Mitokondriyal hastalıklarda retrospektif değerlendirme ile fenotip, genotip ilişkisinin belirlenmesi
Assessment of phenotype and genotype relationship in mitochondrial diseases, retrospective evaluation
Yazar: FULYA ÖZDEMİRCİOĞLU
Danışman: PROF. DR. GÜLDEN FATMA GÖKÇAY
İstanbul Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2020
Konu: Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları = Child Health and Diseases
Dizin: Fenotip = Phenotype ; Genotip = Genotype ; Mitokondrial hastalıklar = Mitochondrial diseases ; Mitokondriler = Mitochondria ; Moleküler analiz = Moleküler analysis ; Retrospektif çalışmalar = Retrospective studies

Özet:
Giriş: Mitokondriyal hastalıklar, kalıtsal metabolik hastalıkların önemli bir bölümünü oluşturan, mitokondriyal solunum zinciri fonksiyon bozukluğu sonucu oksidatif fosforilasyon ve ATP üretiminde aksama ile seyreden, klinik ve genetik heterojenitesi nedeniyle tanı konması oldukça zor bir hastalık grubudur. Mitokondriyal DNA veya nükleer DNA'daki mutasyonlar, belirli bir elektron taşıma zinciri kompleksinin eksikliğine veya transkripsiyon, translasyon yoluyla mitokondriyal disfonksiyona neden olabilir. Tanıda klinik, laboratuvar, radyolojik bulgular, kas, karaciğer, fibroblast gibi doku örneklerinde  histopatolojik ve enzimatik değerlendirme ile moleküler yöntemler yol göstericidir. 
Amaç: Çalışmamızda mitokondriyal hastalıklarda; demografik, klinik, biyokimyasal, radyolojik görüntüleme, histopatolojik ve enzimatik değerlendirme bulgularının retrospektif olarak değerlendirilmesi, moleküler analiz yöntemi ile mitokondriyal solunum zincir bozukluğu gösterilmiş hastalarda fenotip, genotip ilişkisinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır.
Yöntem ve Bulgular: İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp Fakültesi, Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları Anabilim Dalı, Beslenme ve Metabolizma Bilim Dalı Polikliniği'nde Ocak 1990 - Aralık 2020 tarihleri arasında mitokondriyal hastalık tanısı ile izlenen 240 hastanın verilerinin hastane otomasyon sistemi kayıtları ve dosya bilgilerinden ulaşılarak değerlendirmesi planlandı. 27 hasta yeterli tetkik ve izleminin olmaması ya da izlem sürecinde başka tanılar konulması nedeniyle çalışmaya dahil edilmedi. Çalışmaya alınan 213 hastanın, başvuru yaşı ortalaması: 4.5 ± 6.8 yıl (dağılım: 0 – 44 yıl), izlem süresi ortalaması: 5.5 ±5.9 yıl (dağılım: 0 – 33 yıl), güncel yaş ortalaması: 16.6 ± 11.3 yıl (dağılım: 1.3 – 60.7 yıl) idi. Hastaların %45'i kız, %54.5'i erkek, erkek/kız oranı 1.2'ydi. İlk klinik bulgu görülme yaşı en sık 1-12 ay dönemindeydi. Hastaların %55.8'inde akraba evliliği öyküsü mevcuttu. Mortalite oranı %14.4, ölüm yaş ortalaması: 2.5 ± 2.8 yıl (dağılım: 0.04 – 7.7 yıl) idi. Hastaların %91.5'i multisistem tutulumlu olup, en sık kas (%88.6) ve merkezi sinir sistemi (%80.5) tutulumu görüldü. Hastaların %17.4'ünde kalp tutulumu mevcut olup, %91'ini kardiyomiyopati oluşturuyordu. Hastaların %17.6'sında göz tutulumu olup, bunların %38'inde optik atrofi olduğu gösterildi. Laboratuvar bulgularında en sık %72.2 laktat, %51.1'inde alanin yüksekliği, %39.4'ünde metabolik asidoz görüldü. Kraniyal MR görüntülemede; en sık %50.3 bazal gangliyonlarda sinyal artışı ve 2. sıklıkta %11.4 atrofi görüldü. Kas biyopsisi ile histopatolojik değerlendirmede 164 hastadan %68.3'ünde hastalık ile uyumlu değişiklikler, %46.3'ünde lipit birikim miyopatisi, %20.7'sinde mitokondriyal miyopati, %1.2'sinde "red ragged fibres" görüldü. Solunum zinciri enzim aktivitesi değerlendirilen 61 hastanın %55.7'sinde kompleks aktivitelerinde azalma, en sık izole kompleks I ve izole kompleks IV eksiklikleri görüldü. Moleküler analiz ile değerlendirilen 104 hastadan 31'inde (%29.8) hastalık ile ilişkili gen değişikliği; 8'inde mtDNA, 23'ünde nDNA değişimleri saptanmıştı. 213 hastanın 47 (%22)'sinde Leigh, LHON, MELAS, Kearns Sayre, Pearson sendromu, MINGIE gibi tanımlanmış mitokondriyal sendromlar ve en sık %53.1 (n=25) ile Leigh sendromunun görüldüğü gösterildi. Toplumda nadir görülen ve hastalık ile ilişkili olduğu düşünülen varyantlar çalışmaya dahil edildi. Hastaların fenotip özelliklerinin literatürdeki genetik verilerle uyumlu olduğu görüldü.
