Mitokondrial Hastalyklar

Mitokondria
1898'de Benda ilk kez tarifledigi subsellüler organele Yunanca "iplik seklinde granül" anlamina gelen MITOKONDRI terimini kullanmistir Mitokondri ökaryotik hücrelerin, enerji üretimi görevini üstlenen ve kendi DNA'sina sahip sitoplazmik bir organeldir Sayilari enerji ihtiyacina göre, hücreden hücreye degisen mitokondriler, 1¥7 m uzunlugunda çubuk seklinde veya 2-3 m çapinda küresel yapilardir Ultrastrüktürel yapilari: dis membran, iç membran, intramembranöz aralik ve matriksden olusur mitokondrial proteinlerin % 2'si mitokondrial genom tarafindan sentezlenirken, % 98'i nükleer gen tarafindan sentezlenerek, mitokondriye tasinir Iç membranin geçirgen olmamasi nedeniyle, nükleer genom tarafindan sentezlenen proteinlerin ve metabolitlerin matrikse tasinimi için spesifik mekanizmalar mevcuttur Iç membrana gelen yag asidi, aminoasit ve karbonhidratlardan oksidatif yikimla yüksek enerjili ATP sentezlenerek, hücrenin enerji ihtiyaci saglanir

Mitokondrial Genom
Mitokondria nükleus disinda DNA'ya sahip tek organel olup, ilk kez 1963'de Nass ve arkadaslari, mitokondri içerisinde DNA karakteristiginde fiberlerin varligini gösterdiler 1981'de de Anderson ve arkadaslari tarafindan genom dizisi tam olarak gösterildi

Insan mitokondrial DNA (mtDNA)'si 16569 baz çifti içeren küçük, çift zincirli, sirküler bir moleküldür Bu sirküler kromozom herbiri kendi basina replike olabilen hafif ( L)ve agir ( H)zincirden olusur Displacement loop (Dloop) denen kontrol bölge; agir zincirin replikasyonunu kontrol eder ve iki zincir içinde promotor bölge rolünü oynar

MtDNA'nin çekirdek DNA'sindan bagimsiz replikasyon ve transkripsiyon sistemi vardir Ancak mtDNA'nin replikasyon ve transkprisyonu için gerekli enzimler, çekirdek DNA'si tarafindan sentezlendiginden, mt DNA tam bir otonomiye sahip degildir

Mitokondrial DNA replikasyonu Dloop adi verilen mekanizmaya göre olusur Önce agir zincirin replikasyon orijininden 5'-3' yönüne dogru sentez baslar Yeni sentezlenen agir zincir, hafif zincirin replikasyon orijinine geldiginde, ters yönde ilerler ve hafif zincir sentezlenir Mt DNA transkripsiyonu ise D loop bölgesindeki promotordan birbirine ters yönde baslar ve iki zincir de, ayni anda tamamen transkripsiyona ugrar Sonuçta, rRNA, tRNA ve mRNA'lar olusur

Mitokondrial genom 37 gen içerir Bunlardan 13'ü solunum zincirindeki yapisal proteinleri (Nikotinamid Adenin Dinükleotit Dehidrogenaz, Sitokrom C oksidoredüktaz, sitokrom C oksidaz ATP sentaz) kodlarken, 2'si RNA ve 22'si de tRNA genlerini kodlar

