Mitochondriální onemocnění Poruchy metabolizmu mastných kys. Patobiochemie hladovění Pavel Ješina Ústav dědičných metabolických poruch 1.LF UK,VFN
Mitochondrie - struktura
Metabolické dráhy v mitochondriích Krebsův cyklus oxidace Ketogeneze Močovinový cyklus Syntéza hemu a porfyrinů
Mitochondriální transportní systém cykly pro přenos transport NADH.H + malát-aspartátový cyklus glycerolfosfátový cyklus přenašeče pro substráty a produkty metab. drah probíhajících v mitochondriích ADP-ATP transokátor import proteinů
Oxidativní fosforylace 43 4 11 13 16 podjednotek
Mitochondriální onemocnění Porucha mitochondriálního energetického metabolizmu - OXPHOS jaderné geny mitochondriální geny Porucha Krebsova cyklu a metabolizmu pyruvátu Poruchy mitochondriální fuze a dělení Porucha stability mitochondriální membrány Odhad incidence 1:4000
Genetické příčiny mitochondriálních chorob mtdna podjednotky OXPHOS rrna trna množství mtdna ndna podjednotkyoxphos mt biosyntetický aparát (replikace, transkripce, translace) import a modifikace proteinů asemblační faktory OXPHOS defekt
jakýkoli příznak, v jakomkoli orgánu, v jakémkoli věku Primárně energeticky náročné orgány nervová soustava, srdce a svaly Munnich et al, OMMBID, Ch 99
Patogenní mechanismy mutace mtdna porucha OXPHOS tvorba kyslíkových radikálů apoptóza nekróza buněk snížená tvorba ATP mutace ncdna porucha bb funkcí
Mitochondriální poruchy způsobené mutacemi v mtdna
Mitochondriální DNA 16 569 párů bazí 13 mrna, 2 rrna; 22 trna 2-20 / mito 10-10 000 / bb
Mitochondriální choroby Mutace v mtdna 13 mrna, 2 rrna 22 trna - >100 mutací Leu; Lys; Ser MELAS; MERRF Schon et al, 2001
Dědičnost mtdna mutací Sporadické mtdna mutace jednoduché delece/duplikace Maternálně děděné mtdna mutace bodové mutace jednoduché delece/duplikace Autosomálně děděné mtdna mutace mnohočetné delece deplece
Heteroplazmie Dělení Maturace Oplození Nízká heteroplazmie Zdravý potomek Vysoká heteroplazmie Postižený potomek Mitochondrie s mutací Mitochondrie bez mutace Jádro Střední heteroplazmie???? Primární oocyt Zralý oocyt Segregace mtdna Mitochondrial genetic bottleneck
Prahový efekt velké delece bodové mutace % mutované mtdna Nelineárnívztah mezi heteroplazmií a poruchou funkce/množství Tkáňová heterogenita heteroplazmií
Segregace mtdna v rodinách s mutacemi NARP (8993), MELAS (3243) a MERRF (8344). NARP MELAS MELAS MERRF
7512T>C mutace v mtdna Krev: 92% Bukál.sliznice: 86% Fibroblasty: 94% Krev: 68% Bukální slizn.: 59% Vlas.folikuly: 73% Sval: 95% Krev: 91% Fibroblasty: 92% Sval: 95% Krev: 93% Fibroblasty: 94% Buk.slznice: 92% Vlas.folikuly: 95% Krev: 71% Buk.sliznice: 74% Vlas.folikuly: 87%
Mitochondriální nemoci způsobené mutacemi v mtdna NARP/Leigh syndrom neurogenní svalová slabost, ataxie, retinitis pigmentosa - 8993T>G a další -psychomotorická retardace, laktátová acidóza, nekróza bazálních ganglií LHON Leberova hereditární optická neuropatie -11778 G>A; 3460G>A; 14484T>C podjednotky komplexu I - akutní/subakutní ztráta zraku v dopělosti - 4x u mužů MERRF myoclonic epilepsy, ragged red fibres - 8344 G>A (trna pro Lys) a další - hluchota senzorineurální MELAS mit. encephalomyopathy, laktátová acidóza, stroke-like episodes - 3243A>G (trna pro Leu) a další - diaetes mellitus.
