Zdravie a choroba z hadiska genetiky a genomiky
Zdravie a choroba z hľadiska genetiky a genomiky II. Klasika – monogénové choroby ãRácz Oliver a Ništiar František Ústav patologickej fyziológie, Lekárska fakulta Univerzita P. J. Šafárika, Košice Školský rok 2012 – 2020 26. 9. 2016 gens 20 b 1
Kosáčiková anémia – sickle cell disease n n n Klinický opis » 1910; abnormalita Hb » 1940 Pauling / Ingram 1948/56 - 1 AK vymenená v b reťazci Bodová mutácia GAG/GTG = Glu ® Val na 6. mieste Znížená rozpustnosť Hb pri nízkom p. O 2 Rigidné, deformované červené krvinky vo venóznej krvi Mikrotromby, skrátená životnosť Er, hemolýza, ikterus, anémia - HYPOXIA Heterozygoti: 8 % černochov v USA; (5 – 20 % v niektorých častiach Afriky) 1: 400 homozygoti v USA 26. 9. 2016 gens 20 b 2
Kosáčiková anémia – sickle cell disease n n n Znížená rozpustnosť Hb pri nízkom p. O 2 Rigidné, deformované červené krvinky vo venóznej krvi Mikrotromby, skrátená životnosť Er, hemolýza, ikterus, anémia – HYPOXIA Mierne príznaky aj u heterozygotov pri hypoxii Prenatálna diagnostika a identifikácia heterozygotov je možná Liečba symptomatická, transplantácia kostnej drene, antisickling agents 26. 9. 2016 gens 20 b 3
Normal and sickled red cells 26. 9. 2016 gens 20 b 4
The pathogenesis of sickle cell disease 26. 9. 2016 gens 20 b 5
The molecular structure of human Hb 26. 9. 2016 gens 20 b 6
Liečba 2020 ? n n Symptomatická? ? ? Antisickling agents (toxické) Skoro „zdravé“ dieťa s Hb. S? ? ? – DVE MUTÁCIE: Hb S A PERSISTENCE OF FETAL Hb! – Cca 20% F Hb stačí na prevenciu zhlukovatenia – Umelá indukcia F Hb? CRISPR reparácia v oplodnenom vajíčku? 26. 9. 2016 gens 20 b 7
A ostatné hemoglobinopátie ? Teoretický počet je astronomický n Známe » 600, väčšinou veľmi zriedkavé n Rôzne typy: labilné, nízka alebo vysoká kyslíková afinita, methemoglobíny, atď. v Prečo je kosáčiková anémia relatívne častá? Ø Hb S nie je dobrý substrát pre Plazmódia malárie Ø AA zomrie na maláriu, SS na kosáčikovú anémiu Ø AS majú relatívnu výhodu n 26. 9. 2016 gens 20 b 8
26. 9. 2016 gens 20 b 9
Occurrence of Hb S in the world 26. 9. 2016 gens 20 b 10
Globinové gény - ontogenéza z e Gower 1 z 2 e 2 Portland z 2 g 2 26. 9. 2016 Gower 2 a 2 e 2 Yz Gg Ya Yb Ag a 2 d a 1 b Fetal a 2 g 2 gens 20 b 11
Globinové gény – dospelí z e Yz Gg A = a 2 b 2 (95%) Ya Yb Ag a 2 d a 1 b 3 exony a 2 introny A 2 = a 2 d 2 (1%) 26. 9. 2016 gens 20 b 12
Globinové gény – regulácia! LCR = locus control region promoter and 2 enhancers before the cluster LCR delécia – žiadna gama/delta/beta reťazec – BEZ MUTÁCIE/DELÉCIE V GÉNOCH PRE REŤAZCE e Gg A = a 2 b 2 (95%) Yb Ag d b 3 exons and 2 introns A 2 = a 2 d 2 (1%) 26. 9. 2016 gens 20 b 13
Talasémie Delécie a alebo b génov a ich okolia n b delécia – návrat k Hb F, ak je to možné n a delécia – 2*2 = 4 gény! n aaaa nič n aaaa mierna anémia n aaaa ťažká anémia (Hb Bart = 4 beta) n aaaa fetálny hydrops n 26. 9. 2016 gens 20 b 14
Talasémie n Výskyt: – Okolie Stredozemného mora (Grécko) – Vietnam, Kambodža, Thajsko. . . – Východné Slovensko ? ! n n n Delécie a alebo b génov a ich okolia b delécia – návrat k Hb F, ak je to možné a delécia – 2*2 = 4 gény! 26. 9. 2016 gens 20 b 15
Alfa thalasémie z Yz Ya a 2 a 1 2 -krát e 26. 9. 2016 Gg Yb Ag gens 20 b d b 16
Beta talasémia z e Yz Gg Ya Yb Ag a 2 d a 1 b PERZISTENCIA TVORBY FETÁLNEHO HB 26. 9. 2016 gens 20 b 17
