16.06.21

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

Zaburzenia mitochondrialne.

Peroksysomalne lizosomalne oraz

aparatu Golgiego i retikulum

endoplazmatycznego

Agata Sakowicz

Zespół MELAS

1.

Mitochondrial encephalomypathy, lactic acidosis and stroke-like episodes

2.

Najczęstrza choroba mitochondrialna uwarunkowana mutacjami mitochondialnego DNA
(mtDNA)

3.

Wieloukładowa choroba mitochondrailna

4.

Dotychczas opisano kilkanaście mutacji punktowych mtDNA leżących u podłoża MELAS
(najczęstrza A3243G)

5.

Mutacje te prowadza do braku lub niedoborów białkowych podjednostek łańcucha
oddechowego najczęściej kompleksu I (reduktazy NADH), rzadziej kompleksu IV (cyt C)

6.

Skutkiem są niedobory energetyczne w komórkach i tkankach zawierających mutacje mtDNA,
co prowadzi do upośledzenia ich funkcji a następnie śmierci komórki

7.

Objawy kliniczne:

•

Epizody udarowe występujące do 40 roku życia

•

Encefalopatia z napadami padaczkowymi i postępującym otępieniem

•

Miopatia z obecnością postrzępionych włókien czerwonych (RRF-ragged-red fibres)

•

Napady ciężkich migrenopodobnych bólów głowy

•

Kwasica mleczanowa oraz wzrost kwasu mlekowego w płynie m-r

•

Mogą wystąpić : nadczynność przytarczyc, cukrzyca typu II, głuchota korowa, niski wzrost,
neuropatia czuciowa oraz ciężkie zaparcia

8. Przebieg choroby jest różny najczęściej pełnoobjawowy zestaw ujawnia się w trakcie

choroby z wysoką gorączką, po zabiegu operacyjnym

9. Diagnostyka: wysoki kwas mlekowy w płynie m-r, i krwi, ogniska udaropodobne w okolicach

potylicznych, zanik nerwów wzrokowych, obecność włókien RRF, wykrycie mutacji genetycznej

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

2

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

3

Mutacje w mitochondrailnym DNA

• W komórce są setki mtDNA (poliplazmia), które w

prawidłowych komórkach są identyczne (homoplazmia).

• Większość mutacji dotyczy tylko częsci populacji

mtDNA, co powoduje koegzystencje dzikiego i
zmutowanego typu mtDNA (heteroplazmia)

• Defekty w genomie mitochondrialnym objawiają sie

najczęściej nieprawidłowym funkcjonowaniem i
anomaliami struktury mitochondriów. Ujawniają się w
tkankach o wysokim zapotrzebowaniu na ATP np.
mięśniach szkieletowych, mózgu, sercu, siatkówce

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

Zakład Biotechnologii Medycznej

4

MERRF

1.

Myoclonic epilepsy, ragged-red fibres)

2.

Mitochondrailna encefalomiopatia objwiająca się głównie padaczka
miokloniczną, obecnością włókien poszarpanych czerwonych

3.

Zespół MERRF spowodowany jest mutacjami w mtDNA głównie A8344G

4.

Powoduje główne zaburzenia łańcucha oddechowego kompleks I i IV

5.

Objawy kliniczne:

•

Najczęściej pojawiają się w wieku dziecięcym

•

Dominują objawy ze strony o.u.n.

•

Ataksja móżdżkowa

•

Utrata słuchu pochodzenia korowego

•

Mioklonie kończyn

•

Po 3-4 latach pierwszych objawów pojawia się otępienie

•

Niski wzrost, męczenie

6. Diagnostyka: wysoki poziom mleczanów w płynie m-r, zaniki korowo-podkorowe

mózgu i móżdżku, mutacje w mtDNA

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

5

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

6

Choroby mitochondrialane

Choroby mitochondrialne dzielimy na:

• wywołane defektami w jądrowym DNA,

kodującym białka strukturalne mitochondriów
lub białka związane z regulacja ich funkcji

