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           Maladies mitochondriales
  Collège National des Enseignants et Praticiens de Génétique Médicale
                    Agnès Rötig, Marlène Rio, Arnold Munnich

                     INSERM U781, Université Paris Descartes

               Service de Génétique, Hôpital Necker-Enfants Malades




Date de création du document     2010-2011




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                                                      Table des matières

I Maladies mitochondriales................................................................................................................3

    I.1 La chaîne respiratoire............................................................................................................... 3

    I.2 Le déficit métabolique............................................................................................................... 3

    I.3 Diagnostic enzymatique............................................................................................................ 4

    I.4 IRM cérébrale............................................................................................................................ 4

    I.5 Présentations cliniques.............................................................................................................. 4

    I.6 Génétique....................................................................................................................................7

    I.7 Traitement................................................................................................................................ 10

    I.8 Conseil génétique et Diagnostic prénatal...............................................................................10




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             INTRODUCTION
Les maladies mitochondriales regroupent une grande variété de pathologies dont le
dénominateur commun est un déficit de la chaîne respiratoire (CR) mitochondriale. La
chaîne respiratoire a pour rôle essentiel la synthèse d'ATP nécessaire à toutes les cellules de
l'organisme. Cette synthèse se fait à partir de cinq complexes multi-enzymatiques localisés
dans la membrane interne de la mitochondrie. Le rôle central des mitochondries et la
complexité de leur organisation, faisant intervenir de multiples enzymes et plusieurs
centaines de gènes, expliquent la sévérité et la grande fréquence des maladies
mitochondriales parmi les maladies métaboliques. Ces maladies sont sûrement les plus
fréquentes des maladies métaboliques avec une incidence de 1/5000 naissances.


I         MALADIES MITOCHONDRIALES


    I.1    LA CHAÎNE RESPIRATOIRE

La phosphorylation oxydative a lieu au niveau de la chaîne respiratoire située dans la
membrane mitochondriale interne. Elle fait intervenir d'une part des réactions d'oxydation
qui aboutissent à une consommation d'oxygène, d'autre part une réaction de
phosphorylation de l'ADP intramitochondrial en ATP. La chaîne respiratoire est composée
de quatre complexes multi-enzymatiques qui fonctionnent comme transporteurs d'électrons
: le complexe I (plus de quarante sous-unités), le complexe II (quatre sous-unités), le
complexe III (onze sous-unités) et le complexe IV (treize sous-unités). Enfin, le complexe V,
ou ATPase (quatorze sous-unités), assure la synthèse de l'ATP à partir de l'ADP et du
phosphate inorganique dans la matrice mitochondriale.


    I.2    LE DÉFICIT MÉTABOLIQUE

Un déficit enzymatique de la chaîne respiratoire provoque une modification profonde des
équilibres d'oxydoréduction cytoplasmiques et mitochondriaux, par accumulation
d'équivalents réduits (NADH, FADH). Dans la mitochondrie, cette accumulation de NADH
pousse à la transformation de l'acétoacétate en 3-hydroxybutyrate entraînant une élévation
du rapport 3-hydroxybutyrate/acétoacétate. De la même façon, dans le cytoplasme, la
transformation du pyruvate en lactate est favorisée et le rapport lactate/pyruvate s'élève
avec une augmentation secondaire de la concentration en lactate. L'existence d'une
hyperlactacidémie persistante et d'une perturbation des équilibres redox représente une
indication formelle d'une exploration enzymologique de la chaîne respiratoire.




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 I.3   DIAGNOSTIC ENZYMATIQUE

L'activité de la chaîne respiratoire est estimée par deux techniques, la polarographie et la
spectrophotométrie. Les études polarographiques permettent de mesurer la consommation
d'oxygène par des fractions enrichies en mitochondries. Ces études sont réalisées sur des
préparations enrichies en mitochondries à partir de petites biopsies musculaires (100-200
mg de muscle). Les études polarographiques se font à partir de matériel frais. Les études
spectrophotométriques permettent de mesurer les activités des complexes de la chaîne
respiratoire seuls ou par groupe en utilisant des donneurs ou des accepteurs d'électrons
spécifiques. Elles sont réalisées sur des biopsies de petite taille (muscle, foie, rein,
myocarde) immédiatement congelées et maintenues en permanence dans l'azote liquide (ou
au pire à -80°C).