Prahový efekt NARP - 8993T>G mut mtdna 31 % nástup - symptomy zdraví 82 % dospělost ataxia retinopatie 93 % 95 % dětství novorozenci NARP Leigh syndrom syndrom Threshold Mutant mtdna level Defekt
Leigh syndrom Neurodegenerativní onemocnění se začátkem obvykle před 1 rokem věku vedoucí k úmrtí během několika měsíců nebo let. subakutní sklerozující encefalomyelopatie Degenerace bazálních ganglií, progresivní průběh se zhoršováním motoriky a vývoje, nepravidelné dýchání, ataxie, hyperlaktacidemie, svalová slabost, křeče. Přechodné fenotypy Deficity : ATP syntázy - 8993T>G a další Pyruvátdehydrogenázový komplex (PDH)(E1α gene), Cytochrom c oxidázy (complex IV) často deficit SURF-1, asemblačního proteinu komplexu IV NADH-ubichinon oxidoreduktáza (komplex I) jaderně i mitochondriálně kodované podjednotky (jiné komplexy respiračního řetězce)
Mitochondriální nemoci způsobené mutacemi v mtdna NARP/Leigh syndrom neurogenní svalová slabost, ataxie, retinitis pigmentosa - 8993T>G a další -psychomotorická retardace, laktátová acidóza, nekróza bazálních ganglií LHON Leberova hereditární optická neuropatie -11778 G>A; 3460G>A; 14484T>C podjednotky komplexu I - akutní/subakutní ztráta zraku v dopělosti - 4x u mužů MERRF myoclonic epilepsy, ragged red fibres - 8344 G>A (trna pro Lys) a další - hluchota senzorineurální MELAS mit. encephalomyopathy, laktátová acidóza, stroke-like episodes - 3243A>G (trna pro Leu) a další - diaetes mellitus.
Leberova hereditární optická neuropatie-lhon Theodore Leber http://www.snof.org/maladies/leber.html LHON je maternálně dědičná akutní optická atrofie s pozdním začátkem. V některých rodinách se vyskytuje i neuritida optiku. Neúplná penetrance (U 40% mužů a 10% žen se vyvinou příznaky) LHON je způsoben homoplasmickými mutacemi mitochondriální DNA Více než 90% evropských a asijských případů LHON je způsobeno třemi bodovými mutacemi mtdna Mutace G na A v genu MTND4 v posici 11778 (MTND4*LHON11778A) způsobuje asi 50% evropských a asi 90% asijských případů LHON Dále MTND1*LHON3460A (ND1 Ala52Thr) a MTND6*LHON14484C (ND6 Met64Val). Řada vzácnějších mutací mtdna zřejmě také způsobuje LHON
Rodokmen rodiny s LHON maternální dědičnost
Mitochondriální nemoci způsobené mutacemi v mtdna NARP/Leigh syndrom neurogenní svalová slabost, ataxie, retinitis pigmentosa - 8993T>G a další -psychomotorická retardace, laktátová acidóza, nekróza bazálních ganglií LHON Leberova hereditární optická neuropatie -11778 G>A; 3460G>A; 14484T>C podjednotky komplexu I - akutní/subakutní ztráta zraku v dopělosti - 4x u mužů MERRF myoclonic epilepsy, ragged red fibres - 8344 G>A (trna pro Lys) a další - hluchota senzorineurální MELAS mit. encephalomyopathy, laktátová acidóza, stroke-like episodes - 3243A>G (trna pro Leu) a další - diabetes mellitus.
