Mitokondriyal proteom yaklaşık 1100 proteinden oluşur. Mitokondriyal genom (mtDNA) 13 protein kodlar. Bu 13 protein dışındaki diğer tüm proteinler nükleer genom tarafından kodlanır. Bu nedenle mitokondriyopatisi olan insan hastalıklarının büyük çoğunluğu mtDNA genomundan ziyade nükleer mutasyonlar sonucu oluşur.
Mitokondrinin aksonal farklılaşma, sinaptik dallanma, sinaptik aktarım ve metabolit üretimi gibi çeşitli görevleri vardır. Bu nedenle birçok mitokondriyopati; epilepsi, mikrosefali ve nöroinflamasyon ile karakterizedir.
C2orf69, işlevi tam olarak bilinmeyen ve evrimsel olarak korunmuş protein kodlayan bir gendir. 20 çocuk üzerinde yapılan çalışmalar sonucunda, C2orf69 genindeki mutasyonların sebep olduğu mitokondriyopatinin klinik, genetik ve hücresel özellikleri tanımlandı. Böylece tıp literatürüne Elbracht-Isıkay Sendromu adıyla yeni bir hastalık eklendi.
C2orf69 eksikliğinin neden olduğu resesif bir Mendel bozukluğu
Çalışma, Türk-Kürt kökenli akraba anne babadan doğan etkilenmiş iki erkek kardeşin klinik araştırması ile başladı. İki kardeş de postnatal dönemin ilk 3 ayında multisistem tutulumu ile başvurdu. Tespit edilen klinik bulgular: gelişme geriliği, periyodik ateşler, hipokromik mikrositik anemi ve septik ve aseptik osteomiyelitti. İndeks birey, 12 aylıkken 39 cm baş çevresi ile ileri mikrosefali gösterdi. Kraniyal MRG’de serebral atrofi, Corpus callosum disgenezisi ve lökoensefalopati saptandı. İki kardeş de tekrarlayan nöbetler geçirdi. 1.aileden proband II:1 18 aylıkken pnömoniden hayatını kaybetti. Ekzom dizilimi, chromosome 2 open-reading frame 69’da (C2orf69) potansiyel olarak hastalığa neden olan bir germline homozigot çerçeve kayması varyantı ortaya çıkardı.
Tunus, Suudi Arabistan, İran, Mısır, Suriye, Irak ve Türkiye’den gelen yedi ekstra aileden benzer şekilde etkilenen on sekiz çocuk incelendi. Bütün çocuklarda ilerleyici lökoensefalopati, tekrarlayan nöbetler, septik inflamasyon, gelişme geriliği ve beyin atrofisi ortak olarak gözlendi. 12 çocukta homozigot hasarlı C2orf69 varyantlarının kalıtsal olarak taşındığı gösterildi.
C2orf69, çoğu ökaryotik türde evrimsel olarak korunmuş bir proteindir.
Genomik dizi analizi sonucunda insan C2orf69’unun 2q33.1 kromozomu üzerindeki iki ekzon tarafından kodlandığı ortaya çıktı. BLAST isabet aramasıyla tanımlanan C2orf69 ortologlarının; çoğu ökaryotik genomda, tüm metazoanlarda, bazı bitki genomlarında ve fitoplankton gibi tek hücreli organizmalarda bulunabiliceği saptandı. Ancak mantar genomlarında hiçbir ortolog tespit edilmedi.
C2orf69 dış membran mitokondri hedefli bir protein kodlar.
Otomatik dizi açıklamaları, C2ORF69’un bir salgı sinyal peptidi içerebileceğini gösterdi. C2ORF69’un hücre altı lokalizasyonunun netleştirilmesi için C2ORF69 geni, açık okuma çerçevesi insan fibroblastlarında bir FLAG etiketi ile ifade edildi. Etiketli proteinin mitokondriye yakın olduğu bulundu.
Daha sonra, birincil insan fibroblastları kullanılarak hücre fraksiyonlaması gerçekleştirildi. Mitokondriyal ve ER/Golgi membranları ile büyük bir sitozolik lokalizasyon ve küçük bir endojen C2ORF69 fraksiyonu elde edildi.
Mitokondriyal ilişkili C2ORF69’un topolojisini ve lokalizasyonunu belirlemek için yapılan çalışmalar sonucunda C2ORF69’un çoğunluğunun sitozolik tarafa bakan OMM(dış mitokondriyal membran) ile ilişkili olduğu saptandı. Daha sonra bu genin OMM’ye eklenmediğini ve esas olarak sitozolik yüzde OMM ile ilişkili kaldığı gösterildi.
C2ORF69 tükenmesi mitokondriyal solunumu etkiler.
