Молекулярно-генетическое исследование частых мутаций, делеций и дупликаций митохондриальной ДНК

Исследование предназначено для выявления генетических изменений митохондриальной ДНК, связанных с нарушением клеточного энергообразования и развитием первичных митохондриальных заболеваний. Митохондрии обеспечивают основную часть синтеза АТФ в процессе окислительного фосфорилирования, а их собственная ДНК кодирует ряд субъединиц дыхательной цепи и молекулы РНК, необходимые для внутримитохондриального синтеза белка. При патогенных изменениях мтДНК нарушается работа энергетической системы клетки, поэтому особенно чувствительными оказываются ткани с высокой потребностью в аэробном обмене, включая головной мозг, скелетные мышцы, миокард, сетчатку и зрительный нерв. Именно этим объясняется характерное сочетание неврологических, мышечных, офтальмологических, слуховых, сердечных и метаболических проявлений в структуре митохондриальной патологии.
Особенностью митохондриального генома является наличие множества копий мтДНК в каждой клетке, причём у одного человека нормальные и изменённые молекулы могут присутствовать одновременно, что обозначается термином «гетероплазмия». Клинические проявления возникают при достижении определённой доли патогенной мтДНК в функционально значимой ткани, а различное распределение изменённых митохондрий между органами объясняет, почему один генетический вариант способен проявляться неодинаково даже у членов одной семьи. Поэтому митохондриальные заболевания образуют широкий фенотипический спектр, в котором типичные синдромы сочетаются с промежуточными формами и мультисистемными заболеваниями, не укладывающимися в одну клиническую категорию.

Состав исследования

• Делеции митохондриальной ДНК.
• Дупликации митохондриальной ДНК.
• m.3243A>G.
• m.3460G>A.
• m.8344A>G.
• m.11778G>A.
• m.14484T>C.
• m.8993T>C и m.8993T>G.

Клиническое значение

При сочетании энцефалопатии, судорожного синдрома, миопатии, атаксии, непереносимости физической нагрузки, нейросенсорной тугоухости и других признаков нарушения энергетического обмена исследование позволяет выявить несколько наиболее известных молекулярных причин митохондриальной энцефаломиопатии. Вариант m.3243A>G гена MT-TL1 нарушает функцию митохондриальной транспортной РНК и является наиболее частым генетическим изменением при MELAS, для которого характерны инсультоподобные эпизоды, энцефалопатия, судороги, лактатацидоз и миопатия, хотя тот же вариант может проявляться сахарным диабетом, тугоухостью, кардиомиопатией или другими сочетаниями симптомов. Вариант m.8344A>G гена MT-TK нарушает митохондриальный синтез белка и является наиболее характерным изменением при MERRF, где миоклоническая эпилепсия сочетается с атаксией, мышечной слабостью и другими признаками митохондриального поражения. Варианты m.8993T>G и m.8993T>C затрагивают MT-ATP6, участвующий в синтезе АТФ, и формируют спектр от NARP с нейропатией, атаксией и пигментной ретинопатией до синдрома Лея с прогрессирующей энцефалопатией, причём тяжесть проявлений тесно связана с уровнем гетероплазмии. 
При оптической нейропатии диагностическая ценность панели связана прежде всего с вариантами m.11778G>A, m.3460G>A и m.14484T>C, которые относятся к основным патогенным изменениям митохондриальной ДНК при наследственной оптической нейропатии Лебера. Заболевание обусловлено нарушением работы комплекса I дыхательной цепи и преимущественным повреждением ганглиозных клеток сетчатки и их аксонов, что обычно проявляется подострым безболезненным снижением центрального зрения с последующей атрофией зрительного нерва. Выявление одного из этих вариантов позволяет подтвердить митохондриальную природу поражения и имеет значение при дифференциальной диагностике с воспалительными и демиелинизирующими оптическими нейропатиями, включая заболевания спектра оптиконевромиелита, которые требуют принципиально иной клинической оценки. 
Крупные структурные изменения мтДНК связаны с другой группой клинических фенотипов, в которых одновременно нарушается работа нескольких участков митохондриального генома и формируется выраженное поражение энергетически зависимых тканей. Одиночные крупные делеции характерны для синдрома Кернса-Сейра, хронической прогрессирующей наружной офтальмоплегии и синдрома Пирсона, причём клинические проявления этих состояний образуют перекрывающийся спектр от птоза и прогрессирующего ограничения движений глаз до пигментной ретинопатии, миопатии, нарушений сердечной проводимости, атаксии, эндокринных расстройств и тяжёлых гематологических проявлений раннего детского возраста. Выявление структурной перестройки при соответствующей клинической картине позволяет установить молекулярную основу заболевания, а определение дупликаций расширяет анализ структурных изменений мтДНК, которые встречаются значительно реже и могут сочетаться с крупными делециями. 
Установление конкретного изменения мтДНК имеет значение и для оценки наследственного риска, поскольку точечные патогенные варианты и дупликации могут передаваться по материнской линии, тогда как одиночные крупные делеции в большинстве случаев возникают de novo и встречаются как единичный случай в семье. Выраженность заболевания у родственников при одном и том же матерински наследуемом варианте способна существенно различаться из-за гетероплазмии, тканевого распределения изменённой мтДНК и порогового эффекта, поэтому молекулярное подтверждение создаёт основу для целенаправленного обследования семьи и генетического консультирования.
Исследование охватывает частые клинически значимые варианты и структурные изменения мтДНК, связанные с несколькими хорошо изученными митохондриальными синдромами, поэтому отрицательный результат существенно сужает вероятность заболеваний, обусловленных именно этими генетическими дефектами. При сохраняющейся клинической картине митохондриальной патологии диагностический поиск может продолжаться в отношении других участков митохондриального генома и ядерных генов, поскольку функционирование митохондрий зависит от большого числа белков, кодируемых ядерной ДНК, а исследуемая панель охватывает только определённую часть возможных молекулярных причин.

Что влияет на результат

Доля патогенного варианта или крупной перестройки может существенно различаться между кровью, мышечной тканью, мочевым эпителием и другими тканями одного пациента, поэтому низкое содержание изменённой мтДНК в исследуемом образце способно затруднять её обнаружение при выраженном поражении другого органа. Особенно важна эта закономерность при крупных делециях, которые у взрослых с хронической прогрессирующей наружной офтальмоплегией могут преимущественно сохраняться в скелетных мышцах, а при синдроме Кернса-Сейра с возрастом иногда определяются в крови хуже, чем в других тканях, что учитывается при дальнейшем обследовании пациента с сохраняющимся клиническим подозрением на митохондриальное заболевание.