Động kinh trong bệnh ty thể

Động kinh trong bệnh ty thể

P LandrieuNeuropédiatrie CHU Paris Sud

Inserm U 783, CHU Necker

• Động kinh

Là những cơn co giật tái diễn, do tổn thương hoặc rối loạn chức năng noron của vỏ não

• Bệnh não động kinh:

Bệnh não, các cơn co giật + các triệu chứng khác của não bị tổn thương

-Cơ sở về ty thể

-Những dấu hiệu nào gợi ý bệnh ty thể?

-Những dấu hiệu nào gợi ý động kinh do ty thể?Chiến lược chẩn đoán chung

-Các bệnh động kinh có nguồn gốc ty thể chính

*liên quan tới ADN ty thể

*liên quan tới ADN nhân

-Điều trị

QuickTime™ et undécompresseur

sont requis pour visionner cette image.

- Sản xuất ATP (chuỗi hô hấp)

- Tổng hợp và chuyển hóa trung gian: Chu trình Krebs, chu trình ure, quá trình beta oxy hóa acid béo, steroids, heme, các monoamines,…

- Sản xuất và thanh lọc ROS (gốc oxy phản ứng)

- Tạo nhiệt

- Thực hiện quá trình chết theo chương trình

- Dự trữ calci

- …

Cộng sinh của một vi khuẩn ái khí (50- 300 ty thể/ tế bào)

Chức năng:

Ty thể gồm có

Gen của ty thể(ADN ty thể = 18kb, 37 genes

3 - 4 mol ADN/ ty thể)

Hệ thống sao mã

Hệ thống dịch mã (ribosomes)

# 2000 protein ty thể, >99% do ADN nhân mã hóa, sau đó được nhập vào ty thể

< 1% do ADN ty thể mã hóa

được dịch mã tại các ribosom ty thể

Chỉ tế bào trứng truyền ty thể của nó

Các bệnh liên quan tới ADN ty thể = di truyền theo mẹ

Các bệnh liên quan tới ADN nhân = di truyền theo Mendel

NDUFS2 NADH dehydrogenase (ubiquinone) Fe-S protein 2, 49kDa (NADH-coenzyme Q reductase)

1q23.3


11p11.11


5q11.1


1p34.2-p33


5p15.33


19p13


11q13.2

NDUFV1 NADH dehydrogenase (ubiquinone) flavoprotein 1, 51kDa 11q13 NDUFV2 NADH dehydrogenase (ubiquinone) flavoprotein 2, 24kDa 18p11.22 NDUFV3 NADH dehydrogenase (ubiquinone) flavoprotein 3, 10kDa 21q22.3

Symbol Name Gene locus MT-ND1 mitochondrially encoded NADH dehydrogenase 1 mitochond MT-ND2 mitochondrially encoded NADH dehydrogenase 2 mitochond MT-ND3 mitochondrially encoded NADH dehydrogenase 3 mitochond MT-ND4 mitochondrially encoded NADH dehydrogenase 4 mitochond MT-ND4L mitochondrially encoded NADH dehydrogenase 4L mitochond MT-ND5 mitochondrially encoded NADH dehydrogenase 5 mitochond MT-ND6 mitochondrially encoded NADH dehydrogenase 6 mitochond NDUFA1 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 alpha subcomplex, 1, 7.5kDa Xq24 NDUFA2 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 alpha subcomplex, 2, 8kDa 5q31.2 NDUFA3 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 alpha subcomplex, 3, 9kDa 19q13.42 NDUFA4 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 alpha subcomplex, 4, 9kDa 7p21.3 NDUFA5 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 alpha subcomplex, 5 7q31.33 NDUFA6 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 alpha subcomplex, 6, 14kDa 22q13.2 NDUFA7 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 alpha subcomplex, 7, 14.5kDa 19p13.2 NDUFA8 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 alpha subcomplex, 8, 19kDa 9q33.2 NDUFA9 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 alpha subcomplex, 9, 39kDa 12p13.3 NDUFA10 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 alpha subcomplex, 10, 42kDa 2q37.3 NDUFA11 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 alpha subcomplex, 11,

