Dominantní (Kjerova) atrofie optiku asociovaná s mutacemi v OPA1 genu

Overview

Dominantní atrofie optiku (dominant optic atrophy; DOA) je autozomálně dominantně děděné onemocnění manifestující se pomalou a nebolestivou bilaterální ztrátou zrakové ostrosti s různým stupněm závažnosti. DOA je podmíněna mutacemi v genech jaderné DNA kódující proteiny asociované s vnitřní membránou mitochondrií. Ve většině popsaných případů DOA se jedná o mutaci v OPA1 genu, jsou ale známy i další geny a lokusy podmiňující DOA. K manifestaci onemocnění obvykle dochází v prvních dvou dekádách života. Onemocnění se rozvíjí na podkladě neurodegenerativního postižení gangliových buněk sítnice vedoucího k atrofii zrakového nervu. Snížení zrakové ostrosti je doprovázeno poruchou barvocitu a centrálními nebo paracentrálními defekty v zorném poli. Při vyšetření očního pozadí lze pozorovat bledý terč zrakového nervu, případně i jeho exkavaci. U části pa­cientů jsou popisovány extraokulární příznaky, tzv. DOA plus syndrom. Nejčastěji se jedná o bilaterální senzorineurální poruchu sluchu; vzácněji je přítomna i chronická progresivní zevní oftalmoplegie, myopatie, periferní neuropatie, onemocnění podobné RS nebo spastická paraplegie dolních končetin. V současnosti není známa účin­ná terapie, která by zabránila rozvoji zrakového postižení. V Centru pro pa­cienty s mitochondriálními neuropatiemi optiku při VFN v Praze probíhá genetická dia­gnostika a dispenzarizace jedinců s DOA. Cílem přehledného článku je zvýšit povědomí o této nejčastější geneticky podmíněné neuropatii optiku.

Klíčová slova:

dominantní optická atrofie – Leberova hereditární neuropatie optiku – neuropatie/atrofie optiku – mitochondriální onemocnění

Úvod

Dominantní atrofie optiku (dominant optic atrophy; DOA; OMIM #165500) je autozomálně dominantně děděné neurodegenerativní onemocnění vedoucí k pomalu progredující ztrátě zrakové ostrosti s charakteristickým začátkem v první dekádě života [1]. Klinické příznaky tohoto onemocnění byly poprvé popsány již na konci 19. století [2,3]. Až v roce 1959, kdy dánský oftalmolog Poul Kjer publikoval fenotyp 19 rodin s DOA a odlišil toto onemocnění od Leberovy hereditární neuropatie optiku (Leber´s Hereditary Optic Neuropathy; LHON), bylo onemocnění uznáno jako samostatná klinická jednotka a alternativně je dodnes označováno jako Kjerova atrofie optiku [4]. V roce 1972 Damien P. Smith formuloval hlavní klinické znaky onemocnění: autozomálně dominantní dědičnost, nástup příznaků mezi 4. a 8. rokem života, mírný až střední pokles zrakové ostrosti (0,4– 0,1). Mezi další příznaky zařadil i temporální nablednutí papil zrakového nervu, centrální či centrocekální skotomy a poruchu barvocitu –  konkrétně tritanopii [5]. Postupně, díky objasnění molekulárně genetické příčiny onemocnění a novým kohortovým studiím, se pohled na klinické projevy tohoto onemocnění změnil. Nové poznatky odlišující se od Smithovy původní definice budou uvedeny dále.

Kromě poruchy zraku je DOA v části případů sdružována se senzorineurální poruchou sluchu a dalšími neurologickými symp­tomy (ataxie, polyneuropatie, myopatie, chronická progresivní zevní oftalmoplegie [chronic progressive external ophthalmoplegia; CPEO]). Pro tuto komplikovanou formu je používán termín „DOA plus“ syndrom [6].

Dominantní atrofie optiku je geneticky heterogen­ní onemocnění způsobené mutacemi v genech jaderné DNA kódující proteiny asociované s vnitřní membránou mitochondrií. Nejčastěji se jedná o mutace v OPA1 genu (OMIM 605290) nacházející se na chromozomu 3 [7– 9]. Protein OPA1 je mitochondriální dynaminu podobná GTPáza, jež se podílí na bio­genezi a na udržování membránové integrity mitochondrií. Jsou ale známy i další geny a lokusy, jež podmiňují nejen DOA, ale i klinickým průběhem velmi podobné autozomálně recesivně či gonozomálně děděné jednotky, které byly historicky pod tento termín zahrnuty. Podrobný výčet těchto vzácněji se vyskytujících onemocnění není předmětem této publikace a bude krátce shrnut v závěru.

