Критерии диагностики

• Выделяют 2 группы критериев диагностики митохондриальных болезней. Основные критерии диагностики (первая группа).
• Клинические:
• прогрессирующего течения с эпизодами экзацеребрации или наличия митохондриальных мутаций в семье;
• исключения метаболических и других заболеваний проведением соответствующих тестов.
• Гистологические - обнаружение феномена RRF более чем в 2% мышечной ткани.
• Энзиматические:
• цитохром С-оксидазонегативные волокна;
• снижение активности энзимов комплекса дыхательной цепи (<20% нормы в ткани, <30% в клетках или нескольких тканях).
• Функциональные - снижение синтеза АТФ в фибробластах более 3 стандартных отклонений.
• Молекулярно-генетические - патогенетически значимые мутации ядерной или мтДНК.
• Дополнительные критерии диагностики (вторая группа).
• Клинические - неспецифические симптомы, встречающиеся при болезнях дыхательной цепи (мертворождение, снижение двигательной активности плода, ранняя неонатальная смерть, двигательные расстройства, нарушение развития, нарушение мышечного тонуса в неонатальном периоде).
• Гистологические - малый процент феномена RRF, субсарколеммальное накопление митохондрий или их аномалий.
• Энзиматические - низкая активность ферментов дыхательного комплекса (20-30% нормы в ткани, 30-40% - в клетках или клеточных линиях).
• Функциональные - снижение синтеза АТФ в фибробластах на 2-3 стандартных отклонения или отсутствие роста фибробластов в среде с галактозой.
• Молекулярно-генетические - обнаружение мутаций ядерной или мтДНК с предположительной патогенетической связью.
• Метаболические - обнаружение одного или более метаболитов, указывающих на нарушение клеточной биоэнергетики.

Лечение митохондриальных заболеваний

До настоящего времени эффективное лечение митохондриальных болезней остаётся нерешённой проблемой. Это связано с несколькими факторами: трудностями ранней диагностики, малой изученностью отдельных звеньев патогенеза болезней, редкостью некоторых форм патологии, тяжестью состояния больных в связи с мультисистемностью поражения, что затрудняет оценку проводимого лечения, отсутствием единого взгляда на критерии эффективности терапии. Пути медикаментозной коррекции базируются на достигнутых знаниях патогенеза отдельных форм митохондриальных болезней.

Патогенез митохондриальных заболеваний, обусловленных дефектами дыхательной цепи, связан в основном с дефицитом ферментных комплексов, нарушением структурных и транспортных белков митохондрий. Это приводит к глубокому расстройству всей системы тканевого дыхания, накоплению недоокисленных продуктов метаболизма, лактат-ацидозу, нарушению процессов перекисного окисления липидов, дефициту карнитина, коэнзима Q-10 и др. В связи с этим основные лечебные мероприятия направлены на оптимизацию процессов биологического окисления и тканевого дыхания и коррекцию дефицита отдельных метаболитов, развивающегося при митохондриальных дисфункциях.

Комплексное лечение больных с этими патологиями в настоящее время базируется на следующих принципах:

• ограничении легкоусваяемых углеводов в диете больных (до 10 г/кг массы тела);
• использовании корректоров активного переноса электронов в дыхательной цепи;
• введении кофакторов энзимных реакций, протекающих в клетках;
• предупреждении прогрессирования повреждений митохондрий;
• ликвидации лактат-ацидоза:
• устранении дефицита карнитина;
• назначении антиоксидантов;
• использовании симптоматических средств;
• предупреждении вторичных митохондриальных дисфункций.
• Комплекс медикаментозных средств, направленных на коррекцию митохондриальных нарушений, включает, главным образом, 4 группы лекарственных препаратов:
• 1-я группа - средства, направленные на активацию переноса электронов дыхательной цепи:
• коэнзим Q-10* - 30-60 мг/сут в течение 2 мес (4-5 мг/кг в сут в 2 приёма);
• кудесан - 30-150 мг/сут (курс - 2 мес) 2-3 курса в год. Поддерживающая доза - 15-30 мг/сут (во флаконе 20 мл; 1 мл содержит 30 мг коэнзима Q-10 и 4,5 мг витамина Е);
• янтарная кислота - 8-10 мг/кг в сут в течение 2 мес (3 дня приём, 2 дня перерыв), до 6 г /сут при дефиците дыхательного комплекса 1 и дефиците пируватдегидрогеназного комплекса.
• 2-я группа - средства кофакторной терапии (средняя продолжительность курса - 1 мес):
• никотинамид - 20-30 мг/сут;
• рибофлавин - 20-30 мг/сут (3-20 мг/кг в сут в 4 приёма);
• тиамин - 20-30 мг/сут (25-100 мг/кг в сут);
• тиоктовая кислота - 100-200 мг/сут (5-50 мг/сут);
• биотин - 5 мг/сут (в тяжёлых случаях до 20 мг/сут).
• 3-я группа - корректоры нарушенного обмена жирных кислот;
• 20% раствор левокарнитина - 30-50 мг/кг в сут в течение 3-4 мес (принимать до еды, разбавив жидкостью, 1 ч.л. соответствует 1,0);
• левокарнитин - 25-100 мг/кг в сут в 4 приёма.
• 4-я группа - средства, направленные на предупреждение кислородно-радикального повреждения митохондриальных мембран (приём в течение 3-4 нед):
• аскорбиновая кислота - 200-500 мг/сут;
• витамин Е - 50-300 мг/сут.
• Для коррекции лактат-ацидоза используют димефосфон - 30 мг/кг (1 мес), дихлорацетат - 15 мг/кг в сут в 3 приёма (повышается риск развития нейропатии при длительном приёме вследствие дефицита тиамина) или 2-хлорпропионат.
• При необходимости используют методы симптоматического лечения: ИВЛ, гемотрансфузию, перитонеальный диализ и др.

Лицам с митохондриальными болезнями необходимо избегать длительных перерывов в приёме пищи, нагрузки углеводами. Кетогенную диету назначают при дефекте пируватдегидрогеназы и дефекте комплекса 1, Следует также избегать избыточных физических нагрузок. Необходимо проводить лечение присоединившихся инфекций. Важно помнить об отрицательном влиянии на функционирование систем биоэнергетики ряда медикаментов (барбитуратов, препаратов вальпроевой кислоты, хлорамфеникола, тетрациклина и др.), назначать которые следует индивидуально. При наличии судорожного синдрома показаны противосудорожные средства (препараты вальпроевой кислоты по 30 мг/кг в сут, клоназепам и др.), однако необходимо учитывать их отрицательное побочное влияние на митохондриальные функции.

Продолжительность курса лечения колеблется от 2 до 4 мес, его повторяют 2-3 раза в год.

Заключение

С тех пор как в 1960-х годах впервые были описаны митохондриальные заболевания, было приложено много усилий к пониманию значения митохондрий в процессах нормы, патологии и старения. В настоящее время известно, что широкий диапазон на вид не связанных заболеваний, от шизофрении до диабета, имеют в своей основе общие патологические механизмы, а именно митохондриальную дисфункцию, образование РФК и накопление повреждений в мтДНК. Антиоксидантная терапия обещает улучшение работы митохондрий, но тем не менее существуют непонятные аспекты в нашем понимании типов и соотношений антиоксидантов, их форм, которые дали бы наилучшие результаты. Однако поиск клиницистами рациональных способов терапии для своих пациентов, может заключить тестирование органических кислот в моче как попытку определить, какие питательные вещества необходимо использовать в качестве добавок. Безусловно, необходимы дополнительные клинические исследования, но если прогресс в понимании функций митохондрий не утратит своих темпов в последующие 50 лет, митохондриальне болезни и митохондриальную дисфункцию вскоре можно будет считать излечимыми.

Литература

Луганский национальный университет имени Тараса Шевченка

Митохондриальные заболевания

Реферат по генетике

Выполнил:Черкасов Павел

Луганск
2013г.

План:

1. Введение.

2. Митохондрии:
2.1. Происхождение митохондрий.
2.2. Митохондрии в клетке.
2.3. Структура и функции митохондрии.

3. Симптомы митохондриальных заболеваний.

4. Механизмы возникновения митохондриальных повреждений.

5. Митохондриальные болезни.

6. Классификация митохондриальных болезней.