Cystická fibróza n n n Woe to that child which when kissed on the forehead tastes salty. He is bewitched and soon must die Andersová, 1938 – cystická fibróza pankreasu Farber, 1945 - mukoviscidóza SR 3 centrá – BA, BB, KE (cca 60, 4 dospelí) 1/26 heterozygotov, 1/2736, (1/676 manželstiev) – matematika zo základnej školy: (1/26)*(1/4) = 1/2704 Porucha spätného transportu chloridu (nie len) Spišák B, Feketeová A: Cystická fibróza Pediatria 1, 2006, , 194 -198 26. 9. 2016 gens 20 b 18
Cystická fibróza 2020 n n n n Woe to that child which when kissed on the forehead tastes salty. He is bewitched and soon must die Andersová, 1938 – cystická fibróza pankreasu, Farber, 1945 - mukoviscidóza SR 3 centrá – BA, BB, KE (cca 60, 4 dospelí) 1/26 heterozygotov, 1/2736, (1/676 manželstiev) – matematika zo základnej školy: (1/26)*(1/4) = 1/2704 Porucha spätného transportu chloridu (nie len) Počet registrovaných 2018: 336, z toho 135 detí a 201 dospelých Celoplošný skríning novodencov od 2009 Povolené najnovšie lieky – „modulátory“ Spišák B, Feketeová A: Cystická fibróza Pediatria 1, 2006, , 194 -198 2020: Feketeová (KE, deti), Somoš, (KE dospelí), Knapková, BB centrum novorodeneckého skríningu 26. 9. 2016 gens 20 b 19
Klinicky (Spišák, Feketeová) n TYPICKÉ SPT – Progresívne bronchopulmonálne ochorenie – Nosové polypy – Poškodenie pankreasu – Mekóniový ileus – Mužská infertilita (azoospermia) – Malnutrícia – Neprospievanie – Prolaps rekta 26. 9. 2016 n ATYPICKÉ SPT – Ikterus – Distálna obštrukcia čriev – Poškodenie pečene a žlčových ciest – Pankreatitída – Chronické rinosinusitídy – Diabetes mellitus gens 20 b 20
Cystická fibróza n n n Veľký rozdiel oproti Hb S – Chybná bielkovina nebola známa – lokalizácia génu nebola známa Genetická väzba s polymorfným enzýmom - chromozóm 7 (klasická genetika) Ďalšie markery, zúženie hľadanej oblasti 4 klóny, 1 je komplementárny s c. DNA* bielkoviny potnej žľazy Lokalizácia a sekvenovanie génu c. DNA = zrkadlo RNA, t. j. je taká bielkovina v potných žľazách 26. 9. 2016 gens 20 b 21
Cystická fibróza n n n n Willamson a spol. , London 1987 - vedľa Lap-Chee Tsui a spol, Toronto, 1989 - víťazi CFTR (cystic fibrosis conductance regulator gene) Veľký gén, 27 exónov Veľká transmembránová bielkovina zo skupiny ABC transportérov 2 transmembránové domény (Cl transport) 2 nukleotid binding domény (pre ATP) Regulačná doména R 26. 9. 2016 gens 20 b 22
CFTR n 2 transmembránové domény (Cl transport) 2 nukleotid binding domény (pre ATP) Regulačná doména R REGULUJE INÉ KANÁLY!!! n Odlišná funkcia v potných žľazách a inde!!! n n n 26. 9. 2016 gens 20 b 23
The structure of chloride transporter coded by CFTR gene 26. 9. 2016 gens 20 b 24
The structure of chloride transporter coded by CFTR gene 26. 9. 2016 gens 20 b 25
CFTR je chloridový kanál Nereguluje len transport chloridu Funkcie sú tkanivovo špecifické 26. 9. 2016 gens 20 b 26
CFTR je chloridový kanál Potné žľazy – slaný pot Reguluje a spolupracuje s ENa. C, Na. Cl v pote nízky Vypadne CFTR, slaný pot 26. 9. 2016 gens 20 b 27
CFTR je chloridový kanál Ostatné exokrinné žľazy zahustený sekrét Reguluje a spolupracuje s ENa. C, opačne ako v potných žľazách a oplyvňuje aj transport vody (a ešte aj bikarbonátu) Vypadne CFTR, husté (kyslé) sekréty 26. 9. 2016 gens 20 b 28