Le tissu à étudier doit être dans la mesure du possible le tissu cliniquement atteint.
Cependant, quand des organes d'accès difficile sont touchés les investigations ne pourront
se faire que sur des tissus périphériques (muscle squelettique, lymphocytes, fibroblastes).
Quel que soit l'organe atteint, il est essentiel de prélever une biopsie de peau des patients
(même en post-mortem immédiat) pour de futures investigations enzymologiques ou
moléculaires sur fibroblastes en culture. En effet, de cette étude sur fibroblastes en culture
dépendra la possibilité d'un futur diagnostic prénatal pour les grossesses suivantes. Il faut
cependant rappeler que dans la moitié des cas environ les déficits de la chaîne respiratoire
ne s'expriment pas dans les fibroblastes.


 I.4   IRM CÉRÉBRALE

L’apport de l’IRM cérébrale est de plus en plus important pour le diagnostic de maladie
mitochondriale et permet parfois d’orienter le diagnostic génétique. C’est particulièrement
le cas pour les déficits isolés en complexe I qui montrent des anomalies du tronc cérébral et
des noyaux gris ainsi qu’un pic de lactate.


 I.5   PRÉSENTATIONS CLINIQUES

De par la fonction ubiquitaire des mitochondries une maladie mitochondriale doit être
évoquée chez des patients présentant (1) une association inexpliquée de signes
neuromusculaires et non neuromusculaires, (2) une évolution rapidement progressive, (3)
associant des organes a priori sans relation. La maladie peut avoir un début prénatal,
néonatal, dans l’enfance, l’adolescence ou l’âge adulte. Les symptômes les plus
fréquemment observées sont présentés dans le Tableau 1.




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Tableau 1. Symptômes les plus fréquemment observés dans les maladies
mitochondriales

Période néonatale (0–1 mois)


SNC            Apnées itératives, léthargie, somnolence, mort subite "récupérée"
               Hypotonie axiale et périphérique
               Acidose lactique congénitale
               Coma acidocétosique


Muscle         Macroglossie
               Myopathie
               Atrophie musculaire, hypotonie
               Rigidité, hypertonie
               Myoglobinuries récurrentes
               Mauvaise tenue de tête, peu de mouvements spontanés


Foie           Insuffisance hépatique, hépatomégalie


Coeur          Cardiomyopathie hypertrophique


Rein           Tubulopathie proximale (syndrome de De Toni-Debré-Fanconi)


Enfance (1 mois–2 ans)


SNC            Apnées récurrentes, mort subite "récupérée"
               Coma acidocétosique
               Mauvaise tenue de tête, spasticité des membres
               Régression psychomotrice, retard mental
               Ataxie cérébelleuse
               "Stroke-like"
               Myoclonies, convulsions généralisées
               Encéphalomyopathie nécrosante (syndrome de Leigh)
               Poliodystrophie infantile progressive (syndrome d'Alpers)


Muscle         Myopathie
               Atrophie musculaire
               Faiblesse musculaire hypotonie
               Myalgies, intélorance à l'effort
               Myoglobinuries récurrentes


Foie           Hépatomégalie progressive
               Insuffisance hépatocellulaire


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               Insuffisance hépatique induite par le Valproate


Coeur          Cardiomyopathie hypertrophique


Rein           Tubulopathie proximale (syndrome de De Toni-Debré-Fanconi)
               Néphropathie tubulointerstitielle (mimant une néphronophtise)
               Syndrome néphrotique
               Insuffisance rénale
               Syndrome urémique hémolytique


Intestin       Vomissement récurrents
               Diarrhée chronique, atrophie villositaire
               Insuffisance pancréatique exocrine
               Retard de croissance
               Pseudo-obstruction intestinale chronique


Système        Petite taille, retard de maturation squelettique
endocrinien    Hypoglycémies récurrentes
               Déficit hormonal multiple


Moelle         Anémie sidéroblastique
               Neutropénie, thrombopénie
               Syndrome myélodysplastique, syndrome dysérythropoiétique


Oeil           Surdité
               Surdité neurosensorielle


Oreille        Atrophie optique
               Diplopie
               Ophtalmoplégie externe progressive
               Rétinopathie "sel et poivre", rétinite pigmentaire
               Ptosis de la paupière
               Cataracte


Peau           Pigmentation anormale des zones exposées au soleil
               Trichothiodystrophie
               Cheveux secs, épais et cassants


Enfance (>2 ans) et âge adulte


SNC            Myoclonies
               Convulsions (généralisées, focales, photosensibles, tonicoclonies)



