Диагностика митохондриальных болезней

5. Диагностика митохондриальных заболеваний

Митохондриальные болезни трудны для диагностики. Определяется это отсутствием строгой связи между сайтом мутации и клиническим фенотипом. Это значит, что одна и та же мутация может вызывать разные симптомы, а один и тот же клинический фенотип могут формировать разные мутации.

Поэтому для постановки диагноза митохондриального заболевания важен комплексный подход, основанный на генеалогическом, клиническом, биохимическом, морфологическом (гистологическом), генетическом анализах.

Генеалогический анализ

Наличие в семейном анамнезе синдрома внезапной младенческой смерти, кардиомиопатий, деменций, раннего инсульта, ретинопатий, диабета, задержки развития может указывать на митохондриальную природу имеющегося заболевания.

Клинические проявления митохондриальных заболеваний

Миопатический синдром: слабость и атрофия мышц, снижение миотонического тонуса, мышечные боли, непереносимость физической нагрузки (усиление мышечной слабости, появление рвоты и головной боли).

Центральная нервная система и органы чувств: летаргия, кома, задержка психомоторного развития, деменция, нарушение сознания, атаксия, дистония, эпилепсия, миоклонические судороги, «метаболический инсульт», слепота центрального происхождения, пигментный ретинит, атрофия зрительных нервов, нистагм, катаракта, офтальмоплегия, птоз, нарушение остроты зрения, гипоакузия, дизартрия, сенсорные нарушения, сухость слизистой рта, гипотония, снижение глубоких сухожильных рефлексов, инсультоподобные эпизоды, гемианопсия.

Периферическая нервная система: аксональная нейропатия, нарушение двигательной функции гастроинтестинального тракта.

Сердечно-сосудистая система: кардиомиопатия (обычно гипертрофическая), аритмия, нарушение проводимости.

Желудочно-кишечный тракт: частые диспептические явления (рвота, диарея), атрофия ворсинок кишечника, экзокринная недостаточность поджелудочной железы.

Печень: прогрессирующая печеночная недостаточность (особенно у младенцев), гепатомегалия.

Почки: тубулопатия (по типу синдрома Де Тони-Дебре-Фанкони: фосфатурия, глюкозурия, аминацидурия), нефрит, почечная недостаточность.

Эндокринная система: задержка роста, нарушение полового развития, гипогликемия, сахарный и несахарный диабет, гипотиреоз, гипопаратиреоидизм, гипоталамо-гипофизарная недостаточность, гиперальдостеронизм.

Система кроветворения: панцитопения, макроцитарная анемия.

Основные биохимические проявления митохондриальных заболеваний

Повышение уровня:

лактата и пирувата в крови (ликворе);

3-гидроксимасляной и ацетоуксусной кислот в крови;

аммиака в крови;

жирных кислот с разной длиной цепи;

продуктов перекисного окисления липидов;

мочевой экскреции органических кислот.

активности некоторых ферментов энергетического обмена в митохондриях;

содержания общего карнитина в крови.

Лактатный ацидоз является практически постоянным спутником митохондриальных болезней, но проявляется и при других формах патологии. Поэтому более эффективным является измерение уровня лактата в венозной крови после умеренной физической нагрузки на велоэргометре.

Основные изменения структуры скелетной мышцы при митохондриальной недостаточности

Морфологическое исследование позволяет с помощью световой и электронной микроскопии в сочетании с гистохимическими методами выявить нарушения количества и строения митохондрий, признаки их дисфункций и снижения активности митохондриальных ферментов.

Cветовая микроскопия с применением различных видов специальной окраски, в т. ч. и для определения активности митохондриальных ферментов выявляет:

феномен «рваных» (шероховатых) красных волокон (RRF — «ragged» red fibres) в количестве более 5 % (при окраске по Гомори, Альтману напоминает разрыв волокон по периферии и обусловлен скоплением пролиферирующих генетически измененных митохондрий под сарколеммой);

гистохимические признаки недостаточности митохондриальных ферментов (цикла Кребса, респираторной цепи), особенно цитратсинтетазы, сукцинатдегидрогеназы и цитохром-С-оксидазы;

субсарколеммальное накопление гликогена, липидов, кальция (считают, что накопление жировых капель в различных тканях, в т. ч. в мышечных волокнах, происходит в результате нарушения окисления жирных кислот в митохондриях).

При электронной микроскопии определяют:

скопления аномальных митохондрий под сарколеммой;

полиморфизм митохондрий с нарушением формы и размера, дезорганизацией крист;

наличие в митохондриях паракристаллических включений;

наличие митохондриально-липидных комплексов.

Генетический анализ для подтверждения диагноза митохондриального заболевания

Обнаружение любого вида митохондриальной мутации с достаточно высоким соотношением аномальной и нормальной мтДНК подтверждает диагноз митохондриального заболевания или синдрома. Отсутствие митохондриальной мутации позволяет предполагать у пациента наличие патологии, связанной с мутацией яДНК.

Известно, что уровень гетероплазмии во многом определяет фенотипическое проявление мутации. Поэтому, при проведении молекулярного анализа необходимо оценивать количество мутантных мтДНК. Оценка уровня гетероплазмии включает детекцию мутации, однако методы обнаружения мутации не всегда учитывают уровень ее гетероплазмии.

Метод клонирования дает достоверные количественные результаты (наиболее трудоемкий и продолжительный).

Флуоресцентная ПЦР предоставляет более точные результаты при меньшей трудоемкости (не позволяет выявлять мелкие делеции и вставки).

Денатурирующая высокоразрешающая жидкостная хроматография дает воспроизводимые результаты при любых видах мутаций (делеции, вставки, точковые мутации), находящихся в состоянии гетероплазмии (оценка уровня гетероплазмии более точна по сравнению с 2-мя предыдущими).

ПЦР в реальном времени используется для обнаружения и количественной оценки мутаций мтДНК. Используют: гидролизуемые зонды (TaqMan), интеркалирующий краситель SYBR.

Наиболее точные оценки дают 3 метода:

минисеквенирование (SNaPshot) — определение однонуклеотидных замен, делеций и инсерций короткими зондами (15–30 нуклеотидов). Участок ДНК несущий мутацию, например C T выделяется и аплифицируется с помощью ПЦР. Этот участок является матрицей. Зонд имеет идентичную структуру, массу 5485 Да, но короче матрицы на один нуклеотид. К смеси зонда и матрицы добавляют нуклеотиды Т и С. Если к зонду присоединится нуклеотид С, то матрица «дикого» типа и ее масса составит 5758 Да. Если нуклеотид Т — матрица была мутантного типа с массой 6102 Да. Затем массу полученных образцов определяют с помощью масс-спектрометра.

Пиросеквенирование — сочетание секвенирования и синтеза. Матрицу инкубируют в смеси из 4-х ферментов, 4-х дезоксинуклеотидтрифосфатов (dATP, dСТP, dGТP, dТТP) и 4-х терминаторов транскрипции dNTP. Присоединение комплементарного нуклеотида сопровождается флуоресцентной биохимической реакцией.

Biplex Invader позволяет обнаруживать сразу 2 мутации.

Однако, при сопоставимой точности Biplex Invader оказался наиболее простым в использовании, а SNaPshot — наиболее дорогостоящим.

В настоящее время предпочтение отдается чиповым технологиям, позволяющим анализировать основные патогенные мутации мтДНК сразу во множестве образцов, устанавливая при этом уровень гетероплазмии каждой отдельной мутации.

Алгоритм диагностики митохондриальных заболеваний (по С. Н. Иллариошкину, 2007)

1. Необходимо доказательное клиническое подозрение на наличие митохондриальной болезни. В типичных случаях это может быть выявление клинической картины, характерной для той или иной формы митохондриальной энцефаломиопатии (MELAS, MERRF и т. д.), однако «классические» варианты этих фенотипов встречаются сравнительно редко.

Выявление общепринятых лабораторных маркеров митохондриальной дисфункции, мультисистемного, полиорганного поражения (для этого необходим соответствующий целенаправленный поиск), а также материнского типа наследования указывают на митохондриальную природу болезни.

2. Исследование мтДНК в лимфоцитах (у пациентов с четкими фенотипами MELAS, MERRF, атрофией зрительных нервов Лебера). При выявлении искомой мутации диагноз конкретной митохондриальной болезни может считаться подтвержденным.

