Choroby Mitochondrialne

Transkrypt

1 Choroby Mitochondrialne Anna Kamińska Klinika Neurologii Warszawski Uniwersytet Medyczny II Warszawskie Dni Chorób Nerwowo-Mięśniowych maja 2017

2 MITOCHONDRIA są obecne w prawie wszystkich komórkach eukariotycznych mają wielkość od 2 do 8 mm owalny kształt błonę zewnętrzną i wewnętrzną grzebienie mitochondrialne macierz mitochondrialną Meschia JF et al., Lancet Neurol, 2010 w mitochondriach zachodzą przemiany energetyczne (oddychanie komórkowe) za przemiany te odpowiada pięć kompleksów białkowych najważniejszą rolą mitochondrium jest wytwarzanie ATP

3 Łańcuch oddechowy 5 kompleksów łańcucha oddechowego Jedynie kompleks II złożony jest z białek kodowanych wyłącznie przez genom jądrowy

4 MITOCHONDRIA posiadają własny genom, który zawiera 37 genów. dwuniciowa kolista cząsteczka zawierająca bp w każdej komórce, z wyjątkiem dojrzałych erytrocytów, znajduje się kopii mtdna geny te kodują białka 13 trna 22 rrna 2 Kontrola genomu jądrowego 1500 białek kodowanych przez geny jądrowe, importowane z cytosolu funkcjonalnych genów trna w genomie jądrowym mitochondria są pozbawione systemów naprawczych DNA zjawisko heteroplazmii obecność prawidłowych i zmutowanych genów w mitochondriach w jednej komórce. wartość progowa stosunek prawidłowego mtdna do zmutowanego mtdna, przy której pojawiają się objawy choroby.

5 Definicja chorób mitochondrialnych Są to choroby genetyczne wynikające z zaburzeń w funkcjonowaniu mitochondriów. Spowodowane są mutacjami: - w genomie mitochondrialnym (mtdna) - w genomie jądrowym (ndna) Mutacje prowadzą do nieprawidłowego działania łańcucha transportu elektronów.

6 HISTORIA Pierwszy opis choroby mitochondrialnej (Luft 1962) Pierwszy opis mutacji mtdna (LHON) w 1988 Pierwszy opis mutacji ndna powodującej zaburzenia czynności kompleksu II

7 Dziedziczenie Choroby mitochondrialne spowodowane mutacjami w genomie mitochondrialnym dziedziczą się w linii matczynej choruje potomstwo obu płci Choroby mitochondrialne spowodowane mutacjami w genomie jądrowym przekazywane są wg reguł dziedziczenia mendlowskiego czyli chromosomowego Częstość występowania jest trudna do oszacowania 1 : 4000 do 1 : urodzeń Znanych jest około 250 mutacji mtdna Liczba genów jądrowych wpływających na czynność mitochondriów <1300

8 Obraz fenotypowy Objawy kliniczne mogą ograniczyć się do: jednej tkanki lub narządu lub dotyczyć wielu układów Czas wystąpienia objawów waha się od niemowlęctwa do starości Objawy choroby mitochondrialnej mogą ujawnić się / lub zaostrzyć pod wpływem infekcji stresu czynników toksycznych zastosowanych leków

9 Objawy encefalomiopatii mitochondrialnych Dotyczą tkanek postmitotycznych o wysokim zapotrzebowaniu energetycznym układ nerwowy układ mięśniowy serce siatkówka nerki jelita szpik kostny gruczoły wydzielania wewnętrznego Nie ma ścisłych korelacji pomiędzy obrazem genotypowym a fenotypem