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              Ataxie cérébelleuse
              Spasticité
              Régression psychomotrice, retard mental, démence
              "Stroke-like"
              Mal de tête hemicranial, migraine
              Hemiparesies récurrentes, cécité corticale, hémianopsie
              Leucodystrophie, atrophie corticale
              Neuropathie périphérique


Muscle        Myopathie progressive
              Faiblesse musculaire proximale
              Myalgies, intolérance à l'effort
              Myoglobinuries récurrentes


Coeur         Cardiomyopathie concentrique hypertrophique ou dilatée
              Bloc Atrio-Ventriculaire


Système       Diabète (insulino et non-insulino dépendant)
endocrinien   Déficit en hormone de croissance
              Hypoparathyroïdisme
              Hypothyroïdisme
              Déficit en adrénocorticotrophine
              Hyperaldostéronisme
              Infertilité (insuffisance ovarienne ou dysfonction hypothalamique


Oeil          Ptosis de la paupière
              Diplopie
              Ophtalmoplégie externe progressive
              Rétinopathie "sel et poivre", rétinite pigmentaire
              Cataracte, opacités cornéales
              Neuropathie optique de Leber


Oreille       Surdité neurosensorielle
              Surdité induite par les aminoglycosides (transmission maternelle)



 I.6      GÉNÉTIQUE

La mitochondrie possède son propre ADN, l’ADN mitochondrial (ADNmt) qui code pour
13 protéines de la CR, deux ARN ribosomaux (ARNr) 12S et 16S et 22 ARN de transfert
(ARNt). Toutes les autres protéines de la CR et celles impliquées dans son assemblage et le
maintien de l’ADNmt sont codées par des gènes nucléaires. Ainsi tous les modes de
transmission sont possibles dans les maladies mitochondriales, autosomique récessif ou

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dominant, lié à l’X, maternel et beaucoup de cas sporadiques.


Les mutations de l’ADNmt sont en général hétéroplasmiques car il y a coexistence de
molécules normales et mutées dans une même cellule ou un même tissu, les tissus les plus
atteints ayant un fort taux de mutation. Les mutations ponctuelles de l’ADNmt sont le pus
souvent à transmission maternelle alors que les délétions se retrouvent en général dans des
cas sporadiques. Les principales mutations et délétions de l’ADNmt ainsi que les
présentations cliniques associées sont présentées dans le Tableau 2.


Les mutations de gènes nucléaires représentent sûrement la cause la plus importante de
maladies mitochondriales, surtout chez l’enfant. Du fait du très grand nombre de gènes
nucléaires impliqués dans les fonctions mitochondriales et de la grande hétérogénéité
clinique et génétique des maladies mitochondriales ces mutations sont relativement
difficiles à identifier. Ces gènes sont impliqués dans l’assemblage des complexes de la CR,
la synthèse de cofacteurs de la CR tels que l’ubiquinone, la synthèse des protéines codées
par l’ADNmt, la réplication de l’ADNmt, la fusion et la fission du réseau mitochondrial. Les
principales mutations de gènes nucléaires ainsi que les présentations cliniques associées
sont présentées dans le Tableau 3.

Tableau 2. Principales mutations et délétions de l’ADNmt et présentations cliniques
associées

 Déficit      Gène                  Fonction                 Clinique                 Mode de
                                                                                      transmission


 Complexe I   ND3, ND4, ND5         sous-unité du CI         Syndrome de Leigh        mitochondrial
              (ADNmt)


Complexe V ATP6 (ADNmt)             sous-unité du CV NARP/syndrome de Leigh           mitochondrial


Multiple      ARNtLeu (ADNmt)       ARNt                     MELAS                    mitochondrial
              ARNtLys (ADNmt)       ARNt                     MERRF                    mitochondrial
              délétion de l'ADNmt                            KSS/Pearson syndrome     sporadique


              ND4, ND6, cytb        sous-unités de la        Neuropathie optique de   mitochondrial
                                    CR                       Leber




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Tableau 3. Principales mutations de gènes nucléaires et présentations cliniques associées

Déficit      Gène                               Fonction                        Clinique                    Mode
                                                                                                            de
                                                                                                            trans.