CFTR a cystická fibróza má to logiku, ale zložitú n n n Jeden z chloridových kanálov, veľká transmembránová bielkovina zo skupiny ABC transportérov, interakcia s transportom Na, vody a bikarbonátu Klasické monogénové ochorenie (OGOD? ) ALE Od genotypu k fenotypu je dlhá cesta Príznaky nie je možné vysvetliť vypadnutím aktivity CFTR! 26. 9. 2016 gens 20 b 29
CFTR a cystická fibróza Koľko cystických fibróz máme? n n n n Klasické monogénové ochorenie (? ) Počet známych mutácií v géne pre CFTR je viac ako 2000 66 % chorých má deléciu tripletu v 10. exóne na obidvoch chromozómoch - chýbanie Phe na 508. mieste v bielkovine (ktorá je rozložená už v endoplazmatickom retikule) – klasická CF 20 iných mutácii (aj v intronoch) - ďalších 15 % chorých Ostatné sú zriedkavé 6 tried mutácií – rôzne klinické prejavy alebo aj bez Miešaní heterozygoti!!! Príznaky sú priamo úmerné koncentrácie Na. Cl v pote 26. 9. 2016 gens 20 b 30
Cystická fibróza n n n n 66 % chorých má deléciu tripletu v 10. exóne chýbanie Phe na 508. mieste v bielkovine ATC TTT = Ileu Phe ATC TTT ATT = Ileu, vypadol CTT ale chýba TTT Celoplošný novorodenencký skríning od 2009 Trypsinogén zo suchej kvapky, v prípade pozitivity genetika Na. Cl v pote > 60 mmol/l 26. 9. 2016 gens 20 b 31
Miešaní heterozygoti 508/508 508/iné Iné/iné No 151 117 25 % 52 40 8 Nedostatočnosť 99% pankreasu Pankreas ok 1% 72% 36% 28% 64% Vek manifestácie 4, 4 y 8, 4 y 26. 9. 2016 1, 8 y gens 20 b 32
6 tried mutácii 26. 9. 2016 gens 20 b 33
Cystická fibróza n n n Génová terapia – inzercia génu pomocou vírusových vektorov do epitelu dýchacích ciest zatiaľ nefunguje dosť dobre Boj proti infekciám, zrieďovanie hlienu, zlepšenie trávenia (substitúcia enzýmov) Fyzioterapia Psychosociálna starostlivosť Transplantácia pľúc PREŽÍVANIE 1975 10 – 15 rokov, dnes nad 40 26. 9. 2016 gens 20 b 34
Cystická fibróza a personalizovaná medicína? n n n 2012 Ivacaftor, N-(2, 4 -di-tert-butyl-5 -hydroxyphenyl)-1, 4 dihydro-4 -oxoquinoline-3 -carboxamide The G 551 D-CFTR mutation results in defective channel opening, present in 4% of patients with CF, affecting approximately 1, 200 people in the US. In vitro studies utilizing CF human bronchial epithelial cells positive for G 551 D have shown that ivacaftor increases stimulated chloride secretion and also reduces excessive sodium and fluid absorption 2018 – 2020 zavedené do liečby ďalšie modulátory, vhodné aj pre bežné mutácie, povolené aj u nás 26. 9. 2016 gens 20 b 35
Hemofília A? ? ? Talmud, Victoria, rodina ruského cára (vnučka Alexandra - 4 dcéry a jeden syn) n 1/10000 chlapcov, tretina sú nové mutácie u predchodcov* n Vysoký počet mutácii, najčastejšia je inverzia časti génu s 0 aktivitou faktora VIII n Ťažké, aj spontánne krvácania n *s najväčšou pravdepobnosťou v meióze 26. 9. 2016 gens 20 b 36
Hemofília A Talmud, Victoria, rodina ruského cára (vnučka Alexandra - 4 dcéry a jeden syn) n 1/10000 chlapcov, tretina sú nové mutácie u predchodcov (aj u otca)* n Vysoký počet mutácii, najčastejšia je inverzia časti génu s 0 aktivitou faktora VIII n Ťažké, aj spontánne krvácania n S najväčšou pravdepobnosťou v meióze 26. 9. 2016 gens 20 b 37
Hemofília n n n Kráľovná Viktória (1837 - 1901) 9 detí, 1 chorý syn (nie neskorší kráľ, Eduard VII), dve dcéry nosičky Alžbeta II. je pravnučkou Eduarda, Charles, Viliam, George - zdraví 26. 9. 2016 gens 20 b 38
