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Maladies mitochondriales

de l’adulte

Benoît Funalot

Département de Génétique, GH Henri Mondor

Centre de référence CARAMMEL

Meetochondrie 2015

Guidel

Maladies causées par une mutation de l’ADN

mitochondrial

Mutation ponctuelle

Délétion unique

Maladies causées par des mutations de l’ADN

nucléaire

Anomalies de la maintenance d’ADNmt

Anomalies de la dynamique mitochondriale

Maladies mitochondriales

Déficit enzymatique de la chaîne respiratoire

Déficit d’un complexe isolé

Déficit combiné de plusieurs complexes

Primaire

Secondaire

Parfois absence de déficit objectivable par

l’analyse enzymatique (notamment chez l’adulte)

Maladies mitochondriales

Symptômes évocateurs

Baisse d’acuité visuelle bilatérale subaiguë

Association diabète sucré-surdité

Myopathie mitochondriale (ophtalmoplégie externe

progressive et déficit musculaire des ceintures)

Association de symptômes neurologiques/métaboliques

évocateurs: MELAS, MERRF, SANDO,…

Examens paracliniques: biopsie de muscle +++,

imagerie

Diagnostic des maladies

mitochondriales de l’adulte

Atteinte multi-organes «illégitime»

PancreasDiabetes mellitusExocrinopathy

Bone marrowSideroblastic anemiaNeutropeniaThrombopenia

IntestineDiarrhea

Vomiting

Growth failure

Peripheral nervesAtaxiaSensory-motor deficits

KidneyProximal tubulopathy Glomerulosclerosis

MuscleMyopathy

Myoglobinuria

myalgias

intolérance à l'effort

HeartCardiomyopathyConduction blocks

Endocrine systemGH deficiencyHypoparathyroidism

CNSRegressionEpilepsyAtaxiaStroke-like episodesMigraine

EarNeurosensory deafness

LiverHepatomegalyLFT abnormalitiesHepatic failure

Eye PtosisOphthalmoplegiaCataractDegenerative retinopathyOptic atrophy

Atteinte musculaire des maladies mitochondriales:

les ophtalmoplégies externes progressives

(PEO)

Clinique:

Atteinte de la musculature extrinsèque de l’oeil

ophtalmoplégie/parésie + ptosis

Atteinte de la musculature squelettique (racines des

membres) souvent associée à une fatigabilité et une

intolérance à l’effort

Paraclinique

Biopsie musculaire

Imagerie: IRM +++

Tr. de Gomori NADH

Mutations ponctuelles et

délétions de l’ADNmt

Quelques vignettes cliniques

et thérapeutiques

La mutation "MELAS" m.3243A>G

Toujours hétéroplasmique

En fonction du taux d’hétéroplasmie et des

tissus atteints: Syndrome MELAS (Mitochondrial Encephalomyopathy,

Lactic Acidosis and Stroke-like episodes)

Myopathie mitochondriale

Syndrome diabète-surdité (+/- dystrophie rétinienne)

tRNALeu

3'

5'

G C

T A

T A

A T

A T

G C

A TTGT

C A

C

GT

T T AA

CT TG A C G

C T G C

AG

CC

G T AA

C

G

A

C

T

TA

A

A

C

A

T C T C C

A G A G G

T A

A T

A T

A T

3243A>G

3271T>C

A

Stroke-like episodes

céphalées, vomissements

pseudo- accidents vasculaires cérébraux

responsables de déficits focaux (moteurs, visuels), coma

crises d'épilepsie focales ou généralisées

Physiopathologie des épisodes

stroke-like

– Cytopathie mitochondriale

• Déficits CR (CI, CIV…), métabolisme anaérobie, diminution

pot. mb, baisse marquée de la production d’ATP…

œdème cytotoxique

– Angiopathie mitochondriale

• Accumulation anormale de mitochondries dans

l’endothelium et les cell. musculaires lisses de la paroi

vasculaire, avec hyperactivité Cox et consommation de NO

œdème vasogénique

– Hyperexcitabilité neuronale

• Demande énergétique forte (vs défaut de phosphorylation

oxydative)

