Progrès dans les pathologies mitochondriales

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1 5669_ Page 69 Vendredi, 4. mars :09 12 Chapitre 5 Progrès dans les pathologies mitochondriales Annabelle Chaussenot, Agnès Rötig, Véronique Paquis-Flucklinger Points essentiels Les maladies mitochondriales touchent environ 2,5 personnes sur et sont aujourd hui considérées comme les plus fréquentes des maladies métaboliques. Elles représentent un groupe d atteintes dont le dénominateur commun est un dysfonctionnement de la chaîne respiratoire et se traduisent donc par un déficit énergétique. Les patients sont des enfants ou des adultes et une maladie mitochondriale peut se manifester à tout âge, de la période néonatale jusqu à une période avancée de la vie. Les mitochondries étant présentes dans toutes les cellules, une pathologie mitochondriale peut toucher n importe quel tissu ou organe. L expression clinique de ces affections est donc très hétérogène (encéphalomyopathie, retard mental, épilepsie, diabète, cardiomyopathie, surdité, cécité, insuffisance hépatique ). Une «association illégitime» de symptômes qui vont s additionner sur un mode évolutif doit faire suspecter une pathologie mitochondriale. Les maladies mitochondriales sont hétérogènes sur le plan génétique, liées soit à des mutations de l ADN mitochondrial, soit à des mutations dans des gènes nucléaires qui restent à identifier chez la majorité des patients. L identification des mutations responsables est importante pour le diagnostic mais également pour le conseil génétique et le diagnostic prénatal. Le pronostic est généralement péjoratif, particulièrement dans les formes de début précoce, et le traitement reste essentiellement symptomatique à ce jour. Les maladies mitochondriales sont considérées comme les plus fréquentes des maladies métaboliques, avec une fréquence d environ 2,5 personnes sur Elles sont caractérisées par un dysfonctionnement de la chaîne respiratoire et se traduisent par un déficit énergétique. Les mitochondries étant présentes dans toutes les cellules, une pathologie mitochondriale peut toucher n importe quel tissu ou organe. Elle peut également se manifester à tout âge, de la période néonatale jusqu à un âge avancé de la vie. 69

2 5669_ Page 70 Vendredi, 4. mars :09 12 Le diagnostic est difficile et complexe, du fait de la grande hétérogénéité des présentations cliniques (encéphalopathie, épilepsie, diabète, surdité, cécité, cardiomyopathie, insuffisance hépatique ) et le grand nombre de gènes impliqués. Une «association illégitime» de symptômes qui vont s additionner sur un mode évolutif doit faire suspecter une pathologie mitochondriale. La démarche diagnostique repose sur des examens d orientation et a été améliorée par les progrès réalisés dans le domaine de la neuro-imagerie. L hypothèse diagnostique est confirmée par des analyses spécifiques (enzymologiques, moléculaires et histologiques) devant être réalisées sur le tissu qui exprime le déficit. Les maladies mitochondriales sont hétérogènes sur le plan génétique, liées soit à des mutations de l ADN mitochondrial, soit à des mutations dans des gènes nucléaires, qui restent à identifier chez la majorité des patients. L identification des mutations responsables est importante pour le diagnostic mais également pour le conseil génétique et le diagnostic prénatal. Là encore, les progrès récents dans les techniques d analyses de l ADN mitochondrial d une part, et dans l identification de nombreux gènes nucléaires d autre part, ont permis d améliorer la prise en charge des patients et des familles. Enfin, le pronostic est généralement péjoratif, particulièrement dans les formes de début précoce, et le traitement reste essentiellement symptomatique à ce jour. I A Rappel sur la phosphorylation oxydative Chaîne respiratoire mitochondriale La mitochondrie occupe une place centrale dans le métabolisme intermédiaire. Elle est le siège de nombreuses réactions du catabolisme cellulaire, telles celles conduisant à l oxydation des acides gras (β-oxydation), des acides carboxyliques dérivant des sucres (cycle de Krebs) ou des acides aminés. Elle assure également la respiration cellulaire et fournit une grande partie de l énergie nécessaire au fonctionnement de la cellule grâce à la phosphorylation oxydative, qui fait intervenir, d une part, des réactions d oxydation aboutissant à une consommation d oxygène et, d autre part, une réaction de phosphorylation de l ADP intramitochondrial en ATP. La phosphorylation oxydative est réalisée dans la chaîne respiratoire (CR) au niveau de la membrane mitochondriale interne (fig. 5.1). CI CII CIII CIV CV Membrane externe H + H + H + H + Cytc Membrane interne CoQ Matrice NADH Flux de protons Flux d électrons NAD + + H + Succinate Fumarate O 2 ATP Pi ADP Figure 5.1 La chaîne respiratoire mitochondriale. 70

3 5669_ Page 71 Vendredi, 4. mars :09 12 La CR est constituée de 5 complexes fonctionnant principalement comme des transporteurs d électrons : le complexe I (NADH-coenzyme Q réductase) est constitué par plus de 40 sous-unités différentes et transfère les équivalents réduits du NADH au coenzyme Q (CoQ) ; le complexe II (succinate-coq réductase) comporte 4 sous-unités et transfère les équivalents réduits du FADH 2 vers le CoQ ; le complexe III (ubiquinol cytochrome c réductase) est constitué par 11 sous-unités et transporte les électrons de l ubiquinone vers le cytochrome c ; le complexe IV (cytochrome c oxydase, ou COX) est composé par 2 cytochromes (a et a3), 2 atomes de cuivre et 13 sousunités protéiques. Il catalyse le transfert des équivalents réduits du cytochrome c jusqu à l accepteur final qu est l oxygène. L énergie générée par l oxydation des différents constituants de la CR entraîne l expulsion d ions H + dans l espace intermembranaire au niveau des complexes I, III et IV, qui génère une différence de potentiel électrochimique ; le complexe V, ou ATPase (14 sous-unités), permet l entrée des protons dans la matrice mitochondriale et utilise l énergie libérée par ce flux d ions H + pour synthétiser de l ATP à partir de l ADP et du phosphate inorganique. B Génétique mitochondriale Tous les complexes de la CR ont un double contrôle génétique, principalement par le génome nucléaire mais également par l ADN mitochondrial (ADNmt), à l exception du complexe II qui est exclusivement nucléaire. 1 Génome mitochondrial Le génome mitochondrial est une molécule d ADN circulaire double brin de paires de bases, localisée dans la matrice mitochondriale. Chaque molécule comporte un brin dit lourd (ou H pour Heavy), car riche en résidus guanine, et un brin léger (ou L pour Light). Chaque mitochondrie comporte plusieurs molécules d ADNmt. Chaque molécule possède 37 gènes codant pour 2 N ribosomiques (Nr 12S et 16S), 22 N de transfert (Nt) et 13 sous-unités protéiques : 7 appartiennent au complexe I (ND1-ND6, dont ND4L), 1 au complexe III (cytb), 3 au complexe IV (COXI-COXIII) et 2 au complexe V (ATPase 6 et 8). La D-Loop, seule région non codante, comporte notamment l origine de réplication du brin lourd et les promoteurs des 2 brins. La réplication, la transcription et la traduction de l ADNmt se déroulent dans la matrice mitochondriale. Selon le modèle de Clayton, la réplication débute avec la synthèse du brin lourd au niveau de son origine de réplication et progresse dans le sens des aiguilles d une montre. Lorsque l origine de réplication du brin léger est atteinte et se retrouve exposée sous forme simple brin, le second brin est alors répliqué en sens inverse à partir du brin léger. Ce modèle de réplication est dit «bidirectionnel et asynchrone». Un autre modèle est également proposé chez les mammifères à partir de multiples origines de réplication. Les 2 brins d ADNmt sont transcrits à partir de promoteurs spécifiques en Ns polycistroniques dont la maturation génère des Nr, des Nt et des N messagers (Nm). Les Nm sont traduits dans la matrice mitochondriale selon un code génétique différent du code universel, avec une machinerie spécifique à la mitochondrie. Deux spécificités de l ADNmt sont particulièrement importantes pour la compréhension des pathologies mitochondriales. D une part, la transmission de l ADNmt est d origine maternelle. Les femmes transmettent leur ADNmt à leurs enfants, alors que les hommes ne le transmettent théoriquement pas. Par ailleurs, au cours des mitoses, les mitochondries sont réparties au hasard dans les cellules filles (ségrégation mitotique). Si une cellule mère comporte 2 types d ADNmt, il est possible qu au bout d un certain nombre de divisions cellulaires, elle n ait retenu qu un seul type d ADNmt (population homoplasmique). Mais elle peut aussi avoir retenu les 2 types d ADNmt, se traduisant, par la présence 71

