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La prévalence de cette pathologie en Europe est de 0,9 cas pour 100 000, elle semble un peu plus élevée aux Etats-Unis.

La maladie débute, le plus souvent à l'adolescence ou chez de jeunes adultes, par une épilepsie myoclonique, parfois associée à une surdité neurosensorielle, une atrophie optique, une petite taille ou une neuropathie périphérique. Quelques cas se présentent avec une lipomatose, une cardiomyopathie, une rétinopathie pigmentaire, une ophtalmoparésie et/ou des signes pyramidaux. La maladie est progressive avec aggravation régulière de l'épilepsie, et apparition de symptômes additionnels comme une ataxie, une surdité, une faiblesse musculaire, une dégradation intellectuelle. L'imagerie cérébrale par résonance magnétique peut montrer une atrophie corticale, des calcifications des ganglions de la base et des lésions de la substance blanche. L'expression clinique est très variable d'un malade à l'autre dans une même famille et d'une famille à l'autre.

Le syndrome de MERRF résulte de mutations de l'ADN mitochondrial. La mutation 8344A>G dans le gène (MTTK) de l'ARN de transfert de la lysine (ARNt Lys) est responsable de plus de 80% des cas de la maladie. D'autres mutations de gènes d'ARNt ou du gène MTND5 ont été trouvées et sont parfois associées avec un syndrome à la frontière MERRF/MELAS dans lequel les patients souffrent également d'épisodes « stroke-like ».

Le diagnostic du syndrome de MERRF repose sur la mise en évidence d'une accumulation de lactate dans le sang ou, plus souvent, dans le liquide céphalo-rachidien et sur la biopsie musculaire qui montre la présence de fibres déficitaires en cytochrome c oxydase et de fibres rouges déchiquetées. L'analyse biochimique du muscle montre souvent un déficit en cytochrome c oxydase ou un déficit combiné de la chaîne respiratoire. La recherche de la mutation causale doit tenir compte de son hétéroplasmie c'est-à-dire de sa coexistence avec une population résiduelle d'ADN mitochondrial normal. La proportion de la mutation peut varier considérablement d'un tissu à l'autre mais, dans le syndrome de MERRF, elle est très élevée (au dessus de 90% de la population d'ADN mitochondrial) dans tous les tissus et la mutation peut donc être cherchée dans le sang.

Le diagnostic prénatal ne peut être conseillé du fait de la possibilité de distribution tissulaire hétérogène de l'hétéroplasmie.

Le conseil génétique est compliqué par le phénomène de l'hétéroplasmie. L'ADN mitochondrial est transmis selon les lois de l'hérédité maternelle. Un homme porteur d'une mutation ne la transmettra pas à sa descendance. Une mutation sera transmise uniquement par les femmes mais la proportion transmise est imprévisible. Bien qu'une proportion élevée de mutation chez la mère augmente le risque de naissance d'un enfant sévèrement atteint, il existe de nombreux cas de ségrégation extrême de la mutation entre mère et enfant. Il est donc actuellement impossible d'évaluer de façon correcte le risque pour un enfant donné.

De même que pour d'autres encéphalomyopathies mitochondriales, il n'y a pas de traitement spécifique du syndrome de MERRF. L'utilisation d'acide valproïque pour traiter les convulsions doit être prudente et associée à de la L-carnitine. En l'absence d'essai thérapeutique contrôlé, il est difficile d'évaluer l'effet de thérapeutiques adjuvantes comme le coenzyme Q10 ou son analogue l'idébénone, la carnitine, etc.

Le pronostic du syndrome de MERRF est souvent sombre du fait du caractère progressif de la maladie. Cependant il existe de grandes variations de sévérité entre patients, et notamment ceux qui ne présentent pas de symptômes cérébraux initiaux peuvent avoir une survie prolongée sans handicap majeur.