14.7kDa 19p13.3

NDUFA12 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 alpha subcomplex, 12 12q22 NDUFA13 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 alpha subcomplex, 13 19p13.11 NDUFAB1 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1, /B subcomplex, 1, 8kDa 16p12.3 NDUFB1 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 beta subcomplex, 1, 7kDa 14q31.3 NDUFB2 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 beta subcomplex, 2, 8kDa 7q34 NDUFB3 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 beta subcomplex, 3, 12kDa 2q33.1 NDUFB4 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 beta subcomplex, 4, 15kDa 3q13.33 NDUFB5 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 beta subcomplex, 5, 16kDa 3q27.1 NDUFB6 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 beta subcomplex, 6, 17kDa 9p13.2 NDUFB7 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 beta subcomplex, 7, 18kDa 19p13.12 NDUFB8 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 beta subcomplex, 8, 19kDa 10q24.31 NDUFB9 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 beta subcomplex, 9, 22kDa 8q24.13 NDUFB10 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 beta subcomplex, 10, 22kDa 16p13.3 NDUFB11 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1 beta subcomplex, 11,

17.3kDa Xp11.3

NDUFC1 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1, subcomplex , 1, 6kDa 4q31.1 NDUFC2 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1, subcomplex , 2, 14.5kDa 11q14.1 NDUFS1 NADH dehydrogenase (ubiquinone) Fe-S protein 1, 75kDa (NADH-

coenzyme Q reductase) 2q33-q34

Phức hợp I = 47 tiểu đơn vị

Chỉ 6 tiểu đơn vị do ADN ty thể mã hóa

>25 tiểu đơn vị gây bệnh ở người (2013)

# 2000 protein ty thể >99% do ADN nhân mã hóa,được nhập vào ty thể

< 1% do ADN tỷ thể mã hóa

được dịch mã tại các ribosom ty thể

Chỉ tế bào trứng truyền ty thể của nó

Các bệnh liên quan tới ADN ty thể = di truyền theo mẹ

Các bệnh liên quan tới ADN nhân = di truyền theo Mendel

I

II

III

II 2 II 4

III 1 III 2

III 2 Hội chứng Leigh

III 1 Bệnh não tiến triển, tử vong lúc 18 tháng

II 2, II 4: thất điều, bệnh võng mạc

Chẩn đoán cuối cùng: đột biến 8993 G>C tại ADN ty thể

Những dấu hiệu nào hướng tới bệnh ty thể?

Những dấu hiệu nào hướng tới bệnh ty thể có nguồn gốc ADN ty thể?

Những dấu hiệu nào hướng tới bệnh động kinh có nguồn gốc ty thể?

Những dấu hiệu hướng tới bệnh ty thể

• Dấu hiệu lâm sàng:

• Hình ảnhMRI não:++

• Các xét nghiệm chuyển hóa• Toan do lactat (máu, dịch não tủy), xeton nghịch lý• Các xét nghiệm chuyển hóa chung (định lượng a.amin, a.hữu cơ...): âm

tính

• Các dấu hiệu di truyền - di truyền theo mẹ trong gia đình có nhiều thế hệ

• Mô bệnh học - sinh thiết (gan, cơ, tủy xương)

Mỗi dấu hiệu mang tính chất tình cờ

Các dấu hiệu hướng tới bệnh ty thể

bệnh ở nhiều cơ quan ( “hội chứng”):ví dụ: “não + cơ”, “tim + cơ” “máu + tụy” “đái tháo đường + điếc”

mỗi cơ quan: có tổn thương đặc trưngví dụ Bệnh cơ: « Sợi cơ đỏ nham nhở»

Bệnh máu: thiếu máu nguyên bào hồng cầu Bệnh gan: các thay đổi giống ung thư

Mỗi hội chứng: quá trình bệnh đặc trưng. ví dụ Hội chứng MELAS: khởi phát 2-10 tuổi, các giai đoạn

bệnh nặng dần...

