Mitokondriesykdommer i Norge

Presentasjon om: "Mitokondriesykdommer i Norge"— Utskrift av presentasjonen:

1 Mitokondriesykdommer i Norge
Laurence Bindoff Universitet i Bergen

2 Oversikt Bakgrunn Klinikken Hvordan utreder man Hva finnes i Norge
Hva gjør mitokondrie Hva jeg mener med mitokondriesykdom spesielle aspekter Klinikken Hvordan utreder man Hva finnes i Norge av pasienter og hjelp! Eksempler

3 Hva gjør mitokondriene?
Energi produksjon OGSÅ Fett oksidasjon Uridin syntese Urea cycle enzymes + others

4 ATP ENERGI karbohydrat Fett, Protein Metabolisme NADH Flavoproteins
Respirasjons - kjede Krebs ß-oxidation ATP ENERGI

5 Respirasjonskjeden 5 store komplekser
Inner mito membrane OUT IN I II III IV V c Q 5 store komplekser Ligger i den indre mitokondrie membranen

6 Respirasjonskjeden I III IV II V Krebs β-oxidation Flavoproteins
Proton motive force Q pool Q e- NADH Krebs β-oxidation NAD+ Flavoproteins FADH2 FAD+ ETF I H+ H+ H+ OUT c c e- Q c e- Inner mito membrane e- III IV Q e- II IN e- V O2+ 2H H2O ADP + Pi ATP H+

7 Mitokondrienes genetikk
Nucleus Inner mito membrane OUT IN I II III IV V Q pool Q c Mitochondrial DNA 87 proteiner bare som inngår i respirasjonskjeden!

8 Mitokondrie DNA Sirkulær (16,5kb),
Kodes for 13 RC proteins, 22 tRNA, 2 rRNA Arv maternal Polymorphisk høy mutasjons rate Multiple kopier 2 - 10 F V L I M Q W A N C Y S D K G R H E P T cyt b ND 6 ND 5 ND 4 ND 4L ND 3 COX 3 ATP ase 8 6 COX 2 COX1 ND 2 ND 1 12S rRNA 16S rRNA D-loop Light Strand Heavy Strand OL OH

9 Heteroplasmy & threshold
Threshold (terskel) >90% 100 Normal Disease [Functionally recessive] 80 % mutant Degree of heteroplasmy Phenotype

10 Respirasjonskjeden I III IV II V IN Ubiquinone Cytochrome c OUT Q pool
Mobile electron carrier Cytochrome c Mobile electron carrier Inner mito membrane OUT IN I II III IV V Q pool Q c Complex 3 11 subunits: 1 mtDNA encoded Complex 1 46 subunits: 7 mtDNA encoded Complex 4 13 subunits: 3 mtDNA encoded Complex 2 5 subunits; NO mtDNA encoded Complex 5 12 subunits: 2 mtDNA encoded

11 Kjernegen – svært viktige
Assembly Transport Uptake mtDNA homeostasis Respiratory chain Inner mito membrane OUT IN I II III IV V Q pool Q c mtDNA

12 Eksempel 1 - Protein import

13 2 - mtDNA replikasjon mtDNA ADP ATP SSB POLG2 Twinkle dNTP’s POLG1
ANT1

14 3- sammensetting av cytochrome oxidase

15 Oppsummering Respirasjonskjeden frigjører energi fra matstoffene og gjør det tilgjengelig for kroppen Mitokondria innholder eget arvestoff Både struktur og funksjon avhenger av tett samarbeid mellom kjerne og mitokondrielle gener Dette betyr at det finnes mange muligheter å generere sykdom på

16 MEN, i tillegg Apoptosis Neurodegeneration Cancer Reactive oxygen
species Cancer Ischaemia Drug metabolism Energy production

17 Mitokondriesykdommer

18 Det kliniske problemet -1
Mitokondriesykdommer Can affect any tissue all tissues have mitochondria Can present at any age from birth to >80 Demonstrate any pattern of inheritance autosomal, X-linked, maternal

19 Det kliniske problemet -2
Rammer vev med Høy energi behov Differensierte (ikke delings kapasitet) Muskel Øye Hjernen Pankreas Hjerte HVER og ALLE

20 Hvor stort er problemet
Sverige (2001) Innsidens hos barn <16 = 1/11,000 Storbritannia (2005) nyeste tall 1:5000 Finland MELAS 1:3500 Australia (2003) prevalens 1:20,000 Her ble det undersøkt KUN kjente genetiske defekter derfor er dette et stort og økende problem

21 I Norge? Vanskelig å vite ennå Oversikt mest voksen pasienter (G71.3)
46 med sikker mitokondriesyk. sikker mito = histokjemisk mosaikk eller biokjemisk