10 Objawy encefalomiopatii mitochondrialnych Układ mięśniowy Ośrodkowy układ nerwowy Obwodowy układ nerwowy Objawy ze strony narządu wzroku Objawy ze strony narządu słuchu Objawy kardiologiczne Objawy endokrynologiczne Objawy ze strony przewodu pokarmowego Objawy ze strony układu krwiotwórczego Inne ptoza, oftalmoplegia zewnętrzna, bóle mięśni, osłabienie mięśni kończyn i tułowia, nietolerancja wysiłku fizycznego stroke-like episodes, bóle głowy, napady padaczkowe, upośledzenie umysłowe cechy polineuropatii (kliniczne i elektrofizjologiczne), wzmożona potliwość, hipotonia ortostatyczna retinitis pigmentosa,zanik nerwu wzrokowego,zaćma niedosłuch czuciowo-nerwowy, nadwrażliwość na aminoglikozydy zaburzenia przewodzenia, kardiomiopatia niedoczynność tarczycy,nadnerczy i przytarczyc, niski wzrost, cukrzyca typu 2, moczówka prosta zaburzenia motoryki przewodu pokarmowego, niewydolność zewnątrzwydzielnicza trzustki niedokrwistość syderoblastyczna, pancytopenia lub neutropenia Kwasica mleczanowa, nietolerancja wysokiej temperatury, ogólne zmęczenie, mnogie tłuszczaki, rybia łuska, niski wzrost, niedobór masy ciała

11 Objawy ostrzegawcze Red flags Równoczesne zajęcie co najmniej trzech narządów lub układów Bóle głowy, napady padaczkowe (zwłaszcza miokloniczne) Stroke-like episodes PEO, retinitis pigmentosa Głuchota, cukrzyca typu 2,niski wzrost Miopatia Kardiomiopatia

12 Red Flags Ośrodkowy układ nerwowy bóle głowy / migrena objawy udaru mózgu lub TIA w młodym wieku ataksja napady padaczkowe o charakterze mioklonicznym Układ nerwowo-mięśniowy neuropatie obwodowe nietolerancja wysiłku miopatia proksymalna ptoza oftalmopareza zewnętrzna

13 Serce kardiomiopatia blok przewodzenia zaburzenia rytmu Wzrok, słuch Red-Flags zanik nerwu wzrokowego barwnikowe zwyrodnienie siatkówki zaćma głuchota typu odbiorczego Układ trawienny zaburzenia żołądkowo-jelitowe (biegunki, zaparcia, wymioty) niewydolność wątroby Układ moczowy nerkowa kwasica cewkowa

14 Red Flags Układ wydzielania wewnętrznego cukrzyca niewydolność trzustki hipogonadyzm niedoczynność tarczycy niedoczynność przytarczyc niewydolność nadnerczy niski wzrost Objawy hematologiczne niedokrwistość z niedoboru żelaza pancytopenia neutropenia

15 Diagnostyka Analiza rodowodu Dokładna ocena kliniczna w określeniu fenotypu pomocne są: badania biochemiczne zwłaszcza poziom kwasu mlekowego i krzywa kwasu mlekowego badania obrazowe mózgu (spektroskopia MR) badania neurofizjologiczne ocena okulistyczna audiometria ocena kardiologiczna badania płynu mózgowo-rdzeniowego Biopsja mięśnia szkieletowego ocena morfologiczna ocena biochemiczna poziom koenzymu Q10 aktywność kompleksów łańcucha oddechowego Badanie DNA wyizolowanego z krwi obwodowej wyizolowanego z mięśnia

16 BIOPSJA MIĘŚNIA mięsień zamrożony bezpośrednio po pobraniu (izopentan chłodzony w ciekłym azocie) i krojony w kriostacie (fresh frozen sections) dla oceny w mikroskopie świetlnym rozciągnięty i utrwalony w glutaraldehydzie dla oceny w mikroskopie elektronowym zamrożony w ciekłym azocie i przechowywany w temperaturze -50⁰ do -70⁰ dla oceny biochemicznej i badań genetycznych MIĘSIĘŃ UTRWALONY W FORMALINIE I ZATOPIONY W PARAFINIE NIE NADAJE SIĘ DO OCENY!