Mitokondrial DNA çekirdek DNA'sina benzemekle birlikte belirgin farkliliklar da göstermektedir
A) 3 milyon kb'lik çekirdek DNA'si yaninda, 165 kb'lik mt-DNA çok küçük bir genoma sahiptir
B) mtDNA kompakt bir yapiya sahip olup intron içermez MtDNA'da kodlanmayan tek bölge yaklasik 100 baz çift uzunlugundaki Dloop bölgesidir
C) Insan mt-DNA'si maternal kalitimla geçer Spermin sitoplazma içermemesi ve mitokondrilerinin fertilizasyona katilmayan kuyruk kisminda toplanmasi nedeniyle, zigotdaki mitokondriler sadece ovuma aittir Anne tüm çocuklarina mt DNA'sini aktarirken, sadece kiz çocuklar bunu ikinci kusaga aktarir
D) mt DNA'nin 4 kodonu nükleer DNA'dan farkli mesajlar tasir Örnegin nükleer DNA'da "DUR" kodunu olarak görev alan AGA, mt DNA'da arginin aminoasidini kodlar
E) Bir hücre çekirdeginde anne ve babaya ait 2 allel gen bulunurken, her mitokondria 2-10 adet mt DNA genomu içerir Her bir insan hücresinde yüzlerce mitokondrion oldugu düsünülürse, binlerce de mitokondrial DNA mevcut oldugu söylenebilir Normalde bunlar tamamen idantik olup genotipleri HOMOPLAZMIK'dir Normal mt-DNA yaninda mutant tiplerde mevcutsa, hücre genotipi HETEROPLAZMIK olarak adlandirilir Heteroplazmik mt-DNA'lar yavru hücrelere düzensiz dagilim göstererek geçer Sonuçta tekrar tekrar bölünen hücreler, saf mutant veya saf normal mt DNA'lar yavru hücrelere düzensiz dagilim göstererek geçer Sonuçta tekrar tekrar bölünen hücreler, saf mutant veya saf normal mt DNA içeren genotipe dönüsebilirler
F) mt-DNA evrim hizinin nükleer DNA'ya göre 10-20 kat daha fazla olmasi, oksijen radikallerine daha fazla maruz kalmasi, koruyucu ve tamir sistemlerinin yoklugu nedeniyle, mt-DNA mutasyonlara daha açiktir

Mitokondrial DNA'nin bir özelligi de evrimin aydinlatilmasinda kullanilmasidir Nükleer DNA'ya göre daha fazla mutasyona ugrayan mt DNA mutasyonlarinin hizi 1 milyon yillik süreçte ortalama % 2-4 o ranindadir: Eger iki organizma arasinda % 1 oranda mtDNA farkliligi varsa bu 250000-500000 yil önce bu iki organizmanin farklilasmaya basladigini gösterir Ek olarak nükleer genin her jenerasyonda farkli rekombinasyon göstermesi evrim çalismalarinda zorluk yaratirken, mtDNA'nin homoplazmik olusu kullanilabilirligini artirir MtDNA bu özelliklerinden dolayi 1987 yilindan itibaren, modern insanin filogenetik çalismalarinda kullanilmaya baslanmistir

Her organ sisteminin yas ve aktivitesiyle de iliskili olarak, degisik oranlarda mitokondrial enerjiye ihtiyaci vardir ve farkli miktarlarda mitokondri içerir Yine her doku farkli miktarlarda normal ve mutant mitokondrial DNA içerir Dokuda mutant genomlarin orani ne kadar fazla ise ATP üretimi o denli yetersizlesir ve doku-organ disfonksiyonlari baslar Doku veya organin enerji metalobizmasinda yetersizlige yol açacak, disfonksiyona neden olacak minumum mutant mt-DNA miktarina ESIK DEGER (threshold effect) denir Esik deger, doku ve yasa göre degisir Örnegin beyin ve kas hücreleri daha fazla enerji ihtiyaci içindedir ve gelismekte olan çocuklarda da daha aktiftir Bu organlarda düsük miktarda mutant mt-DNA semptomatik olabilirken, daha yüksek oranda mutant mt-DNA örnegin karacigerde semptom vermeyebilir Sonuçta mutant ve normal genomlarin orani, doku tipi, yas, enerji ihtiyaci gibi faktörler fenotipi belirleyerek mitokondrial hastalik dedigimiz bir grup hastaliga neden olur

Mitokondrial Hastaliklar
Mitokondria üre siklusu, glukoneogenezis, b oksidasyon, krebs siklusu ve en önemlisi de oksidatif fosforilasyon fonksiyonunda görevli yüzlerce protein içerir Herhangi bir nedenle olusacak mitokondrial disfonksiyon tüm sistemleri etkileyecek ve esik degere (threshold effect) göre semptomlarini verecektir

Ilk kez 1962'de Luft ve arkadaslarinin myopatili bir vakayi bildirmesinden sonra, mitokondrial hastaliklarla ilgili incelemeler baslamis ve sayilari gün geçtikçe artmistir Klinik morfolojik ve biyokimyasal siniflandirmalarda mevcut olmakla birlikte en tanimlayici olan genetik siniflandirmadir

Iskemi, anoksi, mitokondrial fonksiyon için gerekli komponentlerin eksikligine neden olan malnütrisyon, iyi tedavi edilmemis diabetes mellitus ile hipotroid myopatide oldugu gibi hormon ve nörotransmitter defektleri, viral enfeksiyonlar, alkol, antitümöral, antibakteriyel (tetrasiklin, kloromfenilkol), antikonvülzan ilaçlar (valproik asit), toksik etkileriyle ve dogal olarak yasin ilerlemesiyle sekonder mitokondrial fonksiyon bozuklugu bulgulari saptanabilir

