Η συμβολή των μεταλλαγών του μιτοχονδριακού DNA σε Έλληνες ασθενείς με νευροαισθητήρια, μη συνδρομική βαρηκοΐα, με έναρξη του φαινομένου στην παιδική ηλικία

Abstract

Clinically significant hearing loss is present in at least 1.9 per 1,000 infants at birth and the prevalence rises to at least 2.7 per 1,000 by the age of four. Genetic causes of hearing loss are estimated to account for 68% of cases expressed at birth and 55% of those expressed by the age of four. Genetic deafness is divided into syndromic forms, in which hearing loss is associated with a variety of other anomalies, and non-syndromic forms. The syndromic forms account for 30% of prelingual genetic deafness and include several hundred deafness syndromes, with the underlying genetic defect being found in about 30 of them. In non-syndromic genetic deafness of prelingual onset, autosomal recessive inheritance predominates (80%), but autosomal dominant (20%), X-linked (1%), and mitochondrial (<1%) forms have also been described. Hearing loss can also be nongenetic in origin, induced by factors such as ototoxic drugs, perinatal infections, traumas etc. However, many cases are multifactorial, involving a collaboration of exogenous factors and mutations in single genes or several genes. The severity of hearing loss may range from mild to profound and the damage in hearing may include all frequencies. Mitochondrion harbors its own DNA, encoding certain essential components of the mitochondrial respiratory chain and protein synthesis apparatus. Mitochondrial DNA is transmitted only through the matrilineal lineage. Mitochondrial mutations are collected in the human mitochondrial genome database MITOMAP. Mitochondrial DNA mutations can be divided into large rearrangements and mutations limited to a few basepairs, the majority being point mutations. Most mitochondrial DNA deletions, duplications, insertions, inversions, or other complex rearrangements involve several genes, as mitochondrial genes are located close to each other. Large deletions generally remove at least one tRNA gene and are therefore likely to cause a translational defect and dysfunction of multiple components of oxidative phosphorylation, and consequently the whole energy process. Remarkably, specific mutations in tRNA genes can also lead to non-syndromic deafness, whereas other organ systems remain unaffected. This illustrates the limited genotype-phenotype correlation in mitochondrial disease. Mitochondrial DNA mutations have an impact on cellular ATP production and many of them are undoubtedly a factor that contributes to sensorineural deafness, including both syndromic and non-syndromic forms. Hot spot regions for deafness mutations are the MTRNR1 gene, encoding the 12S rRNA, the MTTS1 gene, encoding the tRNA for Ser(UCN), and the MTTL1 gene, encoding the tRNA for Leu(UUR). In the Caucasian population, at least 5% of postlingual, non-syndromic hearing impairment is due to known mitochondrial DNA mutations, thus representing the most frequent cause of hearing loss after the 35delG mutation in the GJB2 gene encoding connexin 26. In oriental populations the frequency might be even higher. However, it is unclear which percentage of postlingual hearing loss is due to mitochondrial DNA mutations, as these mutations might be both constitutional but also acquired (somatic). We investigated the impact of mitochondrial DNA mutations in the Greek hearing impaired population, by testing a cohort of 478 patients suffering from childhood onset prelingual or postlingual, bilateral, sensorineural, non-syndromic hearing loss of any degree for six mitochondrial variants previously associated with deafness. Screening involved the MTRNR1 961delT/insC and A1555G mutations, the MTTL1 A3243G mutation, and the MTTS1 A7445G, 7472insC and T7510C mutations. Although two patients were tested positive for the A1555G mutation, we failed to identify any subject carrying the 961delT/insC, A3243G, A7445G, 7472insC, or T7510C mutations. Our findings strongly suggest that mitochondrial DNA mutations are not a major risk factor for sensorineural deafness in the Greek population and they further support the general notion that mitochondrial DNA mutations are responsible for <1% of deafness cases.