7. Диагностика митохондриальных болезней.
7.1. Оценка характера наследования манифестации клинических признаков митохондриальных заболеваний.
7.2. Данные морфологических и молекулярно-генетических исследований
7.3. Критерии диагностики

8. лечение митохондриальных болезней.

9. Заключение.

10.Ключевые слова (термины).

11.Литература.

Введение:

В настоящее время митохондриология выделилась в самостоятельное научное направление. Более того, открытие в последние годы ведущей роли митохондрий в чувствительности к лекарствам, их ключевой ролью в старении, апоптозе и нейродегенеративных расстройствах привело к созданию митохондриальной медицины. Важным ее разделом являются болезни, связанные с нарушением функции митохондрий, - митохондриальные цитопатии.

Большинство исследователей признают, что митохондрии в клетках животных являются отдаленными потомками архибактерий, которые на заре жизни внедрились в первобытные эукариотические клетки и постепенно превратились в эндосимбионтов. Митохондрии, являющиеся потомками свободно живущих эубактерий, сохранили только минимальные остатки своего генома в эволюционном процессе эндосимбиоза. Большая часть генома была или передана ядру эукариотического хозяина, или утрачена, так как животные клетки предоставляют митохондриям «и стол, и дом», используя в свою очередь энергию, запасаемую в продукте жизнедеятельности митохондрий в виде АТФ. Фрагменты из кодирующей и некодирующей областей митДНК находятся как ископаемые остатки в ядерном геноме различных эукариотов.

Концепция симбиоза принимается как наиболее вероятная гипотеза, в пользу которой, помимо второстепенных, свидетельствуют два фундаментальных факта:

1 - митохондрии единственные органеллы, имеющие собственный геном
2 - генетический код митохондриальной (митДНК) и ядерной (яДНК) ДНК различен (данное обстоятельство является веским аргументом против существовавшего ранее предположения о происхождении митохондрий в результате компартментализации части ядерного генома)

В процессе симбиоза митохондрии утратили значительную часть самостоятельности и передали бульшую часть своего генома ядрам клеток. В результате их жизнь и функционирование только в малой степени обеспечиваются собственной ДНК. Бульшая часть митохондриальных белков кодируется в ядрах клеток и доставляется в митохондрии из цитоплазмы. В постмитотических клетках, таких как мышечные волокна, нейроны и кардиомиоциты, митохондрии имеют ограниченный срок жизни (несколько недель). В нормальных условиях их новообразование требует координации между митохондриальной ДНК, кодирующей 13 из 80 белковых субъединиц респираторной цепи, 2 белковых субъединицы мРНК и 22 митохондриальных тРНК (всего 37 генов), и ядерным геномом, кодирующим более 99% митохондриальных белков.

Главные функции митохондрий:

•продукция энергии для клеток в виде АТФ в результате окислительного фосфорилирования различных субстратов (дыхательная цепь состоит из пяти энзимных комплексов)
•b-окисление жирных кислот
•цикл трикарбоновых кислот
•выполняют роль во внутриклеточной сигнализации, апоптозе, промежуточном метаболиз

Митохондрии

Митохондрии - внутриклеточные органеллы, присутствующие в виде нескольких сотен копий во всех клетках (кроме эритроцитов) и продуцирующие АТФ. Длина митохондрии 1,5 мкм, ширина 0,5 мкм. Их обновление происходит непрерывно на протяжении всего клеточного цикла. Органелла имеет 2 мембраны - внешнюю и внутреннюю. От внутренней мембраны внутрь отходят складки, называемые кристами. Внутреннее пространство заполняет матрикс - основное гомогенное или тонкозернистое вещество клетки. В нём содержатся кольцевая молекула ДНК, специфические РНК, гранулы солей кальция и магния. На внутренней мембране фиксированы ферменты, участвующие в окислительном фосфорилировании (комплекс цитохромов b, с, а и аЗ) и переносе электронов.

Это энергопреобразующая мембрана, которая превращает химическую энергию окисления субстратов в энергию, которая накапливается в виде АТФ, креатинфосфата и др.

На наружной мембране сосредоточены ферменты, участвующие в транспорте и окислении жирных кислот.

Митохондрии способны к самовоспроизведению.