3. При отсутствии выявляемых мутаций в лимфоцитах проводят биопсию скелетной мышцы (обычно четырехглавой или дельтовидной), т. к. скелетная мышца является более надежным источником мтДНК (отсутствие клеточных делений в мышце способствует «удержанию» митохондрий, содержащих мутантную мтДНК). Образцы мышечных биоптатов делят на 3 части: одна — для микроскопического исследования (гистология, гистохимия и электронная микроскопия), вторая — для энзимологического и иммунологического анализа (изучение характеристик компонентов дыхательной цепи), третья — для молекулярно-генетического анализа.

4. При отсутствии известных мутаций мтДНК в мышечной ткани проводят развернутый молекулярно-генетический анализ — секвенирование всей цепи мтДНК (или кандидатных генов ядерной ДНК) с целью выявления нового варианта мутации.

5. Идентификация конкретного биохимического дефекта в том или ином звене дыхательной цепи митохондрий является альтернативой изучения скелетной мускулатуры.

скелетная мышца является более надежным источником мтДНК отсутствие клеточных делений в мышце способствует удержанию митохондрий, содержащих мутантную мтДНК.

Энцефаломиопатия

Митохондриальная энцефаломиопатия, как правило, включает некоторые из вышеупомянутых симптомов миопатии, дополненными одним или несколькими неврологическими симптомами. Также как и при миопатии, наблюдается значительная вариабельность симптомов обоего типа и тяжести течения у разных индивидов.

Среди наиболее частых симптомов митохондриальной энцефаломиопатии – нарушения слуха, мигренеподобные головные боли и эпиприступы. По крайней мере, в одном синдроме головные боли и эпиприступы часто сопровождается инсультоподобными эпизодами

Дополнительно к поражению глазных мышц, митохондриальная энцефаломиопатия может поражать как сами глаза, так и участки головного мозга, ответственные за зрение. Например, потеря зрения вследствие оптической атрофии (дегенерации зрительного нерва) или ретинопатии (дегенерации некоторых клеток, выстилающих глазное дно) – обычные симптомы митохондриальной энцефаломиопатии. По сравнению с мышечными проблемами, эти эффекты с большей вероятностью приводят к серьезным нарушениям зрения

Довольно часто митохондриальная энцефаломиопатия вызывает атаксию, или сложности с балансом и координацией.

Неврологическое обследование может включать в себя проверку рефлексов, зрения, речи и базовых когнитивных способностей.

Диагностика митохондриальных болезней

Весь контент iLive проверяется медицинскими экспертами, чтобы обеспечить максимально возможную точность и соответствие фактам.

У нас есть строгие правила по выбору источников информации и мы ссылаемся только на авторитетные сайты, академические исследовательские институты и, по возможности, доказанные медицинские исследования. Обратите внимание, что цифры в скобках ([1], [2] и т. д.) являются интерактивными ссылками на такие исследования.

Если вы считаете, что какой-либо из наших материалов является неточным, устаревшим или иным образом сомнительным, выберите его и нажмите Ctrl + Enter.

Оценка характера наследования и манифестации клинических признаков митохондриальных заболеваний

В связи с тем что миотохондриальные болезни в ряде случаев могут быть обусловлены повреждением ядерного генома, передача заболевания будет соответствовать менделевским законам наследования. В тех же случаях, когда развитие болезни обусловлено мутациями митохондриальной ДНК, наследование будет соответствовать митохондриальному типу, то есть передаваться по материнской линии. Наконец, когда патология развивается при одновременном повреждении генов ядерного и митохондриального геномов, наследование будет носить сложный характер и определяться различными факторами. В связи с этим при генеалогическом анализе по формальному признаку (характеру наследования по родословной) можно констатировать самые разные типы наследования: аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, Х-сцепленный, митохондриальный.

Развитие таких миотохондриальных болезней, как нарушение обмена пировиноградной кислоты или бета-окисления жирных кислот, цикла Кребса, связано с мутациями генов ядерного генома. Для этих патологий характерен аутосомно-рецессивный путь наследования, когда родители – носители мутаций (гетерозиготы), а ребёнок – носитель обеих унаследованных мутаций, полученных от отца и матери (гомозигота). Родители, как правило, внешне здоровы, а аналогичное заболевание или его микропризнаки следует искать у братьев и сестёр больного ребёнка (сибсов пробанда) и у родственников по линии как матери, так и отца (у двоюродных братьев и сестёр).

В случае рецессивного, сцепленного с Х-хромосомой типа наследования (например, неонатальная форма глутаровой ацидурии II типа или дефицит субъединицы Е1 пировиноградного комплекса, болезнь Менкеса и др.) болеют чаще мальчики, а матери выступают носителями мутаций и передают их своим сыновьям. Материнское наследование отличается от Х-сцепленного поражением лиц обоего пола. В этих случаях при анализе родословной необходимо анализировать заболеваемость у мужчин, так как у женщин оно не будет проявляться. В родословной не прослеживается передача заболевания по линии отец-сын, так как отец может передать сыну только Y-хромосому.

При развитии заболевания в связи с повреждением генома митохондрий (например, ряд болезней дыхательной цепи, оптической нейропатии Лебера, синдромы MELAS, MERF, NARP и др.) прослеживается материнское наследование, так как митохондрии ребёнок наследует от матери, а она может передавать их как мальчикам, так и девочкам. Таким образом, лица обоего пола поражаются в равной степени. В связи с этим в родословной следует проследить передачу болезни по линии матери.

При анализе родословной и поиске симптомов митохондриальных болезней у родственников следует помнить, что степень выраженности заболевания (экспрессивность признака) может широко варьировать, что может быть связано с различным количеством повреждённых митохондрий, характером их повреждений, различным распределением мутаций по клеткам и т.д. Так, не всегда можно обнаружить явные признаки болезней. В ряде случаев выявляют либо отдельные, стёртые симптомы, либо признаки, которые могут быть обнаружены при их целенаправленном поиске.

Развитие митохондриальной патологии может быть связано с повреждением крупных участков митохондрий, так называемых микроделеций (например, синдром Кернса-Сейра, синдром Пирсона, некоторые формы сахарного диабета с глухотой, прогрессирующая наружная офтальмоплегия и др.). В этих случаях часто не находят характерные симптомы у родственников, так как развитие болезней связано с возникновением новых мутаций, произошедших в зиготе сразу после оплодотворения яйцеклетки (мутация de novo). Заболевание носит спорадический характер. Зачастую вместе с этими болезнями по аутосомно-доминантному типу наследуется ряд состояний, связанных с множественными мутациями митохондриальной ДНК: например, некоторые формы энцефаломиопатии, миопатии с поражением глаз, несмотря на наличие мутаций мтДНК (множественные делеции), имеют аутосомно-доминантный тип наследования.

Однако в отличие от менделевского аутосомно-доминантный тип наследования при митохондриальной патологии отличается большим количеством поражённых лиц в последующих поколениях.

Наконец, некоторые митохондриальные болезни, связанные часто с деплецией митохондрий мтДНК или их отсутствием в клетках, могут наследоваться по аутосомно-рецессивному типу. К ним относят врождённые формы миопатии, кардиомиопатии, нейродистресс-синдром, лактатацидоз, поражение печени и др.

Изучение характера наследственной передачи заболевания имеет важное значение для медико-генетического прогноза и требует глубокого анализа клинических признаков со знанием механизмов формирования митохондриальной патологии и типов её наследования.

Манифестация клинических проявлений широко варьирует от первых дней жизни до взрослого периода. При анализе данного показателя нужно учитывать нозологические формы, так как каждая из них имеет определённый возраст дебюта.

Обменные нарушения, наблюдающиеся при митохондриальных болезнях, носят в подавляющем большинстве случаев прогрессирующий характер. Начальные симптомы часто маловыражены, в последующем прогрессируют и могут приводить к значительным инвалидизирующим расстройствам. Редкие формы патологии, такие как доброкачественная младенческая миопатия и некоторые формы оптической нейропатии Лебера, могут носить благоприятный характер и подвергаться обратному развитию.

При лабораторном исследовании обращают внимание на характерные признаки митохондриальных болезней:

  • наличие ацидоза;
  • повышенные уровни лактата и пирувата в крови, увеличение индекса лактат/ пируват более 15, особенно усиливающиеся при нагрузке глюкозой или физическими упражнениями;
  • гиперкетонемию;
  • гипогликемию;
  • гипераммониемию;
  • повышение концентрации ацетоацетата и 3-оксибутирата;
  • увеличение соотношения 3-гидроксимасляной кислоты/ацетоуксусной кислоты в крови;
  • повышенное содержание аминокислот в крови и моче (аланина, глутамина, глутаминовой кислоты, валина, лейцина, изолейцина);
  • повышенные уровни жирных кислот в крови;
  • гиперэкскрецию органических кислот с мочой;
  • снижение уровня карнитина в крови;
  • увеличение содержания миоглобина в биологических жидкостях;
  • снижение активности митохондриальных ферментов в миоцитах и фибробластах.
Читайте также:  Частое мочеиспускание и метеоризм при геморрое (газы)

Диагностическая ценность этих показателей выше при пищевой нагрузке, чем натощак. На практике хорошо зарекомендовал себя диагностический тест: определение лактата в крови на фоне нагрузки глюкозой, что позволяет более отчётливо выявить несостоятельность дыхательной цепи на дополнительную нагрузку глюкозой.

