Diagnosis penyakit mitokondria

Evaluasi sifat pewarisan dan manifestasi tanda klinis penyakit mitokondria

Karena penyakit mitokondria dalam beberapa kasus dapat disebabkan oleh kerusakan genom nuklir, penularan penyakit akan sesuai dengan hukum pewarisan Mendel. Dalam kasus-kasus di mana perkembangan penyakit disebabkan oleh mutasi pada DNA mitokondria, pewarisan akan sesuai dengan jenis mitokondria, yaitu, akan ditularkan melalui garis ibu. Akhirnya, ketika patologi berkembang dengan kerusakan simultan pada gen genom nuklir dan mitokondria, pewarisan akan menjadi kompleks dan ditentukan oleh berbagai faktor. Dalam hal ini, dalam analisis silsilah dengan fitur formal (sifat pewarisan menurut silsilah), adalah mungkin untuk menyatakan jenis pewarisan yang paling berbeda: autosom dominan, autosom resesif, terkait-X, mitokondria.

Perkembangan penyakit miotokondria seperti gangguan metabolisme asam piruvat atau beta-oksidasi asam lemak, siklus Krebs, dikaitkan dengan mutasi gen genom nuklir. Patologi ini dicirikan oleh pewarisan resesif autosomal, ketika orang tua adalah pembawa mutasi (heterozigot), dan anak adalah pembawa kedua mutasi yang diwariskan yang diterima dari ayah dan ibu (homozigot). Orang tua biasanya sehat secara lahiriah, dan penyakit serupa atau tanda-tanda mikronya harus dicari pada saudara laki-laki dan perempuan dari anak yang sakit (saudara kandung probandus) dan pada kerabat dari pihak ibu dan ayah (sepupu).

Dalam kasus pewarisan resesif terkait kromosom X (misalnya, asiduria glutarat neonatal tipe II atau defisiensi subunit E1 kompleks piruvat, penyakit Menkes, dll.), anak laki-laki lebih sering terkena, dan ibu adalah pembawa mutasi dan meneruskannya kepada anak laki-laki mereka. Pewarisan ibu berbeda dari pewarisan terkait kromosom X karena kedua jenis kelamin terkena. Dalam kasus ini, ketika menganalisis silsilah, perlu untuk menganalisis kejadian penyakit pada pria, karena penyakit ini tidak akan muncul pada wanita. Silsilah tidak menunjukkan penularan penyakit di sepanjang garis ayah-anak laki-laki, karena ayah hanya dapat mewariskan kromosom Y kepada putranya.

Bila suatu penyakit berkembang karena kerusakan genom mitokondria (misalnya, sejumlah penyakit rantai pernapasan, neuropati optik Leber, sindrom MELAS, MERF, NARP, dll.), pewarisan maternal dilacak, karena anak mewarisi mitokondria dari ibu, dan ia dapat mewariskannya kepada anak laki-laki dan perempuan. Dengan demikian, kedua jenis kelamin sama-sama terpengaruh. Dalam hal ini, penularan penyakit melalui garis ibu harus dilacak dalam silsilah.

Saat menganalisis pohon keluarga dan mencari gejala penyakit mitokondria pada kerabat, perlu diingat bahwa tingkat keparahan penyakit (ekspresi tanda) dapat sangat bervariasi, yang mungkin disebabkan oleh perbedaan jumlah mitokondria yang rusak, sifat kerusakannya, distribusi mutasi yang berbeda dalam sel, dll. Dengan demikian, tidak selalu mungkin untuk mendeteksi tanda-tanda penyakit yang jelas. Dalam beberapa kasus, baik gejala atau tanda yang terhapus secara individual terdeteksi yang dapat dideteksi selama pencarian yang ditargetkan.

Perkembangan patologi mitokondria dapat dikaitkan dengan kerusakan pada area mitokondria yang luas, yang disebut mikrodelesi (misalnya, sindrom Kearns-Sayre, sindrom Pearson, beberapa bentuk diabetes melitus dengan ketulian, oftalmoplegia eksternal progresif, dll.). Dalam kasus ini, gejala khas sering tidak ditemukan pada kerabat, karena perkembangan penyakit dikaitkan dengan munculnya mutasi baru yang terjadi pada zigot segera setelah pembuahan sel telur ( mutasi de novo ). Penyakit ini sporadis. Seringkali, bersama dengan penyakit ini, sejumlah kondisi yang terkait dengan beberapa mutasi DNA mitokondria diwariskan secara dominan autosom: misalnya, beberapa bentuk ensefalomiopati, miopati dengan kerusakan mata, meskipun terdapat mutasi mtDNA (beberapa penghapusan), memiliki jenis pewarisan dominan autosom.