Основная функция митохондрий - аэробное биологическое окисление (тканевое дыхание с использованием клеткой кислорода) - система использования энергии органических веществ с поэтапным её высвобождением в клетке. В процессе тканевого дыхания происходит последовательный перенос ионов водорода (протонов) и электронов через различные соединения (акцепторы и доноры) на кислород.

В процессе катаболизма аминокислот, углеводов, жиров, глицерола образуются углекислый газ, вода, ацетил-коэнзим А, пируват, оксалоацетат, кетоглутарат, которые затем вступают в цикл Кребса. Образовавшиеся ионы водорода акцептируются адениннуклеотидами - адениновыми (NAD+) и флавиновыми (FAD+) нуклеотидами. Восстановленные коферменты NADH и FADH окисляются в дыхательной цепи, которая представлена 5 дыхательными комплексами.

В процессе переноса электронов накапливается энергия в виде АТФ, креатин-фосфата и других макроэргических соединений.

Дыхательная цепь представлена 5 белковыми комплексами, которые осуществляют весь сложный процесс биологического окисления (табл. 10-1):

1-й комплекс - NADH-убихинон-редуктаза (этот комплекс состоит из 25 полипетидов, синтез 6 из которых кодируется мтДНК);

2-й комплекс - сукцинат-убихинон-оксидоредуктаза (состоит из 5-6 полипептидов, включая сукцинатдегидрогеназу, кодируется только мтДНК);

3-й комплекс - цитохром С-оксидоредуктаза (переносит электроны от коэнзима Q на комплекс 4, состоит из 9-10 белков, синтез одного из них кодируется мтДНК);

4-й комплекс - цитохромоксидаза [состоит из 2 цитохромов (а и аЗ), кодируется мтДНК];

5-й комплекс - митохондриальная Н+-АТФаза (состоит из 12-14 субъединиц,

осуществляет синтез АТФ).

Кроме того, электроны 4 жирных кислот, подвергающихся бета-окислению, переносит электронпереносящий белок.

В митохондриях осуществляется ещё один важный процесс - бета-окисление жирных кислот, в результате которого образуется ацетил-КоА и эфиры карнитина. В каждом цикле окисления жирных кислот происходят 4 энзиматические реакции.

Первый этап обеспечивают ацил-КоА-дегидрогеназы (коротко-, средне- и длинноцепочечные) и 2 переносчика электронов.

В 1963 г. было установлено, что митохондрии имеют собственный уникальный геном, наследуемый по материнской линии. Он представлен единственной небольшой кольцевой хромосомой длиной 16 569 п.н., кодирующей 2 рибосомальные РНК, 22 транспортные РНК и 13 субъединиц ферментных комплексов электронно-транспортной цепи (семь из них относятся к комплексу 1, один - к комплексу 3, три - к комплексу 4, два - к комплексу 5). Большинство митохондриальных белков, участвующих в процессах окислительного фосфорилирования (около 70), кодируются ядерной ДНК и лишь 2% (13 полипетидов) синтезируются в митохондриальном матриксе под контролем структурных генов.

Строение и функционирование мтДНК отличается от ядерного генома. Во-первых, она не содержит интронов, что обеспечивает высокую плотность генов по сравнению с ядерной ДНК. Во-вторых, большинство мРНК не содержит 5'-3'-нетранслируемые последовательности. В-третьих, мтДНК имеет D-петлю, которая представляет собой её регуляторную область. Репликация представляет собой двухступенчатый процесс. Выявлены также отличия генетического кода мтДНК от ядерной. Особо следует отметить, что существует большое число копий первой. Каждая митохондрия содержит от 2 до 10 копий и более. Учитывая тот факт, что клетки могут иметь в своём составе сотни и тысячи митохондрий, возможно существование до 10 тыс. копий мтДНК. Она весьма чувствительна к мутациям и в настоящее время идентифицировано 3 типа таких изменений: точковые мутации белков, кодирующих мтДНК-гены (mit-мутации), точковые мутации мтДНК-тРНК-генов (sy/7-мутации) и крупные перестройки мтДНК (р-мутации).