La mutation "MELAS" m.3243A>G

Extrême variabilité phénotypique+++

Ex: Homme de 57 ans

Un frère atteint de MELAS (décédé des complications de l’atteinte cérébrale)

Lui-même: syndrome diabète-surdité, isolé jusqu’à l’âge de 55 ans

Apparition de déficits neurologiques et d’un aspect IRM typique de MELAS

Récidive + dégradation rénale au cours des 2 années suivantes

Vigilance armée

Surveillance ciblée

PancreasDiabetes mellitusExocrinopathy

Bone marrowSideroblastic anemiaNeutropeniaThrombopenia

IntestineDiarrhea

Vomiting

Growth failure

Peripheral nervesAtaxiaSensory-motor deficits

KidneyProximal tubulopathy Glomerulosclerosis

MuscleMyopathy

Myoglobinuria

myalgias

intolérance à l'effort

HeartCardiomyopathyConduction blocks

Endocrine systemGH deficiencyHypoparathyroidism

CNSRegressionEpilepsyAtaxiaStroke-like episodesMigraine

EarNeurosensory deafness

LiverHepatomegalyLFT abnormalitiesHepatic failure

Eye PtosisOphthalmoplegiaCataractDegenerative retinopathyOptic atrophy

Apport de l’IRM:

l’exemple des dysfonctions du complexe I

Homme de 27 ans, LHON

avec complic. neurol.

mutation m.14484A>G

MTND6, p.Met64Val

Homme de 50 ans, syndr.

parkinsonien atypique

mutation m.10191T>C

MTND5, p.Ser45Pro

Enfant de 4 mois,

syndrome de Leigh

mutation m.10191T>C

MTND5, p.Ser45Pro

Thérapeutiques proposées

• L-Arginine, MELAS et autres maladies

mitochondriales

• Coenzyme Q10 et molécules dérivées

• Entraînement/réentraînement à l’exercice

physique

L-Arginine et MELAS

• Effet vasodilatateur

• L-arginine: substrat de la NO synthase

Arginine Citrulline + NO

• Autres effets cellulaires

• Diminution du stress oxydatif, de la recapture de

glutamate, stimulation du cycle de Krebs…

L-Arginine et MELAS:

le 1er essai clinique japonais

• Administration IV de L-Arginine chez 24 patients• Tous porteurs de mutation 3243A>G

• Age: 8-30 ans (âge moyen: 19 ans)

• Etude portant sur un total de 34 épisodes « stroke-like »

• Perfusion administrée dans les 3 heures suivant

l’apparition des signes neurologiques

• Comparaison en simple aveugle:

– L-Arginine, 500 mg/kg (22 épisodes) vs placebo

• Effet bénéfique sur tous les signes cliniques (nausées/vom.,

signes visuels, déficits neurologiques..) chez 85-100% des

patients en moins de 24 heures

L-Arginine orale

• Chez 6 patients, en ouvert

– 150-300 mg/kg/jour (4-24 g/jour), pendant 24 mois

– En France, Arginine Veyron® (solution buvable) sur

prescription médicale (mais pas d’AMM pour les MM).

Koga et al, 2007

L-Arginine:

Questions non résolues

• Mode d’action de la molécule?

– Modèles cellulaires (mutations mtDNA)

• Effet bénéfique sur d’autres manifestations

(musculaires) de la mutation m.3243A>G

• Effet sur d’autres maladies mitochondriales

– Primitives (mutations/délétions mtDNA)

– Secondaires?

