Mitokondriosairauksien diagnosointi

Mitokondriosairauksien periytyvyyden ja kliinisten oireiden ilmentymisen arviointi

Koska myotokondriaaliset sairaudet voivat joissakin tapauksissa johtua tuman genomin vaurioista, taudin siirtyminen vastaa Mendelin periytymislakeja. Tapauksissa, joissa taudin kehittymisen aiheuttavat mitokondrioiden DNA:n mutaatiot, periytyminen vastaa mitokondriotyyppiä eli se periytyy äidin linjaa pitkin. Lopuksi, kun patologia kehittyy samanaikaisesti tuman ja mitokondrioiden genomien geenien vaurioitumisen kanssa, periytyminen on monimutkaista ja määräytyy useiden tekijöiden perusteella. Tässä suhteessa sukututkimusanalyysissä muodollisen ominaisuuden (periytymisen luonne sukupuun mukaan) perusteella voidaan todeta useimmat erilaiset periytymistyypit: autosomaalinen dominantti, autosomaalinen resessiivinen, X-kromosomiin kytkeytynyt ja mitokondriaalinen.

Myotokondriaalisten sairauksien, kuten pyruviinihapon aineenvaihdunnan häiriön tai rasvahappojen beeta-oksidaation, Krebsin syklin, kehittyminen liittyy tuman genomigeenien mutaatioihin. Näille patologioille on ominaista autosomaalinen peittyvä periytyminen, kun vanhemmat ovat mutaatioiden kantajia (heterotsygootit) ja lapsi on sekä isältä että äidiltä saatujen periytyvien mutaatioiden kantaja (homotsygootti). Vanhemmat ovat yleensä ulkoisesti terveitä, ja samanlaista sairautta tai sen mikromerkkejä tulisi etsiä sairaan lapsen sisaruksilta (proband sibs) sekä äidin ja isän puolen sukulaisilta (serkut).

Resessiivisen, X-kromosomiin kytkeytyvän perintötyypin tapauksessa (esim. vastasyntyneen glutaarihappouria tyyppi II tai pyruviinikompleksin E1-alayksikön puutos, Menkesin tauti jne.) pojat sairastuvat useammin, ja äidit kantavat mutaatioita ja siirtävät ne pojilleen. Äidin puoleinen periytyminen eroaa X-kromosomiin kytkeytyvästä periytymisestä siinä, että molemmat sukupuolet ovat sairaita. Näissä tapauksissa sukupuuta analysoitaessa on tarpeen analysoida taudin esiintyvyys miehillä, koska se ei ilmene naisilla. Sukupuu ei osoita taudin siirtymistä isä-poika-linjaa pitkin, koska isä voi siirtää pojalleen vain Y-kromosomin.

Kun sairaus kehittyy mitokondrioiden genomin vaurion vuoksi (esimerkiksi useat hengitysketjusairaudet, Leberin näköhermoneuropatia, MELAS-, MERF- ja NARP-oireyhtymät), äidin puoleinen periytyminen jäljitetään, koska lapsi perii mitokondriot äidiltään, ja hän voi siirtää ne sekä pojille että tytöille. Näin ollen molemmat sukupuolet kärsivät yhtä paljon. Tässä suhteessa taudin siirtyminen äidin puolelta tulisi jäljittää sukupuussa.

Sukupuuta analysoitaessa ja sukulaisilta mitokondriosairauksien oireita etsittäessä on muistettava, että taudin vakavuus (oireiden ilmentyvyys) voi vaihdella suuresti, mikä voi johtua vaurioituneiden mitokondrioiden eri määrästä, niiden vaurioiden luonteesta, mutaatioiden erilaisesta jakautumisesta soluissa jne. Näin ollen ei ole aina mahdollista havaita selviä sairauksien merkkejä. Joissakin tapauksissa havaitaan joko yksittäisiä, poistuneita oireita tai merkkejä, jotka voidaan havaita kohdennetun haun aikana.

