Transcript Mutations changes of genetic information

Zdravie a choroba z hľadiska genetiky a
genomiky
II.
Klasika – monogénové choroby
Rácz
Oliver a Ništiar František
Ústav patologickej fyziológie, Lekárska fakulta
Univerzita P.J. Šafárika, Košice
Školský rok 2012/2013
13.10.2013
gens13b.ppt
1
Monogénové choroby s mendelovskou
dedičnosťou (Mendelian diseases)

Autozómovo recesívne (AR)
– kosáčiková anémia, talasémie a iné hemoglobinopátie
– cystická fibróza
– enzymopátie (vrodené poruchy metabolizmu) a mnohé
iné

Autozómovo dominantné (AD)
– familiárna hypercholesterolémia

Choroby viazané na X chromozóm*
– hemofília A, B; poruchy farbocitu (daltonizmus)

A choroby, kde sa gény dedia podľa Mendela, ale
choroba nie (?!)
*Pohlavné chromozómy a pohlavné znaky sú dve veci
13.10.2013
gens13b.ppt
2
Monogénové choroby s mendelovskou
dedičnosťou (Mendelian diseases)

Autozómovo recesívne (AR)
– Viac ako 5000, väčšinou závažné, asi štvrtina je letálna už v
mladom veku
– Väčšia pravdepodobnosť výskytu homozygotov v malých,
izolovaných populáciach a u detí príbuzných rodičov (všetci
máme v genóme chybné alely)

Autozómovo dominantné (AD)
– familiárna hypercholesterolémia, polycystické obličky –
nemôžu byť letálne pred reproduktívnym vekom

Choroby viazané na X chromozóm
– hemofília A, B; poruchy farbocitu (daltonizmus)
– Inteligencia ???
13.10.2013
gens13b.ppt
3
Kosáčiková anémia – sickle cell disease






Klinický opis  1910; abnormalita Hb 
Pauling / Ingram 1948/56 - 1 AK vymenená v breťazci
Bodová mutácia GAG/GTG = Glu  Val na 6. mieste
Znížená rozpustnosť Hb pri nízkom pO2
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
13.10.2013
gens13b.ppt
4
Kosáčiková anémia – sickle cell disease






Znížená rozpustnosť Hb pri nízkom pO2
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
13.10.2013
gens13b.ppt
5
Normal and sickled red cells
13.10.2013
gens13b.ppt
6
The pathogenesis of sickle cell disease
13.10.2013
gens13b.ppt
7
The molecular structure of human Hb
13.10.2013
gens13b.ppt
8
A ostatné hemoglobinopátie ?
Teoretický počet je astronomický
 Známe  6, väčšinou veľmi zriedkavé
 Rôzne typy: labilné, nízka alebo vysoká kyslíková
afinita, methemoglobíny, atď.
 Prečo je kosáčiková anémia relatívne častá?
 Hb S nie je dobrý substrát pre Plazmódia malárie
 AA zomrie na maláriu, SS na kosáčikovú anémiu
 AS majú relatívnu výhodu

13.10.2013
gens13b.ppt
9
13.10.2013
gens13b.ppt
10
Occurrence of Hb S in the world
13.10.2013
gens13b.ppt
11
Talasémie
Delécie a alebo b génov a ich okolia
 b delécia – návrat k Hb F, ak je to možné
 a delécia – 2*2 = 4 gény!
 aaaa
nič
 aaaa
nič
 aaaa
mierna anémia
 aaaa
ťažká anémia (Hb Bart = 4 beta)
 aaaa
fetálny hydrops

13.10.2013
gens13b.ppt
12
Globin genes - ontogenesis
zYzYaa2a
eGgAgYbdb
Gower 1 z2e2
Portland z2g2
13.10.2013
Gower 2 a2e2
Fetal a2g2
gens13b.ppt
13
Globin genes - adult
zYzYaa2a
eGgAgYbdb
A = a2b2 (95%)
3 exons and 2 introns
A2 = a2d2 (1%)
13.10.2013
gens13b.ppt
14
Globin genes – regulation!
LCR = locus control region
promoter and 2 enhancers before the
cluster
LCR deletion – no gama/delta/beta chain
synthesis
eGgAgYbdb
A = a2b2 (95%)
3 exons and 2 introns
A2 = a2d2 (1%)
13.10.2013
gens13b.ppt
15
Beta thalassemia
zYzYaa2a
eGgAgYbdb
Alebo delécie LCR – nič sa netvorí
13.10.2013
gens13b.ppt
16
Alpha thalassemias
zYzYaa2a
2-krát
eGgAgYbdb
13.10.2013
gens13b.ppt
17
Cystická fibróza






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)*(1/26)*(1/4)
= 1/2704
Porucha spätného transportu chloridu (nie len)
Spišák B, Feketeová A: Cystická fibróza Pediatria 1, 2006,, 194-198
13.10.2013
gens13b.ppt
18
Klinicky (Spišák, Feketeová)

TYPICKÉ SPT
– Progresívne
bronchopulmonálne
ochorenie
– Nosové polypy
– Poškodenie pankreasu
– Mekóniový ileus
– Mužská infertilita
(azoospermia)
– Malnutrícia
– Neprospievanie
– Prolaps rekta
13.10.2013

ATYPICKÉ SPT
– Ikterus
– Distálna obštrukcia
čriev
– Poškodenie pečene a
žlčových ciest
– Pankreatitída
– Chronické
rinosinusitídy
– Diabetes mellitus
gens13b.ppt
19
Cystická fibróza





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 cDNA* bielkoviny potnej
žľazy
Lokalizácia a sekvenovanie génu
cDNA = zrkadlo RNA, t.j. je taká bielkovina v potných žľazách
13.10.2013
gens13b.ppt
20
Cystická fibróza







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
13.10.2013
gens13b.ppt
21
CFTR

2 transmembránové domény (Cl transport)
2 nukleotid binding domény (pre ATP)
Regulačná doména R
REGULUJE INÉ KANÁLY!!!

