Mitochondriální poruchy energetického metabolismu

Mitochondrie byly objeveny ve druhé polovině 19. století. Mají oválný, sférický nebo tyčce podobný tvar, hladkou vnější membránu, vnitřní membránu, jejíž povrch je zvětšen hlubokými kristami, a mitochondriální matrix. Existuje několik hypotéz o tom, jak mitochondrie vznikly…

Prof. MUDr. Jiří Zeman, DrSc.

Univerzita Karlova v Praze, 1. LF a VFN, Klinika dětského a dorostového lékařství

Klíčová slova

mitochondrie • mitochondriální DNA •

maternální dědičnost • dýchací řetězec •

komplex pyruvátdehydrogenázy •

beta-oxidace mastných kyselin

Mitochondrie

Mitochondrie byly objeveny ve druhé polovině 19. století. Mají oválný, sférický nebo tyčce podobný tvar, hladkou vnější membránu, vnitřní membránu, jejíž povrch je zvětšen hlubokými kristami, a mitochondriální matrix. Existuje několik hypotéz o tom, jak mitochondrie vznikly. Především se předpokládá, že se vyvinuly z „aerobních prabaktérií“ symbiózou s „primitivními anaerobními eukaryotními buňkami“, při které došlo k vzájemné výměně genetického materiálu. Mitochondrie tak sice ztratila část své DNA, ale získala „ochranu“ v buňce, naopak buňka získala „továrnu na energii“. V jednotlivých tkáních se velikost mitochondrií liší, v hepatocytech měří v průměru 3 µm, v exokrinních buňkách pankreatu dosahují velikosti až 10 µm. Mitochondrie jsou kromě vody tvořeny strukturálními bílkovinami (cca 40–60 %) a fosfolipidy, především fosfatidylcholinem, fosfatidyletanolaminem a difosfatidyl glycerolem (cca 30 %).

Mitochondrie obsahují několik set enzymů, které zasahují do metabolismu aminokyselin, organických kyselin, mastných kyselin, porfyrinů, purinů a pyrimidinů, ale jejich základní biologickou funkcí je syntéza ATP, kreatinfosfátu, acetyl-CoA a prekurzorů glukoneogeneze k zajištění energetických potřeb buněk. Výrobou energetických zdrojů ovlivňují mitochondrie funkci všech tkání, proces stárnutí i průběh buněčné apoptózy. Mezi mitochondriální poruchy energetického metabolismu tak patří všechna onemocnění, při kterých v organismu dochází k nedostatečné funkci komplexů pyruvátdehydrogenázy, dýchacího řetězce, ATP-syntázy (ATP-fosfohydroláza), Krebsova cyklu nebo beta-oxidace mastných kyselin.

Mitochondriální DNA

Mitochondriální DNA (mtDNA) byla objevena v roce 1963 a charakterizována v roce 1967 Claytonem a Vinogradem. MtDNA je kruhová molekula o velikosti 16569 bp (v původní Cambridge sekvenci byla chyba a skutečná velikost mtDNA je 16568 bp). Na rozdíl od jaderné DNA (nDNA) není počet molekul mtDNA v jednotlivých buňkách ani v tkáních konstantní, ale během vývoje se mění. Ve většině buněk je přítomno 103-104 kopií mtDNA, největší množství kopií mtDNA se nachází ve zralém oocytu, kde tvoří až jednu třetinu celkového genetického materiálu zárodečné buňky.

MtDNA je složena ze dvou řetězců (H a L), neobsahuje introny a má kromě regulačních míst pouze 37 genů. MtDNA kóduje sedm podjednotek komplexu I (MTND1, MTND2, MTND3, MTND4, MTND4L, MTND5 a MTND6), jednu podjednotku komplexu III (MTCYTb), tři podjednotky komplexu IV (MTCOI, MTCOII a MTCOIII), dvě podjednotky komplexu V (MTATP6 a MTATP8) a dále obsahuje 2 geny pro rRNA a 22 genů pro tRNA, které umožňují přenos a přepis mitochondriálních proteinů v mitochondriální matrix. Mitochondriální mRNA jsou přepisovány na mitochondriálních ribosomech, mitochondriální genetický přepisový kód se liší od kódu nukleárního. MtDNA nekóduje žádnou podjednotku komplexu II.

Pro replikaci mtDNA, která začíná v oblasti D-smyčky H-řetězce, jsou známy dva promotory. První promotor (PHT) odpovídá za přepis celého H-řetězce, druhý (PHR) za přepis oblasti rRNA genu. L-řetězec má jeden promotor (PL). Purifikován a charakterizován byl terminační proteinový komplex (mTERF), který odpovídá za ukončení přepisu. Replikace mtDNA neprobíhá symetricky. Nejdříve se syntetizují první dvě třetiny H-řetězce a teprve potom dochází k replikaci L-řetězce. Biologický poločas H-řetězce je delší než L-řetězce a jeho transkripce je pomalejší. Význam těchto rozdílů pro funkci mtDNA nebyl dosud objasněn. Aby H- – řetězec nebyl v době replikace vystaven působení specifických nukleáz, je chráněn mitochondriálním proteinem mtSSB, který H–řetězec „obaluje“. Nukleární gen pro mtSSB byl popsán u kvasinek, potkanů a člověka. Předpokládá se, že na rozdíl od nDNA nedochází v mtDNA k detekovatelné rekombinaci, ale objevily se i opačné názory.

V mtDNA již bylo popsáno > 200 bodových mutací, delecí a duplikací, které vedou k poruchám energetického metabolismu. MtDNA je náchylnější ke vzniku mutací než nDNA, protože se nachází v blízkosti vnitřní mitochondriální membrány, kde vznikají volné kyslíkové radikály. MtDNA není na rozdíl od nDNA chráněna histony a v mitochondrii nejsou přítomny dostatečně funkční mechanismy pro její opravu. Současný výskyt smíšené populace „normálních“ i mutovaných molekul mtDNA v organismu se označuje jako heteroplazmie. Termín homoplazmie se používá v situaci, při které jsou všechny kopie mtDNA ve vyšetřované tkání nositeli stejné mutace.

Molekulární podstata mitochondriálních onemocnění

Zhruba 90 % energetických potřeb nutných pro život eukaryotních buněk je zajišťováno mitochondriální produkcí ATP systémem oxidační fosforylace (OXPHOS), který je složen z > 80 proteinových podjednotek uspořádaných do čtyř komplexů dýchacího řetězce, dvou mobilních přenašečů a ATP-syntázy. Většina proteinů dýchacího řetězce a ATP-syntázy, které jsou kódované nDNA, je syntetizována v cytoplazmě a do mitochondrie je transportována, část proteinů, která je kódována mtDNA, je syntetizována v mitochondrii. Biogeneze mitochondrií je tak jako jediná výjimka v živočišné buňce závislá na dvou genetických systémech a syntéza komplexů respiračního řetězce a ATP-syntázy je řízena funkčním propojením genů nDNA a mtDNA.

