i generalites sur la mitochondrie
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I GENERALITES SUR LA MITOCHONDRIE Nombre variable de mitochondries/cellule: • 100 pour une cellule spermatique • 1000 pour une cellule hépatique • jusqu'à 1 million dans un ovocyte Métabolisme intermédiaire mitochondrial • Siège : ‐ réactions de catabolisme des acides aminés ‐ cycle de Krebs ‐ béta‐oxydation des acides gras ‐ phosphorylation oxydative (chaîne respiratoire mitochondriale) II La chaîne respiratoire mitochondriale • Deux fonctions: ‐ Respiration cellulaire ‐ Production d'énergie • Fait intervenir: ‐ réactions d'oxydation : consommation d'oxygène ‐ phosphorylation de l'ADP en ATP La chaîne respiratoire mitochondriale Est composée d'une centaine de sous unités protéiques regroupées en cinq complexes enzymatiques multiprotéiques Chaque complexe fonctionne comme un transporteurs d'électrons CxI H+ NAD NADH CxII CxIII H+ CxIV CxV H+ FADH2 FAD Complexe II Succinate-cytochrome c reductase Complexe 1 NADH ubiquinone reductase O2 Complexe IV Cytochromec oxydase H+ ATP ADP Complexe III Complexe V Ubiquinol-cytochrome c reductase ATP synthase La chaîne respiratoire mitochondriale Ces protéines ont la particularité d'avoir une double origine génétique: ‐ La plupart codées par le génome nucléaire ‐ 13 codées par le génome mitochondrial La chaîne respiratoire mitochondriale Complexes I II III IV V Sous unités mitochondriales 7 0 1 3 2 Sous unités nucléaires 38 5 11 10 12 III LE GENOME MITOCHONDRIAL • La mitochondrie possède la particularité d'avoir son propre génome • Structure : ‐ molécule d'ADN circulaire bicaténaire ‐ 16569pb ‐ 2 à 10 copies / mitochondrie LE GENOME MITOCHONDRIAL Particularités: • Compaction: le génome mt est saturé de gènes sans introns, à l'exception d'une région non codante située autour de l'origine de réplication du brin lourd (D loop) • Traduction : Le code génétique est légèrement différent du code universel IV GENETIQUE DE L'ADN MITOCHONDRIAL Hérédité maternelle Ovule Spermatozoïde 23 23 46 GENETIQUE DE L'ADN MITOCHONDRIAL Hérédité maternelle Homoplasmie • Lorsque toutes les molécules d'ADN mt d'un individu portent la mutation Ségrégation mitotique: hétéroplasmie • Chaque cellule possède quelques dizaines à quelques milliers de mitochondries qui contiennent elles‐ mêmes 5 à 10 exemplaires du génome mitochondrial. Hétéroplasmie • Chez les patients porteurs d'une mutation de l'ADN mitochondrial, une même cellule ou une même mitochondrie peut contenir à la fois des molécules normales et des molécules mutées Hétéroplasmie Hétéroplasmie Répartition variable des molécules mutées • selon les tissus atteinte tissu‐spécifique • selon les individus variabilité intrafamiliale V LES CYTOPATHIES MITOCHONDRIALES Caractéristiques cliniques • caractère ubiquitaire de la phosphorylation oxydative • grande variabilité clinique: ‐ n'importe quel type de symptôme ‐ dans n'importe quel tissu ‐ à tout âge LES CYTOPATHIES MITOCHONDRIALES Caractéristiques cliniques • Le diagnostic doit être évoqué chez des patients présentant une atteinte: ‐ inexpliquée ‐ associant des organes apparemment sans relation ‐ d'évolution rapidement progressive ‐ quel que soit l'âge de début Cytopathies mitochondriales Chez le nouveau‐né (avant 1 mois) Défaillance pluriviscérale: ‐ hypotonie, ‐ coma ‐ myopathie ‐ cardiomyopathie ‐ défaillance hépatique ‐ tubulopathie Cytopathies mitochondriales Chez l'enfant (1 mois à 2 ans) Un grand nombre de tableaux cliniques associant une atteinte de plusieurs organes sont possibles. Tableaux plus spécifiques: ‐ Syndrome de Leigh (encéphalomyopathie nécrosante) Cytopathies mitochondriales Chez l'enfant plus grand et l'adulte • Tableaux cliniques variés +++++ • Présentations neuromusculaires fréquentes Cytopathies mitochondriales Quelques syndromes • Syndrome MERF: encéphalomyopathie avec myoclonies, ataxie, surdité, faiblesse musculaire et convulsions • Ophtalmoplégie externe progressive • Syndrome de Kearns‐Sayre: ophtalmoplégie externe progressive, rétinite pigmentaire Cytopathies mitochondriales Quelques