4 5669_ Page 72 Vendredi, 4. mars :09 12 dans un même tissu, de mitochondries portant des molécules d ADNmt sauvages et mutées (population hétéroplasmique). Cela signifie que chez un même malade, le pourcentage d ADNmt muté varie d un type cellulaire à l autre, un pourcentage d ADNmt muté élevé étant généralement retrouvé dans le tissu qui exprime le déficit. 2 Gènes nucléaires Les études réalisées chez la levure montrent que le fonctionnement de la CR est apparemment contrôlé par plus de gènes différents, qui sont tous des candidats potentiels pour les pathologies mitochondriales. Les gènes nucléaires codent pour : la majorité des sous-unités protéiques de la CR (traduites dans le cytoplasme puis importées dans la mitochondrie) ; de nombreuses protéines impliquées dans l assemblage et le maintien des différents complexes de la CR ; les protéines impliquées dans la traduction mitochondriale, telles que les protéines ribosomales, les aminoacyl-nt synthétases, les enzymes de modification des Nt et les facteurs d élongation et de terminaison ; toutes les protéines impliquées dans le maintien et la stabilité de l ADNmt : la réplication et la réparation de l ADNmt sont sous le contrôle d un grand nombre de protéines, telles que l ADN polymérase gamma, seule ADN polymérase présente dans la mitochondrie, ou l hélicase mitochondriale Twinkle ; des protéines impliquées dans la biogenèse mitochondriale : dans la morphologie mitochondriale, des enzymes antioxydantes, des chaperonnes, des transporteurs II Présentations cliniques des maladies mitochondriales Une maladie mitochondriale peut se manifester à tout âge, de la période néonatale jusqu à une période avancée de la vie. Les mitochondries étant présentes dans toutes les cellules, une pathologie mitochondriale peut toucher n importe quel tissu ou organe. L expression clinique de ces affections est donc très hétérogène (encéphalomyopathie, retard mental, épilepsie, diabète, cardiomyopathie, surdité, cécité, insuffisance hépatique ) (tab. 5.1). Une «association illégitime» de symptômes qui vont s additionner sur un mode évolutif doit faire suspecter une pathologie mitochondriale. Mais il existe aussi des atteintes isolées subaiguës, comme dans l atrophie optique de Leber, par exemple. Les présentations cliniques étant très différentes, le diagnostic est souvent difficile. Enfin, le pronostic de ces affections est généralement péjoratif, particulièrement dans les formes à début précoce. Néanmoins des améliorations, voire des guérisons spontanées, comme par exemple dans l atrophie optique de Leber ou dans des atteintes hépatiques, ont été rapportées et le pronostic est souvent imprévisible et propre à chaque patient. III Stratégie diagnostique des maladies mitochondriales La démarche diagnostique repose sur des explorations indirectes et des explorations tissulaires (enzymologiques, moléculaires et histologiques) (fig. 5.2). Les progrès récents les plus significatifs reposent, d une part, sur la mise en place de nouvelles méthodes d étude de l ADNmt et, d autre part, sur l identification de nouveaux gènes nucléaires. A Explorations indirectes 1 Bilan métabolique Une hyperlactatémie persistante (> 2,5 mm), une élévation du rapport lactate/pyruvate (L/P > 20) et du rapport des corps cétoniques 3-hydroxybutyrate/acétoacétate (3OHB/AcAc > 2) font suspecter une maladie mitochondriale, en particulier en période néonatale. Ces rapports reflètent le statut d oxydoréduction, respectivement 72

5 5669_ Page 73 Vendredi, 4. mars :09 12 Tableau 5.1 Signes cliniques observés dans les maladies mitochondriales. Atteinte neurologique Atteinte neurosensorielle Atteinte cardiaque Atteinte hépato-gastrointestinale Atteinte rénale Atteinte hématologique Atteinte endocrinologique Hypotonie et grande acidose lactique néonatale (décès généralement avant 1 an) Encéphalomyopathie nécrosante subaiguë (débutant généralement avant 1 an, parfois plus tard) Atteinte cognitive : régression psychomotrice, retard mental, démence juvénile Encéphalopathies épisodiques (déficit sensitivomoteur avec troubles de la conscience et/ou de la vigilance) ou fixées Épilepsie partielle ou généralisée (souvent sévère et pharmacorésistante), état de mal épileptique, myoclonies Ataxie cérébelleuse Pseudo-accidents vasculaires Syndrome extrapyramidal et mouvements anormaux (dystonie) Atteinte médullaire : syndrome cordonal postérieur, syndrome pyramidal Migraine Myopathie débutant parfois en période néonatale, rhabdomyolyse, myoglobinurie récurrente, faiblesse musculaire, myalgie, fatigabilité à l effort, ptosis, ophtalmoparésie Neuropathie Dysautonomie Baisse d acuité visuelle, hémianopsie latérale homonyme ou cécité Atrophie optique, rétinite pigmentaire Hypoacousie Cardiomyopathie hypertrophique (plus rarement dilatée) pouvant débuter dès la période néonatale, parfois associée à une non-compaction du ventricule gauche Bloc de conduction Insuffisance hépatique dans les premières heures de vie évoluant vers le décès, dysfonctionnement hépatocellulaire (syndrome d Alpers) Hépatomégalie, cirrhose Insuffisance pancréatique exocrine Vomissements, diarrhée Pseudo-obstruction intestinale chronique idiopathique (adolescents > nourrissons) Tubulopathie proximale pouvant débuter dès la période néonatale Néphropathie tubulo-interstitielle (plus rare) Anémie sidéroblastique Thrombopénie Neutropénie Retard de croissance intra-utérin, retard staturopondéral Diabète insulino et non insulinodépendant Hypoglycémie Déficit en GH, hypoparathyroïdisme, hyperaldostéronisme dans le cytoplasme et les mitochondries, et sont importants pour les diagnostics différentiels d acidose lactique congénitale. En effet, dans un déficit en pyruvate déshydrogénase (PDH), le rapport L/P sera normal voire abaissé (L/P < 10). Ces dosages sanguins doivent être réalisés au repos, répétés au cours de la journée, à jeun et en postprandial, afin de démasquer une hyperlactacidémie latente et/ou une hypercétonémie paradoxale. Une hyperlactatorachie est également évocatrice dans les formes neurologiques. L excrétion urinaire des dérivés intermédiaires du cycle de Krebs et/ou de l acide 3-méthylglutaconi- 73

