La biologia mitocondriale è una delle aree a più rapida crescita in genetica e in medicina, connettendo discipline scientifiche andanti dalla embriologia al cancro, alla malattia infettiva.  Sicuramente, si sa ora che i disturbi del metabolismo mitocondriale giocano un ruolo non solo in rare malattie della fanciullezza , ma sono implicate anche in molte comuni malattie dell'invecchiamento, includendo la malattia cardiaca, il diabete, la malattia di Parkinson e la demenza.

Centrali energetiche e molto di più
Il detto convenzionale in biologia ed in medicina è che mitocondri funzionino solo come "centrali energetiche" per le cellule.  Questo eccesso di semplificazione è un errore che ha rallentato il nostro progresso verso la comprensione della biologia sottostante la malattia mitocondriale.  Occorrono circa 3000 geni per fare un mitocondrio.  Il DNA mitocondriale codifica solamente 37 di questi geni; i rimanenti geni sono codificati nel nucleo delle cellula e le proteine risultanti sono trasportate nei mitocondri.  Solamente circa il 3% del geni sono necessari ed utilizzati dal mitocondrio (100 dei 3000) per fare l'ATP.  Più del 95% (2900 di 3000) sono coinvolti in altre funzioni legati ai compiti specializzati delle cellule differenziate nelle quali essi risiedono.  Questi compiti cambiano durante lo sviluppo dall'embrione all'adulto, e man mano che i nostri tessuti crescono, maturano, e si adattano allo sviluppo post-natale.  Queste altre funzioni non correlate all'ATP sono intimamente coinvolte con la maggior parte dei maggiori percorsi metabolici usati dalle cellule per formare, demolire, e riciclare i blocchi molecolari che le costituiscono.  Le cellule non sono nemmeno in grado di fare gli RNA e DNA che necessitano loro per crescere e funzionare senza i mitocondri.  I blocchi costitutivi degli RNA e DNA sono le purine e le pirimidine.  I mitocondri contengono gli enzimi limitanti la velocità per la biosintesi delle pirimidine (diidroorotato deidrogenasi) e la sintesi finale (acido d-amino levulinico sintetasi) necessaria per fare l'emoglobina.  Nel fegato, i mitocondri sono specializzati per detossificare l'ammoniaca nel ciclo dell'urea.  I mitocondri sono anche necessari per il metabolismo del colesterolo, per la sintesi degli estrogeni e del testosterone, per il metabolismo dei neurotrasmettitori, e per la produzione e detossificazione dei radicali liberi.  Essi fanno tutto questo in aggiunta alla demolizione (ossidizzazione) dei grassi, delle proteine, e dei carboidrati che noi mangiamo e beviamo.

Definizione di malattia mitocondriale
Le malattie mitocondriali sono il risultato di mutazioni sia ereditate o spontanee nel mtDNA o nDNA le quali portano ad alterate funzioni delle proteine o delle molecole di RNA che normalmente risiedono nei mitocondri.  I problemi della funzione mitocondriale, comunque, possono colpire anche solo certi tessuti come risultato di fattori subentranti durante lo sviluppo e la crescita che noi non comprendiamo ancora.  Persino quando si prendono in considerazione le isoforme tessuto-specifiche delle proteine mitocondriali, è difficile spiegare la variabilità dei modelli dei sistemi d'organo colpiti nelle sindromi delle malattie mitocondriali viste clinicamente.

Genocopie della malattia mitocondriale
Poiché i mitocondri conducono così tante differenti funzioni in tessuti diversi, ci sono letteralmente centinaia di differenti malattie mitocondriali.  Ogni disturbo produce uno spettro di anormalità che possono essere confondenti sia per i pazienti che per i medici nei primi stadi di diagnosi.  Poiché le complesse interazioni fra le centinaia di geni e cellule che devono cooperate per mantenere nostro oliati e funzionanti i nostri meccanismi metabolici, è un marchio caratteristico delle malattie mitocondriali che identiche mutazioni del mtDNA possono non produrre identiche malattie.  Le genocopie sono malattie che sono causati dalle stesse mutazioni ma che possono non avere lo stesso aspetto clinicamente.

Fenocopie della malattia mitocondriale
E' vero anche il rovescio: differenti mutazioni negli mtDNA e nDNA possono portare alla stessa malattia.  In genetica, queste sono conosciute come fenocopie.  Un buon esempio è la sindrome di Leigh, la quale può essere causata da circa una dozzina differenti difetti dei geni.  La sindrome di Leigh, originalmente una descrizione neuropatologica del cervello di un bambino colpito, che venne descritta da Denis Leigh, il distinto medico britannico nel 1951.  E' caratterizzata da anormalità bilateralmente simmetriche alla MRI nel tronco cerebrale, cervelletto, e gangli basali, e spesso accompagnate da elevati livelli dell'acido lattico nel sangue o nel liquido cerebrospinale.  La sindrome di Leigh può essere causata dalle mutazioni NARP, dalla mutazione MERRF, da carenza del complesso I, dalla carenza di citocromo ossidasi (COX), dalla carenza di piruvato deidrogenasi (PDH), e altre alterazioni non mappate del DNA.  Comunque, non tutti i bambini con queste anormalità del DNA svilupperanno la sindrome di Leigh.

Le malattie mitocondriali sono persino più complesse negli adulti poiché con l'invecchiamento si possono riscontrare alterazioni del mtDNA e, all'incontrario, il processo di invecchiamento in se stesso può causare dei deterioramenti della unzione mitocondriale.  C'è un largo spettro di disturbi metabolici, ereditati e acquisiti in adulti nei quali è stata postulata o dimostrata un anormale funzione mitocondriale.

adattato/selezionato da una sezione Robert Naviaux's "Panoramica, lo spettro della malattia mitocondriale" nella Mitocondriali e Metabolic Disturbi, primario Care Guida per medici, prima edizione.