Podłoże molekularne dziedzicznej neuropatii wzrokowej Lebera

Mitochondria to organelle komórkowe odpowiedzialne za produkcję energii podczas oddychania komórkowego. Zawierają one własny, kolisty DNA długości około 16569pz. Choroby mitochondrialne są zróżnicowaną grupą wieloukładowych zaburzeń wynikających z dysfunkcyjnej fosforylacji oksydacyjnej spowodowanej mutacjami w jądrowym lub mitochondrialnym DNA (mtDNA). Dziedziczna neuropatia nerwu wzrokowego Lebera (LHON) jest najczęstszą chorobą mitochondrialną. Charakteryzuje się nagłą, bezbolesną utratą wzroku związaną z zaburzeniami nerwu wzrokowego. Mężczyźni chorują dużo częściej od kobiet (około 50% mężczyzn z mutacją i około 10% kobiet). Choroba w 96% przypadków jest spowodowana przez jedną z trzech mutacji w genomie mitochondrialnym: m.11778G>A, m.3460G>A lub m.14484T>C. Współwystępowanie dwóch mutacji patogennych odpowiedzialnych za LHON jest bardzo rzadkie, jednakże w 2008 roku w Instytucie Genetyki i Biotechnologii, w DNA wyizolowanym od kobiety i sześciorga jej dzieci zidentyfikowano kombinację dwóch mutacji m.11778G>A i m.3460G>A. Przyczyna specyficznej neurodegeneracji tylko nerwu wzrokowego nie jest jasna. Istnieją hipotezy, że mutacje LHON powodują zaburzenia bioenergetyczne w komórkach pacjentów z LHON albo, że mitochondria pacjentów z LHON produkują więcej reaktywnych form tlenu (ROS). Jedną z najczęstszych hipotez jest taka, że mutacje w mtDNA zwiększają poziom apoptozy w tkance nerwu wzrokowego, jednak inne rodzaje śmierci komórkowej także mogą być zaangażowane, na przykład autofagia. Głównym celem niniejszej pracy była charakterystyka patogenności mutacji LHON w liniach komórkowych wyprowadzonych od pacjentów i kontroli. Innym celem było poszukiwanie nowych mutacji odpowiedzialnych za tę chorobę. Eksperymenty przeprowadzone w ramach niniejszej pracy doktorskiej pozwoliły na wykazanie, że mutacje LHON mogą modulować metabolizm innych komórek niż komórki nerwu wzrokowego, a istotnym parametrem wpływającym na intensywność różnych zmian metabolicznych w analizowanych komórkach (apoptoza, autofagia, produkcja ROS, aktywacja systemów kompensujących ATP, zdolność do wiązania rotenonu) jest rodzaj i poziom heteroplazmii mutacji. Podczas badań zidentyfikowano także dwie rzadkie mutacje m.3635G>A i m.13042G>A u polskich pacjentów z objawami LHON.

Mitochondria are cellular organelles responsible for energy production during cellular respiration. They contain their own circular DNA of about 16569bp. Mitochondrial diseases are a heterogeneous group of multi-system disorders resulting from impaired oxidative phosphorylation, which may result from mutations either in nuclear genes or in mitochondrial DNA (mtDNA). Leber’s Hereditary Optic Neuropathy (LHON) is the most common mitochondrial disease. LHON is characterized by sudden, painless loss of vision associated with abnormalities of the optic nerve. Men are affected more often than women (about 50% of men with the mutation, and approximately 10% of women). The disease in 96% of cases is caused by one of three mutations in the mitochondrial genome: m.11778G>A, m.3460G>A or m.14484T>C. The co-occurrence of two pathogenic mutations responsible for LHON is extremely rare, however, in 2008 in the Institute of Genetics and Biotechnology, in the DNA collected from a woman and her six children, a combination of mutation m.11778G>A and m.3460G>A was found. The reasons for the specificity of neurodegeneration have not been clear. There are hypotheses that LHON mutations cause bioenergetic defects in cells of LHON patients or that LHON mitochondria produce more reactive oxygen species (ROS). One of the most common hypotheses is that mtDNA mutations increase the level of apoptosis in this tissue, however, other types of cell death could be also involved, for example autophagy. The main objective of the project was the characterization of pathogenicity of LHON mutations in cell lines derived patients and controls. An other goal was to find new mutations responsible for this disease. The experiments performed in the framework of this Ph.D. dissertation have shown that LHON mutations can modulate the metabolism of the cells other than the cells of the optic nerve, and an important parameter influencing the intensity of the various metabolic changes in the analyzed cells (apoptosis, autophagy, ROS production, activation of ATP compensation systems, the ability to bind rotenone) is the type and the heteroplasmy level of the mutations. During the study, two rare mutations m.3635G>A and m.13042G>A in Polish patients with LHON symptoms, were also identified.