В.С. Сухоруков; Московський НДІ педіатрії та дитячої хірургії Росмедтехнологій (Журнал неврології та психіатрії, №6, 2008) [читати];
стаття "Алгоритм діагностики мітохондріальних енцефаломіопатій" С.М. Іларіошкін (журнал «Нервові хвороби» №3, 2007) [читати];
стаття "Актуальні питання лікування мітохондріальних порушень" В.С. Сухоруков; ФДБУ «Московський НДІ педіатрії та дитячої хірургії» МОЗ Росії (журнал «Ефективна фармакотерапія. Педіатрія» №4, 2012 [читати ];
стаття «Лейкоенцефалопатія з переважним ураженням стовбура мозку, спинного мозку та підвищеним лактатом при МР-спектроскопії (клінічне спостереження)» В.І. Гузєва, Є. А. Ефет, О. М. Миколаєва; Санкт-Петербурзький педіатричний медичний університет, Санкт-Петербург, Росія (журнал «Нейрохірургія та неврологія дитячого віку» №1, 2013) [читати];
навчально-методичний посібникдля студентів третього курсу медико-діагностичного факультету медичних вишів «Спадкові мітохондріальні захворювання» Т.С. Кутник, І. В. Манаєнкова; Установа освіти "Гомельський державний медичний університет", кафедра патологічної фізіології, 2012 [читати ];
пост: Мітохондріальне захворювання(Нейродегенерація) - на сайт з 17-ма посиланнями на джерела (статті, презентації і т.д.).
© Laesus De Liro
Мітохондріальні хвороби, і зокрема мітохондріальний синдром, який може виявлятися ураженнями ЦНС, серця та патологіями скелетної мускулатури, сьогодні є одним із найважливіших розділів нейропедіатрії.
Мітохондрія – що це?
Як багато хто пам'ятає з шкільного курсуБіологія, мітохондрія є однією з клітинних органел, чиєю основною функцією є утворення в процесі клітинного дихання молекули АТФ. Крім того, в ній відбувається проходить цикл трикарбонових кислот та безліч інших процесів. Дослідження, проведені наприкінці XX століття, дозволили виявити ключове значення мітохондрій ще й у таких процесах, як чутливість до ліків, старіння (запрограмована загибель клітин). Відповідно, порушення їх функцій призводить до недостатності енергообміну, і як наслідок, ушкодження та загибелі клітини. Особливо яскраво ці порушення проявляються у клітинах нервової системи та скелетної мускулатури.
Мітохондріологія
Генетичні дослідження дозволили визначити, що мітохондрії мають власний геном, відмінний від геному ядра клітини, і порушення в її функціонуванні найчастіше пов'язані з мутаціями, що відбуваються там. Все це дозволило виділити науковий напрямок, що вивчає захворювання, пов'язані з порушеннями функцій мітохондрій - мітохондріальні цитопатії. Вони можуть бути як спорадичними, так і вродженими, що успадковуються по лінії матері.
Симптоматика
Мітохондріальний синдром може проявитися в різних системах людини, але найбільш виражені прояви набувають неврологічних симптомів. Це пов'язано з тим, що нервова тканина найбільше схильна до впливу гіпоксії. Характерними ознаками, що дозволяють підозрювати мітохондріальний синдром при ураженні скелетної мускулатури, є гіпотонія, нездатність адекватно переносити фізичні навантаження, різні міопатії, офтальмопарез (параліч птоз. З боку нервової системи можуть бути інсультоподібні прояви, судоми, пірамідні розлади, розлади. дитини завжди виявляється затримкою розвитку або втратою вже отриманих навичок, порушеннями психомоторики.З боку ендокринної системи не виключено розвиток діабету, порушень функцій щитовидної та підшлункової залоз, затримка росту, статевого дозрівання. Мітохондріальний синдром у цьому випадку представлений кардіоміопатією.