17 OBRAZ BIOPSJI fałszywie negatywny -obecność RRFs zależna od wieku, nie stwierdza się w wieku > 5 lat -sampling error (większa szansa na znalezienie zmian w mięśniach kkg) fałszywie pozytywny -RRFs obecne w IBM, innych miopatiach (zapalnych,toksycznych, metabolicznych) -w 85% biopsji pobranych w starszym wieku są RRFs

18 Algorytm diagnostyczny encefalomiopatii mitochondrialnych Pacjent z klinicznym podejrzeniem encefalomiopatii mitochondrialnej Badanie podmiotowe i przedmiotowe Tzw. objawy ostrzegawcze (ang. red flags) Wywiad rodzinny Badania: biochemiczne, kardiologiczne, okulistyczne, elektrofizjologiczne, neuroobrazowe Podejrzenie zespołu MELAS, MERRF, Kearnsa-Sayre a, SANDO, MNGIE, Leigha, NARP Niecharakterystyczny zespół objawów Badania genetyczne mtdna z leukocytów krwi obwodowej w kierunku mutacji najczęściej związanych z podejrzewanym zespołem Zalecane wykonanie Potwierdzenie mutacji Wykluczenie najczęstszych mutacji punktowych i rearanżacji mtdna Konsultacja w Poradni Genetycznej Potwierdzenie licznych delecji mtdna lub brak korelacji fenotyp-genotyp Rozpoznanie encefalomiopatii mitochondrialnej Biopsja mięśnia szkieletowego (ocena histopatologiczna i ultrastrukturalna) Badania genów jądrowych POLG, ANT1, c10orf2 Wykluczenie mutacji Potwierdzenie mutacji Badania genetyczne mtdna z tkanki mięśniowej w kierunku najczęstszych mutacji punktowych i rearanżacji mtdna Sekwencjonowanie całego eksomu (WES) Sekwencjonowanie mtdna Wykluczenie najczęstszych mutacji punktowych i rearanżacji mtdna

19 Różnorodność kliniczno-genetyczna Identyczne objawy kliniczne mogą być spowodowane przez różne mutacje Jedna mutacja może odpowiadać za różne objawy kliniczne

20 MELAS Mitochondrial encephalomyopathy with lactic acidosis and stroke like episodes. Encefalomiopatia mitochondrialna przebiegająca z kwasicą mleczanową i objawami udaru mózgu. objawy uszkodzenia mózgu przypominające udar mózgu niedowład połowiczy niedowidzenie połowicze ślepota korowa napady drgawkowe miopatia z obecnością RRFs głuchota, niski wzrost kwasica mleczanowa początek choroby r.ż. mutacje w mtdna

21 PRZYPADEK I kobieta lat 20 niski wzrost i waga w wywiadzie przebyte liczne epizody ogniskowego uszkodzenia mózgu padaczka lekooporna (obecnie leczona lamotryginą i lewetiracetamem stan neurologiczny- afazja ruchowa i tetrapareza spastyczna EMG zapis o cechach uszkodzenia miopatycznego neurografia - cechy aksonalnego uszkodzenia włókien ruchowych i czuciowych nerwów kończyn dolnych WPW- nasilone zaburzenia przewodzenia w drogach wzrokowych SPWPM - obustronny niedosłuch znacznego stopnia uniemożliwiający analizę niedoczynność kory nadnerczy ECHO serca prawidłowe We krwi stwierdzono obecność mutacji punktowej A3243 G w mitochondrialnym DNA Badanie genetyczne wykonano w Zakładzie Genetyki Medycznej IP-CZD w Warszawie

22 PRZYPADEK I W MR mózgu rozlane zmiany hiperintensywne w obrazach T2 zależnych, największe w lewej okolicy ciemieniowoskroniowej z cechami uogólnionego zaniku

23 PRZYPADEK II Matka pacjentki - lat 48 - nosicielka stwierdzonej w mięśniu mutacji A3243G Badanie genetyczne wykonano w NZOZ Centrum Genetyki Medycznej GENESIS w Poznaniu bez objawów klinicznych EMG zapis o cechach uszkodzenia miopatycznego, przewodzenie w nerwach obwodowych prawidłowe SPWPM - obustronny niedosłuch bez istotnych zmian w MR mózgu, poza drobnymi rozsianymi ogniskami hiperintensywnymi w obrazach T2 zależnych