Coenzyme Q10 et dérivés

• Coenzyme Q10:

– Molécule lipophile, diffusible

– Membrane interne de la mitochondrie

• Transfert des électrons des complexes I et II au complexe III

Succinate

O2

ADPATP

Pi

Q

NADH+H+

H+

Complexe I C.II C.III C.IV C.V

Matric

e

Membrane externe

H2O

Q

EIM

Membrane

interne

H+ H+ H+

NAD+

Fumarate

e-

c

Cytosol

Q10

Coenzyme Q10 et dérivés (2)

• Autres effets du Coenzyme Q10:

– Anti-oxydant

– Protection contre la mort cellulaire

• Dérivés à chaine courte du coenzyme Q10

– Idébénone (Mnésis®, Raxone®), Mito-Q

– Dérivés hydrophiles pas d’intégration dans la

membrane mitochondriale interne (mais bonne

biodisponibilité)

– Effet anti-oxydant et sur la mort cellulaire

Indications du CoQ10

• Déficits primitifs et secondaires en CoQ10

– Déficits primitifs: rares, formes infantiles, neurologiques

(Leigh, ataxie,…)

– « Formes myopathiques » (AR) de déficit en CoQ10

• Mutations du gène ETFDH (Gempel et al, Brain 2007)

• Alléliques de/identiques à l’acidurie glutarique de type II, sous-

type III (déficits multiples en Acyl-CoA déshydrogénases)

• Effet bénéfique de la supplémentation en CoQ10

• Posologie: 5-10 mg/kg/jour

Indications du CoQ10 (2)

• Déficits secondaires en CoQ10

– Mis en évidence dans une fraction des myopathies

mitochondriales (Sacconi et al, 2010)

• Mutations identifiées (pt/del mtDNA)

• 28/76: déficit en CoQ10

– Effet bénéfique de la supplémentation en

CoQ10 chez les patients avec déficit

(7/8 vs 1/15 chez les patients non déficitaires)

– posologie: 300 mg/jour

Dérivés à chaine courte du CoQ10

• Idébénone (Mnésis®, Raxone®)

• 10-20 mg/kg/jour

– Biodisponibilité correcte, assez mauvais

passage de la BHE

– Indications:

• Neuropathie optique héréditaire de Leber (900 mg/j)

• Cardiomyopathie d’origine mitochondriale (primitive

ou secondaire): Friedreich, autre (m.3243A>G)?

Exercice aérobie et myopathies

mitochondriales

• Essai randomisé contrôlé (Cejudo et al, 2005)

– 10 sujets traités et

– Durée: 12 semaines

– Exercice des MI sur bicyclette ergométrique à 70% de

la VO2max, soulèvement de poids (50% de la capacité

maximale aux MS

– Effet bénéfique sur

• force musculaire (+30-50%)

• endurance (+60%)

• VO2max (+30%)

Exercice aérobie et myopathies

mitochondriales (2)

• myopathies mitochondriales avec mutations

prouvées (Jeppesen et al, 2006)• Durée: 12 semaines, exercice idem

• 6 délétions, 14 mutations ponctuelles

(13 patients m.3243A>G)

• Effet bénéfique sur force musculaire, endurance et VO2max

(+30%)

• Exercice prolongé (12 mois)

(Jeppesen et al, 2009):• Bénéfice préservé, pas d’effet indésirable

Anomalies de la maintenance de

l’ADN mitochondrial

Maintenance de l’ADNmt

CI

CII

CIII CIV CV

mtDNA

Réplication

Réparation Synthèse des dNTP

Déplétions de l’ADNmt

Formes graves et précoces le plus souvent

Délétions multiples de l’ADNmt

Anomalies "répétitives" de

synthèse/réparation de l’ADNmt

Trouvées avant tout dans le muscle

Principales anomalies de la

maintenance de l’ADNmt

Présence de délétions de l’ADNmt sur biopsies

musculaires « normales »

À partir de l’âge de 40 ans

Augmentant avec l’âge

Très abondantes après 60 ans

Lien avec le déclin de la fonction musculaire lié

à l’âge?

Diagnostic difficile après 40 ans !

Pathologies associées aux désordres

de la maintenance de l’ADNmt

1- Les débuts...