Complexe I   NDUFS1, NDUFS2, NDUFS3,            sous-unités du CI               Syndrome de Leigh           AR
             NDUFS4, NDUFS6, NDUFS7,
             NDUFS8, NDUFV1, NDUFV2,
             NDUFA1, NDUFA2,
             NDUFA11
                                                 assemblage du CI               Syndrome de Leigh           AR
             NDUFAF2, NDUFAF1,
             C6ORF66, C8ORF38,
             C20ORF7, ACAD9


Complexe II SDHA                                sous-unité du CII               Syndrome de Leigh           AR
             SDHB, SDHC, SDHD                   sous-unités du CII              Paragangliome/phéochrom AD
                                                                                ocytome


Complexe     BCS1                               assemblage du CIII              Tubulopathie/               AR
III                                                                             encephalopathie/
                                                                                défaillance hépatique


Complexe     SURF-1                             assemblage du CIV               Syndrome de Leigh           AR
IV           SCO2                               assemblage du CIV               Cardioencéphalomyopathie AR


Multiple     TP (thymidine phosphorylase) synthèse des                          MNGIE                       AR
             POLG1 (ADN polymerase),            nucléotides                     Atteinte hépatique/Alpers   AR
             Twinkle (hélicae)                  réplication de                  + déplétion ADNmt           AR
             TK2, DGUOK                         l'ADNmt                         Myopathie/atteinte          AR
             MPV17                              synthèse des                    hépatique + déplétion       AR
             PUS1                               nucléotides inconnue            ADNmt                       AR
             TRMU                               traduction                      Atteinte hépatique +        AR
             DARS2                              mitochondriale                  déplétion ADNmt             AR
             Frataxine                          traduction                      Anémie
                                                mitochondriale                  sidéroblastique+myopathie
                                                traduction                      Atteinte hépatique
                                                mitochondriale                  Leucoencéphalopathie
                                                synthèse des protéines Ataxie de Friedreich
                                                à centre Fe-S

                                                Contrôle qualité des            Paraplégie spastique
             AFG3L2 (Paraplegine)                                                                           AR
                                                protéines


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            POLG1 (ADN polymerase),           réplication de                  Ophtalmoplégie + délétion AD
            Twinkle (hélicase)                l'ADNmt                         ADNmt                   AD
            OPA1                              fusion des                      Atrophie optique        lié à l'X
            TAZ (Tafazzin)                    mitochondries                   Syndrome de Barth
                                              synthèse des
                                              cardiolipines



 I.7   TRAITEMENT

Il n’y a actuellement pas de thérapie des maladies mitochondriales. Le traitement est
essentiellement symptomatique et ne modifie pas de façon significative l’évolution de la
maladie. Il s’agit de supplémenter par des cofacteurs (ubiquinone pour les déficits en
ubiquinone), de recommandation diététique (régime riche en lipides et pauvre en sucres) et
d’éviter des médicaments connus pour avoir un effet délétère (valproate qui précipite la
défaillance hépatique dans les syndromes d’Alpers par exemple). Du fait de l’implication
progressive d’organes dans l’évolution de ces maladies la greffe d’organe est rarement
évoquée.


 I.8   CONSEIL GÉNÉTIQUE ET DIAGNOSTIC PRÉNATAL

Le diagnostic prénatal (DPN) des maladies mitochondriales est dans la grande majorité des
cas une tache difficile et problématique. La possibilité d’un diagnostic prénatal se présente
uniquement pour des familles dans lesquelles il y a eu un cas index chez qui le diagnostic
d’une maladie mitochondriale a été établi formellement par identification de la mutation en
cause.


Les remaniements de grande taille de l’ADNmt, délétions ou duplications partielles, se
retrouvent dans la grande majorité des cas de façon sporadique. Le conseil génétique peut
donc être a priori rassurant.


Les mutations ponctuelles de l’ADNmt (syndromes MELAS, MERRF, NARP et l'atrophie
optique de Leber) sont presque toujours à l'état hétéroplasmique, sont transmises selon un
mode maternel et dans la grande majorité des cas sont retrouvées chez les mères et certains
apparentés maternels des patients. Une analyse fine de l’arbre généalogique de la famille a
pour objectif d’identifier des signes cliniques mineurs chez les apparentés. La recherche de
la mutation trouvée chez le cas princeps va ensuite permettre d'identifier les individus
porteurs de cette mutation. Il n'y a aucun risque pour la descendance d’un homme porteur
d’une mutation ponctuelle. En revanche, le risque est élevé pour la descendance et la fratrie
d’une femme porteuse d'une mutation de l'ADNmt. Dans ce cas, il est possible de proposer
un DPN moléculaire pour la prévention d'une récidive de la maladie. Cependant, il est
toujours très difficile de se prononcer dans ce type de DPN. En effet, la proportion de

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molécules d'ADNmt mutées dans les villosités choriales ne permet pas d'estimer sa
proportion dans d'autres tissus fœtaux, ni son évolution au cours du développement
embryonnaire. La présence de moins de 20% ou plus de 80% de molécules mutées chez le
fœtus est respectivement de bon et de mauvais pronostic a priori. En revanche, des résultats
intermédiaires sont extrêmement difficiles à interpréter


Si une mutation d'un gène nucléaire a été identifiée chez le cas princeps il est possible de
proposer un DPN moléculaire comme pour n’importe quelle autre maladie génétique
autosomique récessive, dominante ou liée à l’X selon les cas.