24 MERRF Myoclonic epilepsy with ragged red fibers Padaczka miokloniczna z obecnością włókien szmatowatych w mięśniu mioklonie (60%) napady drgawkowe (45%) ataksja miopatia zanik nerwu wzrokowego głuchota neuropatia obwodowa mnogie tłuszczaki mutacje w mtdna w 90% -A8344G

25 Jaroslaw Slawek,1,2 Biruta Kierdaszuk,3 Katarzyna Tonska,4 Agata Kodron,4 Michal Schinwelski,5 Emilia Jadwiga Sitek,1,2 Ewa Bartnik,6 Anna Kaminska,3 Hubert Kwiecinski3 1 Department of Neurological-Psychiatric Nursing, Medical University of Gdansk, Gdansk, Poland 2 Neurology Department, St Adalbert Hospital, Gdansk, Poland 3 Department of Neurology, Medical University of Warsaw, Warsaw, Poland 4 Institute of Genetics and Biotechnology, Faculty of Biology, University of Warsaw, Warsaw, Poland

26 BADANIA NEUROOBRAZOWE W MR mózgu w obrazach T2-zależnych i FLAIR uwidoczniono rozsiane ogniska zlokalizowane podkorowo i okołokomorowo, zmiany nie wykazywały cech patologicznego wzmocnienia kontrastowego T2 FLAIR FLAIR

27 MERRF MELAS CPEO LHON

28 LEBER HEREDITARY OPTIC NEUROPATHY (LHON) Dziedziczna neuropatia nerwu wzrokowego Lebera Obraz kliniczny postępujące obustronne upośledzenie wzroku przebiegające bezbólowo kobiety : mężczyźni 1:4 początek w drugiej trzeciej dekadzie częstość 1: :50000 LHON plus dystonia ataksja zaburzenia rytmu serca Mutacje punktowe mtdna-zidentyfikowane jako pierwsze w 1988r. Najczęstsza choroba mitochondrialna u ludzi spowodowana mutacjami mtdna Modyfikujące geny jądrowe? Czynniki środowiskowe?

29 AUTOSOMAL DOMINANT OPTIC ATROPHY (ADOA) Autosomalny dominujący zanik nerwów wzrokowych typu Kjera Częstość 1: do 1: Wiek wystąpienia objawów: 1 dekada życia (90%) Gen OPA1 koduje białko z rodziny dynamin Bierze udział w fuzji błon mitochondrialnych Duża zmienność objawów także wewnątrzrodzinna ADOA+ ataksja oftalmoplegia zewnętrzna niedosłuch neuropatia czuciowo-ruchowa miopatia

30 CPEO Chronic progressive external ophtalmoplegia Przewlekła postępująca oftalmoplegia zewnętrzna początek przed 20 r.ż. objawy oftalmoplegia zewnętrzna obustronna ptoza miopatia proksymalna (90% RRFs)

31 Kearns Sayre Syndrome (KSS) Zespół Kearnsa-Sayre a Objawy CPEO oraz zwyrodnienie barwnikowe siatkówki ataksja móżdżkowa zaburzenia przewodzenia w mięśniu sercowym miopatia głuchota podwyższony poziom białka w płynie mózgowo-rdzeniowym początek objawów przed 20 r.ż. większość przypadków jest sporadyczna dziedziczenie matczyne mutacje w mtdna

32 Ataksja Friedreicha Częstość występowania 2: Częstość nosicielstwa 1:120 Pierwsze objawy w wieku młodzieńczym do 25 r.ż. Obraz kliniczny: ataksja tułowia ataksja kończyn brak odruchów w kkd dodatni objaw Babińskiego zniekształcenie stóp 50% skolioza 75% cukrzyca głuchota kardiomiopatia Mutacje w genie X25 na chromosomie 9 mutacja dynamiczna (GAA) 98% mutacja punktowa 2% Gen koduje mitochondrialne białko frataksynę

