Митохондриальные заболевания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт фундаментальной биологии и биотехнологии.

Кафедра биотехнологии.

РЕФЕРАТ

по генетике и эволюции

«Митохондриальные заболевания»

Красноярск 2017



Оглавление.

Введение

1. Наследование митохондриальных болезней

1.1 Дефекты и симптомы

2. Типы заболеваний

3. Диагностика

4. Эпидемиология

5. Лечение

Список использованной литературы



Введение

Митохондриамльные заболевамния -- группа наследственных заболеваний, связанных с дефектами в функционировании митохондрий, приводящими к нарушениям энергетических функций в клетках эукариотов, в частности -- человека.

Рисунок 1 - Электронномикроскопическая фотография, показывающая митохондрии человека в поперечном сечении.

Митохондриальные заболевания обусловлены генетическими, структурными, биохимическими дефектами митохондрий, приводящими к нарушениям тканевого дыхания. Они передаются только по женской линии к детям обоих полов, так как сперматозоиды передают зиготе половину ядерного генома, а яйцеклетка поставляет и вторую половину генома, и митохондрии. Патологические нарушения клеточного энергетического обмена могут проявляться в виде дефектов различных звеньев в цикле Кребса, в дыхательной цепи, процессах бета-окисления и т. д.

Не все ферменты и другие регуляторы, необходимые для эффективного функционирования митохондрий, кодируются митохондриальной ДНК. Большая часть митохондриальных функций контролируется ядерной ДНК.

Можно выделить 2 группы митохондриальных заболеваний:

· Ярко выраженные наследственные синдромы, обусловленные мутациями генов, ответственных за митохондриальные белки (синдром Барта, синдром Кернса-Сейра, синдром Пирсона, синдром MELAS, синдром MERRF и другие).

· «Вторичные митохондриальные заболевания», включающие нарушение клеточного энергообмена как важное звено формирования патогенеза (болезни соединительной ткани, синдром хронической усталости, гликогеноз, кардиомиопатия, мигрень, печеночная недостаточность, панцитопения, а также гипопаратиреоз, диабет, рахит и другие).



1. Наследование митохондриальных болезней

Митохондрии наследуются иначе, чем ядерные гены. Ядерные гены в каждой соматической клетке обычно представлены двумя аллелями (за исключением большинства сцепленных с полом генов у гетерогаметного пола). Один аллель унаследован от отца, другой от матери. Однако митохондрии содержат собственную ДНК, причем в каждой митохондрии человека обычно содержится от 5 до 10 копий кольцевой молекулы ДНК (см. Гетероплазмия), и все они наследуются от матери. . Когда митохондрия делится, копии ДНК слеучайным образом распределяются между ее потомками, а затем происходит удвоение ДНК. Если только одна из исходных молекул ДНК содержит мутацию, в результате случайного распределения такие мутантные молекулы могут накопиться в некоторых митохондриях. Митохондриальная болезнь начинает проявляться в тот момент, когда заметное число митохондрий во многих клетках данной ткани приобретают мутантные копии ДНК (пороговая экспрессия).

Мутации в митохондриальной ДНК происходят по разным причинам намного чаще, чем в ядерной. Это означает, что митохондриальные болезни достаточно часто проявляются из-за спонтанных вновь возникающих мутаций. Иногда темп мутирования увеличивается из-за мутаций в ядерных генах. кодирующих ферменты, которые контролируют репликацию ДНК митохондрий.



Рисунок 2 - Схема строения митохондрии. Сложная структура митохондрии и наличие собственной кольцевой хромосомы, кодирующей некоторые компоненты митохондрии, усложняет выяснение причин митохондриальных заболеваний.

1.1 Дефекты и симптомы

Эффекты митоходриальных заболеваний очень разнообразны. Из-за различного распределения дефектных митохондрий в разных органах, мутация у одного человека может привести к заболеванию печени, а у другого -- к заболеванию мозга. 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 серьёзными болезненными проявлениями. Другие дефекты могут быть более опасны, приводя к серьёзной патологии.

В общем случае митоходриальные заболевания проявляются сильнее при локализации дефектных митохондрий в мышцах, мозге, нервной ткани, поскольку эти органы требуют больше всего энергии для выполнения соответствующих функций.

Несмотря на то, что протекание митохондриальных заболеваний сильно отличаются у разных пациентов, на основании общих симптомов и конкретных мутаций, вызывающих болезнь, выделено несколько основных классов этих заболеваний.



3. Типы заболеваний

Митохондриальные болезни, обусловленные мутациями митохондриальной ДНК.