Dominantní atrofie optiku představuje nejčastější formu hereditární neuropatie zrakového nervu. Obecně je její prevalence udávána 1 : 12 000 až 1 : 25 000; údaje se liší dle studované populace [10,11]. V roce 2013 byla publikována data epidemiologické studie ze severní Anglie, v níž byla prevalence DOA stanovena na 1 : 25 000 a prevalence nosičství OPA1 mutace na 1 : 34 000 [11]. Pro srovnání –  nejnižší stanovená prevalence manifestní LHON, druhé nejčastěji se vyskytující hereditární neuropatie optiku, je dle studie ze stejné oblasti 1 : 31 000 [12]. Vyšší prevalence DOA na podkladě efektu zakladatele je popisována v Dánsku (1 : 12 000) [10,13].

Přesné epidemiologické údaje o DOA v ČR nejsou známy. Vzhledem k výše uvedeným poznatkům z jiných evropských zemí se však jistě jedná o onemocnění poddia­gnostikované. Při předpokládané prevalenci 1 : 25 000 by se v ČR jednalo o minimálně 400 pa­cientů, v našem sledování je však nyní jen několik desítek jedinců s dia­gnostikovaným či předpokládaným onemocněním.

Cílem práce je přehledně shrnout známé poznatky o DOA, jejím klinickém průběhu a doprovodných symp­tomech, které mohou být nápomocny v diferenciálně dia­gnostickém postupu u pa­cientů s atrofií optiku. Závěrem se zmiňujeme o nových terapeutických i experimentálních možnostech.

Klinický obraz

Pro onemocnění je charakteristická postupná, pomalu progredující bilaterální ztráta zrakové ostrosti, ke které dochází na podkladě degenerace retinálních gangliových buněk (retinal ganglion cel­ls; RGC) [1]. Penetrance onemocnění se liší dle dostupných prací. V menší studii publikované v roce 2001 byla u dvou dia­gnostikovaných rodin penetrance rozvoje atrofie optiku stanovena na 43 a 62 % [14]. Ve větší australské studii zahrnující 11 rodin s DOA byla potvrzena mutace u 157 jedinců a známky onemocnění byly přítomny u 82,5 % z nich [15].

Tíže onemocnění je velmi variabilní; zraková ostrost se může pohybovat od normální (≥ 0,8 v decimálních hodnotách) u jedinců dia­gnostikovaných pouze na podkladě pozitivní rodin­né anamnézy až k praktické slepotě v plně rozvinutých případech. Průměrná zraková ostrost symp­tomatických pa­cientů s OPA1 mutací byla v souboru 45 pa­cientů 0,097 [16]. Rozdíly zrakové ostrosti jsou patrné jak inter-, tak intrafamiliárně [17– 19]. Tyto fenotypové rozdíly lze demonstrovat na výsledcích Alminda et al z roku 2012, kteří publikovali široké rozmezí výsledné zrakové ostrosti u dvou mutací –  c.983A>G (NM 130837.2) přítomné u 35 jedinců (10 rodin) s klinickou manifestací ve věku od 3 do 62 let s rozsahem zrakové ostrosti 0,03– 1,0 a c.2708_2711del identifikované u 21 členů (11 rodin), kde se vznik obtíží pohyboval v rozmezí od 3 do 48 let (průměr 13 let, medián 8 let) a zraková ostrost rovněž mezi 0,03– 1,0 [20].

Vzhledem k velmi pozvolnému zhoršování zraku si ne všichni pa­cienti zpětně uvědomují vznik prvních příznaků. Dříve byla DOA považována za onemocnění, jež postihuje jedince výlučně již v časném dětském věku (4– 8 let), a tato skutečnost byla zahrnuta i do dia­gnostických kritérií [5]. Z novějších studií nicméně vyplývá, že se onemocnění může manifestovat jak v dřívějším, tak i v pozdějším věku [21]. Většina souhrn­ných prací se shoduje, že první příznaky vznikají obvykle před 20. rokem života. Studie ze severní Anglie uvádí u 40 pa­cientů průměrný věk vzniku obtíží 7 let s věkovým rozpětím 1– 16 let. V této práci bylo 80 % jedinců symp­tomatických před dosažením 10. roku života, horší prognózu měli pa­cienti s mis­sense mutacemi [16]. Jsou ale publikovány i výsledky dalších studií, ve kterých byla pouze necelá polovina jedinců dia­gnostikována před 20. rokem života. V italské kohortě nositelů OPA1 mutací byl průměrný věk v době vzniku obtíží 12,5 roku. Dle závěru byla téměř polovina z 52 pa­cientů dia­gnostikována před 20. rokem života [22], obdobně tak ve finském souboru 14 rodin se 31 jedinci s manifestním onemocněním byla dia­gnóza stanovena u poloviny pa­cientů před 20. rokem [23].