Mitokondrial proteinlerle ilgili nükleer DNA defektleri (Mitokondrial proteinlerin % 98'i nükleer gen tarafindan sentezlenip, matrikse tasiniyor) ile otozomal geçis gösteren intergenomik sinyal defektleri de mitokontrial disfonksiyona neden olurlar ve çok genis bir grup hastaligi içerirler

"Mitokondrial DNA hastaliklari" deyimi ile; primer olarak mt DNA'ya ait mutasyonlar sonucu olusan sporadik veya kendine özgü maternal geçis özelligi gösteren, mitokondrial enzimlerin kodlanmasinda veya translokasyonundaki bozukluklar anlasilir
Mitokondrial DNA mutasyonlarini 3 grup altinda toplayabiliriz

Mt DNA delesyonlari
Genellikle aile hikayesi göstermeyen spontan mutasyonlar olup, delesyonlarin yeri ve büyüklügü hastadan hastaya degisir Kearn Sayre sendromunda (KSS) ve Pearson sendromunda (PS) mt DNA delesyonlari sik olarak saptanmis ve bugüne kadar yüzün üzerinde farkli noktalari ilgilendiren delesyon bildirilmistir

Mt DNA duplikasyonlari
Delesyonlara göre daha az görülmektedir KSS, PS'de duplikasyon örnekleri gösterilmistir Iki vakada da proksimal tübülopati, DM ve serebeller ataksiyle giden maternal geçisli mt DNA duplikasyonu saptanmistir
Delesyon ve duplikasyonun ikisi de DNA'da düzenlenim bozukluguna neden olurlar Mekanizma benzerligi nedeniyle de fenotipik farklilik göstermezler

Nokta Mutasyonlari
Tek baz de?i?ikli?ine neden olup, iki grupta incelenebilirler
a) Protein okuma mutasyonlary Leber'in Herediter optik nöropatisinde (LHON) en syk olarak saptanan 11778 nolu nükleotidde G-A mutasyonu ve nörojenik kas güçsüzlü?ü, ataxi, retinitis pigmantozada (NARP) ATPaz 6 geninde 8993 T-G mutasyonu örnek verilebilir Yine Leigh sendromu, Kronik progressif external oftalmopleji, Tip II DM ve sa?yrlykda mt DNA nokta mutasyonlary bildirilmi?tir

b) tRNA nokta mutasyonlary Miyoklonik epilepsi ve mitokondrial miyopatide (MERRF) tRNA'da 8344 A-G mutasyonu, mitokondrial ensafolo-miyopati ve felç benzeri semptomlarla karakterize sendromda (MELAS) 3243'te t RNA A-G mutasyonu syk olarak bildirilmi?tir

Nokta mutasyonlarinin en önemli özelligi mitokondrial hastaliklara adini veren maternal geçis gösterme özelligidir Mutant geni tasiyan anne tüm çocuklarina mutant geni aktarirken, ikinci nesilden sadece kiz çocuklari hastaligi 3 nesle aktarabilir Bu da hastaligin pedigrisinin çikarilmasinda önem tasir
Mitokondrial hastaliklarin genetik siniflandirilmasi

A) Kalitsal
1 Nükleer DNA defektleri
a) Substrat tasinim defektleri
b) Substrat kullanim defektleri
c) Krebs siklus defektleri
d) Oksidasyon fosforilasyon defektleri
e) Respiratuar zincir defektleri
f) Protein tasinim defektleri

2 Mitokondrial DNA defektleri
a) Delesyonlar
b) Duplikasyon
c) Nokta mutasyonlar

3 Intergenomik sinyal defektleri
a) Otomola ressesif mtDNA deplesyonlari
b) Otozomal dominant multipl mt DNA delesyonlari

