Testare genetică – boli mitocondriale

Informații generale: Testare genetică – boli mitocondriale

Context clinic

Bolile mitocondriale ereditare sunt reprezentate de un grup eterogen de afecțiuni multisistemice, rare, cu debut precoce și evolutie rapidă, progresivă, cauzate de aparitia unor disfuncții la nivel mitocondrial. Acestea pot rezulta in urma unor defecte ale genomului nuclear sau mitocondrial, fiind asociate cu toate modelele posibile de transmitere ereditara: maternă (din ADN mitocondrial), autozomal dominantă, autozomal recesivă, X-linkata, precum și de novo.

Afecțiunile mitocondriale sunt prezente la orice vârstă și se numără printre cele mai frecvente tulburări neuromusculare moștenite, cu o prevalență minimă de aproximativ 1:5000 de născuți vii.

Frecvenţa, diversitatea clinică şi complexitatea disfuncţiilor mitocondriale, constituţionale sau dobândite, au fundamentat o disciplină nouă de patologie umană interdisciplinară, numită generic medicina mitocondrială. Au fost descrise peste 200 de fenotipuri patologice atribuite alterării genetice a funcţiei mitocondriale care, deşi au manifestări variate, prezintă o trăsătură unificatoare constituită de un deficit al balanţei energetice. Scăderea producţiei de energie la nivel mitocondrial sub un prag critic antrenează perturbări majore ale activităţilor celulare şi acumularea unor produşi metabolici toxici (de exemplu, lactaţi), traduse prin declinul capacităţii unor ţesuturi şi organe de a-şi îndeplini funcţiile specifice.

Cele mai afectate sunt sistemul nervos şi muşchii scheletici, insa toate organele pot ajunge în stare de incapacitate funcţională. Deoarece bolile mitocondriale afectează țesuturile cu necesar crescut de energie, de cele mai multe ori fenotipul bolilor are caracter multisistemic, cu prezentări clinice care variază în funcție de vârsta de debut, avand o impresionantă variabilitate si eterogenitate în cadrul membrilor aceleiași familii.

Acestea respecta deci, in mare masura, „regulile” clasice ale medicinei mitocondriale manifestat prin: control genetic dual (ADN nuclear și ADN mitocondrial), nivelul de heteroplasmie (procentul de ADN mutant în celule și țesuturi individuale), cererea de energie a țesuturilor, moștenirea maternă și segregarea mitotică. Concluzionand, disfuncţiile mitocondriale perturbă şi alte roluri importante ale acestora, responsabile de desfasurarea unor procese celulare: controlul ciclului celular şi al proliferării, iniţierea apoptozei, răspunsul imun înnăscut, diferite sinteze şi procese metabolice etc.

Prezentările clinice variază  in funcție de organele afectate:

• Neurologic: dificultăți de învățare, retard mintal, convulsii, episoade asemănătoare unui accident vascular cerebral, spasticitate, distonie, ataxie, mioclonie si alte afectiuni neurodegenerative, inclusiv boala Alzheimer, boala Parkinson, boala Huntington și scleroza laterală amiotrofică;
• Cardiovascular: cardiomiopatie, aritmii;
• Gastrointestinal: reflux gastrointestinal, dismotilitate, pseudo-obstrucție intestinală, insuficienta hepatica;
• Musculo-scheletic: oboseală, slăbiciune musculară, crampe, intoleranță la efort, dureri articulare, hipotonie, rabdomioliza;
• Endocrinologic: hipoglicemie, diabet, hipogonadism, dislipidemie, deficit de crestere staturală;
• Oftalmologic: ptoză, oftalmoplegie, nistagmus, degenerescenta retiniana, orbire;

Testarea genetică precisă și stabilirea unui diagnostic genetic sunt importante pentru pacienți și familiile acestora, oferind informații despre prognostic și tratament, pe lângă consiliere genetică și acces la opțiuni reproductive.

Tipuri de afecțiuni mitocondriale

Există mai multe afecțiuni care intră sub umbrela tulburărilor mitocondriale. Unele dintre cele mai frecvente sunt enumerate mai jos.

Sindromul Barth

Sindromul Barth este o tulburare genetică rară a metabolismului lipidic care afectează în principal sexul masculin. Simptomele acestui sindrom pot include hipotonie (tonus muscular redus), slăbiciune si oboseala musculară, musculatura scheletică subdezvoltata, creștere întârziată și acidurie metilglutaconică (hipersecretia acestui tip de acid organic va duce la funcționarea anormală a mitocondriilor).

Oftalmoplegie externă cronică progresivă (CPEO)

Oftalmoplegia externă cronică progresivă este adesea un simptom al tulburărilor mitocondriale și se caracterizează printr-o paralizie progresivă, lentă, a musculaturii extraoculare, asociată cu ptoză bilaterală. CPEOP debuteaza, de obicei, în adolescență sau la începutul vieții adulte.

