Leigh syndrome in an infant: autopsy and histopathology findings

Leigh syndrome is an inherited neurodegenerative disorder of infancy that typically manifests between 3 and 12 months of age. The common neurological manifestations are developmental delay or regression, progressive cognitive decline, dystonia, ataxia, brainstem dysfunction, epileptic seizures, and respiratory dysfunction. Although the disorder is clinically and genetically heterogeneous, the histopathological and radiological features characteristically show focal and bilaterally symmetrical, necrotic lesions in the basal ganglia and brainstem. The syndrome has a characteristic histopathological signature that helps in clinching the diagnosis. We discuss these unique findings on autopsy and radiology in a young infant who succumbed to a subacute, progressive neurological illness suggestive of Leigh syndrome. Our case highlights that Leigh syndrome should be considered in the differential diagnosis of infantile-onset, subacute neuroregression with dystonia and seizures, a high anion gap metabolic acidosis, normal ketones, elevated lactates in blood, brain, and urine, and bilateral basal ganglia involvement.

Técnicas de substituição de DNA mitocondrial para reduzir a transmissão da Síndrome de Leigh / Mitochondrial DNA replacement techniques to reduce Leigh syndrome transmission

A Síndrome de Leigh (SL) é uma doença neuro-metabólica congênita, que faz parte do grupo das encefalopatias fatais, com progressão e morte dentro de 2 anos, em média. A SL é causada por mutações no DNA que causam alterações na geração de ATP celular pelas mitocôndrias. As mitocôndrias contêm seu próprio DNA (mtDNA) e, ao contrário do DNA nuclear, o mtDNA é herdado somente da mãe. Mulheres portadores de mutações causadoras da SL podem vivenciar experiências muito tristes ao tentarem realizar o sonho da maternidade. As técnicas de substituição de mtDNA mutado com mtDNA saudável de doadora, oferecem a essas mulheres a possibilidade de terem uma criança geneticamente relacionada sem a SL. O desenvolvimento e a aplicação clínica de terapias de substituição de mtDNA já são uma realidade, tendo o primeiro bebê gerado a partir da técnica nascido em 2016. Mas será que essas técnicas são seguras? Neste trabalho, revisamos a SL e algumas técnicas de substituição de mtDNA já aplicadas em humanos, que envolvem a transferência de pronúcleos de zigotos ou de fuso acromático de oócitos. Concluímos que, apesar dos resultados promissores, ainda é cedo para assegurar a aplicabilidade clínica de técnicas de substituição de mtDNA em seres humanos. (AU)

Leigh syndrome (SL) is a congenital neurometabolic disease included in the group of fatal encephalopathies, with progression and death within 2 years on average. SL is caused by mutations in the DNA that cause changes in the generation of cellular ATP by mitochondria. Mitochondria contain their own DNA (mtDNA) and, unlike nuclear DNA, mtDNA is inherited only from the mother. Women with SL mutations may experience mournful situations when attempting to fulfill the dream of motherhood. Techniques for replacing mutant mtDNA with healthy donor mtDNA provide these women with the possibility of having a genetically related child without SL. The development and clinical application of mtDNA replacement therapies is a reality, and the first baby generated using the technique was born in 2016. However, are these techniques safe? In this article, we review SL and some mtDNA replacement techniques that have been used in humans, which involve zygote pronuclear transfer or oocyte spindle transfer. We conclude that, despite the promising results, it is too early to ensure that mtDNA replacement techniques are clinically applicable to humans. (AU)

Síndrome de leigh: a propósito de um caso clínico com mutação no dna mitocondrial / Leigh syndrome: a case report with a mitochondrial dna mutation