Không đồng nhất về kiểu hình ++ có nhiều các phối hợp bất thường

hoặc tổn thương trên một cơ quan kéo dài

Nghi ngờ bệnh ty thể

các xét nghiệm cơ sở

Toan do lactat ?Máu, dịch não tủyđói/no: lactat sau ăn ?

Pyruvate:bình thường Lactate/ pyruvate tăng ( có ngoại lệ)

Thể Xeton

đói/no (“ hiện tượng Xeton nghịch lý”)

Sắc ký acid amin trong máu và nước tiểu bình thường(có ngoại lệ)

Sắc ký acid hữu cơ/các chất trung gian kết hợp bình thường (có ngoại lệ)

Các dấu hiệu hướng tới bệnh ty thể do ADN ty thể

-Các hình thái có thể nhận biết (lâm sàng +/- MRI)

Ví dụ: MELAS MERRF «liệt vận

nhãn tiến triển + »… Bệnh thần kinh thị giác di truyền Leber Hội chứng Pearson (thiếu máu + suy tụy) ….

- Bằng chứng di truyền theo mẹ ( gia đình có nhiều ca bệnh)

Những dấu hiệu hướng tới động kinh do ty thể?

Về động kinh tuổi khởi phát

đã được loại bỏ các nguyên nhân thông thường

Động kinh tiến triển nặng dần, kháng thuốc, giật cơ ,trạng thái động kinh tái diễn

MRI: những tổn thương gợi ýđỉnh lactat cao (trên phổ cộng hưởng từ)

Các cơ quan khác bị tổn thương ( không thường xuyên)gan,cơ,tim,võng mạc.....

Các xét nghiệm chuyển hóa cơ sở

Có khả năng bệnh ty thể:-->Sinh thiết để làm xét nghiệm đặc

hiệu?

Nghiên cứu enzym của chuỗi hô hấp BN-PAGE các phức hợp chuỗi hô hấp

Định lượng ADN ty thể

Chỉ định: bệnh ty thể giả thuyết do nguồn gốc nhân tế bào

- có di truyền - không có bằng chứng lâm sàng về nguồn gốc của ADN ty thể- không tìm thấy bất thường khi nghiên cứu ADN ty thể

Bệnh ty thể và chuỗi hô hấp

« quá trình phosphoryl oxy hóa »

-Vận chuyển các điện tử,từ các đương lượn khử (NADH, FADH2) tới phân tử oxy

- Bơm ion H+ vào khoang gian màng --> chênh lệch hóa học thẩm thấu --> ATP synthase



Nghiên cứu về enzym định lượng từng phức hợp (I,II,III,IV,V)

định lượng các nhóm phức hợp (I+III, II+III…)



Bệnh ty thể và chuỗi hô hấp

1) Thiếu hụt đặc hiệu của chuỗi hô hấpthiếu một phức hợp (I,II,III,IV,V)

đơn vị xúc tác yếu tố kết hợp

thiếu 2 phức hợp có chung cofactor ví dụ: thiếu sót trong tổng hợp quinone

thiếu sót tổng hợp trung tâm Fe/S

2) Thiếu một vài phức hợp,không đặc hiệu Tái bản,ổn định ADN ti thểPhiên mã ADN ti thểTổng hợp ARN tỉ thể Dịch mã (ribosom ti thể) Giáng hóa, tái sinh ARN

3) Không có thiếu hụt chuỗi hô hấpthiếu hụt không thể hiện trên cơ quan lâm sàng có thể tiếp cận ?

Bệnh ty thể nhưng không có tổn thương ở chuỗi hô hấp ?

BN-PAGELà kỹ thuật điện di trên gel Acrylamide không biến tính cho phép hướng tới chẩn đoán phân

tử

- cho phép phân tách các phức hợp đa protein mà không phá hủy chúng( các phức hợp chuỗi hô hấp)

- Mỗi phức hợp được đánh dấu bằng những kháng thể đặc trưng

--> Định tính, định lượng các bất thường

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

GRIM19

CV

CIII

CIV

CII

1. Control 8.52. Patient B.N3. Patient B.O: ACAD9 mut4. Control C.8.55. Patient D.P .C6. Patient D.I7. Patient M.N8. Patient M.C.E9. Patient N.J: MERRF mut10 R.