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  • 2. - Support de Cours (Version PDF) - Table des matières I Maladies mitochondriales................................................................................................................3 I.1 La chaîne respiratoire............................................................................................................... 3 I.2 Le déficit métabolique............................................................................................................... 3 I.3 Diagnostic enzymatique............................................................................................................ 4 I.4 IRM cérébrale............................................................................................................................ 4 I.5 Présentations cliniques.............................................................................................................. 4 I.6 Génétique....................................................................................................................................7 I.7 Traitement................................................................................................................................ 10 I.8 Conseil génétique et Diagnostic prénatal...............................................................................10 - © Université Médicale Virtuelle Francophone -
  • 3. - Support de Cours (Version PDF) - INTRODUCTION Les maladies mitochondriales regroupent une grande variété de pathologies dont le dénominateur commun est un déficit de la chaîne respiratoire (CR) mitochondriale. La chaîne respiratoire a pour rôle essentiel la synthèse d'ATP nécessaire à toutes les cellules de l'organisme. Cette synthèse se fait à partir de cinq complexes multi-enzymatiques localisés dans la membrane interne de la mitochondrie. Le rôle central des mitochondries et la complexité de leur organisation, faisant intervenir de multiples enzymes et plusieurs centaines de gènes, expliquent la sévérité et la grande fréquence des maladies mitochondriales parmi les maladies métaboliques. Ces maladies sont sûrement les plus fréquentes des maladies métaboliques avec une incidence de 1/5000 naissances. I MALADIES MITOCHONDRIALES I.1 LA CHAÎNE RESPIRATOIRE La phosphorylation oxydative a lieu au niveau de la chaîne respiratoire située dans la membrane mitochondriale interne. Elle fait intervenir d'une part des réactions d'oxydation qui aboutissent à une consommation d'oxygène, d'autre part une réaction de phosphorylation de l'ADP intramitochondrial en ATP. La chaîne respiratoire est composée de quatre complexes multi-enzymatiques qui fonctionnent comme transporteurs d'électrons : le complexe I (plus de quarante sous-unités), le complexe II (quatre sous-unités), le complexe III (onze sous-unités) et le complexe IV (treize sous-unités). Enfin, le complexe V, ou ATPase (quatorze sous-unités), assure la synthèse de l'ATP à partir de l'ADP et du phosphate inorganique dans la matrice mitochondriale. I.2 LE DÉFICIT MÉTABOLIQUE Un déficit enzymatique de la chaîne respiratoire provoque une modification profonde des équilibres d'oxydoréduction cytoplasmiques et mitochondriaux, par accumulation d'équivalents réduits (NADH, FADH). Dans la mitochondrie, cette accumulation de NADH pousse à la transformation de l'acétoacétate en 3-hydroxybutyrate entraînant une élévation du rapport 3-hydroxybutyrate/acétoacétate. De la même façon, dans le cytoplasme, la transformation du pyruvate en lactate est favorisée et le rapport lactate/pyruvate s'élève avec une augmentation secondaire de la concentration en lactate. L'existence d'une hyperlactacidémie persistante et d'une perturbation des équilibres redox représente une indication formelle d'une exploration enzymologique de la chaîne respiratoire. - © Université Médicale Virtuelle Francophone -