6 5669_ Page 74 Vendredi, 4. mars :09 12 Prélèvement sanguin Recherche d une délétion de l ADNmt (syndrome de Pearson) ou des mutations responsables de l atrophie optique de Leber Recherche des mutations fréquentes mais la rentabilité est faible Clinique et examens paracliniques évocateurs de pathologies mitochondriales : Biologie : élévation du lactate et du rapport L/P, hyperlactatorachie élévation des dérivés du cycle de Krebs bilan métabolique sans argument pour une autre pathologie métabolique IRM cérébrale : hypersignaux des NGC, pseudo-strokes, pic de lactates à la spectro IRM Biopsie tissulaire Muscle, foie, rein, fibroblastes Analyse moléculaire Enzymologie Histologie Recherche des mutations les plus fréquentes Délétion de l ADNmt Déplétion de l ADNmt Déficits combinés ou multiples de la CR Déficit isolé de la CR : complèxe I, II, III, IV ou V Surcharge lipidique, RRF, fibres COX négatives 3243 : MELAS 8344 : MERRF 8993 : NP Délétion unique (syndrome de Keams-Sayre, PEO) Délétions multiples Analyse des gènes nucléaires d instabilité de l ADNmt seion le tableau clinique : POLG1, POLG2, ANTI, PEO1, DGUOK, MPV17, TK2, RRM2B, SUCLG1, SUCLA2, TP sur prélèvement sanguin Analyse des gènes mitochondriaux (tissu) ou nucléaires (sang) correspondant aux sous-unités du complexe déficitaire et/ou à la clinique, ou étude exhaustive de l ADNmt par Surveyor ou séquençage Figure 5.2 Stratégie diagnostique. que, bien que non spécifique, est souvent observée dans les déficits de la CR. La chromatographie des acides aminés sanguins peut révéler indirectement une hyperlactacitémie par élévation de l alanine et de la proline et, occasionnellement, une hyperméthioninémie. Une hypocitrullinémie, également non spécifique, a été notamment rapportée dans les déficits en complexe V causés par la mutation NP. Par ailleurs, de nombreuses situations peuvent empêcher la détection d un déficit d oxydoréduction dans le plasma : une tubulopathie proximale (baisse de la lactatémie et augmentation de la lactaturie), un diabète sucré (diminution de l entrée du pyruvate dans le cycle de Krebs) ou une atteinte de la CR tissu-spécifique sans répercussion significative sur l état d oxydoréduction plasmatique. L absence de ces anomalies n élimine pas le diagnostic et ne doit pas conduire à l arrêt des explorations. En effet, en cas de suspicion de maladie mitochondriale, un bilan «d extension» systématique de tous les organes et tissus potentiellement impliqués doit être réalisé à la recherche d autres atteintes associées : examen ophtalmologique, auditif, échographie cardiaque (tab. 5.2). 74

7 5669_ Page 75 Vendredi, 4. mars :09 12 Tableau 5.2 Investigations à réaliser devant une suspicion de maladie mitochondriale. Bilan métabolique Rapport d oxydoréduction (L/P et 3OHB/AcAc) à jeun et en post-prandial Lactaturie et lactatorachie Chromatographie des acides aminés plasmatiques et urinaires Chromatographie des acides organiques urinaires Profil des acylcarnitines, carnitine libre et totale plasmatique et urinaire Épreuve fonctionnelle (test de charge en glucose) rarement réalisée Bilan d extension Ophtalmologique : FO, ERG, PEV Cardiaque : échographie, ECG Hépatique : transaminases, protéines de la coagulation Pancréatique : recherche de stéatorrhée, dosage de l élastase fécale Rénale : recherche de polyurie/polydipsie, glycosurie, ph urinaire, ionogramme sanguin et urinaire Musculaire : dosage des CPK, EMG, testing musculaire, étude en spectro-irm (31P) Cérébrale : IRM cérébrale avec spectro-irm, EEG L/P : lactate/pyruvate ; 3OHB/AcAc : 3-hydroxybutyrate sur acétoacétate ; FO : fond d œil ; ERG : électrorétinogramme ; PEV : potentiels évoqués visuels ; ECG : électrocardiogramme ; CPK : créatine phosphokinase ; EMG : électromyogramme ; EEG : électroencéphalogramme. 2 Imagerie par résonance magnétique (IRM) Les caractéristiques neuroradiologiques des maladies mitochondriales sont très variables. L IRM est l examen le plus performant en sensibilité et en résolution pour identifier les atteintes encéphaliques. La tomodensitométrie reste utile pour visualiser les calcifications, qui sont uniquement visibles en séquence pondérée (Sp) T2* à l IRM. Les séquences IRM classiques apportent des informations structurelles, et les techniques d imagerie plus récentes, comme les séquences en diffusion et la spectroscopie, amènent des données fonctionnelles et métaboliques supplémentaires (fig. 5.3). a Imagerie conventionnelle Dans les maladies mitochondriales à expression neurologique, des caractéristiques IRM communes ont été observées de façon isolée ou associée [5.17] : des anomalies bilatérales et symétriques de la substance grise (corticale ou des noyaux gris centraux) et du tronc cérébral ; des anomalies de la substance blanche diffuses, à type de leucodystrophie ou d hypersignaux non spécifiques ; une atrophie cérébrale et cérébelleuse ; des calcifications cérébrales. À la phase aiguë et subaiguë, les lésions apparaissent hyperintenses en SpT2 (témoin de l œdème) et parfois hyperintenses en SpT1. Les lésions vont ensuite diminuer de taille, voire disparaître, avec souvent une atrophie visible de la structure concernée. La survenue de nouvelles lésions ou la réapparition d anciennes lésions sur une imagerie ultérieure peuvent donner un aspect de migration des lésions. Par ailleurs, la séquence T2 FLAIR (fluide atténué inversion récupération) est plus sensible pour identifier certaines lésions, notamment périventriculaires, chez les enfants de plus de 1 an. b Apport des nouvelles techniques L imagerie de diffusion et le coefficient apparent de diffusion (ADC) permettent de préciser la nature des hypersignaux en SpT2, orientant ainsi la démarche diagnostique. En effet, ces séquences permettent de différencier l œdème vasogénique, fréquemment associé aux lésions mitochondriales, de l œdème cytotoxique, observé dans les infarctus cérébraux. Les lésions mitochondriales en hypersignal en diffusion sont 75

8 5669_ Page 76 Vendredi, 4. mars :09 12 Figure 5.3 Exemples d aspects IRM caractéristiques de pathologies mitochondriales. Patient 1. Images IRM en coupe axiale en séquence pondérée (Sp) T2 (a), en diffusion (b) et en coupe coronale en SpT2 FLAIR (c), montrant une association de lésions de type Leigh et MELAS chez un enfant porteur d une mutation m.10191t>c de l ADNmt. Lésions en hypersignal bilatérales et symétriques des noyaux gris centraux (notamment des noyaux caudés et des putamens), des thalami et des noyaux sousthalamiques. Atrophie corticale avec dilatation ventriculaire. Lésions diffuses en hypersignal corticales bilatérales et asymétriques dans les régions frontales, pariétales et temporales évoquant des pseudo-strokes. Image de spectro-irm dans les noyaux gris centraux (d) : présence d un doublet de lactates et d une diminution du pic de N-acétylaspartate. Patient 2. Image en coupe axiale en SpT2 (e) et en diffusion (f) chez un patient porteur d une mutation m.13513g>a de l ADNmt. Lésions en hypersignal T2 du putamen gauche et du noyau caudé gauche, avec un hypersignal en diffusion du putamen gauche témoignant du caractère récent de la lésion. Image en coupe axiale en SpT2 (g et h) : lésion périaqueducale latéralisée à droite (g). Évolution vers une atteinte bilatérale et symétrique mésencéphalique, spinotectale et périaqueducale chez le même patient 1 an après (h). associées à un ADC augmenté, témoignant d un œdème vasogénique. Cependant, des lésions avec un ADC diminué, témoignant d un œdème cytotoxique, ont également été observées. De plus, la diffusion permet d identifier des lésions récentes, puisque l hypersignal apparaît sur cette séquence quelques minutes après le début de l atteinte et ne persiste que pendant 2 à 4 semaines. La spectroscopie par résonance magnétique (spectro-irm) est une méthode non invasive pour étudier le métabolisme énergétique du système nerveux central (SNC) ou d un autre organe. Bien que la spectro- IRM au phosphore (31P) du muscle ait été utilisée initialement (recherche d une élévation du rapport Pi/phosphocréatine lors de l exercice et de la récupération), elle est généralement remplacée aujourd hui par la spectro-irm aux protons (1H). Elle permet la détection d un large éventail de métabolites, notamment de la N-acétylaspartate (NAA), la créatine (Cr), la choline (Cho), le myo-inositol (Myo-I), le glutamate, la glutamine, le glucose, la taurine et le lactate. Dans le cadre des maladies mitochondriales, une diminution du pic de NAA et la présence d un doublet de lactates sont généralement observées, avec une diminution du glutamate et de la créatine. Bien que ces anomalies ne soient pas spécifiques, la spectro-irm est un outil à la fois pour le diagnostic des maladies mitochondriales et le suivi thérapeutique des essais. 76