Dlouhodobá prognóza onemocnění je variabilní, progrese je popisována u 50– 67 % pa­cientů [16,19,23], průměrný pokles zrakové ostrosti byl v anglické studii o 1,6 písmene na ETDRS (Early Treatment Diabetic Retinopathy Study) optotypech [16], zraková ostrost horší než 0,05– 0,1 byla přítomna u 13– 36 % jedinců [15,19,23].

Při vyšetření fundu je patrný bilaterálně symetrický přesně konturovaný bledý terč, event. i mělce miskovitě vyhloubený (tzv. atrofická exkavace) (obr. 1A, B). Predominatně dochází k postižení v temporálním kvadrantu, u části pa­cientů lze ale pozorovat atrofii ve všech kvadrantech [22,24]. Při vyšetření optickou koherenční tomografií (OCT) Barboni et al popisují jako první patologické změny u pa­cientů s DOA sníženou vrstvu gangliových buněk v makule jevící se jako perifoveální snížení tlouštky komplexu vrstvy gangliových buněk a vnitřní plexiformní vrstvy, což následně vede i k zeslabení tloušťky vrstvy retinálních nervových vláken (retinal nerve fibre layer; RNFL) s predominantním poškozením papilomakulárního svazku (obr. 1C– F). U mírných případů dochází pouze k významné ztrátě makulárních RGC a RNFL se může pohybovat v pásmu normálních hodnot [25,26]. Postižení zrakového nervu se klinicky a při vyšetření zrakového pole projevuje typicky caekocentrálními, méně často centrálními a paracentrálními skotomy při zachovaném periferním vidění (obr. 1G, H).

Přibližně polovina pa­cientů s manifestní DOA má klinicky vyjádřeno poruchu barvocitu [22,23]. Tritanopie (spektrum modrá/ žlutá), která byla dříve považována za typický projev DOA [5], se dle recentních studií vyskytuje v souborech méně často v porovnání se smíšenou poruchou barvocitu (spektrum červená/ zelená/ modrá), vyskytující se u 55– 72 % pa­cientů, zatímco tritanopie je přítomna pouze u 16– 28 % [23,24].

Zornicové reakce nejsou narušeny ani u nejtěžších případů DOA. Je to podmíněno zachováním melanopsin-exprimujících RGC tvořících asi 1 % všech RGC. Tyto buňky nejen reprezentují první neuron dráhy pupilárního reflexu, ale nejspíše komunikují i s hlavním cirkadián­ním pacemakerem v suprachiazmatickém jádru hypotalamu, jež prostřednictvím sekrece melatoninu ovlivňuje sekundární regulační centra, která jsou cirkadián­ními rytmy ovlivněna [27]. Vyšetření 4 pa­cientů s DOA potvrdilo zachované uvolňování melatoninu v závislosti na změně osvětlení [28,29].

Zrakové evokované potenciály (visual evoked potentials; VEP) jsou dle tíže postižení prodloužené či nevýbavné. Elektroretinografie na strukturované podněty (pattern ERG; PERG) vykazuje abnormální poměr vln N95:P50 se sníženou amplitudou vlny N95, jež naznačuje narušení vrstvy RGC. Tyto nálezy jsou nespecifické, ale mohou být pomocným ukazatelem při nejednoznačných výsledcích ostatních dia­gnostických metod [30].

Magnetická rezonance mozku obvykle bývá normální. Při pokročilejším onemocnění mohou být patrny známky bilaterální atrofie optiku. Její provedení je důležité zejména k vyloučení komplikací či jiné etiologie klinických obtíží (viz níže). Příklady typického nálezu ve srovnání s normou jsou uvedeny na obr 1. Jedná se o oční nálezy pa­cienta s potvrzenou již publikovanou c. 869G>A mutací p.(Agr290Gln) (NM 15560) [8,31].

Extraokulární projevy DOA

U části pa­cientů s DOA se kromě neuropatie optického nervu vyskytují i další přidružené příznaky, jež podmiňují tzv. DOA plus syndrom. Ve velké multicentrické studii zahrnující 104 pa­cienty ze 45 rodin s DOA na podkladě OPA1 mutace byla extraokulární neurologická manifestace popsána až ve 20 %. Obdobně jako u zrakové ostrosti i tyto příznaky podléhaly významné intrafamiliární variabilitě [32]. Ve třetině studovaných rodin byli jak jedinci mající pouze oční postižení, tak jedinci s extraokulárními příznaky, i přes nosičství stejné mutace v genu pro OPA1 a předpokládaného sdíleného prostředí, a tím i možných okolních vlivů.

