Diagnose van mitochondriale ziekten

Evaluatie van de aard van de overerving en de manifestatie van klinische tekenen van mitochondriale ziekten

Omdat myotochondriale ziekten in sommige gevallen kunnen worden veroorzaakt door schade aan het nucleaire genoom, zal de overdracht van de ziekte voldoen aan de Mendeliaanse overervingswetten. In gevallen waarin de ontwikkeling van de ziekte wordt veroorzaakt door mutaties in het mitochondriaal DNA, zal de overerving overeenkomen met het mitochondriale type, dat wil zeggen dat deze via de moederlijke lijn wordt overgedragen. Ten slotte, wanneer de pathologie zich ontwikkelt met gelijktijdige schade aan de genen van het nucleaire en mitochondriale genoom, zal de overerving complex zijn en door verschillende factoren worden bepaald. In dit opzicht kunnen we in genealogische analyse, aan de hand van een formeel kenmerk (de aard van de overerving volgens de stamboom), de meest uiteenlopende soorten overerving onderscheiden: autosomaal dominant, autosomaal recessief, X-gebonden, mitochondriaal.

De ontwikkeling van myotochondriale aandoeningen zoals een stoornis van de pyrodruivenzuurstofwisseling of de bèta-oxidatie van vetzuren (Krebscyclus) wordt geassocieerd met mutaties in genen die voorkomen in het nucleaire genoom. Deze pathologieën worden gekenmerkt door autosomaal recessieve overerving, waarbij de ouders drager zijn van mutaties (heterozygoten) en het kind drager is van zowel erfelijke mutaties van de vader als de moeder (homozygoot). De ouders zijn meestal uiterlijk gezond en een vergelijkbare ziekte of de microsymptomen ervan moeten worden gezocht bij de broers en zussen van het zieke kind (proband broers en zussen) en bij verwanten van zowel moeders- als vaderskant (neven en nichten).

Bij een recessieve, X-gebonden overerving (bijv. neonatale glutaaracidurie type II of deficiëntie van de E1-subeenheid van het pyrodruivenzuurcomplex, de ziekte van Menkes, enz.) worden jongens vaker getroffen en zijn moeders drager van mutaties en geven deze door aan hun zonen. Maternale overerving verschilt van X-gebonden overerving doordat beide geslachten worden getroffen. In deze gevallen is het bij stamboomanalyse noodzakelijk om de incidentie van de ziekte bij mannen te analyseren, aangezien deze zich niet bij vrouwen zal manifesteren. De stamboom toont geen overdracht van de ziekte langs de vader-zoonlijn, aangezien de vader alleen het Y-chromosoom aan zijn zoon kan doorgeven.

Wanneer een ziekte ontstaat door schade aan het mitochondriale genoom (bijvoorbeeld een aantal ademhalingsketenziekten, optische neuropathie van Leber, MELAS, MERF, NARP-syndromen, enz.), wordt de maternele overerving opgespoord. Het kind erft mitochondriën van de moeder en zij kan deze doorgeven aan zowel jongens als meisjes. Beide geslachten worden dus in gelijke mate getroffen. In dit verband moet de overdracht van de ziekte via de moederlijn in de stamboom worden opgespoord.

Bij het analyseren van een stamboom en het zoeken naar symptomen van mitochondriale ziekten bij verwanten, moet men er rekening mee houden dat de ernst van de ziekte (de mate van herkenning van het teken) sterk kan variëren, wat te wijten kan zijn aan het verschillende aantal beschadigde mitochondriën, de aard van de schade, de verschillende verdeling van mutaties in cellen, enz. Het is dus niet altijd mogelijk om duidelijke tekenen van ziekten op te sporen. In sommige gevallen worden ofwel individuele, uitgewiste symptomen ofwel tekenen gevonden die wel tijdens een gerichte zoekopdracht kunnen worden opgespoord.

De ontwikkeling van mitochondriale pathologie kan gepaard gaan met schade aan grote delen van de mitochondriën, de zogenaamde microdeleties (bijvoorbeeld het syndroom van Kearns-Sayre, het syndroom van Pearson, sommige vormen van diabetes mellitus met doofheid, progressieve externe oftalmoplegie, enz.). In deze gevallen worden karakteristieke symptomen vaak niet aangetroffen bij familieleden, aangezien de ontwikkeling van ziekten gepaard gaat met het ontstaan van nieuwe mutaties die direct na de bevruchting van de eicel in de zygote zijn opgetreden ( de novo- mutatie). De ziekte is sporadisch. Vaak worden, samen met deze ziekten, een aantal aandoeningen die gepaard gaan met meerdere mutaties in het mitochondriaal DNA autosomaal dominant overgeërfd: bijvoorbeeld sommige vormen van encefalomyopathie, myopathie met oogschade, ondanks de aanwezigheid van mtDNA-mutaties (meerdere deleties), hebben een autosomaal dominante overerving.