22 Diagnose avhenger av: Klinisk oppmerksomhet Målrettet undersøkelser
Må kunne gjenkjenner klassiske fenotyper Vær observant for de som kan være mitokondrielt visse kombinasjoner Målrettet undersøkelser

23 Appropriate investigation
Clinical Recognisable phenotype Suspect phenotype blood Muscle biopsy Genetic analysis Genetic analysis Muscle biopsy Biochemical analysis Molecular diagnosis

24 - muskelbiopsi + Succinate Cytochrome dehydrogenase c oxidase I III IV
Inner mito membrane OUT IN I II III IV V Q pool Q c + Succinate dehydrogenase Cytochrome c oxidase

25 mtDNA mutasjoner MELAS LHON Deletion > 100 mutasjoner MERRF A3243G
CPEO/KSS F V L I M Q W A N C Y S D K G R H E P T cyt b ND 6 ND 5 ND 4 ND 4L ND 3 COX 3 COX 1 ND 2 ND 1 12S rRNA 16S rRNA D-loop LHON 3460 14484 11778 MELAS A3243G > 100 mutasjoner

26 Diagnostisering og Utredning
Krever klinisk og laboratorisk kompetanse

27 Utredning – er enkel! Send pasient til meg! (ferdig med det?)
Det holder ikke!! Ta opp anamnesen og undersøker pasienten – og så send pasienten til meg! Ikke det heller! Gjør absolutt hva dere vil med pasienten, MEN IKKE tar muskelbiopsien før du sender dem til meg

28 Eksempel Woman born ’63 Hyperglycaemia 2004 Sudden onset tinnitus
Previously healthy, nurse Hyperglycaemia 2004 incidental finding, diet controlled Sudden onset tinnitus Mother - muscle cramps & deafness A brother DM + deafness Clinical neurological exam normal diabetes & deafness

29 Eksempel Man born ’68 December ’04 - Previously healthy April ’04
Found comatose and fitting unwell for 2 weeks Nausea, headache, reduced hearing Partial recovery December ’04 - ataxia, dysarthria; proximal weakness; areflexia, cognitive decline, cardiomyopathy

30 April 04 December 04

31 diagnosen - diagnosene?

32 3243A>G mtDNA mutation last cycle ”hot” PCR 3243A>G mutation in
tRNAleu(UUR) mtDNA

33 No phenotype genotype correlation
MELAS MELAS A3243G A3252G T3271C T3291C G1642A T9957C A3243G or CPEO Myoclonic Epilepsy or Diabetes/Deafness svær fenotypisk variasjon

34 Eksempel 24 yr old ♀ Exercise dyspnoea from age of 8.
No COX negative fibres! 24 yr old ♀ Exercise dyspnoea from age of 8. Now - stops after one flight of stairs. Exercise can precipitates muscle pain lasting hrs – days Biopsy Combined SDH & COX Ragged brown fibres

35 A “new” ND5 mutation T13271 C Non RBF RBF Light Strand OH
V L I M Q W A N C Y S D K G R H E P T cyt b ND 6 ND 5 ND 4 ND 4L ND 3 COX 3 ATP ase 8 6 COX 2 COX 1 ND 2 ND 1 12S rRNA 16S rRNA D-loop Light Strand OH A “new” ND5 mutation T13271 C L G P M Non RBF Non-RBF RBF 20 40 60 80 100 % level of13271T>C mutation RBF

36 Tissue distribution & family

37 Viser hva man må gjøre for å bekrefte en ny mtDNA mutasjon

38 Example 2 Man born 1942. From 30 y.o. poor night vision.
Retinitis Pigmentosa. Blind 53 yr. Epilepsy started 52 y.o. Noted to have depressed reflexes Sensory loss right hand MRI normal. EEG: epileptic changes. Gait ataxia & Intractable epilepsy from 60 MRI - Atrophy, small ischaemic lesions. Stroke 61yo. Noted to have proximal weakness Cognitive decline Øyejournal er tapt. EEG: Konklusjon - Klart patologisk EEG. - Cerebrale funksjonsforstyrrelser med forholdsvis livlige epileptogene egenskaper. - Den epileptiforme aktivitet er særlig fremtredende frontotemporalt, tidvis med klar venstresidig overvekt.