Болезни,  обусловленные делециями митохондриальной ДНК.

Синдром Кернса-Сейра :

Заболевания проявляется  в возрасте 4-18 лет 

Прогрессирующая наружная офтальмоплегия 

Пигментный ретинит 

Атаксия, интенционный тремор 

Атриовентрикулярная блокада сердца 

Повышение уровня белка в цереброспинальной жидкости более 1 г\л 

"Рваные" красные  волокна в биоптатах скелетных мышц 

Синдром Пирсона :

Дебют заболевания  с рождения или в первые месяцы жизни 

Гипопластическая  анемия 

Нарушение экзокринной  функции поджелудочной железы 

Иногда возможно развитие энцефаломиопатий, атаксии, деменции, прогрессирующей наружной офтальмоплегии 

Прогрессирующее течение 

Болезни,  обусловленные точковыми мутациями митохондриальной ДНК. митохондриальный лебер электронномикроскопический

Наследственная  атрофия зрительных нервов Лебера :

Материнский тип  наследования 

Дебют заболевания  в возрасте 20-30 лет 

Острое или  подострое снижение остроты зрения на один или оба глаза 

Сочетание с  неврологическими и костно-суставными нарушениями 

Микроангиопатия сетчатки 

Прогрессирующее течение с возможностью ремиссии или восстановления остроты зрения 

Синдром NAPR (невропатия, атаксия, пигментный ретинит) :

Материнский тип  наследования 

Сочетание невропатии, атаксии и пигментного ретинита 

Задержка психомоторного развития 

Деменция 

Наличие "рваных" красных волокон в биоптатах мышечной ткани 

Синдром MERRF (миоклонус-эпилепсия, "рваные" красные волокна) :

Материнский тип  наследования 

Дебют заболевания  в возрасте 3-65 лет 

Миоклоническая эпилепсия, атаксия, деменция в сочетании с нейросенсорной глухотой, атрофией зрительных нервов и нарушениями глубокой чувствительности 

Лактат-ацидоз 

При проведении ЭЭГ обследования выявляются генерализованные эпилептические комплексы "полиспайк-медленная волна" 

"Рваные" красные  волокна в биоптатах скелетных мышц 

Прогрессирующее течение 

Синдром MELAS (митохондриальная энцефаломиопатия, лактат-ацидоз, инсультоподобные эпизоды) :

Материнский тип  наследования 

Дебют заболевания  в возрасте до 40 лет 

Непереносимость физических нагрузок 

Мигренеподобные головные боли с тошнотой и рвотой 

Инсультоподобные эпизоды 

Судороги 

Лактат-ацидоз 

"Рваные" красные  волокна в биоптатах мышц 

Прогрессирующее течение 

3.1.3  Патология, связанная с дефектами межгеномной коммуникации

Синдромы  множественных делеций митохондриальной ДНК :

Блефароптоз 

Наружная офтальмоплегия 

Мышечная слабость 

Нейросенсорная глухота 

Атрофия зрительных нервов 

Прогрессирующее течение 

"Рваные" красные  волокна в биоптатах скелетных мышц 

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 

Митохондриальные болезни, обусловленные мутациями ядерной ДНК

Заболевания, связанные с дефектами дыхательной цепи

Дефицит комлекса 1 (NADH:CoQ-редуктаза) :

Начало заболевания  до 15 лет 

Синдром миопатии 

Задержка психомоторного развития 

Нарушение сердечно-сосудистой системы 

Судороги, резистентные к терапии 

Множественные неврологические нарушения 

Прогрессирующее течение 

Дефицит комплекса 2 (сукцинат-CoQ-редуктаза) :

 Характеризуется  синдромом энцефаломиопатии с прогрессирующим течением. 

Дефицит комплекса 3 (CoQ-цитохром С-оксидоредуктаза): 

 Характеризуется  мультисистемными нарушениями с поражением различных органов и систем (с вовлечением центральной и периферической нервной системы, эндокринной системы и почек) и прогрессирующим течением. 

Дефицит комплекса ( цитохром С-оксидаза) :

Фатальная инфантильная митохондриальная миопатия с почечной недостаточностью или кардиомиопатией с дебютом в неонатальном возрасте, выраженными дыхательными нарушениями, диффузной мышечной гипотонией и слабостью, врожденным лактат-ацидозом. Течение прогрессирующее, летальный исход на первом году жизни. 