Mitochondriální poruchy OXPHOS u člověka mohou být způsobeny generalizovanou nebo tkáňově specifickou poruchou exprese nDNA s autosomálně dominantním nebo autosomálně recesívním typem dědičnosti, bodovými mutacemi nebo mikrodelecemi mtDNA s maternálním typem dědičnosti, rozsáhlými delecemi a duplikacemi mtDNA se sporadickým výskytem nebo mohou být vyvolány toxickými vlivy zevního prostředí. Dědičnost onemocnění v rodinách s poruchou komplexu I nebo pyruvátdehydrogenázy může být i gonosomálně recesívní, protože oba komplexy mají jednu podjednotku kódovanou genem na chromosomu X. V mitochondriální onemocnění mohou vyústit i poruchy v systému, který koordinuje transport a funkční a strukturální interakci jednotlivých proteinů na vnitřní mitochondriální membráně. Na transportu nukleárně kódovaných proteinů do mitochondrií se podílí "heat shock protein 60“ (HSP 60). U dětí se sníženým množstvím HSP 60 byla zjištěna kombinovaná porucha komplexů respiračního řetězce, pyruvátdehydrogenázy, citrátsyntázy a fumarázy, zatímco funkce cytosolárních enzymů byly normální.

===== Nukleární kontrola proteinů respiračního řetězce =====
Většina mitochondriálních proteinů v systému OXPHOS je kódována nDNA. Týká se to většiny podjednotek komplexů I, III, IV a V, všech podjednotek komplexu II a také všech proteinů, které se podílejí na transportu, regulaci a asemblaci proteinů v systému OXPHOS. Jaderně je kontrolována i mitochondriální transkripce, translace a replikace mtDNA. O vlivu poruch jaderné regulace na funkci oxidační fosforylace se dosud ví poměrně málo. Bylo vytypováno několik nukleárních genů, jejichž mutace by mohly být odpovědné za porušenou replikaci nebo transkripci mtDNA. Jedním z nich je gen pro mitochondriální transkripční aktivátor (mtTFA), který ovlivňuje mitochondriální transkripci a zahájení replikace obou řetězců mtDNA. MtTFA se váže na homologní místa promotorů PHR a PL asi 10–40 bází před místy, ve kterých začínají přepisy H-řetězce a L-řetězce. Dalšími faktory ovlivňujícími mitochondriální biogenezi jsou gen pro specifickou endoribonukleázu (RNAse MRP), která je nutná pro replikaci mtDNA, a „nuclear respiratory factors (NRF-1 a NRF-2)“, které v buňce kromě mtDNA ovlivňují i funkci dalších genů. Pro replikaci mtDNA je nutná mtDNA polymeráza a pro transkripci mtRNA polymeráza. Někteří badatelé se domnívají, že poruchy mtDNA mohou zpětně ovlivňovat i funkci nukleární DNA. Nedostatek mtDNA může u kvasinek vyvolat zvýšenou produkci nukleárně kódovaných proteinů respiračního řetězce.

Jsou známy dvě skupiny nukleárně kódovaných onemocnění s mendelovským typem dědičnosti, které jsou spojeny s mutacemi v mtDNA. Je to „adult-onset encephalomyopathy“ s autosomálně dominantní dědičností, která se projevuje Chronickou Progresívní Externí Oftalmoplegií (CPEO) s delecemi v mtDNA. Do druhé skupiny patří klinické syndromy s autosomálně recesívním typem přenosu, které jsou spojeny s tkáňově specifickou deplecí mtDNA. Molekulární podklad těchto onemocnění nebyl zatím objasněn, ale předpokládá se, že obě skupiny onemocnění jsou vyvolány poruchou v interakci mezi nDNA a mtDNA.

V roce 1995 byla nalezena první mutace v nDNA, která vede k poruše OXPHOS systému. Jedná se o bodovou mutaci genu pro flavoproteinovou podjednotku sukcinátdehydrogenázy, komplexu II dýchacího řetězce. Od roku 1998 bylo u dětí s Leighovým syndromem nalezeno několik mutací v genech pro nukleárně kódované podjednotky komplexu I: „compound heterozygotní mutace“ P79L/R102H v genu NDFUS8, duplikace o velikosti 5 bp v genu NDUFS4, bodové mutace V122M v genu NDUFS7 či R59X/T423M a A341V v genu NDUFV1.

V roce 1998 prokázaly dvě na sobě nezávislé pracovní skupiny pomocí komplementačních metod význam nukleárních mutací v SURF1 genu pro aktivitu komplexu IV u dětí s Leighovým syndromem. SURF1 gen je homologní s kvasinkovým genem SHY1, který v kvasinkách kóduje mitochondriální protein potřebný pro udržení aktivity cytochrom c oxidázy.

Nedávno byly popsány i mutace v nukleárních genech pro mitochondriální proteiny paraplegin a fratraxin. Patologické mutace v genu pro paraplegin vedou k deficitu metaloproteináz, které vedou k poruchám degradace mitochondriálních proteinů a klinicky se projevují spastickou paraplegií. Mutace v genu pro fratraxin způsobuje poruchu mitochondriální homeostázy železa. Vede k poruše aktivit mitochondriálních komplexů dýchacího řetězce I, II a III a klinicky se projevuje Fridreichovou ataxií.

Mitochondriálně kódované poruchy respiračního řetězce

Jedna mitochondrie obsahuje 2–10 molekul mtDNA. Protože v buňkách (kromě erytrocytů) jsou přítomny sta až tisíce mitochondrií, obsahuje každá buňka 103–104 kopií mtDNA. Kopie mtDNA v mitochondriích zdravého člověka mají stejnou sekvenci nukleotidů, pouze v oblasti D-smyčky se vyskytuje polymorfismus, který lze využít v soudním lékařství nebo při studiu evoluce lidské populace. Mutace v mtDNA vznikají především působením volných kyslíkových radikálů. MtDNA je náchylnější ke vzniku mutací než nDNA, protože je umístěna v blízkosti místa tvorby volných kyslíkových radikálů, není dostatečně chráněna histony a protože v mitochondrii nejsou dostatečně funkční mechanismy pro opravu mtDNA.

Mutace všech molekul mtDNA vede k homoplazmickým defektům, současný výskyt smíšené populace „normálních a mutovaných“ molekul mtDNA se označuje jako heteroplazmie. Poměr mezi mutovanými a nemutovanými kopiemi mtDNA určuje mitochondriální genotyp a pohybuje se v rozmezí 0–100 %. Náhodné přerozdělení „normální a mutované“ mtDNA během buněčného dělení vede k situaci, kdy se různý stupeň heteroplazmie vyskytuje v jednotlivých mitochondriích (intramitochondriální heteroplazmie), v jednotlivých buňkách (intracelulární heteroplazmie) nebo postihuje celou tkáň (intercelulární heteroplazmie).