Для лабораторной диагностики митохондриальной дисфункции и её конкретных нозологических форм недостаточно обычных, рутинных биохимических методов исследования, необходимо проведение специальных тестов. Особенно удобно проводить анализ активности ферментов в биоптатах скелетных мышц, чем в других тканях. Возможно определение активности ферментов дыхательной цепи, особенно цитрат-синтетазы, сукцинатдегидрогеназы и цитохром С-оксидазы.

Данные морфологических и молекулярно-генетических исследований

Морфологическим исследованиям при диагностике митохондриальной патологии придают особое значение. В силу большой информативной значимости часто требуются проведение биопсии мышечной ткани и гистохимическое исследование полученных биоптатов. Важная информация может быть получена при одновременном исследовании материала с помощью световой и электронной микроскопии.

Один из важных маркёров митохондриальных болезней – феномен «рваных» красных волокон [феномен RRF (ragged red fibres)], установленный в 1963 г. Он связан с образованием вследствие пролиферации и очагового скопления генетически изменённых аномальных митохондрий по краю мышечного волокна. Этот феномен выявляют при световой микроскопии с использованием специальной окраски Гомори, однако в последние годы для этого используют различные митохондриальные маркёры и разнообразные иммунологические методы.

К другим морфологическим признакам митохондриальной патологии относят:

  • резкое увеличение размеров митохондрий;
  • накопление гликогена, липидов и конгломератов кальция в субсарколеммах;
  • снижение активности митохондриальных ферментов;
  • нарушенное распределение гранул активности ферментов сукцинатдегидрогеназы (СДГ), НАДН-оксидоредуктазы, цитохром С-оксидазы и др.

У больных с митохондриальными болезнями при световой микроскопии мышечной ткани можно выявить неспецифические морфологические признаки: локальные некрозы мышечных волокон, накопление саркоплазменных масс, наличие лизиса субсарколеммальных участков саркоплазмы, базофилию саркоплазмы, повышенное количество мышечных ядер, активацию процессов регенерации и др.

Исследование роли феномена «рваных» красных волокон показало его значение для диагностики таких состояний, как синдромы MELAS, MERRF, Кернса-Сейра, хронической прогрессирующей офтальмоплегии и других, связанных с мутациями мтДНК. Этот феномен может развиваться при других болезнях: миодистрофии Дюшена, дерматомиозитах, миотонической дистрофии, приёме лекарственных препаратов (клофибрат) и других патологических состояниях. Таким образом, наряду с первичными митохондриальными болезнями феномен RRF может сопровождать вторичные митохондриальные дисфункции.

В настоящее время широкое распространение получило гистохимическое и электронно-микроскопическое исследование мышечной ткани для выявления признаков митохондриальной недостаточности. В ряде случаев они помогают диагностике, особенно при нормальной морфологической картине мышечной ткани по данным световой микроскопии.

Электронно-микроскопические признаки – обнаружение пролиферации митохондрий, нарушение их формы и размеров, дезорганизация и увеличение крист, скопление аномальных митохондрий под сарколеммой, накопление липидных и аномальных паракристаллических (главным образом состоящих из белка) или осмофильных включений, локализующихся между внутренней и наружной мембранами или в пределах крист, шаровидные скопления, часто располагающиеся в матриксе (состоящие главным образом из триглицеридов) и др.

У отдельных больных можно обнаружить цитохимические нарушения в лейкоцитах.

Комплекс биохимических и морфологических исследований дополняется современными методами молекулярной диагностики (выявлением ядерных или митохондриальных мутаций), которые выполняют в специализированных лабораториях ДНК-диагностики. При митохондриальных болезнях выявляют разнообразные типы мутаций: точковые, делеции, дупликации, количественные аномалии ДНК и др.

При отсутствии мутаций в мтДНК, если подозревают митохондриальную патологию, проводят исследование ядерной ДНК.

Выделяют 2 группы критериев диагностики митохондриальных болезней. Основные критерии диагностики (первая группа).

  • Клинические:
    • установленные диагнозы: синдромы MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, Пирсона, нейропатия Лебера, болезни Лея, Альперса;
    • наличие 2 или комбинация следующих признаков:
      • мультисистемного поражения, патогномоничного для болезней дыхательной цепи;
      • прогрессирующего течения с эпизодами экзацеребрации или наличия митохондриальных мутаций в семье;
      • исключения метаболических и других заболеваний проведением соответствующих тестов.
  • Гистологические – обнаружение феномена RRF более чем в 2% мышечной ткани.
  • Энзиматические:
    • цитохром С-оксидазонегативные волокна;
    • снижение активности энзимов комплекса дыхательной цепи (

      Таким образом, наряду с первичными митохондриальными болезнями феномен RRF может сопровождать вторичные митохондриальные дисфункции.

      Диагностика митохондриальных болезней

      Митохондриальные заболевания — особая группа наследственных болезней. В их основе лежат нарушения функции митохондрий — клеточных структур, основная функция которых заключается в выработке энергии в виде АТФ путем окислительного фосфорилирования.

      В 15 % случаев причиной заболеваний является мутация в митохондриальной ДНК (мтДНК), вследствие чего нарушается функция митохондрий. Среди других причин митохондриальных заболеваний — мутации генов в ядерной ДНК, продукты которых задействованы в метаболизме митохондрий.

      Суммарно ДНК митохондрий составляет не более 0,5 % от общего количества ДНК в организме. Митохондриальная ДНК представляет собой кольцевую хромосому длиной 16 569 пар нуклеотидов, кодирующую 2 рибосомальные РНК, 22 транспортные РНК и 13 субъединиц ферментных комплексов дыхательной цепи (другие 66 субъединиц кодируются в ядре). мтДНК копируется гораздо чаще ядерной ДНК (яДНК) и не защищена гистонами и ДНК-связывающими белками, в связи с чем она более восприимчива к повреждению активными формами кислорода и чаще подвергается мутациям, чем яДНК.

      Особенностью митохондриальных заболеваний, обусловленных мутациями мтДНК, является материнский тип наследования (в норме митохондрии передаются только через яйцеклетку). Стоит отметить, однако, что митохондриальное наследование на первый взгляд можно спутать с X-сцепленным рецессивным наследованием — в обоих случаях болеют дети больной женщины. Разница же заключается в соотношении полов больного потомства: при митохондриальном наследовании все дети имеют равный шанс заболеть, в то время как при X-сцепленном рецессивном наследовании мутация клинически проявляется лишь у потомков мужского пола. Отдельно стоит выделить случаи мутаций de novo, что может спутать понимание характера наследования.

      В настоящее время выявлено более 250 точковых мутаций мтДНК, а также множество различных делеций и перестроек мтДНК. Известно более 200 заболеваний, вызванных этими мутациями. При этом мутация в одном и том же гене мтДНК у разных людей может проявляться в различной степени, вплоть до полного отсутствия клинических проявлений. В связи с этим частота встречаемости митохондриальных заболеваний составляет 1‒2:10 000 человек, хотя мутации мтДНК можно обнаружить примерно в 1:200 случаев.

      Величина проявления дефекта может быть большой или малой, и она может существенно изменяться, медленно нарастая во времени. Некоторые небольшие дефекты приводят лишь к неспособности пациента выдерживать физическую нагрузку, соответствующую его возрасту, и не сопровождаются серьезными болезненными проявлениями. Другие дефекты могут быть более опасны, приводя к серьезной патологии.

      Чаще всего при митохондриальной патологии поражаются нервная и мышечная системы вследствие их большой энергозави­симости и наличия большего числа митохондрий.

