1 2 Edmund Vincent Cowdry li identificò nel 1918 come organelli intracellulari deputati alla produzione di energia. 3 4 Invaginazioni della membrana interna Consistenza gelatinosa proteine idrosolubili; contiene ribosomi 70s, enzimi e DNA circolare Costituita da lipidi ed enzimi; molto permeabile, grazie alle “porine” Costituita da proteine e lipidi; poco permeabile, grazie alla “cardiolipina” Composizione simile al citoplasma 5 6 •Ciclo dell’acido citrico (di Krebs o anche degli “acidi tricarbossilici”); •Catena respiratoria; •Fosforilazione ossidativa. matrice membrana interna 7 8 DNA circolare, doppia membrana, dimensioni, struttura ribosomi, metodi di replicazione e divisione, tipi di rRNA… 9 “ ” di Umberto Pierantoni (1876-1958). 10 11 I mitocondri possiedono un proprio genoma •Si trova nella matrice in copie multiple; DNA “NUDO” NUCLEOIDI; •Organizzato in plasmidi, simili a quelli dei batteri; •Costituito da 16600 bp,(meno dell’1% del genoma totale nei mammiferi); •Codifica per alcune proteine utili al mitocondrio stesso; •Scarsa presenza di tratti di regolazione; •Eredità matrilineare; •Più grande nei vegetali. 12 •I geni contenuti nell’mtDNA sono in tutto 37. •Le proteine codificate dall’mtDNA sono solo 13. La maggior parte delle proteine necessarie per le funzioni del mitocondrio vengono tradotte a partire dal genoma nucleare. 13 Durante la fecondazione è l’oocita a garantire la presenza di numerosi mitocondri (e di tutti gli altri organuli) per lo sviluppo dello zigote. Essendo la prima DONNA individuata da studi antropologici l'AFRICANA (LUCKI), l’origine di ognuno di noi, maschio o femmina che sia, ha una eredità genetica AFRICANA. 14 15 Ogni essere umano pertanto eredita il suo DNA mitocondriale solo ed esclusivamente dalla madre. 16 17 •Raddoppia la massa del mitocondrio; •A livello della membrana interna si forma un solco, per la scissione del vecchio mitocondrio in due nuovi. 18 Nella traduzione sono coinvolti 22 tRNA diversi. Il primo porta la “formil-metionina”, come nei batteri. 19 AUA AUG UGA AGA AGG nDNA mtDNA Isoleucina (Ile) Metionina (Met) Metionina (Met) Metionina (Met) STOP Triptofano (Trp) Arginina (Arg) STOP Arginina (Arg) STOP 20 21 Le malattie mitocondriali sono molto variabili e perciò difficili da diagnosticare. 22 N.° casi 20 Incidenza patologie mitocondriali 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 <5 6-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 >60 23 Età Organi ed apparati coinvolti: •Apparato respiratorio: scompensi respiratori; •Muscoli scheletrici: stanchezza, debolezza, crampi; •Cervello: epilessia, demenza, emicrania; •Occhi: impossibilità nel muovere gli occhi da un senso all’altro (Oftalmoplegia esterna), cecità (retinitis pigmentosa), palpebre afflosciate (Ptosis); •Cuore: cardiomiopatia; •Fegato: ipoglicemia; •Pancreas: diabete; •Sistema uditivo: diminuzione dell’udito; •Rene: Sindrome di Toni-Fanconi-Debre (perdita di metaboliti essenziali nelle urine); •Tratto digestivo: reflusso acido, vomito, diarrea cronica, ostruzione intestinale. 24 25 MANIFESTAZIONI CLINICHE PRINCIPALI •Nell’infanzia: rallentamento o arresto della crescita, mioglobinuria ricorrente, danni renali, nanismo, diabete, atrofia ottica e sordità, od encefalopatia progressiva; •Nell’età adulta: intolleranza allo sforzo e facile affaticamento. 26 Quando sospettare una malattia mitocondriale? In genere, una patologia mitocondriale deve essere sospettata in tutti i pazienti che presentino sintomi a carico di più organi non correlati tra loro, con prevalente compromissione neuromuscolare e con un decorso progressivo. 27 Aggressività della mutazione è in relazione con diversi fattori: •Numero di mutazioni; •Localizzazione delle mutazioni; •Percentuale di mitocondri mutati; •Tipo di mutazione. 