CI

CV

CIII

CIV

CII

CII

Courtesy of Zarah Assouline

Định lượng ADN ty thể khi sinh thiết

(các kiểu hình nhiều thiếu hụt chuỗi hô hấp không đặc hiệu)

Kỹ thuật: định lượng PCR(quantiative PCR)tỉ lệ ADN ty thể/ADN nhân< 20%

Các bệnh ty thể có « suy yếu ADN ty thể »

các bệnh: tái bản ADN ty thểsửa chữa ADN ty thểtổng hợp các tiền chất(dNTP desoxyribonucléotides)…

Khả năng là bệnh ty thể

Bằng chứng nguồn gốc ADN ty thể

Tìm các đột biến thông thường của ADN ty thể

Không có bằng chứng nguồn gốc ADN ty thể,có bằng chứng di truyền lặn

+

ĐB 3243 ĐB 8993 etc… Sàng lọc

ADN ty thể (theo dõi)

Sinh thiết : cơ,gan,nuôi cấy nguyên bào sợi --> enzym của chuỗi hô hấp + BNPAGE

Thiếu đặc hiệu(CI, II, III,IV, V)hoặc nhóm các phức hợp ví dụ: I+II, I+III/II+III

Thiếu hụt nhiều ADN ty thể phụ thuộc C

Suy giảm ADN ty thể Không suy giảm

-

Giải trình tự gen nghi ngờ ?

Các bệnh động kinh do ty thể 1) do các đột biến ADN ty thể

Đột biến ở trên một base

ĐB 3243 A>G( gen mã hóa ARN vận chuyển leucine)Hc MELAS

ĐB 8993 T>G (gen mã hóa ATP6): Hc Leigh

ĐB 8344 A>G (gen mã hóa ARN vận chuyển lysine) Hc MERRF

Mất đoạn,đơn độc hoặc nhiều(+/- nhân đôi): hội chứng Pearson, Kearns-Sayre, liệt vận nhãn tiến triển.....

Hiếm gặp động kinh

3243 A>G= đột biến ADN ty thể hay gặp nhất

--> các hội chứng khác nhau,phụ thuộc

- mô biểu hiện nặng nhất

- tỉ lệ dị mô ( ADN ty thể đột biến/không đột biến)

MELAS: não biểu hiện nặng nhất,động kinh ++, tỉ lệ dị mô >90%

MIDD Bệnh điếc và đái tháo đường di truyền theo mẹ

PEO Liệt vận nhãn ngoài tiến triển (bệnh cơ)

Bệnh cơ tim + bệnh cơ

Bệnh thận

Động kinh ở trẻ emdo đột biến 3243 ADN ty thể

MELAS= bệnh cơ, động kinh, toan do lactat, giả tai biến mạch

Khởi phát> 2 tuổi

Động kinhcục bộ, nửa người (+/- liệt nửa người), toàn thể hóa, trạng thái động kinh cục bộ các giai đoạn bệnh nặng lên

MRI: « giống tai biến mạch não »

Các dấu hiệu khác:cơ thể nhỏ, đau đầu, yếu cơ, bệnh cơ

toan do lactat (máu , dịch não tủy)

di truyền theo mẹ (gia đình có nhiều ca bệnh)

MRI:hình ảnh giả tai biến



Các vùng thiếu máu không tương xứng với vùng cấp máu

Các chuỗi xung : cổ điển(classic) + khuyếch tán(difdusion)

Courtesy of N Boddaert

MRI và các chuỗi xung khuyếch tán giả tai biến mạch

ADC: Hệ số khuyếch tán ( Apparent Diffusion Coefficent)Chỉ điểm di động của protonMinh họa “phù do độc tế bào”

ADC trong giả tai biến:giảm hoặc tăng

có giá trị tiên lượng?

