Namen predavanja 1/18/16. Mitohondrijske bolezni v zgodnjem otroškem obdobju

Transcript

1 1/18/16 Mitohondrijske bolezni v zgodnjem otroškem obdobju Mihael Rogač 9. januar 2016 III. Podiplomski tečaj otroške nevrologije, Pediatrična klinika Namen predavanja Funkcija mitohondrijev, naravna imunost in prosti radikali Posamezni mitohondrijski sindromi zgodnjega obdobja Diagnostični kriteriji za mitohondrijske bolezni pri otrocih MRI spremembe pri mitohondrijskih boleznih pri otrocih Fukcionalni izzid mitohondrijskih bolezni pri otrocih Prikazi primerov Avtizem in purinergično celično signaliziranje EPI- 743 in zdravljenje mitohondrijskih bolezni 1

2 Funkcija mitohondrijev Sinteza ATP Programirana celična smrt Homeostaza kalcija Biosinteza AK, lipidov, nukleotidov in hema Fuzija, Oizija in regulacija celičnih procesov Naravna imunost RLR signaliziranje, protibakterijska imunost in sterilno vnetje Tvorba prostih kisikovih radikalov Epigenetika - vpliv števila mtdna na metilacijo jedrnih genov 2

3 Funckija mitohondrijev pri odgovoru na virusno okužbo. West et al, Nat Rev Immunol 2011 Funkcija mitohondrijev pri nastanku sterilnega vnetja. West et al, Nat Rev Immunol 2011 Mitohondrijska gene4ka Heteroplazmija Učinek praga Mitotična segregacija Učinek peščene ure (bottleneck effect) 3

4 Proteomika 1500 proteinov vezanih na mitohondrije 99% kodira jedrna DNA, tudi X kromosom >200 vezanih na znane bolezni 500 fenotipov vezanih na mutacije v 174 genih mtdna maternalno dedovanje mtdna 16,569 bp, 37 genov, 13 za proteine MitoMap, MitoPhenome, MitoExome Sindrom Leigh 1951 Denis Archibald, psihiater in nevropatolog, 7 mesečni deček 1968 prvi opisan defekt piruvatne karboksilaze v jetrih, kasneje še PDHc 1977 pomanjkanje kompleksa IV (COX) Diagnoza Nevrodegenerativna bolezen Napaka mitohondrijske funkcije Obojestranske lezije v osrednjem živčevju Leigh- like 4

5 Vzroki OXPHOS defekt (jedrna ali mtdna) Motnja metabolizma piruvata Pomanjkanje Q10 Klinična slika Normalna prenatalna anamneza Brez dismorfnih znakov Ob akutni okužbi Simptomi: Psihomotorni regres Hipotonija ali spastičnost Distonija Epilepsija Ataksija Disfagija Ptoza Abnormna bulbomotorika Apnea Nenapredovanje in težave pri hranjenju Možno poslabšanje, ki vodi v takojšno smrt Laboratorij Povišan laktat v krvi/urinu/likvorju Povečano razmerje laktat:piruvat Aminokisline, organske kisline: Povišan alanin v krvi Znižan citrulin (mtdna T8993) Povišani metaboliti Krebsovega cikla v urinu: 2- oxyglutarat, sukcinat, fumarat in malat Povišani metaboliti v urinu lahko še: etilmalonska kislina, metilmalonska kislina in 3- metilglutakonična kislina 5

6 Slikovna diagnos4ka MRI, MRS Vir: Internet. Mišična biopsija Svež vzorec Brez lokalne anestezije Pred uvedbo terapije Merjenje porabe kisika, produkcije CO2 in ATP, aktivnosti encimov dihalne verige, metabolizma piruvata Če ne, biopsija kože (Oibroblasti) Gene4ka 64 entitet v OMIM pod sy Leigh Sekvenčna analiza mtdna mtdna deplecija POLG Sekvenčna analiza določenih jedrnih genov (opomba npr za c I 60-70) NGS za nove mutacije in gene 6

