Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin, Dr. Klein, Dr. Rost und Kollegen

Mitochondriale Erkrankungen (mitochondriales Genom)

Dr. rer. biol. hum. Soheyla Chahrokh-Zadeh

Wissenschaftlicher Hintergrund

Mitochondriale Erkrankungen werden durch Störungen der mitochondrialen Atmungskette und damit der OXPHOS und darüber hinaus durch Störungen anderer biochemischer Mechanismen, wie z.B. ß-Oxidation, mitochondrialer Fusion und Teilung u.v.a. hervorgerufen. Sie entstehen sowohl durch Mutationen mitochondrial kodierter als auch kernkodierter (über 1.000) Gene. Symptome nahezu aller Organe sind beschrieben. Mutationen der (mitochondrialen) mtDNA können in homo- oder heteroplasmischer Form vorliegen, wobei das Ausmaß der Heteroplasmie erst ab einem bestimmten Schwellenwert von pathologischer Bedeutung sein kann.

D-Loop 12S rRNA 16S rRNA Untereinheiten der NADH- Dehydrogenase Untereinheiten der Cytochrom-c-Oxidase Untereinheiten der ATP-Synthase Untereinheit der Cytochrom-c-Oxidase Untereinheiten der NADH- Dehydrogenase Untereinheiten der NADH- Dehydrogenase Cytochrom b Protein-codierende Gene (13) tRNA Gene (22) rRNA Gene (2) MT-ND1MT-ND2 MT-CO1MT-CO2 MT-ATP6MT-ATP8 MT-CO3 MT-ND3MT-ND4LMT-ND4 MT-ND5MT-ND6 MT-CYB MT-RNR2 MT-RNR1 LHON MELAS MERRF häufigsten Mutationen: m.3460G>A - LHON m.3243A>G - MELAS m.8344A>G - MERRF m.11778G>A - LHON m.14484T>C - LHON Tooltip Darstellung des mitochondrialen Genoms Schematische Darstellung des humanen mitochondrialen Genoms mit allen codierenden Genen und den häufigsten Mutationen bei LHON, MELAS und MERRF

Eine mütterliche Vererbung liegt bei mitochondrial kodierten Genen immer zugrunde. Zu den Erkrankungen, bei denen mtDNA-Mutationen eine Rolle spielen, zählen:

  • Leber’sche hereditäre Optikus Neuropathie LHON, charakterisiert durch bilateralen, schmerzfreien, subakuten Visusverlust im Laufe des Erwachsenenlebens durch selektive Degeneration der retinalen Ganglion Zellschicht und des Nervus opticus. Bei ca. 90% der Patienten kann eine der drei mtDNA-Mutationen nachgewiesen werden: m.3460G>A, m.11778G>A oder m.14484T>C.
  • MELAS (Mitochondriale Encephalomyopathie, Lactatacidose und Schlaganfall-ähnliche Episoden), eine multisystemische Erkrankung mit Beginn im Kindesalter. Die häufigste Mutation betrifft m.3243A>G des MT-TL1-Gens, es sind jedoch auch Mutationen in weiteren mtDNA-Genen beschrieben;
  • MERRF (Myoklonische Epilepsie mit ‚ragged red fibers‘), eine multisystemische Erkrankung mit primär myoklonischer, später generalisierter Epilepsie, Ataxie, Schwäche und Demenz. Die häufigste Mutation m.8344A>G betrifft das MT-TK-Gen, auch hier sind weitere mtDNA-Mutationen bekannt.

Vorteil der NGS-Methode ist die simultane Erfassung des Heteroplasmiegrades.

Literatur

Wang&Lee 2015 Chin Med J 128:1820/Farrar et al 2013 Trends Genet. 29:488