Case J.. Hemiconvulsion-hémiplegia,Continuous partial epilepsia, D2 ADC15%

Case x.. Partial crisis J1 ADC 35 %

Stroke-like/Diffusion

Courtesy of

N Boddaert

October 2010Rolando Normal clinical recuperation

(+ new lesions)

March 2010Partial seizures : stroke-like rolando L ADC +12%

ADC tăng --> lâm sàng hồi phục(5 /5cases)


D2+2 mths secundary atrophy hemiparesia

ADC giảm -->Teo,hậu quả trên lâm sàng5 /5 cases

D2 ADC diminished- 46%


ĐB 8344 A>G -->Hc MERRF

Động kinh giật cơ - Sợ cơ đỏ nham nhở

Khởi phát: trẻ em , thiếu niên

- Động kinh: giật cơ , toàn thể hóa hoặc cục bộ

- Yếu cơ , bệnh cơ trên lâm sàng

- Các dấu hiệu thần kinh khác; teo thị , bệnh võng mạc , điếc , bệnh thần kinh ngoại vi , thất điều , sa sút trí tuệ

- MRI: calci hóa nhân xám , teo , tổn thương chất trắng , giả tai biến

- Các dấu hiệu khác: cơ thể nhỏ , u mỡ , bệnh cơ tim , WPW , truyền theo mẹ

- Toan do lactat (máu, dịch não tủy)

- Nghiên cứu enzym chuỗi hô hấp (cơ): thiếu hụt đa phức hợp (C IV ++)

Tính chất không đồng nhất giữa kiểu hình và kiểu gen trong hội chứng MERRF

ĐB 8344 A>G -> các hội chứng khác nhau - tỉ lệ dị mô

- biểu hiện ở mô đặc trưng

* Hội chứng Leigh: từ trẻ nhỏ đến người lớn

*Hội chứng giả MELAS

• Các hội chứng đa hệ thống

•Biểu hiện trên một hệ thống cơ quan: u mỡ,bệnh cơ tim….

20% MERRF -> các đột biến ADN ty thể khác

Các đột biến của ARN vận chuyển: lysine, leucine, Isoleucine Các đột biến ND5…Các đột biến mất đoạn ADN ty thể

Hội chứng Leigh do đột biến ADN ty thể

ĐB 8993T>C

• Rối loạn phức hợp V, tiểu đơn vị



Hội chứng Leigh do đột biến 8993 của ADN ty thểCác dấu hiệu lâm sàng

• Trẻ nhỏ• Suy thoái thần kinh dần dần (+/- các giai đoạn

nặng lên của bệnh)• Co giật , tái diễn, kháng thuốc.• Các dấu hiệu thân não (ngừng thở..)• Toan do lactat (dịch não tủy> máu)• Citrulline thấp (không hằng định)• MRI ++• Đôi khi : người mẹ có hội chứng NARP

(di truyền theo mẹ qua nghiên cứu gia đình có nhiều ca bệnh)

I

II

III

II 2 II 4

III 1 III 2

III 2 HC Leigh

III 1 tử vong 18 tháng bệnh não tiến triển

II 2, II 4: thất điều

chẩn đoán cuối cùng: ĐB 8993 T>C trên ADN ty thể

Đột biến 8993Các bất thường của trung tâm nhân xám ++ , thân não

Đỉnh Lactat

martin

BA C

Silvestre 7 mths


Bệnh ty thể 2) liên quan tới gen nhân

Các đột biến POLG(polymerase gamma: tái bản và sửa chữa ADN ty thể)

Các hội chứng động kinh : Hc Alpers , Hc Alpers-Huttenlocher (khởi phát sớm,động

kinh nặng,bệnh gan)

MEMSA (động kinh giật cơ,bệnh cơ,thất điều cảm giác)

SCAE (động kinh teo tủy sống tiểu não)

Các hội chứng khácHc gan-não-cơ

thất điều cảm giác liệt vận nhãn ngoài tiến triển

….