OEP et mutations de POLG

Transmission autosomique dominante

Mutation: c.2864A→G - Y955C

OEP et mutations de POLG

ET autosomique récessive

Mutations:

c.1399G>A - p.A467T

c.911T>G - p.L304R

Mutations:

c.1399G>A - p.A467T

c.8G>C - p.R3P

dNTP

dNTPdNTP

dNTP

dNTP

Twinkle

POLG1

mtSSB

POLG2

OEP par désordre de la maintenance

de l’ADNmt

2- La suite

POLG: AD + AR

dNTP

dNTPdNTP

dNTP

dNTP

Twinkle

POLG1

mtSSB

POLG2

OEP par désordre de la maintenance

de l’ADNmt

2- La suite

POLG: AD + AR

POLG2: AD

dNTP

dNTPdNTP

dNTP

dNTP

Twinkle

POLG1

mtSSB

POLG2

PEO par désordre de la maintenance

de l’ADNmt

2- La suite

POLG: AD + AR

POLG2: AD

TWINKLE: AD

OEP par désordre de la maintenance

de l’ADNmt

2- La suite

POLG: AD + AR

POLG2: AD

TWINKLE: AD

ANT1: AD (Adenosine Nucleotide Translocator 1)

OEP par désordre de la maintenance

de l’ADNmt

2- La suite

POLG: AD + AR

POLG2: AD

TWINKLE: AD

ANT1: AD

P53R2 (RRM2B): AD

R1R1

p53R2p53R2

NDP dNDP

OEP par désordre de la maintenance

de l’ADNmt

2- La suite

POLG: AD + AR

POLG2: AD

TWINKLE: AD

ANT1: AD

P53R2 (RRM2B): AD

DNA2: AD (hélicase réplication +/- réparation de l’ADNmt)

3- Formes “compliquées” avec mutations de POLG

Filosto et al., Archives of Neurology 2003

PEO + retard mental, neuropathie périphérique, surdité,

troubles de la motilité intestinale, hypogonadisme...

Atteinte “multi-systémique”

OEP par désordre de la maintenance

de l’ADNmt

Ataxies autosomiques récessives

par mutations de POLG

neuropathie sensitive ET ataxiante

Van Goethem et al., Neuromuscular disorders 2003

SANDO: Sensory ataxic neuropathy, dysarthria and ophthalmoplegia

ataxie proprioceptive ET cérébelleuse

Hakonen et al., American Journal of Human Genetics 2005

Winterthun et al., Neurology 2005

MIRAS: Mitochondrial recessive ataxia syndrome

Mutations p.W748S et p.A467T +++

épilepsie

Van Goethem et al., Neurology 2003

SCAE: Spinocerebellar ataxia with epilepsy (“MSCAE”)

syndrome parkinsonien, ménopause précoce

Luoma et al., Lancet 2004

MELAS (stroke-like episodes)

Deschauer et al., Neurology 2007

Ataxies autosomiques récessives

par mutations de POLG (2)

Formes à début trompeur

ataxie SANS OEP (pendant une durée prolongée)

Van Goethem et al., Neurology 2004

neuropathie de type CMT2

Harrower et al., Archives of Neurology 2008

épilepsie (céphalées migraineuses)

Van Goethem et al., Neurology 2004; Engelsen et al., Brain 2008

Ataxies autosomiques récessives

par mutations de POLG (3)

Ataxies autosomiques récessives

par mutations de POLG

Données paracliniques

IRM cérébrale

hypersignaux thalamiques

Ataxies autosomiques récessives

par mutations de POLG

Données paracliniques

IRM cérébrale

HS des noyaux dentelés

Spectroscopie: pic de lactate

Ataxies autosomiques récessives

par mutations de POLG

Données paracliniques

ENMG: neuropathie périphérique

Formes axonales sensitives ++

Ganglionopathie: très évocateur

Souvent neuropathie sensitive longueur-dépendante

26 patients sélectionnés en function des mutations

(Tzoulis et al., Brain 2006)

