Diagnostic des maladies mitochondriales

Évaluation de la nature de l'hérédité et de la manifestation des signes cliniques des maladies mitochondriales

Les maladies myotochondriales pouvant parfois être causées par des lésions du génome nucléaire, leur transmission obéit aux lois mendéliennes de l'hérédité. Lorsque le développement de la maladie est dû à des mutations de l'ADN mitochondrial, l'hérédité est de type mitochondrial, c'est-à-dire transmise par la lignée maternelle. Enfin, lorsque la pathologie se développe avec des lésions simultanées des gènes du génome nucléaire et mitochondrial, l'hérédité est complexe et dépend de divers facteurs. À cet égard, l'analyse généalogique, basée sur un critère formel (la nature de l'hérédité selon l'arbre généalogique), permet de distinguer les types d'hérédité les plus divers: autosomique dominante, autosomique récessive, liée à l'X et mitochondriale.

Le développement de maladies myotochondriales telles que le trouble du métabolisme de l'acide pyruvique ou la bêta-oxydation des acides gras (cycle de Krebs) est associé à des mutations des gènes du génome nucléaire. Ces pathologies sont caractérisées par un mode de transmission autosomique récessif, lorsque les parents sont porteurs de mutations (hétérozygotes) et que l'enfant est porteur des deux mutations héritées du père et de la mère (homozygote). Les parents sont généralement en bonne santé, et une maladie similaire ou ses microsignes doivent être recherchés chez les frères et sœurs de l'enfant malade (probants) et chez les parents paternels et maternels (cousins).

Dans le cas d'une transmission récessive liée à l'X (par exemple, acidurie glutarique néonatale de type II ou déficit de la sous-unité E1 du complexe pyruvique, maladie de Menkes, etc.), les garçons sont plus souvent touchés, tandis que les mères sont porteuses de mutations et les transmettent à leurs fils. La transmission maternelle diffère de la transmission liée à l'X par l'atteinte des deux sexes. Dans ces cas, l'analyse de l'arbre généalogique doit tenir compte de l'incidence de la maladie chez les hommes, car elle ne se manifeste pas chez les femmes. L'arbre généalogique ne montre pas de transmission de la maladie de père en fils, le père ne pouvant transmettre que le chromosome Y à son fils.

Lorsqu'une maladie se développe suite à une lésion du génome mitochondrial (par exemple, certaines maladies de la chaîne respiratoire, la neuropathie optique de Leber, les syndromes MELAS, MERF, NARP, etc.), la transmission maternelle est recherchée, car l'enfant hérite des mitochondries de sa mère, qui peut les transmettre aux garçons comme aux filles. Ainsi, les deux sexes sont touchés de manière égale. À cet égard, la transmission de la maladie par la mère doit être retracée dans l'arbre généalogique.

Lors de l'analyse d'un arbre généalogique et de la recherche de symptômes de maladies mitochondriales chez des parents, il convient de garder à l'esprit que la gravité de la maladie (l'intensité du symptôme) peut varier considérablement, ce qui peut s'expliquer par le nombre variable de mitochondries endommagées, la nature de ces lésions, la répartition variable des mutations dans les cellules, etc. Il n'est donc pas toujours possible de détecter des signes évidents de maladies. Dans certains cas, on détecte soit des symptômes isolés, soit des signes effacés, qui peuvent être détectés lors d'une recherche ciblée.

Le développement d'une pathologie mitochondriale peut être associé à des lésions de larges zones mitochondriales, appelées microdélétions (par exemple, syndrome de Kearns-Sayre, syndrome de Pearson, certaines formes de diabète sucré avec surdité, ophtalmoplégie externe progressive, etc.). Dans ces cas, les symptômes caractéristiques sont souvent absents chez les parents, car le développement de la maladie est associé à l'apparition de nouvelles mutations apparues chez le zygote immédiatement après la fécondation de l'ovule ( mutation de novo ). La maladie est sporadique. Souvent, parallèlement à ces maladies, un certain nombre d'affections associées à de multiples mutations de l'ADN mitochondrial sont transmises selon le mode autosomique dominant: par exemple, certaines formes d'encéphalomyopathie et de myopathie avec lésions oculaires, malgré la présence de mutations de l'ADNmt (délétions multiples), ont un mode de transmission autosomique dominant.

Cependant, contrairement à l’hérédité mendélienne, le type d’hérédité autosomique dominant dans la pathologie mitochondriale est caractérisé par un grand nombre d’individus affectés dans les générations suivantes.