Діагностика
Мітохондріальні хвороби найчастіше виявляються або на перших роках життя дитини. За даними зарубіжних досліджень, ця патологія діагностується у одного новонародженого із 5 тисяч. Для діагностики проводять комплексне клінічне, генетичне, інструментальне, біохімічне та молекулярне обстеження. На сьогоднішній день існує ціла низка методів, що дозволяють визначити цю патологію.
- Електроміографія – при нормальних результатах на тлі різко вираженої м'язової слабкості у пацієнта дозволяє підозрювати мітохондріальні патології.
- Лактоацидоз часто супроводжує мітохондріальні хвороби. Звичайно, тільки його присутність недостатньо для встановлення діагнозу, але вимірювання рівня молочної кислоти в крові після фізичного навантаження може бути дуже інформативним.
- Біопсія та гістохімічне дослідження отриманого біоптату є найбільш інформативним.
- Хороші результати показують одночасне застосування світлової та електронної мікроскопії кістякових м'язів.
Одним із найчастіших захворювань дитячого віку, пов'язаних із генетичними змінами мітохондрій, є синдром Лея, вперше описаний у 1951 році. Перші ознаки з'являються у віці від одного до трьох років, але можливі й більш ранні маніфестації – на першому місяці життя або, навпаки, після семи років. Перші прояви полягають у затримці розвитку, зниженні маси тіла, втраті апетиту, повторному блюванні. Згодом приєднується неврологічна симптоматика – порушення тонусу м'язів (гіпотонія, дистонія, гіпертонус), судоми, порушення координації.
Хвороба торкається органів зору: розвивається дегенерація сітківки, окорухові порушення. Більшість дітей захворювання поступово прогресує, наростають ознаки пірамідальних розладів, з'являються розлади ковтання, дихальної функції.
Одним із дітей, які страждають на таку патологію, став Пугачов Юхим, мітохондріальний синдром якому був діагностований у 2014 році. Його мати, Олена, просить допомоги у всіх небайдужих людей.
Прогноз, на жаль, на сьогоднішній день найчастіше буває невтішним. Це пов'язано як із пізньою діагностикою хвороби, відсутністю детальної інформації про патогенез, тяжким станом пацієнтів, пов'язаним з мультисистемністю уражень, так і з відсутністю єдиного критерію оцінки ефективності терапії.
Таким чином, лікування подібних захворювань перебуває ще на стадії розробки. Як правило, воно зводиться до симптоматичної та підтримуючої терапії.
Виникнення цих захворювань пов'язане із зміною ДНК мітохондрій. Геном мітохондріальної ДНК повністю розшифровано. У ньому є гени рибосомальних РНК, 22 тр-РНК та 13 поліпептидів, що беруть участь у реакціях окисного фосфорилювання. Більшість мітохондріальних білків кодуються генами ядерної ДНК, транслюються в цитоплазмі, а потім надходять у мітохондрії. ДНК мітохондрій успадковується по материнській лінії. У цитоплазмі яйцеклітини містяться тисячі мітохондрій, тоді як мітохондрії сперматозоїда не виявляються в зиготі. Тому чоловіки успадковують мт-ДНК від своїх матерів, але не передають її своїм нащадкам.
У кожній мітохондрії міститься 10 і більше молекул ДНК. Зазвичай усі копії МТ-ДНК ідентичні. Іноді, однак, у МТ-ДНК виникають мутації, які можуть передаватися як дочірнім мітохондріям, так і дочірнім клітинам.
Клінічно мутації можуть проявити себе у вигляді різних симптомів у будь-якому органі чи тканині та у будь-якому віці. Найбільш енергозалежними, а тому вразливими є мозок, серце, скелетні м'язи, ендокринні системи, печінка. Поразки нервової системи зазвичай супроводжуються судомами, порушення координації (атаксія), зниженням інтелекту, нейросенсорною глухотою.