      Некоторые заболевания, связанные с поражением митохондрий:

      • Миоклоническая эпилепсия с «рваными» красными мышечными волокнами (myoclonic epilepsy with ragged-red fibres, MERRF)
        https://vk.com/wall-60511457_197935;
      • Митохондриальная энцефаломиопатия, лактат-ацидоз, инсультподобные эпизоды (mitochondrial encephalomyopathy with lactic acidosis and stroke-like episodes, MELAS) https://vk.com/wall-60511457_191346;
      • Синдром Лея (Leigh syndrome)
        https://vk.com/wall-60511457_78785;
      • Нейропатия, атаксия, пигментный ретинит и птоз (neurogenic weakness with ataxia and retinitis pigmentosa, NARP);
      • Хроническая прогрессирующая внешняя офтальмоплегия (chronic progressive external ophtalmoplegia, CPEO);
      • Митохондриальная нейрогастроинтенстинальная энцефалопатия (MNGIE);
      • Синдром Кернса-Сейра (Kearns-Sayre syndrome, KSS)
      • Наследственная оптическая нейропатия Лебера (Leber hereditary optic neuropathy, LHON);
      • Митохондриальная миопатия;
      • Наследственный сахарный диабет и глухота.

      Для подтверждения данных митохондриальных заболеваний больным необходимы консультация врача-генетика и проведение молекулярно-генетического обследования. На сегодняшний день разрабатывается этиотропное лечение митохондриальных заболеваний: проводятся работы по экстракорпоральному оплодотворению с использованием переноса ядра оплодотворенной яйцеклетки в безъядерную цитоплазму другой яйцеклетки с нормально функционирующими митохондриями.

      При установленном диагнозе проводится патогенетическое и симптоматическое лечение. Терапия осуществляется энерготропными препаратами, к которым относят: кофакторы энергообмена (витамины группы В, РР, L-карнитин), антиоксиданты (витамины С, Е), вещества, переносящие электроны (коэнзим Q, цитохром С, янтарная кислота). В лечении очень важно соблюдение диеты, режима дозированных нагрузок, и медикаментозная коррекция неотложных состояний.

      Суммарно ДНК митохондрий составляет не более 0,5 от общего количества ДНК в организме.

      Патология, связанная с дефектами межгеномной коммуникации

      Синдромы множественных делеций митохондриальной ДНК

      1. Блефароптоз
      2. Наружная офтальмоплегия
      3. Мышечная слабость
      4. Нейросенсорная глухота
      5. Атрофия зрительных нервов
      6. Прогрессирующее течение
      7. “Рваные” красные волокна в биоптатах скелетных мышц
      8. Снижение активности ферментов дыхательной цепи

      Синдром деплеции митохондриальной ДНК

      Аутосомно-рецесивный тип наследования
      Клинические формы:
      Фатальная инфантильная гепатопатия с дебютом в период новорожденности и клиникой тяжелой печеночной недостаточности и мышечной гипотонии.
      Врожденная миопатия с выраженной мышечной слабостью, генерализованной гипотонией, кардиомиопатией и судорогами (синдром Де Тони-Дебре-Фанкони) с рождения.
      Инфантильная (детская) миопатия, возникающая в ерве 2 года жизни и характеризующая прогрессирующей мышечной слабостью, атрофией проксимальных групп мышц и утратой сухожильных рефлексов.
      Течение быстропрогрессирующее, летальный исход в первые 3 года жизни

      Судороги, резистентные к терапии.

      Митохондриальные болезни

      Митохондриальные болезни (цитопатии)гетерогенная группа системных расстройств, обусловленных мутациями митохондриального или ядерного генома, которые поражают преимущественно мышечную, нервную и нервно-мышечную системы.

      ВВЕДЕНИЕ

      В настоящее время митохондриология выделилась в самостоятельное научное направление. Более того, открытие в последние годы ведущей роли митохондрий в чувствительности к лекарствам, их ключевой ролью в старении, апоптозе и нейродегенеративных расстройствах привело к созданию митохондриальной медицины. Важным ее разделом являются болезни, связанные с нарушением функции митохондрий, – митохондриальные цитопатии.

      Большинство исследователей признают, что митохондрии в клетках животных являются отдаленными потомками архибактерий , которые на заре жизни внедрились в первобытные эукариотические клетки и постепенно превратились в эндосимбионтов. Митохондрии, являющиеся потомками свободно живущих эубактерий, сохранили только минимальные остатки своего генома в эволюционном процессе эндосимбиоза. Бульшая часть генома была или передана ядру эукариотического хозяина, или утрачена, так как животные клетки предоставляют митохондриям «и стол, и дом», используя в свою очередь энергию, запасаемую в продукте жизнедеятельности митохондрий в виде АТФ. Фрагменты из кодирующей и некодирующей областей митДНК находятся как ископаемые остатки в ядерном геноме различных эукариотов.

      Концепция симбиоза принимается как наиболее вероятная гипотеза, в пользу которой, помимо второстепенных, свидетельствуют два фундаментальных факта:
      1 – митохондрии единственные органеллы, имеющие собственный геном
      2 – генетический код митохондриальной (митДНК) и ядерной (яДНК) ДНК различен (данное обстоятельство является веским аргументом против существовавшего ранее предположения о происхождении митохондрий в результате компартментализации части ядерного генома)

      В процессе симбиоза митохондрии утратили значительную часть самостоятельности и передали бульшую часть своего генома ядрам клеток. В результате их жизнь и функционирование только в малой степени обеспечиваются собственной ДНК. Бульшая часть митохондриальных белков кодируется в ядрах клеток и доставляется в митохондрии из цитоплазмы. В постмитотических клетках, таких как мышечные волокна, нейроны и кардиомиоциты, митохондрии имеют ограниченный срок жизни (несколько недель). В нормальных условиях их новообразование требует координации между митохондриальной ДНК, кодирующей 13 из 80 белковых субъединиц респираторной цепи, 2 белковых субъединицы мРНК и 22 митохондриальных тРНК (всего 37 генов), и ядерным геномом, кодирующим более 99% митохондриальных белков.

      Главные функции митохондрий:
      •продукция энергии для клеток в виде АТФ в результате окислительного фосфорилирования различных субстратов (дыхательная цепь состоит из пяти энзимных комплексов)
      •b-окисление жирных кислот
      •цикл трикарбоновых кислот
      •выполняют роль во внутриклеточной сигнализации, апоптозе, промежуточном метаболизме, а также в метаболизме аминокислот, липидов, холестерина, стероидов и нуклеотидов

      МИТОХОНДРИАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЯ

      Наследование мутаций в митохондриальном геноме носит особый характер. Если гены, заключенные в ядерной ДНК, дети получают поровну от обоих родителей, то митохондриальные гены передаются потомкам только от матери . Это связано с тем, что всю цитоплазму с содержащимися в ней митохондриями потомки получают вместе с яйцеклеткой, в то время как в сперматозоидах цитоплазма практически отсутствует. По этой причине женщина с митохондриальным заболеванием передаёт его всем своим детям, а больной мужчина – нет.

      В нормальных условиях все митохондрии в клетке имеют одинаковую копию ДНК – гомоплазмия . Однако в митохондриальном геноме могут происходить мутации и вследствие параллельного существования мутированной и немутированной митДНК возникает гетероплазмия .

      К настоящему времени известно более 200 заболеваний, вызванных мутацией митДНК.

      Заболевания, вызванные мутацией митДНК подразделяются на две группы:
      1 – точечные мутации белков, тРНК, рРНК в кодирующих областях, которые часто наследуются по линии матери
      2 – структурные перестановки – дупликации и делеции, которые обычно являются спорадическими

      Ядерные мутации также могут приводить к нарушению функции митохондрий (в первую очередь нарушению окислительного фосфорилирования) вследствие того, что митДНК кодирует только 13 полипептидных субъединиц дыхательной цепи из 80 необходимых. Помимо этого, энзимы и другие факторы, необходимые для транскрипции, репликации и трансляции, также поступают в митохондрии из цитоплазмы клетки, а не синтезируются непосредственно в митохондрии.

      Поскольку знания о ядерном геноме на протяжении последних лет значительно расширились, идентифицируются все больше дефектов митохондрий, кодируемых ядром; различают:
      •мутации структурных белков и тРНКаз, нарушающие функционирование респираторной цепи
      •мутации, которые нарушают интергеномное взаимодействие между ядром и митохондриями и тем самым вызывают вторичные изменения митДНК

      К настоящему времени описано много вариантов нарушения процесса окислительного фосфорилирования в митохондриях человека. Дефект может быть связан с одним или несколькими энзимными комплексами. В одной клетке, как было сказано ранее, могут сосущестовать митохондрии нормальные и с нарушенной функцией (гетероплазмия). За счет первых клетка может функционировать какое-то время. Если же продукция энергии в ней падает ниже определенного порога, происходит компенсаторная пролиферация всех митохондрий, включая дефектные. Естественно, при этом в худшем положении оказываются клетки, которые потребляют много энергии: мышечные волокна, кардиомиоциты, нейроны.