Biologické chování buňky se změní v situaci, kdy počet kopií mutované mtDNA v buňce přesáhne „práh“, při kterém již klesá schopnost vyrábět ATP. Podle počtu „postižených buněk“ dochází k postižení tkání nebo celého organismu. Změna poměru mezi počtem mutovaných a nemutovaných molekul mtDNA mezi příbuznými v jedné rodině může ovlivnit rozsah klinického postižení jednotlivých osob. Teorie, která vysvětluje, jak dochází k „vyředění“ kopií mutované mtDNA nebo ke „zvýšení“ frekvence kopií mutované mtDNA u potomků žen s mutací mtDNA, se jmenuje „teorie hrdla láhve“. V zárodečných oogoniích v ovariích plodu je cca 200 molekul mtDNA, během vývoje ke zralému vajíčku se tento počet zvyšuje až na 105 molekul mtDNA. Podle jiné hypotézy se podílí na nerovnoměrném zastoupení různých kopií mtDNA v buňkách „výhodné nebo nevýhodné“ umístění replikované molekuly mtDNA vzhledem k jádru v zárodečných buňkách během časné embryogeneze. Snáze a rychleji dochází k replikaci mtDNA, která je v mitochondriích umístěných v blízkosti jádra, než mtDNA v mitochondriích, které jsou od jádra vzdálenější. Důvod je snad ve větší dostupnosti faktorů potřebných k replikaci.

Rozdílné zastoupení mutovaných a nemutovaných molekul mtDNA v jednotlivých tkáních nemocného je ovlivněno i rozdílnou rychlostí buněčného dělení. Svalová, srdeční a nervová tkáň mají malý replikační potenciál, který vede k tomu, že postižené tkáně si uchovávají vysoký stupeň heteroplazmie. Naopak v buňkách periferní krve je obvykle stupeň heteroplazmie nižší, protože dělení hematopoetických kmenových buněk je rychlejší. Proto někdy nelze, ani u těžce nemocného dítěte, přítomnost mutace mtDNA v krvi prokázat.

Schopnost produkce ATP v buňce je veliká a k onemocnění dítěte dochází až při značném nahromadění mutovaných kopií mtDNA. Práh pro klinické projevy většiny heteroplazmických mutací je obvykle vyšší než 80 %. Významná heteroplazmie s vysokým poměrem mutované mtDNA k normální mtDNA byla popsána nejen u dětí s Pearsonovým syndromem, ale i u kojenců s Leighovým syndromem (nekrotizující encefalomyelopatie s laktátovou acidózou) nebo se syndromem NARP (Neurogenní svalové slabosti s Ataxií a Retinitis Pigmentosa), u kterých bývá procento mutované mtDNA vyšší než 95 %. U méně závažného onemocnění s pozdějším začátkem, jako je například syndrom CPEO (Chronická Progresívní Externí Oftalmoplegie), ať již samostatně se vyskytujícího, nebo v rámci syndromu Kearns-Sayre, bývá procento mutované mtDNA kolem 50–70 %. Na vzniku onemocnění se vedle heteroplazmie podílejí i negenetické faktory, jako je věk nebo energetická náročnost postižené tkáně. Pojem prahového efektu a replikační segregace umožňuje teoretické vysvětlení fenotypické různorodosti maternálně přenášených onemocnění.

V mtDNA bylo popsáno > 200 bodových mutací, delecí, mikrodelecí a duplikací, které jsou spojeny s poruchami energetického metabolismu a které vedou ke klinickým projevům u pacientů. Bodové mutace mtDNA se nejčastěji vyskytují v oblasti tRNA genů. Mutace, které vedou k méně závažným klinickým příznakům, se mohou v postižených rodinách přenášet po mnoho generací. Jako příklad lze uvést homoplazmickou mutaci A1555G v 12S rRNA genu, která způsobuje větší citlivost sluchového aparátu na expozici aminoglykosidových antibiotik u dětí a percepční nedoslýchavost u dospělých. V rodinách s výskytem mutace A1555G dochází po léčbě aminoglykosidy k časnější ztrátě sluchu.

Mezi onemocnění způsobená bodovou mutací mtDNA s maternálním typem dědičnosti patří celá řada klinických syndromů. Častým mitochondriálním onemocněním v populaci je syndrom LHON (Leberova Hereditární Optická Neuropatie), u kterého bylo nalezeno 18 různých mutací mtDNA. Čtyři mtDNA mutace G11778A, G3460A, T14484C a G15257A jsou prevalentní a vyskytují se u více než 90 % pacientů se syndromem LHON. Mezi časté mitochondriální poruchy v dětském věku patří syndrom MELAS (Mitochondriální myopatie, Encefalopatie, Laktátová Acidóza a iktu (Stroke) podobné příhody), který se vyskytuje u dětí i dospělých s prevalentní bodovou mutací mtDNA A3243G, a syndrom MERRF (Myoklonická Epilepsie a Ragged-Red Fibres), který se projeví u dětí s prevalentní mutací A8344G. Vzácněji se v dětské populaci vyskytuje syndrom NARP (Neurogenní svalové slabosti s Ataxií a Retinitis Pigmentosa) se dvěma popsanými mutacemi T8993G a T8993C, které jsou umístěny na stejném lokusu mtDNA. Uvedené mutace T8993G a T8993C se však mohou v dětském věku projevit i zcela jiným klinickým syndromem, například Leighovým syndromem s mitochondriální dědičností (MILS – Mitochondrialy Inherited Leigh Syndrome). Uvedené příklady bodových mutací mtDNA se v postižených rodinách nejčastěji vyskytují v heteroplazmické formě.

Většina delecí v mtDNA se vyskytují v té oblasti Hnebo Lřetězce, kde začíná replikace mtDNA. Dva typy delecí se vyskytují v populaci poměrně často. Jsou to delece v rozmezí nukleotidů v pozicích 8470-8482 až 13447-13459, která vede k deleci mtDNA o velikosti 4,9 kb, nebo 8637-8646 až 16073-16085, která vede k deleci o velikosti 7,4 kb. Sporadicky se vyskytující delece mtDNA se nacházejí u pacientů s očními myopatickými projevy typu chronické progresívní oftalmoplegie (CPEO) nebo u pacientů se syndromem Kearnsovým-Sayreho (KSS), vzácněji u dětí s Pearsonovým syndromem (sideroblastická anémie s pankreatickou insuficiencí) a v rodinách s maternálně dědičnou hluchotou spojenou s diabetes mellitus II. typu. Duplikace mtDNA se nacházejí u některých pacientů s diabetes mellitus II. typu.

Poruchy v oblasti systému OXPHOS mohou nastat i při kvantitativních a nikoliv kvalitativních změnách v mtDNA. Snížený obsah mtDNA v buňkách se nazývá „deplece mtDNA“. Deplece mtDNA byla prokázána u řady dětí se závažnou poruchou funkce oxidativní fosforylace. U dětí s deplecí mtDNA o 88–99 % se klinické příznaky onemocnění objevují záhy po narození výrazným hypotonickým syndromem spojeným s příznaky jaterního selhávání nebo s projevy poruchy renálních tubulárních funkcí. Je-li deplece mtDNA méně vyjádřená, začínají klinické obtíže v pozdějším věku a probíhají pod obrazem různě rychle progredující mitochondriální encefalomyopatie s laktátovou acidózou. Při enzymatickém vyšetření se obvykle nachází porucha aktivity cytochrom c oxidázy a dalších komplexů. Molekulární podstata vzniku deplece mtDNA není plně objasněna. Komplementační studie s kultivovanými myoblasty a fibroblasty, které byly enukleovány a zbaveny nDNA, s rhoo buňkami, které byly zbaveny mtDNA působením ethidium bromidu, svědčí pro odpovědnost jaderné DNA za vznik deplece mtDNA. V několika rodinách s deplecí mtDNA byla popsána autosomálně recesívní nebo dominantní dědičnost.