Mitokondrioiden patologian kehittymiseen voi liittyä mitokondrioiden laajojen alueiden vaurioituminen, niin sanotut mikrodeleetiot (esimerkiksi Kearns-Sayren oireyhtymä, Pearsonin oireyhtymä, jotkut kuurouden aiheuttamat diabetes mellituksen muodot, etenevä ulkoinen oftalmoplegia jne.). Näissä tapauksissa tyypillisiä oireita ei usein havaita sukulaisilla, koska sairauksien kehittyminen liittyy uusien mutaatioiden syntymiseen, jotka tapahtuivat tsygootissa välittömästi munasolun hedelmöityksen jälkeen ( de novo -mutaatio). Tauti on satunnainen. Usein näiden sairauksien ohella useat mitokondrioiden DNA:n useisiin mutaatioihin liittyvät tilat periytyvät autosomaalisesti dominanttisti: esimerkiksi joillakin enkefalomyopatian muodoilla ja silmävaurioita aiheuttavalla myopatialla on mtDNA-mutaatioista (useita deleetioita) huolimatta autosomaalisesti dominantti periytymistapa.

Toisin kuin Mendelin perintötavassa, mitokondrioiden patologiassa autosomaalisesti dominantin perintötyypin ominaispiirre on suuri määrä sairastuneita yksilöitä seuraavissa sukupolvissa.

Lopuksi, jotkin mitokondriosairaudet, jotka usein liittyvät mtDNA:n mitokondrioiden vähenemiseen tai niiden puuttumiseen soluista, voivat periä autosomaalisesti peittyvästi. Näitä ovat synnynnäiset myopatian muodot, kardiomyopatia, neurodistress-oireyhtymä, maitohappoasidoosi, maksavauriot jne.

Taudin perinnöllisen siirtymisen luonteen tutkiminen on tärkeää lääketieteellisen ja geneettisen ennusteen kannalta ja vaatii kliinisten oireiden syvällistä analyysiä, jossa tiedetään mitokondriaalisen patologian muodostumismekanismit ja sen perintötyypit.

Kliinisten oireiden ilmeneminen vaihtelee suuresti elämän ensimmäisistä päivistä aikuisuuteen. Tätä indikaattoria analysoitaessa on otettava huomioon nosologiset muodot, koska jokaisella niistä on tietty debyytti-ikä.

Mitokondriosairauksissa havaitut aineenvaihduntahäiriöt ovat valtaosassa tapauksista eteneviä. Alkuoireet ovat usein lieviä, mutta etenevät sitten ja voivat johtaa merkittäviin toimintakykyä heikentäviin sairauksiin. Harvinaiset sairaudet, kuten hyvänlaatuinen infantiili myopatia ja jotkin Leberin optikusneuropatian muodot, voivat olla hyvänlaatuisia ja taantua.

Laboratoriokokeiden aikana kiinnitetään huomiota mitokondriosairauksien tyypillisiin oireisiin:

• asidoosin esiintyminen;
• kohonneet laktaatti- ja pyruvaattipitoisuudet veressä, laktaatti/pyruvaatti-indeksin nousu yli 15:llä, erityisesti glukoosikuorman tai fyysisen rasituksen yhteydessä;
• hyperketonemia;
• hypoglykemia;
• hyperammonemia;
• lisääntyneet asetoasetaatin ja 3-hydroksibutyraatin pitoisuudet;
• kohonnut 3-hydroksibutyyrihapon ja asetoetikkahapon suhde veressä;
• kohonneet aminohappojen pitoisuudet veressä ja virtsassa (alaniini, glutamiini, glutamiinihappo, valiini, leusiini, isoleusiini);
• kohonneet rasvahappojen pitoisuudet veressä;
• orgaanisten happojen liikaeritys virtsaan;
• karnitiinin määrän väheneminen veressä;
• myoglobiinipitoisuuden lisääntyminen biologisissa nesteissä;
• mitokondrioentsyymien aktiivisuuden väheneminen myosyyteissä ja fibroblasteissa.