      Из-за нарушения функционирования митохондрии постоянно продуцируют свободные радикалы на уровне 1-2% поглощенного кислорода. Количество продукции радикалов зависит от мембранного потенциала митохондрий, на изменения которого влияет состояние АТФ-зависимых калиевых каналов митохондрий. Открытие этих каналов влечет за собой возрастание образования свободных радикалов. Свободные радикалы играют огромную роль в старении митохондрий и, следовательно, в старении эукариотических клеток. Агрессивная среда вокруг митохондрий при значительном увеличении их количества и нарушении функции может быть одним из факторов развития деструктивных изменений в клетках. Изменения мембранного потенциала митохондрий, а также образование свободных радикалов в свою очередь оказывают повреждающее влияние на другие белки митохондриальных мембран. Митохондриальная ДНК содержит очень небольшую некодирующую область и хорошо доступна для радикалов, генерируемых респираторной цепочкой в ходе аэробного образования АТФ, а способность митохондрий к восстановлению мала. Поэтому уровень повреждения митДНК, возрастающий с возрастом, влияет на степень гетероплазмии. Принято считать, что 10% митохондрий с измененной ДНК не оказывает влияния на фенотип. Вместе с тем высокая скорость их обновления и короткая жизнь создают своеобразный способ восстановления путем замещения для коррекции повреждения свободными радикалами.

      Нарушение функции митохондрий сопровождается выраженными изменениями их структуры – эти изменения наиболее демонстративны в скелетных мышцах. В нормальных условиях митохондрии в скелетных мышцах, располагающиеся между миофибриллами, имеют удлиненную форму, электронно-плотный матрикс и относительно редкие пластинчатые кристы. Они могут также образовывать небольшие субсарколеммальные скопления. При электронно-микроскопическом исследовании мышц больных с митохондриальной цитопатией обнаруживают изменение величины, формы и внутренней структуры в их митохондриальном аппарате. Иногда изменения структуры заходят настолько далеко, что такие образования можно с трудом идентифицировать как митохондрии. Наиболее характерные изменения митохондрий обусловлены удлинением крист . Иногда это приводит к удлинению самих митохондрий (лентовидные), в других случаях – к спиральному закручиванию крист. Изменения претерпевают и сами кристы, становясь из пластинчатых трубчатыми. Все это можно рассматривать как попытку скомпенсировать недостаточную эффективность функции дыхательной цепочки в митохондриях. Другой распространенной особенностью дефектных структур является наличие в них паракристаллических включений. Наконец, можно проследить эволюцию митохондрий от более простых к более сложным.

      КЛИНИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ БОЛЕЗНЕЙ (цитопатий)

      В случаях, когда человек с мутацией в митохондриальном гене несет смесь нормальной и мутантной ДНК – мутации поначалу могут вообще не иметь внешних проявлений. Нормальные митохондрии до поры до времени обеспечивают клетки энергией, компенсируя недостаточность функции митохондрий с дефектами. На практике это проявляется более или менее длительным бессимптомным периодом при многих митохондриальных заболеваниях. Однако рано или поздно наступает момент, когда дефектные формы накапливаются в количестве, достаточном для проявления патологических признаков. Возраст манифестации заболевания варьирует у разных больных. Раннее начало заболевания приводит к более тяжелому течению и неутешительному прогнозу.

      Митохондриальные мутации проявляются широким рядом клинических симптомов. Эти мутации способны вовлекать тРНК, рРНК или структурные гены и могут выражаться биохимически как дефекты всей электронно-транспортной цепи или как дефекты отдельных энзимов. Митохондриальные цитопатии поражают множественные органные системы, но, как указывалось, предпочтительно поражаются органы с высокой метаболической активностью – мозг и скелетные мышцы. Таким образом, скелетные мышцы являются тканью выбора для выявления митохондриальных болезней.

      Характерные признаки митохондриальных цитопатий:
      • скелетные мышцы : низкая толерантность к физической нагрузке, гипотония, проксимальная миопатия, включающая фациальные и фарингеальные мышцы, офтальмопарез, птоз
      • сердце : нарушения сердечного ритма, гипертрофическая миокардиопатия
      • центральная нервная система : атрофия зрительного нерва, пигментная ретинопатия, миоклонус, деменция, инсультоподобные эпизоды, расстройства психики
      • периферическая нервная система : аксональная нейропатия, нарушения двигательной функции гастроинтестинального тракта
      • эндокринная система : диабет, гипопаратиреоидизм, нарушение экзокринной функции панкреас, низкий рост

      Клинический полиморфизм митохондриальных цитопатий (некоторые группы наиболее часто встречающихся комбинаций симптомов) клиницисты объединили в синдромы – все они являются сокращениями английских названий симптомов (следует иметь в виду, что симптомы при разных синдромах могут перекрещиваться):
      • MELAS – Mitochondrial Myopathy, Encephalopathy, Lactic Acidosis and Stroke-like episodes – митохондриальная миопатия, энцефалопатия, лактатный ацидоз и инсультоподобные эпизоды
      • CPEO/PEO – External Ophthalmoplegia, Ophthalmoplegia plus syndrome – офтальмоплегия, связанная с поражением глазодвигательных мышц, офтальмоплегия плюс синдром
      • KSS – Kearns-Sayre Syndrome – retinopathy, proximal muscle weakness, cardiac arrythmia and ataxia – ретинопатия, слабость проксимальных мышц, аритмия и атаксия
      • MERRF – Myoclonic Epilepsy associated with Ragged Red Fibres – миоклоническая эпилепсия с обнаружением RRF (мышечные волокна с измененными митохондриями – так называемые ragged-red волокна – RRF)
      • LHON – Leber Hereditary Optic Neuropathy – врожденная нейропатия глазного нерва
      • Leigh syndrome – infantile subacute necrotizing encephalopathy – инфантильная подострая некротизирующая энцефалопатия
      • NAPR – Neuropathy, Ataxia and Pigmentary Retinopathy – нейропатия, атаксия и пигментная ретинопатия

      Наиболее обычными при митохондриальных цитопатиях являются неврологические симптомы , поскольку, как указывалось выше, ткани, в наибольшей степени зависящие от окислительного фосфорилирования, составляют основу патогенеза этих страданий.

      Митохондриальные цитопатии могут быть спорадическими или наследственными , при этом они наследуются, как и гемофилия, по линии матери, только в отличие от гемофилии поражают лиц обоего пола. Применение некоторых фармакологических средств, например зидовудина, также может индуцировать проксимальную миопатию и появление RRF. С возрастом в митДНК накапливаются мутации, в результате чего у пожилых людей также могут встречаться RRF.

      . митДНК накапливает мутации более чем в десять раз быстрее по сравнению с ядерным геномом – это связано с тем, что митДНК лишена защитных гистонов и, как уже упоминалось, ее окружение чрезвычайно богато реактивными видами кислорода, являющимися побочным продуктом метаболических процессов, протекающих в митохондриях; кроме того, восстановительные механизмы митДНК малоэффективны по сравнению с ядерной

      Окончательный диагноз митохондриальных цитоатий ставится исходя из результатов биохимических и молекулярных исследований, что доступно в специально оборудованных центрах.

      Существует ряд рутинных клинических методов исследования, которые можно использовать при подозрении на митохондриальную цитопатию:
      • лактатный ацидоз является практически постоянным спутником митохондриальных болезней (только этот признак является недостаточным для постановки диагноза, так как он может выявляться и при других патологических состояниях; в этом отношении может быть полезным измерение уровня лактата в венозной крови после умеренной физической нагрузки, например на велоэргометре)
      • ЭМГ-исследование – само по себе данное исследование также не могут быть маркером митохондриальной цитопатии; вместе с тем нормальная или близкая к нормальной ЭМГ у пациентов с выраженной мышечной слабостью может быть подозрительной в отношении митохондриальной патологии.
      • ЭЭГ – данные ЭЭГ не является достаточно специфическими
      • биопсия скелетных мышц – является наиболее информативным методом при постановке диагноза митохондриальной цитопатии – помимо обнаружения RRF при трехцветной окраске по Гомори, полезными являются другие гистохимические и иммунологические исследования: окраска на цитохромс-оксидазу и сукцинатдегидрогеназу, иммунногистохимические исследования с применением антител к отдельным субъединицам дыхательного комплекса; мышечная ткань удобна для биохимического исследования респираторной цепочки, а также как материал для генетического исследования
      • электронно-микроскопическое исследование скелетных мышц – дает прекрасные результаты, поэтому данный метод надо использовать, если имеется такая возможность

      Что касается терапии митохондриальных цитопатий , то речь может идти пока только о симптоматической.