===== Výskyt mitochondriálních onemocnění =====

Výskyt mitochondriálních poruch energetického metabolismu v populaci není dosud znám, ale nejedná se o vzácná onemocnění. Předpokládá se, že mitochondriální onemocnění lze prokázat u 2–3 % pacientů s diabetes mellitus typ II, u 2–3 % pacientů se získanou slepotou nebo u 1 % pacientů s příhodou podobnou „mozkové mrtvici“.

Jen několik prací se dosud zabývalo studiem výskytu jednotlivých mitochondriálních onemocnění. V anglosaské populaci bylo zjištěno, že sumární prevalence nejčastějších mutací mtDNA je asi 12,48 na 100 000. Z tohoto počtu byla prevalence dvou nejčastějších mtDNA mutací G11778A a G3460A, které vedou ke vzniku syndromu LHON, přibližně 3,3 na 100 000, prevalence mtDNA mutací A3243G a A8344G, které se projevují syndromy MERRF a MELAS, byla asi 1,2 na 100 000, prevalence delecí mtDNA je asi 1,33 na 100 000.

Klinické projevy u poruch systému OXPHOS

Denní potřeba ATP u člověka se odhaduje na 200 mol ATP, ale absolutní množství ATP v těle je vždy menší než 0,1 mol. Aktuální produkce ATP v jednotlivých tkáních závisí na energetické náročnosti. Například ve svalu je rozdíl mezi potřebou ATP v průběhu spánku a obdobím těžké fyzické aktivity až stonásobný. Buňky neumějí ATP skladovat ani si ATP navzájem předávat. Na schopnosti buněk zajistit si v každém okamžiku potřebné množství ATP závisí i klinické obtíže u pacientů s poruchou energetického metabolismu. V klidu může být výroba ATP dostatečná a pacient nemusí mít žádné nebo jen mírné klinické obtíže, ale ty se zhoršují v situaci, kdy postižené buňky nedokáží produkci ATP zvýšit. V užším slova smyslu jsou mitochondriální onemocnění způsobena poruchami v oblasti dýchacího řetězce, ATP-syntázy, komplexu pyruvátdehydrogenázy a Krebsova cyklu. O „mitochondriální encefalomyopatii“ se hovoří při postižení funkce CNS.

První klinické příznaky mitochondriálních onemocnění bývají heterogenní a mohou se projevit v kterémkoliv období od novorozeneckého věku až do dospělosti. Mezi nejčastější příznaky v novorozeneckém věku patří hypotonie s laktátovou acidózou. V kojeneckém věku to je neprospívání, porucha psychomotorického vývoje a hypertrofická kardiomyopatie. V batolecím a předškolním věku se mitochondriální onemocnění často projevují Leighovým syndromem. U starších dětí a mladistvých se onemocnění často projevuje myopatickým syndromem nebo progresívní poruchou zraku. Mezi první příznaky u dospělých pacientů patří oboustranná ptóza víček, svalová slabost a percepční porucha sluchu. V Tab. 1 jsou uvedeny nejčastější klinické příznaky, které vedou k podezření na mitochondriální onemocnění. Uvedené příznaky se mohou libovolně kombinovat.

Syndrom Kearnsův-Sayreho je multisystémové onemocnění, které je způsobeno heteroplazmickými delecemi a duplikacemi mtDNA o velikosti 2–8 kb nebo jinými změnami uspořádání mitochondriálního genomu. První projevy onemocnění se objevují již v dětství nebo během dospívání. Mezi nejčastější klinické a laboratorní příznaky, které se mohou různě kombinovat, patří progredující svalová slabost, oboustranná ptóza víček s Chronickou Progresívní Externí Oftalmoplegií (CPEO), při které postižený jedinec musí při pohledu nad horizont zaklonit hlavu, retinitis pigmentosa, kardiomyopatie, převodní porucha srdečního rytmu, ataxie, porucha růstu, porucha sluchu, porucha tubulárních funkcí, renální selhání, diabetes mellitus, hypotyreóza, hypoparatyreóza, hypopituitarismus, hypogonadismus, Addisonova nemoc a zvýšená koncentrace bílkovin v mozkomíšním moku.

Leighův syndrom (subakutní nekrotizující encefalomyopatie) začíná v kojeneckém nebo batolecím věku neprospíváním, objevuje se hypotonie, hypertrichóza, porucha zraku, nystagmus a porucha sluchu. Psychomotorický vývoj se zpomaluje, zastavuje a později i regreduje. Léčba není účinná a dítě obvykle umírá v předškolním věku v průběhu akutního respiračního onemocnění. Při laboratorním vyšetření se najde laktátová acidóza. Při vyšetření MR bývají vidět symetrická nekrotická ložiska v oblasti bazálních ganglií a kmene mozku. Enzymatická vyšetření ukáží nejčastěji poruchu komplexu dýchacího řetězce I nebo IV nebo poruchu komplexu pyruvátdehydrogenázy.

Syndrom LHON (Leberova Hereditární Optická Neuropatie) je onemocnění, které bylo pojmenováno po německém oftalmologovi Theodoru Leberovi (1840–1917). Syndrom LHON je způsoben bodovými mutacemi mtDNA a je také historicky prvním onemocněním člověka, u kterého byla bodová mutace v mtDNA nalezena. Tři mutace mtDNA jsou u pacientů s LHON prevalentní: mtDNA mutace G11778A se vyskytuje u 50–65 % pacientů, mtDNA mutace G3460A je nacházena u 15–20 % nemocných a cca 10 % pacientů má mtDNA mutaci T14484C. Je velmi pravděpodobné, že v etiopatogenezi onemocnění se uplatňují vedle mtDNA mutací i další, zatím neobjasněné faktory, mezi které patří i kouření. Incidence LHON v populaci není známa, ale předpokládá se, že se vyskytuje u cca 2–3 % jedinců se získanou slepotou.

Klinicky se onemocnění projevuje nejčastěji ve druhém až třetím deceniu akutní nebo subakutní ztrátou zraku s centrálním skotomem a poruchou vnímání červené a zelené barvy. Vzácněji začíná až později nebo má pomalejší progresi. Na očním pozadí lze obvykle pozorovat peripapilární teleangiektázie, mikroangiopatii, pseudoedém disku a nápadně vinuté cévy bez prosakování fluoresceinu při fluorescenční angiografii. Průběh onemocnění je převážně nebolestivý, méně než 20 % postižených jedinců si stěžuje na bolest očí nebo bolest při pohybu bulbů. LHON postihuje obě oči současně nebo v poměrně krátkém intervalu několika týdnů po sobě a může vést až k úplné slepotě. Muži jsou postiženi mnohem častěji než ženy. Efektivní léčba není dosud známa, rizikovým faktorem je i kouření. Prognóza onemocnění není příznivá, obnovení zrakových funkcí nastává pouze u 4–37 % pacientů s akutním onemocněním. U malého počtu nemocných s LHON se vyskytují i mimooční projevy s neurologickým postižením nebo s poruchami srdečního rytmu.