In tegenstelling tot de Mendeliaanse overerving wordt de autosomaal dominante overerving bij mitochondriële pathologie echter gekenmerkt door een groot aantal aangedane individuen in opeenvolgende generaties.

Tot slot kunnen sommige mitochondriale aandoeningen, vaak geassocieerd met een afname van het mtDNA van mitochondriën of de afwezigheid ervan in cellen, autosomaal recessief worden overgeërfd. Hieronder vallen aangeboren vormen van myopathie, cardiomyopathie, neurodistresssyndroom, lactaatacidose, leverschade, enzovoort.

Het bestuderen van de aard van de erfelijke overdracht van de ziekte is belangrijk voor de medische en genetische prognose en vereist een diepgaande analyse van de klinische symptomen, met kennis van de mechanismen achter de vorming van mitochondriale pathologie en de soorten overerving.

De klinische manifestaties variëren sterk van de eerste levensdagen tot de volwassenheid. Bij de analyse van deze indicator is het noodzakelijk om rekening te houden met nosologische vormen, aangezien elk van hen een bepaalde beginleeftijd heeft.

Stofwisselingsstoornissen die bij mitochondriële aandoeningen worden waargenomen, zijn in de overgrote meerderheid van de gevallen progressief. De eerste symptomen zijn vaak mild, maar verergeren vervolgens en kunnen leiden tot ernstige invaliderende aandoeningen. Zeldzame vormen van pathologie, zoals benigne infantiele myopathie en sommige vormen van Lebers optische neuropathie, kunnen goedaardig zijn en regressief.

Tijdens laboratoriumonderzoek wordt gelet op de karakteristieke tekenen van mitochondriale ziekten:

• aanwezigheid van acidose;
• verhoogde niveaus van lactaat en pyruvaat in het bloed, een verhoging van de lactaat/pyruvaat-index van meer dan 15, vooral toenemend bij glucosebelasting of lichamelijke inspanning;
• hyperketonemie;
• hypoglykemie;
• hyperammoniëmie;
• verhoogde concentraties van acetoacetaat en 3-hydroxybutyraat;
• verhoogde 3-hydroxyboterzuur/acetoazijnzuur-verhouding in het bloed;
• verhoogde niveaus van aminozuren in het bloed en de urine (alanine, glutamine, glutaminezuur, valine, leucine, isoleucine);
• verhoogde niveaus van vetzuren in het bloed;
• hyperexcretie van organische zuren in de urine;
• verlaagde carnitinespiegels in het bloed;
• toename van het myoglobinegehalte in biologische vloeistoffen;
• verminderde activiteit van mitochondriale enzymen in myocyten en fibroblasten.

De diagnostische waarde van deze indicatoren is hoger bij een voedselbelasting dan op een lege maag. In de praktijk heeft een diagnostische test zich goed bewezen: het bepalen van lactaat in het bloed tegen de achtergrond van een glucosebelasting, wat een scherpere detectie van het falen van de ademhalingsketen bij een extra glucosebelasting mogelijk maakt.

Voor laboratoriumdiagnostiek van mitochondriële disfunctie en de specifieke nosologische vormen daarvan zijn conventionele, routinematige biochemische onderzoeksmethoden niet voldoende; er zijn speciale tests nodig. Het is vooral handig om de activiteit van enzymen in skeletspierbiopsieën te analyseren dan in andere weefsels. Het is mogelijk om de activiteit van ademhalingsketenenzymen te bepalen, met name citraatsynthetase, succinaatdehydrogenase en cytochroom C-oxidase.

Gegevens uit morfologische en moleculair genetische studies

Morfologisch onderzoek is van bijzonder belang bij de diagnose van mitochondriële pathologie. Vanwege hun grote informatieve waarde zijn vaak een spierweefselbiopsie en histochemisch onderzoek van de verkregen biopten vereist. Belangrijke informatie kan worden verkregen door het materiaal gelijktijdig te onderzoeken met licht- en elektronenmicroscopie.

Een van de belangrijkste markers voor mitochondriale ziekten is het fenomeen van "ragged" rode vezels [het RRF-fenomeen (ragged red fibres)], vastgesteld in 1963. Het wordt geassocieerd met de vorming van genetisch gemanipuleerde, abnormale mitochondriën langs de rand van de spiervezel als gevolg van proliferatie en focale accumulatie. Dit fenomeen wordt gedetecteerd met behulp van lichtmicroscopie met behulp van een speciale Gomori-kleuring, maar de laatste jaren worden hiervoor verschillende mitochondriale markers en immunologische methoden gebruikt.

Andere morfologische tekenen van mitochondriale pathologie zijn onder meer:

• een sterke toename van de grootte van de mitochondriën;
• ophoping van glycogeen, lipiden en calciumconglomeraten in het subsarcolemma;
• verminderde activiteit van mitochondriale enzymen;
• verstoorde verdeling van korrels van activiteit van de enzymen succinaatdehydrogenase (SDH), NADH-oxidoreductase, cytochroom C-oxidase, enz.