9 5669_ Page 77 Vendredi, 4. mars :09 12 c Anomalies IRM rencontrées dans certains syndromes Les caractéristiques et la localisation des lésions IRM sont un élément déterminant pour le diagnostic des syndromes de Leigh et MELAS (tab. 5.3) [5.17]. Dans le syndrome de Leigh, les noyaux gris centraux sont sélectivement vulnérables à une défaillance du métabolisme énergétique, et des hypersignaux en SpT2 sont communément observés dans le putamen, le pallidum et/ou le noyau caudé. Cependant, ces lésions ne sont pas spécifiques des déficits primaires de la CR, et peuvent également être vues lors d une intoxication au monoxyde de carbone, d une toxicité de la bilirubine, d un déficit en biotinidase, des troubles du métabolisme des acides gras ou d aciduries organiques [5.17]. Tableau 5.3 Caractéristiques IRM selon le phénotype. Acidose lactique sévère infantile Syndrome de Leigh Syndrome de Kearns- Sayre/PEO MELAS NP LHON MNGIE Déficit en coenzyme Q 10 Atrophie corticale avec un corps calleux mince visible à l échographie et des lésions kystiques des ganglions de la base Avec mutation m.3243a>g de l ADNmt : lésions bilatérales du striatum, occipitales ou atrophie cérébrale Lésions en hyposignal T1 et hypersignal T2 spin-écho et FLAIR Atteinte bilatérale et symétrique évocatrice, mais non systématique Atteintes des NGC (putamen +++, noyau caudé, pallidum), du thalamus, du mésencéphale (noyau rouge, substantia nigra et région périaqueducale), du tronc cérébral et du cervelet (noyaux dentelés) Atrophie des structures impliquées, associée à une atrophie cérébrale diffuse et/ou cérébelleuse Plus rare : atteinte de la SB périventriculaire ou leucodystrophie, atteinte du corps calleux et des capsules internes, retard de myélinisation Spectro-IRM : diminution du NAA et présence d un doublet de lactates Gène SURF1 : atteinte des noyaux sous-thalamiques, du tronc cérébral (bulbe), du cervelet (pédoncules cérébelleux inférieurs, noyaux dentelés), de la substantia nigra et du tractus tegmental central, mais l atteinte des NGC est plus rare Gène SDHA : leucodystrophie avec un pic de succinate caractéristique dans la SB cérébrale et cérébelleuse en spectro-irm Leucodystrophie (atteinte de la SB sous-corticale qui est épargnée dans la plupart des autres leucodystrophies) Atteinte des NGC (± calcifications), du thalamus et du mésencéphale Atrophie corticale, du cervelet et du tronc cérébral Association de lésions corticales de topographie non vasculaire, souvent occipitales (± prise de contraste), et de lésions des NGC (± calcifications) En phase aiguë : hypersignal en séquence de diffusion puis disparition des lésions ou apparition d une atrophie Pic de lactates dans les régions affectées en spectro-irm Atrophie du cervelet, leucoencéphalopathie (rare) Atrophie pontocérébelleuse, pic de lactates en spectro-irm Caractéristiques mimant celles du syndrome de Leigh, du MELAS, de l encéphalomyélite aiguë disséminée ou d une leucomalacie périventriculaire Hypersignaux de la SB Leucoencéphalopathie épargnant le corps calleux Atrophie marquée du cervelet, ± agénésie du corps calleux PEO : ophtalmoplégie externe progressive ; MELAS : encéphalomyopathie mitochondriale avec acidose lactique et épisodes de stroke-like ; NP : neuropathie ataxiante et rétinite pigmentaire ; LHON : neuropathie optique héréditaire de Leber ; MNGIE : encéphalopathie mitochondriale gastro-intestinale ; NGC : noyaux gris centraux ; SB : substance blanche ; NAA : N-acétylaspartate. 77

10 5669_ Page 78 Vendredi, 4. mars :09 12 Dans le MELAS, les lésions focales de «pseudo-strokes» ont une distribution non vasculaire et sont préférentiellement occipitales. Des aspects de leucodystrophie ont été notamment associés au phénotype NP, lié à la mutation m.8993t>g. Une étude récente sur les caractéristiques IRM chez les patients porteurs d un déficit en complexe I a montré l existence, d une part, d aspects communs, comme les atteintes du tronc cérébral et la présence de pic de lactates et, d autre part, des caractéristiques IRM évocatrices du génome impliqué [5.28]. En effet, les lésions des noyaux sous-thalamiques, périaqueducales et des colliculi étaient particulièrement présentes avec les mutations de l ADNmt. La présence d une leucodystrophie (plutôt cavitaire) et l atteinte des noyaux dorsaux du tronc cérébral ont été observées uniquement chez les patients avec des mutations de gènes nucléaires [5.28]. B Explorations tissulaires Le diagnostic de maladie mitochondriale repose sur un ensemble d arguments parmi lesquels la mise en évidence d un déficit biochimique de la CR est un élément prépondérant. L exploration enzymologique doit être réalisée si possible sur le tissu atteint (muscle, foie, rein ). 1 Explorations enzymologiques de la CR Les tests diagnostiques comprennent des études en polarographie et spectrophotométrie, qui fournissent des informations différentes mais complémentaires. Les études polarographiques consistent à mesurer la consommation d oxygène dans des fractions enrichies en mitochondries en utilisant une électrode Clarke, en présence de différents substrats oxydatifs. La limite de cette technique est l utilisation obligatoire de prélèvements frais. Les études spectrophotométriques consistent à doser l activité enzymatique des différents complexes de la chaîne respiratoire, isolés ou combinés. Ces analyses, effectuées sur des homogénats de tissus, peuvent être réalisées à partir d une petite quantité de matériel (1-20 mg), obtenue à partir de biopsies hépatique, rénale, endomyocardique ou de fibroblastes en culture. Les échantillons doivent être immédiatement congelés en azote liquide et conservés à 80 C. Le tissu à étudier est celui qui exprime cliniquement la maladie mais, en général, le muscle et la peau sont les tissus les plus accessibles. Le foie doit être prélevé en cas d atteinte hépatique ou d atteinte neurologique avec épilepsie associée. Les déficits peuvent être isolés ou combinés. Le déficit en complexe I est le plus fréquemment observé (30 % des patients). Un déficit combiné en complexes I, III et IV peut orienter vers une déplétion de l ADNmt ou une mutation sur un gène Nt de l ADNmt. Une même présentation clinique peut résulter d un déficit en différents complexes et, inversement, un même déficit peut être à l origine de présentations cliniques très différentes. Par exemple, le syndrome de Leigh peut être associé à un déficit isolé ou combiné de différents complexes de la CR et lié à des mutations dans des gènes mitochondriaux ou nucléaires. 2 Examen anatomopathologique Il permet d orienter le diagnostic en objectivant sur la biopsie musculaire une surcharge lipidique, des agrégats mitochondriaux soussarcolemniques et des fibres COX-négatives à la coloration COX-SDH. La présence de fibres ragged-red (RRF) après coloration au trichrome de Gomori (accumulation de mitochondries anormales péri et intermyofibrillaires) est extrêmement évocatrice mais n est que très rarement retrouvée chez les jeunes enfants. Des anomalies ultrastructurales sont également observées en microscopie électronique (mitochondries globulaires, inclusions paracristallines et crêtes mitochondriales anormales). Une stéatose, une cirrhose, une fibrose, une hémosidérose, une prolifération des canaux biliaires, voire un effondrement de l architecture lobulaire peuvent être observés sur la biopsie hépatique. Ces anomalies sont évocatrices mais non spécifiques. De 78