Приклади спадкових хвороб: атрофія дисків зорових нервів Лебера (гостра втрата центрального зору може проявитися в будь-якому віці), мітохондріальна енцефаломіопатія, синдром міоклонічної епілепсії та рваних м'язових волокон.
Мультифакторні захворювання
Виникають в осіб з відповідним поєднанням привертають алелів, має місце поліморфізм клінічних ознак, захворювання проявляються в будь-якому віці, в патологічний процес може бути залучена будь-яка система або орган. Приклади: гіпертонічна хвороба, атеросклероз, виразкова хвороба, шизофренія, епілепсія, глаукома, псоріаз, бронхіальна астма та ін.
Особливості:
Висока частота народження в популяції
Існування різних клінічних форм
Залежність ступеня ризику для родичів хворого:
Чим рідше хвороба у популяції, тим вищий ризик для родичів пробанда
Чим сильніше виражена хвороба у пробанда, тим вищий ризик захворювання у його родича
Ризик для родичів пробанда буде вищим, якщо є інший хворий кровний родич.
Медико-генетичне консультування
Це один із видів спеціалізованої медичної допомоги населенню. У консультації працюють лікарі-генетики, а також інші спеціалісти (акушери, педіатри, ендокринологи, невропатологи). Основні завдання консультації:
Надання допомоги лікарям у постановці діагнозу спадкового захворювання
Визначення ймовірності народження дитини зі спадковою патологією
Пояснення батькам сенсу генетичного ризику
Етапи консультування:
1.Обстеження хворого та постановка діагнозу спадкового захворювання. Для цього застосовуються різні способи: цитогенетичний, біохімічний, ДНК-діагностики. Показаннями для консультування є:
Встановлена чи підозрювана спадкова хвороба у сім'ї
Народження дитини з вадами розвитку
Повторні спонтанні аборти, мертвонародження, безпліддя
Відставання дітей у психічному та фізичному розвитку
Порушення статевого розвитку
Кровноспоріднені шлюби
Можлива дія тератогенів у перші 3 місяці вагітності
2. Визначення ризику народження хворої дитини. При визначенні ризику можливі такі:
а) при моногенно успадкованих захворюваннях розрахунок ризику ґрунтується на законах Г. Менделя. При цьому враховуються генотип батьків та особливості прояву гена (пенентрантність та експресивність).
б) при полігенно успадкованих захворюваннях (хвороби зі спадковою схильністю) для розрахунку ризику використовують спеціальні таблиці і при цьому враховуються такі особливості:
Чим рідше зустрічається хвороба у популяції, тим вищий ризик для родичів пробанда.
Чим сильніше виражена хвороба у пробанда, тим вищий ризик захворювання у його родичів
Ризик для родичів пробанда буде вищим, якщо є інший хворий кровний родич
в) спорадичні випадки захворювання: у фенотипно здорових батьків народжується хвора дитина, при цьому відсутні дані у схожій патології у родичів. Причини:
Генеративні мутації у когось із батьків або соматичні мутації на ранніх стадіях ембріонального розвитку
Перехід рецесивного гена в гомозиготний стан
Приховування одним із батьків сімейної патології.
3. Висновок консультації та поради батькам.Генетичний ризик до 5% розглядається як низький і не є протипоказанням для народження дітей. Ризик від 6 до 20% - визначається як середній та розцінюється як протипоказання до зачаття або як показання до переривання вагітності. Незалежно від рівня ризику доцільно проведення пренатальної діагностики.
Пренатальна (допологова) діагностика.
Багато хвороб можна виявити ще до народження дитини. При виявленні тяжких захворювань у плода лікар пропонує сім'ї штучне переривання вагітності. Остаточне вирішення питання про це має ухвалити сім'я. До методів допологової діагностики належать:
1. Біопсія ворсин хоріону. Проводиться на 7-9 тижні вагітності. Служить виявлення хромосомних дефектів, активності ферментів з метою діагностики спадкових хвороб обміну і ДНК- діагностики.