Syndrom MELAS (Mitochondriální myopatie, Encefalopatie, Laktátová Acidóza a iktu (Stroke) podobné příhody) se nejčastěji vyskytuje u pacientů s heteroplazmickou mutací tRNALeu v poloze A3243G v mtDNA. Mutace vede k substituci adeninu za guanin v dihydrouridinovém raménku tRNA a způsobuje změnu vazebného místa pro transkripční terminační faktor. Důsledkem je snížená inkorporace leucinu do podjednotek oxidativně-fosforylačních enzymů, které jsou syntetizovány na mitochondriálních ribosomech. Onemocnění může být způsobeno i dalšími mutacemi v mtDNA.

Klinické příznaky začínají většinou ve školním věku záchvaty bolestí hlavy, křečemi, poruchami vědomí, poruchami duševního vývoje a svalovou slabostí. Spektrum orgánového postižení se však může lišit. Bylo popsáno i několik klinických variant onemocnění, při kterém převažují příznaky, jako jsou hluchota, diabetes mellitus II. typu, hypertrofická kardiomyopatie nebo postižení funkce ledvin. Ve svalové tkáni pacientů s MELAS syndromem lze nalézt nespecifické myopatické změny, atrofii svalových vláken i kompenzační hypertrofii danou aktivací rezervních buněk (široká nebo rozštěpená vlákna, nahromadění jader subsarkolemálně nebo uvnitř sarkomery). Mohou být přítomny „ragged red fibres“ s částečnou poruchu aktivity cytochrom c oxidázy, které vznikají subsarkolemálním zmnožením mitochondrií a které narušují rozeklaným (ragged) tvarem hladký obraz svalových vláken (fibres). V barvení trichrómem se depozita mitochondrií barví červeně (red) a kontrastují tak se zeleně se barvící homogenní cytoplazmou.

Syndrom MERRF (Myoklonická Epilepsie a Ragged-Red Fibers) je nejčastěji způsoben heteroplazmickou mutací tRNALys v pozici A8344G v mtDNA, která vede k substituci evolučně konzervovaného quaninu za adenin v TYC raménku tRNA, které má důležitou úlohu při interakci tRNA s ribosomy. Syndrom MERRF patří mezi nejčastější mitochondriální onemocnění člověka, může být způsoben i dalšími mutacemi v mtDNA.

Nejčastějšími klinickými příznaky jsou myoklonická epilepsie a svalová slabost. Méně často se onemocnění projevuje jinými příznaky, mezi které patří ataxie, kardiomyopatie, percepční porucha sluchu, externí oftalmoplegie a u dětí i porucha psychomotorického vývoje. Je známo, že vyšší procento mutované mtDNA se vyskytuje častěji u pacientů s těžší formou onemocnění, ale ne vždy lze najít přímou souvislost mezi stupněm heteroplazmie a závažností onemocnění nebo věkem pacienta v době nástupu prvních obtíží. Průběh onemocnění se přitom může lišit nejen mezi rodinami, ale i mezi nemocnými v jedné rodině.

Pacienti se syndromem MERRF mívají v krvi zvýšenou hladinu laktátu a alaninu a poměr laktátu k pyruvátu bývá zvýšený. Enzymatická vyšetření ve svalové biopsii ukazují nejčastěji poruchu aktivity NADH-CoQ reduktázy a cytochrom c oxidázy, které z komplexů dýchacího řetězce obsahují nejvíce mitochondriálně kódovaných podjednotek. Přítomnost ragged red fibres, subsarkolemálně zmnožených mitochondrií, které narušují rozeklaným (ragged) tvarem hladký obraz svalových vláken (fibres) a které se při barvení trichrómem zobrazují červeně (red), čímž kontrastují se zeleně se barvící homogenní cytoplazmou, není vždy konstantní.

Syndrom NARP (Neurogenní svalová slabost s Ataxií a Retinitis Pigmentosa) je nejčastěji způsoben heteroplazmickými mutacemi T8993G nebo T8993C mtDNA v genu pro podjednotku 6 ATPsyntázy. Mezi nejčastější klinické příznaky onemocnění patří neprospívání, progredující hypotonický syndrom nebo naopak kvadruspasticita, ataxie, retinitis pigmentosa, kardiomyopatie, hepatopatie a především zpomalení a zástava psychomotorického vývoje. Klinický průběh onemocnění může probíhat i pod obrazem Leighova syndromu. V krvi i likvoru bývá zvýšená hladina laktátu a alaninu.

Syndrom Pearsonův je nejčastěji způsoben přítomností hetero plazmické delece v mtDNA nebo bodové mutace v pozici G12301A. Onemocnění se projevuje již u malých dětí zpomalením růstu, poruchou zevně sekretorické funkce pankreatu a těžkou makrocytární sideroblastickou anémií s vakuolizací prekurzorů červených i bílých krvinek v kostní dřeni, která vyžaduje pravidelné transfúze erymasy a která je refrakterní na terapii kortikoidy i na terapii erytropoetinem. Prognóza onemocnění není obvykle příznivá, postižené děti mohou zemřít pod obrazem akutně probíhající sepse. V literatuře však byli popsáni i pacienti, u kterých onemocnění přešlo do obrazu Kearnsova-Sayreho syndromu.

Progresívní infantilní poliodystrofie – Alpersův syndrom

Progresívní infantilní poliodystrofie (Alpersův syndrom) je neurodegenerativní onemocnění s postižením funkce jater, které obvykle začíná v raném dětském věku křečemi, poruchou zraku, progresívní psychomotorickou retardací, atrofií CNS, hepatopatií a hyperlaktacidémií. Postižené děti často umírají při status epilepticus. Neuropatologický nález zahrnuje spongiformní nebo mikrocystickou degeneraci mozkové kůry, mozečku, bazálních ganglií a mozkového kmene. Přítomna bývá glióza, spongióza, nekróza a kapilární proliferace. Onemocnění se může vyskytovat sporadicky, ale byl popsán i familiární výskyt onemocnění. U dětí s Alpersovým syndromem byly nalezeny tkáňově specifické poruchy aktivit různých mitochondriálních enzymů, u několika dětí byla nalezena deplece mtDNA.

===== Leighův syndrom =====

Leighův syndrom, subakutní nekrotizující encefalopatie, je progresívní neurodegenerativní onemocnění způsobené poruchou mitochondriálního energetického metabolismu. Leighův syndrom se nejčastěji projevuje v batolecím věku heterogenní skupinou klinických i laboratorních příznaků s neprospíváním, opakovanými atakami zvracení, svalovou hypotonií, hypertrichózou, nystagmem, atrofií optiku, ataxií, zpomalením, zástavou a regresí psychomotorického vývoje, zvýšenou hladinou alaninu, laktátovou acidózou se zvýšeným poměrem mezi laktátem a pyruvátem a symetrickými nekrotickými lézemi v oblasti mozkového kmene a bazálních ganglií. Leighův syndrom může být způsoben různými poruchami funkce komplexů dýchacího řetězce nebo pyruvátdehydrogenázy, ale mezi nejčastější příčiny onemocnění patří generalizovaná porucha cytochrom c oxidázy (COX, komplex IV dýchacího řetězce).