Ragged red fibres Defekty mtdna MERRF Svalová biopsie
Mitochondriální nemoci způsobené delecemi/duplacemi/deplecemi mtdna http://www.nature.com Progresivní externí oftalmoplegie Pearsonův syndrom Kearns-Sayreův syndrom
Mitochondriální nemoci způsobené delecemi/duplacemi/deplecemi mtdna PEO progresivní externí oftalmoplegie
Mitochondriální nemoci způsobené delecemi/duplacemi/deplecemi mtdna Syndrom Kearns-Sayre http://www.snof.org/maladies/kearnssayre.html Oftalmoplegie, ptóza a mitochondriální myopatie před 20 lety věku Další příznaky : pigmentová retinitida a nejméně jeden z následujících příznaků: převodní srdeční porucha, mozečková ataxie, zvýšená koncentrace bílkoviny v likvoru (více než 100 mg/dl) Obvykle způsobeno delecemi či duplikacemi v mtdna Pearsonův syndrom anémie/pancytopenie, dysfunkce pankreatu a jater v dětství - přeživší přecházejí do Kearns-Sayre syndrom
Mitochondriální poruchy způsobené mutacemi v jaderné DNA
Defekty jaderné DNA jaderná DNA - replikace, transkripce, translace, oprava asemblace, strukturální podjednotky defekty v genech pro strukturální podjednotky komplexů OXPHOS Leigh syndrom, kardiomyopatie, ataxie, encefalomyopatie, myoklonická epilepsie, atrofie optiku; hereditaární paragangliomy, defekty ve assemblačních genech COX SURF-1, SCO2, SCO1, COX10, COX15, ATPáza ATP12, TMEM70
Defekty jaderné DNA Integrita a replikace mtdna thymidin fosforyláza ANT1, twinkle, polymeráza (POLG ) Transport proteinů Fission / fuse mitochondrií OPA1 Stabilita mitochondriální membrány Bartův syndrom
Leigh syndrom několik příčin defekt SURF1 těžké neurodegenerativní onemocnění dětská populace nekróza basálních ganglií a mozkového kmene fatální průběh Nekompletní formy COX Chybění regulačních nc-kódovaných podjednotek Labilita subkomplexů porucha H+transportu
Defekty ATPázy jaderného původu TMEM70 Nástup v novoroz.věku 14/14 Úmrtí 7/14 (4; 3) Žijící ( 3; 5; 10 let) 7/14 (3;2;3) Kardiomyopatie 13/14 Hypotonie 12/13 Psychomotor.retardace 10/10 Hepatomegalie 6/14 Dysmorfie obličeje 5/14 Hyperlaktacidémie 14/14 3-methylglutakon.acidurie 12/12 ATP hydrolýza <30% 13/13 ATP produkce <30% 4/4 Snížený obsah ATPázy 13/13 Sperl, Ješina et al, Neuromuscul.Disord., 2006
Poruchy Krebsova cyklu a metabolizmu pyruvátu Deficit pyruvát karboxylázy Deficit fosfoenolkarboxykinázy Deficit fumarázy Deficit transportétu pro pyruvát. Deficit pyruvátdehydrogenázy (PDH) E1 podjednotka (α) je X vázaná Charakteristické fenotypy: neonatální laktátová acidóza, Leigh syndrom, encefalopatie, ataxie, svalová slabost, vývojové opoždění, degenerace bazálních ganglií U žen: křeče, subkortikální a kortikální atrofie Deficity ostatních podjednotek jsou vzácné E3 podjednotka (AR) Léčba: ketogení dieta, thiamin Nepříznivá prognóza
Struktura mitochondrií
Poruchy metabolizmu mastných kyselin
Poruchy metabolizmu mastných kyselin Porucha transportu (karnitinový cyklus) Porucha β-oxidace MK Příznaky se často objevují po hladovění, fyzické zátěži, při katabolizmu Hypoglykémie Nízké koncentrace ketolátek v krvi a moči U některých onemocnění svalová slabost, rhabdomyolýza, kardiomyopatie www.annualreviews.org (Bennett MJ, Fatty acid oxidation disorders, 2002)