Η κλινικά σημαντική απώλεια ακοής εμφανίζεται με συχνότητα 1,9 σε 1.000 νεογνά στη γέννηση, ενώ η συχνότητα αυξάνει σε 2,7 άτομα στα 1.000 στην ηλικία των τεσσάρων ετών. Οι γενετικές αιτίες της απώλειας ακοής υπολογίζεται ότι αφορούν το 68% των περιπτώσεων βαρηκοΐας στη γέννηση και το 55% των περιπτώσεων βαρηκοΐας στα τέσσερα έτη. Η βαρηκοΐα γενετικού τύπου διαχωρίζεται σε συνδρομικές μορφές, στις οποίες η απώλεια ακοής συνοδεύεται από τουλάχιστον ένα κλινικό σύμπτωμα και σε μη συνδρομικές μορφές. Οι συνδρομικές μορφές απαντώνται στο 30% της προγλωσσικής βαρηκοΐας ενώ από τα αρκετές εκατοντάδες σύνδρομα μόλις σε 30 από αυτά έχει βρεθεί η γενετική βλάβη που τα προκαλεί. Στη μη συνδρομική, προγλωσσική βαρηκοΐα, η αυτοσωματική υπολειπόμενη κληρονομικότητα είναι η πιο συχνή (80%), έπεται η αυτοσωματική επικρατής (20%), ενώ η φυλοσύνδετη (1%) και η μιτοχονδριακή (<1%) βαρηκοΐα αποτελούν σπανιότερες μορφές. Η απώλεια ακοής μπορεί επίσης να μην είναι γενετικής αιτιολογίας και να οφείλεται σε παράγοντες όπως είναι τα ωτοτοξικά φάρμακα, οι περιγεννητικές λοιμώξεις, τραύματα, κλπ. Επίσης, πολλές περιπτώσεις είναι πολυπαραγοντικές και περιλαμβάνουν μία συνεργασία εξωγενών παραγόντων και μεταλλαγών σε ένα ή περισσότερα γονίδια. Η βαρύτητα της απώλειας ακοής μπορεί να εκτείνεται από ήπια βαρηκοΐα έως και κώφωση ενώ η βλάβη στην ακοή μπορεί να περιλαμβάνει όλες τις συχνότητες. Το μιτοχόνδριο έχει το δικό του DNA, το οποίο κωδικοποιεί για συγκεκριμένους παράγοντες που είναι απαραίτητοι για τη μιτοχονδριακή αναπνευστική αλυσίδα και την πρωτεϊνοσύνθεση. Το μιτοχονδριακό DNA κληρονομείται αποκλειστικά και μόνο μέσω της μητρικής γενεαλογικής γραμμής. Οι μιτοχονδριακές μεταλλαγές συλλέγονται στη βάση δεδομένων του ανθρώπινου μιτοχονδριακού γονιδιώματος MITOMAP. Οι μεταλλαγές του μιτοχονδριακού DNA μπορεί να περιλαμβάνουν είτε μεγάλες ανακατατάξεις, είτε μικρές αλλαγές λίγων βάσεων από τις οποίες η πλειοψηφία είναι σημειακές μεταλλαγές. Οι περισσότερες ελλείψεις, διπλασιασμοί, αναστροφές ή άλλες σύνθετες ανακατατάξεις περιλαμβάνουν αρκετά μιτοχονδριακά γονίδια λόγω του ότι τα μιτοχονδριακά γονίδια βρίσκονται πολύ κοντά μεταξύ τους. Οι μεγάλες ελλείψεις γενικά αφαιρούν τουλάχιστον ένα tRNA γονίδιο με αποτέλεσμα να προκαλούν βλάβες στη μετάφραση και δυσλειτουργία σε πολλά σημεία της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης και συνεπώς στη διαδικασία παραγωγής ενέργειας. Αξιοσημείωτο είναι ότι συγκεκριμένες μεταλλαγές στα tRNA γονίδια συχνά προκαλούν μη συνδρομική βαρηκοΐα, αφήνοντας τα άλλα όργανα ανέπαφα, γενονός που αποδεικνύει ότι ο συσχετισμός γονοτύπου– φαινοτύπου στα μιτοχονδριακά νοσήματα είναι περιορισμένος. Οι μεταλλαγές του μιτοχονδριακού DNA έχουν επίδραση στη παραγωγή ενέργειας στο κύτταρο με τη μορφή ΑΤΡ και πολλές από αυτές αποτελούν αναμφίβολα παράγοντα που συμβάλλει στη νευροαισθητήρια συνδρομική και μη συνδρομική βαρηκοΐα. Τα ‘θερμά σημεία’ για μεταλλαγές βαρηκοΐας είναι το γονίδιο MTRNR1 που κωδικοποιεί το 12S rRNA, το γονίδιο MTTS1 που κωδικοποιεί το tRNA για το Ser(UCN) και το γονίδιο MTTL1 που κωδικοποιεί το tRNA για το Leu(UUR). Στους Καυκάσιους πληθυσμούς, τουλάχιστον το 5% της προγλωσσικής, μη συνδρομικής απώλειας ακοής οφείλεται σε γνωστές μιτοχονδριακές μεταλλαγές, εκπροσωπώντας έτσι την πιο συχνή αιτία βαρηκοΐας μετά τη μεταλλαγή 35delG του πυρηνικού γονιδίου GJB2 που κωδικοποιεί για την πρωτεΐνη συνδετίνη 26. Στους Ασιατικούς πληθυσμούς αναμένεται η συχνότητα αυτή να είναι ακόμα μεγαλύτερη. Πάντως δεν είναι ξεκάθαρο ποιό ποσοστό της μεταγλωσσικής απώλειας ακοής οφείλεται σε μιτοχονδριακές μεταλλαγές μπορεί να είναι δομικές ή επίκτητες (σωματικές). Στην παρούσα μελέτη διερευνήθηκε η συμβολή των μεταλλαγών του μιτοχονδριακού DNA στον Ελληνικό πάσχοντα πληθυσμό. Εξετάστηκαν 478 ασθενείς με προγλωσσική ή μεταγλωσσική, αμφοτερόπλευρη, νευροαισθητήρια, μη συνδρομική βαρηκοΐα ανεξαρτήτως βαθμού για έξι μιτοχονδριακές μεταλλαγές οι οποίες έχουν σχετισθεί με τη νόσο. Στον μοριακό έλεγχο συμπεριλήφθησαν οι μεταλλαγές 961delT/insC και A1555G του γονιδίου MTRNR1, η μεταλλαγή A3243G του γονιδίου MTTL1 και οι μεταλλαγές A7445G, 7472insC και T7510C του γονιδίου MTTS1. Αν και δύο από τους ασθενείς βρέθηκαν θετικοί για τη μεταλλαγή A1555G, κανείς δε βρέθηκε να φέρει κάποια από τις μεταλλαγές 961delT/insC, A3243G, A7445G, 7472insC, ή T7510C. Τα ευρήματά μας αποδεικνύουν ότι οι μεταλλαγές του μιτοχονδριακού DNA δεν αποτελούν παράγοντα κινδύνου βαρηκοΐας στον Ελληνικό πληθυσμό και επιπλέον ενισχύουν τη γενική αντίληψη ότι οι μιτοχονδριακές μεταλλαγές ευθύνονται για λιγότερο από 1% των περιπτώσεων βαρηκοΐας.