2. Амніоцентез (взяття навколоплідної рідини з клітинами, що містяться в ній). Проводиться починаючи з 12-14 тижнів вагітності.
3. Кордоцентез (взяття крові з пупкових судин) проводиться на 20-25 тижні вагітності і використовується для тих же цілей.
4. Аналіз крові матері. Виявлення α-фетопротеїну (білок, що виробляється печінкою плода та проникає через плацентарний бар'єр у кров матері). Збільшення його кілька разів на 16 тижні вагітності може вказувати на дефекти нервової трубки. Зниження його концентрації щодо норми може вказувати на синдром Дауна.
5. Ультразвукове дослідження плода проводиться на всіх термінах вагітності. УЗД дослідження – головний метод візуального визначення вад розвитку плода та стану плаценти. УЗД дослідження рекомендується проводити всім жінкам не менше ніж 2 рази протягом вагітності.
Мітохондріальні хвороби – велика гетерогенна група спадкових захворювань та патологічних станів, обумовлених порушеннями структури, функцій мітохондрій та тканинного дихання. За даними зарубіжних дослідників, частота цих захворювань у новонароджених становить 1:5000.
Код МКБ-10
Порушення обміну речовин, клас IV, Е70-Е90.
Вивчення природи цих патологічних станів було розпочато у 1962 р., коли група дослідників описала хвору 30 років з нетиреоїдним гіперметаболізмом, м'язовою слабкістю та високим рівнем основного обміну. Було висловлено припущення про зв'язок цих змін із порушенням процесів окисного фосфорилювання у мітохондріях м'язової тканини. У 1988 р. інші вчені вперше повідомили про виявлення мутації в мітохондріальній ДНК (мтДНК) у хворих з міопатією та оптичною нейропатією. Через 10 років було знайдено мутації ядерних генів, що кодують комплекси дихального ланцюга у дітей раннього віку. Таким чином, сформувався новий напрямок у структурі дитячих хвороб – мітохондріальна патологія, мітохондріальні міопатії, мітохондріальні енцефаломіопатії.
Мітохондрії - внутрішньоклітинні органели, які є у вигляді кількох сотень копій у всіх клітинах (крім еритроцитів) і продукують АТФ. Довжина мітохондрії 1,5 мкм, ширина 0,5 мкм. Їх оновлення відбувається безперервно протягом усього клітинного циклу. Органелла має 2 мембрани - зовнішню та внутрішню. Від внутрішньої мембрани відходять складки, звані христами. Внутрішній простір заповнює матрикс - основну гомогенну або тонкозернисту речовину клітини. У ньому містяться кільцева молекула ДНК, специфічні РНК, гранули солей кальцію та магнію. На внутрішній мембрані фіксовані ферменти, що беруть участь в окисному фосфорилюванні (комплекс цитохромів b, с, а і аЗ) та перенесення електронів. Це енергоперетворююча мембрана, яка перетворює хімічну енергію окислення субстратів на енергію, що накопичується у вигляді АТФ, креатинфосфату та ін. На зовнішній мембрані зосереджені ферменти, що беруть участь у транспорті та окисленні жирних кислот. Мітохондрії здатні до самовідтворення.
Основна функція мітохондрій – аеробне біологічне окиснення (тканинне дихання з використанням клітиною кисню) – система використання енергії органічних речовинз поетапним її вивільненням у клітині. У процесі тканинного дихання відбувається послідовне перенесення іонів водню (протонів) та електронів через різні сполуки (акцептори та донори) на кисень.
У процесі катаболізму амінокислот, вуглеводів, жирів, гліцеролу утворюються вуглекислий газ, вода, ацетил-коензим А, піруват, оксалоацетат, кетоглутарат, які потім вступають у цикл Кребса. Іони водню, що утворилися, акцептуються аденіннуклеотидами - аденіновими (NAD+) і флавіновими (FAD+) нуклеотидами. Відновлені коферменти NADH і FADH окислюються в дихальному ланцюзі, який представлений 5 дихальними комплексами.