11 5669_ Page 79 Vendredi, 4. mars :09 12 plus, l absence de toute anomalie histologique ne doit pas faire réfuter le diagnostic. C Explorations génétiques Les maladies mitochondriales sont hétérogènes sur le plan génétique et tous les modes de transmission sont possibles : cas sporadiques, transmission maternelle par mutations de l ADNmt, transmission autosomale récessive ou dominante et transmission liée à l X par mutations dans des gènes nucléaires. 1 Anomalies de l ADNmt Elles sont retrouvées chez 10 à 15 % des patients atteints de maladies mitochondriales et sont responsables de nombreux syndromes (tab. 5.4). Dans la majorité des cas, les anomalies de l ADNmt sont hétéroplasmiques et le nombre de molécules mutées est supérieur à celui des molécules sauvages dans le tissu atteint. La recherche de mutations de l ADNmt doit donc être réalisée, lorsque cela est possible, dans le tissu qui exprime le déficit (biopsie musculaire, hépatique voire rénale ou endomyocardique). L absence d une mutation dans les leucocytes ne permet pas d éliminer sa présence dans d autres tissus. a Grands réarrangements de l ADNmt Les délétions de l ADNmt sont retrouvées principalement dans les syndromes de Kearns-Sayre, de Pearson et dans les ophtalmoplégies externes progressives (PEO). Leur taille et leur position peuvent être variables mais elles portent généralement sur plusieurs kilobases en emportant des gènes codant pour des sous-unités protéiques et des Nt. Elles sont présentes à l état hétéroplasmique dans le muscle, à l exception du syndrome de Pearson où la délétion est retrouvée dans tous les tissus. Les bornes de ces délétions sont constituées par des séquences répétées. Une délétion de paires de bases (pb) dite «commune» est retrouvée dans 30 % des cas, encadrée par une séquence répétée directe de 13 pb. Ces réarrangements surviennent généralement de novo au cours de l oogenèse ou du développement embryonnaire précoce, ce qui explique que ces syndromes soient majoritairement sporadiques. b Mutations ponctuelles Dans des gènes codant pour des sousunités protéiques L atrophie optique héréditaire de Leber (LHON) est caractérisée par une baisse rapide et bilatérale de la vision centrale par atteinte du nerf optique, touchant préférentiellement les hommes. La mutation responsable est généralement présente à l état homoplasmique dans les leucocytes. Il existe 3 mutations récurrentes qui sont retrouvées chez 90 % des patients, toutes dans des gènes codant pour des sous-unités du complexe I (m.11778g>a, m.3460g>a, m.14484t>c), mais d autres mutations peuvent être responsables [5.37]. Une mutation dans le gène codant pour l ATPase 6 (m.8993t>g) est également retrouvée de manière récurrente chez les patients atteints d un syndrome NP/Leigh. La mutation est présente à l état hétéroplasmique et la gravité du tableau clinique est liée au pourcentage d ADNmt muté présent dans les tissus. Le syndrome NP (Neuropathic muscle weakness, Ataxia, Retinitis Pigmentosa) débute après 5 ans et est caractérisé par une neuropathie sensitivomotrice, une ataxie et une rétinite pigmentaire. L évolution est marquée par l apparition de signes pyramidaux, extrapyramidaux, de convulsions et d une démence progressive. Le syndrome de Leigh est une encéphalomyopathie subaiguë nécrosante caractérisée par des épisodes récurrents de régression psychomotrice avec une atteinte des noyaux gris centraux, du tronc cérébral et de la substance blanche, débutant généralement au cours de la première année de vie et rapidement fatale. Dans une même famille, un patient atteint d un syndrome de Leigh aura plus de 90 % d ADNmt muté dans les tissus, alors qu un patient présentant un syndrome NP présentera un pourcentage de molécules mutées inférieur. 79

12 5669_ Page 80 Vendredi, 4. mars :09 12 Tableau 5.4 Principaux syndromes liés à des anomalies de l ADNmt. Syndrome Syndrome de Pearson Syndrome de Kearns- Sayre Syndrome de Leigh Neuropathie ataxiante et rétinite pigmentaire (NP) Encéphalomyopathie mitochondriale avec acidose lactique et épisodes de stroke-like (MELAS) Épilepsie myoclonique avec fibres ragged-red (MERRF) Neuropathie optique héréditaire de Leber (LHON) Principales caractéristiques Autres signes Anomalies cliniques de l ADNmt Anémie sidéroblastique réfractaire, Tubulopathie, atteinte Délétion hétéroplasmique pancytopénie hépatique et neurologique de Insuffisance pancréatique Acidose métabolique l ADNmt exocrine Sporadique PEO avec myopathie, rétinite Diabète sucré, Délétion hétéroplasmique pigmentaire, surdité, hypoparathyroïdisme de ataxie cérébelleuse Démence, dysphagie l ADNmt Bloc de conduction cardiaque Protéinorachie > 1 g/l Sporadique Encéphalopathie subaiguë PEO, neuropathie périphérique évoluant par poussées : signes Atteinte des NGC à l IRM d atteinte cérébelleuse, du tronc cérébrale cérébral et/ou extrapyramidale Acidose lactique et régression psychomotrice Début pendant l enfance (en général avant 1 an) Neuropathie périphérique Liseré des NGC à l IRM (début à l adolescence), ataxie Anomalies à l ERG proprioceptive et cérébelleuse, Neuropathie sensitivomotrice rétinopathie pigmentaire à l EMG Épisodes de «pseudo-strokes», Acidose lactique épilepsie et/ou démence, Anomalies à l ERG cardiomyopathie (d abord Lésions de «pseudo-strokes» hypertrophique puis dilatée), à l IRM diabète sucré, surdité bilatérale, rétinopathie pigmentaire, ataxie cérébelleuse, myopathie Épilepsie myoclonique, ataxie Fibres ragged-red à la biopsie cérébelleuse musculaire Myopathie, surdité bilatérale Neuropathie périphérique, démence, spasticité Atrophie optique, lipomes multiples Baisse d acuité visuelle subaiguë bilatérale et indolore Atteinte masculine majoritaire Signes neurologiques (dystonie, paraparésie ) Syndrome de Wolff-Parkinson- White PEO : ophtalmoplégie externe progressive ; NGC : noyaux gris centraux ; ERG : électrorétinogramme ; EMG : électromyogramme. m.8993t>g/c Transmission maternelle m.8993t>g/c Transmission maternelle m.3243a>g, m.3271t>c Transmission maternelle m.8344a>g, m.8356t>c Transmission maternelle m.11778g>a, m.3460g>a, m.14484t>c Transmission maternelle De nombreuses mutations dans des gènes codant pour des sous-unités des complexes I, III et IV ont été rapportées. Elles sont responsables d une grande variété de tableaux cliniques et sont majoritairement hétéroplasmiques. Elles peuvent survenir de novo mais sont principalement héritées selon un mode maternel. Les mères sont alors porteuses d une quantité faible de molécules mutées (10-20 %), et les enfants atteints peuvent présenter plus de 90 % de molécules mutées dans le tissu atteint. 80