Enfin, certaines maladies mitochondriales, souvent associées à une diminution ou à une absence de mitochondries d'ADNmt dans les cellules, peuvent être transmises selon un mode autosomique récessif. Il s'agit notamment des formes congénitales de myopathie, de cardiomyopathie, de syndrome de détresse neurologique, d'acidose lactique, de lésions hépatiques, etc.

L'étude de la nature de la transmission héréditaire de la maladie est importante pour le pronostic médical et génétique et nécessite une analyse approfondie des signes cliniques avec une connaissance des mécanismes de formation de la pathologie mitochondriale et des types de son hérédité.

La manifestation clinique varie considérablement des premiers jours de la vie à l'âge adulte. L'analyse de cet indicateur nécessite de prendre en compte les formes nosologiques, chacune d'elles ayant un âge d'apparition spécifique.

Les troubles métaboliques observés dans les maladies mitochondriales sont progressifs dans la grande majorité des cas. Les symptômes initiaux sont souvent légers, puis progressent et peuvent conduire à des troubles invalidants importants. Des formes rares de pathologie, telles que la myopathie infantile bénigne et certaines formes de neuropathie optique de Leber, peuvent être bénignes et régressives.

Lors des tests en laboratoire, une attention particulière est portée aux signes caractéristiques des maladies mitochondriales:

• présence d'acidose;
• taux élevés de lactate et de pyruvate dans le sang, augmentation de l’indice lactate/pyruvate de plus de 15, augmentant particulièrement avec la charge en glucose ou l’exercice physique;
• hypercétonémie;
• hypoglycémie;
• hyperammoniémie;
• concentrations accrues d’acétoacétate et de 3-hydroxybutyrate;
• augmentation du rapport acide 3-hydroxybutyrique/acide acétoacétique dans le sang;
• augmentation des taux d’acides aminés dans le sang et l’urine (alanine, glutamine, acide glutamique, valine, leucine, isoleucine);
• niveaux élevés d’acides gras dans le sang;
• hyperexcrétion d'acides organiques dans l'urine;
• diminution des niveaux de carnitine dans le sang;
• augmentation de la teneur en myoglobine dans les fluides biologiques;
• diminution de l'activité des enzymes mitochondriales dans les myocytes et les fibroblastes.

La valeur diagnostique de ces indicateurs est plus élevée avec un apport alimentaire important qu'à jeun. En pratique, un test diagnostique a fait ses preuves: la détermination du lactate sanguin en présence d'une charge en glucose, ce qui permet de détecter plus précisément une défaillance de la chaîne respiratoire due à une charge en glucose supplémentaire.

Pour le diagnostic en laboratoire du dysfonctionnement mitochondrial et de ses formes nosologiques spécifiques, les méthodes biochimiques classiques de routine ne suffisent pas; des tests spécifiques sont nécessaires. L'analyse de l'activité enzymatique des biopsies musculaires squelettiques est particulièrement pratique que celle des autres tissus. Il est possible de déterminer l'activité des enzymes de la chaîne respiratoire, notamment la citrate synthétase, la succinate déshydrogénase et la cytochrome C oxydase.

Données issues d'études génétiques morphologiques et moléculaires

Les études morphologiques revêtent une importance particulière dans le diagnostic des pathologies mitochondriales. En raison de leur grande valeur informative, une biopsie musculaire et un examen histochimique des biopsies obtenues sont souvent nécessaires. L'examen simultané du matériel au microscope optique et électronique permet d'obtenir des informations importantes.

L'un des marqueurs importants des maladies mitochondriales est le phénomène des fibres rouges « déchiquetées » [le phénomène RRF (ragged red fibres)], établi en 1963. Il est associé à la formation de mitochondries anormales génétiquement modifiées le long de la fibre musculaire, due à une prolifération et une accumulation focale. Ce phénomène est détecté par microscopie optique à l'aide d'une coloration de Gomori spéciale, mais ces dernières années, divers marqueurs mitochondriaux et diverses méthodes immunologiques ont été utilisés à cette fin.

D'autres signes morphologiques de pathologie mitochondriale comprennent:

• une forte augmentation de la taille des mitochondries;
• accumulation de glycogène, de lipides et de conglomérats de calcium dans le sous-sarcolemme;
• diminution de l’activité des enzymes mitochondriales;
• distribution perturbée des granules d'activité des enzymes succinate déshydrogénase (SDH), NADH oxydoréductase, cytochrome C oxydase, etc.

Chez les patients atteints de maladies mitochondriales, la microscopie optique du tissu musculaire peut révéler des signes morphologiques non spécifiques: nécrose locale des fibres musculaires, accumulation de masses sarcoplasmiques, présence de lyse des zones sous-sarcolemmales du sarcoplasme, basophilie du sarcoplasme, augmentation du nombre de noyaux musculaires, activation des processus de régénération, etc.

