Diagnosis penyakit mitokondria

Penilaian sifat pewarisan dan manifestasi tanda klinis penyakit mitokondria

Karena fakta bahwa penyakit miotochondrial dalam beberapa kasus dapat disebabkan oleh kerusakan pada genom nuklir, penularan penyakit ini akan sesuai dengan hukum warisan Mendelian. Dalam kasus yang sama, ketika perkembangan penyakit ini disebabkan oleh mutasi DNA mitokondria, pewarisan akan sesuai dengan jenis mitokondria, yaitu ditularkan sepanjang garis ibu. Akhirnya, ketika patologi berkembang dengan kerusakan simultan pada gen genom nuklir dan mitokondria, pewarisan akan menjadi kompleks dan akan ditentukan oleh berbagai faktor. Dalam hubungan ini, analisis silsilah berdasarkan karakteristik formal (sifat pewarisan silsilah) mengungkapkan berbagai jenis warisan: dominan autosomal, resesif autosomal, terkait-X, mitokondria.

Perkembangan penyakit miotochondrial seperti itu, sebagai pelanggaran metabolisme asam piruvat atau beta-oksidasi asam lemak, siklus Krebs, dikaitkan dengan mutasi pada gen genom nuklir. Patologi ini ditandai oleh jalur warisan resesif autosomal, ketika orang tua menjadi pembawa mutasi (heterozigot), dan anak tersebut merupakan pembawa mutasi yang diwariskan dari ayah dan ibu (homozigot). Orangtua, secara umum, sehat secara eksternal, dan penyakit serupa atau mikropreskripsi harus dicari dari saudara laki-laki dan perempuan dari anak yang sakit (sibs proband) dan saudara-saudara di sepanjang garis ibu dan ayah (dari sepupu dan saudara perempuan).

Dalam kasus resesif terlibat dengan jenis warisan X-linked (misalnya, neonatal bentuk glutarat aciduria tipe II atau kekurangan dari E1 subunit kompleks piruvat, penyakit Menkes, dll) Sering menderita anak laki-laki dan ibu menonjol pembawa mutasi dan mentransfernya ke anak-anaknya. Keibuan ibu berbeda dengan X-terkait oleh kekalahan orang-orang dari kedua jenis kelamin. Dalam kasus ini, saat menganalisis silsilah, perlu dilakukan analisis kejadian pada pria, karena tidak akan muncul pada wanita. Silsilah tersebut tidak melacak penularan penyakit ini sepanjang garis ayah-anak, karena sang ayah hanya bisa memberi anak itu ke kromosom Y.

Dengan perkembangan penyakit akibat kerusakan dari genom mitokondria (misalnya, sejumlah penyakit rantai pernapasan, neuropati optik, Leber sindrom MELAS, MERF, NARP et al.) Diamati warisan ibu karena anak mitokondria diturunkan dari ibu, dan dapat mengirimkan mereka sebagai anak laki-laki , dan anak perempuan. Dengan demikian, orang-orang dari kedua jenis kelamin sama-sama terpengaruh. Dalam hal ini, silsilah harus diikuti dengan transmisi penyakit di sepanjang garis ibu.

Ketika menganalisis silsilah dan mencari gejala penyakit mitokondria di keluarga, harus diingat bahwa tingkat keparahan penyakit (ekspresivitas sifatnya) dapat sangat bervariasi, yang mungkin disebabkan oleh jumlah mitokondria yang rusak, sifat kerusakannya, distribusi mutasi sel yang berbeda, dan lain-lain. Dengan demikian, tidak selalu mungkin untuk mendeteksi tanda penyakit yang jelas. Dalam beberapa kasus, baik gejala terisolasi, terhapus, atau tanda yang dapat dideteksi oleh penelusuran tertarget mereka terungkap.

Perkembangan penyakit mitokondria dapat berhubungan dengan kerusakan bagian utama dari mitokondria, yang disebut mikrodelesi (misalnya, sindrom Kearns-Sayre, sindrom Pearson, beberapa bentuk diabetes dengan tuli, oftalmoplegia eksternal progresif, dll). Dalam kasus ini, sering tidak menemukan gejala karakteristik dari kerabat, karena perkembangan penyakit yang berhubungan dengan munculnya mutasi baru yang terjadi di zigot segera setelah pembuahan (mutasi de novo ). Penyakit ini bersifat sporadis. Seringkali dengan penyakit ini dari autosomal dominan mewarisi sejumlah kondisi yang berhubungan dengan beberapa mutasi pada DNA mitokondria, misalnya, beberapa bentuk encephalomyopathies, miopati dengan penyakit mata, meskipun kehadiran mutasi mtDNA (multiple penghapusan) memiliki pola dominan autosomal dari warisan.

