Genetic bases of mitochondrial respiratory chain disorders

Oxidative phosphorylation – ATP synthesis by the oxygen-consuming respiratory chain (RC) – supplies most organs and tissues with a readily usable energy source, and is already fully functioning at birth. This means that, in theory, RC deficiency can give rise to any symptom in any organ or tissue at any age and with any mode of inheritance, due to the two-fold genetic origin of RC components (nuclear DNA and mitochondrial DNA). It has long been erroneously believed that RC disorders originate from mutations of mtDNA as, for some time, only mutations or deletions of mtDNA could be identified. However, the number of disease-causing mutations in nuclear genes is now steadily growing. These genes not only encode the various subunits of each complex, but also the ancillary proteins involved in the different stages of holoenzyme biogenesis, including transcription, translation, chaperoning, addition of prosthetic groups and assembly of proteins, as well as the various enzymes involved in mtDNA metabolism.

RésuméLa chaîne respiratoire a pour rôle essentiel la synthèse d’ATP nécessaire à toutes les cellules de l’organisme et elle assure une source d’énergie indispensable à tous les organes. Ainsi, un déficit de la chaîne respiratoire peut se manifester théoriquement par n’importe quel symptôme, toucher n’importe quel tissu ou organe, à n’importe quel âge et avec tous les modes de transmission du fait de la double origine génétique des sous-unités de la chaîne respiratoire (génomes nucléaires et mitochondriaux). On a longtemps considéré que les maladies mitochondriales étaient uniquement dues à des mutations ou des délétions de l’ADN mitochondrial mais les exemples de mutations de gènes nucléaires dans ces maladies sont de plus en plus fréquents. Ces gènes codent des sous-unités de la chaîne respiratoire elle-même mais aussi des protéines impliquées dans la biogenèse des holoenzymes, des protéines de la transcription ou de la traduction des gènes de l’ADN mitochondrial, des protéines qui permettent l’assemblage des complexes de la chaîne respiratoire ou enfin de différentes enzymes du métabolisme de l’ADN mitochondrial.