13 5669_ Page 81 Vendredi, 4. mars :09 12 Dans des gènes codant pour des N de transfert ou ribosomaux La mutation m.3243a>g dans le gène codant pour l Nt leu est responsable du syndrome MELAS (Mitochondrial Encephalomyopathy with Lactic Acidosis and Stroke-like episodes syndrome). La symptomatologie débute dans l enfance et est caractérisée par des épisodes récurrents de migraines et vomissements, avec déficit neurologique évoquant un accident vasculaire cérébral, et sur l imagerie cérébrale des lésions non vasculaires. Le syndrome MELAS peut être secondaire à d autres mutations telles que la m.3271t>c. À l inverse, la mutation m.3243a>g est également responsable du syndrome MIDD (Maternally Inherited Diabetes and Deafness), associant un diabète sans surpoids et une surdité prédominant sur les fréquences aiguës [5.26]. La mutation m.8344a>g dans le gène codant pour un Nt lys est retrouvée chez 80 % des patients présentant un syndrome MERRF (Myoclonus Epilepsy with Ragged-Red Fibers). Bien d autres mutations dans des Nt ou des Nr ont été décrites dans différentes familles ( [5.37]. c Screening de l ADNmt Lorsque les principales mutations ont été éliminées, une analyse plus complète de l ADNmt peut être réalisée. Le séquençage systématique de l ADNmt est compliqué par la taille importante de l ADNmt (16,5 kb) et l hétéroplasmie. De nouvelles techniques ont donc été développées. La méthode Surveyor (Transgenomic) utilise une endonucléase qui reconnaît et clive les mésappariements de l ADN double brin. Elle permet ainsi d identifier les mutations hétéroplasmiques de l ADNmt [5.2, 5.3]. L analyse complémentaire réalisée grâce à une puce de reséquençage Affymetrix (GeneChip Mitochondrial Resequencing 2.0 Array) permet d identifier les mutations homoplasmiques de l ADNmt [5.29]. 2 Mutations dans des gènes nucléaires Le protéome mitochondrial comprend plus de protéines codées par des gènes nucléaires qui sont tous des candidats potentiels pour les maladies mitochondriales. Seule une cinquantaine de gènes responsables est connue à ce jour mais ce nombre est en augmentation constante [5.41]. a Gènes de structure de la CR Des mutations pathogènes ont été décrites dans 12 des gènes de structure du complexe I (tab. 5.5). Elles entraînent dans la majorité des cas un syndrome de Leigh ou un tableau neurologique, associé ou non à une cardiomyopathie [5.13]. L implication du gène SDHA (sous-unité flavoprotéique) a été décrite dans le syndrome de Leigh associé à un déficit en complexe II [5.6]. Parmi les gènes des 10 sous-unités nucléaires du complexe III, 2 (UQCRB et UQCRQ) ont été impliqués respectivement dans un tableau d hypoglycémie avec acidose lactique et dans un phénotype neurologique avec retard psychomoteur sévère et signes extrapyramidaux [5.4]. Seul un gène de structure du complexe IV (COX6B1), responsable d une encéphalomyopathie sévère, a été identifié [5.31] et, à ce jour, aucune mutation dans un gène de structure du complexe V n a pu être mise en évidence. b Gènes d assemblage de la CR Plusieurs gènes d assemblage des complexes I et IV ont été impliqués respectivement dans des tableaux neurologiques et dans des atteintes multisystémiques (neurologiques, cardiaques, hépatiques et rénales) (tab. 5.5). Des mutations dans le gène BCS1L, qui code pour un facteur d assemblage du complexe III, ont été décrites dans un tableau associant une encéphalopathie, une insuffisance hépatique et une tubulopathie ainsi que dans le syndrome GRACILE (retard de croissance, aminoacidurie, cholestase, surcharge en fer et décès précoce). De la même façon, deux gènes d assemblage du complexe V (ATP12, TMEM70) ont été identifiés [5.10, 5.11]. c Gènes impliqués dans la traduction mitochondriale Les gènes identifiés appartiennent à 3 classes fonctionnelles différentes (tab. 5.6) : ceux 81

14 5669_ Page 82 Vendredi, 4. mars :09 12 Tableau 5.5 Gènes nucléaires codant pour des protéines de structure et des protéines d assemblage de la CR impliqués dans des maladies mitochondriales. Phénotype clinique Gène Transmission Gènes de structure de la CR Complexe I LS NDUFS1, NDUFS3, NDUFS4, LS NDUFS7, NDUFS8, NDUFV1, LS NDUFA2 Encéphalopathie et cardiomyopathie NDUFS2, NDUFV2 Pathologie néonatale létale NDUFS6 Encéphalomyopathie NDUFA1 Liée à l X Cardioencéphalomyopathie, forme infantile létale NDUFA11 Complexe II LS SDHA Phéochromocytomes et paragangliomes familiaux SDHB, SDHD AD Paragangliomes familiaux SDHC AD Complexe III Hypoglycémie, acidose lactique UQCRB Retard psychomoteur sévère et signes extrapyramidaux UQCRQ Complexe IV Encéphalomyopathie infantile COX6B1 Gènes impliqués dans l assemblage de la CR Complexe I Encéphalopathie progressive de début précoce NDUFAF2 (B17.2L) Cardioencéphalomyopathie NDUFAF1 (CIA30) Encéphalomyopathie C6orf66 (HRPAP20) Pathologie néonatale létale C20orf7 Complexe III Encéphalopathie, tubulopathie et insuffisance rénale, BCS1L LS, syndrome GRACILE Complexe IV LS SURF1 Insuffisance hépatique et encéphalopathie néonatales SCO1 Cardioencéphalomyopathie néonatale SCO2 Tubulopathie et encéphalopathie néonatales, LS, COX10 cardiomyopathie Cardiomyopathie hypertrophique, LS COX15 LS franco-canadien LRPPRC Encéphalomyopathie FASTKD2 Complexe V Encéphalopathie de début précoce, dysmorphie, ATP12 acidurie méthylglutaconique Encéphalocardiomyopathie TMEM70 Encéphalomyopathie AIFM1 Liée à l X LS : syndrome de Leigh ; : autosomique récessive : AD : autosomique dominante. 82

15 5669_ Page 83 Vendredi, 4. mars :09 12 Tableau 5.6 Gènes nucléaires codant pour des protéines impliquées dans la traduction mitochondriale et dans la stabilité de l ADNmt. Phénotype clinique Gène Transmission Gènes impliqués dans la traduction mitochondriale Agénésie du corps calleux, dysmorphie et acidose lactique néonatale fatale Œdème cutané, cardiomyopathie et tubulopathie Myopathie, acidose lactique et anémie sidéroblastique Atteinte hépatique Leucodystrophie infantile macrokystique avec micropolygyrie Encéphalomyopathie, cardiomyopathie hypertrophique Encéphalopathie sévère avec acidose lactique/atteinte hépatique Gènes impliqués dans la stabilité de l ADNmt AdPEO ArPEO MNGIE Atteinte hépatocérébrale, syndrome d Alpers Myopathie Myopathie avec déplétion très sévère Encéphalopathie néonatale avec acidémie méthylmalonique Mitoribosome MRPS16 MRPS22 Maturation des Nt mitochondriaux PUS1 TRMU Facteurs d élongation EFTu EFTs EFG1 POLG1, POLG2, PEO1, ANT1, OPA1, RRM2B POLG1 TP POLG1, PEO1, DGUOK, MPV17 TK2 RRM2B SUCLG1, SUCLA2 LS : syndrome de Leigh ; AdPEO : ophtalmoplégie externe de transmission autosomale dominante ; ArPEO : ophtalmoplégie externe de transmission autosomale récessive ; : autosomique récessive ; AD : autosomique dominante. AD codant pour des protéines des mitoribosomes, ceux impliqués dans la maturation des Nt mitochondriaux et ceux codant pour des facteurs d élongation [5.19, 5.41, 5.42]. d Gènes impliqués dans le métabolisme de l ADN Les gènes identifiés à ce jour peuvent être classés en 2 catégories : ceux impliqués dans la réplication de l ADNmt et ceux régulant le pool de nucléotides (tab. 5.6). Les ophtalmoplégies externes de transmission autosomale dominante (AdPEO) débutent en général à l âge adulte, et sont associées à des délétions multiples de l ADNmt, retrouvées uniquement dans le muscle. Plus rarement, la transmission est autosomale récessive (ArPEO). Plusieurs gènes ont été impliqués dans les AdPEO : POLG1 et POLG2 (sousunités catalytique et accessoire de la polymérase γ) [5.30], PEO1 (hélicase Twinkle), ANT1 (translocase ADP/ATP mitochondriale) et OPA1 (GTPase impliquée dans la fusion mitochondriale) [5.1]. Le syndrome MNGIE (Mitochondrial Neuro-Gastro-Intestinal Encephalopathy) est caractérisé par une PEO, un ptosis, des troubles de la motilité intestinale avec cachexie, une neuropathie, une myopathie et une leucodystrophie diffuse. Les patients ont des délétions multiples et/ou une déplétion dans le muscle secondaires à des mutations dans 83

