Test av respirasjonskjeden i muskelbiopsi (oxygrafi)

Mistanke om mitokondriesykdom, svikt i respirasjonskjeden.

Pasientforberedelse

Ingen.

Prøvetaking

Muskelbiopsi tas kun på inneliggende pasienter ved OUS og etter egen avtale med Seksjon for medfødte metabolske sykdommer.

Avdeling for medisinsk biokjemi, Seksjon for medfødte metabolske sykdommer, Rikshospitalet.

1 mnd.

Den største delen av cellenes energiproduksjon i form av ATP dannes i mitokondriene ved hjelp av respirasjonskjeden. Respirasjonskjeden befinner seg i den indre mitokondriemembranen og består av 5 store proteinkomplekser.

• Kompleks I NADH dehydrogenase-ubiquinone oxidoreductase
• Kompleks II Succinate dehydrogenase-ubiquinone oxidoreductase
• Kompleks III Ubiquinone-cytochrome c oxidoreductase
• Kompleks IV Cytochrome c oxidase (COX)
• Kompleks V ATP synthase

I respirasjonskjeden inngår også to elektronbærere Ubiquinone (coenzym Q10) og Cytochrome c.

Til sammen inngår et stort antall subenheter (~90) i kompleksene, hvilket betyr at mutasjoner i en lang rekke gener kan lede til svekket respirasjonskjede og mitokondriesykdom. Med unntak av kompleks II har alle kompleksene minst én subenhet som er kodet av mitokondrielt DNA. Det betyr at en respirasjonskjedesvikt kan følge all mulig arvegang inkludert den mitokondrielle arvegangen. Sykdomsgivende mutasjoner i mitokondrielt DNA kan føre til mosaikker av sykt og friskt vev i et stokastisk mønster hos pasientene.

De kliniske symptomene ved mitokondriesykdom er svært varierte, men det er særlig energikrevende vev som blir rammet som nerve- og muskelvev. Nevrologiske symptomer er derfor blant de vanligste for denne gruppen. Samtidige symptomer fra helt ulike organsystemer er også typisk. Svekket respirasjonskjede fører til økt anaerob energiproduksjon og typisk til laktatopphopning i plasma og/eller spinalvæske.

Test av respirasjonskjeden i biopsi er den mest direkte måten å påvise eventuell svekkelse på. Ved oksygrafi av intakte mitokondrier fra muskelvev testes hele elektrontransporten gjennom alle fem komplekser og to elektronbærere. Både aktiviteten i enkeltkompleksene og samspillet mellom dem testes på denne måten. Kompleks I, II og IV stimuleres suksessivt for eventuelt å lokalisere en defekt til riktig kompleks. Oksygrafien tester respirasjonskjeden ved så nær fysiologiske forhold som mulig. I samme utredning testes også kompleksenes maksimale kapasitet enkeltvis ved en annen metode (spektrofotometri). Eventuelle forandringer i enzymkompleksene kan slå ulikt ut ved de to metodene.

Kompleks V (ATP-syntasen) testes ikke direkte med dette systemet, men tilsetning av en såkalt ”utkopler” (fccp) i løpet av testprosedyren vil kunne gi en indikasjon dersom kompleks V er svekket. Ved kompleks V-svikt vil oksygenforbruket øke betydelig (kompleks IV) dersom kompleks V ”koples ut”.

Manuell metode.

Fersk muskelbiopsi prepareres skånsomt slik at mitokondriene forblir intakte. Respirasjonskjeden testes ved hjelp av OROBOROS Oxygraph-2k. Substrater for de ulike kompleksene tilsettes prøven suksessivt og kompleksaktiviteten registreres ved å måle oksygenforbruket. Aktiviteten angis i nmol oksygen pr sekund og gram protein.