Dziedziczna neuropatia nerwu

wzrokowego -

zespół Lebera

mgr Paweł Kowalski

Warszawa, 13 stycznia 2012 r.

Zakład Genetyki Medycznej IPCZD

Historia

LHON

– zespół (neuropatia) Lebera

OMIM 535000

1871 rok

– niemiecki lekarz Teodor Leber

(1840-

1917) dokładnie opisuje klinicznie 4

rodziny, w których wzrok tracą głównie

mężczyźni.

1972 rok

– Erickson postuluje matczyny

sposób dziedziczenia LHON

1988 rok

– Wallace identyfikuje pierwszą

mutację powodującą LHON (m.11778G>A)

Objawy kliniczne (1)

Faza ostra choroby. Zamazany i zamglony obraz najpierw

w jednym a później w obu oczach (odstęp 2-3 miesięcy),

centralny ubytek pola widzenia, nierozróżnianie kolorów.

Faza chroniczna choroby. Nerw wzrokowy powoli degeneruje aż

całkowicie zanika. Stopień odzyskania wzroku zależy od

konkretnej mutacji, którą dany pacjent posiada. Najgorsze

prognozy dotyczą mutacji m.11778G>A. U pacjentów z mutacją

m.14484T>C obserwuje się nieznaczną poprawę wzroku.

Objawy dodatkowe. U kilku nosicielek mutacji

m.11778G>A obserwowano dodatkowo stwardnienie

rozsiane. W porównaniu ze zdrowymi kontrolami u innych

pacjentów z rozpoznaniem LHON stwierdza się m. in.

drżenie przy próbach utrzymania określonej pozycji

kończyny, neuropatię obwodową, niespecyficzną

miopatię, dystonię kurczową, ataksję, encefalopatię

dziecięcą, epilepsję, demencję, zaburzenia ruchu lub

zaburzenia rytmu serca.

Te dodatkowe objawy obserwowano m. in. pacjentów, u

których wykryto mutacje drugorzędowe (opisanych 18) w

mitochondrialnym DNA. Zwiększają one ryzyko

wystąpienia choroby lub zaostrzają jej przebieg. Mogą

występować osobno lub parami. Podobna rola 3 mutacji w

genach jądrowych: NDUFA-1, EPHX1 i TP53.

Objawy kliniczne (2)

Diagnozę LHON można postawić analizując

historię choroby pacjenta. Wykonuje się także

dodatkowe badania - regularna ocena pola

widzenia. Obrazy CT i MRI są zwykle

prawidłowe. Jeżeli postawienie

jednoznacznego rozpoznania choroby

stwarza trudności należy przeprowadzić test

genetyczny celem znalezienia jednej z trzech

powszechnych mutacji w mitochondrialnym

DNA.

Diagnostyka

Epidemiologia

LHON jest jedną z najbardziej

powszechnych genetycznych chorób

mitochondrialnych. Badania brytyjskie

– częstość 1:25000.

Pogorszenie wzroku może pojawić się

między I a VII dekadą życia, ale 95%

przypadków dotyczy osób przed 50

rokiem życia.

Mutacje de novo

są rzadkie w LHON.

Objawy biochemiczne

Zmniejszona produkcja ATP (OXPHOS) i

degeneracja komórek zwojowych siatkówki

jako wynik zaburzeń energetycznych w

komórkach. Wyniki badań potwierdzają

dysfunkcję łańcucha oddechowego u

pacjentów z LHON (m. in. obniżenie

aktywności kompleksu I o 25-65%).

Zwiększona produkcja reaktywnych form

tlenu odgrywa rolę w patofizjologii choroby.

Patogenne mutacje

Nie zostały znalezione w zdrowych kontrolach.

Mutacje pierwszorzędowe w mitochondrialnym DNA:

m.3460G>A (p.Ala52Thr), m.11778G>A (p.Arg340His)

i m.14484T>C (p.Met64Val) występują w genach

kodujących podjednostki kompleksu I łańcucha

oddechowego (MTND1, MTND4, MTND6).

Wykryte u ponad 90% wszystkich przypadków LHON.

MTND1 i MTND6

– geny „hot spot” dla LHON.

Należy je badać u pacjentów, u których nie wykryto

mutacji pierwszorzędowych.