syndromes • Syndrome MELAS: encéphalomyopathie avec acidose lactique et pseudo‐accidents vasculaires • Maladie de Leber: début dans l'adolescence ou chez le jeune adulte. Perte brutale de la vision centrale qui évolue en quelques semaines à quelques mois. Atrophie optique bilatérale Le diagnostic des cytopathies mitochondriales 1 Les tests de dépistage standard A jeun et une heure après le repas • lactates • rapports d'oxydoréduction L/P et b‐ hydroxybutyrate/oxaloacétate • cétonémie, glycémie • acides gras libres • acides organiques urinaires Le diagnostic des cytopathies mitochondriales En faveur d ’une mitochondriopathie si: ‐ du rapport b‐hydroxybutyrate/oxaloacétate ‐ rapport L/P ‐ paradoxale de la cétonémie en période post‐ prandiale Le diagnostic des cytopathies mitochondriales • 2 Les dosages enzymatiques Utilisent deux méthodes: ‐ études polarographiques réalisées sur tissu frais (étude la consommation en oxygène et de la synthèse d’ATP) et les études spectrophotométriques ‐ mesure de l ’activité des complexes Le diagnostic des cytopathies mitochondriales • 2 les dosages enzymatiques : Quel tissu étudier? • A priori le tissu cliniquement atteint • Quand l'organe atteint n'est pas accessible, l'étude est réalisée sur le muscle +++++, les lymphocytes ou les fibroblastes. Valeur des dosages enzymatiques ‐ une activité normale n'exclut pas formellement le diagnostic ‐ les déficits de la chaîne respiratoire peuvent être secondaires (ex: anomalie de l'oxydation des acides gras) Diagnostic des cytopathies mitochondriales • 3 L'étude histopathologique ‐ Lésion caractéristique des cytopathies mitochondriales : présence de Ragged Red Fibers (RRF) ‐ Chez le jeune enfant: images de myopathie lipidique Le diagnostic des cytopathies mitochondriales • 4 L'étude de l'ADN mitochondrial LES CYTOPATHIES MITOCHONDRIALES Caractéristiques génétiques • Double origine génétique des protéines de la chaîne respiratoire, • Hétérogénéité génétique: tous les modes d'hérédité sont possibles (autosomique dominant, autosomique récessif, récessif lié au chromosome X, hérédité mitochondriale, sporadique) VI CLASSIFICATION 1 Anomalies de l’ ADN mitochondrial Gènes impliqués dans la synthèse des protéines (rRNAs, tRNAs) Gènes codant pour les sous-unités des complexes de la chaine respiratoire Larges délétions 2 Mutations de l’ADN nucléaire Gènes codant pour les sous-unités des complexes de la chaine respiratoire Gènes codants pour des facteurs d’assemblage Gènes codant pour des facteurs de maintien de l’ADN mt Gènes impliqués dans la synthèse de protéines mitochondriales Gènes codant pour des enzymes de la biosynthèse des lipides ou cofacteurs Gènes impliqués dans la biogénèse mitochondriale Anomalies du génome mitochondrial Délétions • Retrouvées dans différentes cytopathies mitochondriales: ‐ ‐ ‐ ‐ Pearson Kearn‐Sayre Ophtalmoplégie externe Association diabète‐surdité • « Délétion commune »: 4.9 Kb Anomalies du génome mitochondrial Délétions • Toujours hétéroplasmiques • Répartition variable en fonction des tissus: organes atteints cliniquement contiennent une quantité importante de molécules délétées Répartition tissulaire des délétions de l ’ADNmt dans le syndrome de Pearson Kb 16.5 11.6 (del) Moelle PN Lympho Lympho Grèle Fibro Muscle Proportion supérieure dans les tissus hématologiques et digestifs Anomalies du génome mitochondrial Délétions • Le plus souvent sporadiques • Rarement héritées : hérédité maternelle, variabilité Anomalies du génome mitochondrial Mutations ponctuelles • Le plus souvent hétéroplasmique • Hérédité maternelle • Pas de corrélation phénotype‐génotype Mutations de l ’ADN mitochondrial • Mutation en position 3243 ( tRNA leucine) ‐ syndrome MELAS ( 80% des cas) ‐ diabète avec surdité • Mutation en position 8993 (l'ATPase 6 ) ‐ syndrome NARP ‐ syndrome de Leigh Répartition de la mutation dans une famille Retinite pigmentaire RAS Syndrome de Leigh 100% RAS Mutations dans des gènes codant pour les sous‐unités des complexes • Déficit en complexe I • Mutations dans les 7 gènes mt codant pour les sous unités du