A467T / A467T

A467T / W748S

W748S / W748S, + 1: W748S / -

continuum clinique ++

âge de début: 2-55 ans

13/26: début par épilepsie, 22/26 épileptiques (crises partielles),

20 status epilepticus

défaillance hépatique, induite par la prise de VPA (Dépakine)

lésions occipitales à l’IRM chez 14 patients

Association à ataxie et neuropathie (3/26: neuropathie clinique)

PEO absente chez 13/26, apparue entre 25 et 65 ans

Formes frontières avec l’enfant

Un cas particulier d’anomalie

de la maintenance de l’ADNmt

le syndrome MNGIE

Mitochondrial Neuro-Gastro-Intestinal Encephalomyopathy

Transmission autosomique récessive

Mutations du gène TYMP:

Thymidine phosphorylase cytosolique

MNGIE: signes cliniques

TOUS les patients présentent TOUS les critères

diagnostiques:

Signes digestifs (dysmotilité sévère)

Signes neurologiques:

ophtalmoparésie-ptosis

neuropathie périphérique

Imagerie: leuco-encéphalopathie diffuse

Signes de dysfonctionnement mitochondrial

(biopsie/biologie)

MNGIE: signes cliniques

Mais…

Âge de début variable

Moyenne=18 ans (5mois-43 ans)

Intensité variable des différents signes cliniques

Sévérité (initiale ou secondaire) des signes gastro-intestinaux

Dénutrition le plus souvent sévère

Cachexie et mort prématurée

Moyenne=38 ans (27-56 ans)

MNGIE: signes cliniques

Gastro-entérologiques Borborygmes (96%)

Douleurs abdominales (94%)

Diarrhée (93%)

Satiété précoce (93%)

Nausées-vomissements (74%)

Diverticulose (67%)

Pseudo-obstruction (65%)

Gastroparésie (57%)

Hépatopathie (22%)

Une histoire clinique

• Homme de 29 ans, 1,72m

• Parents consanguins

• Début à 25 ans par des symptômes digestifs:

douleurs abdominales, flatulences, constipation,

diarrhée intermittente: P.O.I.C.

• Perte de 21 kg en 3 ans (60 kg 39 kg)

Une histoire clinique (2)

• A l’examen:

– Maigreur avec amyotrophie majeure, diffuse

– Troubles sensitifs distaux, abolition des ROT achilléens

– Ptosis, ophtalmoparésie (regard vers le haut)

• Electromyogramme:

– Polyneuropathie démyélinisante avec atteinte axonale

secondaire

L’atteinte gastro-entérologique

Trouble de la motilité diffus

Dû à une myopathie viscérale

Giordano et al.,

Gastroenterology 2006

La neuropathie périphérique

Perte de fibres myélinisées (biopsie),

mitochondries anormales (« dystrophiques »)

Gravité variable, souvent modérée

Parfois pseudo-CMT

Said et al, J Neurol 2005

MNGIE: IRM

Toujours anormale

Leucoencéphalopathie diffuse

Spectroscopie-RM

Pas de pic de lactate

Schüpbach et al.,

J Neurol 2007

MNGIE: biopsie musculaire

Anomalies morphologiques (100%)

Fibres rouges déchiquetées (RRF)

Fibres Cox-négatives

Déficits variés de la CR (50%)

IV, I+IV, multiples…

Délétions multiples de l’ADN (50%)

MNGIE: analyses biochimiques

Acidose lactique (63%)

Détection des nucléosides plasmatiques

Thymidine: 8,6±3,4 µMol/L (5,5-24,4)

deoxyUridine: 14,2±4,4 µMol/L (3,9-17,7)

Activité thymidine phosphorylase effondrée

<5% Nle; souvent indétectable

Marti et al, Clin Chem 2004

MNGIE: traitement

• Transfusions de plaquettes

– Effet transitoire (« preuve de concept »)

[dThd] plasma & urine

Activité TP

Lara et al,

Neurology 2006

MNGIE: traitement (2)