7 Diferencialna diagnoza Perinatalna asoiksija Hiperbilirubinemija (kernikterus) Wernickova encefalopatija Organske acidurije: Metilmalonska acidurija Propionska acidemija Glutarična acidurija tip 1 Wilsonova bolezen Mutacije PANK2 in PKAN Zastrupitev z metanolom Na biotin občutljiva bolezen bazalnih ganglijev (gen SLC19A3) Zdravljenje Akutno zdravljenje: Biotin 10 do 20 mg/kg Tiamin mg Q10 ali EPI- 743 Mitohondrijski koktejl Normoglikemija, ne prekomerno hranjenje PDHc ketogena dieta NGS in MitoExome Calvo SE et al, Sci Transl Med otrok, klinični in biokemični znaki za OXPHOS MitoExome cca.1000 genov 55% ugotovljen recesiven gen ali mutacije mtdna 31% nov gen vezan na mitohondrijske bolezni Še v 20% ugotovljeni potencialni kandidatni geni 7

8 Sindrom mitohondrijske deplecije Motnja komunikacije med jedrnim in mitohondrijskim genomom Zmanjšano število kopij mtdna v prizadetih tkivih in organih (kvantitativni PCR v realnem času) Klinično heterogena skupina bolezni; večina AR dedovanje Začetek v zgodnjem otroštvu ali obdobju dojenčka 4 klinične prezentacije: Hepatocerebralna: DGUOK, MPV17, POLG, Twinkle Miopatska: TK2 Encefalomiopatska: RRM2B, SUCLA2, SUCLG1 Nevrogastrointenstinalna: TYMP Sy mtdna deplecije Obdobje začetka Klinična slika Geni Hepatocerebralna oblika Neonatalno obdobje, zgodnje otroštvo Jetrna odpoved, PMR, hipotonija, lac acidoza, nistagmus, znaki OŽS POLG, Twinkle, DGUOK, MPV17, TK2 Alpers- HuUenlocher sy Zgodnje otroštvo Jetrna odpoved, epilepsia par4alis con4nua, znaki OŽS POLG Miopatska oblika Dojenčkovo obdobje, zgodnje otroštvo Hipotonija, zmanjšana moč, dizartrija, disfagija, nenapredovanje POLG, TK2, RRMB2, DGUOK Encefalomiopatska oblika Zgodnje otroštvo Hipotonija, zmanjšana moč, PMR, gluhost, lac acidoza, znaki OŽS RRMB2, TK2, SUCLA2, SUCLG1 MNGIE Adolescenca GIT dismo4liteta, izguba tel. teže, nevropa4ja, ptoza, znaki OŽS TYMP, RRM2B, POLG Zdravljenje Vitamini, kofaktorji Q10, prehrana bogata z maščobami Tx jeter, ne zaustavi napredovanja nevrološke slike Folat (pri pomanjkanju folata v likvorju) Preprečevanje hipoglikemij Peritonealna dializa pri MNGIE (zmanjševanje nivoja timidina) 8

9 Klinični spekter mutacij gena za 4midin kinazo 2 (TK2) Spinalna mišična atrooija tip 3 Počasi progresivna mitohondrijska miopatija Huda, hitro potekajoča mitohondrijska miopatija Kongenitalna miopatija z rigid- spine sindromom POLG POLG gen 15q mutacij Variabilen klinični fenotip Progresivna zunanja oftalmoplegija Sindrom Alpers Huttenlocher Spinocerebelarna ataksija, epilepsija z/brez dizartrije 45 točkovnih mutacij povezana z AHS, incidenca 1:50000 Z valproatom povezana hepatotoksičnost Vir: Internet. 9