Sonuç: Hastaların klinik değerlendirmesi ile fenotip özelliklerinin belirlenmesi ve genotip korelasyonunun incelenmesi tanıda yol gösterici olmakla beraber, mitokondriyal hastalığın heterojen bir hasta grubu olduğu ve aynı gen değişikliğinde farklı kliniklerle ortaya çıkabileceği unutulmamalıdır.
Anahtar kelimeler: Mitokondriyal hastalık, fenotip, genotip, moleküler analiz

Abstract:
Introduction: Mitochondrial diseases constitute an important part of hereditary metabolic diseases, which progress with disruption in oxidative phosphorylation and ATP production as a result of mitochondrial respiratory chain dysfunction. Diagnosis is very difficult due to its clinical and genetic heterogeneity. Mutations in mitochondrial DNA or nuclear DNA can result in mitochondrial dysfunction via total lack of a specific electron transport chain complex or through transcription and translation defect. Clinical, laboratory, radiological findings and histopathological or enzymatic evaluation of tissue samples such as muscle, liver, and fibroblasts via molecular methods are used for diagnosis.
Aim: In our study demographic, clinical, biochemical and radiological features of mitochondrial diseases together with histopathological and enzymatic evaluation findings were evaluated retrospectively, aiming to assess the phenotype and genotype relationship in patients with mitochondrial respiratory chain disorder diagnosed using molecular  analysis methods.
Method and Findings: In our study, 240 patients who were followed with the diagnosis of mitochondrial diseases diagnosis between January 1990 and December 2020 at the Department of Pediatric Nutrition and Metabolism in Istanbul University Istanbul Medical Faculty were evaluated using the hospital automation system records and patient files. Twenty-seven patients were excluded from the study due to lack of adequate information or change in diagnosis. For 213 patients who are included; average age at presentation was 4.5 ± 6.8 years (range: 0 – 44 years), average follow-up period was 5.5 ±5.9 years (range: 0 – 33 years), and average current age was 16.6 ± 11.3 years (range: 1.3 – 60.7 years). In the study group, 45% of the patients were girls, 54.5% were boys, and the male / female ratio was 1.2. The most common age for onset of first clinical signs was in the 1-12 months period. Consanguineous marriages were present in patient history for 55.8%. Mortality rate was 14.4% with average age of death being 2.5 ± 2.8 years (range: 0.04 to 7.7 years). Multisystem involvement was present in 91.5% of the patients, and the most common involvement was skeletal muscles (88.6%) and central nervous system (80.5%).
Cardiac involvement was present in 17.4% of the patients, and 91% of this involvement was manifested as cardiomyopathy. It was shown that 17.6% of the patients had ocular involvement, and 38% of this group had optic atrophy. As for the laboratory findings, 72.2% patients had elevated lactate levels, 51.1% had elevated alanine levels and 39.4% had metabolic acidosis.  The most common cranial MR imaging finding was increase in basal ganglia signal (present in 50.3%) followed by atrophy in %11.4. Histopathological evaluation with muscle biopsy performed for 164 patients, showing disease-compatible changes in 68.3%, lipid accumulation myopathy in 46.3%, mitochondrial myopathy in 20.7%, and "red ragged fibers" in 1.2%. Respiratory chain enzyme activity was evaluated in 61 patients among which decrease in complex activities seen in 55.7%, isolated complex I and isolated complex IV deficiencies constituting the most. Molecular analysis perfomed in 104 patients, of which 29.8% had disease-related genetic changes. Among these patients; 8 had mtDNA and 23 had nDNA changes. In 47 (22%) of 213 patients defined mitochondrial syndromes as Leigh, LHON, MELAS, Kearns Sayre, Pearson syndrome, MINGIE were present. Among these, Leigh syndrome was most frequently seen with 53.1% (n = 25). Variants that are rare in the population and thought to be associated with the disease were included in the study. It was observed that the phenotype characteristics of the patients were compatible with the genetic data in the literature.
Conclusion: Although the correct clinical evaluation of the patients and the evaluation of the genotype correlation are guiding in the diagnosis, it should be kept in mind that mitochondrial diseases are a heterogeneous group and different clinical presentations are possible for identical genetic mutations. 
Keywords: Mitochondrial diseases, phenotype, genotype, molecular analysis