RESUMO Objetivo: A síndrome de Leigh é uma doença neurodegenerativa com incidência de 1:40.000 nados-vivos. Apresenta ampla heterogeneidade clínica, bioquímica e genética, mas com alterações neuropatorradiológicas homogêneas. Não existe tratamento específico, e o prognóstico é reservado. O objetivo deste estudo foi familiarizar os profissionais de saúde com a doença. Descrição do caso: Menina de 16 meses, com hipotonia axial e atraso do desenvolvimento psicomotor. Dos exames realizados: cariótipo, potenciais auditivos evocados e avaliação oftalmológica normais; presença de hiperlactacidemia e hipocitrulinemia. Após a realização de ressonância magnética cerebral sob anestesia, observou-se agravamento da hipotonia com necessidade de internação por episódios de cianose/apneia. O eletroencefalograma não mostrou atividade epileptiforme. A neuroimagem revelou hipersinal lenticular bilateral com lesão do putâmen e do globo pálido esquerdo. Encontrou-se a mutação 8993T>G (MT-ATP6) no DNA mitocondrial. Comentários: De 10 a 30% dos doentes com síndrome de Leigh apresentam mutações do DNA mitocondrial. A descompensação com agravamento neurológico após intervenção anestésica está descrita e, nesse caso, apoiou o diagnóstico. Importante alertar para casos semelhantes, com diminuição de exames invasivos para diagnóstico.

ABSTRACT Objective: Leigh syndrome is a neurodegenerative disorder with an incidence of 1:40,000 live births. It presents wide clinical, biochemical, and genetic heterogeneity, but with homogenous neuropatoradiological alterations. There is no specific treatment, and the prognosis is reserved. This case report aimed familiarize health professionals with the disease. Case Description: A 16-month-hold girl who was followed in outpatient clinic due to axial hypotonia and delayed psychomotor development. Karyotype, auditory evoked potentials and ophthalmologic evaluation were normal. Evidence of hyperlactacidemia and hypocitrullinemia was detected in the patient. After performing brain magnetic resonance under anesthesia, hypotonia got worse, and the patient was hospitalized after an episode of cyanosis and apnea. The electroencephalogram showed no epileptiform activity. Neuroimaging revealed bilateral lenticular hyperintensity, especially in the putamen and in the left globus pallidus regions. Molecular analysis revealed an 8993T>G (MT-ATP6) mutation in the mitochondrial DNA. Comments: Between 10 and 30% of individuals with Leigh syndrome have mitochondrial DNA mutations. The decompensation after anesthetic intercurrences is typically associated with neurological deterioration and, in this case, increased the diagnosis suspicion. It is important to alert for similar cases and to reduce invasive diagnostic tests if the diagnosis is suspected.

Diagnóstico clínico y bioquímico del síndrome de leigh en cinco pacientes colombianos / Clinical and biochemical diagnosis of leigh syndrome in five colombian patients / Diagnóstico clínico e bioquímico da síndrome de leigh em cinco pacientes colombianos

Resumen El síndrome de Leigh (SL) es una enfermedad neurodegenerativa, descrita como una encefalomielopatía necrotizante subaguda, y es una de las enfermedades de origen mitocondrial más frecuentes. El SL es causado por el déficit en la producción de energía, originada en defectos en los genes que codifican alguno de los complejos mitocondriales; el gen afectado puede ser de codificación tanto nuclear como mitocondrial, lo que explica que se encuentren diferentes mecanismos de herencia, incluyendo autosómica recesiva y herencia materna, lo que, a su vez, hace más difícil su diagnóstico molecular. Clínicamente se presenta con regresión del desarrollo cognitivo y pérdida de habilidades motoras con trastorno de movimiento, de rápida progresión. El diagnóstico se basa en la demostración bioquímica de la elevación del ácido láctico y de la relación lactato/piruvato, así como hallazgos en las neuroimágenes por resonancia magnética que muestran lesiones focales, bilaterales y simétricas en ganglios basales o tallo cerebral asociadas a leucoencefalopatía y atrofia cerebral. Se reportan cinco casos con diagnóstico clínico y bioquímico del SL que ejemplifican la variabilidad clínica y gravedad encontrada en este grupo de pacientes.