10 I Klinični znaki in simptomi, 1 točka/simptom (maks. 4 točke) II. Presnovne in slikovne preiskave III. Morfologija (maks. 4 točke) (maks. 4 točke) A. Mišični znaki B. Znaki CŽS C. Znaki več organov (maks. 2 točke) (maks. 2 točke) (maks. 3 točke) Oftalmoplegija+ Razvojni zaostanek Hematologija Zvišan laktat+ razcefrana rdeča ali modra vlaka++ Miopatski izraz Izguba razvojnih mejnikov Prebavila Zvišano razmerje laktat/piruvat COX- negativna vlakna++ Intoleranca na napor Epizode, podobne kapi Endokrine žleze /Rast Zvišan alanin+ Šibko COX barvanje++ Mišična oslabelost Migrena Srce Zvišan laktat v likvorju+ Šibko SDH barvanje Rabdomioliza Epilepsija Ledvica Zvišani proteini v likvorju SDH pozitivne krvne žile++ Abnormen EMG Mioklonus Vid Zvišan alanin v likvorju EM- abnormni mitohondriji Kortikalna slepota Sluh Trikarboksilne kisline v urinu+ Piramidni znaki Neuropatija Etilmalonska acidurija Ekstrapiramidni znaki Rekurentno/družinsko MR- epizode, podobne kapem Prizadetost možganskega debla MR- sindrom Leigh+ MRS- zvišan laktat + - specifični simptom šteje 2 točki ++ - specifični simptom v visokem odstotku šteje 4 točke Splošni diagnostični kriteriji za MB pri otrocih in mladostnikih za klinično uporabo. Legenda: seštevek točk pomeni: A) 1 točka - diagnoza MB ni verjetna B) 2-4 točke - diagnoza MB je možna C) 5-7 točk - diagnoza MB je verjetna D) 8-12 točk - diagnoza MB je zanesljiva Wolf et al, Neurology 2002 Laktat Laktacidemija, ki ob primerni klinični sliki, lahko poda sum na MC, ni zanesljiv pokazatelj teh bolezni Debray (Pediatrics 2007): laktat nad 2,2 mmol/l pri 72% od 73 spremljanih otrok 55 % od 27 naših otrok s potrjeno MC. Od tega je bil laktat očitno povečan (nad 3,5 mmol/l) le pri 37%. Merjenje laktata v serumu je večkrat normalno ob več zaporednih merjenjih tekom daljšega časovnega obdobja Tako normalna vrednost laktata v serumu ne izključuje MC Celo nasprotno je lahko laktat v serumu lažno povišan zaradi nepravilnega odvzema in tkivne hipoksije ali ob Oizičnem naporu oz. napenjanju ali intenzivnem joku otroka ob odvzemu 10

11 Zdravljenje laktacidemije Dikloroacetat Fenilbutirat B1 (PDHc), B2 (kompleks I), Q10 (kompleks I+III ali II+III), L-karnitin, biotin (biotinidaza) Pufer (NaHCO3, citratni) metabolna acidoza Hemofiltracija, hemodializa Hipotermija - raziskovalno Otroci z MB, encimsko potrjena (n=25) Kriteriji MDC Povprečje Interval Klinične značilnosti (I) Večorganska prizadetost Presnovne in slikovne preiskave (II) 3, , ,0 0-4 Morfologija (III) 1,8 0-4 I+II 6,6 ±1,4 I+II+III 8,4 ±1,8 76% > 8 Zanesljiva diagnoza MB Otroci s sumom na MB, brez biopsije (n=18) Kriteriji MDC Povprečje Interval Klinične značilnosti (I) Večorganska prizadetost Presnovne in slikovne preiskave (II) 3, , ,8 0-4 Morfologija (III) - - I+II 6,1 ±1,5 33% = 8 Zanesljiva diagnoza MB 50% 5-7 Verjetna diagnoza MB Strukturne spremembe na MR Delež otrok Zakasnela mielinizacija 16% Cerebralna atrooija 24% Spremembe malih možganov 8% Motnje nevronske migracije 20% Sindrom Leigh 20% Pri 71% otrok so bile prisotne spremembe, ki so lahko značilne za MB Encimska napaka Prvi MR glave Zadnji MR glave PDHc q bp PDHc q bp IV cerebralna atrofija F-T, zakasnela mielinizacija progresija atrofije kavdatnih jeder, dismielinizacija, atrofija kavdatnih jeder,hipogenezija KK atrofija F-T in hipogenezija KK II + PDHc zakasnela mielinzacija,polimikrogirija operkuluma mielinizacija primerna, polimikrogirija operkuluma, obojestransko,hipoplazija KK obojestransko,hipoplazija KK PDHc cerebralna atrofija F-T, zakasnela mielinizacija, manj cerebralne atrofije,mielinizacija primerna, heterotopije sive možganovine obojestransko ob LV heterotopije sive možganovine ob LV PDHc izgubljeni podatki blaga cerebralna atrofija F-P,hipoplazija KK, atrofija cerebelarnih pedunklov (širok četrti ventrikel) I + IV sindrom Leigh sindrom Leigh - progres bolezni: atrofija kavdatnih jeder, zvišan T2 signal v putamnih in mezencefalonu obojestransko PDHc izgubljeni podatki blaga cerebelarna atrofija IV + PDHc blaga cerebralna atrofija F-P blaga cerebralna atrofija F-P 11