      Лечение митохондриальных болезней проводится обычно по двум основным направлениям:
      •повышение эффективности энергетического обмена в тканях (тиамин, рибофлавин, никотинамид, коэнзим Q10, витамин С, цитохром С и др.)
      •предупреждение повреждения митохондриальных мембран свободными радикалами с помощью антиоксидантов (витамин Е, a-липоевая кислота) и мембранопротекторов

      Лечение включает также альтернативные источники энергии (креатин моногидрат), стратегию снижения уровня лактата (дихлорацетат) и физические упражнения.

      Разработка методов генной терапии и вообще патогенетических методов лечения еще находится в стадии экспериментов. Одним из наиболее перспективных направлений генной терапии является попытка изменить уровень гетероплазмии путем или селективной ингибиции репликации митохондрий, или разрушения мутантной ДНК. Такой подход базируется на факте, что требуется большое число копий мутантной митДНК, чтобы эффект мутации стал фенотипически явным. Аргументируется, что при эффективном уменьшении популяции мутантной ДНК увеличивается количество нормальной и это приводит в результате к нормализации фенотипа.

      В одной клетке, как было сказано ранее, могут сосущестовать митохондрии нормальные и с нарушенной функцией гетероплазмия.

      Синдром истощения ДНК

      Синдром митохондриального истощения ДНК — весьма редкое заболевание. Ребенок с такой наследственной болезнью — инвалид с детства. Эти синдромы также подразделяются на множество видов.

      Многие дети погибают от множественных дефектов развития внутренних органов, не дожив до 3 лет. Получение таких «покалеченных» митохондрий от матери происходит по аутосомно-рецессивному типу наследования. Генетики уверены, что в таких случаях имеют место множественные делеции.

      Синдром также называют в научных кругах — синдром истощения митохондриальной ДНК. Заболевание проявляется у новорожденного сразу. У больного младенца наличествуют такие аномалии развития:

      1. Тяжелая гепатопатия — нарушение работы печени.
      2. Врожденная миопатия, выраженная в значительной слабости мышц.
      3. Кардиомиопатия — проблемы в работе сердечной мышцы.
      4. Атрофия мышц и отсутствие сухожильных рефлексов.

      Основная причина таких заболеваний — это дефект межгеномной взаимосвязи (коммуникации).

      Существует в генетике и такое понятие как синдром деплеции митохондриальной ДНК. Деплеция — это синоним истощения в генетике. При таком тяжелом синдроме генетический материал митохондрий истощен на 70–98%. Описан впервые не так давно, в 1991 году.

      Что происходит с ребенком? В новорожденном периоде уже проявляется лактоацидоз, гипоальбуминемия (резкое снижение альбумина в крови), отеки и выраженная печеночная недостаточность. Наблюдались у некоторых больных и судороги. Симптом, который виден невооруженным взглядом — выраженная мышечная гипотония. Все дети, рожденные с такими признаками, не доживали и до года.

      Причиной считается нарушение гена, который ответственен за репликацию ДНК. Его «неверная» работа приводит к тому, что практически все митохондрии мутируют и не выполняют свои функции. Тип наследования делеции митохондриальной ДНК может быть как аутосомно-рецессивным, так и аутосомно-доминантным.

      Существует в генетике и такое понятие как синдром деплеции митохондриальной ДНК.

      Диета

      При этом синдроме ограничивают потребление углеводов. Рекомендуемая доза до 10 г/кг в пище. Высокое содержание глюкозы в крови будет способствовать усилению проблем с энергетическим метаболизмом.

      У пациентов отмечается нестойкий положительный эффект при переходе на кетогенную диету. В этом случае разрешено употреблять преимущественно белковые продукты и жиры. Типичный прием пищи — это стейк и немного спаржи.

      В этом случае разрешено употреблять преимущественно белковые продукты и жиры.

      IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум – 2017

      Вторичными дефектами являются тканеспецифические делеции или дупликации митохондриальной ДНК и уменьшение количества копий митохондриальной ДНК или их отсутствие в тканях.

      Что такое митохондриальные миопатии?

      Митохондриальные заболевания вызваны нарушениями в митохондриях, которые являются источниками энергии, находящимися внутри почти всех клеток в организме. Митохондриальные заболевания, приводящие к выраженным мышечным нарушениям, называются митохондриальными миопатиями (мышцы миомы и патология – болезнь), а митохондриальные заболевания, приводящие как к выраженным мышечным, так и неврологическим нарушениям, называются митохондриальными энцефаломиопатиями («энцефало» означает, что болезнь относится к головному мозгу).

      Обыкновенная клетка организма человека базируется на сотнях митохондрий для удовлетворения своих энергетических потребностей. Симптомы митохондриальной болезни различны, потому что у человека может быть уникальная смесь здоровых и дефектных митохондрий с их особым распределением в организме. В большинстве случаев митохондриальное заболевание представляет собой комплексное расстройство, влияющее более чем на один тип клеток, тканей или органов.

      Поскольку мышечные и нервные клетки имеют особенно высокие энергетические потребности, мышечные и неврологические проблемы являются общими свойствами митохондриальной болезни. К другим частым осложнениям относятся нарушение зрения, сердечная аритмия, диабет и задержку роста. Как правило, у человека, страдающего митохондриальным заболеванием, имеются два или более из этих заболеваний.

      Внутри каждой митохондрии эти белки составляют часть сборочной линии, которая использует молекулы энергии сахара и жиры , полученные из пищи в сочетании с кислородом, для производства молекулы аденозинтрифосфата или АТФ.

      Наследование митохондриальных заболеваний

      Во многих случаях, митохондриальное расстройство передается генетически от родителей к ребенку. Это часто может быть полезным для определения типа наследования. Генетические дефекты могут быть пропущены через нДНК, генетический материал, который определяет большинство наследственных характеристик, или через мтДНК. Некоторые типы наследственных митохондриальных расстройств включают:

      Аутосомно-рецессивное наследование. Каждый человек имеет два набора генов, каждый из которых унаследован от одного из родителей. В случае с некоторыми генетическими заболеваниями, человеку необходимо иметь две копии дефектного гена, чтобы иметь симптомы заболевания; и если только один из двух генов дефектный, то человек считается носителем. При аутосомно-рецессивном наследовании, индивидуум получает дефектный ген от каждого родителя.

      Материнское наследование. МтДНК передается только от матери к ребенку, потому что митохондрии сперматозоида находятся в хвосте сперматозоида, который не участвует в концепции. Некоторые митохондриальные расстройства, поэтому, могут передаваться только от матери к ребенку.

      Х-хромосомное рецессивное наследование. Пол ребенка определяется путем наследования нитей ДНК, называемых хромосомами. Ребенок женского пола наследует две Х-хромосомы, в то время как ребенок мужского пола наследует Х-хромосому от одного родителя и Y-хромосомы от другого. Если дефектный ген, кодирующий болезнь, обнаруживается на Х-хромосоме, то ребенок мужского пола не может иметь здоровую копию гена (так как он имеет только одну Х-хромосому); таким образом, он будет иметь расстройства. Девочки менее подвержены риску, потому что должны иметь две копии дефектного гена (по одному на каждой Х-хромосоме) для развития заболевания.

      Аутосомно-доминантное наследование. В отличие от наследования аутосомно-рецессивного типа, только одна дефектная копия гена должна быть унаследована для развития данного заболевания, поэтому ребенок имеет 50-процентный шанс развития расстройства.

      В некоторых случаях от митохондриального синдрома страдают люди и без генетического фактора. Эти случаи называют случайными или спорадическими, и они могут быть вызваны целым рядом причин, включая прием некоторых лекарств (например, используемые для лечения ВИЧ), анорексию, воздействие некоторых токсинов, продолжительные периоды недостатка кислорода или возраст родителей.

      В отличие от наследования аутосомно-рецессивного типа, только одна дефектная копия гена должна быть унаследована для развития данного заболевания, поэтому ребенок имеет 50-процентный шанс развития расстройства.

      Наследственные митохондриальные заболевания (стр. 2 )

      Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
      1 2 3

      Явление гетероплазмии определяет существование в одной клетке нормальных митохондрий и митохондрий с нарушенной функцией. За счет первых клетка может функционировать какое-то время. Если продукция энергии в ней падает ниже определенного порога, то происходит компенсаторная пролиферация всех митохондрий, включая дефектные. В худшем положении оказываются клетки, которые потребляют много энергии: нейроны, мышечные волокна, кардиомиоциты.