39 Family + 9 (18) Mor hadde diabetes, demens og hørselstap
Epilepsi. Diabetes. †87 . Demens. Diabetes. Hørselstap. Hørselstap Epileptisk anfall (20) Nevrogent hørselstap Trigeminus- nevralgi NIDDiabetes. Hypertension. CHD Occipital infarct.Epilepsy. Diabetes II † 51 (av ?) Epilepsi. Hypertensjon †6 mnd (av meningitt) Mor hadde diabetes, demens og hørselstap Tante hadde epilepsi og diabetes 2 søsken med diabetes type II, 3 med epilepsi, 2 med hørselstap. Neste slektsledd også epilepsi, diabetes, hørselstap og hjerneslag i ung alder. Alcoholisk pancreatitt. Diabetes II. Hjerneslag (36) Hørselstap? Bakre hjerneinfarkt (27) Barne-epilepsi

40 Muscle biopsy COX/SDH staining shows a mosaic COX positive & negative
Diagnosis mitochondrial (probably mtDNA) Enkelte små atrofiske muskelfibre. Enkelte fibre med subsarkolemmalt basofilt kornet materiale. 50 % Type 1 og 2 ved ATPase farging pH9,4 Enkelte atrofiske type 2bfibre ved pH4,6. NADH-farging ankelte sterkt fargede type 1 fibre. Gomori: enkelte RRF. Cox/SDH – 20% blå fibre. ”Raggete blå”. Konklusjon: klare holdepunkter for mitokondriesykdom.

41 Genetic investigation
Screened for MELAS mutation Whole mtDNA sequenced Several changes found including 5556G>C Gene for tRNA(trp)

42 Conserved?

43 Segregates with affected tissue?
mtDNA sequence from muscle Mutant C C C T C A C T A A G mtDNA sequence from blood Normal C C C T C A G T A A G 5556G>C mutation

44 Heteroplasmy? Muscle Blood Control Standard
Vi bruker et restriksjonsenzym som kutter normale og muterte fragmenter forskjellig, slik at det dannes 2 eller 3 fragmenter. Her vist med ulike vev. Samme prinsipp for segregasjon i familien. Ikke så sensitivt med visuell avlesning som her. Blod fra pasienten ser ut som frisk kontroll, pga lav mutasjonsforekomst i blod. Dette er i samsvar med klinikken. For høyere sensitivitet og for å kunne kvantifisere mutert i forhold til normalt DNA brukes radioaktiv teknikk.

45 Family + 9 (18) Epilepsi. Diabetes.
†87 . Demens. Diabetes. Hørselstap. Hørselstap Epileptisk anfall (20) Nevrogent hørselstap Trigeminus- nevralgi NIDDiabetes. Hypertension. CHD Occipital infarct.Epilepsy. Diabetes II † 51 (av ?) Epilepsi. Hypertensjon †6 mnd (av meningitt) Alcoholisk pancreatitt. Diabetes II. Hjerneslag (36) Hørselstap? Bakre hjerneinfarkt (27) Barne-epilepsi

46 Viser at alt som er sykdom blir ikke mitokondrielt betinget

47 mtDNA replication SSB POLG2 mtDNA Twinkle dNTP’s POLG1 ADP ATP ANT1

48 mtDNA polymerase gamma
= Mitochondrial DNA dependant DNA polymerase Responsible for mtDNA replication & repair

49 POLG Clinical syndrome
Starts with headache +/- epilepsy may be the same thing! headaches – migraine-like majority have occipital focus initially (visual phenomena) or ataxia central and sensory (true spinocerebellar) progressive develops in all (epilepsy almost all) or both

50 other features Myoclonus Cognitive impairment Depression Tremor
Ophthalmoplegia (often a late feature)

51 Liver involvement Occurs with both mutations Liver failure
common in terminal phase (multiorgan) elevated enzymes Liver failure precipitated in all but one case by sodium valproate? PM findings show centrolobular necrosis similar to Alpers

52 MRI – findings (1) Cerebellar atrophy

53 MRI – findings (2) 17 y.o. female with seizures + visual phenomena & simple motor seizures involving left arm/neck Admission 6 weeks later

54 Palatal myoclonus Inferior olivary nucleus

55 other investigations Muscle biopsy Neurophysiology CSF
COX negative fibres - absent early multiple mtDNA deletions BUT may be detectable only by Rt-PCR Neurophysiology axonal > demyelinating neuropathy CSF raised protein

56 Clinical syndromes associated with POLG mutation
adPEO arPEO (male sterility) more complex phenotypes PEO + Parkinsonism Alpers’ syndrome Ataxic syndromes

57 Patients 33 patients (32Norwegian + 1 Italian) belonging to 27 families. 2 POLG mutations most frequent: G1399A (giving A467T protein change). G2243C (giving W748S protein change). 3 distinct genotypes: homozygous G1399A. homozygous G2243C. compound heterozygous G1399A/G2243C.

58 Common in Norway! 200 Controls 2 heteroz A467T 2 heteroz W748S
100 blood donors 100 disease controls 2 heteroz A467T heteroz W748S Carrier frequency = 1:50

59 The end