Näiden indikaattoreiden diagnostinen arvo on suurempi ruokakuormituksen yhteydessä kuin tyhjän vatsan yhteydessä. Käytännössä diagnostinen testi on osoittautunut hyväksi: laktaatin määrittäminen veressä glukoosikuorman taustalla, mikä mahdollistaa hengitysketjun häiriön selkeämmän havaitsemisen lisäglukoosikuorman yhteydessä.

Mitokondrioiden toimintahäiriöiden ja niiden spesifisten nosologisten muotojen laboratoriodiagnostiikassa tavanomaiset, rutiininomaiset biokemialliset tutkimusmenetelmät eivät riitä, vaan on tarpeen suorittaa erityistestejä. Entsyymien aktiivisuuden analysointi on erityisen kätevää luustolihasten biopsioissa kuin muissa kudoksissa. On mahdollista määrittää hengitysketjun entsyymien, erityisesti sitraattisyntetaasin, sukkinaattidehydrogenaasin ja sytokromi C -oksidaasin, aktiivisuus.

Morfologisten ja molekyyligeneettisten tutkimusten tiedot

Morfologisilla tutkimuksilla on erityinen merkitys mitokondrioiden patologian diagnosoinnissa. Niiden suuren informatiivisen arvon vuoksi tarvitaan usein lihaskudosbiopsiaa ja saatujen biopsioiden histokemiallista tutkimusta. Tärkeitä tietoja voidaan saada tutkimalla materiaalia samanaikaisesti valo- ja elektronimikroskopialla.

Yksi mitokondriosairauksien tärkeistä markkereista on vuonna 1963 vakiintunut "repuisten" punaisten kuitujen ilmiö [RRF-ilmiö (ragged red fibres)]. Se liittyy geneettisesti muuntuneiden poikkeavien mitokondrioiden muodostumiseen lihaskuidun reunalle proliferaation ja fokaalisen kertymisen vuoksi. Tämä ilmiö havaitaan valomikroskopialla käyttämällä erityistä Gomori-värjäystä, mutta viime vuosina tähän tarkoitukseen on käytetty erilaisia mitokondriomarkkereita ja erilaisia immunologisia menetelmiä.

Muita mitokondrioiden patologian morfologisia merkkejä ovat:

• mitokondrioiden koon jyrkkä kasvu;
• glykogeenin, lipidien ja kalsiumkonglomeraattien kertyminen subarkolemmaan;
• mitokondrioiden entsyymien aktiivisuuden heikkeneminen;
• sukkinaattidehydrogenaasin (SDH), NADH-oksidoreduktaasin, sytokromi C -oksidaasin jne. aktiivisuusentsyymien rakeiden jakautumisen häiriintyminen

Mitokondriosairauksia sairastavilla potilailla lihaskudoksen valomikroskopia voi paljastaa epäspesifisiä morfologisia oireita: lihaskuitujen paikallista nekroosia, sarkoplasmamassan kertymistä, sarkoplasman subarkolemmaalisten alueiden hajoamista, sarkoplasman basofiliaa, lihasytimien määrän lisääntymistä, regeneraatioprosessien aktivoitumista jne.

"Ripuneille" punaisille kuituille ominaisen ilmiön roolin tutkimus osoitti sen merkityksen sellaisten tilojen diagnosoinnissa kuin MELAS, MERRF, Kearns-Sayren oireyhtymät, krooninen etenevä oftalmoplegia ja muut mtDNA-mutaatioihin liittyvät sairaudet. Tämä ilmiö voi kehittyä myös muissa sairauksissa: Duchennen lihasdystrofiassa, dermatomyosiitissa, myotonisessa dystrofiassa, lääkkeiden (klofibraatti) käytössä ja muissa patologisissa tiloissa. Siten primaaristen mitokondriosairauksien ohella RRF-ilmiö voi liittyä sekundaarisiin mitokondrioiden toimintahäiriöihin.

Nykyään lihaskudoksen histokemiallinen ja elektronimikroskooppinen tutkimus mitokondrioiden vajaatoiminnan oireiden havaitsemiseksi on yleistynyt. Joissakin tapauksissa ne auttavat diagnoosin tekemisessä, erityisesti silloin, kun lihaskudoksen morfologinen kuva on valomikroskopian tietojen perusteella normaali.