• Transfusions de globules rouges « rechargés » en TP

– TP d’E. coli, effet bénéfique chez un patient avec atteinte

modérée (28 ans)

• Sur les signes neurologiques (myopathie + neuropathie périphérique

• Sur la dysfonction intestinale (poids: 5761kg)

Bax et al,

Neurology 2013

MNGIE: traitement (3)

• Greffe allogénique de moelle osseuse– Deux patients:

• Patient 1: échec, décès par complication du MNGIE

• Patient 2: succès de la greffe

effet persistant sur: - l’activité TP

- [dThd] & [dUrd]

effet positif sur: - douleurs abdo.

- tr. de déglutition

- signes de N.P.

Hirano et al, Neurology 2006

MNGIE: traitement (4)

• Dialyse péritonéale continue ambulatoire– Patiente de 15 ans: 154 cm, 28 kg (cachexie)

– Douleurs abdo., vomissements (après chaque repas)

– Faiblesse généralisée, ROT abolis aux MI, OPE-ptosis

– Traitement d’abord par hémodialyse, puis relai par DPCA

pendant 3 ans:

» disparition vomissements

» quasi-disparition des douleurs abdominales

» amélioration de l’anorexie

» reprise de 5 kg, retour des règles

» pas d’effet sur les signes neurologiques

Yavuz et al, Arch Neurol 2007

MNGIE: traitement par DPCA

• Mais…

aucun effet sur [dThd] & [dUrd] !

suggère un autre mécanisme

d’action que la simple dimi-

nution des [nucléosides]plasma

Yavuz et al, Arch Neurol 2007

Anomalies de la dynamique

mitochondriale

Maladies causées par des mutations de

protéines de « fusion-fission »

OPA1

protéine de fusion de la membrane interne des

mitochondries, associée au nucléoïde

Mitofusine 2

protéine de fusion de la membrane externe des

mitochondries

Mais aussi dans les interaction mitochondries- RE

et la mitophagie

GDAP1

Protéine de la membrane externe des

mitochondries, rôle encore mal compris

Mutations des protéines des

membranes mitochondriale OPA1

atrophies optiques autosomiques dominantes (AOAD)

Tableaux cliniques « AOAD + » (+ signes neuro.)

MFN2

Neuropathie périphérique de type « Charcot-Marie-

Tooth » (isolée ou associée à une atrophie optique)

CMT2A2 = formes dominantes

Mais aussi CMT2 récessifs

GDAP1

CMT4A =forme démyélinisante récessive

Mais aussi CMT2H et CMT2K (dominant)

Atrophies optiques par mutation de OPA1

ADOA isolées

Début dans l’enfance habituellement

ADOA +

Apparition à l’age adulte de nouveaux symptômes

Ophtalmoplégie

Surdité

ataxie

Biopsie musculaire: myopathie mitochondriale avec

délétions multiples

Physiopathologie: anomalie de la maintenance de

l’ADNmt secondaire à un défaut de fusion et/ou à une

interaction directe avec le nucléoïde et la réplication

de l’ADNmt

Mutations de MFN2 et GDAP1

Neuropathies périphériques sensitivo-motrices

« longueur-dépendantes »

Anomalies des mitochondries axonales en

microscopie électronique

Conclusion…

• Le panorama des maladies mitochondriales

s’élargit et se complexifie

• La physiopathologie est (un peu) mieux comprise

• Le temps du traitement est venu…

• Nécessité d’essais cliniques• Petits effectifs

• Essais collaboratifs

• Evaluation standardisée des patients• Testing musculaire (atteinte proximale)

• Evaluation des atteintes des différents systèmes

• Qualité de vie, …

Remerciements

• Tous les collègues (et amis), actuels et passés

– Et tout particulièrement le centre de référence

CARAMMEL

• Les patients atteints de maladies mitochondriales,

leurs familles et leurs associations

• Et l’audience, pour son attention!