Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

Mitokondrial MTND1 Gen Mutasyonu İle İlişkili Lohn/Melas Örtüşme Sendromu

---

Mitokondrial MTND1 genindeki patojenik nokta mutasyonları daha önce iki farklı klinik fenotiple ilişkili olarak tanımlanmıştır –LHON ve MELAS -.Burada MTND1 geninde ,hem LHON hem de MELAS’ın klinik özelliklerini içeren bir örtüşme sendromu ile ilişkili ilk heteroplazmik mitokondrial DNA nokta mutasyonunu rapor ediyoruz.Kas histokimyasında ince mitokondrial anormallikler ortaya çıkmışken biyokimya analizinde izole bir kompleks I eksikliği gösterilmiştir.Bulgumuz,mitokondrial kompleks I mutasyonlarının artan önemini vurgulamaya hizmet etmektedir.

İnsan mitokondrial genomu(mtDNA) ,çok çeşitli klinik sunumlarla ilişkili geniş moleküler kusurlara tabidir.Birçok hasta özel bir mtDNA mutasyonu nedeniyle belirli nörolojik sendromla başvurur ama yaygın klinik ve genetik heterojenite vardır2.En sık görülen mitokondriyal sendromlardan biri, vakaların yaklaşık %80'inde mitokondriyal tRNALeu(UUR) geninde (MTTL1) 3243A˃G nokta mutasyonu bulunan MELAS'TIR (Miyopati,ensefalopati,laktik asidoz,stroke )3.MTTL1 ve diğer transfer RNA genlerdeki daha nadir mutasyonlar da,özellikle MTND5(13513G˃A ve 13514A˃G)4-6 ve MTND67 ve daha yakın zamanda bulunan MTND18 ‘de solunum zinciri kompleksi I’in yapısal alt birimlerini kodlayan mitokondrial MTND genlerdeki mutasyonlar gibi ,MELAS ‘a neden olmaktadır.

Son zamanlarda,mitokondrial bozukluğun klinik spektrumu ,hastaların MELAS/Leigh’ın9 ve MELAS/Leber’in kalıtsal optik nöropatisi(LHON) gibi birden fazla tanınmış fenotopin kardinal özellikleri ile başvurduğu örtüşme sendromlarının tanımlanması ile genişlemiştir.Şaşırtıcı bir şekilde MELAS/LHON sendromuna neden olan mutasyonlar ağırlıklı olarak MTND5 te bulunur ve birincil LHON mutasyonlarını barındıran üç MTND geninden hiçbirinde tarif edilmemiştir.Burada MTND1 geninde yeni bir heteroplazmik mutasyon nedeniyle iskelet kasında MELAS\LHON örtüşme sendromu ve izole kompleks I eksikliği olan bir hastalığı tanımladık.

Vaka raporu

43 yasında kadın hasta(II-3 figür 1a);20 yaşından beri migren aurası ve konvülsiyonlar çekiyor.25 yaşında status epileptikus kardiyovesküler durgunluk ile komplike idi ve resüsitasyonun ardından sol hemiparezi ve ‘tunnel görme’ kaydedildi.30 yaşında,koordinasyon bozukluğu ve ataksi ile birlikte sol hemiparezisinin kötüleştiği kaydedildi.Kısmi felç ve migren atakları devam etti ve sağırlık ile miyoklonus gelişti.41 ve 43 yaşları arasında görme keskinliği sırasıyla sağ gözde 6/24 ve sol el hareketinde 6/18 oranında ve parmak sayımında kötüleşti.Bilateral soluk optik diskleri,sol hemiparezi ,nadiren miyoklonus ,hafif bilateral parmak-burun ataksisi vardı ve açık havada mobilizasyon için tekerlekli sandalye gerekti.Ailede nöromüsküler hastalık öyküsü yoktur ancak babası,ağabeyi ve ablası migren geçirmiştir veya geçiriyordur(figür 1a).Vefat eden babası ve babasının büyük babasında stroke(inme) yaşlılıkta teşhis edildi.Babada(I-2) migren,serebrovasküler hastalık ,topallama,aort anevrizması ve iskemik kalp rahatsızlığı genelleştirilmiş ateroskleroz vardı.Ablası (II-1)çocukluğunda migren geçirmiş erkek kardeşi (II-2) gibi onun oğlunda da epilepsi ve öğrenme ğüçlüğü vardı.

Timidin için yapılan idrar taraması negatif çıktı.Egzersiz sonrası laktaz kanda (5.1 mmol/1 referans aralığı 0.6-2.4) ve beyin omurilik sıvısı (CSF)(3.3 mmol/1 referans aralığı 1.2-2.1) yükselmiştir.MRI da hem iki oksipital lobları hem de talamileri içeren yüksek T2\FLAİR sinyal alanları ortaya çıktı(figür 1).Uyarılmış potansiyeller (P100 latencies are 161 ms on the right

and 143 ms on the left) şu anda normal genliklerde(5.67 ve 4.13 µVsırasıyla) bilateral gecikme göstermektedir. Kuadriseps kas biyopsisi mitokondriyal miyopatiyi düşündürüyordu. Bazı liflerde modifiye edilmiş gomori trikom çırağı üzerinde hafif kırmızı lekelenme vardı ancak süksinta dehidrojenaz histokimyası önemli subsarkolemmal enzim aktivitesi gösteremedi .Sitokrom c oksidaz (COX) histokimyası normaldi.