Nejčastěji se vyskytujícím extraokulárním projevem je senzorineurální porucha sluchu, jež postihuje přes 60 % pa­cientů s DOA plus syndromem [32]. Vzhledem k tomu, že při vyšetření dochází k narušení pouze kmenových sluchových evokovaných potenciálů (brain stem auditory evoked potentials; BAEP), ale otoakustické emise bývají zachovány, předpokládá se, že sluchový nerv je buď poškozen pouze ve své terminální nemyelinizované části, nebo je alterováno spirální ganglion. V souladu s touto teorií dochází k významnému zlepšení sluchových funkcí při použití kochleárních implantátů [33,34]. K manifestaci poruchy sluchu nejčastěji dochází ve 2.– 3. dekádě života (medián 14 let) [35]. Sluchové postižení je obvykle oboustran­né s variabilní tíží ztráty sluchu od mírné až střední nedoslýchavosti (ztráta 60 dB) u 67 % pa­cientů (14/ 21) až po velmi těžkou ztrátu sluchu (> 90 dB) u 19 % jedinců (4/ 21) [35]. Oční postižení obvykle předchází poruchu sluchu, nicméně byly zaznamenány i izolované případy s dia­gnózou sluchového postižení stanovenou ve stejnou dobu jako porucha zraku, případně před ní. Nejčastěji je postižení sluchu spjato s OPA1 c.1334G>A (p.Arg445His; NM 15560) mutací, jež se vyskytuje u třetiny až poloviny případů [32,35].

Dalšími extraokulárními příznaky, které se mohou rozvinout u DOA, jsou CPEO, která byla přítomna ve studovaném souboru Yu-Wai-Mana et al u 46 % pa­cientů, myopatie (36 %), ataxie (30 %), či periferní neuropatie (30 %). Tyto příznaky se zpravidla přidávají od 3. dekády věku, CPEO se manifestuje obvykle později, ve 4. dekádě věku (obr. 2) [32]. Mezi méně časté neurologické projevy patří spastická paraplegie dolních končetin [32,36].

V souboru 40 pa­cientů s DOA plus syndromem byl u 12 (30 %) popsán abnormální nález na MR mozku, u dvou z nich byly přítomny léze prakticky neodlišitelné od obrazu RS s pozitivitou oligoklonálních pásů v mozkomíšním moku [32,37]. V roce 2015 byla publikována jiná studie zabývající se zobrazením mozku pa­cientů s OPA1 mutacemi, kdy u 12 z 22 (55 %) byl přítomen abnormální nález na MR, 23 % pa­cientů mělo cerebelární atrofii především postihující vermis, dále byly přítomny i nespecifické léze v bílé hmotě a kortikální atrofie. Změny na MR mozku byly častější u starších pa­cientů, s horším a progredujícím zrakovým postižením a u pa­cientů s postižením sluchu [38].

Pa­cienti s manifestujícími se extraokulárními příznaky měli v souboru statisticky horší prognózu stran míry postižení zraku (zraková ostrost 0,086) v porovnání s pa­cienty pouze s izolovaným postižením zraku (zraková ostrost 0,14). Naopak velmi vzácně se u jedinců s DOA plus symp­tomy porucha zraku nevyskytuje (dle metaanalýzy Yu-Wai-Mana et al byla prevalence očního postižení 95,6 % [87/ 91 pa­cientů]) [32].

Dia­gnostika

V rámci diferencicální dia­gnostiky DOA mohou být obzvláště významné ně­kte­ré anamnestické údaje. Nejdůležitějšími jsou počátek v dětství, pomalá progrese a vícegenerační postižení svědčící pro dominantní dědičnost.

Oční vyšetření by mělo zahrnovat stanovení zrakové ostrosti a kontrastní citlivosti, vyšetření barvocitu a zorného pole, bio­mikroskopii fundu a OCT se spektrální doménou. Vhodné je doplnění VEP. Při podezření na DOA plus syndrom je nutné provést i BAEP, audiometrii, neurologické vyšetření a MR mozku.

Dále je indikováno genetické vyšetření, a to sekvenace OPA1 genu, ev. OPA3 genu. V případě nejednoznačného klinického nálezu při negativní rodin­né anamnéze se v rámci diferenciální dia­gnostiky doplňuje vyšetření tří nejčastějších mutací asociovaných s LHON, ev. dostupná molekulárně genetická vyšetření možných jiných syndromů v rámci panelů genů, jejichž mutace způsobují dědičné poruchy zraku. Při dia­gnostických rozpacích přistupujeme v rámci výzkumných účelů k celoexomovému či celogenomovému sekvenování.