Summary Leigh syndrome (LS) is a neurodegenerative disease, described as a subacute necrotizing encephalomyelopathy and is one of the most frequent diseases of mitochondrial origin. LS is caused by a deficit in the energy production due to defects in the genes that encode some of the mitochondrial complexes. The affected gene can be due to either nuclear and/or mitochondrial coding, which explains why there are different ways of inheriting the disease, including autosomal recessive and maternal inheritance, which makes its molecular diagnosis even more difficult. Clinically, LS is characterized by regression in cognitive development and motor abilities, as well as movement disorders of rapid progression. Its diagnosis is based on the biochemical demonstration of an increase in lactic acid and lactate / pyruvate ratio, as well as magnetic resonance neuroimaging findings showing focal, bilateral and symmetric lesions in basal ganglia or brainstem associated with leukoencephalopathy and cerebral atrophy. Five cases are reported with clinical and biochemical diagnosis of LS that exemplify the clinical variability and severity found in this group of patients.

Resumo A síndrome de Leigh (SL) é uma doença neurodegenerativa, descrita como uma encefalomielopatia necrotizante subaguda e é uma das doenças de origem mitocondrial mais frequente. A SL é causada pelo déficit na produção de energia originada em defeitos nos genes que codificam algum dos complexos mitocondriais; o gene afetado pode ser de codificação tanto nuclear como mitocondrial, o que explica que se encontrem diferentes mecanismos de herança, incluindo autossômica recessiva e herança materna, o que torna mais difícil seu diagnóstico molecular. Clinicamente se apresenta com regressão do desenvolvimento do desenvolvimento cognitivo e perda de habilidades motoras com transtorno de movimento, de rápida progressão. O diagnóstico se baseia na demonstração bioquímica da elevação do ácido láctico e da relação lactato/piruvato, assim como descobertas nas neuro imagens por ressonância magnética que mostram lesões focais, bilaterais e simétricas em gânglios basais ou talo cerebral associadas a leucoencefalopatia e atrofia cerebral. Reportam-se cinco casos com diagnóstico clínico e bioquímico da SL que exemplificam a variabilidade clínica e gravidade encontrada neste grupo de pacientes.

The Newcastle Pediatric Mitochondrial Disease Scale: translation and cultural adaptation for use in Brazil / Escala Pediátrica de Doença Mitocondrial de Newcastle: tradução e adaptação cultural para uso no Brasil

ABSTRACT Objective The aim of this study was to translate and adapt the Newcastle Paediatric Mitochondrial Disease Scale (NPMDS) to Portuguese for use in Brazil. Methods The scale was applied in 20 pediatric patients with mitochondrial disease, in three groups: myopathy (n = 4); Leigh syndrome (n = 8); and encephalomyopathy (n = 8). Scores were obtained for the various dimensions of the NPMDS, and comparisons were drawn between the groups. Results There was a statistically significant difference between the myopathy group and the Leigh syndrome group (p = 0.0085), as well as between the myopathy and encephalomyopathy groups (p = 0.01). Conclusions The translation of the NPMDS, and its adaptation to the socioeconomic and cultural conditions in Brazil, make the NPMDS score useful as an additional parameter in the evaluation and monitoring of pediatric patients with MD in Brazil.

RESUMO Objetivo O objetivo do presente estudo foi realizar a tradução e adaptação da escala NPMDS para a população brasileira. Métodos A escala foi aplicada em 20 crianças e adolescentes com doença mitocondrial (DM) divididos em três grupos: miopatia (n=4), síndrome de Leigh (n=8) e encefalomiopatia (n=8). Obteve-se os escores separados das dimensões da escala NPMDS, foram realizadas comparações entre os escores da NPMDS nos diferentes grupos. Conclusão A tradução da escala NPMDS e sua adequação as condições socioeconômicas e culturais de nossa população tornam este instrumento um parâmetro adicional na avaliação e acompanhamento de pacientes pediátricos com DM.