Доброкачественная инфантильная митохондриальная миопатия со стабилизацией состояния больного с возрастом при адекватном и своевременном лечении. Возможна быстрая стабилизация процесса и выздоровление к 1-3 годам жизни. 

Синдром Менкеса (трихополиодистрофия) :

Резкая задержка психомоторного развития 

Отставание в  росте 

Нарушение роста  и дистрофические изменения волос 

Митохондриальные энцефаломиопатии

1) Синдром Лея (подострая невротизирующая энцефаломиелопатия) 

Проявляется после 6 месяцев жизни нарастающей мышечной гипотонией, атаксией и нистагмом, пирамидными  симптомами, офтальмоплегией и атрофией зрительных нервов. Часто отмечается присоединение кардиомиопатий и легкого метаболического ацидоза 

2) Синдром Альперса (прогрессирующая склерозирующая полидистрофия 

Дегенерация серого вещества мозга в сочетании с  циррозом печени 

Дефицит комплекса 5 (АТФ-синтетаза) :

 Проявляется  задержкой психомоторного развития, пигментным ретинитом, деменцией,  судорогами, атаксией и мышечной  слабостью. 

Течение заболевания  прогрессирующее, с неблагоприятным  прогнозом. 

Дефицит Коэнзима-Q :

Метаболические  кризы 

Мышечная слабость и утомляемость 

Офтальмоплегия 

Глухота 

Снижение зрения 

Инсультоподобные эпизоды 

Атаксия 

Миоклонус-эпилепсия 

Синдром Фанкони 

Эндокринные нарушения 

Прогрессирующее течение 

Снижение активности ферментов дыхательной цепи 

Заболевания, связанные с нарушением метаболизма молочной и пировиноградной кислот

Дефицит пируваткарбоксилазы :

Аутосомно-рецессивный  тип наследования 

Дебют заболевания  в неонатальном периоде 

Симптомокомплекс "вялого ребенка" 

Судороги, резистентные к терапии 

Высокие коцентрации кетоновых тел в крови, гипераммониемия, гиперлизинемия 

Снижение активности пируваткарбоксилазы в скелетных мышцах 

Дефицит пируватдегидрогеназы :

1) В неонатальном периоде :

Черепно-лицевая  дизморфия 

Судороги, резистентные к терапии 

Нарушение дыхания  и сосания 

Симптомокомплекс "вялого ребенка" 

Дисгинезии мозга 

Выраженный ацидоз с высоким содержанием лактата и пирувата 

Снижение активности пируватдегидрогеназы 

2) На первом году жизни :

Микроцефалия 

Задержка психомоторного развития 

Атаксия 

Мышечная дистония 

Хореоатетоз 

Лактат-ацидоз с высоким содержанием пирувата 

Снижение активности пируватдегидрогеназы 

Дефицит дигидролипоилтрансацетилазы :

Аутосомно-рецессивный  тип наследования 

Дебют заболевания  в неонатальный период 

Микроцефалия 

Задержка психомоторного развития 

Мышечная гипотония  с последующим повышением мышечного  тонуса 

Атрофия дисков зрительных нервов 

Лактат-ацидоз 

Снижение активности дигидролипоилтрансацетилазы 

Дефицит дигидролипоилдегидрогеназы :

Аутосомно-рецессивный  тип наследования 

Дебют заболевания  на первом году жизни 

Симптомокомплекс "вялого ребенка" 

Дисметаболические кризы со рвотой и диареей 

Задержка психомоторного развития 

Атрофия дисков зрительных нервов 

Лактат-ацидоз 

Повышение содержания в сыворотке крови аланина, альфа-кетоглутарата, альфа-кетокислот с разветвленной цепью 

Снижение активности дигидролипоилдегидрогеназы 

Заболевания, обусловленные дефектами бета-окисления жирных кислот

Недостаточность Ацетил-CoA-дегидрогеназы жирных кислот с длинной углеродной цепью :

Аутосомно-рецессивный  тип наследования 

Дебют заболевания  в первые месяцы жизни 

Метаболические  кризы со рвотой и диареей 

Симптомокомплекс "вялого ребенка" 

Гипогликемия 

Дикарбоксиловая ацидурия 

Снижение активности ацетил-CoA-дегидрогеназы жирных кислот с длинной углеродной цепью 

Ацетил-CoA-дегидрогеназы жирных кислот со средней углеродной цепью :