  • 4. - Support de Cours (Version PDF) - I.3 DIAGNOSTIC ENZYMATIQUE L'activité de la chaîne respiratoire est estimée par deux techniques, la polarographie et la spectrophotométrie. Les études polarographiques permettent de mesurer la consommation d'oxygène par des fractions enrichies en mitochondries. Ces études sont réalisées sur des préparations enrichies en mitochondries à partir de petites biopsies musculaires (100-200 mg de muscle). Les études polarographiques se font à partir de matériel frais. Les études spectrophotométriques permettent de mesurer les activités des complexes de la chaîne respiratoire seuls ou par groupe en utilisant des donneurs ou des accepteurs d'électrons spécifiques. Elles sont réalisées sur des biopsies de petite taille (muscle, foie, rein, myocarde) immédiatement congelées et maintenues en permanence dans l'azote liquide (ou au pire à -80°C). Le tissu à étudier doit être dans la mesure du possible le tissu cliniquement atteint. Cependant, quand des organes d'accès difficile sont touchés les investigations ne pourront se faire que sur des tissus périphériques (muscle squelettique, lymphocytes, fibroblastes). Quel que soit l'organe atteint, il est essentiel de prélever une biopsie de peau des patients (même en post-mortem immédiat) pour de futures investigations enzymologiques ou moléculaires sur fibroblastes en culture. En effet, de cette étude sur fibroblastes en culture dépendra la possibilité d'un futur diagnostic prénatal pour les grossesses suivantes. Il faut cependant rappeler que dans la moitié des cas environ les déficits de la chaîne respiratoire ne s'expriment pas dans les fibroblastes. I.4 IRM CÉRÉBRALE L’apport de l’IRM cérébrale est de plus en plus important pour le diagnostic de maladie mitochondriale et permet parfois d’orienter le diagnostic génétique. C’est particulièrement le cas pour les déficits isolés en complexe I qui montrent des anomalies du tronc cérébral et des noyaux gris ainsi qu’un pic de lactate. I.5 PRÉSENTATIONS CLINIQUES De par la fonction ubiquitaire des mitochondries une maladie mitochondriale doit être évoquée chez des patients présentant (1) une association inexpliquée de signes neuromusculaires et non neuromusculaires, (2) une évolution rapidement progressive, (3) associant des organes a priori sans relation. La maladie peut avoir un début prénatal, néonatal, dans l’enfance, l’adolescence ou l’âge adulte. Les symptômes les plus fréquemment observées sont présentés dans le Tableau 1. - © Université Médicale Virtuelle Francophone -
  • 5. - Support de Cours (Version PDF) - Tableau 1. Symptômes les plus fréquemment observés dans les maladies mitochondriales Période néonatale (0–1 mois) SNC Apnées itératives, léthargie, somnolence, mort subite "récupérée" Hypotonie axiale et périphérique Acidose lactique congénitale Coma acidocétosique Muscle Macroglossie Myopathie Atrophie musculaire, hypotonie Rigidité, hypertonie Myoglobinuries récurrentes Mauvaise tenue de tête, peu de mouvements spontanés Foie Insuffisance hépatique, hépatomégalie Coeur Cardiomyopathie hypertrophique Rein Tubulopathie proximale (syndrome de De Toni-Debré-Fanconi) Enfance (1 mois–2 ans) SNC Apnées récurrentes, mort subite "récupérée" Coma acidocétosique Mauvaise tenue de tête, spasticité des membres Régression psychomotrice, retard mental Ataxie cérébelleuse "Stroke-like" Myoclonies, convulsions généralisées Encéphalomyopathie nécrosante (syndrome de Leigh) Poliodystrophie infantile progressive (syndrome d'Alpers) Muscle Myopathie Atrophie musculaire Faiblesse musculaire hypotonie Myalgies, intélorance à l'effort Myoglobinuries récurrentes Foie Hépatomégalie progressive Insuffisance hépatocellulaire - © Université Médicale Virtuelle Francophone -
  • 6. - Support de Cours (Version PDF) - Insuffisance hépatique induite par le Valproate Coeur Cardiomyopathie hypertrophique Rein Tubulopathie proximale (syndrome de De Toni-Debré-Fanconi) Néphropathie tubulointerstitielle (mimant une néphronophtise) Syndrome néphrotique Insuffisance rénale Syndrome urémique hémolytique Intestin Vomissement récurrents Diarrhée chronique, atrophie villositaire Insuffisance pancréatique exocrine Retard de croissance Pseudo-obstruction intestinale chronique Système Petite taille, retard de maturation squelettique endocrinien Hypoglycémies récurrentes Déficit hormonal multiple Moelle Anémie sidéroblastique Neutropénie, thrombopénie Syndrome myélodysplastique, syndrome dysérythropoiétique Oeil Surdité Surdité neurosensorielle Oreille Atrophie optique Diplopie Ophtalmoplégie externe progressive Rétinopathie "sel et poivre", rétinite pigmentaire Ptosis de la paupière Cataracte Peau Pigmentation anormale des zones exposées au soleil Trichothiodystrophie Cheveux secs, épais et cassants Enfance (>2 ans) et âge adulte SNC Myoclonies Convulsions (généralisées, focales, photosensibles, tonicoclonies) - © Université Médicale Virtuelle Francophone -