• wywołane defektami w mtDNA

• wywołane defektami w komunikowaniu się

obu genomów

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

Zakład Biotechnologii Medycznej

7

Zespół LHON

1. Leber’s hereditary optic neuropathy
2. Zanik nerwu wzrokowego z obecością mroczka centralnego
3. Powodem są punktowe mutacje w mtDNA głównie mutacje G11778A, G3460A i

T14484

4. Mutacje powodują niedobór podjednostek kompleksu I łańcuch oddechowego
5. Niekiedy są przypadki bezobjawowego nosicielstwa mutacji
6. Choroba dotyczy głównie płci męskiej
7. Objawy:
•

Choroba ujawnia się w 2-3 dekadzie życia

•

Dochodzi do ostrej lub całkowitej, częściowej utraty wzroku z mroczkiem
centralnym początkowo w jednym a po paru miesiącach w drugim oku. Nie
towarzyszy mu ból

•

Wokół nerwu wzrokowego obserwuje się zmiany typu mikroangiopatii z obecnością
krętych naczyń krwionośnych

•

U niektórych pacjentów po kilkunastu miesiącach dochodzi do poprawy

8. Diagnostyka:


Charakterystyczny obraz kliniczny głównie dna oka



Znalezienie mutacji

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

8

Miopatie mitochondrailne

1. Zaczynają się głównie przed 20 rokiem życia
2. Jeden z pierwszych objawów to nietolerancja wysiłku: ból z osłabieniem kończyn
3. Może pojawić się niedowład i zanik mięśni
4. Na rozpoznanie choroby naprowadza głównie oftalmoplegia (PEO) i objawy ze

strony o.u.n.

5. Badania dodatkowe: CK norma, kwasica mleczanowa, badania DNA
6. Objawy mogą wystąpić w każdym wieku im później tym przebieg gorszy i szybko

kończy się zgonem

7. Mamy kilka zespołów w zależności od defektu łańcuch oddechowego:


Defekt kompleksu I : ciężka wieloukładowa choroba niemowląt prowadząca do
zgonu



Defekt kompleksu II (oksydoreduktazy bursztynian:ubichninon)



Defekt kompleksu III (oksydoreduktazy cytochtrom c: ubichinon)



Defekt kompleksu IV (oksydazy cytochromu c)



Defekt kompleksu V (syntetaza ADP)

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

9

Zespół Kernasa-Sayre’a

1.

Defekt kompleksu II

2.

Rozpoznawany na podstawie objawów:
zewnętrznej oftalmoplegii (PEO),
zwyrodnienia barwnikowego siatkówki i
początku przed 20 rokiem życia

3.

Patogeneza: rearanżacje mtDNA, delecje
rzadziej duplikacje. W wyniku których
dochodzi do upośledzonej syntezy
polipeptydów łańcucha oddechowego

4.

Objawy kliniczne:



Postępująca PEO



Postępujące zwyrodnienie barwnikowe
siatkówki rozpoczynające się przed 20
rokiem życia



Niski wzrost



Głuchota typu odbiorczego



Podwyższone stężenie białka w płynie m-r



Zaburzenia endokrynologiczne: cukrzyca
niedoczynność przytarczyc niedobór GH

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

10

Cukrzyca

1.

Klasyfikacja:



Cukrzyca typu pierwszego (cukrzyca młodociana IDDM) – brak aktywności komórek beta
trzustki tzw insulino zalewżna



Cukrzyca typu II (cukrzyca dorosłych niezależna od insuliny NIDDM)



Inne rodzaje cukrzycy

 Uwarunkowane genetycznie zaburzenia ekspresji genów czynników transkrtypcyjnych

komórek beta. Cukrzyca typu MODY maturity onset diabetes of young typu 1-6, mutacje
genów mitochondrailnych

 Uwarunkowane genetycznie defekty wewnatrzkomórkowego przewodnictwa receptora

insuliny

 Choroby zewnątrzwydzielniczej części trzustki np. w przebiegu mukowiscydozy, zapaleń,

nowotworów

 Endokrynopatie: choroba Cushinga, nadczynność tarczycy, guz chromochłonny,

glukagonoma, akromegalia

 Cukrzyca wywołana przez leki i substancje chemiczne np. glikokortykosteroidy, hormony

tarczycy, INF alfa

 Cukrzyca indukowana przez zakażenia np. przbyta różyczka, CMV
 Inne zespoły o podłozu genetycznym mogace przbiegać z cukrzycą zespół Downa,

