КЛІНІКО-ГЕНЕТИЧНА І МОЛЕКУЛЯРНА ДІАГНОСТИКА МІТОХОНДРОПАТІЙ

Ю.Б. Гречаніна

Кафедра медицинской генетики хдму Харківський спеціалізований медико-генетичний центр

Лекція

Мітохондрії – це великі складні органели клітини, які створюють більшу частину запасу енергії клітини у вигляді молекул АТФ. Вони мають дві мембрани: зовнішню, яка відділяє органелу від цитоплазми і внутрішню, яка створює багаточисельні крипти. Зовнішня мембрана відрізняється високим рівнем проникливості. Внутрішня мембрана містить деякі ферменти циклу лимонної кислоти.

Встановлено, що мітохондрії мають еукаріотичні органели дихання та респіраторно-дихальний АТФ-синтез. В більшості клітин мітохондрії несуть на собі додаткові функції: вони синтезують ліпіди, амінокислоти, піримідини, ліпіди, гем та інші метаболіти. Вони нагадують хімічні заводи, які виробляють широку палітру речовин, мають багаточисельні функції і не можуть покинути клітину. Деякі мітохондріальні протеїни закодовані нуклеарними генами, які синтезовані в екстрамітохондріальній цитоплазмі.

Мітохондрії мають свої особисті ДНК, РНК і рибосоми, самі синтезують частину своїх білків, розмножуються шляхом поділу надвоє. Мітохондріям необхідні білки, які кодуються генами нуклеарних хромосом.

Мітохондрії є «енергетичними субстанціями» клітин. Для участі в енергетичному обміні мітохондрії забезпечуються більш ніж 50 ферментами і ферментними комплексами, які складаються із 40 різних білків.

Таким чином, якщо наступає дефект в мітохондріальній системі, страждає енергетичний обмін у цілому і органи, які містять найбільшу кількість мітохондрій (печінка, мозок, серце, очі).

У 1981 р. у лабораторії молекулярної біології Медичного дослідницького Центру у Кембриджі, науковою групою Ф.Сєнгера була розшифрована нуклеотидна структура ДНК мітохондрій (мтДНК) людини.

За останні роки відкриті патологічні мутації мтДНК в кожному типі мітохондріальних генів і вони лежать в основі мітохондріальних захворювань.

Мітохондріальні захворювання (МТХЗ) класифікуються за типом мутацій. Чим більше накопичується мутацій у мтДНК, тим важче перебіг захворювання. В роботі була використана класифікація мітохондропатій, яка складена у 1992 році Wallace:

1. Місенс-мутантні:

• нейроофтальмопатія Лебера;

• пігментний ретиніт.

2. Мутації у генах т-РНК:

• синдром MERRF,

• синдром MELAS.

3. Делеції або дуплікації ділянок мтДНК:

• зовнішня офтальмопатія;

• синдром Кернса-Сейра;

• синдром Пірсона;

• асиметричний птоз;

• двобічний птоз, який сполучений з офтальмопарезом та слабкістю м’язів нижніх кінцівок;

• ділятаційна кардіоміопатія;

• NARP-синдром

4. Мутації, що знижують число копій мтДНК:

• летальна інфантильна дихальна недостатність;

• синдром молочнокислого ацидозу.

5. Мутації в ядерній ДНК:

• фумарова ацидемія;

• глутарова ацидемія;

• дефіцит ацил-Ко-А-дегідрогенази жирних кислот з довгим вуглецевим ланцюгом;

• дефіцит 3-гідроксіацил-СоА-дегідрогенази жирних кислот з довгим вуглецевим ланцюгом;

• дефіцит ацил-СоА-дегідрогенази жирних кислот з середнім вуглецевим ланцюгом;

• дефіцит ацил-СоА-дегідрогенази жирних кислот з коротким вуглецевим ланцюгом;

• підгостра некротизуюча енцефаломієлопатія Лея;

• прогресуюча склерозуюча поліодистрофія Альперса;

• трихополідистрофія Менкеса.

Для мітохондропатій притаманні наступні органопатії - енцефалопатія, офтальмопатія, міопатія, кардіопатія. Зустрічається також ураження інших органів та систем – нирок, печінки, шкіри. Ураження скелета при мітохондропатіях носить вторинний характер. Найбільш часто зустрічаються низькорослість, кіфоз, сколіоз, лордоз. Можуть відмічатись деформація грудної клітини, дисплазія миско-стегневих суглобів, черепно-лицьові дизморфії.

За період з 2001 – 2004 рр. було обстежено 57 хворих, із них з мітохондропатією - 53, синдромом MELAS - 3, MERRF – 1. Скелетні аномалії, які зустрічались при даних варіантах мітохондропатій: сколіоз 28(62,2%), кіфоз 7(15,6%), дисплазія тазомискових суглобів 1(2,2%), черепно-лицьові дізморфії 18(40%), деформація грудної клітини 5(11,1%), лордоз 3(6,7%), деформація верхніх кінцівок 21(46,7%), деформація нижніх кінцівок 19 (42,2%). У 4 пацієнтів (8,89%) скелетних аномалій не виявлено.

За період з 2001 – 2004 рр. було обстежено 57 хворих, із них з мітохондропатією - 53, синдромом MELAS - 3, MERRF – 1. Скелетні аномалії, які зустрічались при даних варіантах мітохондропатій: сколіоз 28(62,2%), кіфоз 7(15,6%), дисплазія тазомискових суглобів 1(2,2%), черепно-лицьові дізморфії 18(40%), деформація грудної клітини 5(11,1%), лордоз 3(6,7%), деформація верхніх кінцівок 21(46,7%), деформація нижніх кінцівок 19 (42,2%). У 4 пацієнтів (8,89%) скелетних аномалій не виявлено.

У рамках сумісного проекту «Всебічний аналіз епідеміології і механизмів експресії мітохондріальних хвороб у слов’янських популяціях Східної України» з лабораторією молекулярної генетики і генетики розвитку людини при Інституті цитології і генетики Сибірського відділення РАН (м.Новосибірськ, Росія) і лабораторією молекулярної антропології при Пенсильванському університеті (м.Філадельфія, штат Пенсильванія, США) проведено обстеження 49 пацієнтів, які состоять на обліку в ХЦКГ та ПД з підозрою на мітохондропатію.

Із застосуванням сучасних технологій, таких як, секвенування і ПДРФ-аналіз провели дослідження мтДНК, яка виділена із зразків крові та волосся. Зразки були проскріновані на мутацію 8993T/C/G, яка асоційована з хворобою NARP/LEIGH'S, і мутацію 13513G/A, яка звичайно досліджується у випадках з MELAS синдромом, а також і при синдромі Лея. Мутації не були визначені.

Далі були секвеновані гени тРНК-лейцин і тРНК-лізін. Результати сіквенсу приводяться у таблицях.

Повний сіквенс мтДНК
№ зразка	Варіанти поліморфізму	Нові мутації	Амінокислотні заміни
72	1888G/A
	2706A/G
	8697G/A
	8860G
	11251A/G
	11719G/A
	11812A/G
	14687A/G
	14766C/T
	14905G/A
	15326A/G
	15452C/A
	15607A/G
	15928G/A
74	8860G	2857T/C	rRNA
	15326A/G	14553C/T val/ile	ND6
119	1719G/A	11932C/T	syn
	2706A/G	15034A/G	syn
	8860G	15310T/C	syn
	11719G/A	15397A/G	syn
	14470T/C	15894G/A	tRNAthr
	14766C/T
	15326A/G