Lepold, syn Viktórie a cárevič Alexej Z 4 synov Viktórie len Leopold bol chorý Dcéra Alice – nosička, jej dcéra Alexandra tiež Alexej – chorý Konec experimenta, rozkaz súdruha Lenina Exekúcia Tobolsk, 17 -07 -1918. (Blížila sa Československá légia? ) Čudné – Leopold sa dožil 31 rokov a cárevič bol zavraždený vo veku 14. S hemofíliou A bez liečby? Exhumácia 1992, všetci mali Hemofíliu B Pre pochopenie genetiky je to jedno 26. 9. 2016 gens 20 b 39
Liečba n n n n 1840 – prvé pokusy s tranzfúzióu 1923 – Liečba krvnou plazmou Okolo 1960 – 40 000 HIV INFEKCIÍ 1989 – Genetické inžinierstvo, výroba faktorov v kvasinkách a baktériách 2014 – Preparát s predlženým účinkom Perspektíva: génová terápia (gén do trombocytov) Aj psy majú hemofíliu – pomoc vo výskume Lepšia liečba poškodenia kĺbov 26. 9. 2016 gens 20 b 40
Structure of factor VIII and IX genes and proteins (with v. Wf) F VIII 26. 9. 2016 F IX gens 20 b 41
Von Willebrand 26. 9. 2016 gens 20 b 42
Iné koagulopátie (nie X linked) Všetky ostatné faktory - zriedkavé n Von Willebrandova choroba - AD; mierna alebo asymptomatická, heterogénnna n – 1, 2 A, B, C, 3 v. W faktor je veľká bielkovina s mnohými funkciami - stabilizuje faktor VIII n Význam - spolu s inými faktormi, ktoré znižujú zrážanie (kys. acetylsalicylová) n 26. 9. 2016 gens 20 b 43
Hereditárna trombofília n n Bodová mutácia v géne pre faktor V (Leiden) Bielkovina je rezistentná na trombolytickú inaktiváciu Súčasť spoločnej európskej dedičnosti (2 -7; u Grékov na Cypre až 13%) Zvýšené riziko venóznej trombózy: – VV = 1; v. V = 7; vv = 80; n Kumulácia rizika (fajčenie, antikoncepcia a i. ) Ø Dobrotová a Konečná (LF Martin): Trombofilné stavy. Med. Monitor 3/2007, 19 – 23 26. 9. 2016 gens 20 b 44
Porucha farbocitu - daltonizmus n n n Francis Dalton, Manchester, fyzik (1776 -1844) Nevedel si vysvetliť svoje chybné videnie farieb, ale nechal zakonzervovať svoje oči pre vedcov budúcnosti 4 fotoreceptory (G-proteíny, svetoví rekordéri), vitamín A Gény pre červené a zelené opsíny sú tesne vedľa seba na X, 98 % homológne, polymorfné 8 % bielych mužov (nie je selekčný tlak) Analýza génov z Daltonovej retiny – 1992 26. 9. 2016 gens 20 b 45
Porucha farbocitu 26. 9. 2016 gens 20 b 46
Duchenne muscular dystrophy n Ťažké smrteľné ochorenie, doplníme na cvičeniach 26. 9. 2016 gens 20 b 47
Dominantná dedičnosť ? Nič jednoduchšie? Takto sa dedí polydaktýlia Gén matematik (5) Slabý matematik (6) 26. 9. 2016 gens 20 b 48
Dominantná dedičnosť ? Mačky námorníkov a Ernesta Hemigwaya Sonic hedgehog – všeobecný gén pre riadenie evolúcie rôznych častí tela, nie len končatín. (funguje aj u drozofily a rýb) Kóduje malú signálnu molekulu Malá bodová mutácia v regulačnej oblasti, gén a bielkovina fungujú, ale nie celkom dobre Homozygoti – ťažké zmeny vývoja Vypadnutie génu – netvoria sa končatiny vôbec 26. 9. 2016 gens 20 b 49
Dominantná dedičnosť ? Mačky námorníkov a Ernesta Hemigwaya Sonic hedgehog – všeobecný gén pre riadenie evolúcie rôznych častí tela, nie len končatín. (funguje aj u drozofily a rýb) Kóduje malú signálnu molekulu Malá bodová mutácia v regulačnej oblasti, gén a bielkovina fungujú, ale nie celkom dobre Homozygoti – ťažké zmeny vývoja Vypadnutie génu – netvoria sa končatiny vôbec No a teraz už tomu rozumiete? ? ? Pretože ja nie!!! 26. 9. 2016 gens 20 b 50
Iné dominantné Bradydaktýlia n Cystická choroba obličiek n Achondrolplázia n Monogénové formy diabetu (MODY) n Vrodené kardiomyopatie n Doplnené na cvičeniach n 26. 9. 2016 gens 20 b 51
WHY IS THE FUNCTION DECREASE SLOW? 26. 9. 2016 gens 20 b 52
26. 9. 2016 gens 20 b 53
- Slides: 53