Sindrom Kearns-Sayre (KSS)

Semnele distinctive ale sindromului Kearns-Sayre includ oftalmoplegia externă cronică progresivă (CPEO) și retinopatia pigmentară (pigmentare în „sare și piper” a retinei, care poate afecta vederea). Sindromul Kearns-Sayre se manifestă de obicei înainte de vârsta de 20 de ani și este frevent asociat cu tulburari cardiace, limitarea progresivă a mișcărilor oculare până la imobilitatea completă și ptoza bilaterala. Alte simptome frecvente includ slăbiciune musculară ușoară, bloc cardiac, surditate, diabet, anemie si ataxie. Simptome mai puțin frecvente includ afectarea funcției cognitive, statură mică și întârzierea maturizarii sexuale.

Pacienții care prezintă exclusiv CPEO încep să observe simptomele în a patra decadă a vieții. Sindromul Kearns-Sayre este, de obicei, mai sever decât CPEO izolat, evoluând spre oftalmopareză completă și, adesea, ducând la deces până la vârsta de 40 de ani. Atât pacienții cu CPEO izolată, cât și cei cu KSS pot dezvolta si miopatie proximală.

Sindrom Pearson

Este caracterizat prin anemie severă, neutropenie, trombopenie însoțite de afectare pancreatica. Acesta este de obicei fatal în copilărie, iar copiii care supraviețuiesc bolii ajung, de obicei, să dezvolte sindromul Kearns-Sayre.

Sindrom Leigh și sindromul Leigh moștenit matern (MILS)

Sindromul Leigh debutează, de obicei, între vârsta de trei luni și doi ani. Rareori, poate apărea la adolescenți și adulți.

Simptomele sindromului Leigh progresează de obicei rapid și pot include anomalii cerebrale care pot duce la ataxie (coordonare deficitară), distonie, oftalmoplegie externa progresiva, crize neurodegenerative progresive, hipotonie, întârzieri in dezvoltare, acidoză lactică, alterarea funcțiilor respiratorii si renale, pierderea apetitului, vărsături, iritabilitate, slăbiciune, plâns continuu și convulsii.

Prognosticul sindromului Leigh este în general rezervat, supraviețuirea fiind limitata la câteva luni de la debutul bolii.

Neuropatie, ataxie și retinită pigmentară (NARP)

Neuropatia, ataxia și retinita pigmentară este cauzată de o mutație la nivelul  ADNmt care este legată și de MILS. Cele două sindroame pot apărea în cadrul aceleiasi familii. În plus, față de simptomele de bază, NARP poate fi asociat cu întârzieri în dezvoltare, convulsii și demență. Simptomele NARP pot aparea oricând, in copilărie si până la o vârsta adultă.

Sindroamele de depleție a ADN mitocondrial (SDAM)

Sindroamele de depleție a ADN-ului mitocondrial sunt un grup de afecțiuni autozomale recesive caracterizate printr-o scădere semnificativă a ADN-ului mitocondrial, care afectează mai multe țesuturi.

Există patru tipuri majore de SDAM:

• miopatice (cauzate de mutații ale genei TK2),
• encefalomiopatice (cauzate de mutații ale genelor SUCLA2, SUCLG1 sau RRM2B),
• hepatocerebrale (cauzate de mutații ale genelor DGUOK, MPV17, POLG sau TWNK)
• neurogastrointestinale (cauzate de mutații ale genei ECGF1).

Aceste tulburări cauzează de obicei slăbiciune musculară și/sau insuficiență hepatică, dificultăți de alimentare și întârziere în dezvoltare, și mai rar, anomalii cerebrale, oftalmoplegie externă progresivă și convulsii.

SDAM debutează în copilărie și se caracterizează prin slăbiciune care afectează în cele din urmă mușchii aparatului respirator.

Boala Alpers, cunoscută și sub denumirea de sindromul Alpers sau poliodistrofia infantilă progresivă Alpers, este de fapt un sindrom caracterizat prin depleția ADN-ului mitocondrial. Majoritatea persoanelor afectate de această boală rară și progresivă prezintă simptome în primii doi ani de viață, iar în unele cazuri, simptomele apar între vârsta de doi și 25 de ani. Printre simptomele bolii Alpers se numără afecțiuni hepatice, modificări cerebrale funcționale sau structurale, adesea asociate cu o infecție, spasticitate cu rigiditate musculară, mioclonii, demență sau alte tulburări cognitive, convulsii și pierderea vederii.

