Động kinh trong bệnh ty thể

1. Động kinh trong bệnh ty thể P LandrieuNeuropédiatrie CHU Paris Sud Inserm U 783, CHU Necker

2. 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

3. -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

4. Cộng sinh củamột vi khuẩn ái khí (50- 300 ty thể/ tế bào) Chức năng: • 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 • - …

5. 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)

6. # 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

7. 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)

8. # 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

9. I II II 2 II 4 III III 2 III 1 III 2Hội 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

10. 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?

11. 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

12. 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 dụBệnh 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 thườnghoặc tổn thương trên một cơ quan kéo dài

13. Nghi ngờ bệnh ty thểcác 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 tiểubình thường(có ngoại lệ) Sắc ký acid hữu cơ/các chất trung gian kết hợpbình thường (có ngoại lệ)

14. 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 LeberHội chứng Pearson (thiếu máu + suy tụy) …. • Bằng chứng di truyền theo mẹ ( gia đình có nhiều ca bệnh)

15. Những dấu hiệu hướng tới động kinh do ty thể? Về động kinhtuổi 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

16. 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 nhântế 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

17. 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

18. Nghiên cứu về enzymđịnh lượng từng phức hợp (I,II,III,IV,V) định lượng các nhóm phức hợp (I+III, II+III…)

19. 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 tácyếu tố kết hợp thiếu 2 phức hợp có chung cofactorví dụ: thiếu sót trong tổng hợp quinonethiếu sót tổng hợp trung tâm Fe/S 2) Thiếu một vài phức hợp,không đặc hiệuTái bản,ổn định ADN ti thểPhiên mã ADN ti thểTổng hợp ARN tỉ thểDịch 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 ?

20. 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

21. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CI GRIM19 1. Control 8.5 2. Patient B.N 3. Patient B.O: ACAD9 mut 4. Control C.8.5 5. Patient D.P .C 6. Patient D.I 7. Patient M.N 8. Patient M.C.E 9. Patient N.J: MERRF mut 10 R. CV CV CIII CIII CIV CIV CII CII CII Courtesy of Zarah Assouline

22. 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) …

23. Khả năng là bệnh ty thể Không có bằng chứng nguồn gốc ADN ty thể,có bằng chứng di truyền lặn Bằng chứng nguồn gốc ADN ty thể Sinh thiết : cơ,gan,nuôi cấy nguyên bào sợi --> enzym của chuỗi hô hấp + BNPAGE Tìm các đột biến thông thường của ADN ty thể + ĐB 3243 ĐB 8993 etc… - Thiếu đặc hiệu(CI, II, III,IV, V)hoặc nhóm các phức hợpví dụ: I+II, I+III/II+III Thiếu hụt nhiều ADN ty thể phụ thuộc C Sàng lọc ADN ty thể (theo dõi) Suy giảm ADN ty thể Không suy giảm Giải trình tự gen nghi ngờ ?

24. 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

25. 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

26. 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 bộcác 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)

27. 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

28. MRI và các chuỗi xung khuyếch tán giả tai biến mạch ADC: Hệ số khuyếch tán ( Apparent Diffusion Coefficent) Chỉ điểm di động của proton Minh họa “phù do độc tế bào” ADC trong giả tai biến:giảm hoặc tăng có giá trị tiên lượng?

29. Stroke-like/Diffusion Case J.. Hemiconvulsion-hémiplegia, Continuous partial epilepsia, D2 ADC15% Case x.. Partial crisis J1ADC  35 % Courtesy of N Boddaert

30. October 2010Rolando Normal clinical recuperation (+ new lesions) ADC tăng --> lâm sàng hồi phục (5 /5cases) March 2010 Partial seizures : stroke-like rolando L ADC +12% Courtesy of N Boddaert

31. D2+2 mths secundary atrophy hemiparesia ADC giảm -->Teo,hậu quả trên lâm sàng 5 /5 cases D2 ADC diminished - 46% Courtesy of N Boddaert

32. 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 ++)

33. 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

34. Hội chứng Leigh do đột biến ADN ty thểĐB 8993T>C • Rối loạn phức hợp V, tiểu đơn vị

35. 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)

36. I II II 2 II 4 III III 2 III 1 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

37. Đột biến 8993 Các bất thường của trung tâm nhân xám ++ , thân não Đỉnh Lactat Silvestre 7 mths A B C Courtesy of N Boddaert martin

38. Bệnh ty thể 2) liên quan tới gen nhân

39. 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 khác Hc gan-não-cơ thất điều cảm giác liệt vận nhãn ngoài tiến triển ….

40. 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 đổi EEG: nghèo nàn/xấu dần Toan do lactat:mức độ nhẹ (dịch não tủy) MRI Tổn thương giả tai biến mạch não, đỉnh lactat Bất thường của nhân xám trung ương:hiếm gặp Teo não: muộn hoặc không có Bệnh gan < 1 tuổi:tăng transminases biểu hiện lâm sàng: phát hiện muộn

41. Các đột biến của ADN nhân tác động đến các protein ty thể gây bệnh não động kinh nặng ở trẻ nhỏ 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 phenylalanyl-tARN synthetase ty thể (FARS2) gây bênh Alpers dẫn đến tử vong Elo JM, Yadavalli SS, Euro L, Isohanni P, …Suomalainen A. Hum Mol Genet. 2012 Oct 15;21(20):4521-9. 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.

42. Các đột biến của ADN nhân tác động lên các protein ty thể gây bệnh não động kinh nặng Courtesy of N Boddaert Bệnh nhân Eva x:ĐB FARS2 (Phe tRNA synthase) gây khiếm khuyết dịch mã ty thể

43. 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

44. Khả năng là bệnh ty thể Không có bằng chứng nguồn gốc ADN ty thể,có bằng chứng di truyền lặn Bằng chứng nguồn gốc ADN ty thể Sinh thiết : cơ,gan,nuôi cấy nguyên bào sợi --> enzym của chuỗi hô hấp + BNPAGE Tìm các đột biến thông thường của ADN ty thể + ĐB 3243 ĐB 8993 etc… - Thiếu đặc hiệu(CI, II, III,IV, V)hoặc nhóm các phức hợpví dụ: I+II, I+III/II+III Thiếu hụt nhiều ADN ty thể phụ thuộc C Sàng lọc ADN ty thể (theo dõi) Suy giảm ADN ty thể Không giảm Giải trình tự gen nghi ngờ ?

45. Khả năng là bệnh ty thể Không có bằng chứng nguồn gốc ADN ty thể,có bằng chứng di truyền lặn Bằng chứng nguồn gốc ADN ty thể Sinh thiết : cơ,gan,nuôi cấy nguyên bào sợi --> enzym của chuỗi hô hấp + BNPAGE Tìm các đột biến thông thường của ADN ty thể + ĐB 3243 ĐB 8993 etc… - Thiếu đặc hiệu(CI, II, III,IV, V)hoặc nhóm các phức hợpví dụ: I+II, I+III/II+III Thiếu hụt nhiều ADN ty thể phụ thuộc C ADN ty thể NGS Suy giảm ADN ty thể Không suy giảm Giải trình tự gen nghi ngờ exome NGS exome NGS

46. 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 $

47. 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 lên chỉ sử dụng như một test điều trị có cơ sở (vd: thiếu hụt Quinon,thiếu hụt lipoate …)

48. Aknowledgments Pham Thi Van Anh,