L'étude du rôle du phénomène des fibres rouges « déchiquetées » a montré son importance pour le diagnostic d'affections telles que le MELAS, le MERRF, les syndromes de Kearns-Sayre, l'ophtalmoplégie chronique progressive et d'autres affections associées à des mutations de l'ADNmt. Ce phénomène peut se développer dans d'autres maladies: dystrophie musculaire de Duchenne, dermatomyosite, dystrophie myotonique, prise de médicaments (clofibrate) et autres pathologies. Ainsi, parallèlement aux maladies mitochondriales primaires, le phénomène RRF peut accompagner des dysfonctionnements mitochondriaux secondaires.

Actuellement, l'examen histochimique et microscopique électronique du tissu musculaire pour détecter des signes d'insuffisance mitochondriale est devenu courant. Dans certains cas, il contribue au diagnostic, notamment grâce à une image morphologique normale du tissu musculaire obtenue par microscopie optique.

Signes au microscope électronique - détection de la prolifération mitochondriale, perturbation de leur forme et de leur taille, désorganisation et élargissement des crêtes, accumulation de mitochondries anormales sous le sarcolemme, accumulation de lipides et d'inclusions paracristallines anormales (constituées principalement de protéines) ou osmophiles localisées entre les membranes interne et externe ou à l'intérieur des crêtes, amas sphériques, souvent situés dans la matrice (constitués principalement de triglycérides), etc.

Chez certains patients, des anomalies cytochimiques dans les leucocytes peuvent être détectées.

L'ensemble des études biochimiques et morphologiques est complété par des méthodes modernes de diagnostic moléculaire (détection de mutations nucléaires ou mitochondriales), réalisées dans des laboratoires spécialisés en diagnostic ADN. Dans les maladies mitochondriales, différents types de mutations sont détectés: mutations ponctuelles, délétions, duplications, anomalies quantitatives de l'ADN, etc.

En l'absence de mutations dans l'ADNmt, si une pathologie mitochondriale est suspectée, une étude de l'ADN nucléaire est réalisée.

Critères diagnostiques

Il existe deux groupes de critères diagnostiques pour les maladies mitochondriales. Principaux critères diagnostiques (premier groupe).

• Clinique:
  • diagnostics établis: MERRF, MELAS, NARP, MNGIE, syndromes de Pearson, neuropathie de Leber, maladies de Leigh et d'Alpers;
  • la présence de 2 ou d'une combinaison des signes suivants:
    • lésion multisystémique, pathognomonique des maladies de la chaîne respiratoire;
    • évolution progressive avec épisodes d’exacerbation ou présence de mutations mitochondriales dans la famille;
    • exclusion des maladies métaboliques et autres en effectuant des tests appropriés.
• Histologique - détection du phénomène RRF dans plus de 2 % du tissu musculaire.
• Enzymatique:
  • fibres négatives à la cytochrome c oxydase;
  • diminution de l'activité des enzymes du complexe de la chaîne respiratoire (< 20 % de la normale dans les tissus, < 30 % dans les cellules ou plusieurs tissus).
• Fonctionnel - une diminution de la synthèse d'ATP dans les fibroblastes de plus de 3 écarts types.
• Génétique moléculaire - mutations pathogéniquement significatives de l'ADN nucléaire ou de l'ADNmt.

Critères diagnostiques supplémentaires (deuxième groupe).

• Symptômes cliniques non spécifiques qui surviennent dans les maladies de la chaîne respiratoire (mortinaissance, diminution de l'activité motrice du fœtus, décès néonatal précoce, troubles du mouvement, troubles du développement, altération du tonus musculaire pendant la période néonatale).
• Histologique - faible pourcentage de phénomène RRF, accumulation sous-sarcolemmale de mitochondries ou de leurs anomalies.
• Enzymatique - faible activité des enzymes du complexe respiratoire (20 à 30 % de la norme dans les tissus, 30 à 40 % dans les cellules ou les lignées cellulaires).
• Fonctionnel - une diminution de la synthèse d'ATP dans les fibroblastes de 2 à 3 écarts types ou l'absence de croissance des fibroblastes dans un milieu contenant du galactose.
• Génétique moléculaire - détection de mutations dans l'ADN nucléaire ou mt avec un lien pathogénique putatif.
• Métabolique - détection d'un ou plusieurs métabolites indiquant une perturbation de la bioénergétique cellulaire.

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