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

5

Costituita da lipidi ed enzimi; moltopermeabile, grazie alle “porine”

Composizione simile al citoplasma

Costituita da proteine e lipidi; poco permeabile, grazie alla “cardiolipina”

6

•Ciclo dell’acido citrico (di Krebs o anche degli “acidi tricarbossilici”);

matrice

•Catena respiratoria;

•Fosforilazione ossidativa.

7

membrana interna

8

DNA circolare, doppia membrana, dimensioni, struttura

ribosomi, metodi di replicazione e divisione, tipi di

rRNA…

9

“ ” di “ ” di Umberto Pierantoni (1876-1958).

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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;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 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.solo ed esclusivamente dalla madre.

16

17

•Raddoppia la massa del mitocondrio;•Raddoppia la massa del mitocondrio;

•A livello della membrana interna si forma un solco, per la scissione del vecchio mitocondrio in due nuovi.

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19

Nella traduzione sono coinvolti 22 tRNA diversi.

Il primo porta la “formil-metionina”, come nei

batteri.

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nDNA mtDNA

AUA Isoleucina (Ile) Metionina (Met)

AUG Metionina (Met) Metionina (Met)

UGA STOP Triptofano (Trp)

AGA Arginina (Arg) STOP

AGG Arginina (Arg) STOP

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Le malattie mitocondriali sono molto variabili e perciò difficili molto variabili e perciò difficili

da diagnosticare.

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10

12

14

16

18

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Incidenza patologie mitocondrialiN.°casi

23

0

2

4

6

8

10

<5 6-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 >60 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);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.

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MANIFESTAZIONI CLINICHE PRINCIPALI

•Nell’infanzia: rallentamento o arresto della crescita, mioglobinuria ricorrente, danni renali, nanismo, diabete, atrofia ottica e renali, nanismo, diabete, atrofia ottica e sordità, od encefalopatia progressiva;

•Nell’età adulta: intolleranza allo sforzo e facile affaticamento.

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Quando sospettare una malattia mitocondriale?

In genere, una patologia mitocondriale deve essere sospettata in tutti i pazienti

che presentino sintomi a carico di più che presentino sintomi a carico di più organi non correlati tra loro, con

prevalente compromissione neuromuscolare e con un decorso

progressivo.

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Aggressività della mutazione è in

relazione con diversi fattori:

•Numero di mutazioni;

•Localizzazione delle mutazioni;•Localizzazione delle mutazioni;

•Percentuale di mitocondri mutati;

•Tipo di mutazione.

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29

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ALCUNE PATOLOGIEALCUNE PATOLOGIE

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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 NecrotizingEncephalomyelopathy)

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

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mitocondriale e acidosi lattica

Ipostenia muscolare neurogena,

atassia e retinite pigmentosa

NARP (Neurogenic Muscle

Weakness, Ataxia and Retinitis

Pigmentosa)

Debolezza muscolare, atassia e cecità

Subunità della ATP-sintasi

Sindrome di Pearson Disfunzione del midollo osseo infantile con conseguenti anomalie multiple del sangue e insufficienza pancreatica

Perdita di più geni per delezione

Epilessia mioclonica con fibre a

brandelli

MERRF (Myoclonic Epilepsy and

Ragged-Red Fiber)

Accessi epilettici, demenza, debolezza muscolare associata con la presenza di fibre “ragged-

red”(RRF)o rosso sfilacciato

tRNALeu

•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;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.

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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;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

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(Lebher’s Hereditary Optic Neuropaty)

•Causa genica: transizioni G11778A, G3460A, T14484C;

•Effetti: lenta degenerazione delle cellule gangliari •Effetti: lenta degenerazione delle cellule gangliari retiniche �perdita della visione centrale.

•Evolve in atrofia ottica.

36

•Forma più grave e più rara della LHON

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•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.

•Causa genica: delezione sull’mtDNA

•Caratterisitche: Anemia sideroblastica e disfunzione pancreas esocrino;disfunzione pancreas esocrino;

•Fatale nell’infanzia. Pazienti sopravvissuti sviluppano sintomi riconducibili alla KSS, meno di 100 casi accertati nel mondo.

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ETEROPLASMIA EDEFFETTO SOGLIA

•Eteroplasmia: mtDNA mutato + mtDNA sano;

•Effetto soglia: rapporto limite tra mtDNAmutato ed mtDNA inalterato, oltre il quale si 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.

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E la ricerca?

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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 raggruppa 51 laboratori di ricerca, per chiarire i meccanismi molecolari, cellulari e fisiopatologici

delle malattie mitocondriali con lo scopo di identificare terapie efficaci.

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Il caso della scimmia con due madri

Messa a punto di un metodo sperimentale di fecondazione assistita:

Trasferimento del materiale genetico da un oocita 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 hanno il potenziale di permettere ad una coppia di avere un figlio biologicamente

proprio.

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GFER (nDNA)

La mutazione di questo gene è alla base di tre patologie differenti patologie:

1. Cataratta congenita;1. Cataratta congenita;

2. Iposviluppo somatico;

3. Miopatie mitocondriali.

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La proteina codificata da tale gene offre un importante apporto al mitocondrio in piccole proteine mitocondrio in piccole proteine

essenziali per la catena respiratoria

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