Elektronimikroskooppiset merkit - mitokondrioiden lisääntymisen havaitseminen, niiden muodon ja koon muutokset, kristojen hajoaminen ja suurentuminen, epänormaalien mitokondrioiden kertyminen sarkolemman alle, lipidien ja epänormaalien parakiteisten (pääasiassa proteiinista koostuvien) tai osmofiilisten sulkeumien kertyminen sisä- ja ulkokalvojen väliin tai kristojen sisään, pallomaiset klusterit, jotka usein sijaitsevat matriisissa (koostuvat pääasiassa triglyserideistä) jne.

Joillakin potilailla voidaan havaita sytokemiallisia poikkeavuuksia leukosyyteissä.

Biokemiallisten ja morfologisten tutkimusten kokonaisuutta täydentävät nykyaikaiset molekyylidiagnostiikan menetelmät (ydin- tai mitokondriomutaatioiden havaitseminen), jotka suoritetaan erikoistuneissa DNA-diagnostiikkalaboratorioissa. Mitokondriosairauksissa havaitaan erityyppisiä mutaatioita: pistemutaatioita, deleetioita, duplikaatioita, kvantitatiivisia DNA-poikkeavuuksia jne.

Jos mitokondriaalisessa DNA:ssa ei ole mutaatioita ja epäillään mitokondriaalista patologiaa, suoritetaan ydin-DNA-tutkimus.

Diagnostiset kriteerit

Mitokondriosairauksien diagnostisia kriteerejä on kaksi ryhmää. Pääasialliset diagnostiset kriteerit (ensimmäinen ryhmä).

• Kliininen:
  • vakiintuneet diagnoosit: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, Pearsonin oireyhtymät, Leberin neuropatia, Leighin ja Alpersin taudit;
  • kahden tai useamman seuraavista oireista esiintyminen:
    • monisysteeminen leesio, patognomoninen hengitysketjusairauksille;
    • etenevä kulku pahenemisvaiheiden tai mitokondriaalisten mutaatioiden esiintymisen kanssa perheessä;
    • aineenvaihduntasairauksien ja muiden sairauksien poissulkeminen asianmukaisilla testeillä.
• Histologinen - RRF-ilmiön havaitseminen yli 2%:ssa lihaskudoksesta.
• Entsymaattinen:
  • sytokromi c -oksidaasi-negatiiviset kuidut;
  • hengitysketjukompleksin entsyymien aktiivisuuden heikkeneminen (<20 % normaalista kudoksessa, <30 % soluissa tai useissa kudoksissa).
• Toiminnallinen - ATP-synteesin väheneminen fibroblasteissa yli 3 standardipoikkeamalla.
• Molekyyligeneettiset - patogeenisesti merkittävät ydin- tai mtDNA-mutaatiot.

Lisädiagnostiset kriteerit (toinen ryhmä).

• Kliiniset - epäspesifiset oireet, joita esiintyy hengitysketjun sairauksissa (kuolleisuus, sikiön motorisen aktiivisuuden heikkeneminen, vastasyntyneen varhainen kuolema, liikehäiriöt, kehityshäiriöt, heikentynyt lihasjänteys vastasyntyneen aikana).
• Histologinen - pieni prosenttiosuus RRF-ilmiöstä, mitokondrioiden subarkolemmainen kertyminen tai niiden poikkeavuudet.
• Entsymaattinen - hengityskompleksientsyymien alhainen aktiivisuus (20-30% normaalista kudoksessa, 30-40% soluissa tai solulinjoissa).
• Toiminnallinen - ATP-synteesin väheneminen fibroblasteissa 2-3 standardipoikkeamalla tai fibroblastien kasvun puuttuminen galaktoosia sisältävässä väliaineessa.
• Molekyyligeneettinen - mutaatioiden havaitseminen ydin- tai mtDNA:ssa oletetun patogeneettisen yhteyden kanssa.
• Aineenvaihdunta - yhden tai useamman metaboliitin havaitseminen, joka viittaa solujen bioenergeettisen toiminnan häiriöön.

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