Namun, tidak seperti pewarisan Mendel, jenis pewarisan autosomal dominan dalam patologi mitokondria dicirikan oleh sejumlah besar individu yang terkena dampak pada generasi berikutnya.

Terakhir, beberapa penyakit mitokondria, yang sering dikaitkan dengan penipisan mitokondria mtDNA atau ketiadaannya dalam sel, dapat diwariskan secara resesif autosom. Ini termasuk bentuk bawaan miopati, kardiomiopati, sindrom neurodistress, asidosis laktat, kerusakan hati, dll.

Studi tentang sifat penularan penyakit secara turun-temurun penting untuk prognosis medis dan genetik dan memerlukan analisis mendalam tentang tanda-tanda klinis dengan pengetahuan tentang mekanisme pembentukan patologi mitokondria dan jenis pewarisannya.

Manifestasi klinis sangat bervariasi dari hari-hari pertama kehidupan hingga dewasa. Saat menganalisis indikator ini, perlu memperhitungkan bentuk-bentuk nosologis, karena masing-masing memiliki usia debut tertentu.

Gangguan metabolisme yang diamati pada penyakit mitokondria bersifat progresif pada sebagian besar kasus. Gejala awal sering kali ringan, kemudian berkembang dan dapat menyebabkan gangguan yang sangat parah. Bentuk patologi yang langka, seperti miopati infantil jinak dan beberapa bentuk neuropati optik Leber, dapat bersifat jinak dan dapat mengalami regresi.

Selama pengujian laboratorium, perhatian diberikan pada tanda-tanda karakteristik penyakit mitokondria:

• adanya asidosis;
• peningkatan kadar laktat dan piruvat dalam darah, peningkatan indeks laktat/piruvat lebih dari 15, terutama meningkat dengan beban glukosa atau latihan fisik;
• hiperketonemia;
• hipoglikemia;
• hiperamonemia;
• peningkatan konsentrasi asetoasetat dan 3-hidroksibutirat;
• peningkatan rasio asam 3-hidroksibutirat/asam asetoasetat dalam darah;
• peningkatan kadar asam amino dalam darah dan urin (alanin, glutamin, asam glutamat, valin, leusin, isoleusin);
• peningkatan kadar asam lemak dalam darah;
• hiperekskresi asam organik dalam urin;
• penurunan kadar karnitin dalam darah;
• peningkatan kandungan mioglobin dalam cairan biologis;
• penurunan aktivitas enzim mitokondria pada miosit dan fibroblas.

Nilai diagnostik indikator ini lebih tinggi dengan beban makanan daripada saat perut kosong. Dalam praktiknya, tes diagnostik telah terbukti baik: menentukan laktat dalam darah dengan latar belakang beban glukosa, yang memungkinkan deteksi yang lebih jelas terhadap kegagalan rantai pernapasan terhadap beban glukosa tambahan.

Untuk diagnostik laboratorium disfungsi mitokondria dan bentuk nosologis spesifiknya, metode penelitian biokimia konvensional dan rutin tidaklah cukup; perlu dilakukan pengujian khusus. Sangat mudah untuk menganalisis aktivitas enzim dalam biopsi otot rangka daripada di jaringan lain. Dimungkinkan untuk menentukan aktivitas enzim rantai pernapasan, terutama sitrat sintetase, suksinat dehidrogenase, dan sitokrom C oksidase.

Data dari studi morfologi dan genetik molekuler

Studi morfologi sangat penting dalam diagnosis patologi mitokondria. Karena nilai informatifnya yang besar, biopsi jaringan otot dan pemeriksaan histokimia dari biopsi yang diperoleh sering kali diperlukan. Informasi penting dapat diperoleh dengan memeriksa material secara bersamaan menggunakan mikroskop cahaya dan elektron.

Salah satu penanda penting penyakit mitokondria adalah fenomena serat merah "kasar" [fenomena RRF (ragged red fibres)], yang ditemukan pada tahun 1963. Fenomena ini terkait dengan pembentukan mitokondria abnormal yang mengalami perubahan genetik di sepanjang tepi serat otot akibat proliferasi dan akumulasi fokal. Fenomena ini dideteksi melalui mikroskop cahaya menggunakan pewarnaan Gomori khusus, tetapi dalam beberapa tahun terakhir berbagai penanda mitokondria dan berbagai metode imunologi telah digunakan untuk tujuan ini.

Tanda morfologi lain dari patologi mitokondria meliputi:

• peningkatan tajam dalam ukuran mitokondria;
• akumulasi glikogen, lipid dan konglomerat kalsium di subsarkolema;
• penurunan aktivitas enzim mitokondria;
• terganggunya distribusi granula aktivitas enzim suksinat dehidrogenase (SDH), NADH oksidoreduktase, sitokrom C oksidase, dll.