      Из-за утечки в дыхательной цепи митохондрии постоянно продуцируют свободные радикалы на уровне 1–2 % поглощенного кислорода. Количество продукции радикалов зависит от мембранного потенциала митохондрий, на изменения которого влияет состояние АТФ-зависимых калиевых каналов митохондрий. Открытие этих каналов влечет за собой возрастание образования свободных радикалов, повреждение других белков митохондриальных мембран и мтДНК. ДНК митохондрий не защищена гистонами и хорошо доступна для радикалов, что проявляется в изменении уровня гетероплазмии. Принято считать, что наличие 10 % митохондрий с измененной ДНК не оказывает влияния на фенотип.

      4. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

      МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

      Единой этиологической классификации МЗ в настоящее время не существует из-за неопределенности вклада мутаций ядерного генома в их этиологию и патогенез. Существующие классификации основаны на 2-х принципах : локализации мутантного гена в мтДНК или яДНК и участии мутантного белка в реакциях окислительного фосфорилирования.

      Этиологическая классификация (по , 2006) включает митохондриальные болезни, связанные с дефектами:

      Патогенетическая классификация (по , 2000) подразделяет митохондриальные болезни на обусловленные нарушением:

      · окисления жирных кислот;

      · работы дыхательной цепи;

      · сопряжения окисления и фосфорилирования.

      В клинической практике объединяют комбинации часто встречающихся симптомов МЗ в синдромы.

      Митохондриальные заболевания — гетерогенная группа заболеваний, характеризующихся генетическими и структурно-биохимическими дефектами митохондрий, нарушением тканевого дыхания. По происхождению МЗ делятся на первичные (наследственные) и вторичные.

      Причинами наследственных МЗ являются мутации митохондриального и (или) ядерного генома.

      К настоящему времени известно более 200 заболеваний, вызванных мутацией мтДНК.

      По мере накопления клинико-диагностических данных в разных странах было установлено, что у детей примерно каждое третье наследственное метаболическое заболевание связано с митохондриями. По данным Н. Г. Даниленко, (2007) в популяциях частота митохондриальных болезней варьирует от 1:5000 до 1:35000. Минимальная частота МЗ в популяции взрослых жителей Великобритании оценивается как (1–3):10000.

      Характеристика клинических особенностей МЗ представлена в таблице 2.

      Таблица 2 — Клинические особенности митохондриальных заболеваний (по , 2007)

      Клинические особенности

      Патофизиологическое значение

      Полисистемность, полиорганность, «необъяснимость» сочетания симптомов со стороны органов, не связанных по происхождению

      Поражение органов, имеющих близкий «порог» чувствительности к нарушению окислительного фосфорилирования

      Наличие острых эпизодов в дебюте заболевания или в его развернутой стадии

      « Метаболический криз», связанный со срывом баланса между потребностями ткани в энергообеспечении и уровнем анаэробного дыхания

      Вариабельный возраст начала симптоматики (от 1 до 7-го десятилетия жизни)

      Вариабельный уровень мутантной мтДНК в разных тканях в различный момент времени

      Усугубление симптоматики с возрастом

      Нарастание числа мутаций мтДНК и ослабление интенсивности окислительного фосфорилирования по мере старения

      Поражение большинства систем и органов при МЗ можно объяснить тем, что многие процессы, протекающие в организме энергозависимы. Относительная энергозависимость органов и тканей в порядке убывания: ЦНС, скелетные мышцы, миокарда, орган зрения, почки, печень, костный мозг, эндокринная система.

      Нейронам необходимо большое количество АТФ для синтеза нейромедиаторов, регенерации, поддержания необходимого градиента Na + и К+, проведения нервного импульса. Скелетные мышцы в покое потребляют незначительные количества АТФ, но при физической нагрузке эти потребности возрастают в десятки раз. В миокарде постоянно совершается механическая работа, необходимая для циркуляции крови. Почки используют АТФ в процессе реабсорбции веществ при образовании мочи. В печени происходит синтез гликогена, жиров, белков и других соединений.

      5. ДИАГНОСТИКА МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

      Митохондриальные болезни трудны для диагностики. Определяется это отсутствием строгой связи между сайтом мутации и клиническим фенотипом. Это значит, что одна и та же мутация может вызывать разные симптомы, а один и тот же клинический фенотип могут формировать разные мутации.

      Поэтому для постановки диагноза митохондриального заболевания важен комплексный подход, основанный на генеалогическом, клиническом, биохимическом, морфологическом (гистологическом), генетическом анализах.

      Генеалогический анализ

      Наличие в семейном анамнезе синдрома внезапной младенческой смерти, кардиомиопатий, деменций, раннего инсульта, ретинопатий, диабета, задержки развития может указывать на митохондриальную природу имеющегося заболевания.

      Клинические проявления митохондриальных заболеваний

      Миопатический синдром: слабость и атрофия мышц, снижение миотонического тонуса, мышечные боли, непереносимость физической нагрузки (усиление мышечной слабости, появление рвоты и головной боли).

      Центральная нервная система и органы чувств: летаргия, кома, задержка психомоторного развития, деменция, нарушение сознания, атаксия, дистония, эпилепсия, миоклонические судороги, «метаболический инсульт», слепота центрального происхождения, пигментный ретинит, атрофия зрительных нервов, нистагм, катаракта, офтальмоплегия, птоз, нарушение остроты зрения, гипоакузия, дизартрия, сенсорные нарушения, сухость слизистой рта, гипотония, снижение глубоких сухожильных рефлексов, инсультоподобные эпизоды, гемианопсия.

      Периферическая нервная система: аксональная нейропатия, нарушение двигательной функции гастроинтестинального тракта.

      Сердечно-сосудистая система: кардиомиопатия (обычно гипертрофическая), аритмия, нарушение проводимости.

      Желудочно-кишечный тракт: частые диспептические явления (рвота, диарея), атрофия ворсинок кишечника, экзокринная недостаточность поджелудочной железы.

      Печень: прогрессирующая печеночная недостаточность (особенно у младенцев), гепатомегалия.

      Почки: тубулопатия (по типу синдрома Де Тони-Дебре-Фанкони: фосфатурия, глюкозурия, аминацидурия), нефрит, почечная недостаточность.

      Эндокринная система: задержка роста, нарушение полового развития, гипогликемия, сахарный и несахарный диабет, гипотиреоз, гипопаратиреоидизм, гипоталамо-гипофизарная недостаточность, гиперальдостеронизм.

      Система кроветворения: панцитопения, макроцитарная анемия.

      Основные биохимические проявления митохондриальных заболеваний

      Повышение уровня:

      · лактата и пирувата в крови (ликворе);

      · 3-гидроксимасляной и ацетоуксусной кислот в крови;

      · жирных кислот с разной длиной цепи;

      · продуктов перекисного окисления липидов;

      · мочевой экскреции органических кислот.

      · активности некоторых ферментов энергетического обмена в митохондриях;

      · содержания общего карнитина в крови.

      Лактатный ацидоз является практически постоянным спутником митохондриальных болезней, но проявляется и при других формах патологии. Поэтому более эффективным является измерение уровня лактата в венозной крови после умеренной физической нагрузки на велоэргометре.

      Основные изменения структуры скелетной мышцы при митохондриальной недостаточности

      Морфологическое исследование позволяет с помощью световой и электронной микроскопии в сочетании с гистохимическими методами выявить нарушения количества и строения митохондрий, признаки их дисфункций и снижения активности митохондриальных ферментов.

      C ветовая микроскопия с применением различных видов специальной окраски, в т. ч. и для определения активности митохондриальных ферментов выявляет:

      · феномен «рваных» (шероховатых) красных волокон ( RRF — « ragged » red fibres ) в количестве более 5 % (при окраске по Гомори, Альтману напоминает разрыв волокон по периферии и обусловлен скоплением пролиферирующих генетически измененных митохондрий под сарколеммой);

      · гистохимические признаки недостаточности митохондриальных ферментов (цикла Кребса, респираторной цепи), особенно цитратсинтетазы, сукцинатдегидрогеназы и цитохром-С-оксидазы;

      · субсарколеммальное накопление гликогена, липидов, кальция (считают, что накопление жировых капель в различных тканях, в т. ч. в мышечных волокнах, происходит в результате нарушения окисления жирных кислот в митохондриях).

      При электронной микроскопии определяют:

      · скопления аномальных митохондрий под сарколеммой;

      · полиморфизм митохондрий с нарушением формы и размера, дезорганизацией крист;

      · наличие в митохондриях паракристаллических включений;

      · наличие митохондриально-липидных комплексов.

