Генодиагностика митохондриальных заболеваний и наследственной оптической нейропатии Лебера (выявление делеций и дупликаций митохондриальной ДНК и 4 распространенных мутаций)

Митохондриальные заболевания клинически представляют собой гетерогенную группу состояний, развивающихся в связи с нарушением работы ферментов дыхательной цепи митохондрий. Нарушения могут быть связаны как с мутациями, появляющимися в геноме человека, так и с мутациями в митохондриальной ДНК (мтДНК). Наиболее часто наблюдаются повреждения мтДНК, которые характеризуются протяженными делециями и дупликациями, а также точечными мутациями (чаще всего 3243A>G, 3460G>A, 8344A>G, 11778G>A, 14484T>C).

Минимальная распространенность у взрослых составляет 1 случай на 5000 населения.

Митохондриальные заболевания могут манифестировать в любом возрасте. При некоторых митохондриальных заболеваниях поражается только один орган (наследственная оптическая нейропатия Лебера), однако в большинстве случаев данная группа состояний имеет системные проявления, чаще всего связанные с поражением нервной и мышечной системы. Довольно часто клинические проявления митохондриальных заболеваний могут попадать под специфические синдромы: MELAS-синдром (митохондриальная миопатия, энцефалопатия, лактат-ацидоз, инсультоподобные эпизоды), MERRF-синдром (миоклоническая эпилепсия, ассоциированная с порванными красными волокнами), прогрессирующая внешняя офтальмоплегия, синдром Кернса-Сейра, синдром Лея, нейрогенная слабость с атаксией и пигментным ретинитом. Однако довольно много клинических случаев митохондриальных заболеваний не попадают ни под одну из перечисленных категорий, имея перемежающийся спектр проявлений и симптомов, что возможно объясняется гетероплазмией мутаций в мтДНК (вариация количества «мутантных» митохондрий в одной клетке).

Синдром MELAS (митохондриальная энцефаломиопатия с лактат-ацидозом и инсультоподобными эпизодами) относится к наиболее распространенным митохондриальным заболеваниям и вызывается в 80% случаев точечной мутацией 3243A > G в гене MT-TL1 мтДНК, кодирующем тРНК. Распространенность носителей мутации составляет 60 случаев на 1000000 человек. В основе патогенеза заболевания лежит нарушение синтеза митохондриальных белков, входящих в состав электрон-транспортной цепи (ЭТЦ) и нарушение окислительного метаболизма головного мозга. Т
Также может играть роль гиперперфузия и вазогенный отек с нарушением проницаемости гематоэнцефалического барьера в острую стадию инсульто-подобного эпизода. Средний возраст появления симптомов заболевания составляет 15 лет, у 90 % пациентов манифестация происходит к 40 годам. Заболевание характеризуется развитием инсультов в молодом возрасте, фокальными либо генерализованными эпилептическими припадками, мигренозными головными болями, нейросенсорной тугоухостью, атаксией, миопатией, сахарным диабетом, когнитивными нарушениями, психиатрическими расстройствами. Отличительный клинический признак синдрома MELAS – инсультоподобные эпизоды, при которых очаги инфарктов на МРТ обычно несимметричны, поражение коры распространяется с пересечением привычных границ бассейнов кровоснабжения, чаще всего локализуется в теменно - затылочной области.

Синдром MERRF (миоклоническая эпилепсия с рваными красными волокнами) обусловлен чаще всего мутацией 8344A>G мтДНК в гене MT-TK, а также другими аберрациями в генах MT‑TF, MT‑TL1, MT‑TI и MT‑TP. В клинической картине первым симптомом заболевания является миоклонические судороги, за которым следует генерализованная эпилепсия, атаксия, нарастающая мышечная слабость, быстрая утомляемость при выполнении физических нагрузок, когнитивный дефицит. Дебют заболевания происходит с раннего детства и до зрелого возраста, что является характерным признаком митохондриальных заболеваний. Синдром также ассоциирован с пигментной ретинопатией, потерей слуха и синдромом Вольфа-Паркинсона-Уайта.