Sindrom MELAS (Encefalomiopatie Mitocondrială, Acidoză Lactică și episoade asemănătoare unui Accident vascular cerebral)

Sindromul MELAS, care debutează în copilărie sau la începutul vârstei adulte, se caracterizează prin semne distinctive precum encefalomiopatia cu convulsii și/sau demență, acidoza lactică și episoade recurente asemănătoare accidentului vascular cerebral. Aceste episoade nu sunt accidente vasculare cerebrale tipice, dar pot produce simptome asemănătoare unui AVC, cum ar fi pierderea temporară a vederii, dificultăți de vorbire sau dificultăți de înțelegere a vorbirii și pot duce la leziuni cerebrale progresive. Alte simptome frecvente ale sindromului MELAS includ statura mica oftalmoplegie externa progresiva, slăbiciune musculara generalizata, intoleranta la efort, pierderea auzului, diabet, migrene, de etiologie neclară.

Encefalomiopatia neuro-gastrointestinală mitocondrială (MNGIE)

Encefalomiopatia neuro-gastrointestinală mitocondrială debutează de obicei înainte de vârsta de 20 de ani și se caracterizează prin oftalmoplegie externa progresiva, ptoză, cașexie, dismotilitate gastrointestinala severa cu vărsături, reflux gastrointestinal, dureri abdominale episodice, diaree cronică și dureri abdominale. Un alt simptom comun este neuropatia periferică care determină tulburări senzoriale și slăbiciune musculară.

Epilepsie mioclonică cu fibre roșii zdrențuite (sindrom MERRF)

Această afecțiune debutează la sfârșitul copilăriei sau în adolescență. Cel mai frecvent, pacienții prezintă slăbiciune musculară, convulsii, ataxie, miopatie și mioclonie. Alte simptome asociate includ spasticitate, cardiomiopatie, atrofie optica, tulburări de auz și statură mică. Mutațiile genei MT-TK sunt cauza principală a MERRF, fiind responsabile pentru mai mult de 80% din cazuri. Mai rar, mutațiile în genele MT-TL1 , MT-TH și MT-TS1 au fost raportate ca fiind implicate în apariția semnelor și simptomelor MERRF. Persoanele cu mutații ale genelor MT-TL1 , MT-TH sau MT-TS1 pot prezenta, pe lângă semnele caracteristice MERRF, și manifestări ale altor tulburări mitocondriale.

Diabet mitocondrial si surditate (MIDD)

Aceasta afecțiune are un debut in decada a treia de viata si este caracterizata de secreția defectuoasa de insulina, ce progresează către insulino-dependența, insotita de surditate neurosenzorială. Alte elemente caracteristice includ: statura mica, distrofia retiniană maculara, miopatia, afectare cardiaca, gastrointestinala si/sau renala, diabet gestational. Diabetul moștenit matern cu surditate este o forma rara de diabet, fiind asociat in 85% din cazuri cu mutații in genele MT-TL1 , MT-TK sau MT-TE. Complicațiile microvasculare care nu corespund vechimii bolii diabetice sunt un alt indiciu al diagnosticului. Manifestările retiniene și renale ale bolii mitocondriale pot fi confundate cu complicațiile diabetice. De asemenea, absența autoanticorpilor anti-GAD la un diabetic non-obez poate fi un indiciu important. Defectele de conducere cardiacă și GDM pot ridica, de asemenea, suspiciuni cu privire la diagnostic.

Recomandări de testare: Testare genetică – boli mitocondriale

• Pacientii cu istoric familial de boala mitocondriala
• Pacientii cu simptome caracteristice unei tulburări mitocondriale specifice, cum ar fi oftalmoplegia externă progresivă, episoade asemănătoare unui accident vascular cerebral etc.
• Pacientii cu orice tip de tulburare multisistemică progresivă, de etiologie necunoscută
• Pacientii cu cel putin un simptom neurologic insotit de afectarea altor sisteme
• Copiii cu acidoză lactică

Pregătire pacient – nu este necesară.

Specimen recoltat – sânge venos.

Recipient de recoltare – vacutainer ce conține EDTA.

Cauze de respingere a probei – folosirea heparinei ca anticoagulant; probe coagulate sau hemolizate; volum insuficient; contaminarea probei

Stabilitate probă – 7 zile la 2-8ºC

Metoda – NGS. Este evaluat un panel de gene asociate bolilor mitocondriale ereditare pentru identificarea variantelor nucleotidice, variantelor indel mai mici de 21 perechi de baze si variatii ale numarului de copii (CNV) cu dimensiunea minima de 1 exon.

Testarea va fi efectuata numai după consimțământul informat al pacienților.

Clasificarea variantelor se realizează în conformitate cu ghidurile ACMG/ACGS actuale.

Interpretarea rezultatelor

In urma evaluării si clasificării, daca sunt detectate, vor raportate exclusiv variantele cu semnificație clinica patogena, potențial patogena sau incerta, respectiv clasele 5 (P-Pathogenic), 4 (LP-Likely Pathogenic) sau 3 (VUS-Variant of Uncertain/ Unknown Significance).