COX je terminální enzymový komplex mitochondriálního dýchacího řetězce na vnitřní mitochondriální membráně, který zajišťuje předávání elektronů přenášených dýchacím řetězcem na kyslík a jeho redukci na vodu. COX je tvořena 13 proteinovými podjednotkami. Tři největší podjednotky, které jsou kódovány mtDNA, jsou syntetizovány v mitochondriích, ostatní podjednotky jsou kódovány nDNA a do mitochondrií jsou transportovány z cytoplazmy. Mutace vedoucí k poruše funkce COX byly nalezeny v mtDNA genech pro podjednotky COX II a COX III, ale nebyly dosud identifikovány v genech pro nukleárně kódované podjednotky COX. Mezi nejčastější nukleárně kódované poruchy COX patří mutace v SURF1 genu na chromosomu 9q34, jehož proteinový produkt surf1 je potřebný pro „správnou asemblaci“ enzymu. Porucha aktivity COX u dětí s mitochondriální encefalomyopatií a hypertrofickou kardiomyopatií může být způsobena i mutacemi v nukleárních genech SCO I nebo SCO II, jejichž produkty se také podílejí na asemblaci komplexu COX.

Komplex pyruvátdehydrogenázy

Komplex pyruvátdehydrogenázy (PDH) je multienzymový komplex ve vnitřní mitochondriální membráně. Klinicky se porucha aktivity PDH může projevit již v novorozeneckém období v rámci těžké laktátové acidózy, která je obvykle neslučitelná se životem. V kojeneckém a batolecím věku se projevuje různě vyjádřenými příznaky od psychomotorické retardace přes intermitentní ataxii až po úplnou zástavu vývoje na podkladě Leighova syndromu s pseudocystickými změnami v oblasti bazálních ganglií. V krvi či likvoru bývají zvýšené koncentrace alaninu, porucha aktivity komplexu PDH je často doprovázena i laktátovou acidózou se zvýšenou koncentrací pyruvátu, takže poměr laktátu k pyruvátu není zvýšený. Většina dětí s poruchou aktivity komplexu PDH má poruchu v podjednotce E1-, porucha podjednotky E1- není známá, vzácně byli popsáni pacienti s poruchami aktivit E2 nebo E3 podjednotek PDH komplexu. Snížené množství proteinu X, jako příčina poruchy komplexu PDH, byla nalezena pouze ve čtyřech rodinách.

Gen pro E1- podjednotku PDH je lokalizován na chromosomu X, dědičnost onemocnění při postižení ostatních podjednotek PDH je autosomálně recesívní. V genu pro E1- podjednotku PDH bylo nalezeno > 50 různých mutací, ale u části dětí se nedaří mutaci odpovědnou za onemocnění najít. Výskyt mutací u nemocných chlapců se liší od mutací u děvčat. Předpokládá se, že některé mutace mohou být pro chlapce letální. U chlapců byly nalezeny především „missense mutace“. U děvčat se naopak nejčastěji vyskytují krátké duplikace 15–40 bp nebo delece „tandem repeat sequencí“ v poslední čtvrtině genu. Určení mutace může být významné i pro prognózu dítěte a jeho léčbu. Mutace H44R a C87G v genu pro E1- podjednotku PDH se vyskytuje u dětí, které příznivě reagují na léčbu thiaminem. Oba typy mutací totiž vedou ke vzniku enzymu, který je aktivní pouze v přítomnosti desetitisícinásobných koncentrací thiaminu pyrofosfátu v tkáni.

Beta-oxidace mastných kyselin

Beta-oxidace mastných kyselin je metabolický děj, při kterém se mastné kyseliny v mitochondriích oxidují na acetyl-CoA v systému kaskády acyl-CoAa 3-OH-acyl-CoA-dehydrogenázy pro mastné kyseliny s dlouhým řetězcem (LCAD a LCHAD), acyl-CoA-dehydrogenázy pro mastné kyseliny se středně dlouhým řetězcem (MCAD) a acyl-CoA-dehydrogenázy pro mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCAD). Beta-oxidace mastných kyselin je spolu s oxidativní fosforylací významným dodavatelem ATP v buňkách především v období na lačno, kdy nahrazuje glykolýzu. Mastné kyseliny jsou přímým zdrojem energie pro srdeční a svalovou tkáň, jsou zdrojem ketolátek potřebných pro energetické zajištění funkce CNS a jsou zdrojem acetyl-CoA, který je nutný pro jaterní glukoneogenezi. Dlouhé mastné kyseliny jsou transportovány do mitochondrií systémem karnitinových přenašečů, mastné kyseliny s kratším řetězcem aktivní transportní mechanismy nepotřebují.

Poruchy beta-oxidace mastných kyselin představují heterogenní skupinu > 20 dědičně podmíněných onemocnění, které se klinicky projevují obvykle již v raném dětství akutními poruchami vědomí s příznaky Rey-like syndromu, část postižených dětí umírá pod obrazem syndromu náhlého úmrtí. Méně často začíná onemocnění až později u starších dětí nebo v dospělosti chronickou svalovou slabostí či kardiomyopatií. Frekventní výživa s omezeným příjmem tuků výrazně zlepšuje prognózu onemocnění.

Mezi laboratorní nálezy, které podporují klinické podezření na poruchu beta-oxidace mastných kyselin, patří záchyt neketotické hypoglykémie, zvýšené aminotransferázy, dikarboxylová acidurie (u dětí s MCAD), 3-OH-dikarboxylová acidurie (u dětí s LCHAD), nízká hladina volného karnitinu v krvi a patologický profil acylovaných karnitinů. Pro určení přesného typu poruchy jsou nutná enzymatická a molekulární vyšetření.

Porucha MCAD patří mezi nejčastější dědičně podmíněná metabolická onemocnění v dětském věku. Dědičnost onemocnění je autosomálně recesívní, až 80 % případů je způsobeno prevalentní homozygotní mutací A985G na krátkém raménku 1. chromosomu. Výskyt onemocnění se geograficky liší. Nejvyšší incidence je ve Finsku, kde má MCAD jeden z 8000 novorozenců, vysoký výskyt onemocnění je v západní Evropě (cca 1 : 20 000), naopak v Japonsku se MCAD objevuje velice vzácně. Studium výskytu mutace A985G v české novorozenecké populaci ukázalo přítomnost mutace v heterozygotní formě 1 : 240. Porucha LCHAD je nejčastěji způsobena prevalentní mutací G1528C. Dědičnost onemocnění je autosomálně recesívní, jeho výskyt je nižší než u poruchy MCAD, ale prognóza onemocnění je závažnější.

Vyšetřovací metody u dětí s mitochondriálním onemocněním

Při diagnostice mitochondriálních onemocnění se využívá celá škála biochemických, zobrazovacích, elektrofyziologických, enzymatických, histologických, imunochemických a molekulárně biologických vyšetřovacích metod. U většiny nemocných je nutno pro stanovení diagnózy mitochondriálního onemocnění založit tkáňovou kulturu fibroblastů, nezřídka je nutná i biopsie svalu, jater nebo myokardu.