12 12

13 13

14 Kontrolna skupina zdravih otrok Bazalni gangliji TE 35 ms Bela možganovina TE 35 ms N- acetil aspartat/cr 1,43 Mioinozitol/Cr 0,51 N- acetil aspartat/cr 2,07 Mioinozitol/Cr 0,70 Starost, v letih Razpon 0,5-18,5 Povprečje (SD) 7,3 (5,1) Spol, število(%) Moški 11 (44) Ženski 14 (56) Encimska napaka, število (%) PDHc 12 (48) DV 13 (52) Starost ob začetku bolezni, število (%) Obdobje novorojenčka 12 (48) Dojenčki, otroci 13 (52) Kognitivni izid, število (%) Hud razvojni zaostanek 10 (40) Zmerni razvojni zaostanek 5 (20) Blag razvojni zaostanek 4 (16) Normalna kognitivna funkcija 2 (8) Nevrološki pregled, število (%) Zvišan mišični tonus 9 (36) Spastična tetrapareza 4 (16) Spastična tetrapareza z rigidnostjo 5 (20) Zmanjšan mišični tonus 16 (64) Huda hipotonija 9 (36) Zmerna hipotonija 3 (12) Blaga hipotonija 4 (16) Sindrom Leigh 5 (20) Molekularno- genetske analize gen za timidin kinazo 2 (TK2) 2 (9) sestavljani gen za cty c oksidazo (SCO2) 1 (5) Nivo laktata v serumu, število (%) Normalen 5 (20) Zvišan 20 (80) Število smrti (%) 4 (16) Povzetek kliničnih značilnosti otrok z MB (n=25) 14

15 Primer 1 Sy Leigh 4 leta distonija v desni roki, nato težave s hojo Težave progresivne 6 let tetrapareza s distonijo, nepokretna Preiskave: Laktat 4,0 mmol/l; lak/pir 48 Laktat v likvorju 4,5 mmol/l 15

16 Morfologija: nekatera COX hiporeaktivna vlakna, kopičenje lipidov, proliferacija mitohondrijev Encimi dihalne verige: pomanjkanje kompleksov I in IV (dokazano 2x) Zdravljenje: B kompleks 2x1tbl, CoQ 2x30mg L- dopa, botulinum toksin Baklofenska črpalka Spremljanje: 17,5 leta Status: tetrapareza z distonijo predvsem v D roki, dizartrija, razumevanje dobro, povdarjena torakalna kifoza, vezana na invalidski voziček Funkcionalne veščine: uporablja žlico, kozarec, pri umivanju in oblačenju nesamostojna, kontinentna, sedi ob opori, z vozičkom zmore gibanje po ravnih površinah, opiše svoje misli, razume dobro, hodi v šolo s prilagojenim programom Primer 2 nespecifična encefalomiopa4ja Tretji otrok, dva zdrava Ohlapen novorojenček z odsotnim sesalnim reoleksom in miopatskimi znaki, sy Pierre- Robin Zaradi hujše dihalne stiske vstavljena traheostoma. Zaradi pogostih pljučnic kasneje vstavljena še gastrostoma. 16

17 Morfologija: hiporeaktivnost COX nekaterih mišičnih vlaken, blaga atrooija vlaken tipa II, groba distribucija SDH Encimska DG: pomanjkanje kompleksa II in PDHc Zdravljenje: B2 50mg, B6 2x25mg, CoQ 30mg, L- karnitin 3x300mg, Biotin 1tbl, Becotal 1 tbl. Spremljanje: 2,5 leta Status: gen. Hipotonija s KR, šotorasta usta, obrazna hipomimija, blaga ptoza bil, skeletna anomalija sp.čeljusti in zobovja, traheostoma, gastrostoma, hodi samostojno Psiholog: 24 mes gibalno področje 10 mes, mentalno področje 11 mes Funkcionalne veščine: hranjen po gastrostomi, pri umivanju in oblačenju nesamostojen, ne pove, da ima mokro plenico, sedi ob opori, hodi kratke razdalje in po stopnicah, razume 10 besed, pove ime 17

18 Primer 3 Sy Leigh 2.n., 1.n. mrtev plod v 10t 5mes - nehotni gibi, 6mes hipotonija, slabši socialni kontakt, razvoj se je ustavil Kasneje stridor, potrebna traheostoma Preiskave: Laktat 4,2 mmol/l; lak/pir 38 Laktat v likvorju 4,3 mmol/l AK bp, OK zvišana sukcinat in fumarat Morfologija: miopatsko spremenjena mišica z izrazito nizko aktivnostjo COX, pomnoženim glikogenom in intenzivnejšim prikazom fosfolipidov HipertroOična kardiomiopatija Encimska DG: pomanjkanje kompleksa IV, potrjena mutacija SCO2 gena Umrla v starosti dveh let 18