В норме весь клеточный генотип митохондриального генома идентичен (гомоплазмия), однако при возникновении мутаций часть генома остаётся идентичной, а другая - изменённой. Такое явление называется гетероплазмиеи. Проявление мутантного гена происходит тогда, когда количество мутаций достигает определённого критического уровня (порога), после чего наступает нарушение процессов клеточной биоэнергетики. Это объясняет то, что при минимальных нарушениях в первую очередь будут страдать наиболее энергозависмые органы и ткани (нервная система, головной мозг, глаза, мышцы).

Происхождение митохондрий

В соответствии с теорией симбиогенеза, митохондрии появились в результате захвата примитивными клетками (прокариотами) бактерий. Клетки, которые не могли сами использовать кислород для генерации энергии, имели серьёзные ограничения в возможностях развития; бактерии же (прогеноты) могли это делать.

В процессе развития таких отношений прогеноты передали множество своих генов сформировавшемуся, благодаря повысившейся энергоэффективности, ядрутеперь уже эукариот. Вот почему современные митохондрии больше не являются самостоятельными организмами. Хотя их геном кодирует компоненты собственной системы синтеза белка, многие ферменты и белки, необходимые для их функционирования, кодируются хромосомами, синтезируются в клетке и только потом транспортируются в органеллы.

Митохондрии в клетке

Впервые митохондрии обнаружены в виде гранул в мышечных клетках в 1850 году. Число митохондрий в клетке непостоянно. Их особенно много в клетках, в которых потребность в кислороде велика. По своему строению они представляют собой цилиндрические органеллы, встречающиеся в эукариотической клетке в количестве от нескольких сот до 1—2 тысяч и занимающие 10—20 % её внутреннего объёма. Сильно варьируют так же размеры (от 1 до 70 мкм) и форма митохондрий. При этом ширина этих органелл относительно постоянна (0,5—1 мкм). Способны изменять форму. В зависимости от того, в каких участках клетки в каждый конкретный момент происходит повышенное потребление энергии, митохондрии способны перемещаться по цитоплазме в зоны наибольшего энергопотребления, используя для движения структуры цитоскелета эукариотической клетки.

Альтернативой множеству разрозненных небольших митохондрий, функционирующих независимо друг от друга и снабжающих АТФ небольшие участки цитоплазмы, является существование длинных и разветвлённых митохондрий, каждая из которых может энергетически обеспечивать отдалённые друг от друга участки клетки (например, у одноклеточных зелёных водорослей Chlorella). Вариантом такой протяжённой системы может также являться упорядоченное пространственное объединение множества митохондрий (хондриом или митохондрион), обеспечивающее их кооперативную работу и встречающееся как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов. Особенно сложно этот тип хондриома устроен в скелетных мышцах млекопитающих, где группы гигантских разветвлённых митохондрий связаны друг с другом с помощью межмитохондриальных контактов (ММК). Последние образованы плотно прилегающими друг к другу наружными митохондриальными мембранами, в результате чего межмембранное пространство в этой зоне имеет повышенную электронную плотность. Особенно обильно ММК представлены в клетках сердечных мышц, где они связывают множественные отдельные митохондрии в согласованную работающую кооперативную систему.

Функции митхондрии

Энергетическая потребность клетки контролируется числом митохондрий в каждой клетке. Одна соматическая клетка может содержать от 200 до 2000 митохондрий, в то время как зародышевые клетки человека, такие как сперматозоиды, содержат постоянное число в 16 митохондрий, а ооциты содержат их до 100 000. Самое большое число митохондрий обнаружено в большинстве метаболически активных клеток, таких как клетки скелетной и сердечной мускулатуры, клетки печени и мозга. Митохондрии были найдены в каждой клетке человека, за исключением зрелых эритроцитов.

Митохондрии производят более чем 90% энергии клетки путем окислительного фосфорилирования. Образование энергии является результатом двух тесно скоординированных метаболических процессов- цикл трикарбоновых кислот (ТКК), известный также как цикл Кребса или цикл лимонной кислоты, и цепь передачи электронов (ЦПЭ). Цикл ТКК преобразует углеводы и жиры в АТФ, но основная его задача состоит в продуцировании коэнзимов НАД-Н и ФАД-Н, так что они тоже поступают в ЦПЭ

Митохондриальные заболевания