Bij patiënten met mitochondriële ziekten kunnen met behulp van lichtmicroscopie van spierweefsel niet-specifieke morfologische tekenen worden aangetoond: lokale necrose van spiervezels, ophoping van sarcoplasmatische massa's, aanwezigheid van lysis van subsarcolemmale gebieden van sarcoplasma, basofilie van sarcoplasma, verhoogd aantal spierkernen, activering van regeneratieprocessen, enz.

Onderzoek naar de rol van het fenomeen van "rafelige" rode vezels toonde aan dat het belangrijk is voor de diagnose van aandoeningen zoals MELAS, MERRF, het syndroom van Kearns-Sayre, chronische progressieve oftalmoplegie en andere aandoeningen die verband houden met mtDNA-mutaties. Dit fenomeen kan zich ook voordoen bij andere ziekten: spierdystrofie van Duchenne, dermatomyositis, myotone dystrofie, het gebruik van medicijnen (clofibraat) en andere pathologische aandoeningen. Naast primaire mitochondriale aandoeningen kan het RRF-fenomeen dus ook gepaard gaan met secundaire mitochondriale disfuncties.

Tegenwoordig wordt histochemisch en elektronenmicroscopisch onderzoek van spierweefsel steeds vaker gebruikt om tekenen van mitochondriale insufficiëntie op te sporen. In sommige gevallen helpen ze bij de diagnose, vooral bij een normaal morfologisch beeld van spierweefsel op basis van lichtmicroscopiegegevens.

Tekenen met behulp van elektronenmicroscopie - detectie van mitochondriale proliferatie, verstoring van hun vorm en grootte, desorganisatie en vergroting van cristae, ophoping van abnormale mitochondriën onder het sarcolemma, ophoping van lipide en abnormale parakristallijne (voornamelijk bestaande uit eiwitten) of osmofiele insluitsels gelokaliseerd tussen de binnenste en buitenste membranen of in de cristae, bolvormige clusters, vaak gelegen in de matrix (voornamelijk bestaande uit triglyceriden), enz.

Bij sommige patiënten kunnen cytochemische afwijkingen in leukocyten worden vastgesteld.

Het complex van biochemische en morfologische studies wordt aangevuld met moderne methoden voor moleculaire diagnostiek (detectie van nucleaire of mitochondriale mutaties), die worden uitgevoerd in gespecialiseerde DNA-diagnostische laboratoria. Bij mitochondriële ziekten worden verschillende soorten mutaties gedetecteerd: puntmutaties, deleties, duplicaties, kwantitatieve DNA-afwijkingen, enz.

Indien er geen mutaties in het mtDNA zijn, wordt er een nucleair DNA-onderzoek uitgevoerd indien er een vermoeden bestaat van mitochondriële pathologie.

Diagnostische criteria

Er zijn twee groepen diagnostische criteria voor mitochondriale ziekten. De belangrijkste diagnostische criteria (eerste groep).

• Klinisch:
  • vastgestelde diagnoses: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, Pearson-syndromen, Leber-neuropathie, Leigh- en Alpers-ziekten;
  • de aanwezigheid van 2 of een combinatie van de volgende tekenen:
    • multisystemische laesie, pathognomonisch voor ziekten van de luchtwegen;
    • progressief beloop met episodes van verergering of de aanwezigheid van mitochondriale mutaties in de familie;
    • uitsluiting van stofwisselingsziekten en andere ziekten door het uitvoeren van geschikte testen.
• Histologisch - detectie van het RRF-fenomeen in meer dan 2% van het spierweefsel.
• Enzymatisch:
  • cytochroom c oxidase-negatieve vezels;
  • verminderde activiteit van enzymen van het ademhalingsketencomplex (<20% van normaal in weefsel, <30% in cellen of meerdere weefsels).
• Functioneel - een afname van de ATP-synthese in fibroblasten met meer dan 3 standaarddeviaties.
• Moleculair genetisch - pathogenetisch significante mutaties van nucleair of mtDNA.

Aanvullende diagnostische criteria (tweede groep).

• Klinisch - niet-specifieke symptomen die optreden bij ziekten van de ademhalingsketen (doodgeboorte, verminderde motorische activiteit van de foetus, vroegtijdige neonatale sterfte, bewegingsstoornissen, ontwikkelingsstoornissen, verminderde spierspanning in de neonatale periode).
• Histologisch - klein percentage RRF-fenomeen, subsarcolemmale accumulatie van mitochondriën of hun anomalieën.
• Enzymatisch - lage activiteit van ademhalingscomplexenzymen (20-30% van de norm in weefsel, 30-40% in cellen of cellijnen).
• Functioneel - een afname van de ATP-synthese in fibroblasten met 2-3 standaarddeviaties of de afwezigheid van fibroblastgroei in een medium met galactose.
• Moleculair genetisch - detectie van mutaties in nucleair of mtDNA met een vermoedelijke pathogene link.
• Metabool - detectie van één of meer metabolieten die wijzen op een verstoring van de cellulaire bio-energetica.

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