Karnitinový cyklus CPT1 karnitin palmitoyl transferasa I CPT2 - karnitin palmitoyl transferasa II CACT karnitine /acylkarnitine translokase CPT I a CACT vzácné CPT I hepatopatie, RTA CACT - kardiomyopatie, srdeční selhání, arytmie, jaterní selhání CPT II časná forma podobná CACT - late onset sval.slabost, rhabdomyolýza, netolerance cvičení www.bioscience.org
Porucha β-oxidace mastných kyselin VLCAD infantilní forma SIDS - late onset rhabdomyolýza, intol.cvičení LCHAD a MTP (trifunkční protein) kardiomyopatie, intol.cvičení, hepatopatie, retinopatie, neuropatie, rhabdomyolýzy, Reye-like epizody (hypoglykémie, hyperamonémie, hepatopatie, steatóza jater) - gravidní matky HELLP - dg OH-acylkarnitiny, U-OK - th nízkotuková dieta, antihypoglyk.režim, MCT oleje, režimová opatření
Porucha beta-oxidace MK MCAD nejčastější 1:6000 v Evropě - prevalentní mutace p.k329e - příznaky - není primární myopatie - jaterní postižení po lačnění - hypoglykémie, zvracení, porucha vědomí, křeče, SCID - asymptomatické období před atakou!!! - dg novorozenecký screening, profil karnitinu - th antihypoglyk.režim, režimová opatření SCAD široké klinické spektrum Asymptomatičtí jedinci neprospívání život ohrožující ataky hypoglykémie, koma
Poruch beta-oxidace MK Hlavní symptomy široká symptomatologie Svalové postižení - sval.slabost, hypotonie, intolerance cvičení, rhabdomyolýzy, intolerance cvičení Jaterní postižení Reye-like Postižení srdce Hladovění, chlad, infekce, katabolizmus, fyz.zátěž, Široké spektrum akutní x chronické - infantilní x late onset - izolované x multisystémové
Patobiochemie hladovění
Patobiochemie lačnění/hladovění Lačnění po vstřebání nutrientů ze stravy před hladověním glukóza v krvi -> inzulin a glukagon -> glykolýza, lipogeneza, glykogeneza, proteosyntéza Hladovění - 3 fáze časná fáze glukoneogenetická adaptační fáze terminální fáze kritická, celkový katabolizmus
Patobiochemie lačnění/hladovění Časná glukoneogenetická fáze normoglykémie Glykogenolýza v játrech Glukoneogeneza v játrech Coriho cyklus; Alaninový cyklus BCAA ve svalech a Gln (GIT, ledviny)
Patobiochemie lačnění/hladovění Adaptační fáze hodiny/dny po vyčerpání glykogenu útlum glukoneogenezy (glukóza z glycerolu) spuštění lipolýzy hormone sens.lipáza ( glucagon, adrenalin; insuline) glycerol v játrech β-oxidace mastných kyselin ve svalu, srdci, játrech, ledvinách ketogeneza (v játrech) a ketolýza (v mozku, svalech, srdci) snaha o zamezení katabolizmu bílkovin
Patobiochemie lačnění/hladovění Terminální/kritická fáze dny/týdny totální vyčerpání glykogenu, tuků proteokatabolizmus o úbytek svalů o omezená imunitní reakce ( Ig) o koagulopatie o porucha reparace tkání o nefuknční enzymy, transportéry tvorba, ATP o. o smrt
DMP a hladovění/lačnění Glykogenózy ketotická hypoglykémie, příznak druhého dechu Poruchy β-oxidace MK neketotická hypoglykémie Poruchy ketogeneze neketotická hypoglykémie Poruchy ketolýzy - hyperketotická hypoglykémie Organické acidurie (MMA, PA, Leucinóza, IVA, ), poruchy močovinového cyklu - zamezení katabolizmu aminokyselin ketotické hypoglykémie, hyperamonémie ketoacidóza, laktátová acidóza
Děkuji za pozornost