5 wieloenzymatycznych

kompleksów kodowanych

przez geny

mitochondrialne i

jądrowe + 2 nośniki

elektronów (ubichinon,

cytochrom c)

I-IV (centra red-oks)

tworzą gradient

protonowy i potencjał

błonowy, a V produkuje

ATP

Mutacje > choroby

mitochondrialne

Łańcuch oddechowy

Fosforylacja oksydacyjna

Superkompleksy I+III – poprawa katalizy

jako wynik zmniejszenia czasu dyfuzji

substratów, ochrona przed tworzeniem

patogennych superoksydantów

Charakterystyka kompleksu I

• Wielkość: ~1 MDa (największy i najbardziej złożony)
• 46 podjednostek – kontrola dwugenomowa (7 białek

mitochondrialnych, 39 białek jądrowych)
• Funkcja: transfer elektronów (flawiny, grupy Fe-S) z NADH

na ubichinon siła protonowa produkcja ATP
• Struktura L-kształtna – ramię hydrofobowe w błonie

lipidowej (translokacja protonów) i hydrofilowe w matriks

mitochondrialnej (transfer elektronów)
• 14 tzw. podjednostek rdzeniowych – kataliza transferu

elektronów z NADH na ubichinon i tworzenie potencjału

błonowego

Podjednostki mitochondrialne

kompleksu I

gen

wielkość genu

wielkość białka

ND1

955 pz

35,6 kDa

ND2

1041 pz

38,9 kDa

ND3

345 pz

13,2 kDa

ND4

1377 pz

51,4 kDa

ND4L

296 pz

10,7 kDa

ND5

1811 pz

66,6 kDa

ND6

524 pz

18,6 kDa

ND1

ND6

ND5

ND4

ND4L

ND3

ND2

Mitochondrialne DNA

U 50% mężczyzn i 10% kobiet, które

posiadają jedną z trzech

pierwszorzędowych mutacji

rozwinie się pełnoobjawowy LHON.

Zarówno to, jak i fakt, że wzrok tracą

głównie mężczyźni (80% przypadków)

sprawia, że dodatkowe czynniki

genetyczne i/lub środowiskowe muszą

regulować ekspresję fenotypową

LHON. Może to także wynikać z różnic

anatomicznych, hormonalnych (wpływ

androgenów) i/lub fizjologicznych

między kobietami a mężczyznami.

Genetyczne czynniki

mitochondrialne

W większości rodowodów z LHON mutacja

pierwszorzędowa jest homoplazmatyczna.

U 10-15% nosicieli

– heteroplazmatyczna.

Ryzyko ślepoty jest minimalne gdy poziom

mutacji jest mniejszy niż 70%. m.11778G>A

i m.14484T>C związane z haplotypem J,

m.3460G>A z K.

Haplotyp

– jednonukleotydowe substytucje

dziedziczące się jako zestaw sprzężonych

ze sobą alleli.

Czynniki środowiskowe

Palenie tytoniu, alkohol, toksyny,

głód, stres lub ostra choroba mogą

spowodować początek ślepoty w

LHON.

Podobne objawy w amblyopii

tytoniowo-alkoholowej.

Leczenie

Obecnie brak sposobów, które zapobiegałyby

lub opóźniały wystąpienie ślepoty w LHON.

Ponadto nie ma dostępnej tradycyjnej terapii,

która poprawiałaby stopień widzenia w LHON.

Podawanie witaminy B12 i C może przyspieszyć

odzyskanie wzroku.

Początki terapii genowej – syntetyczna

podjednostka MTND4, geny antyoksydantów

(modele zwierzęce).

Poradnictwo genetyczne

Jeżeli pierwszorzędowa mutacja LHON została

zidentyfikowana u probanda to innym członkom rodziny

można zaoferować testy genetyczne aby wykluczyć

możliwość powstania mutacji de novo. Nigdy nie badaliśmy

komórek płodowych. Do diagnostyki prenatalnej należy

podchodzić z rezerwą.

LHON wykazuje wyłącznie matczyny sposób dziedziczenia.

Minimum 70% poziom heteroplazmii jest wymagany do

ujawnienia się choroby.

Algorytm postępowania w

wykrywaniu mutacji

powodujących LHON

1) Izolacja DNA z krwi (pośmiertnie - nerw
wzrokowy, siatkówka oka – więcej
zmutowanego mtDNA)

2) PCR z odpowiednimi starterami

3) Sekwencjonowanie / MLPA

Diagnostyka molekularna

LHON w IPCZD

• od 2005 r. 59 pacjentów + 5 członków rodzin

• mutacje u 12/6 rodzin

- m.11778G>A

– 9 razy

- m.3460G>A

– 3 razy

- m.14484T>C

– nie wykryto, najłagodniejszy

fenotyp, mogący sprawiać trudności w
jednoznacznej identyfikacji

• Wykrywalność 20%

Wyniki (1)

a. Mutacja m.3460G>A (p.A52T) u
jednego pacjenta, gen MTND1 :

pacjent Ł.H.

zdrowa kontrola

Wyniki (2)

b. Mutacja m.11778G>A (p.R340H) u
jednego pacjenta, gen MTND4 :

pacjent M.J.

zdrowa kontrola

Podsumowanie

Zastosowanie dostępnych obecnie testów

genetycznych ułatwia diagnozę kliniczną,

szczególnie nietypowych przypadków LHON.

Lepsza charakterystyka związku między

mutacjami mtDNA, biogenezą mitochondrialną i

dysfunkcją nerwu wzrokowego jest potrzebna do

wytłumaczenia niejasnej ciągle w pełni

patofizjologii LHON.