Аутосомно-рецессивный  тип наследования 

Дебют заболевания  внеонатальный период или первые месяцы жизни 

Метаболические  кризы со рвотой и диареей 

Мышечная слабость и гипотония 

Часто развивается  синдром внезапной смерти 

Гипогликемия 

Дикарбоксиловая ацидурия 

Снижение активности ацетил-CoA-дегидрогеназы жирных кислот со средней углеродной цепью 

Ацетил-CoA-дегидрогеназы жирных кислот с короткой углеродной цепью :

Аутосомно-рецессивный  тип наследования 

Различный возраст  дебюта заболевания 

Снижение толерантности  к физическим нагрузкам 

Метаболические  кризы со рвотой и диареей 

Мышечная слабость и гипотония 

Увеличение экскреции  с мочой метилсукциновой кислоты 

Ацетил-CoA-дегидрогеназы жирных кислот с короткой углеродной цепью 

Множественная недостаточность  Ацетил-CoA-дегидрогеназ жирных кислот :

1)Неонатальная форма :

Черепно-лицевая  дизморфия 

Дисгинезии мозга 

Тяжелая гипогликемия и ацидоз 

Злокачественное течение 

Снижение активности всех ацетил-СоА-дегидрогеназ жирных кислот 

2) Инфантильная форма :

Симптомокосплекс "вялого ребенка" 

Кардиомиопатия 

Метаболические  кризы 

Гипогликемия  и ацидоз 

Снижение активности всех ацетил-СоА-дегидрогеназ жирных кислот 

3) Форма с поздним дебютом :

Периодические эпизоды мышечной слабости 

Метаболические  кризы 

Гипогликемия  и ацидоз менее выражены 

Интеллект сохранен 

Снижение активности всех ацетил-СоА-дегидрогеназ жирных кислот 

Ферментопатии цикла Кребса

Дефицит фумаразы :

Аутосомно-рецессивный  тип наследования 

Дебют заболевания  в неонатальном периоде или периоде  новорожденности 

Микроцефалия 

Генерализованная мышечная слабость и гипотония 

Эпизоды летаргии 

Быстро прогрессирующая  энцефалопатия 

Прогноз неблагоприятный 

Дефицит сукцинатдегидрогеназы :

 Редкое заболевание,  характеризующееся прогрессирующей энцефаломиопатией 

Дефицит альфа-кетоглутаратдегидрогеназы :

Аутосомно-рецессивный  тип наследования 

Неонатальный  дебют заболевания 

Микроцефалия 

Симптомокомплекс "вялого ребенка" 

Эпизоды летаргии 

Лактат-ацидоз 

Быстро прогрессирующее  течение 

Снижение содержания ферментов цикла Кребса в тканях 

Синдромы дефицита карнитина и ферментов его метаболизма

Дефицит карнитин-пальмитоилтрансферразы-1:

Аутосомно-рецессивный  тип наследования 

Ранний дебют  заболевания 

Эпизоды не кетонемической гипогликемической комы 

Гепатомегалия 

Гипертриглицеридемия и умеренная гипераммониемия 

Снижение активности карнитин-пальмитоилтрансферразы-1 в  фибробластах и клетках печени 

Дефицит карнитин-ацилкарнитин-транслоказы :

Ранний дебют  заболевания 

Сердечно-сосудистые и дыхательные нарушения 

Симптомокомплекс "вялого ребенка" 

Эпизоды летаргии и комы 

Повышение концентрации эфиров карнитина и длинной углеродной цепью на фоне снижения свободного карнитина в сыворотке крови 

Снижение активности карнитин-ацилкарнитин-транслоказы 

Дефицит карнитин-пальмитоилтрансферразы-2 :

Аутосомно-рецессивный  тип наследования 

Мышечная слабость 

Миалгии, симптом  крампи 

Миоглобинурия 

Снижение активности карнитин-пальмитоилтрансферразы-2 в  скелетных мышцах 

Почечный  дефект транспортной системы карнитина :

Аутосомно-рецессивный  тип наследования 

Миопатический симптомокомплекс 

Эпизоды вялости  и летаргии 

Кардиомиопатии 

Эпизоды гипогликемии 

Снижение уровня карнитина в сыворотке крови  и увеличение его экскреции с  мочой



3. Диагностика

Для постановки диагноза митохондриального заболевания важен комплексный генеалогический, клинический, биохимический, морфологический и генетический анализ.

Диагностика митохондриальных нарушений в первые годы жизни:

Миопатический синдром 

Мышечная слабость, гипотония и атрофия 

Миалгии 

Снижение толерантности  к физическим нагрузкам 

Поражение центральной и  периферической нервной  системы 

Респираторный дистресс-синдром 

Нарушение психомоторного развития 

Судороги 

Атаксия 

Пирамидные расстройства 

Нарушения со стороны  глазодвигателей (наружнгая офтальмоплегия, птоз и пр.) 