complexe I Rendent compte d’environ 25% des déficits en complexe I Mutations de l ’ADN mitochondrial Maladie de Leber • • • • • Homoplasmique hérédité maternelle mutation 11 778 ( 50 à 80%) pénétrance variable prédominance masculine : 90% des hommes et 30% des femmes présentent des manifestations cliniques MUTATIONS DES GENES NUCLEAIRES • Obéissent à un mode de transmission mendélien: ‐ récessif autosomique ‐ dominant autosomique ‐ lié au chromosome X LES MUTATIONS DES GENES NUCLEAIRES Représentent la grande majorité des déficits de la chaine respiratoire • • • • Gènes de structure Gènes d’assemblage Gènes de stabilité de l’ADN mitochondrial Autres gènes CLASSIFICATION Anomalies de l’ ADN mitochondrial Gènes impliqués dans la synthèse des protéines (rRNAs, tRNAs) Gènes codant pour les sous-unités des complexes de la chaine respiratoire Larges délétions Mutations de l’ADN nucléaire Gènes codant pour les sous-unités des complexes de la chaine respiratoire Gènes codants pour des facteurs d’assemblage Gènes codant pour des facteurs de maintien de l’ADN mt Gènes impliqués dans la synthèse de protéines mitochondriales Gènes codant pour des enzymes de la biosynthèse des lipides ou cofacteurs Gènes impliqués dans la biogénèse mitochondriale Gènes de structure codant pour des sous‐unités de la chaine respiratoire • Complexe I – NDUFS 4, 7 et 8 (1/3 des déficits en C1) – Syndrome de Leigh et apparentés, cardiomyopathie et encéphalomyopathie • Complexe II – Mutations dans des sous‐unités impliquées dans l’oncogénèse – (paragangliomes) • Complexe II, IV et V – Pas de mutation identifiée à ce jour Gènes impliqués dans l’assemblage des complexes de la chaîne respiratoire • Complexe IV – SURF1: syndrome de Leigh – SCO2: cardioencéphalomyopathie – SCO1: insuffusance hépatocellulaire néonatale – COX10: syndrome de leigh, … • Complexe III – BCS1L Gènes impliqués le maintien et la réplication de l’ADN mitochondrial • Gènes à effet « indirect » • Caractérisés par l’existence d’anomalies de l’ADN mitochondrial qui ne sont pas d’hérédité mitochondriale Délétions multiples Déplétion (diminution de la quantité totale d’ADNmt, Formes néonatales sévères, AR) Gènes impliqués le maintien et la réplication de l’ADN mitochondrial • PEO (progressive external ophthlmoplegia): AD Délétion multiples de l’ADNmt Mutations dans 3 gènes: ANT1 Twinckle (ADNmt helicase) POLG1 (ADNmt polymerase) (formes dominantes et récessives de PEO et autres présentations) • MNGIE: AD Mitochondrial neuro‐gastro‐intestinal encephalomyopathy Delétions multiples et déplétion de l’ADNmt Mutations dans le gène ECFG1, codant pour la thymidine phosphorylase Défauts de translation de l’ADN mt • MRPS16 (composant de la sous-unité ribosomal légère) • Facteurs d’élongation mitochondriale: (EFG1, EFTu, EFTs) Formes très sévères, rapidement létales • MLASA (myopathie avec acidose lactique et anémie sidéroblastique) Mutations dans le gène de la pseudouridylate synthase (PUS) Gènes codant pour des protéines impliquées indirectement dans la chaine respiratoire • Ataxie de Friedreich Mutations dans la Frataxin : protéine impliquée dans le stockage du fer mitochondrial • Paraplégie spastique (AD ou AR) Mutations dans la Paraplegin: métalloproteinase mitochondriale • ……………………… Maladies mitochondriales Conseil génétique • Enquête généalogique ‐ consanguinité ‐ antécédents familiaux • Etude de l ’ADN mt Maladies mitochondriales Conseil génétique • Mutation ou délétion sporadique de l ’ADN mt conseil rassurant • Mutation héritée de l ’ADN mt conseil rassurant pour les hommes femmes : risque +++ Mutation de l ’ADN mitochondrial Rétinite pigmentaire mutation hétéroplasmique Syndrome de LEIGH mutation homoplasmique Inférieur à 20%: rassurant Supérieur à 80%: risque Maladies mitochondriales Conseil génétique • Forme mendélienne diagnostic prénatal possible si mutation identifiée Maladies mitochondriales Conseil génétique Pas de diagnostic ‐ autosomique récessif? ‐ Lié à l ’X? ‐ mitochondrial? Diagnostic prénatal si le déficit s ’exprime dans les fibroblastes Conseil génétique restrictif