У процесі перенесення електронів накопичується енергія у вигляді АТФ, креатинфосфату та інших макроергічних сполук.
Дихальний ланцюг представлений 5 білковими комплексами, які здійснюють весь складний процесбіологічного окиснення (табл. 10-1):
- 1-й комплекс - NADH-убіхінон-редуктаза (цей комплекс складається з 25 поліпетидів, синтез 6 з яких кодується мтДНК);
- 2-й комплекс - сукцинат-убіхінон-оксидоредуктаза (складається з 5-6 поліпептидів, включаючи сукцинатдегідрогеназу, кодується лише мтДНК);
- 3-й комплекс - цитохром С-оксидоредуктаза (переносить електрони від коензиму Q на комплекс 4, складається з 9-10 білків, синтез одного з них кодується мтДНК);
- 4-й комплекс - цитохромоксидаза [складається з 2 цитохромів (а та аЗ), що кодується мтДНК];
- 5-й комплекс - мітохондріальна Н+-АТФаза (складається з 12-14 субодиниць, здійснює синтез АТФ).
Крім того, електрони 4 жирних кислот, що піддаються бета-окисленню, переносить електронпереносить білок.
У мітохондріях здійснюється ще один важливий процес - бета-окислення жирних кислот, в результаті якого утворюється ацетил-КоА та ефіри карнітину. У кожному циклі окислення жирних кислот відбуваються 4 ензиматичні реакції.
Перший етап забезпечують ацил-КоА-дегідрогенази (коротко-, середньо-і довголанцюгові) і 2 переносники електронів.
У 1963 р. було встановлено, що мітохондрії мають власний унікальний геном, успадкований по материнській лінії. Він представлений єдиною невеликою кільцевою хромосомою довжиною 16569 п.н., що кодує 2 рибосомальні РНК, 22 транспортні РНК і 13 субодиниць ферментних комплексів електронно-транспортного ланцюга (сім з них відносяться до комплексу 1, один - до комплексу 3, три - до комплексу 4, два – до комплексу 5). Більшість мітохондріальних білків, що беруть участь у процесах окисного фосфорилювання (близько 70), кодуються ядерною ДНК і лише 2% (13 поліпетидів) синтезуються в мітохондріальному матриксі під контролем структурних генів.
Будова та функціонування мтДНК відрізняється від ядерного геному. По-перше, вона містить інтронів, що забезпечує високу щільність генів проти ядерної ДНК. По-друге, більшість мРНК не містить 5"-3"-нетрансльовані послідовності. По-третє, мтДНК має D-петлю, яка є її регуляторну область. Реплікація є двоступінчастим процесом. Виявлено також відмінності генетичного коду мтДНК від ядерної. Особливо слід зазначити, що існує велике числокопій першої. Кожна мітохондрія містить від 2 до 10 копій та більше. Враховуючи той факт, що клітини можуть мати у своєму складі сотні та тисячі мітохондрій, можливе існування до 10 тис. копій мтДНК. Вона дуже чутлива до мутацій і в даний час ідентифіковано 3 типи таких змін: точкові мутації білків, що кодують мтДНК-гени (Mit-мутації), точкові мутації мтДНК-тРНК-генів (sy/7-мутації) та великі перебудови мтДНК (р-мутації).
У нормі весь клітинний генотип мітохондріального геному ідентичний (гомоплазмія), проте при виникненні мутацій частина геному залишається ідентичною, а інша – зміненою. Таке явище називається гетероплазмією. Прояв мутантного гена відбувається тоді, коли кількість мутацій досягає певного критичного рівня (порога), після чого настає порушення процесів клітинної біоенергетики. Це пояснює те, що при мінімальних порушеннях в першу чергу страждатимуть найбільш енергозалежні органи та тканини (нервова система, головний мозок, очі, м'язи).