Хроническая прогрессирующая внешняя офтальмоплегия (CPEO, наследственная офтальмоплегия) заболевание, причиной которого являются делеции, реже дупликации, в митохондриальной ДНК. Данное расстройство характеризуется медленно нарастающим парезом экстраокулярных мышц, которое проявляется в виде двустороннего симметричного прогрессирующего птоза, за которым следует офтальмопарез. Экстраокулярные мышцы поражаются преимущественно потому, что доля митохондриального объема в них в несколько раз больше, чем у других скелетных мышц.

Синдром Кернса-Сейра - митохондриальная миопатия, симптомы которой возникают до 20 лет в виде прогрессирующей наружной офтальмоплегии, пигментной ретинопатии, мозжечковой атаксии. Также возможны следующие признаки: нарушения сердечной проводимости, повышение уровня белка в ликворе, патологические стопные знаки, нарушения слуха, интеллекта, эндокринные нарушения, судороги. Причиной являются делеции, реже дупликации мтДНК.

Leber hereditary optic neuropathy (LHON, наследственная оптическая нейропатия Лебера) – митохондриальное заболевание связанное с точечными мутациями 11778G>A (в гене MT‑ND4), 14484T>C (в гене MT‑ND6), 3460G>A (в гене MT‑ND1). Нейропатия Лебера в 4 раза чаще встречается у мужчин в молодом возрасте. В основе патогенеза заболевания лежит увеличение активных форм кислорода, которые вызывают апоптоз ганглиозных клеток сетчатки и их аксонов, в результате чего происходит атрофия зрительного нерва и снижение остроты зрения.

Мутации в мтДНК могут передаваться по материнской линии. При наличии мутаций в мтДНК мужчины риск передачи аберрации детям отсутствует. Делеции в мтДНК чаще всего возникают de novo(единственный случай в семье), тогда как точечные аберрации и дупликации часто передаются по материнской линии.

Интерпретация

В связи с тем, что одна и та же мутация может вызывать различные клинические проявления у разных пациентов, иногда сложно определить корреляцию генотипа и фенотипа. Однако считается, что делеции и дупликации мтДНК чаще всего встречаются при синдроме Кернса-Сейра и прогрессирующей офтальмоплегии. Точечная мутация замены нуклеотидов 3243A>G характерна для синдрома MELAS, 11778G>A, 14484T>C, 3460G>A - для наследственной оптической нейропатии Лебера.

Определение мутаций проводится в соответствии с рекомендациями American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology от 2015 года.

Отрицательный результат исследования не исключает диагноз митохондриального заболевания в связи с возможностью наличия менее распространенных точечных мутаций, а также появления генетических аберрации в участках геномной ДНК, кодирующих митохондриальные белки.

1. Владыкина А.В., Назаров В.Д., Краснов В.С., Королева Е.И., Федорова П.А., Мошникова А.Н., Мазинг А.В., Лапин С.В., Эмануэль В.Л., Руденко Д.И., Стучевская Ф.Р., Затаковенко С.М., Павлова Т.А., Алексеева Т.М., Голдобин В.В. Исследование диагностической значимости тяжелых цепей нейрофиламентов в цереброспинальной жидкости при боковом амиотрофическом склерозе. Анналы клинической и экспериментальной неврологии 2021
2. Алексеева Т.М., Стучевская Т.Р., Демешонок В.С. Боковой амиотрофический склероз: механизмы патогенеза и новые подходы к фармакотерапии (обзор литературы). Нервно-мышечные болезни 2018
3. P. Masrori and P. Van Damme. Amyotrophic lateral sclerosis: a clinical review. European Journal of Neurology 2020, 27: 1918–1929
4. Nick S. Verber, Stephanie R. Shepheard, Matilde Sassani, Harry E. McDonough, Sophie A. Moore, James J. P. Alix, Iain D. Wilkinson, Tom M. Jenkins and Pamela J. Shaw. Biomarkers in Motor Neuron Disease: A State of the Art Review. Front. Neurol., 03 April 2019.
5. Сычева А.М., Назаров В.Д., Лапин С.В. и др. Оптимизация преаналитического этапа обработки материаладля проведения гистохимического исследования биоптатов скелетной мышцы в диагностике нервно-мышечных заболеваний. Нервно-мышечные болезни 2019