      Генетический анализ для подтверждения диагноза митохондриального заболевания

      Обнаружение любого вида митохондриальной мутации с достаточно высоким соотношением аномальной и нормальной мтДНК подтверждает диагноз митохондриального заболевания или синдрома. Отсутствие митохондриальной мутации позволяет предполагать у пациента наличие патологии, связанной с мутацией яДНК.

      Известно, что уровень гетероплазмии во многом определяет фенотипическое проявление мутации. Поэтому, при проведении молекулярного анализа необходимо оценивать количество мутантных мтДНК. Оценка уровня гетероплазмии включает детекцию мутации, однако методы обнаружения мутации не всегда учитывают уровень ее гетероплазмии.

      1. Метод клонирования дает достоверные количественные результаты (наиболее трудоемкий и продолжительный).

      2. Флуоресцентная ПЦР предоставляет более точные результаты при меньшей трудоемкости (не позволяет выявлять мелкие делеции и вставки).

      3. Денатурирующая высокоразрешающая жидкостная хроматография дает воспроизводимые результаты при любых видах мутаций (делеции, вставки, точковые мутации), находящихся в состоянии гетероплазмии (оценка уровня гетероплазмии более точна по сравнению с 2-мя предыдущими).

      4. ПЦР в реальном времени используется для обнаружения и количественной оценки мутаций мтДНК. Используют: гидролизуемые зонды ( TaqMan ), интеркалирующий краситель SYBR .

      Наиболее точные оценки дают 3 метода:

      · минисеквенирование ( SNaP shot ) — определение однонуклеотидных замен, делеций и инсерций короткими зондами (15–30 нуклеотидов). Участок ДНК несущий мутацию, например C T выделяется и аплифицируется с помощью ПЦР. Этот участок является матрицей. Зонд имеет идентичную структуру, массу 5485 Да, но короче матрицы на один нуклеотид. К смеси зонда и матрицы добавляют нуклеотиды Т и С. Если к зонду присоединится нуклеотид С, то матрица «дикого» типа и ее масса составит 5758 Да. Если нуклеотид Т — матрица была мутантного типа с массой 6102 Да. Затем массу полученных образцов определяют с помощью масс-спектрометра.

      · Пиросеквенирование — сочетание секвенирования и синтеза. Матрицу инкубируют в смеси из 4-х ферментов, 4-х дезоксинуклеотидтрифосфатов ( dATP , d СТ P , dG Т P , d ТТ P ) и 4-х терминаторов транскрипции dNTP . Присоединение комплементарного нуклеотида сопровождается флуоресцентной биохимической реакцией.

      · Biplex Invader позволяет обнаруживать сразу 2 мутации .

      Однако, при сопоставимой точности Biplex Invader оказался наиболее простым в использовании, а SNaPshot — наиболее дорогостоящим.

      В настоящее время предпочтение отдается чиповым технологиям, позволяющим анализировать основные патогенные мутации мтДНК сразу во множестве образцов, устанавливая при этом уровень гетероплазмии каждой отдельной мутации.

      Алгоритм диагностики митохондриальных заболеваний (по , 2007)

      1. Необходимо доказательное клиническое подозрение на наличие митохондриальной болезни. В типичных случаях это может быть выявление клинической картины, характерной для той или иной формы митохондриальной энцефаломиопатии (MELAS, MERRF и т. д.), однако «классические» варианты этих фенотипов встречаются сравнительно редко.

      Выявление общепринятых лабораторных маркеров митохондриальной дисфункции, мультисистемного, полиорганного поражения (для этого необходим соответствующий целенаправленный поиск), а также материнского типа наследования указывают на митохондриальную природу болезни.

      2. Исследование мтДНК в лимфоцитах (у пациентов с четкими фенотипами MELAS, MERRF, атрофией зрительных нервов Лебера). При выявлении искомой мутации диагноз конкретной митохондриальной болезни может считаться подтвержденным.

      3. При отсутствии выявляемых мутаций в лимфоцитах проводят биопсию скелетной мышцы (обычно четырехглавой или дельтовидной), т. к. скелетная мышца является более надежным источником мтДНК (отсутствие клеточных делений в мышце способствует «удержанию» митохондрий, содержащих мутантную мтДНК). Образцы мышечных биоптатов делят на 3 части: одна — для микроскопического исследования (гистология, гистохимия и электронная микроскопия), вторая — для энзимологического и иммунологического анализа (изучение характеристик компонентов дыхательной цепи), третья — для молекулярно-генетического анализа.

      4. При отсутствии известных мутаций мтДНК в мышечной ткани проводят развернутый молекулярно-генетический анализ — секвенирование всей цепи мтДНК (или кандидатных генов ядерной ДНК) с целью выявления нового варианта мутации.

      5. Идентификация конкретного биохимического дефекта в том или ином звене дыхательной цепи митохондрий является альтернативой изучения скелетной мускулатуры.

      6. ЛЕЧЕНИЕ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

      В настоящее времени митохондриальные забо­левания практически не излечимы. Однако возможно либо отсрочить развитие заболевания, либо избежать наследования патогенной митохондриальной мутации.

      Принципы терапии митохондриальных заболеваний

      1. Симптоматическое лечение:

      — Диета составляется в зависимости от патогенеза.

      · При патологии транспорта и окисления жирных кислот рекомендуется частое и дробное питание со снижением калорийности пищи.

      · При нарушении обмена пировиноградной кислоты для восполнения дефицита ацетил-Ко-А используется кетогенная диета.

      · При дефиците ферментов ЦТК применяется частое кормление.

      · При дефиците дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования снижают количество углеводов.

      · Препараты, активизирующие перенос электронов в дыхательной цепи (коэнзим Q 10 , витамины К1 и К3, препараты янтарной кислоты, цитохром С).

      · Кофакторы энзимных реакций энергетического обмена (никотинамид, рибофлавин, карнитин, липоевая кислота и тиамин).

      · Средства, уменьшающие степень лактат-ацидоза (дихлорацетат, димефосфон).

      · Антиоксиданты (убихинон, витамин С и Е).

      — Исключение препаратов, ингибирующих энергообмен (барбитураты, хлорамфеникол).

      — ИВЛ, противосудорожные препараты, ферменты поджелудочной железы, переливание компонентов крови.

      , однако классические варианты этих фенотипов встречаются сравнительно редко.

      Лечение

      В настоящее время лечение митохондриальных заболеваний находится в стадии разработки, но распространённым терапевтическим методом служит симптоматическая профилактика с помощью витаминов [4] . Также в качестве одного из методов применяются пируваты [5] .

      В настоящее время проводятся экспериментальные работы по изучению возможности экстракорпорального (in vitro) оплодотворения с использованием химерной яйцеклетки, ядро которой получено из яйцеклетки пациентки с митохондриальным заболеванием, а цитоплазму из другой яйцеклетки от женщины с нормально функционирующими митохондриями (замена ядра) [6] .

      Nuclear control of respiratory gene expression in mammalian cells.

      Примечания

      1. ↑ Scarpulla R.C. (2006). «Nuclear control of respiratory gene expression in mammalian cells». J Cell Biochem.97 (4): 673-683. PMID 16329141.
      2. ↑ Finsterer J (2007). «Hematological manifestations of primary mitochondrial disorders». Acta Haematol.118 (2): 88–98. DOI:10.1159/000105676. PMID 17637511.
      3. ↑ Elliott HR, Samuels DC, Eden JA, Relton CL, Chinnery PF (August 2008). «Pathogenic mitochondrial DNA mutations are common in the general population». Am. J. Hum. Genet.83 (2): 254–60. DOI:10.1016/j.ajhg.2008.07.004. PMID 18674747.
      4. ↑«When Cells Stop Working» dated November 5, 2006 at Time Magazine
      5. ↑ Tanaka M, Nishigaki Y, Fuku N, Ibi T, Sahashi K, Koga Y (2007). «Therapeutic potential of pyruvate therapy for mitochondrial diseases». DOI:10.1016/j.mito.2007.07.002. PMID 17881297.
      6. ↑Hello mothers, hello father (англ.) . The Economist (27.10.2012). Проверено 17 декабря 2013.

      Проверено 17 декабря 2013.

      Содержание

      • 1 Общие сведения
      • 2 Наследование митохондриальных болезней
        • 2.1 Дефекты и симптомы
      • 3 Типы заболеваний
      • 4 Диагностика
      • 5 Эпидемиология
      • 6 Лечение
      • 7 См. также
      • 8 Примечания
      • 9 Ссылки
        • 9.1 На русском языке
        • 9.2 На английском языке

      1 На русском языке.

Ссылка на основную публикацию