Abordagem anestésica em paciente pediátrico com síndrome de Leigh / Anesthetic management of a pediatric patient with Leigh syndrome / Abordaje anestésico en paciente Pediátrico con el síndrome de Leigh

JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS: A síndrome de Leigh (SL) é uma doença rara causada por anomalias na produção de energia mitocondrial. O sistema nervoso central é afetado com mais frequência, com retardo psicomotor, convulsões, nistagmo, oftalmoparesia, atrofia óptica, ataxia, distonia ou insuficiência respiratória. Os procedimentos cirúrgicos e anestésicos provocam irritabilidade traqueal e podem exacerbar os riscos de aspiração, sibilação, dificuldade respiratória, respiração ofegante, hipoventilação e apneia. RELATO DE CASO: Apresentamos uma abordagem anestésica usada em um menino de seis anos com a forma grave de SL que envolve reparação de uma fratura de fêmur. Propofol e remifentanil foram infundidos para anestesia geral. O paciente foi atentamente monitorado durante a anestesia e sua permanência na unidade de terapia intensiva no período pós-operatório inicial. CONCLUSÕES: Uma atenta monitoração intraoperatória dos pacientes, que inclui pressão arterial invasiva e mensurações frequentes da gasometria, glicose e lactato, faz esse procedimento transcorrer sem problemas. A terapia intensiva e a assistência respiratória ao paciente com SL sob sedação, com uma combinação de analgésicos durante o período pós-operatório inicial, minimizaram a resposta ao estresse causado pela dor pós-cirúrgica.

BACKGROUND AND OBJECTIVES: Leigh syndrome (LS) is a rare disease caused by abnormalities of mitochondrial energy generation. The central nervous system is most frequently affected, with psychomotor underdevelopment, seizures, nystagmus, ophthalmoparesis, optic atrophy, ataxia, dystonia, or respiratory failure. Surgical and anesthetic procedures stimulate the tracheal irritability, and could exacerbate risks of aspiration, wheezing, breathing difficulties, gasping, hypoventilation, and apnea. CASE REPORT: We present the anesthetic management for a six-year-old boy with severe form of LS, involving repair of a femur fracture. Propofol and remifentanil were infused for general anesthesia. The patient was closely monitored during anesthesia and in the intensive care unit in the early postoperative period. CONCLUSIONS: Close intraoperative monitoring of patients, including invasive arterial blood pressure monitoring and frequently measuring the levels of blood gases, glucose, and lactate, made this procedure run smoothly. Intensive care and breathing support for the patient with LS, under sedation with an analgesic combination during the early postoperative period, minimized the stress response due to pain after surgery.

JUSTIFICATIVA Y OBJETIVOS: El síndrome de Leigh (SL) es una enfermedad rara causada por anomalías en la producción de energía mitocondrial. El sistema nervioso central está afectado más a menudo, con el retardo psicomotor, convulsiones, nistagmo, oftalmoparesia, atrofia óptica, ataxia, distonía o insuficiencia respiratoria. Los procedimientos quirúrgicos y anestésicos provocan irritabilidad traqueal y pueden exacerbar los riesgos de aspiración, sibilancias, dificultad respiratoria, respiración extenuante, hipoventilación y apnea. RELATO DE CASO: Presentamos un abordaje anestésico usado en un niño de 6 años, con la forma grave de SL que nos ocupa con la reparación de una fractura de fémur. El propofol y el remifentanilo se infundieron para la anestesia general. El paciente fue monitoreado con mucho cuidado durante la anestesia y durante su permanencia en la unidad de cuidados intensivos en el período postoperatorio inicial. CONCLUSIONES: Una meticulosa monitorización intraoperatória de los pacientes, que incluye monitorización de presión arterial invasiva y mensuraciones frecuentes de la gasometría, glucosa y lactato, posibilita el perfecto transcurso del procedimiento. Los cuidados intensivos y la asistencia respiratoria al paciente con SL bajo sedación con una combinación de analgésicos durante el período postoperatorio inicial, minimizaron la respuesta al estrés causado por el dolor postquirúrgico.