33 MUTACJE W GENACH JĄDROWYCH MUTACJE W GENIE POLG1 Gen POLG1 koduje podjednostkę katalityczną polimerazy gamma. Podstawową funkcją tego enzymu jest replikacja i naprawa mtdna 150 mutacji,powodujących deplecję i/lub mnogie delecje mtdna Dziedziczenie autosomalne recesywne lub dominujące Różnorodne zespoły : Alpersa ataksja-neuropatia PEO z miopatią lub bez udar w młodym wieku MNGIE padaczka choroba Leigha 6 pacjentów (3 CPEO, 2CPEO+,1 SANDO) MUTACJE W GENIE TWINKLE - C10 orf2 (helikaza) 1 pacjent - CPEO

34 Możliwości terapeutyczne encefalomiopatii mitochondrialnych Leczenie objawowe napadów drgawkowych, otępienia, depresji, bólu neuropatycznego, zaburzeń pozapiramidowych, spastyczności zaburzeń hormonalnych, zaburzeń rytmu serca, niewydolności nerek, zaburzeń gastroenterologicznych, niedokrwistości korekcja niedosłuchu - aparaty słuchowe, implanty ślimakowe rehabilitacja ruchowa Leczenie celowane antyoksydanty chinony koenzym Q 10, idebenon, witamina E, kwas α-liponowy, kortykosteroidy, witamina C, glutation substancje obniżające poziom mleczanów dwuwęglany, kwas dichlorooctowy mediatory transferu elektronów ryboflawina alternatywne źródła energii kreatyna kofaktory L-arginina, L-karnityna, tiamina przeszczepianie komórek macierzystych terapia genowa Poradnictwo genetyczne Kerr DS, Neurotherapeutics, 2013; Suomalainen A, Semin Fetal Neonatal Med, 2011; Finsterer J, Eur J Paediatr Neurol, 2010 Należy unikać preparatów kwasu walproinowego, fenytoiny, kortykosteroidów, leków przeciwretrowirusowych, statyn, wziewnych anestetyków, wybranych neuroleptyków

35 Leki których należy unikać przy podejrzeniu encefalopatii mitochondrialnej Leki przeciwdrgawkowe kwas walproinowy Kortykosteroidy Antybiotyki chloramfenikol, tetracykliny Leki przeciwgruźlicze ethambutol Leki antyretrowirusowe Leki wpływające na gospodarkę lipidową statyny, fibraty Anestetyki wziewne (halotan) barbiturany Neuroleptyki haloperidol, chlorpromazyna, kwetiapina, rysperidon Chemioterapeutyki interferon Inne kwas acetylosalicylowy

36 Nieliczne próby terapeutyczne W latach oceniano Kwas dichlorooctowy Arginina Koenzym Q Idebenone Epi-743 Kreatyna Ćwiczenia fizyczne

37 BADANIA KLINICZNE W CHOROBACH MITOCHONDRIALNYCH GRUPA BADANA -z tym samym defektem DNA -z tym samym poziomem heteroplazmii -z tymi samymi objawami -dostatecznie duża PRÓBY TERAPII GENOWEJ -prowadzone są jedynie na izolowanych mitochondriach

38

39 Dwie matki, jeden ojciec Pronuclear transfer in human embryos to prevent transmission of mitochondrial DNA disease. Craven L1 et al., Nature May 6;465(7294):82-5. doi: /nature Epub 2010 Apr 14.

40 Pronuclear transfer using abnormally fertilised human zygotes

41 Małgorzata Gaweł Zygmunt Jamrozik Biruta Kierdaszuk Anna Kostera-Pruszczyk Anna Łusakowska Monika Nojszewska Anna Potulska-Chromik Ewa Bartnik Rafał Płoski Ewa Pronicka Katarzyna Tońska