• Rezultatul pozitiv: Sunt raportate si descrise variantele identificate din clasele de patogenitate 5 sau 4 care sunt asociate unei boli mitocondriale ereditare. Aceste variante au probabilitate >90% (clasa 4), respectiv >99% (clasa 5), de a reprezenta cauza genetica a sindromului febril asociat.
• Rezultat negativ: Nu a fost identificată nicio variantă raportabilă care să se coreleze cu boala mitocondrială ereditara asociată. Este probabil ca pacientul sa nu fie afectat de una dintre imunodeficiențe primare clasice, dar o cauza genetica nu poate fi exclusa cu certitudine prin acest test.
• Rezultat neconcludent: A fost identificata o varianta de tip VUS, aceasta însemnând ca dovezile din literatura actuala de specialitate sunt insuficiente sau contradictorii, pentru a încadra mutația într-o clasa de patogenitate sau benignitate. Acest tip de variante sunt neacționabile si neinformative, dar sunt raportate in vederea reevaluării periodice a semnificației clinice, fiind probabila o reclasificare peste 12 luni in baza noilor contribuții la literatura de specialitate.

Limitări și interferențe

Testul permite analiza exclusiva a genelor incluse in panel.

Metoda nu permite identificarea variantelor structurale (translocatii, inversii) la nivelul genelor din panel.

Tehnologia utilizata nu permite detectia variantelor indel cu dimensiuni cuprinse intre 21 perechi de baze si 1 exon.

Referințe

• Yu Wai Man, C.Y., Smith, T., Chinnery, P.F., Turnbull, D.M. & Griffiths, P.G. Assessment of visual function in chronic progressive external ophthalmoplegia. Eye (2006) doi:10.1038/sj.eye.6701924.
• Finsterer, J. Leigh and Leigh-Like Syndrome in Children and Adults. Pediatric Neurology (2008) doi:10.1016/j.pediatrneurol.2008.07.013.
• Lee, H.F., Tsai, C.R., Chi, C.S., Lee, H.J. & Chen, C.C.C. Leigh Syndrome: Clinical and Neuroimaging Follow-Up. Pediatr. Neurol. (2009) doi:10.1016/j.pediatrneurol.2008.09.020.
• El-Hattab, A.W. & Scaglia, F. Mitochondrial DNA Depletion Syndromes: Review and Updates of Genetic Basis, Manifestations, and Therapeutic Options. Neurotherapeutics (2013) doi:10.1007/s13311-013-0177-6.
• Pavlakis, S.G., Phillips, P.C., DiMauro, S., De Vivo, D.C. & Rowland, L.P. Mitochondrial myopathy, encephalopathy, lactic acidosis, and strokelike episodes: A distinctive clinical syndrome. Ann. Neurol. (1984) doi:10.1002/ana.410160409.
• Montagna, P. et al. MELAS syndrome: Characteristic migrainous and epileptic features and maternal transmission. Neurology (1988) doi:10.1212/wnl.38.5.751.
• Ohno, K., Isotani, E. & Hirakawa, K. MELAS presenting as migraine complicated by stroke: Case report. Neuroradiology (1997) doi:10.1007/s002340050505.
• Kadowaki, T. et al. A subtype of diabetes mellitus associated with a mutation of mitochondrial DNA. N. Engl. J. Med. (1994) doi:10.1056/NEJM199404073301403.
• Donovan, L.E. & Severin, N.E. Maternally inherited diabetes and deafness in a North American kindred: Tips for making the diagnosis and review of unique management issues. in Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism (2006). doi:10.1210/jc.2006-1498.
• Hirano, M. & Díaz, B.G. Mitochondrial Neurogastrointestinal Encephalomyopathy (MNGIE). in Mitochondrial Case Studies: Underlying Mechanisms and Diagnosis (2016). doi:10.1016/B978-0-12-800877-5.00022-X.
• Giordano, C. et al. Gastrointestinal dysmotility in mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathy is caused by mitochondrial DNA depletion. Am. J. Pathol. (2008) doi:10.2353/ajpath.2008.080252.
• Nishino, I. et al. Mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathy: An autosomal recessive disorder due to thymidine phosphorylase mutations. Ann. Neurol. (2000) doi:10.1002/1531-8249(200006)47:6<792::AID-ANA12>3.0.CO;2-Y.
• Teitelbaum, J.E. et al. Diagnosis and management of MNGIE syndrome in children: Case report and review of the literature. J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. (2002) doi:10.1097/00005176-200209000-00029.
• Holt, I.J., Harding, A.E., Petty, R.K.H. & Morgan-Hughes, J.A. A new mitochondrial disease associated with mitochondrial DNA heteroplasmy. Am. J. Hum. Genet. (1990).
• DiMauro, S. & Hirano, M. Mitochondrial DNA Deletion Syndromes. in Gene Rev. (2011).