  SONUÇ

     Her ne kadar rutin histoloji ve kas biyopsisinin histokimyası bilgilendirici olmasada ,daha sonra yapılan biyokimyasal araştırmalar,iskelet kasında kompleks I’in ;kompleks II ve kompleks IV ‘ün normal aktiviteleri kapsamlı mtDNA çalışmalarına yol açan izolee bir kusur olduğunu ortaya çıkardı.PCR-RFLP analizi ile kastaki 3243A˃G MELAS mutasyonunu hariç tutarak tüm mtDNA kodlama bölgesinin sırasını belirledik.Bu MTCYB geninde sessiz bir değişiklik (158174A˃G) ve MTND1 geninde gözlemlenen kompleks I eksikliği ve dolayısıyla potansiyel olarak patojenik olacak 2 bildirilmemiş dizi değişikliği( 3365G˃A ve 3865A˃G) ile birlikte bir dizi belgelenmiş polimorfik varyant tanımlanmıştır.3865A˃G değişikliği ,türler arasında orta derecede korunmuş olan ve hem indeks durumunun hem de klinik olarak etkilenmemiş annesinin kan DNA’sında homoplazmik seviyelerde bulunan bir kalıntıda orta derecede bir amino asit ikamesi(1187V) öngörmektedir.3375G˃A mutasyonu (figür 2a),ND1 proteininin yüksek oranda korunmuş bır yerinde ve bu temelde negatif yüklü bir tortudan pozitif yüklü bir tortuya bir amino asit ikamesini (E24) öngörür,3376G˃A MTND1 gen mutasyonunu olası nedensel  olarak araştırmayı tercih ettik .

Tartışma:

Altta yatan bir mitokondiriyal solunum zinciri bozukluğundan hastanın klinik penotipi nedeniyle şüphelenildi ve biyokimyasal çalışmalarla doğrulandı.Mitokondrial genomun sekanslanması MTND1 geride heteroplazmik olan iskelet kasından en yüksek seviyede bulunan ve kontrol popülasyonunda belirgin olmayan bir 3376G˃A  geçişi ortaya çıkarmıştır.Bu verilerle birlikte yeni bir mutasyonun patojenik olarak tanıması için kabul edilen kriterleri karşılamaktadır ve bu nedenle 3376G˃A  mutasyonun komple ı aktivitesindeki biyokimyasal sorunun bir sonucu olarak hastalarda klinik sunumdan sorumlu olduğuna inanıyoruz.

       Birkaç ilginç noktada daha fazla yorum yapmaya değer.Birincisi, sadece çok ince mitokondriyal değişiklikleri ortaya koyan histokimyasal bulgular ve mitokondriyal hastaların tanısı ile ile ilgili önemli gözlem ortaya kondu.patojenik mt DNA anormallikleri olan yetişkinleri araştırma konusundaki kendi deneyimimiz mitokondriyal enzim aktivitesinin kastaki histokimyasal değerlendirmesinin mtDNA hastalarının taranmasında en önemli tanı aracı olduğunu göstermektedir.Kompleks 1 aktivitesinin güvenilir sitokimyasal tahlilleri olmasına rağmen MTND gen mutasyonları olan bazı hastalar düzensiz kırmızı lifler olarak önemli subsorkamel mitokondriyal birikim gösterirler.Bunlar MTND118 geni içinde intrajenik inversiyonu olan bir hastada tanımlanmıştır ve  kirb ve arkadaşları tarafından tarif edilen MELAS hastalarından biri olsa da bu protein edilen tüm mutasyonlar için tutarlı bir bulgu değildir.Gerçektende ,en yaygın MTND1 gen mutasyonu olan 3376G˃A  LHON mutasyonu anormal mitokondriyal histokimya gösteremez.

      İkinci olarak 3376G˃A   LHON mutasyonu dahil olmak üzere  daha önce bildirilen tüm MTND1 mutasyonları mitokondriyal matrikse bakan ND1 proteinin extramembran  döngülerinde amino asit değişikliklerine yol açar8,18.Hastamızda 3376G˃A   mutasyonu ile öngörülen amino asit ikamesi birinci transmanbran sarmalı ile müteakip  hidrofilik  halka arasındaki bağlantıda benzer bir konumda meydana gelir(örnek için Kirb ve arkadaşlarına bakın).

     Son olarak hastamızın sergilediği hızlı  ve progresif görme kaybı LHON hastalarında görülen optik sinir değişiklikleriyle uyumludur. Optik sinir hastalığı klinik ve elektrofizyolojik verilerle desteklenmiştir.İzole  LHON a neden olan çoğu mutasyon diğer (MTND1,MTND4,VE MTND5) genlerde bulunurken MTND5 geninde6.10 mutasyon barındıran örtüşme sendromlu diğer hastalarda karşılaştırılabilir bulgular bildirilmiştir19.

