Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
J. Arnemann

Mitochondriopathie

Mitochondriopathie
Synonym(e)
Mitochondriale Erkrankung
Englischer Begriff
mitochondriopathy
Definition
Unter Mitochondriopathie versteht man eine Erkrankung aufgrund eines mitochondrialen Defekts oder Funktionsstörung.
Beschreibung
Die Ursachen einer Mitochondriopathie können genetisch veranlagt, aber auch sekundär erworben sein, z. B. durch exogene Noxen oder Umwelteinflüsse.
Da die Aufgabe der Mitochondrien vor allem die Atmungskette mit der Bereitstellung von Energie in Form von ATP ist, sind bei einer genetischen Störung insbesondere Organe und Gewebe betroffen, die einen hohen Energiebedarf haben, wie z. B. Gehirn, Skelett- oder Herzmuskel. Die sehr hohe Variabilität der Krankheitsbilder reflektiert die Besonderheiten des mitochondrialen Erbgangs. Mitochondrien und damit auch die mitochondriale DNA (mtDNA) werden ausschließlich mütterlicherseits über die Eizelle vererbt, da das Spermium bei der Befruchtung nur den Zellkern in die Eizelle einschleust. In jedem Mitochondrium sind geschätzt 2–10 Kopien der zirkulären DNA vorhanden und in jeder Zelle durchschnittlich 100–10.000 Mitochondrien. Mutationen in der mtDNA, z. B. aufgrund von Replikationsfehlern, akkumulieren sich nur sehr langsam und über zahlreiche Zellteilungen. So können bei Zellteilungen die mutierten und nicht mutierten Mitochondrium nach dem Zufallsprinzip ungleichmäßig und von Gewebe zu Gewebe unterschiedlich verteilt werden. Diese Aufteilung wird als Heteroplasmie bezeichnet und kann in den untersuchten Gewebeproben prozentual definiert werden. Erst wenn ein hinreichend kritischer Anteil mutierter mtDNA-Moleküle in einer Zelle vorliegt, zeigt die Mutation eine pathogene Auswirkung, nämlich einen ausgeprägten zellulären Energie- bzw. ATP-Mangel. Dies erklärt auch, dass eine definierte Mutation in unterschiedlichen Geweben und Organen, aber auch mit unterschiedlichem Schweregrad ausgeprägt sein kann. Bei den meisten Erkrankungen liegt eine Beteiligung der sehr viel Energie verbrauchenden neuromuskulären Gewebe vor, vor allem ZNS, Skelettmuskel und Herz. Als Symptome können u. a. Muskelschmerzen, CK-Erhöhung, Rhabdomyolysen, Nierenschädigung, Herzrhythmusstörungen, Neuropathie, Taubheit oder auch Erblindung auftreten. Die Diagnostik einer Mitochondriopathie sollte, wo möglich, am betroffenen Gewebe erfolgen. Bei muskulärer Beteiligung wird immer die Durchführung einer Muskelbiopsie empfohlen, die histologisch und biochemisch auf die Leitmarker hin analysiert wird. Histologisch finden sich meist die „ragged red fibers“, spezifisch anfärbbare Strukturen, die auf eine Verzerrung der sonst regelmäßigen Muskelfibrillen hinweisen, aber man kann elektronenmikroskopisch auch in vermehrter Anzahl und in Form und Größe aberrante Mitochondrien nachweisen. An häufigeren Erkrankungen seien beispielhaft genannt Myoklonusepilepsie mit „ragged red“ Fasern (MERRF), Kearns-Sayre-Syndrom (KSS) oder Leigh-Syndrom (LS).
Es sei darauf hingewiesen, dass Mitochondriopathien, aber auch durch Mutationen in autosomal lokalisierten Genen des Zellkerns verursacht werden können, die einem klassischen Mendel‘schen Erbgang folgen. Während die mtDNA nur für 37 Gene, meist für die Atmungskette, kodiert, sind mittlerweile mehr als 70 autosomal lokalisierte Gene beschrieben, die in Mitochondrienstruktur und -funktion involviert sind und bei Mutation ebenfalls eine Symptomatik mitochondrialer Erkrankungen verursachen können.
Anders sieht es bei erworbenen Mitochondriopathien aus. So können Umweltgifte, aber auch Medikamente zu einer toxischen Reaktion führen, die die Mitochondrien schädigt und oftmals zu einer irreversiblen Mitochondrienstörung führt. So ist seit Jahren bekannt, dass eine Behandlung mit den Aminoglykosidantibiotika Streptomycin, Kanamycin oder Gentamycin zu einer medikamenteninduzierten Taubheit führen kann, wenn in der 12S-rRNA-Untereinheit der mtDNA die Sequenzvarianten mt.1494C>T und mt.1555A>G vorliegen. Die genannten Antibiotika können dann irreversibel an die Ribosomenuntereinheit binden und die Proteinsynthese inhibieren.
Literatur
Schon et al (2012) Human mitochondrial DNA: roles of inherited and somatic mutations. Nat Rev Genet 13:878–890CrossRefPubMedPubMedCentral