Espectro clínico de pacientes con hallazgos histopatológicos y/o moleculares compatibles con enfermedad mitochondrial / Clinical spectrum of patients with histopathological and/or molecular findings compatible with mitochondrial disease

Objetivo: Describir el espectro clínico de pacientes con diagnóstico definitivo de Enfermedad Mitocondrial, y su correlación con hallazgos bioquímicos, neuroimagenológicos, neuropatológicos, y moleculares. Método: Se revisaron las historias clínicas de pacientes con Enfermedad Mitocondrial evaluados durante el período 1990-2011. Resultados: Se incluyeron 41 pacientes, con una edad media inicial de 3,7 años. Identificamos cuatro grupos:1) Síndromes clásicos (65%): a) MELAS del inglés “Mitochondrial encephalomyopathy, lacticacidosis, and stroke-like episodes”, (diez), b) Síndrome de Leigh (diez) c) Síndrome de Kearns –Sayre (cinco), d) PEO del inglés “Progressive External Ophthalmoplegia” plus (OEP plus) (dos), 2) Miopatía: nueve (21,5%) 3) Encefalomiopatías inespecíficas: cinco (12%). Se realizó biopsia muscular en 37 pacientes. Un 70% evidenció fibras rojo rasgadas, cuatro (10,5%) fibras citocromo oxidasa negativas y ocho (14,7%) incremento de la actividad oxidativa subsarcolemal y en la microscopia electrónica alteraciones del tamaño y número de mitocondrias. En 14 se completaron estudios moleculares: Siete presentaron una mutación puntual A3243G en el ADN mitocondrial (MELAS), un paciente una mutación en el ADN mitocondrial A1351G (Síndrome de Leigh) y un paciente una deleción del ADN mitocondrial (OEP plus). Conclusiones: Se pudo corroborar la existencia en nuestro medio de síndromes asociados a patología mitocondrial tradicionalmente reconocidos. Un grupo de pacientes con encefalomiopatías denominadas inespecíficas presentaron un cuadro clínico variable, hallazgos de laboratorio y de imágenes poco orientadores y fue la sospecha de una enfermedad mitocondrial lo que nos llevó a realizar la biopsia que finalmente fue diagnóstica. Es posible que este grupo sea más numeroso y las limitaciones que implica realizar una biopsia muscular se facilite con los estudios moleculares.

Síndrome de Leigh: relato de caso / Leigh syndrome: case report

Os autores descrevem pela primeira vez no país um caso de criança do sexo feminino, com 10 anos de idade, atendida no ambulatório de Oftalmologia do Hospital Universitário Clementino Fraga Filho - UFRJ, portadora da síndrome de Leigh, que faz parte de um grupo de enfermidades metabólicas conhecidas como encefalomiopatias mitocondriais. É doença hereditária transmitida por diferentes modos de herança: mitocondrial, autossômica recessiva e recessiva ligada ao X. O início das manifestações clínicas é variado, ocorrendo em geral, dentro dos primeiros dois anos de vida, com evolução insidiosa, progressiva e com períodos de exacerbações. O diagnóstico é difícil pelo pleomorfismo de sua apresentação, sendo baseado nos achados clínicos e estudos complementares relacionados à deficiência na produção mitocondrial de ATP e da citocromo C oxidase. Como não há tratamento específico, este é baseado em medidas paliativas, portanto a identificação desta síndrome é importante como diagnóstico correto permitindo condutas adequadas à melhor qualidade de vida de seus portadores.

The authors describe for the first time in the Country a case of a 10-year-old female child, assisted at the Ophthalmology Clinic of the Hospital Universitário Clementino Fraga Filho UFRJ, with Leigh's syndrome that is part of a metabolic disease group known as mitochondrial encephalomyopathies. It is an hereditary disease transmitted by a different mode of inheritance: mitochondrial, X-linked recessive and autosomal recessive. The beginning of clinical manifestations is varied and occurs usually in the first two years of life, with progressive and insidious evolution and exacerbation periods. Diagnosis is difficult because pleomorphic presentation, based on clinical findings and complementary study related to mitochondrial production of ATP and cytochrome c oxidase deficiencies. Considering that there is no specific treatment, this is based on a palliative procedure. So, the identification of this syndrome is very important to keep it under control, since its evolution is progressive.