Чарлі Гард, невиліковно хворе немовля у Великій Британії, отримує міжнародну увагу, оскільки його батьки шукають експериментальне лікування, яке, як вони сподіваються, може допомогти їхньому сину, чий рідкісний тип «виснаження ДНК» зазвичай призводить до смерті в перші кілька місяців життя. Але що викликає цей стан і чому воно таке руйнівне вплив на організм?
Чарлі Гард із батьками
Чарлі народився 4 серпня 2016 року і був госпіталізований до Великої Ормонд-стріт-лікарні в Лондоні з жовтня, згідно з The New York Times. Повідомляється, що 11-місячна дитина не може дихати саме, має судоми, сліпу та глуху. Його батьки хочуть відвезти його до Сполучених Штатів на експериментальне лікування, але лікарі не погодилися, заявивши, що лікування не допоможе і лише продовжить страждання Чарлі. Натомість у лікарні дійшли висновку, що найгуманнішим рішенням буде евтаназія.
Ця справа відновила дискусію про права батьків на поводження зі своїми дітьми. Декілька британських судівстали на бік лікарні. Однак його батьки сказали, що лікарня відклала евтаназію, щоб дати їм більше часу для прощання з дитиною.
Енцефаломіопатичний мітохондріальний синдром виснаження ДНК викликаний мутаціями в генах, які допомагають підтримувати ДНК, виявлену всередині мітохондрій («електростанції» клітин), які перетворюють поживні речовини на енергію та мають свій власний набір ДНК.
У випадку з Чарлі мутація знаходиться в гені під назвою RRM2B, який бере участь у створенні цієї мітохондріальної ДНК. Мутація призводить до зменшення кількості мітохондріальної ДНК та перешкоджає нормальній роботі мітохондрій.
Хвороба впливає на багато органів тіла, але особливо на м'язи, мозок та нирки, що мають високі енергетичні потреби. Це може викликати м'язову слабкість, мікроцефалію (розмір голови менше, ніж у нормального), проблеми з нирками, судоми та втрату слуху. Слабкість м'язів, що використовуються для дихання, може призвести до серйозних проблем з диханням і, у випадку з Чарлі, була потрібна вентиляція.
Хвороба вкрай рідкісна. До нагоди Чарлі лише близько 15 немовлят по всьому світу мали цю конкретну форму синдрому виснаження мітохондріальної ДНК.
Симптоми зазвичай починаються дуже рано. За словами Таймс, Чарлі почав показувати ознаки, коли йому було лише кілька тижнів. І діти із цим станом зазвичай не виживають за межами дитинства. В огляді 2008 року випадків семи дітей із синдромом виснаження мітохондріальної ДНК через мутації в гені RRM2B всі померли до того, як вони досягли 4-місячного віку.
Відповідно до огляду Вашингтонського університету немає лікування, тільки керування симптомами, такими як забезпечення поживної підтримки або вентиляція для надання допомоги при диханні.
Батьки Чарлі сказали, що хочуть, щоб у їхнього сина було експериментальне лікування, яке називається терапією нуклеозидом, це недоведене лікування, спрямоване на матеріали ДНК, які його клітини не можуть зробити. Це лікування раніше використовувалося для пацієнтів з менш вираженою формою виснаження мітохондріальної ДНК, відомої як мутація TK2 згідно Times. Однак терапія ніколи не використовувалася при мутації RRM2B. І навіть лікар, який спочатку погодився допомогти Гардам у цьому лікуванні, пізніше визнав, що терапія навряд чи допоможе Чарлі, бо дитина була на пізніх стадіях хвороби.
Нещодавно, дитяча лікарня Bambino Ges hospital в Італії запитала, чи дитина може бути перевезена до них, але Great Ormond Street відмовилася перемістити її, пославшись на юридичні причини, згідно The Washington Post. Міністр закордонних справ Великобританії Борис Джонсон також сказав, що це «рішення, як і раніше, керуються експертним медичним висновком, підтриманим судами».