C2ORF69 tükenmesinin birincil fibroblastlarda mitokondriyal aktivite üzerindeki etkileri, endojen C2ORF69’un siRNA aracılı yıkımı kullanılarak araştırıldı. C2orf69 knockdown solunumu açıkça bozmadı ancak zar potansiyelinin biraz azalmasına neden oldu. Aynı zamanda, mitokondriyal reaktif oksijen türlerinin (mitoROS) üretimi önemli ölçüde arttı. Probandların fenotipleri büyük ölçüde CNS’de (central nerveus system)ortaya çıktığından, nöronların bu hastalığın etiyolojisini incelemek için daha uygun bir hücre tipi olacağı sonucuna varıldı. Nöronal progenitörler ReNcell VM, nöronlara farklandı ve siRNA kullanarak tekrar C2ORF69’u tüketildi. Mitokondriyal membran potansiyeli, önemli ölçüde etkilendi. Gözlenen bu zayıflama, oksidatif solunumun önemli ölçüde azalmasına neden oldu.
C2orf69 knockout zebra balığı fenokopi insan sendromu
C2orf69’un fizyolojik rolünü daha iyi anlamak için, CRISPR-Cas9 teknolojisi kullanılarak knockout zebra balığı tasarlandı. Yetişkin MZ(maternal zigotik) nakavtlarından elde edilen iskelet kası mitokondrilerinde solunum süper kompleksleri hafifçe zayıflamıştı. C2ORF69’un ETC’nin bütünlüğünü doğrudan etkilemediği, ancak yine de uygun oksidatif solunum için gerekli olduğu sonucuna varıldı.
Normal koşullar altında, yetişkin C2orf69 nakavt zebra balığının 8 ila 10 aylık spontan epileptik nöbetler sırasında öldüğü gözlemlendi. Bu, C2orf69’dan yoksun çocuklarda görülen belgelenmiş nöbetleri anımsattı.
Mutant balıkların santral sinir sistemlerinde doku hasarı olup olmadığını incelemek için, sağlıklı 4 aylık balıklardan beyinler toplandı ve qPCR ile bir dizi moleküler belirteç ölçüldü. Steril santral sinir sistemi iltihabı ile uyumlu olarak, il1β, tgfβ ve tnfα ekspresyonunun önemli ölçüde arttığı saptandı.
Hayvan modeli ile elde edilen bu sonuçlar, C2orf69 geninin fonksiyonunun memeliler ve balıklar arasında korunduğunu ve bu genin ürününün bu iki omurgalı türünde beyin gelişimi ve homeostaz için gerekli olduğunu gösterdi.
C2ORF69 inaktivasyonu, insanlarda ve zebra balıklarında glikojen metabolik kusurlarına yol açar.
Aile 8’de etkilenen bir bireyden 5 aylıkken alınan kas biyopsisi, mitokondriyal miyopatiyi düşündüren bazı değişiklikleri ortaya çıkardı. Modifiye Gomori trikrom boyası ile boyanan bölümlerde, birkaç lif anormal mitokondriyal agregasyon gösterdi. Birçok lifte diyastaza (amilaza) kısmen dirençli olan PAS tarafından anormal granüler boyanma saptandı. Diyastaz dirençli PAS boyaması, GBE1 tarafından kodlanan glikojen dallanma enzimindeki kusurların neden olduğu, tip IV glikojen depolama hastalığı için karakteristik olan poliglukozan cisimlerinin birikimini gösterdi.
Daha sonradan yapılan bir genom çapında ilişkilendirme çalışması (GWAS) sonucunda yaygın C2orf69 varyantlarının nöropsikiyatrik bozukluklarla ilişkili olduğu bulundu. Transkriptom ilişkili çalışmalar ile C2orf69 seviyelerinin şizofreni ve kromatinin yapısındaki değişikliklerle bağlantılı olduğu doğrulandı.
Sonuç olarak, birbirinden bağımsız sekiz ailede yapılan çalışmalar sonucunda, C2orf69 genindeki mutasyon ile ortaya çıkan otoimmün defektler, gelişme geriliği merkezi sinir sisteminin ilerleyici nörodejenerasyonu ve erken ölüm ile karakterize otozomal resesif geçişli bir hastalık keşfedildi. Hastalık tıp literatürüne ‘ kombine oksidatif fosforilasyon eksikliği 53’ ve ‘Elbracht-Işıkay Sendromu’ adları ile geçti ve OMİM tarama motoruna da eklendi.
SEDAT IŞIKAY
Gaziantep Üniversitesi Tıp Fakültesi Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları Anabilim Dalı Çocuk Nöroloji Bilim Dalı öğretim görevlisi olan Sedat Işıkay hastalığı ilk keşfeden kişi oldu. Bu nedenle soyadı hastalığa verildi. Böylece ismi bir hastalığa verilen 5. Türk oldu.
KAYNAKÇA:
Hui Hui Wong, S. H. (2021). Loss of C2orf69 defines a fatal autoinflammatory syndrome in humans and zebrafish that evokes a glycogen-storage-associated mitochondriopathy. The American Journal of Human Genetics, 1301-1317.