Động kinh khởi phát sớm do đột biến POLG

5 ca bệnh(NEM)

Tuổi khởi phát: 5 ngày đến 4 tuổi

Co giật: Trạng thái động kinh, tái diễn, vị trí thay đổiEEG: nghèo nàn/xấu dần Toan do lactat:mức độ nhẹ (dịch não tủy)

MRI Tổn thương giả tai biến mạch não, đỉnh lactatBất thường của nhân xám trung ương:hiếm gặpTeo não: muộn hoặc không có

Bệnh gan < 1 tuổi:tăng transminases biểu hiện lâm sàng: phát hiện muộn

Các đột biến của phenylalanyl-tARN synthetase ty thể (FARS2) gây bênh Alpers dẫn đến tử vongElo JM, Yadavalli SS, Euro L, Isohanni P, … Suomalainen A. Hum Mol Genet. 2012 Oct 15;21(20):4521-9.

Đột biến RMND1 gây bệnh não do các thiếu hụt của phức hợp phosphoryl oxy hóa, và khiếm khuyết dịch mã ty thể. Janer A, Antonicka H, Lalonde E, …Shoubridge EA. Am J Hum Genet. 2012 Oct 5;91(4):737-43. …. …

Chúng tôi đã nghiên cứu ca bệnh trong một gia đình có chung huyết thống thấy 2 trẻ bị bệnh não nặng toan do lactat và động kinh kháng trị dẫn đến tử vong…

Các đột biến của ADN nhân tác động đến các protein ty thể gây bệnh não động kinh nặng ở trẻ nhỏ

Thiểu sản cầu tiểu não type 6 do các đột biến tại RARS2: kết quả nghiên cứu lâm sàng và sinh học phân tử trên 5 bệnh nhân.Cassandrini D, Cilio MR, Bianchi M, Doimo M, … Bertini E. J Inherit Metab Dis.J Inherit Metab Dis. 2013

Jan;36(1):43-53. 2013 Jan;36(1):43-53 Tât cả các bệnh nhân đều nhanh chóng mắc bệnh não động kinh thời kỳ sơ sinh và trẻ nhỏ.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Janer%20A%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=23022098

Các đột biến của ADN nhân tác động lên các protein ty thể gây bệnh não động kinh nặng

Bệnh nhân Eva x:ĐB FARS2 (Phe tRNA synthase) gây khiếm khuyết dịch mã ty thể


Thách thức chẩn đoán bệnh có nguồn gốc ty thể

Không đồng nhất ++

# 2000 protein ty thể ,

>99% do ADN nhân mã hóa,sau đi vào ty thể .

Các kỹ thuật cổ điển: định vị bộ gen --> giải trình tự các gen nghi ngờ….

Chưa đủ!

--> Phương pháp giải trình tự gen mới





+

ĐB 3243 ĐB 8993 etc… Sàng lọc

ADN ty thể (theo dõi)




Suy giảm ADN ty thể Không giảm

-

Giải trình tự gen nghi ngờ ?





+

ĐB 3243 ĐB 8993 etc… ADN ty thể

NGS




Suy giảm ADN ty thể Không suy giảm

-

Giải trình tự gen nghi ngờ

exome NGS exome NGS

Bước tiếp theo?

Kiểu hình nghi ngờ nguồn gốc ty thể

Phân tích ADN ty thể + Exome (filtered for mt Genes) NGS

Giá thành làm exome NGS < 1000 $

Điều trị động kinh trong bệnh ty thể

-Thuốc kháng động kinh: ++ nhưng:có giá trị hạn chế các tác dụng phụ (ví dụ Valproate trong ĐB POLG )

-Chế độ ăn sinh Xeton: + thường có lợi trong các hội chứng động kinh nặng

kháng thuốc: MELAS, Alpers..- tác dụng chống động kinh không đặc hiệu?- tác dụng lên chuỗi hô hấp? (cầu nối CI?)

-Các cofactors của enzym (vitamin tự nhiên hoặc tổng hợp):không được dùng một cách hệ thống

có thể làm bệnh nặng lênchỉ sử dụng như một test điều trị có cơ sở (vd: thiếu hụt

Quinon,thiếu hụt lipoate …)

Aknowledgments

Pham Thi Van Anh,

Documents

Động kinh trong bệnh ty thể