Mitochondriální nemoci jsou skupinou genetických a metabolických poruch vztahujících se k mitochondriím, organelám, které jsou „tahouny“ eukaryotických buněk, které tvoří životní formy vyššího řádu (včetně člověka). Mitochondrie přeměňují energii molekul potravy na ATP, který pohání většinu buněčných funkcí.
Mitochondriální onemocnění zahrnují ty poruchy, které tak či onak ovlivňují funkci mitochondrií a/nebo jsou způsobeny mitochondriální DNA. Mitochondriální onemocnění nabývají jedinečných vlastností jednak kvůli způsobu, jakým jsou onemocnění často dědičná, a jednak proto, že mitochondrie jsou tak kritické pro funkci buněk. Podtřída těchto onemocnění, která mají příznaky neuromuskulárního onemocnění, je často označována jako mitochondriální myopatie.
Existují určité důkazy pro mitochondriální dysfunkci jako molekulární základ bipolární poruchy. Klasická mitochondriální onemocnění se navíc vyskytují u podskupiny jedinců s autismem a jsou obvykle způsobena genetickými anomáliemi nebo deficity mitochondriální respirační dráhy.
Mitochondriální dědičnost se chová jinak než autosomální a pohlavně vázaná dědičnost. Jaderná DNA má dvě kopie na buňku (kromě spermií a vajíček). Jedna kopie se dědí od otce a druhá od matky. Mitochondrie však obsahují vlastní DNA a obvykle obsahují pět až deset kopií, všechny se dědí od matky (podrobnější schéma dědičnosti viz mitochondriální genetika). Když se mitochondrie rozdělí, jsou přítomné kopie DNA náhodně rozděleny mezi dvě nové mitochondrie a tyto nové mitochondrie pak vytvářejí více kopií. V důsledku toho, pokud je jen několik kopií DNA zděděných od matky defektních, může mitochondriální dělení způsobit, že většina defektních kopií skončí jen v jedné z nových mitochondrií. Mitochondriální onemocnění se začíná projevovat, jakmile počet postižených mitochondrií dosáhne určité úrovně; tento jev se nazývá „prahová exprese“.
Ne všechny enzymy a další složky nezbytné pro správnou mitochondriální funkci jsou zakódovány v mitochondriální DNA. Většina mitochondriální funkce je místo toho řízena jadernou DNA.
Mutace mitochondriální DNA se vyskytují často, kvůli nedostatečné schopnosti kontroly chyb, kterou jaderná DNA má. To znamená, že mitochondriální poruchy se často vyskytují spontánně a relativně často. Někdy enzymy, které kontrolují duplikaci mitochondriální DNA (a které jsou kódovány geny v jaderné DNA) jsou defektní, což způsobuje, že mitochondriální DNA mutace se vyskytují rychle.
Účinky mitochondriálního onemocnění mohou být značně různorodé. Vzhledem k tomu, že distribuce vadné DNA se může v jednotlivých orgánech těla lišit, mutace, která u jedné osoby může způsobit onemocnění jater, může u jiné osoby způsobit poruchu mozku. Závažnost defektu může být navíc velká nebo malá. Některé drobné defekty způsobují pouze „intoleranci cvičení“, bez vážného onemocnění nebo postižení. Jiné defekty mohou závažněji ovlivnit činnost mitochondrií a mohou způsobit závažné celotělové dopady. Obecně platí, že mitochondriální onemocnění jsou nejhorší, pokud jsou vadné mitochondrie přítomny ve svalech nebo nervech, protože se jedná o buňky těla, které jsou nejvíce energeticky náročné.
Nicméně, i když mitochondriální onemocnění se velmi liší v prezentaci od člověka k člověku, několik hlavních kategorií onemocnění byly definovány, na základě nejčastějších příznaků a konkrétní mutace, které mají tendenci je způsobit:
Příznaky zahrnují špatný růst, ztrátu svalové koordinace, svalovou slabost, problémy se zrakem, problémy se sluchem, poruchy učení, srdeční onemocnění, onemocnění jater, onemocnění ledvin, gastrointestinální poruchy, respirační poruchy, neurologické problémy, autonomní dysfunkce a demence.
Účinky mitochondriálního onemocnění mohou být značně různorodé. Vzhledem k tomu, že distribuce vadné mitochondriální DNA se může v jednotlivých orgánech těla lišit a každá mutace je modulována jinými variantami genomu, mutace, která u jednoho jedince může způsobit onemocnění jater, může u jiného člověka způsobit poruchu mozku. Závažnost specifického defektu může být také velká nebo malá. Některé drobné defekty způsobují pouze „nesnášenlivost cvičení“, bez vážného onemocnění nebo postižení. Vady často závažněji ovlivňují činnost mitochondrií a vícečetných tkání, což vede k multisystémovým onemocněním.
Mitochondriální onemocnění jsou zpravidla horší, pokud jsou vadné mitochondrie přítomny ve svalech, mozku nebo nervech, protože tyto buňky spotřebují více energie než většina ostatních buněk v těle.