Klinefeltera, profiria, pląsawica Huntingtona, lipodystrofie

 Cukrzyca noworodkowa spowodowana defektem Kir 6.2 kanału potasowego w komórkach

beta (sulfonylomocznik)



Cukrzyca ciężarnych. Niewykryta cukrzyca typu I lub II powoduje wady rozwojowe płodu

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

11

Cukrzyca typu I

1. Autodestrukcja komórek beta związana z obecnością we

krwi Ab skierowanych przeciw licznym antygenom
komórkowym: insulinie, GAD dekarboksylazie kwasu
klutaminowego)65 i 67 białkom błonowym podobnym do
fosfataz tyrozynowych jak ICA512 i IA-2 czyli
gangliozydom wysp trzustki

2. Odczynowi zapalnemu towarzyszy naciek komórek układu

immunologicznego CD8, CD4 komórek B makrofagów oraz
udział MHC (głównie DQ 57 DQ Ala lub Val zamiast Asp
lub Ser) i DR oraz antygenów leukocytarnych HLA

3. Drugi gen z którym zwiazana jest cukrzyca typu I to

polimorfizm genu insuliny (14-15 powtórzeń w regionie 5’
VNTR).

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

12

Cukrzyca typu II

1. Zależy od obecności polimorfizmów genów jak i czynników

środowiskowych indukujących rozwój tego schorzenia

2. Zaburzenia mtDNA – A/G w tRNA, związana z zespołem

MELAS. U tych pacjentów wrażliwość na insulinę jest
prawidłowa mniejsze jest natomiast uwalnianie insuliny w
odpowiedzi na bodziec. Potwierdza to udział ATP
wytwarzanego w mitochondriach w czasie oksydatywnej
fosforylacji w procesie uwalniania insuliny z komórek beta

3. Zaburzenia genetyczne łańcuchów A i B insuliny

prowadzące do upośledzonego wiązania się hormonu z
receptorem

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

13

Cukrzyca - MODY

1.

Choroba związana z upośledzeniem uwalniania
insuliny z komórki beta wysp

2.

Od cukrzycy typu II różni się początkiem choroby
w młodym wieku, szczupłą nieotyłą budową ciała,
brakiem insulinooporności tkankowej.

3.

Ze względu na rodzaj mutacji wyróżnia się 6 typów
choroby:



MODY I – mutacja czynnika transkrypcyjnego
HNF1 promotora genu dla insuliny



MODY II – mutacja genu dla glukokinazy, która
odpowiada za metabolizm glukozy do glukozo-6-P
indukując uwalnianie insuliny z komórek beta
Częstsza u kobiet ciężarnych



MODY III – mutacja genu dla czynnika
transkrypcyjnego HNF4.



MODY IV – mutacja czynnika IPF1 (insulin
promoter factor )czynnik odpowiedzialny za
dojrzewanie komórek beta jak i ekspresje insuliny



MODY V – mutacja genu czynnika
transkrypcyjnego HNF1-beta. Towarzysza jej
torbielowatość nerek i wady układu moczowo-
płciowego



MODY VI – mutacja genu NEUROD1/beta2.
Produkt tego genu NEUROD1 przyłącza się do
IPF1 i razem przyłączaja się do promotora genu
dla insuliny

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

14

Cukrzyca- badania laboratoryjne

1. Przygodne oznaczenie glukozy
2. Glukoza na czczo
3. Doustny test tolerancji glukozy (G/I<1 insulinooproność)
4. Dobowy pomiar glikemii
5. HbA1c i fruktozamina
6. Oznaczanie stężenia 1,5-anhydro-D-glucitolu (egzogenny, 10% endogenny,

wydalany prze nerki naprzeciwko glukozie, ocena hiperglikemii poposiłkowej)

7. Glukozuria
8. Ketonuria
9. Peptyd C
10.Insulina
11.Proinsulina
12.Przeciwciała przeciwwyspowe (GAD, komórkom beta, insulinie, fosfatazie

tyrozyny białkowej IA-2A)

13.Cukrzyca ciężarnych: glukzoa poranna, test obciązenia glukozą)
14.Testy stymulacyjne: technika klamry hiperinsulinemicznej-euglikemicznej, test

wrazliwości na insulinę, test tolerancji insuliny, HOMA (G0) x (I0)/505

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

15

Choroby peroksysomalne

1.