Namun, berbeda dengan tipe pewarisan autentik dominan Mendelian dalam patologi mitokondria ditandai oleh sejumlah besar individu yang terkena pada generasi berikutnya.

Akhirnya, beberapa penyakit mitokondria, yang sering dikaitkan dengan penipisan mitokondria mtDNA atau ketidakhadiran mereka dalam sel, dapat diwariskan secara autosomal resesif. Ini termasuk bentuk kongenital miopati, kardiomiopati, sindrom neurodistress, asidosis laktat, kerusakan hati, dll.

Studi tentang sifat penularan herediter penyakit ini sangat penting untuk prognosis genetik medis dan memerlukan analisis mendalam tentang tanda klinis dengan pengetahuan tentang mekanisme pembentukan patologi mitokondria dan jenis warisannya.

Manifestasi manifestasi klinis sangat bervariasi sejak hari pertama kehidupan sampai periode dewasa. Saat menganalisis indikator ini, perlu mempertimbangkan bentuk nosologis, karena masing-masing memiliki usia debut tertentu.

Gangguan pertukaran yang diamati pada penyakit mitokondria, dalam banyak kasus, progresif. Gejala awal seringkali ringan, kemudian berlanjut dan bisa menyebabkan gangguan penonaktifan yang signifikan. Bentuk patologi yang jarang, seperti miopati infantil jinak dan beberapa bentuk neuropati optik Leber, bisa menjadi baik dan sebaliknya.

Pada penelitian laboratorium memperhatikan karakteristik atribut penyakit mitokondria:

• adanya asidosis;
• peningkatan kadar laktat dan piruvat dalam darah, peningkatan indeks laktat / piruvat lebih dari 15, terutama meningkat dengan beban glukosa atau olahraga;
• hipertonemia;
• hipoglikemia;
• hiperamonemia;
• meningkatkan konsentrasi asetoasetat dan 3-hidroksibutirat;
• peningkatan rasio asam 3-hidroksibutirat / asam asetetoatetat dalam darah;
• Peningkatan kandungan asam amino dalam darah dan urin (alanin, glutamin, asam glutamat, valin, leusin, isoleusin);
• peningkatan kadar asam lemak dalam darah;
• hipereksitasi asam organik dengan urin;
• penurunan kadar karnitin dalam darah;
• peningkatan kandungan mioglobin dalam cairan biologis;
• penurunan aktivitas enzim mitokondria pada miosit dan fibroblas.

Nilai diagnostik indikator ini lebih tinggi untuk makanan daripada untuk puasa. Dalam prakteknya, tes diagnostik telah membuktikan dirinya: penentuan laktat dalam darah di latar belakang pemuatan glukosa, yang memungkinkan untuk lebih jelas mengidentifikasi inkonsistensi rantai pernafasan dengan penambahan beban glukosa.

Untuk diagnosis laboratorium disfungsi mitokondria dan bentuk nosologis spesifiknya, metode penyelidikan biokimia rutin dan rutin tidak cukup, tes khusus diperlukan. Hal ini terutama mudah untuk menganalisis aktivitas enzim dalam spesimen biopsi otot skeletal daripada di jaringan lain. Hal ini dimungkinkan untuk menentukan aktivitas enzim rantai pernafasan, terutama sitrat sintetase, suksinat dehidrogenase dan sitokrom C-oksidase.

Data studi genetika morfologi dan molekuler

Studi morfologi dalam diagnosis patologi mitokondria sangat penting. Karena pentingnya informatif, seringkali diperlukan untuk melakukan biopsi otot dan pemeriksaan histokimia spesimen biopsi yang diperoleh. Informasi penting dapat diperoleh dengan pemeriksaan simultan material dengan mikroskop cahaya dan elektron.

Salah satu penanda penting dari penyakit mitokondria - fenomena "compang-camping" serat merah [fenomena RRF (serat merah compang-camping)], didirikan pada tahun 1963, ia terkait untuk membentuk karena proliferasi dan akumulasi fokus mitokondria yang abnormal genetik diubah oleh tepi serat otot. Fenomena ini dideteksi dengan mikroskop cahaya menggunakan noda khas Gomori, namun dalam beberapa tahun terakhir, berbagai penanda mitokondria dan berbagai metode imunologi telah digunakan untuk ini.

Fitur morfologi patologi mitokondria lainnya meliputi:

• peningkatan tajam dalam ukuran mitokondria;
• akumulasi glikogen, lipid dan kalsium konglomerat di subsarcolemma;
• penurunan aktivitas enzim mitokondria;
• distribusi butiran yang terganggu dari aktivitas enzim suksinat dehidrogenase (SDH), oksidoreduktase NADH, sitokrom C-oksidase, dll.