28 29 30 ALCUNE PATOLOGIE 31 Malattia Acronimo Sintomatologia Gene affetto Oftalmoplegia cronica progressiva esterna CPEO (Chronic Progressive External Ophthlmoplegia) Miopatia mitocondriale e paralisi dei muscoli motori dell’occhio Perdita di più geni per delezione Sindrome di Kearns-Sayre KSS (Kearns-Sayre Syndrome) CPEO più atassia, deterioramento retinico, cardiopatia, sordità, diabete e insufficienza renale Perdita di più geni per delezione Neuropatia ottica ereditaria di Leber LHON (Leber’s Hereditary Optic Neuropathy) Cecità (completa o parziale) per degenerazione del nervo ottico Mutazioni in subunità della NADH-deidrogenasi Sindrome di Leigh SNEM (Subacute Necrotizing Encephalomyelopathy) Degenerazione dei gangli della base con conseguente perdita delle capacità motorie e verbali ATP-sintasi Encefalopatia mitocondriale con acidosi lattica ed episodi ictali MELAS (Mithocondrial Encephalomyopathy Lactic Acidosis and Stroke-Like Episodes) Disfunzione del tessuto encefalico con conseguenti demenza e accessi epilettici, miopatia mitocondriale e acidosi lattica tRNALeu Ipostenia muscolare neurogena, atassia e retinite pigmentosa NARP (Neurogenic Muscle Weakness, Ataxia and Retinitis Pigmentosa) Debolezza muscolare, atassia e cecità Subunità della ATP-sintasi Disfunzione del midollo osseo infantile con conseguenti anomalie multiple del sangue e insufficienza pancreatica Perdita di più geni per delezione Accessi epilettici, demenza, debolezza muscolare associata con la presenza di fibre “raggedred”(RRF)o rosso sfilacciato tRNALeu Sindrome di Pearson Epilessia mioclonica con fibre a brandelli MERRF (Myoclonic Epilepsy and Ragged-Red Fiber) 32 •Manifestazione di un insieme di mutazioni a carico dell’mtDNA note come miopatie o citopatie che causano disturbi nella motilità oculare; •Degenerazione lenta; •Causa genica: transizione A3243G, a livello di un mt-tRNA; •Diagnosi: attraverso biopsia muscolare, e analisi attraverso la colorazione tricromica di Gomori grazie alla quale è visibile un gran numero di mitocondri ipertrofici; •Nessuna terapia esistente; la ptosi è correggibile con chirurgia che comunque non garantisce la chiusura delle palpebre. 33 34 •Variante più aggressiva della CPEO; •Causa genica: delezioni nel mtDNA variabili in dimensioni (1.3-8 Kbp) e posizioni. La più comune delezione (presente in 1/3 degli individui affetti da KSS) è di 4.9 Kbp localizzata dalla posizione 8469 alla 13147 del genoma; •Effetti: progressiva diminuzione delle forze fino alla paralisi totale (nella maggior parte dei casi), causata dalla perdita della piena funzionalità di occhi, muscoli e cuore exitus letalis. •Eredità: mitocondriale o autosomica dominante/recessiva. •Danni: i più gravi sono a carico del blocco atrio ventricolare dove si blocca la conduzione elettrica da atrio a ventricolo. •Sintomi: sincope e bradicardia. •Diagnosi: mediante biopsia 35 (Lebher’s Hereditary Optic Neuropaty) •Causa genica: transizioni G11778A, G3460A, T14484C; •Effetti: lenta degenerazione delle cellule gangliari retiniche perdita della visione centrale. •Evolve in atrofia ottica. 36 •Forma più grave e più rara della LHON •Oltre a disfunzioni dell’occhio, include l’incapacità del cervello di controllare i muscoli, tremore e aritmia cardiaca. 37 •Causa genica: delezione sull’mtDNA •Caratterisitche: Anemia sideroblastica e disfunzione pancreas esocrino; •Fatale nell’infanzia. Pazienti sopravvissuti sviluppano sintomi riconducibili alla KSS, meno di 100 casi accertati nel mondo. 38 ETEROPLASMIA ED EFFETTO SOGLIA •Eteroplasmia: mtDNA mutato + mtDNA sano; •Effetto soglia: rapporto limite tra mtDNA mutato ed mtDNA inalterato, oltre il quale si hanno disfunzioni patologiche. È tanto più basso quanto più il tessuto o l'organo ha elevato fabbisogno energetico. 39 E la ricerca? 40 Negli ultimi anni i ricercatori si sono uniti a formare una vera e propria "task-force" per chiarire molti aspetti ancora oscuri sulle patologie mitocondriali. In Europa si è costituito il consorzio MitEURO, che raggruppa 51 laboratori di ricerca, per chiarire i meccanismi molecolari, cellulari e fisiopatologici delle malattie mitocondriali con lo scopo di identificare terapie efficaci. 41 Il caso della scimmia con due madri Messa a punto di un metodo sperimentale di fecondazione assistita: Trasferimento del materiale genetico da un oocita con mtDNA mutato, in un altro oocita anucleato con mtDNA inalterato e fertilizzato dal seme di un donatore. Prole sana! 42 Questa tecnica non va in contro a problemi di natura etica, in quanto questi risultati hanno il potenziale di permettere ad una coppia di avere un figlio biologicamente proprio. 43 GFER (nDNA) La mutazione di questo gene è alla base di tre patologie differenti patologie: 1. Cataratta congenita; 2. Iposviluppo somatico; 3. Miopatie mitocondriali. 44 La proteina codificata da tale gene offre un importante apporto al mitocondrio in piccole proteine essenziali per la catena respiratoria 45 46