Полиневропатия 

Поражение печени 

Прогрессирующая гепатомегалия 

Фиброз печени 

Явления печеночной недостаточности 

Поражение сердца 

Гипертрофическая  кардиомиопатия 

Поражение почек 

Триада Фанкони (фосфатурия, глюкозурия, аминоацидурия) 

Эндокринные нарушения 

Задержка роста 

Гипогликемия 

Поражение слуха 

Нейросенсорная глухота 

Поражение зрения 

Атрофия зрительных нервов 

Пигментная дегенерация  сетчатки 

Катаракта 

Нарушения желудочно-кишечного  тракта 

Повторная рвота 

Диарея 

 Данные морфологических исследований, свидетельствующие о грубой патологии митохондрий :

Пролиферация  митохондрий 

Полиморфизм митохондрий  с нарушением формы и размеров, дезорганизация крист 

Скопления аномальных митохондрий под сарколеммой 

Паракристаллические включения в митохондрии 

Наличие межфибриллярных вакуолей



4. Эпидемиология

Изначально мутации мтДНК считались крайне редкими, однако исследование 3000 здоровых новорожденных на 10 наиболее известных патогенных мутаций, проведённое в 2008 году, выявило таковые у одного человека из 200. «Горячей точкой» в мтДНК оказалась позиция 3243, здесь часто происходит замена A-G, изменяющая функционирование гена MT-TL1.



5. Лечение

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

Поскольку в сперматозоиде, который вносит половину хромосом будущего организма, содержится мало митохондрий, митохондриальная наследственность определяется, в основном, митохондриями яйцеклетки. Сейчас проводятся экспериментальные работы по экстракорпоральному (in vitro) оплодотворению с использованием переноса ядра оплодотворённой яйцеклетки в безъядерную цитоплазму другой яйцеклетки с нормально функционирующими митохондриями (замена ядра).

В комплексное лечение больных МБ рекомендуется включать: препараты-переносчики электронов в дыхательной цепи: коэнзим Q10, янтарная кислота, цитохром С; кофакторы энзимных реакций энергетического обмена: никотинамид, карбонат, рибофлавин, тиамин, цитофлавин, липоевая кислота, актовегин, биотин, карнитин хлорид; препараты, предупреждающие окислительное повреждение митохондриальных мембран (аскорбиновая кислота, витамин Е, мильгамма, бенфотиамин). При кардиомиопатии показаны милдронат, тиотриазолин, предуктал. При наличии когнитивных расстройств следует проводить курсовое лечение нейропротекторами (семакс, церебрум композитум, тиоцетам).



Список использованной литературы:

1. Scarpulla RC. Nuclear control of respiratory gene expression in mammalian cells. J Cell Biochem. 2006.97(4):673-83. PMID: 16329141

2. Finsterer J (2007). «Hematological manifestations of primary mitochondrial disorders». Acta Haematol. 118 (2): 88-98. DOI:10.1159/000105676 - dx.doi.org/10.1159/000105676. PMID 17637511 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17637511?dopt=Abstract.

3. Elliott HR, Samuels DC, Eden JA, Relton CL, Chinnery PF (August 2008). «Pathogenic mitochondrial DNA mutations are common in the general population - linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0002-9297(08)00402-3». Am. J. Hum. Genet. 83 (2): 254-60. DOI:10.1016/j.ajhg.2008.07.004 - dx.doi.org/10.1016/j.ajhg.2008.07.004. PMID 18674747 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18674747?dopt=Abstract.

4. «When Cells Stop Working» dated November 5, 2006 - www.time.com/time/magazine/printout/0,8816,1555122,00.html 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 - dx.doi.org/10.1016/j.mito.2007.07.002. PMID 17881297 - www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17881297?dopt=Abstract.

6. Учебно-методическое пособие для студентов третьего курса медико-диагностического факультета медицинских вузов «Наследственные митохондриальные заболевания» Т.С. Угольник, И. В. Манаенкова; Учреждение образования «Гомельский государственный медицинский университет», кафедра патологической физиологии, 2012

7. Статья «Митохондриальная патология и проблемы патогенеза психических нарушений» В.С. Сухоруков; Московский НИИ педиатрии и детской хирургии Росмедтехнологий (Журнал неврологии и психиатрии, №6, 2008)

Размещено на Allbest.ru

...