===== Terapie mitochondriálních poruch energetického metabolismu =====

U většiny pacientů s mitochondriální poruchou energetického metabolismu není kauzální léčba dostupná a prognóza onemocnění nebývá příznivá. Možnosti symptomatické a podpůrné léčby jsou u většiny pacientů omezené a názory odborníků na význam jednotlivých léčebných postupů se liší. V léčbě již byla vyzkoušena řada vitamínů a látek, které se podílejí jako kofaktory na mitochondriálních enzymatických reakcích nebo které pomáhají při přenosu elektronů na vnitřní mitochondriální membráně. I když výsledky této „léčby“ nejsou obvykle účinné a u většiny postižených není významně ovlivněn klinický průběh onemocnění, stále se většina odborníků shoduje v názoru, že by se u postižených jedinců mělo vyzkoušet podávání L-karnitinu, koenzymu Q10 nebo cytochromu c, v některých situacích se doporučuje podávat vitamín K3, riboflavin, thiamin, vitamín C nebo některé další látky. Pouze u dětí s některými poruchami beta-oxidace mastných kyselin vede včasně zahájená dietní terapie k lepší prognóze onemocnění.

Rizika farmakoterapie u dětí s mitochondriální poruchou

U dětí s mitochondriální poruchou energetického metabolismu je nutná zvýšená opatrnost při farmakoterapii. Léčba valproátem může inhibovat aktivitu dýchacího řetězce, může vyvolat sekundární poruchu beta-oxidace mastných kyselin nebo jaterní selhání. Děti s mitochondriálním onemocněním mají zvýšené riziko respiračního selhání po některých anesteticích. Mezi rizikové léky patří především thiopental a etomidát. Halotan zvyšuje riziko srdečních arytmií, NO může snížit aktivitu cytochrom c oxidázy. Mezi rizikové léky patří azidothymidin (AZT), který vyvolává depleci mtDNA. Fialuridin může vyvolat u některých pacientů jaterní selhání. Diazepam ve vysokých koncentracích působí fragmentaci mitochondrií. 6-aminonikotinamid snižuje aktivitu sukcinát dehydrogenázy v bazálních gangliích. Vysoké dávky fenobarbitalu snižují poměr mezi aktivitami cytochrom c oxidázy a NADH cytochrom c reduktázy v mozku. Zatímco působení androgenů stimuluje aktivitu cytochrom c oxidázy v játrech a nadledvinách laboratorních zvířat, blokátory androgenových receptorů toto působení inhibuje. Adriamycin výrazně inhibuje aktivitu cytochrom c oxidázy. Zatím zcela ojedinělé je pozorování z roku 1998, kdy u dívky s Kearnsovým-Sayreho syndromem a aplastickou anémií na podkladě heteroplazmické delece 4 kb v mtDNA došlo po cyklosporinu k úpravě funkce kostní dřeně. Tetracyklinová antibiotika a chloramfenikol inhibují proteosyntézu v mitochondriálních ribosomech, zatímco na proteosyntézu v cytoplazmě buněk nepůsobí.

===== Identifikace mitochondriálního nebo nukleárního původu onemocnění =====
Metodou volby pro identifikaci nukleárního nebo mitochondriálního původu poruchy aktivit komplexů dýchacího řetězce I, III a IV nebo ATP-syntázy mohou být komplementační studie pomocí transmitochondriálních cybridů. V experimentu je nutné nejdříve připravit kulturu studovaných a kontrolních fibroblastů. Cybridy jsou buňky, které vzniknou fúzí kultivovaných buněk pacienta, které byly zbaveny jádra (bezjaderné cytoplasty), s transformovanými kontrolními buňkami, které obsahují jádro, ale postrádají mtDNA (rhoo mutace – buňky s mitochondriemi, zbavené mtDNA kultivací s ethidium bromidem). Pro spojování kultivovaných buněk se používá polyetylénglykol nebo mikroinjekční metoda. Výsledkem je vznik nových buněk, u kterých byla jaderná DNA nahrazena kontrolní DNA, ale které si přitom zachovaly původní mtDNA. Histochemickými, spektrofotometrickými a imunochemickými metodami lze potom v „komplementovaných buňkách“ rozpoznat, zda byl defekt „komplementován“ (odstraněn) vnesením kontrolního jádra, což by dokumentovalo, že genetický původ onemocnění je jaderného původu. Pokud ke „komplementaci“ nedošlo, znamená to, že genetický podklad poruchy je mitochondriálního původu.

Genetické poradenství a prenatální diagnostika v rodinách s mitochondriálním onemocněním

Genetické poradenství v rodinách s výskytem mitochondriální poruchy energetického metabolismu na úrovni systému OXPHOS je někdy obtížné. Klinická diagnóza mitochondriálního onemocnění ani laboratorní diagnostika, pokud je založena pouze na biochemickém průkazu snížené aktivity některého z komplexů dýchacího řetězce a ATP-syntázy, neumožňuje rozpoznat, s výjimkou poruchy komplexu II respiračního řetězce, zda je onemocnění způsobeno poruchou mitochondriálního, nebo nukleárního genomu. Často nastává situace, že nelze spolehlivě říci, zda se dědičnost onemocnění v postižené rodině řídí mendelovskými zákony, nebo se přenáší maternálně přes mtDNA, nebo se jedná o sporadické onemocnění bez zvýšeného rizika postižení dalších členů rodiny.

Pokud byla pomocí molekulárních metod v tkáních nemocného probanda nalezena některá ze známých patogenních bodových mutací mtDNA, je dědičnost onemocnění mitochondriální. Těmto rodinám prakticky nelze nabídnout prenatální diagnostiku, protože průkaz mutace mtDNA v choriových klcích nebo kultivovaných amniocytech plodu sice svědčí pro vysoké riziko postižení plodu, ale negativní vyšetření bez nálezu mutace mtDNA nevylučuje možnost, že se u plodu jedná o tkáňově specifické onemocnění CNS, myokardu nebo svalů bez postižení fibroblastů. V těchto rodinách je zřejmě nejvhodnější genetickou prevencí vedle adopce metoda „in vitro fertilizace“ s darovaným vajíčkem. Pro oplození lze použít otcovy spermie.

U většiny pacientů s mitochondriálním onemocněním na podkladě rozsáhlejších delecí a duplikací mtDNA bývá výskyt onemocnění v rodině sporadický. Riziko pro příbuzné by mělo být populační, ale je třeba mít na zřeteli, že dědičnost onemocnění u pacientů s mnohočetnými delecemi mtDNA může být autosomálně dominantní. V několika rodinách s mitochondriálním onemocněním způsobeným deplecí mtDNA byla popsána dědičnost autosomálně recesívní.

Rodinám, ve kterých bylo molekulárně zjištěno, že porucha systému OXPHOS je nukleárního původu, lze nabídnout prenatální diagnostiku molekulárními metodami. Prenatální diagnostika v rodinách, ve kterých byla nukleární etiologie onemocnění dokumentována pomocí cybridů, je možná pouze v situaci, kdy se u probanda jedná o generalizovaný enzymatický deficit s postižením fibroblastů. Při prenatální diagnostice je vhodné charakterizovat postižený komplex v kultivovaných amniocytech a choriových klcích na funkční, enzymatické i proteinové úrovni.

V rodinách s výskytem poruchy beta-oxidace mastných kyselin nebo s poruchou v oblasti Krebsova cyklu je dědičnost onemocnění autosomálně recesívní. V rodinách s poruchou aktivity komplexu PDH může být dědičnost onemocnění autosomálně recesívní nebo gonosomálně recesívní. Prenatální diagnostika je dostupná molekulárními nebo biochemickými metodami, ale u některých typů poruch beta-oxidace mastných kyselin se pro dobrou prognózu onemocnění a snadnou léčbu obvykle neprovádí.