Pada pasien yang menderita penyakit mitokondria, pemeriksaan mikroskopis cahaya pada jaringan otot dapat mengungkap tanda-tanda morfologi non-spesifik: nekrosis lokal pada serat otot, penumpukan massa sarkoplasma, adanya lisis pada area subsarkolemma sarkoplasma, basofilia sarkoplasma, peningkatan jumlah inti otot, aktivasi proses regenerasi, dan lain-lain.

Studi tentang peran fenomena serabut merah "ragged" menunjukkan pentingnya fenomena ini untuk diagnosis kondisi seperti MELAS, MERRF, sindrom Kearns-Sayre, oftalmoplegia progresif kronis, dan kondisi lain yang terkait dengan mutasi mtDNA. Fenomena ini dapat berkembang pada penyakit lain: distrofi otot Duchenne, dermatomiositis, distrofi miotonik, penggunaan obat-obatan (clofibrate), dan kondisi patologis lainnya. Dengan demikian, bersama dengan penyakit mitokondria primer, fenomena RRF dapat menyertai disfungsi mitokondria sekunder.

Saat ini, pemeriksaan histokimia dan mikroskop elektron pada jaringan otot untuk mendeteksi tanda-tanda insufisiensi mitokondria telah meluas. Dalam beberapa kasus, pemeriksaan ini membantu dalam diagnosis, terutama dengan gambaran morfologi jaringan otot yang normal menurut data mikroskop cahaya.

Tanda-tanda mikroskopis elektron - deteksi proliferasi mitokondria, gangguan bentuk dan ukurannya, disorganisasi dan pembesaran krista, akumulasi mitokondria abnormal di bawah sarkolema, akumulasi lipid dan parakristalin abnormal (terutama terdiri dari protein) atau inklusi osmofilik yang terlokalisasi antara membran dalam dan luar atau di dalam krista, gugusan bulat, sering terletak di matriks (terutama terdiri dari trigliserida), dll.

Pada beberapa pasien, kelainan sitokimia dalam leukosit dapat dideteksi.

Kompleks studi biokimia dan morfologi dilengkapi dengan metode diagnostik molekuler modern (deteksi mutasi nuklir atau mitokondria), yang dilakukan di laboratorium diagnostik DNA khusus. Pada penyakit mitokondria, berbagai jenis mutasi terdeteksi: mutasi titik, penghapusan, duplikasi, anomali DNA kuantitatif, dll.

Bila tidak ditemukan mutasi pada mtDNA, jika diduga terjadi patologi mitokondria, maka dilakukan studi DNA nuklir.

Kriteria diagnostik

Ada 2 kelompok kriteria diagnostik untuk penyakit mitokondria. Kriteria diagnostik utama (kelompok pertama).

• Klinis:
  • diagnosis yang ditetapkan: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, sindrom Pearson, neuropati Leber, penyakit Leigh dan Alpers;
  • adanya 2 atau gabungan dari tanda-tanda berikut:
    • lesi multisistemik, patognomonik untuk penyakit rantai pernapasan;
    • perjalanan penyakit progresif dengan episode eksaserbasi atau adanya mutasi mitokondria dalam keluarga;
    • pengecualian penyakit metabolik dan penyakit lainnya dengan melakukan tes yang tepat.
• Histologis - deteksi fenomena RRF pada lebih dari 2% jaringan otot.
• Enzimatik:
  • serat negatif sitokrom c oksidase;
  • penurunan aktivitas enzim kompleks rantai pernapasan (<20% dari normal dalam jaringan, <30% dalam sel atau beberapa jaringan).
• Fungsional - penurunan sintesis ATP dalam fibroblas lebih dari 3 deviasi standar.
• Genetika molekuler - mutasi yang signifikan secara patogenetik pada DNA nuklir atau mtDNA.

Kriteria diagnostik tambahan (kelompok kedua).

• Klinis - gejala tidak spesifik yang terjadi pada penyakit rantai pernapasan (lahir mati, penurunan aktivitas motorik janin, kematian neonatal dini, gangguan pergerakan, gangguan perkembangan, gangguan tonus otot pada periode neonatal).
• Histologis - persentase kecil fenomena RRF, akumulasi subsarkolemma mitokondria atau anomalinya.
• Enzimatik - aktivitas rendah enzim kompleks pernapasan (20-30% dari norma dalam jaringan, 30-40% dalam sel atau garis sel).
• Fungsional - penurunan sintesis ATP dalam fibroblas sebesar 2-3 standar deviasi atau tidak adanya pertumbuhan fibroblas dalam medium dengan galaktosa.
• Genetika molekular - deteksi mutasi pada DNA nuklir atau mtDNA dengan dugaan hubungan patogenetik.
• Metabolik - deteksi satu atau lebih metabolit yang menunjukkan gangguan dalam bioenergetika seluler.

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