Přestože se mitochondriální onemocnění u jednotlivých osob velmi liší, bylo definováno několik hlavních klinických kategorií těchto onemocnění, založených na nejčastějších fenotypových rysech, příznacích a příznacích spojených s konkrétními mutacemi, které je obvykle způsobují.
Nevyřešenou otázkou a oblastí výzkumu je, zda je za pozorované fenotypové následky ve skutečnosti zodpovědná deplece ATP nebo reaktivní druhy kyslíku.
Mitochondriální poruchy mohou být způsobeny mutacemi, získanými nebo zděděnými, v mitochondriální DNA (mtDNA) nebo v jaderných genech, které kódují mitochondriální složky. Mohou být také výsledkem získané mitochondriální dysfunkce v důsledku nežádoucích účinků léků, infekcí nebo jiných environmentálních příčin (viz MeSH).
Dědičnost mitochondriální DNA se chová jinak než autosomální a sexuálně vázaná dědičnost. Nukleární DNA má dvě kopie na buňku (kromě spermií a vajíček), jedna kopie se dědí od otce a druhá od matky. Mitochondriální DNA se však striktně dědí od matky a každá mitochondriální organela obvykle obsahuje více kopií mtDNA (viz Heteroplasmie). Během dělení buněk mitochondriální kopie DNA náhodně segregují mezi dvěma novými mitochondriemi a tyto nové mitochondrie pak vytvářejí více kopií. Pokud je jen několik kopií mtDNA zděděných od matky defektních, může mitochondriální dělení způsobit, že většina defektních kopií skončí jen v jedné z nových mitochondrií (podrobnější vzorce dědičnosti viz Lidská mitochondriální genetika). Mitochondriální onemocnění se může klinicky projevit, jakmile počet postižených mitochondrií dosáhne určité úrovně; tento jev se nazývá „prahová exprese“.
Mutace mitochondriální DNA se vyskytují často, kvůli nedostatečné schopnosti kontroly chyb, kterou mitochondriální DNA má (viz míra mutace). To znamená, že poruchy mitochondriální DNA se mohou vyskytovat spontánně a relativně často. Vady enzymů, které řídí replikaci mitochondriální DNA (všechny jsou kódovány geny v jaderné DNA), mohou také způsobit mutace mitochondriální DNA.
Většina mitochondriálních funkcí a biogeneze je řízena jadernou DNA. Lidská mitochondriální DNA kóduje pouze 13 proteinů respiračního řetězce, zatímco většina z odhadovaných 1500 proteinů a složek cílených na mitochondrie je kódována jaderným kódem. Vady v mitochondriálních genech kódovaných jaderným kódem jsou spojeny se stovkami klinických fenotypů onemocnění včetně anémie, demence, hypertenze, lymfomu, retinopatie, záchvatů a neurovývojových poruch.
Přestože výzkum probíhá, možnosti léčby jsou v současné době omezené; vitamíny jsou často předepisovány, i když důkazy o jejich účinnosti jsou omezené. Antioxidanty pronikající membránou hrají nejdůležitější roli při zlepšování mitochondriální dysfunkce.
Pyruvát byl nedávno navržen jako možnost léčby.
Vřetenní přenos, kdy je nukleární DNA přenesena do jiné zdravé vaječné buňky a defektní mitochondriální DNA zůstává pozadu, je potenciální léčebný postup, který byl úspěšně proveden na opicích.
Pomocí podobné techniky pronukleárního přenosu vědci z Newcastleské univerzity úspěšně transplantovali zdravou DNA v lidských vajíčkách od žen s mitochondriálním onemocněním do vajíček dárkyň, které nebyly postiženy.
Lidské genetické inženýrství se již v malém měřítku využívá k tomu, aby neplodné ženy s genetickými defekty svých mitochondrií mohly mít děti.
Embryonální mitochondriální transplantace a protofekce byly navrženy jako možná léčba dědičného mitochondriálního onemocnění a alotopická exprese mitochondriálních proteinů jako radikální léčba mtDNA mutační zátěže.
Přibližně u 1 ze 4000 dětí ve Spojených státech se do věku 10 let rozvine mitochondriální onemocnění. Až 4000 dětí ročně se v USA narodí s určitým typem mitochondriálního onemocnění.[citace nutná] Vzhledem k tomu, že mitochondriální poruchy obsahují mnoho variací a podskupin, jsou některé konkrétní mitochondriální poruchy velmi vzácné.
Mnohé nemoci stárnutí jsou způsobeny vadami mitochondriální funkce. Vzhledem k tomu, že mitochondrie jsou zodpovědné za zpracování kyslíku a přeměnu látek z potravin, které jíme, na energii pro základní buněčné funkce, pokud se vyskytnou problémy s mitochondriemi, může to u dospělých vést k mnoha vadám. Patří mezi ně diabetes 2. typu, Parkinsonova choroba, aterosklerotická srdeční choroba, mrtvice, Alzheimerova choroba a rakovina. Mnohé léky mohou mitochondrie také zranit.[citace nutná]