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미토콘드리아 질환의 병인 및 발병 기전에 핵 유전체 돌연변이가 미치는 영향이 불확실하기 때문에, 이에 대한 통일된 분류는 존재하지 않습니다. 기존의 분류는 두 가지 원칙에 기반합니다. 돌연변이 단백질이 산화적 인산화 반응에 참여하는지 여부와 돌연변이 단백질이 미토콘드리아 DNA 또는 핵 DNA에 의해 암호화되는지 여부입니다.
조직 호흡 과정과 산화적 인산화(핵과 순수 미토콘드리아)에 관여하는 미토콘드리아 단백질의 코딩 이중성에 기초하여, 원인 원리에 따라 유전 질환을 3가지 그룹으로 구분합니다.
- 핵 DNA의 유전자 돌연변이로 인한 미토콘드리아 질환:
- 수송 기질의 결함
- 이용기질의 결함
- 크렙스 회로 효소의 결함
- 산화적 인산화 장애
- 호흡 사슬의 장애; 단백질 수입의 결함.
- 미토콘드리아 DNA의 돌연변이에 기반한 미토콘드리아 질환:
- 산발적 돌연변이
- 구조 유전자의 점 돌연변이
- 합성 유전자의 점 돌연변이.
- 게놈 간 신호 전달 효과의 중단과 관련된 미토콘드리아 질환:
- 미토콘드리아 DNA의 다중 삭제는 상염색체 우성 방식으로 유전됩니다.
- 미토콘드리아 DNA의 결손(양의 감소)은 상염색체 열성 유전 방식으로 유전됩니다.
독소, 약물, 노화와 관련된 후천성 미토콘드리아 질환도 있습니다.
지금까지 미토콘드리아 질환의 발병 기전은 상당히 잘 연구되어 왔습니다. 도표 형태로 단계별로 제시하면 다음과 같습니다. 기질의 수송, 산화, 크렙스 회로, 호흡 사슬의 기능, 조직 호흡의 결합, 그리고 산화적 인산화. 기질 수송은 디카르복실산, ATP, ADP, 칼슘 이온, 글루탐산 등을 운반하는 특수 수송 단백질인 트랜스로케이스의 도움을 받아 수행됩니다. 미토콘드리아의 주요 기질은 피루브산과 지방산이며, 이들의 수송은 카르니틴 팔미토일 트랜스퍼라제와 카르니틴에 의해 이루어집니다.
기질의 산화는 피루브산 탈수소효소 복합체의 효소들의 참여로 발생합니다. 이 복합체는 피루브산 탈수소효소, 리포산 아세틸트랜스퍼라제, 리포아마이드 탈수소효소의 세 가지 효소로 구성되어 있으며, 이 효소들이 크렙스 회로에 포함된 아세틸-CoA를 생성합니다. 지방산의 이용은 베타 산화 과정의 여러 단계에서 일어납니다. 이러한 반응에서 생성된 전자는 미토콘드리아의 호흡 사슬로 전달됩니다. 크렙스 회로에서 피루브산이 완전히 분해되어 NAD와 FAD 분자가 생성되고, 이들은 전자를 호흡 사슬로 전달합니다. 호흡 사슬은 5개의 다중 효소 복합체로 구성되며, 그중 4개는 전자를 전달하고, 5번째 복합체는 ATP 합성을 촉매합니다. 호흡 사슬 복합체는 핵 유전체와 미토콘드리아 유전체의 이중 제어를 받습니다.
병인학의 관점에서 미토콘드리아 질환은 3가지 주요 그룹으로 구분할 수 있습니다.
- 산화적 인산화 과정의 질병.
- 지방산 베타 산화 질환.
- 피루브산 대사와 크렙스 회로의 결함.
주요 생화학적 결함의 관점에서 미토콘드리아 질환은 다음과 같은 그룹으로 나뉩니다.
- 기판 수송의 결함.
- 모노카르복시트랜슬로케이스 결핍증.
- 카르니틴-아실카르니틴 수송 장애(1차성 근육 카르니틴 결핍증, 전신성 카르니틴 결핍증, 혼합형 카르니틴 결핍증, 2차성 카르니틴 결핍증, 카르니틴 팔미토일트랜스퍼라제 1 및 2 결핍증, 카르니틴 및 카르니틴 팔미토일트랜스퍼라제 결핍증의 조합).
- 기판 활용의 결함.
- 피루브산 산화 결함:
- 피루브산 탈카르복실화효소 결핍증
- 디하이드로리포일트랜스아세틸화효소 결핍증
- 디하이드로리포일 탈수소효소 결핍증
- 피루브산 탈수소효소 결핍증
- 피루브산 카르복실화효소 결핍증
- 카르니틴 아세틸트랜스퍼라제 결핍증.
- 피루브산 산화 결함:
- 유리지방산 대사의 결함: 지방산 베타 산화의 결함.
- 호흡 사슬 결함.
- NADH:KoQ 환원효소 복합체의 결함(정상 카르니틴 수치와 카르니틴 결핍증).
- KoQ 시토크롬 b, cl-환원효소 복합체의 결함(KoQ-10 결핍, Fe-S 단백질 결핍, 시토크롬 b 결핍, 시토크롬 b와 cl의 결합 결핍).
- 시토크롬 A, A3 결핍증.
- 시토크롬 a, a3 및 b 결핍증.
- 에너지 저장 및 전송의 결함.
- 과대사를 동반한 산화적 인산화 장애(루프트병).
- 과대사가 없는 산화적 인산화 장애.
- 미토콘드리아 ATPase 결핍.
- 아데닌 뉴클레오티드 전위효소 결핍증.
현재 채택된 분류는 병인학적 원칙에 기반하며, 각 그룹 내에서 여러 하위 그룹의 질병이 확인됩니다. 이는 가장 타당한 분류입니다.