Studiem svalové tkáně získané jak od DOA plus pa­cientů, tak od jedinců pouze se zrakovým postižením byla u obou skupin histochemicky prokázána COX-deficitní svalová vlákna, u DOA plus syndromu byl ale nález významnější. U většiny pa­cientů z obou klinických skupin byla ve svalové tkáni prokázána delece mitochondriální DNA (mtDNA) [32]. U pa­cientů se suspektním DOA plus syndromem je možné doplnit svalovou bio­psii.

Diferenciální dia­gnostika

Diferenciální dia­gnostika neuropatií optiku je široká. Patří sem geneticky podmíněné i získané příčiny vedoucí k poškození zrakového nervu.

Byly identifikovány další geny, o nichž je známo, že vzácněji podmiňují jak autozomálně dominantní, tak autozomálně recesivní a X-vázanou dědičnost atrofie optiku a mohou být doprovázeny extraokulární symp­tomatikou. Příčinou DOA může být např. mutace v genu pro OPA3, kde bývají klinicky kromě neuropatie optiku přítomny také presenilně vzniklá katarakta nebo extraokulární příznaky, jako např. senzorineurální porucha sluchu a neurologické příznaky [39,40].

Časnou manifestací atrofie optiku asociovanou se spinocerebelární degenerací vedoucí k cerebelární ataxii, pyramidovým jevům, periferní neuropatii, spasticitě a opožděnému psychomotorickému vývoji je charakterizován Behrův syndrom [41]. Jedná se o geneticky heterogen­ní soubor příznaků, u kterého je popsána jak autozomálně recesivní, tak dominantní dědičnost [42,43]. Původně byl tento syndrom spojován především s autozomálně recesivní mutací v genu pro OPA3 podmiňující 3-metylglutakonovou acidurii typ 3 (Costef­fův syndrom) [44,45]. Nově však byly u tohoto syndromu potvrzeny i mutace v genu pro OPA1, dominantně i recesivně děděné [46– 48]. U Behrova syndromu byl u dvou nepříbuzných dětí v roce 2017 poprvé popsán i tzv. Leigh-like syndrom, na MR mozku byly nalezeny progresivní cerebelární atrofie, hyperintenzity v bazálních gangliích a patologické akumulace laktátu, geneticky byl přítomen nález složené heterozygotní a homozygotní mutace v genu pro OPA1 [43].

Významnou jednotkou v rámci diferenciální dia­gnostiky je pro svou incidenci a klinický obraz především LHON, podmíněná mutacemi v mtDNA, pro kterou je charakteristická bilaterální nebolestivá rychlá ztráta zraku typicky postihující častěji muže ve 2. a 3. dekádě života. DOA společně s LHON představují nejčastější mitochondriální onemocnění vedoucí k atrofii optického nervu.

Vzácněji může být atrofie optiku symp­tomem i v rámci jiných mitochondriálních onemocnění s komplexním fenotypem, které tímto lze zařadit i do diferenciální dia­gnostiky DOA plus syndromu. Jedná se např. o Wolframův syndrom, autozomálně recesivní onemocnění manifestující se diabetem insipidem, diabetem mel­litem, atrofií optiku a hluchotou [49]. Další klinickou jednotkou, která může být v diferenciální dia­gnostice zvažována, je autozomálně dominantní Wolframův syndrom, mezi jehož symp­tomy patří kongenitální progredující porucha sluchu, atrofie optiku a porucha glukózové tolerance [50,51], dále hereditární motoricko-senzorická neuropatie typu 6 způsobená mutacemi v mitofusinu 2 (MFN2), jež vede k periferní neuropatii a atrofii optiku [52]. Pomalu progredující ztráta zrakové ostrosti je přítomna společně s poruchou sluchu a pomalu progredující dystonií a demencí u syndromu Mohr-Tranebjaergové, X-vázaného onemocnění patřícího svým klinickým obrazem také do diferenciálně dia­gnostické rozvahy [53,54]. Neuropatie optiku je někdy popisována i u geneticky heterogen­ního Leighova syndromu [55], syndromu myoklonické epilepsie s červenými vlákny (myoclonic epilepsy with ragged red fibres; MERRF) [56] či Friedreichovy ataxie [57]. V tab. 1 jsou uvedena mitochondriální onemocnění, u nichž je neuropatie optiku jedním z dominantních klinických příznaků, a která proto představují hlavní diferenciálně dia­gnostické jednotky DOA.

Mezi získané příčiny patří neuropatie optiku vznikající např. na podkladě zánětlivé etiologie (neuritida optiku u roztroušené sklerózy, neuromyelitida optického nervu, neurosarkoidóza), vaskulárního onemocnění, komprese zrakového nervu či toxické a nutriční příčiny [58,59].