16 5669_ Page 84 Vendredi, 4. mars :09 12 le gène TP, qui code pour la thymidine phosphorylase, enzyme cytosolique impliquée dans l équilibre intramitochondrial du pool de déoxynucléotides (dntp). Le syndrome de déplétion de l ADNmt a été décrit dans différentes formes cliniques : myopathique, encéphalomyopathique ou hépatocérébrale, qui affectent généralement de jeunes enfants. Un déficit enzymologique (tissu-spécifique) touchant les complexes dépendant de l ADNmt et respectant le complexe II peut évoquer une déplétion, qui sera confirmée par la diminution du niveau d ADNmt, généralement inférieur à 10 % de la valeur normale. À ce jour, 8 gènes, dont certains sont également responsables de délétions multiples de l ADNmt, ont été identifiés. Une forme hépatocérébrale [5.15] ou un syndrome d Alpers (épilepsie pharmacorésistante, insuffisance hépatique et retard psychomoteur) [5.33] doivent faire rechercher des mutations dans les gènes POLG1, PEO1 (codant pour Twinkle), DGUOK (codant pour la déoxyguanosine kinase mitochondriale, impliquée dans l équilibre du pool mitochondrial de dntp) ou MPV17, dont la fonction est inconnue [5.38]. Une forme myopathique doit orienter vers le gène TK2, codant pour la thymidine kinase, également impliquée dans l équilibre du pool de dntp mais également vers le gène RRM2B, particulièrement lorsque la déplétion est très sévère (ADNmt correspondant à 1 ou 2 % de la valeur normale) [5.8]. Le gène RRM2B code pour la petite sous-unité de la ribonucléotide réductase cytosolique qui catalyse la synthèse des dntp à partir des NTP. Enfin, des mutations dans les gènes codant pour des sous-unités de la succinyl-coa synthase (SUCLA2, SUCLG1) sont responsables de syndrome de déplétion de l ADNmt avec acidémie méthylmalonique modérée [5.14, 5.34]. IV Prise en charge et traitement des maladies mitochondriales Le traitement des maladies mitochondriales est essentiellement symptomatique, à l exception des maladies mitochondriales par déficit primaire en coenzyme Q 10 (CoQ) [5.36]. A Traitement spécifique : coenzyme Q 10 Le CoQ est efficace dans les déficits primaires de la biosynthèse du CoQ quand il est introduit précocement et à forte dose. La présentation clinique de ces pathologies est variable : syndrome de Leigh, maladie multisystémique avec néphropathie prédominante, épisodes de rhabdomyolyse avec convulsions, ataxie avec ou sans épilepsie, et myopathie pure [5.25]. En revanche, l efficacité du coenzyme Q 10 dans les autres maladies de la CR est variable, et les résultats des essais contrôlés randomisés ont donné des résultats contradictoires [5.9]. B Prise en charge 1 Régime cétogène Un régime pauvre en carbohydrates et riche en lipides (60 à 70 % de la ration calorique) est recommandé dans les déficits en complexe I associés à une hyperlactacidémie. En effet, l apport important de glucose est déconseillé car il ne peut être utilisé du fait du bloc enzymatique. Il faut également éviter tout jeûne prolongé. 2 Traitements symptomatiques De nombreux agents pharmacologiques ont été essayés dans les maladies mitochondriales, mais les bénéfices ont été limités et aucun n a apporté la preuve de son efficacité. Les quelques essais cliniques randomisés en double aveugle réalisés ont donné des résultats peu concluants ou contradictoires, ne permettant pas d établir des recommandations thérapeutiques [5.9]. Bien qu il existe des cas rapportés anecdotiques de l efficacité de divers agents (riboflavine, succinate, L-carnitine, acide alpha-lipoïque et vitamines C, E et K), l hétérogénéité clinique et l évolution imprévisible des maladies mitochondriales, faite souvent de rechutes et de rémissions, 84

17 5669_ Page 85 Vendredi, 4. mars :09 12 rend très difficile l interprétation de l efficacité d un agent chez un seul individu. Récemment, de nouvelles approches pharmacologiques ont émergé visant à stimuler la biogenèse mitochondriale via le coactivateur transcriptionnel PGC1a, avec des agents comme le bézafibrate et le resvératrol [5.5, 5.24, 5.39]. a Correction des acidoses lactiques aiguës ou chroniques Les bicarbonates peuvent être utilisés pour corriger des acidoses lactiques aiguës ou chroniques. Le dichloroacétate (DCA), en maintenant la pyruvate déshydrogénase kinase dans son état activé, réduit la production de lactates. Le DCA peut être efficace dans les états d acidose aiguë, mais son utilisation est limitée par sa toxicité, responsable de neuropathie périphérique, régressive à l arrêt du DCA [5.20]. b Élimination ou neutralisation de métabolites toxiques L utilisation de la dialyse rénale, pour éliminer l accumulation de thymidine et désoxyuridine dans le plasma des patients MNGIE, ou de diurétiques pour augmenter leur excrétion rénale, n a pas été concluante [5.40]. c Substitution enzymatique ou de métabolites Les stratégies thérapeutiques visant à remplacer l activité de la thymidine phosphorylase (TP) par des transfusions répétées de plaquettes [5.27] ou par l administration de TP encapsulée dans des globules rouges [5.32] n ont entraîné que des réductions transitoires du niveau de thymidine plasmatique. La transplantation allogénique de cellules souches a été la méthode la plus efficace pour restaurer l activité de la TP chez les patients MNGIE, mais elle s est accompagnée d une mortalité élevée, vraisemblablement liée au stade de cachexie avancé des malades [5.18]. La transplantation hépatique, utilisée pour traiter des déficits en déoxyguanosine kinase, n a permis d obtenir que des bénéfices très limités [5.12]. d Traitement par L-arginine dans le MELAS Dans les «pseudo-strokes» du MELAS, il existe un dysfonctionnement endothélial, une altération segmentaire de la vasodilatation des artères intracérébrales et une production d espèces réactives oxygénées (ROS). De récentes études suggèrent que la thérapie par L-arginine serait efficace dans la prévention et le traitement de ces épisodes. L arginine, précurseur de l acide nitrique, agirait principalement en favorisant la microvascularisation cérébrale, en augmentant le débit sanguin par vasodilatation et en préservant les cellules endothéliales par diminution des lésions médiées par les radicaux libres [5.23]. Des perfusions de L-arginine, instaurées dans les 30 minutes après le début des signes, améliorent significativement les symptômes en phase aiguë [5.22]. Par ailleurs, une supplémentation orale par L-arginine au long cours en périodes intercritiques semble améliorer les fonctions endothéliales, normaliser les taux plasmatiques de L-arginine et diminuer de manière significative la fréquence et la gravité des «pseudo-strokes» [5.21]. e Supplémentation en acide folique Dans le syndrome de Kearns-Sayre, des déficits secondaires en folates dans le LCR ont déjà été rapportés, mais on ne connaît pas leur prévalence dans l ensemble des maladies mitochondriales. En cas de suspicion de déficit central en folates, le dosage doit être réalisé dans le LCR car le taux de folates plasmatique ne reflète pas exactement le statut en folates du SNC. Récemment, une réponse clinique rapide à l acide folinique a été rapportée chez un garçon de 8 ans porteur d une délétion de l ADNmt avec une leucoencéphalopathie et une carence en acide folique [5.35]. Il faut noter que, contrairement aux folates, l acide folinique traverse la barrière hématoencéphalique. f Contre-indications médicamenteuses Certains médicaments ont des conséquences négatives sur le fonctionnement de la CR, contre-indiquant ou nécessitant des 85