Heterogenne grupa chorób genetycznie
uwarunkowanych o złożonym tle i słabo poznanej
patogenezie

2.

Dzielimy je dwie kategorie



Choroby związane z zaburzeniami biogenezy
peroksysomów powodującymi niedobór lub brak tych
organelli np. zespół Zellwegera i jego łagodniejsze
warianty



Choroby powodowane defektem jednej lub wielu
peroksyn bez uszkodzenia struktury peroksysomu np.
adrenoleukodystrofia sprzężona z chromosomem X,
izolowane defekty degradacji kwasów tłuszczowych

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

16

Zespół Zellwegera

1.

Zaburzenie wywołane biogenezą peroksysomów

2.

Wszystkie komórki u chorych z zespołem Zellwegera
wykazują defekt szlaku PTS1 a większość ponadto
defekt szlaku PTS2 (sekwencje sygnałowe dla białek
peroksysomów będących produktami genów PEX).
Ponadto wykazano szereg mutacji w obrębie genu
PEX1. Na skutek mutacji dochodzi do nagromadzenia
się wielonienasyconych kwasów tłuszczowych C26-C38

3.

Objawy kliniczne



Choroba wieloukładowa dająca zmiany w o.u.n.,
wątrobie i nerkach



Pojawiają się od urodzenia: hipotonia, brak postępów w
rozwoju psychomotorycznym



Krótkie przeżycie ok. 1 roku



Charakterystyczny dysmorfizm twarzy (szeroka nasada
nosa, nadmierne fałdy skórne na szyi, wysokie czoło,
zaburzenia małżowin usznych, powiększone ciemiączka,
wysoko sklepione podniebienie i płaska potylica)

4.Zmiany diagnostyczne


Peroksysomy nieobecne lub ich liczba zmniejszona



Katalaza obecna w cytozolu



Zaburzona synteza i niskie stężenie plazminogenu



Zaburzona oksydacja i zwiększona akumulacja
wielonienasyconych kwasów tłuszczowych



Nasilone wydalanie kwasów dikarboksylowych

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

17

Choroby lizosomalne

1. Ceroidolipofuscynozy
2. Gangliozydozy
3. Mukopolisacharydozy

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

18

Gangliozydozy

1.

Gangliozydoza GM 1 – niedobór aktywności enzymu lizosomalnego beta-
galaktozydazy co powoduje spichrzanie gangliozydów w neuronach,
komórkach somatycznych i kościach

2.

Zależnie od wieku wystąpienia objawów i przebiegu choroby wyróżnia się
postacie: wczesnodziecięcą, młodzieńczą i przewlekłą o późnym początku
(zwaną postacią dorosłych).

3.

Postać dziecięca ujawnia się w pierwszym półroczu życia i objawia się
hepatosplenomegalią, obrzękami, pogrubieniem rysów twarzy, wiotkością. W
badaniu okulistycznym można stwierdzić na dnie oczu obecność tzw wisienki,
wystepuje również zmętnienie rogówki

4.

Postać późnodziecięca (młodzieńcza) ujawnia się w pierwszych latach życia.
Obserwuje się regres rozwoju psychoruchowego, ataksję, postępujący zespół
piramidowy, drgawki, zmętnienie rogówki, zanik nerwów wzrokowych.

5.

Diagnoza: obniżona aktywność beta-galaktozydazy w leukocytach krwi
obwodowej

6.

Neuropatologia: makroskopowo mózg w pierwszym okresie zycia jest
powiększony z czasem ulega zanikowi. Stwierdza się spichrzanie
gangliozydów GM 1 w neuronach

7.