Odlišná funkcia v potných žľazách a inde!!!



13.10.2013
gens13b.ppt
22
The structure of chloride transporter coded by
CFTR gene
13.10.2013
gens13b.ppt
23
The structure of chloride transporter coded by
CFTR gene
13.10.2013
gens13b.ppt
24
CFTR je chloridový kanál
Nereguluje len transport chloridu
Funkcie sú tkanivovo špecifické
13.10.2013
gens13b.ppt
25
CFTR je chloridový kanál
Potné žľazy – slaný pot
Reguluje a spolupracuje s ENaC, NaCl v pote nízky
Vypadne CFTR, slaný pot
13.10.2013
gens13b.ppt
26
CFTR je chloridový kanál
Ostatné exokrinné žľazy
zahustený sekrét
Reguluje a spolupracuje s ENaC, opačne ako v
potných žľazách a oplyvňuje aj transport vody
(a ešte aj bikarbonátu)
Vypadne CFTR, husté (kyslé) sekréty
13.10.2013
gens13b.ppt
27
CFTR a cystická fibróza
má to logiku, ale zložitú





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!
13.10.2013
gens13b.ppt
28
CFTR a cystická fibróza
Koľko cystických fibróz máme?








Klasické monogénové ochorenie (?)
Počet známych mutácií v géne pre CFTR je viac ako 1300
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 NaCl v pote
13.10.2013
gens13b.ppt
29
Cystická fibróza







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
Prenatálna diagnostika – priama (veľa mutácií)
Nepriama SSCP – ukáže, že niekde niečo nie je
v poriadku, ale lokalizáciu a mutáciu nie
NaCl v pote > 60 mmol/l
13.10.2013
gens13b.ppt
30
Miešaní heterozygoti
508/508
508/iné
Iné/iné
No
151
117
25
%
52
40
8
Panreas
99%
insuficiency
Pancreas ok 1%
72%
36%
28%
64%
Age at dg
4,4 y
8,4 y
13.10.2013
1,8 y
gens13b.ppt
31
Cystická fibróza






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
13.10.2013
gens13b.ppt
32
Oveľa rýchlejšie od konca XX. storočia
Expressed sequence tags (EST)
 (tag = lístoček, koniec šnúry do topánok)
 200 – 500 nukleotidov z jedného alebo
druhého konca exprimovaných génov
 Izolácia mRNA (labilné molekuly)
 Konverzia na cDNA (stabilné, bez intrónov)
 Vyšetrenie DNA u chorých
 Rýchla identifikácia a lokalizácia génov

13.10.2013
gens13b.ppt
33
Hemofília A
Talmud, Victoria, rodina ruského cára
(vnučka Alexandra - 4 dcéry a jeden syn)
 1/10000 chlapcov, tretina sú nové mutácie u
predchodcov*
 Vysoký počet mutácii, najčastejšia je
inverzia časti génu s 0 aktivitou faktora VIII
 Ťažké, aj spontánne krvácania

*s najväčšou pravdepobnosťou v meióze
13.10.2013
gens13b.ppt
34
Hemofília A
Talmud, Victoria, rodina ruského cára
(vnučka Alexandra - 4 dcéry a jeden syn)
 1/10000 chlapcov, tretina sú nové mutácie u
predchodcov (aj u otca)*
 Vysoký počet mutácii, najčastejšia je
inverzia časti génu s 0 aktivitou faktora VIII
 Ťažké, aj spontánne krvácania

S najväčšou pravdepobnosťou v meióze
13.10.2013
gens13b.ppt
35
Structure of factor VIII and IX genes and proteins
(with vWf)
F VIII
13.10.2013
F IX
gens13b.ppt
36
Von Willebrand
13.10.2013
gens13b.ppt
37
Iné koagulopátie
(nie X linked)
Všetky ostatné faktory - zriedkavé
 Von Willebrandova choroba - AD; mierna
alebo asymptomatická, heterogénnna

– 1, 2A, B, C, 3
vW faktor je veľká bielkovina s mnohými
funkciami - stabilizuje faktor VIII
 Význam - spolu s inými faktormi, ktoré
znižujú zrážanie (kys. acetylsalicylová)

13.10.2013
gens13b.ppt
38
Hereditárna trombofília




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; vV = 7; vv = 80;

Kumulácia rizika (fajčenie, antikoncepcia a i.)

Dobrotová a Konečná (LF Martin): Trombofilné stavy. Med.
Monitor 3/2007, 19 – 23
13.10.2013
gens13b.ppt
39
Porucha farbocitu - daltonizmus






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
13.10.2013
gens13b.ppt
40
Porucha farbocitu
13.10.2013
gens13b.ppt
41