     Sonuç olarak bu veriler bu mutasyonun nedensel olduğunu ve ayrıca mtDNA bozukluklarının hem genetik hemde fenotipik çeşitliliğini ve hem MELAS hem de LHON da kompleks 1 disfonksiyonunun rolünü göstermektedir.Histokimyasal bulgular bazı durumlardan dikkat çekici olmayabilir. Ve kesin nedensel defektin belirlenmesi için mtDNA kodlama dengesinin kapsamlı sekanslanması gerekir.

Açıklamalar

     John Duley'e (Guy's Hastanesi, Londra)timidin taraması ve Dr Graham Holder (Moorfields Göz Hastanesi,Londra) elektroretinografi için teşekkür ediyoruz. DMT ve RWT,Güven, Kas Distrofisi Kampanyası ve NewcastleTyne Hospitals NHS Sürekli finansal desteklerinden dolayı güvenin.

Referanslar

1 DiMauro S, Schon EA: Mitochondrial respiratory-chain diseases. N Engl J Med 2003; 348: 2656 – 2668.

2 McFarland R, Taylor RW, Turnbull DM: The neurology of mitochondrial DNA disease. Lancet Neurol 2002; 1: 345 – 351.

3 Goto Y, Nonaka I, Horai S: A mutation in the tRNALeu(UUR) gene associated with the MELAS subgroup of mitochondrial encepha- lomyopathies. Nature 1990; 348: 651 – 653.

4 Santorelli FM, Tanji K, Kulikova R et al: Identification of a novel mutation in the mtDNA ND5 gene associated with MELAS. Biochem Biophys Res Commun 1997; 238: 326 – 328.

5 Corona P, Antozzi C, Carrara F et al: A novel mtDNA mutation in the ND5 subunit of complex I in two MELAS patients. Ann Neurol 2001; 49: 106 – 110.

6 Liolitsa D, Rahman S, Benton S, Carr LJ, Hanna MG: Is the mitochondrial complex I ND5 gene a hot-spot for MELAS causing mutations? Ann Neurol 2003; 53: 128 – 132.

7 Ravn K, Wibrand F, Hansen FJ, Horn N, Rosenberg T, Schwartz M: An mtDNA mutation, 14453G-A, in the NADH dehydrogenasesubunit 6 associated with severe MELAS syndrome. Eur J Hum Genet 2001; 9: 805 – 809.

8 Kirby DM, McFarland R, Ohtake A et al: Mutations of the mitochondrial ND1 gene as a cause of MELAS. J Med Genet 2004; 41: 784 – 789.

9 Crimi M, Galbiati S, Moroni I et al: A missense mutation in the mitochondrial ND5 gene associated with a Leigh-MELAS overlap

syndrome. Neurology 2003; 60: 1857 – 1861.

10 Pulkes T, Eunson L, Patterson V et al: The mitochondrial DNA G13513A transition in ND5 is associated with a LHON/MELAS

overlap syndrome and may be a frequent cause of MELAS. Ann Neurol 1999; 46: 916 – 919.

11 Taylor RW, Turnbull DM: Laboratory diagnosis of mitochondrial disease; in Applegarth DA, Dimmick J, Hall JG (eds): Organelle

diseases. London: Chapman & Hall, 1997, pp 341 – 350.

12 McDonnell MT, Blakely EL, Schaefer AM et al: Non-invasive diagnosis of the 3243A4G mitochondrial DNA mutation using

urinary epithelial cells. Eur J Hum Genet 2004; 12: 778 – 781.

13 Taylor RW, Taylor GA, Durham SE, Turnbull DM: The determina- tion of complete human mitochondrial DNA sequences in single cells: implications for the study of somatic mitochondrial DNA point mutations. Nucleic Acids Res 2001; 29: e74.

14 MITOMAP: A Human Mitochondrial Genome Database, http:// www.mitomap.org, 2004.

15 Wu CH, Yeh LS, Huang H et al: The protein information resource. Nucleic Acids Res 2003; 31: 345 – 347.

16 DiMauro S, Schon EA: Mitochondrial DNA mutations in human disease. Am J Med Genet 2001; 106: 18 – 26.

17 Taylor RW, Schaefer AM, Barron MJ, McFarland R, Turnbull DM: The diagnosis of mitochondrial muscle disease. Neuromusc Disord 2004; 14: 237 – 245.

18 Musumeci O, Andreu AL, Shanske S et al: Intragenic inversion of mtDNA: a new type of pathogenic mutation in a patient with

mitochondrial myopathy. Am J Hum Genet 2000; 66: 1900 – 1904.

19 Man PY, Turnbull DM, Chinnery PF: Leber hereditary optic neuropathy. J Med Genet 2002; 39: 162 – 169.

Emma L Blakely1, Rajith de Silva2, Andrew King3, Verena Schwarzer2, Tim Harrower2,Gervase Dawidek4, Douglass M Turnbull1 and Robert W Taylor*,11

Çeviren ve Derleyen: Fatiha Göçer

---