Patofyziologie DOA

Nejčastější příčinou DOA jsou mutace v OPA1 genu [8,9], jež dle literatury podmiňují okolo 65 % případů [15,16,60]. OPA1 je nukleární gen, kánonický transkript 1 kodující izoformu 1 (NM 015560.2) je složen z 29 exonů (dle databáze Lovd). OPA1 protein, který je tímto genem kódován, je dynaminu podobná GTPáza, jež se nachází v mitochondriálním intermembranózním prostoru, kde je ukotvena k vnitřní mitochondriální membráně (VMM) [61]. Ve tkáních se vyskytuje ubikvitně, ale největší zastoupení má v retině, mozku, testes, srdci a kosterním svalstvu [8].

OPA1 proteinu byla zprvu připisována pouze schopnost fúze (splynutí) VMM [62]. V dnešní době je však známo, že jeho funkce jsou komplexnějšího rázu (tab. 2). Úzce spolupracuje s dalšími dynaminu podobnými GTPázami umožňujícími jak fúzi vnější membrány mitochondrií (mitofuziny MFN1, MFN2) [63], tak její štěpení (DRP1 a DNM2) [64]. Dynamická rovnováha mitochondriální sítě je zásadní z hlediska adaptace buňky na aktuální energetickou potřebu. Další funkcí OPA1 proteinu je udržování struktury mitochondriálních krist [65] a stability mtDNA, pravděpodobně prostřednictvím jejího kotvení k VMM [66]. Tím umožňuje kompartmentalizaci cytochromu ca dalších proapoptotických faktorů a podílí se tak na řízení apoptózy [65]. Mezi další popsané funkce proteinu OPA1 v mitochondriích patří sestavování superkomplexů respiračního řetězce, udržování Ca²⁺ a redoxní homeostázy a je i důležitou součástí kontrolního systému mitochondriální kvality [67].

OPA1 se vyskytuje v osmi izoformách značených čísly 1– 8, které vznikají alternativním štěpením exonů 4, 4b a 5 (obr. 3). Vzniklé proteiny jsou tvořeny z 924– 1014 aminokyselin. Sestávají se z N-terminální oblasti, kde je lokalizována sekvence, jež cílí protein do mitochondrie (mitochondria-target­­ing sequence; MTS), dále následuje transmembránová doména kotvící protein k VMM, a coiled-coil domény. Následující část je tvořena dynaminovou oblastí –  GTPázová doména, prostřední doménou a C-terminální oblastí obsahující GTPázovou efektorovovou doménu (GED) (obr. 4) [68].

Exprese jednotlivých izoforem je velmi variabilní v různých tkáních. Předpokládá se, že fyziologicky dochází v jednotlivých buňkách k expresi osmi izoforem v různém poměru, které určují specifickou funkci konkrétní buňky [61]. Studie buněčných modelů, v nichž byly variabilně exprimovány jednotlivé izoformy, ukazují, že všechny mají schopnost zachovat integritu mtDNA i strukturu mitochondriálních krist [69]. Navíc se ně­kte­ré izoformy specificky uplatňují ve fúzi mitochondrií a udržení membránového potenciálu [61].

Zatím bylo popsáno více než 400 pa­togen­ních mutací v OPA1 genu (dle databáze Lovd). Přibližně polovina má za následek tzv. haploinsuficienci, tzn. snížené množství proteinu v buňce, které je způsobeno stavem, kdy přepsaný alternativní transkript je v průběhu kontrolních procesů v buňce rozpoznán jako nefunkční a je následně v buňce degradován prostřednictvím tzv. nonsense zprostředkované degradace [16,22,31]. U mis­sense mutací se předpokládá dominantně negativní mechanizmus vedoucí k těžšímu fenotypovému projevu a extraokulárním příznakům u DOA plus syndromů [32,70].

Dle studie Yu-Wai-Mana et al je 2– 3× vyšší riziko rozvoje DOA plus u jedinců s mis­sense mutací a mutací lokalizovaných v GTPázové oblasti a 4× nižší riziko u OPA1 mutací ve střední dynaminové doméně [32].

Mutace v genu vedou k narušení fyziologických funkcí OPA1 proteinu. Dochází k fragmentaci mitochondriální sítě, která má za následek nestabilitu dýchacího řetězce a nadprodukci reaktivních forem kyslíku (reactive oxygen species; ROS). Oba tyto procesy vedou ke snížené tvorbě adenozintrifosfátu (ATP) a neregulovanému uvolňovaní proapoptototického cytochromu c do cytosolu buňky [62]. Ve fibroblastech nesoucích OPA1 mutaci byla popsána dysfunkce komplexu I a IV mající za následek narušenou tvorbu ATP [71,72]. Dále dochází k nestabilitě mtDNA a nahromadění mtDNA delecí [73], vzácněji k depleci mtDNA [74].