Gangliozydoaza GM 2 – niedobór heksozoamidazy A i B

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

19

Choroba Gauchera

1.

Najczęstrza choroba lizosomalna spowodowana
niedoborem aktywnosci enzymu
glukocerebrozydazy (kwaśnej beta-glukozydazy)

2.

Dziedziczona autosomalnie recesywnie

3.

Na skutek niedoboru enzymu dochodzi do
spichrzania glukozyloceramidów początkowo w
komórkach układu siateczkowo-śródbłonkowego

4.

Mamy 3 typy



Typ 1 – może wystapić w każdym wieku. Objawy:
hepatosplenomegalia z trombocytopenią, anemią
i leukopenią, zmianami kostnymi niekiedy
naciekami w płucach



Typ 2 – obejmuje okres niemowlęcy, przebieg
ostry. Szybki regres rozwoju psychoruchowego,
wiotkość z charakterystycznym odgięciowym
ułożeniem głowy



Typ 3 – okres dziecięcy. Początkowo zajęcie
śledziony i wątroby. Objwy neurologiczne są
dopiero po kilku latach w wieku młodzieńczym
lub dorosłym. Chorzy wykazują ataksję,
szczękościsk, drgawki miokloniczne, porażenie
gałek ocznych

5. Diagnostyka: obecność komórek Gauchera w

szpiku

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

20

Mukopolisacharydoza

1. Rzadka grupa chorób powstałych na

skutek znacznego niedoboru lub braku
aktywnosci enzymów lizosomalnych z
grupy hydrolaz lub sulfataz. Na skutek
tego dochodzi do upośledzenia
katabolizmu mukopolisacharydów
(glikozaminoglikanów) z gromadzeniem
ich wewnątrz lizosomów

2. Dotychczas poznano 7 typów z których typ

I, II i III przebiega z zajęciem układu
nerwowego

3. Dziedziczenie autosomalnie recesywnie

poza choroba Huntera która dziedziczona
jest z chromosomem X

4. Mukopolisacharydoza I (choroba Hurlera)

brak aktywności alfa-iduroniazy. Objawy:
regresja psychoruchowa,
haepatosplenomegalia, skrócenie i
pogrubienie kości, przykurcze stawowe,
powiększenie obwodu głowy, zmętnienie
rogówki, głuchota, zwyrodnienie
siatkówki. Zgon w pierwszych latach zycia.
Diagnostyka: oznaczanie aktywnosci alfa
iduronidazy w leukocytach krwi

5.

Mukopolisacharydoza II (choroba
Huntera) brak lub znaczny niedobór
sulfatazy iduronianu. Objawy: przykurcze
stawowe, zespoły cieśni nadgarstka,
głuchota oraz zwyrodnienie siatkówki.
Rozwój umysłowy jest prawidłowy.
Diagnostyka: oznaczanie aktywnosci
sulfatazy iduronianu

6.

Mukopolisacharydoza III (choroba
Sanfilippo) dotyczy głównie układu
nerwowego, którego defekt powstaje na
skutek defektu aktywności jednego z 4
enzymów uczestniczacych w degradacji
siarczanu heparanu:



N-sulfatazu heparanu



Alfa-N-acetyloglukozaminidazy



Acetylo-CoA



N-acetyloglukozamino-6-sulfatazy

Objawy kliniczne: około 3 roku zycia,

głeboki regres rozwoju, nadpobudliwośc
psychoruchowa, agresywność, napady
drgawek, niewielkie przykurcze stawowe

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

21

Choroba Fabry’ego

1. Niedobór alfa galaktozydazy
2. Dziedziczona recesywnie z

chromosomem X

3. W skutek niedoboru enzymu

dochodzi do spichrzania
glikosfingolipidów w śródbłonku
i mięśniówce naczyń
krwionośnych

4. Objawy: napadowe bóle brzucha,

parstezje kończyn niewyjaśnione
epizody gorączki, wymiotów i
biegunki

5. Rozpoznanie: obniżona

aktywność alfa-galaktozydazy

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

22

Choroby aparatu Golgiego i RE

Zakład Biotechnologii Medycznej

Katedra Medycyny Molekularnej i Biotechnologii

23