===== Perspektivy genové terapie u dětí s mitochondriální poruchou =====

Výzkumné práce v oblasti genové terapie mitochondriálních onemocnění způsobených poruchou mtDNA probíhají v několika rovinách. Je to především snaha ovlivnit nukleární genom v buňkách postižených tkání a vyvolat cytoplazmatickou syntézu těch podjednotek respiračních komplexů, které jsou normálně kódovány mtDNA. Podmínkou úspěchu této léčby bude potřeba zajistit transport nově vytvořených proteinů do mitochondrií a jejich „asemblaci“ s ostatními proteiny. Tato metoda by mohla být vhodná například u pacientů s homoplazmickou mutací mtDNA. Druhou metodou je snaha ovlivnit mitochondriální genom v buňkách postižených tkání transportem nového genetického materiálu do mitochondrie pomocí vektorů a zajistit jeho začlenění do mtDNA tak, aby mohla probíhat vlastní mitochondriální syntéza potřebných proteinů. Sieblovi a spolupracovníkům se podařilo in vitro úspěšně vpravit do izolovaných mitochondrií část DNA, která se v mitochondrii replikovala. Tato metoda by mohla být využita pro syntézu mitochondriálně kódovaných podjednotek komplexů respiračního řetězce. Třetí metoda vychází z předpokladu, že výskyt mutované mtDNA v buňce je heteroplazmický a že je možné selektivně ovlivnit replikaci mitochondriální DNA s mutovaným genomem tak, aby se v buňkách postižených tkání během následné mitochondriální biogeneze replikovala pouze nemutovaná mtDNA. V buňkách postižených tkání by došlo k vyředění mitochondrií s mutovanou mtDNA. Pomocí nukleových kyselin se podařilo inhibovat replikaci mtDNA s bodovou mutací in vitro, zatímco replikace normální mtDNA nebyla porušena. Většina odborníků se však stále shoduje v názoru, že s využitím genové terapie u pacientů s poruchami mitochondriálního energetického metabolismu se nedá v nejbližší době počítat.

CLAYTON, DA. Mitochondrial DNA gets the drift. Nature Genetics, 1996, 14, p. 123-125.

HOUŠTĚK, J., KLEMENT, P., ANTONICKÁ, H., et al. Prenatal diagnosis in two families with cytochrome c oxidase deficiency. Prenatal diagnosis, 1999, 19, p. 552-558.

CHINNERY PF., JOHNSON, MA., WARDEL, TM., et al. The Epidemiology of Pathogenic Mitochondrial DNA Mutations. Annals of Neurology, 2000, 48, no. 2, p. 188-193.

LARSSON, NG, LUFT, R. Revolution in mitochondrial medicine. FEBS Letters, 1999, 455, p. 199-202.

LIGHTOWLERS, RN., CHINNERY, PF., TURNBULL, DM., HOWELL, N. Mammalian mitochondrial genetics: heredity, heteroplasmy and disease. TIG, 1997, 13, no. 11, p. 450-454.

MARRIOTI, C., UZIEL, G., CARRARA, F., et al. Early onset encephalomyopaathy associated with tissue specific mitochondrial DNA depletion: a morphological, biochemical and molecular denetic study. J Neurol, 1995, 242, p. 547-556.

DiMAURO, S., BONILLA, E., LOMBES, A., et al. Mitochondrial encephalomyopathy. Pediatr Neurology, 1990, 8, no. 3, p. 483-504.

De MEIRLEIR, L., SPECOLA, N., SENECA, S., LISSENS, W. Pyruvate dehydrogenase E1a-deficiency ina family: Different clinical presentation in two siblings. J Inher Metab Dis, 1998, 21, no. 3, p. 224-226.

MORAES, CT., RICCI, E., BONILLA, E., et al. The mitochondrial tRNA-leu(UUR) mutation in mitochondrial encephalomyopathy, lactic acidosis, and strokelike episodes (MELAS): genetic, biochemical, and morfological correlation in skeletal muscle. Am J Hum Genet, 1992, 50, p. 934-949.

MORRIS, AA., LEONARAD, JV., BROWN, GK., et al. Deficiency of respiratory chain complex I is a common cause of Leigh disease. Ann Neurol, 1996, 40, p. 25-30.

MUNNICH, A., ROTIG, A., CHRETIEN, D., et al. Clinical presentation of mitochondrial disorders in childhood. European Mitochondrial Disease Network, Mitochondrial Diseases,1998, p.1-8.

NIJTMANS, LG., SPELBRINK, JN.,VAN GALEN, MJ., et al. Expression and fate of nucleary encoded subunits of cytochromce c oxidase in cultured human cells depleted of mitochondrial gene products. BBA, 1995, 1265, p. 117-126.

RUSTIN, P., BOURGERON, T., PARFAIT, B., et al. Inborn errors of the Krebs cycle: a group of unusual mitochondrial diseases in human. BBA 1361, 1997, p. 185-197.

SAUDUBRAY, JM., MARTIN, D., POGGI-TRAVERT, F., et al. Clincial presentation of 84 patients with miutochondrial fatty acid oxidation disorders. J Inter Metab Dis, 1997, 20, Suppl. 1., p. 7.

SCRIVER, CHR., BEAUDET, AL., SLY, WS., VALLE, D. The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease. New York : McGraw-Hill, 2001.

SHOFFNER, JM. Molecular analysis of oxidative phosphorylation diseases for detection of mitochondrial DNA mutation. Current Protocols in Human Genetics, 1997, Suppl. 13, 9.1.19.9.25.

SCHON, EA., BONILLA, E., DIMAURO, S. Mitochondrial DNA mutation and pathogenesis. J Bionerg Biomembranes, 1997, 29, no. 2, p. 131-149.

SIEBEL, P., TRAPPE, J., VILLANI, G., et al. Transfectionof mitochondria. Strategy towards a gene therapy of mitochondrial DNA diseases. Nucleic Acids Res, 1995, 23, p. 10-17.

SMEITINK, J., VAN DEN HEUVEL, L. Human Mitochondrial Complex I in Health and Disease. Am J Hum Genet, 1999, 64, p. 1505-1510.

SPERL, W. Diagnosis and therapy of mitochondriopathies. Wien Klin Wochenschr, 1997, 109, no. 3, p. 93-99.

WALLACE, DC. Mitochondrial DNA in aging and disease. Scientific American, 1997, p. 22-29.

ZEVIANI, M., PETRUZZELLA, V., CARROZZO, R. Disorders of nuclear-mitochondrial intergenomic signalling. Bioenergetics and Biomembranes, 1997, 29, no. 2, p. 121-129.

ZEMAN, J., STRATILOVÁ, L., HOUŠŤKOVÁ, H., et al. Klinická a biochemická studie u 21 dětí s poruchou aktivity cytochrom c oxidázy. Čs Pediatr, 1997, 52, č. 8, s. 599-603.

Podpořeno projektem IGA NE 6555-3

e-mail: jzem@lf1.cuni.cz

Ohodnoťte tento článek!