Není jasné, proč preferenčně dochází k porušení RGC, když je OPA1 gen exprimován ve všech lidských buňkách. Jedná se nejspíše o kombinaci anatomických, fyziologických a genetických faktorů, jež zvyšují jejich vulnerabilitu. Přesto v tuto chvíli nejsou známy konkrétní rizikové či naopak protektivní faktory prostředí, jež by měly vliv na penetranci onemocnění [75].

Post mortem histologické vyšetření jedinců s manifestní DOA prokázalo degeneraci RGC a následující atrofii vláken optického nervu [76]. Obdobně jako u LHON jsou u DOA preferenčně postiženy parvocelulární RGC malého kalibru v papilomakulárním svazku, u kterých se předpokládá, že mohou mít menší rezervy mitochondriální energie v porovnání s magnocelulárními RGC, jež se nachází v jiných oblastech retiny [77,78]. Dále se předpokládá, že v menších RGC dochází v poměru k větší produkci ROS než k jejich detoxifikaci v porovnání s většími RGC [79]. Axony retinálních buněk ve svém průběhu procházejí lamina cribrosa, distálněji jsou axonální vlákna myelinizovaná, proximálně jsou však nemyelinizovaná s vysokým obsahem mitochondrií a sodíkových kanálů. Na patogenezi se může podílet i fototoxicita světla dopadajícího na sítnici [80].

Jiné geny, jejichž mutace jsou vzácněji spjaty s neuropatií optiku, vedou také k narušení správné mitochondriální funkce v buňce. OPA3 gen podmiňuje OPA3 protein, jehož funkce není stále příliš jasná. Zdá se, že hraje roli ve stabilitě mitochondriální sítě [81,82]. Byla popsána mis­sense mutace v genu pro MFN2, která vedla k DOA plus syndromu, přičemž ve fibroblastech pa­cientů byly zjištěny snížená exprese MFN2, deficit dýchacího řetězce, fragmentace mitochondriální sítě a opožděná reparace mtDNA po oxidativním stresu. Tito pa­cienti také měli ve svalové bio­psii přítomny mtDNA delece [83].

Terapie

Terapeutické možnosti DOA jsou v současné době velmi omezené, ale vzhledem k pomalé progresi zrakového postižení vedoucího ke ztrátě zraku jen u části pa­cientů, má onemocnění lepší prognózu než např. LHON. Péče o pa­cienty se zrakovým postižením zůstává stále symp­tomatická. Dlouhodobá multidisciplinární péče je však nezbytná především z důvodu eventuální terapie poruchy sluchu pomocí kochleárních implantátů nebo operačního řešení u pa­cientů s doprovodnou ptózou víček. Časná dia­gnostika extraokulárních symp­tomů zabrání zbytečnému dalšímu pátrání po etiologii příznaků.

Vzhledem k narušené aktivitě komplexu I a zvýšené tvorbě ROS se stejně jako u LHON zkoušejí látky, které umožňují přesun elektronů dýchacího řetězce, čímž se obchází nefunkční komplex I. V současnosti se nabízí využití nové generace analogů koenzymu Q10, resp. ubiquinonu –  idebenon a EPI-743. Malé studie s idebenonem a EPI-743 u pa­cientů s LHON přinesly první výsledky a zdůraznily nutnost časné dia­gnostiky [84,85]. Podávání idebenonu sedmi pa­cientům s OPA1 mutací vedlo v pilotní klinické studii pouze k mírnému zlepšení zrakových funkcí u pěti z nich; studie navíc nebyla zaslepená podáváním placeba [86]. Obdobně i kontrolovaná studie na DOA myších z roku 2016 prokázala pouze minimální pozitivní efekt idebenonu. Zajímavostí je jeho škodlivý efekt na RGC kontrolní skupiny divokého typu (wild-type) [87]. Komplexní úloha OPA1 proteinu v mitochondriálních funkcích může vysvětlovat, proč podávání idebenonu pa­cientům s DOA má variabilní výsledky na rozdíl od LHON [88]. K odpovídajícímu vyhodnocení efektivity idebenonu u DOA je nutné provedení dlouhodobé a zaslepené studie na velké skupině pa­cientů.