18 5669_ Page 86 Vendredi, 4. mars :09 12 précautions dans leur utilisation chez des patients atteints de maladies mitochondriales. Certaines substances ont une action inhibitrice sur la synthèse des protéines mitochondriales, comme les inhibiteurs nucléosidiques de la transcriptase inverse, l interféron α ou le chloramphénicol. D autres agissent directement sur la β-oxydation ou la séquestration du coenzyme A, comme le valproate de sodium, l aspirine, les anti-inflammatoires non stéroïdiens et les tétracyclines, et peuvent entraîner des insuffisances hépatiques sévères. Les anesthésiants ont également des interactions complexes avec la mitochondrie. Le risque de PRIS (Propofol Infusion Syndrome) contre-indique l utilisation du propofol en continu. Il faut également être prudent dans l utilisation de l halothane, de l isoflurane et des curares, notamment la succinylcholine. Les risques liés aux vaccinations sont également discutés, notamment dans les formes neurologiques. Les vaccins pourraient en effet favoriser la survenue de poussées dans le syndrome de Leigh. V Conseil génétique et diagnostic prénatal Du fait de l hétérogénéité génétique des maladies mitochondriales, si l identification de la mutation responsable est indispensable pour guider le conseil génétique, elle ne permet pas toujours de proposer un diagnostic prénatal fiable. S il s agit de mutations dans un gène nucléaire, la transmission de la pathologie se fera selon un mode mendélien. Le risque pourra être fixé précisément et la recherche des mutations se fera sur prélèvement de villosités choriales à 11 semaines d aménorrhée (SA) dans de très bonnes conditions de fiabilité. Les délétions uniques de l ADNmt sont généralement sporadiques. Si la mère du cas index n est pas porteuse de la délétion, le risque de transmission est très faible. Un DPN sur liquide amniotique sera proposé à 16 SA. En cas de mutation ponctuelle hétéroplasmique de l ADNmt, si la mutation est présente dans les leucocytes de la mère du cas index, le risque de récurrence est élevé mais très difficile à déterminer avec précision. La fiabilité du DPN est peu satisfaisante du fait de la notion d hétéroplasmie. En fonction de la volonté du couple, il est possible de proposer plusieurs prélèvements (à 11, 16 et 20 SA) afin d analyser l évolution du taux d hétéroplasmie au cours de la grossesse dans des types cellulaires différents. Un pourcentage d ADNmt mutant inférieur à 20 % ou supérieur à 80 % devrait prédire un risque d expression de la maladie faible ou élevé, respectivement [5.7]. Les résultats intermédiaires ont une valeur prédictive encore moins certaine. Si la mutation est absente dans différents tissus de la mère du cas index (cellules épithéliales urinaires, leucocytes, frottis buccal) ainsi que chez les apparentés maternels, le risque de récurrence est faible et il s agit vraisemblablement d une mutation de novo. Un DPN sur liquide amniotique sera proposé à 16 SA. Pour les mutations ponctuelles homoplasmiques (LHON), le conseil génétique est également difficile car de nombreux facteurs encore inconnus sont impliqués dans l expressivité de la maladie. Actuellement, seul le don d ovocytes permet théoriquement d empêcher la transmission maternelle d une maladie mitochondriale. Toutefois, certaines études préliminaires concernant les mutations NP et MELAS suggèrent que le diagnostic préimplantatoire serait une alternative intéressante [5.16]. Enfin, un homme atteint n a aucun risque de transmettre une anomalie de l ADNmt à sa descendance. 86

19 5669_ Page 87 Vendredi, 4. mars :09 12 Conclusion Malgré les progrès réalisés, le diagnostic des maladies mitochondriales reste difficile, notamment du fait de leur hétérogénéité clinique et génétique. L identification des nombreux gènes nucléaires responsables est un objectif majeur car, outre l intérêt diagnostique et du conseil génétique, elle permettra de mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques responsables de ces maladies. Cette compréhension est un préalable indispensable au développement de traitements spécifiques, actuellement inexistants, dans des pathologies dont le pronostic est sombre. Références [5.1] Amati-Bonneau P, Valentino ML, Reynier P, Gallardo ME, Bornstein B, Boissiere A et al. OPA1 mutations induce mitochondrial DNA instability and optic atrophy plus phenotypes. Brain 2008 ; 131 : [5.2] Bannwarth S, Procaccio V, Paquis-Flucklinger V. Surveyor Nuclease : a new strategy for a rapid identification of heteroplasmic mitochondrial DNA mutations in patients with respiratory chain defects. Hum Mutat 2005 ; 25 : [5.3] Bannwarth S, Procaccio V, Paquis-Flucklinger V. Rapid identification of unknown heteroplasmic mutations across the entire human mitochondrial genome with mismatch-specific Surveyor Nuclease. Nat Protoc 2006 ; 1 : [5.4] Barel O, Shorer Z, Flusser H, Ofir R, Narkis G, Finer G et al. Mitochondrial complex III deficiency associated with a homozygous mutation in UQCRQ. Am J Hum Genet 2008 ; 82 : [5.5] Bastin J, Aubey F, Rötig A, Munnich A, Djouadi F. Activation of peroxisome proliferator-activated receptor pathway stimulates the mitochondrial respiratory chain and can correct deficiencies in patients cells lacking its components. J Clin Endocrinol Metab 2008 ; 93 : [5.6] Baysal BE. Clinical and molecular progress in hereditary paraganglioma. J Med Genet 2008 ; 45 : [5.7] Bouchet C, Steffann J, Corcos J, Monnot S, Paquis V, Rotig A et al. Prenatal diagnosis of MELAS syndrome : contribution to understanding mitochondrial DNA segregation during human embryo fetal development. J Med Genet 2006 ; 43 : [5.8] Bourdon A, Minai L, Serre V, Jais JP, Sarzi E, Aubert S et al. Mutation of RRM2B, encoding p53-controlled ribonucleotide reductase (p53r2), causes severe mitochondrial DNA depletion. Nat Genet 2007 ; 39 : [5.9] Chinnery P, Majamaa K, Turnbull D, Thorburn D. Treatment for mitochondrial disorders. Cochrane Database Syst Rev 2006 : CD [5.10] Cizkova A, Stranecky V, Mayr JA, Tesarova M, Havlickova V, Paul J et al. TMEM70 mutations cause isolated ATP synthase deficiency and neonatal mitochondrial encephalocardiomyopathy. Nat Genet 2008 ; 40 : [5.11] De Meirleir L, Seneca S, Lissens W, De Clercq I, Eyskens F, Gerlo E et al. Respiratory chain complex V deficiency due to a mutation in the assembly gene ATP12. J Med Genet 2004 ; 41 : [5.12] Dimmock DP, Dunn JK, Feigenbaum A, Rupar A, Horvath R, Freisinger P et al. Abnormal neurological features predict poor survival and should preclude liver transplantation in patients with deoxyguanosine kinase deficiency. Liver Transpl 2008 ; 14 : [5.13] Distelmaier F, Koopman WJ, Van den Heuvel LP, Rodenburg RJ, Mayatepek E, Willems PH et al. Mitochondrial complex I deficiency : from organelle dysfunction to clinical disease. Brain 2009 ; 132 : [5.14] Elpeleg O, Miller C, Hershkovitz E, Bitner-Glindzicz M, Bondi-Rubinstein G, Rahman S et al. Deficiency of the ADPforming succinyl-coa synthase activity is associated with encephalomyopathy and mitochondrial DNA depletion. Am J Hum Genet 2005 ; 76 : [5.15] Ferrari G, Lamantea E, Donati A, Filosto M, Briem E, Carrara F et al. Infantile hepatocerebral syndromes associated with mutations in the mitochondrial DNA polymerase-gamma A. Brain 2005 ; 128 :

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