Pada pasien dengan penyakit mitokondria dengan mikroskop cahaya dapat mendeteksi jaringan otot karakteristik morfologi spesifik: nekrosis lokal dari serat otot, massa akumulasi sarkoplazmennyh, kehadiran bagian lisis subsarkolemmalnyh basophilia sarcoplasmic sarcoplasmic, peningkatan jumlah inti otot, aktivasi proses regenerasi dan lain-lain.

Studi tentang peran fenomena serat merah "robek" menunjukkan pentingnya diagnosis kondisi seperti MELAS, MERRF, sindrom Cairns-Seir, ophthalmoplegia progresif kronis dan yang lainnya terkait dengan mutasi mtDNA. Fenomena ini dapat berkembang pada penyakit lain: myodystrophy Duchenne, dermatomiositis, distrofi miotonik, asupan obat (clofibrate), dan kondisi patologis lainnya. Dengan demikian, bersamaan dengan penyakit mitokondria primer, fenomena RRF dapat menyertai disfungsi mitokondria sekunder.

Saat ini, pemeriksaan mikroskopis histokimia dan elektron jaringan otot telah banyak digunakan untuk mendeteksi tanda-tanda insufisiensi mitokondria. Dalam beberapa kasus, mereka membantu diagnosis, terutama dengan gambaran morfologi normal dari jaringan otot sesuai dengan mikroskop cahaya.

Tanda-tanda mikroskopis elektron - deteksi pelanggaran proliferasi mitokondria dari bentuk dan ukuran, disorganisasi dan meningkatkan krista itu, akumulasi mitokondria yang abnormal di bawah sarcolemma, akumulasi lipid dan paracrystalline abnormal (terutama terdiri dari protein) atau inklusi osmophilic lokal antara membran dalam dan luar atau dalam bulat krista, akumulasi, sering terletak dalam matriks (terutama terdiri dari trigliserida), dan lain-lain.

Pada beberapa pasien, kemungkinan untuk mendeteksi kelainan sitokimia pada leukosit.

Kompleks studi biokimia dan morfologi dilengkapi dengan metode diagnostik molekuler modern (deteksi mutasi nuklir atau mitokondria) yang dilakukan di laboratorium diagnostik DNA khusus. Pada penyakit mitokondria, berbagai jenis mutasi diidentifikasi: titik, delesi, duplikasi, anomali kuantitatif DNA, dll.

Dengan tidak adanya mutasi pada mtDNA, jika ditemukan patologi mitokondria, dilakukan studi DNA nuklir.

Kriteria untuk diagnosis

Ada 2 kelompok kriteria untuk diagnosis penyakit mitokondria. Kriteria diagnostik dasar (kelompok pertama).

• Klinis:
  • Diagnosis yang telah ditetapkan: sindrom MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, Pearson, neuropati Leber, penyakit Leah, Alpers;
  • Kehadiran 2 atau kombinasi dari fitur berikut:
    • kerusakan patogen multisistemik untuk penyakit rantai pernafasan;
    • maju dengan episode eksaserbasi atau adanya mutasi mitokondria dalam keluarga;
    • pengucilan penyakit metabolik dan lainnya dengan melakukan tes yang sesuai.
• Histologis - deteksi fenomena RRF di lebih dari 2% jaringan otot.
• Enzimatik:
  • sitokrom C-oksidase-negatif serat;
  • penurunan aktivitas enzim kompleks rantai pernafasan (<20% dari norma dalam jaringan, <30% pada sel atau beberapa jaringan).
• Fungsional - penurunan sintesis ATP pada fibroblas lebih dari 3 standar deviasi.
• Molekul-genetik - mutasi patogenetis signifikan dari nuklir atau mtDNA.

Kriteria diagnostik tambahan (kelompok kedua).

• Klinik - gejala nonspesifik yang terjadi pada penyakit rantai pernapasan (lahir mati, penurunan aktivitas motorik janin, kematian neonatal dini, gangguan motorik, gangguan perkembangan, gangguan tonus otot pada periode neonatal).
• Histologis - sebagian kecil dari fenomena RRF, akumulasi subarachromolemal mitokondria atau anomali mereka.
• Enzimatik - aktivitas enzim yang rendah dari kompleks pernapasan (20-30% dari norma dalam jaringan, 30-40% - dalam sel atau garis sel).
• Fungsional - mengurangi sintesis ATP dalam fibroblas sebesar 2-3 standar deviasi atau kurangnya pertumbuhan fibroblas dalam medium dengan galaktosa.
• Molekuler-genetik - deteksi mutasi nuklir atau mtDNA dengan link patogenetik yang diduga.
• Metabolik - deteksi satu atau lebih metabolit, menunjukkan adanya pelanggaran bioenergetik seluler.

[1], [2], [3], [4]