Protože je DOA monogen­ní onemocnění, je vhodným kandidátem pro genovou terapii, která by cíleně vedla k expresi wild-type alely [67,89]. Povzbudivé jsou výsledky probíhajících klinických studií u pa­cientů s LHON, kterým je intravitreálně jednorázově aplikována injekce adeno-asociovaného viru 2 (AAV2) nesoucího gen pro MT-ND4 podjednotku komplexu 1 [90,91]. Vzhledem k nukleární lokalizaci genu navíc odpadá nutnost složité úpravy genu k jeho nasměrování do místa působení v mitochondrii. Výše uvedená existence několika různých izoforem však může naopak představovat komplikaci této terapie. Proto je podstatné zaměřit se v dalších studiích na stanovení profilu exprimovaných izoforem ve wild-type a mutantních lidských RGC tak, aby se našla optimální izoforma, která by zajistila správnou hladinu OPA1 proteinu s perspektivou individualizované terapie [67]. Jako slibná možnost genové terapie se u DOA zdá být především izoforma 1. Mírná nadprodukce této izoformy chránila a vedla u myšího modelu k úpravě dynamiky mitochondriální sítě, ultrastruktury krist a organizaci komplexů a superkomplexů mitochondriálního respiračního řetězce [92]. Autoři Sarzi et al v roce 2018 publikovali výsledky první studie genové terapie na myším modelu s c.2708_2711del (NM 015560) Opa1 mutací. Intravitreální aplikace AAV2 vektoru nesoucího komplementární DNA kódující izoformu 1 zabránila degeneraci RGC. Skotopická prahová odpověď byla stejná jako u zdravých kontrol, nicméně byl přítomen patologický nález na VEP, což by mohlo naznačovat, že terapie nemusí být dostatečná k udržení převodu signálu dále po zrakové dráze [93].

Nedílnou součástí péče je genetická konzultace ostatních rodin­ných příslušníků. Prenatální a preimplantační dia­gnostika v rodině je možná [94].

Česká kohorta pa­cientů

Vzhledem k nutnosti centralizované péče vzniklo při VFN v Praze a 1. LF UK v Praze Centrum pro pa­cienty s mitochondriálními neuropatiemi optiku. Jedná se o specializované pracoviště při klinice dětského a dorostového lékařství, jež díky spolupráci s Oční klinikou umožňuje dia­gnostiku, komplexní péči a dispenzarizaci nejen pa­cientů, ale i zdravých rodin­ných příslušníků a přenašečů onemocnění. V centru jsou vedeni kromě pa­cientů s LHON právě i jedinci s DOA.

V době vydání této práce byla dia­gnóza DOA molekulárně geneticky potvrzena u 35 jedinců z 19 rodin, bez preference pohlaví. Klinické údaje byly dostupné u 25 pa­cientů z 14 rodin. Počátek příznaků byl u 18 z 25 pa­cientů (72 %) před 20. rokem, přičemž před 6. rokem to bylo u 7/ 25 (28 %). Zraková ostrost horší než 0,1 na lepším oku byla přítomna u 7 pa­cientů z 25 (28 %). Průměrná zraková ostrost všech očí v souboru byla 0,22 (rozsah 1,0– 0,02). U 7 pa­cientů ze 4 rodin se onemocnění manifestuje i plus symp­tomatologií (porucha sluchu, ptóza víček, CPEO, periferní neuropatie a myopatie). V roce 2013 naše skupina popsala a publikovala novou mis­sense mutaci v OPA1 genu, jež se projevovala závažným DOA plus syndromem s neuropatií optiku, ztrátou sluchu, ptózou víček, CPEO, polyneuropatií a ataxií [95].

Závěr

Dominantní atrofie optiku je geneticky podmíněné onemocnění, na které by se mělo pomýšlet v rámci diferenciální dia­gnostiky u jedinců s neuropatií optiku, variabilně s přidruženými dalšími symptomy, jako jsou porucha sluchu, ptóza víček, CPEO, ataxie či periferní neuropatie. Zvláštní pozornost pak budí anamnesticky plíživý nástup obtíží, obvykle od dětství, a pozitivní rodin­ná anamnéza. Dia­gnostický proces a další sledování pa­cientů by mělo být multidisciplinární, zahrnující nejenom podrobné zhodnocení očního nálezu a stanovení molekulárně genetické příčiny, ale nutné je i vyšetření neurologické a foniatrické. Nedílnou součástí by také mělo být aktivní vyhledávání přenašečů v rodině a jejich důsledná dispenzarizace, neboť v posledních letech probíhají studie zabývající se možnostmi terapeutického ovlivnění, které se zdá být nejefektivnější v časných fázích onemocnění před rozvojem ir­everzibilní atrofie optického nervu.

Grantová podpora

Práce byla podpořena grantem AZV 16-32341A.

Konflikt zájmů

Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádný konflikt zájmů.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do biomedicínských časopisů.

The Editorial Board declares that the manu­script met the ICMJE “uniform requirements” for biomedical papers.

Přijato k recenzi: 4. 11. 2019

Přijato do tisku: 26. 11. 2019

MUDr. Hana Kolářová, Ph.D.

Klinika dětského a dorostového lékařství

1. LF UK a VFN v Praze

Ke Karlovu 2

128 08 Praha

e-mail: hana.kolarova@vfn.cz