  • 7. - Support de Cours (Version PDF) - Ataxie cérébelleuse Spasticité Régression psychomotrice, retard mental, démence "Stroke-like" Mal de tête hemicranial, migraine Hemiparesies récurrentes, cécité corticale, hémianopsie Leucodystrophie, atrophie corticale Neuropathie périphérique Muscle Myopathie progressive Faiblesse musculaire proximale Myalgies, intolérance à l'effort Myoglobinuries récurrentes Coeur Cardiomyopathie concentrique hypertrophique ou dilatée Bloc Atrio-Ventriculaire Système Diabète (insulino et non-insulino dépendant) endocrinien Déficit en hormone de croissance Hypoparathyroïdisme Hypothyroïdisme Déficit en adrénocorticotrophine Hyperaldostéronisme Infertilité (insuffisance ovarienne ou dysfonction hypothalamique Oeil Ptosis de la paupière Diplopie Ophtalmoplégie externe progressive Rétinopathie "sel et poivre", rétinite pigmentaire Cataracte, opacités cornéales Neuropathie optique de Leber Oreille Surdité neurosensorielle Surdité induite par les aminoglycosides (transmission maternelle) I.6 GÉNÉTIQUE La mitochondrie possède son propre ADN, l’ADN mitochondrial (ADNmt) qui code pour 13 protéines de la CR, deux ARN ribosomaux (ARNr) 12S et 16S et 22 ARN de transfert (ARNt). Toutes les autres protéines de la CR et celles impliquées dans son assemblage et le maintien de l’ADNmt sont codées par des gènes nucléaires. Ainsi tous les modes de transmission sont possibles dans les maladies mitochondriales, autosomique récessif ou - © Université Médicale Virtuelle Francophone -
  • 8. - Support de Cours (Version PDF) - dominant, lié à l’X, maternel et beaucoup de cas sporadiques. Les mutations de l’ADNmt sont en général hétéroplasmiques car il y a coexistence de molécules normales et mutées dans une même cellule ou un même tissu, les tissus les plus atteints ayant un fort taux de mutation. Les mutations ponctuelles de l’ADNmt sont le pus souvent à transmission maternelle alors que les délétions se retrouvent en général dans des cas sporadiques. Les principales mutations et délétions de l’ADNmt ainsi que les présentations cliniques associées sont présentées dans le Tableau 2. Les mutations de gènes nucléaires représentent sûrement la cause la plus importante de maladies mitochondriales, surtout chez l’enfant. Du fait du très grand nombre de gènes nucléaires impliqués dans les fonctions mitochondriales et de la grande hétérogénéité clinique et génétique des maladies mitochondriales ces mutations sont relativement difficiles à identifier. Ces gènes sont impliqués dans l’assemblage des complexes de la CR, la synthèse de cofacteurs de la CR tels que l’ubiquinone, la synthèse des protéines codées par l’ADNmt, la réplication de l’ADNmt, la fusion et la fission du réseau mitochondrial. Les principales mutations de gènes nucléaires ainsi que les présentations cliniques associées sont présentées dans le Tableau 3. Tableau 2. Principales mutations et délétions de l’ADNmt et présentations cliniques associées Déficit Gène Fonction Clinique Mode de transmission Complexe I ND3, ND4, ND5 sous-unité du CI Syndrome de Leigh mitochondrial (ADNmt) Complexe V ATP6 (ADNmt) sous-unité du CV NARP/syndrome de Leigh mitochondrial Multiple ARNtLeu (ADNmt) ARNt MELAS mitochondrial ARNtLys (ADNmt) ARNt MERRF mitochondrial délétion de l'ADNmt KSS/Pearson syndrome sporadique ND4, ND6, cytb sous-unités de la Neuropathie optique de mitochondrial CR Leber - © Université Médicale Virtuelle Francophone -