19 1/18/16 Primer 4 mitohondrijska miopa4ja 16 mesečna deklica Progresivne težave pri hoji in vstajanju iz počepa Prvorojenka, razvojni mejniki normalni St/hipotonija, izrazitejša v medeničnem obroču, KR +/-, mišična moč 3-4, Gowersov manever, ledvena lordoza Laktat 8,9 (0,5-2,2 mmol/l) Razmerje laktat/piruvat 83 (pod 18) Kreatin kinaza 9,8 (0,5-1,86 μkat/l) Aminokisline v serumu normalno Organske kisline v urinu normalno EMG miopatske spremembe ProOil karnitina normalen Kopičenje nevtralnih lipidov, pomnožen glikogen Povečani mitohondriji s tvorbo koncentričnih krist in osmiooilnimi inkluzijami, obdani z lipidnimi kapljicami 19

20 Encimska DG: pomanjkanje kompleksov I, III, IV in V sindrom deplecije mitohondrijske DNK Potrjena mutacija gena za timidin kinazo 2 (TK2) Redukcija mtdna na 10% normalne vrednosti Starša sta zdrava nosilca iste mutacije gena za timidin kinazo 2 Zdravljenje: B1 100mg, B2 50 mg, CoQ 2x30mg, L- karnitin 3x300mg, Biotin 1 tbl, Becotal 1 tbl, vitamin C 500 mg, vitamin E 100 mg Spremljanje: 3 leta brez kognitivnih težav, moč aksialnih mišic in vratu primerna, slabša moč v medeničnem obroču in mišicah vseh štirih udov, v legi na hrbtu dvigne dlan in podlaht od podlage, zadrži Olektirani nogi v vertikalnem položaju, antigravitacijskih gibov ne izvede Avtizem je hiperpurinergično stanje. Naviaux et al, Plos ONE 2013 Oblike nepravilnega delovanja mitohondrijev Zmanjšano Normalno Prekomerno Nizek ATP pericel normalen Visok ATP pericel Zvišan laktat v serumu normalen Zvišan laktat Ni vnetja ni vnetja Kronično vnetje Več napak mtdna normalni mehanizmi Malo napak mtdna poprave mtdna OXPHOS bolezni Avtizem 20

21 ATP v celici 5 mm, pericelularno 5-10 mikrom, ekstracelularno 5-10 nm ATP, ADP, UTP in UDP so mitokini Purinergični receptorji inotropni P2X in metabotropni P2Y Purinergično signaliziranje modulira: Sinaptogenezo in razvoj možganov Naravno imunost in kronično vnetje Vnetje živčevja in antivirusno signaliziranje Aktivacijo mikroglije, kemotakso nevtrooilcev, motiliteto črevesja Permeabilnost črevesja Prenos signalov okusa Občutljiovst na prehrambene alergene Sluh Sindrom kronične bolečine MIA model avtizma Maternal Immune Activation: - aplikacija PolyIC dvojnoverižne virusne DNA konec 1.trimestra - porast IL- 6, kronično vnetje živčevja in abnormno vedenje, - porast ATP pericel, nižjo telesno temperaturo, fazo hibernacije presnove s povečano produkcijo CO2, manjšo porabo O2 in nižjim BM. - po 8 tednih ali FR ali Suramin (purinergični antagonist) Isti učinek kot polyic imajo: IL- 6 Valproat Fragilni X Virus gripe Serotonin transportni protein 5- HTT MeCP2 TSC1/TOR CACNA1c bisfenola 21

22 Hiperfunkcija encimov dihalne verige mitohondrijev v možganih je bila normalizirana po aplikaciji Suramina. 22

23 Zdravljenje mitohondrijskih bolezni 13 otrok and 1 odrasel 1 Fridreich ataxia, 4 POLG, 3 MELAS, 4 Leigh, 1 KSS, 1 Pearson 12 tedenski protokol, s podaljšanjem Genetsko potrjene MB, ki so bili znotraj 90 dni end- of- life care EPI- 743 preprečil progres bolezni >90% primerov 2 umrla, ostalih 11 pomembno izboljšanje NMPDS točk po 3 mesecih zdravljenja Brez resnih stranskih učinkov Enns et al, Molecular Genetics and Metabolism,