Encefalopatia necrotizante aguda: paciente com evolução recidivante e letal / Acute necrotizing encephalopathy: patient with a relapsing and lethal evolution

A encefalopatia necrotizante aguda foi descrita inicialmente em crianças japonesas e se caracteriza por rápida evolução e lesões simétricas no tronco encefálico, cerebelo e especialmente nos tálamos. Avaliamos uma menina de 7 meses de idade, que apresentou dois episódios de depressão da consciência de rápida instalação e paresias, sem alterações metabólicas. Houve uma rápida melhora na primeira crise, porém o segundo episódio foi fulminante, tendo evoluído para estado de morte encefálica em dois dias. Os estudos de ressonância magnética mostraram lesões simétricas nos tálamos e acometimento também do tronco encefálico e cerebelo.

Acute necrotizing encephalopathy was initially reported in Japanese children. The rapid evolution and symmetrical brain lesions seen in the brainstem, cerebellum and specially in the thalamus characterize the disease. We studied a 7-month-old-girl, who presented with two episodes of rapid loss of consciousness and paresis without metabolic disturbances. At the first time she had a rapid improvement, but at the second episode the course was fulminant and in two days she lapsed into a clinical state of brain death. The magnetic resonance studies showed symmetrical lesions in the thalamus and additional lesions involving the brainstem and the cerebellum.

Encefalopatía de leigh (encefalopatía necrotizante subaguda): documentación de su evolución por neuroimagen / Leigh encephalopathy (subacute necrotising encephalomyelopathy): demostration of evolution by neuroimaging

Un niño de 30 meses presentó nistagmos bilateral, temblor de los miembros, trastorno de la marcha, hipotonía y disartria. Basado en las manifestaciones clínicas, los exámenes de laboratorio y los hallazgos de neuroimagen se planteó el diagnóstico de Encefalopatía de Leihg. Durante la fase inicial de la enfermedad se practicaron estudios de neuroimagen demostrando lesiones simétricas en el putamen que aparecían en la resonancia magnética cerebral como señales hiperintensas en las secuencias de T2. Un nuevo estudio de resonancia magnética practicada 12 meses más tarde, reveló un área hiperintensa en la porción posterior del tallo cerebral. Durante esta etapa, el paciente presentó deterioro en sus manifestaciones clínicas, movimientos distónicos, rigidez y anomalías respiratorias. Murió 6 meses más tarde por paro respiratorio durante infección bronconeumónica. Nuestros hallazgos sugieren que la resonancia magnética es una técnica útil para evaluar la evolución de este trastorno

Mitocôndrias e doenças neurologicas / Mitochondrical and neurological diseases

Os autores revêem a literatura atual acerca das enfermidades neurológicas relacionadas aos distúrbios das mitocôndrias. Inicialmente, recordam-se os conceitos fisiológicos desta organela, caracterizando-se a seguir, de forma genérica, sua disfunçåo sob o ponto de vista clínico e laboratorial. Descrevem-se especificamente as principais neuromitocondriopatias primárias (oftalmoplegia extrínseca progressiva, síndrome de KearnsSayre, MERRF, MELAS, NARP, atrofia óptica de Leber, MiMyCa, MINGIE/POLIP, síndrome de Pearson, síndrome de Leigh, doença de Alpers) e secundárias (doença de Menkes, miopatia da AZT, doença de Parkinson). Por fim, säo tecidas consideraçöes acerca das principais abordagens terapêuticas nestas afecçöes

Thiamine test in leigh syndrome: a new diagnosis approach?

O presente artigo relata aspectos clínicos, bioquímicos e neuroradiológicos da Síndrome de Leigh - Encefalomielopatia Necrotizante Subaguda - na qual as lesöes anatomopatológicas lembram em muito as observadas na Encefalopatia de Wernicke. A partir desse achado, a deficiência de tiamina foi envolvida no mecanismo etiopatogênico dessa entidade. Os autores relatam um caso de Síndrome de Leigh no qual foi utilizado Tiamina, na dose de 10m/Kg, intravenosa, durante dois minutos, sob monitorizaçäo eletroencefalográfica; obtendo-se reduçäo significativa das descargas epilépticas. Desta forma o teste da tiamina é sugerido como método coadjuvante da Síndrome de Leigh