  • 9. - Support de Cours (Version PDF) - Tableau 3. Principales mutations de gènes nucléaires et présentations cliniques associées Déficit Gène Fonction Clinique Mode de trans. Complexe I NDUFS1, NDUFS2, NDUFS3, sous-unités du CI Syndrome de Leigh AR NDUFS4, NDUFS6, NDUFS7, NDUFS8, NDUFV1, NDUFV2, NDUFA1, NDUFA2, NDUFA11 assemblage du CI Syndrome de Leigh AR NDUFAF2, NDUFAF1, C6ORF66, C8ORF38, C20ORF7, ACAD9 Complexe II SDHA sous-unité du CII Syndrome de Leigh AR SDHB, SDHC, SDHD sous-unités du CII Paragangliome/phéochrom AD ocytome Complexe BCS1 assemblage du CIII Tubulopathie/ AR III encephalopathie/ défaillance hépatique Complexe SURF-1 assemblage du CIV Syndrome de Leigh AR IV SCO2 assemblage du CIV Cardioencéphalomyopathie AR Multiple TP (thymidine phosphorylase) synthèse des MNGIE AR POLG1 (ADN polymerase), nucléotides Atteinte hépatique/Alpers AR Twinkle (hélicae) réplication de + déplétion ADNmt AR TK2, DGUOK l'ADNmt Myopathie/atteinte AR MPV17 synthèse des hépatique + déplétion AR PUS1 nucléotides inconnue ADNmt AR TRMU traduction Atteinte hépatique + AR DARS2 mitochondriale déplétion ADNmt AR Frataxine traduction Anémie mitochondriale sidéroblastique+myopathie traduction Atteinte hépatique mitochondriale Leucoencéphalopathie synthèse des protéines Ataxie de Friedreich à centre Fe-S Contrôle qualité des Paraplégie spastique AFG3L2 (Paraplegine) AR protéines - © Université Médicale Virtuelle Francophone -
  • 10. - Support de Cours (Version PDF) - POLG1 (ADN polymerase), réplication de Ophtalmoplégie + délétion AD Twinkle (hélicase) l'ADNmt ADNmt AD OPA1 fusion des Atrophie optique lié à l'X TAZ (Tafazzin) mitochondries Syndrome de Barth synthèse des cardiolipines I.7 TRAITEMENT Il n’y a actuellement pas de thérapie des maladies mitochondriales. Le traitement est essentiellement symptomatique et ne modifie pas de façon significative l’évolution de la maladie. Il s’agit de supplémenter par des cofacteurs (ubiquinone pour les déficits en ubiquinone), de recommandation diététique (régime riche en lipides et pauvre en sucres) et d’éviter des médicaments connus pour avoir un effet délétère (valproate qui précipite la défaillance hépatique dans les syndromes d’Alpers par exemple). Du fait de l’implication progressive d’organes dans l’évolution de ces maladies la greffe d’organe est rarement évoquée. I.8 CONSEIL GÉNÉTIQUE ET DIAGNOSTIC PRÉNATAL Le diagnostic prénatal (DPN) des maladies mitochondriales est dans la grande majorité des cas une tache difficile et problématique. La possibilité d’un diagnostic prénatal se présente uniquement pour des familles dans lesquelles il y a eu un cas index chez qui le diagnostic d’une maladie mitochondriale a été établi formellement par identification de la mutation en cause. Les remaniements de grande taille de l’ADNmt, délétions ou duplications partielles, se retrouvent dans la grande majorité des cas de façon sporadique. Le conseil génétique peut donc être a priori rassurant. Les mutations ponctuelles de l’ADNmt (syndromes MELAS, MERRF, NARP et l'atrophie optique de Leber) sont presque toujours à l'état hétéroplasmique, sont transmises selon un mode maternel et dans la grande majorité des cas sont retrouvées chez les mères et certains apparentés maternels des patients. Une analyse fine de l’arbre généalogique de la famille a pour objectif d’identifier des signes cliniques mineurs chez les apparentés. La recherche de la mutation trouvée chez le cas princeps va ensuite permettre d'identifier les individus porteurs de cette mutation. Il n'y a aucun risque pour la descendance d’un homme porteur d’une mutation ponctuelle. En revanche, le risque est élevé pour la descendance et la fratrie d’une femme porteuse d'une mutation de l'ADNmt. Dans ce cas, il est possible de proposer un DPN moléculaire pour la prévention d'une récidive de la maladie. Cependant, il est toujours très difficile de se prononcer dans ce type de DPN. En effet, la proportion de - © Université Médicale Virtuelle Francophone -
  • 11. - Support de Cours (Version PDF) - molécules d'ADNmt mutées dans les villosités choriales ne permet pas d'estimer sa proportion dans d'autres tissus fœtaux, ni son évolution au cours du développement embryonnaire. La présence de moins de 20% ou plus de 80% de molécules mutées chez le fœtus est respectivement de bon et de mauvais pronostic a priori. En revanche, des résultats intermédiaires sont extrêmement difficiles à interpréter Si une mutation d'un gène nucléaire a été identifiée chez le cas princeps il est possible de proposer un DPN moléculaire comme pour n’importe quelle autre maladie génétique autosomique récessive, dominante ou liée à l’X selon les cas. - © Université Médicale Virtuelle Francophone -