B) Akkiz Durumlar
a) Toksinler
b) Yas
c) Ilaçlar

Mitokondrial DNA mutasyonlarinda önemli bir özellikte doku dagilimidir Mutant mt DNA her dokuda ayni oranda degildir Bazi dokularda yüksek oranlardayken, bazilarinda hiç bulunmayabilir Sonuçta bunlar fenotipe de yansiyarak ayni mutasyonun farkli hastalarda, farkli semptom vermesine neden olur Ayni mutasyon asemptomatikden, ölümcül tabloya kadar degisik yelpazede kendini gösterebilir Bu genellikle mutant mt DNA orani ile ilgili olmakta birlikte kesin degildir ve düsük oranlarda ki mutant mt DNA'da agir tabloyla karsimiza çikabilir Yine mutasyonlar ayni hastada, zaman içinde de farkli doku dagilimi gösterebilir Mutant mt DNA zamanla saf normal homoplazmiye veya saf mutant homoplazmiye kayis gösterebilir, doku dagilimi degisebilir (Mitotik segregasyon teorisi) Örnegin bebeklik dönemindeki Pearson sendromunun çocukluk yaslarda KSS seklinde klinik bulgu vermesi gibi zaman içerisinde klinik tablo degisebilir


Mitokondrial DNA Hastalyklarynda Semptom Ve Bulgular
Mitokondrial fonksiyon bozukluklari tüm sistemleri etkilediginden, multisistemik bir hastalik olarak karsimiza çikar Degisik sistemlere ait, degisik semptom ve bulgular birarada görülebilir Bunlarin çok azi spesifik olup, bir kaçinin birlikte görülmesi ve diger etyolojik nedenlerin ekarte edilmesi mitokondrial hastaliklari akla getirmelidir Örnegin birbiriyle iliskili görünmeyen birden fazla organ tutulumu laktik asidozla birlikte ise, bu hastada mutlaka mitokondrial DNA hastaligi ekarte edilmelidir

• Kas: Halsizlik, kuvvetsizlik, egzersiz intoleransi, progresif eksternal oftalmopleji, pitosis, kas biyopsisinde RRF, yag depolanmasi, elektron mikroskopide mitokondrial proliferasyon, parakristalin inklüzyonlar
• Beyin: Demans, myoklonus, ataksi, geçici hemiparazi, hemianopi, fokal nöbetler, basagrisi, mental retardasyon
• CT/MR: Bazal gangliada kalsifikasyon, düsük yogunluk, özellikle de parieto-oksipital bölgelerde enfarkt
• Göz: Pigmenter retinopati, katarakt, optik atrofi
• Kulak: Sensorionöral isitme kaybi
• Kalp: Kardiyomyopati, kalp blogu
• Böbrek: Tübüler defektler (Fanconi sendromu)
• Kemik iligi: Pansitopeni, hemopoetik hücrelerde vakuolizasyon
• Endokrin: DM (Tip I ve II) hipoparatroidizm, kisa boy, büyüme hormonu eksikligi, infertilite, puberte gecikmesi
• Pankreas: Ekzokrin pankreas disfonksiyonu
• GIS: Diare, malabsorbsiyon, epizodik kusma, divertikülozis, pseudo-obstrüksiyon, villöz atrofi
• Karaciger: Açiklanamayan hepotasellüler disfonksiyon
• Metabolik: Açiklanamayan laktik asidozis, BOS'da laktik asidozis ve laktat/pirüvat oraninin 20'nin üzerinde olmasi
• Ani Ölüm
• Maternal kalitim özelligi

Mitokondial hastaligi düsündürecek tüm semptom ve bulgular yönünden hasta degerlendirilmelidir Hastanin yani sira, tüm aile bireyleri de incelemeye alinmali ve egzersiz intoleransi gibi, hafif semptomlar bile dikkate alinmalidir

Mytokondryal Hastalyklarda Tany Kryterlery
Mitokondrial hastaliklarin tanisinda asagida verilen bes kriterden, ikisinin birlikteligi sart kosulmustur

mt DNA mutasyonu: Noninvaziv olarak mt DNA hastaliklarinin teshisinde periferal kanda DNA analizi yapilabilmektedir Doku örneklerinde de ayni inceleme yapilarak mutant mt DNA gösterilebilmektedir

Ultrastrüktürel olarak artmis, anormal mitokondrinin gösterilmesi: Isik mikroskopisinde; kas biyopsi materyalinin gomoritrichrome boyamasiyla, karakteristik "ragged red fiber" denilen görünüm elde edilir Bu mt DNA'nin yeni düzenleniminin veya stratejik nokta mutasyonunun tRNA geni üzerindeki etkisinin, morfolojik karsiligi olarak yorumlanmaktadir


Dr Ayla GÜNLEMEZ