Transcript Gener i hälsa och sjukdom

Upplägg
Gener i hälsa och sjukdom
Genetiska sjukdomar
Introduktion
Kromosomavvikelser
Monogena sjukdomar
Multifaktoriella (komplexa) sjukdomar
Artikel ”Exome Sequencing Identifies Truncating Mutations in
Human SERPINF1 in Autosomal-Recessive
Osteogenesis Imperfecta”
Kristina Lagerstedt-Robinson
Peter Gustavsson
Centrum för molekylär medicin och kirurgi
(Exempel på genetisk vägledning vid bröstcancer)
Karolinska Institutet
Klinisk Genetik
Karolinska Universitetssjukhuset
2011-09-23
än
gd
Ärftliga sjukdomar
• Medfödda kromosomavvikelser
• Monogena sjukdomar
• Multifaktoriella sjukdomar
K
ro
pp
sl
ju
kd
D
om
ia
be
te
s
da
C
an
c
H er
jä
rt
kä
rl
s
bi
fi
Sp
in
a
Tu
be
rk
ul
os
K
ro
pp
sv
ik
t
B
lix
tn
M ed
äs sl
sl ag
in
g
Genetiska förändringar orsakar sjukdom
Kön
Blodgrupp
Cystisk fibros
Downs syndrom
100%
Genetisk
100%
Miljö
2011-09-23
Cancer
• Ärftlig
• Förvärvad
2011-09-23
Vid bildningen av könsceller halveras
kromosomantalet från 46 till 23
Varje cell innehåller
hela vår arvsmassa
46 stycken kromosomer……
23 kromosomer
från pappa
…… och mitokondriellt DNA
2011-09-23
2011-09-23
23 kromosomer
från mamma
Könscell spermie eller ägg
2 meter DNA / cellkärna
Hela människans genom
3.000.000.000 baspar
Meios I
En kromosom 120.000.000 bp
En gen 100-2.400.000 bp
Meios II
Antal gener 20,000-25,000
Ca 1.5% av genomet är kodande
2011-09-23
2011-09-23
Översikt av basala molekylära genetiska processer
Den genetiska koden…
Tre baser…
kodar
för…
en aminosyra.
2011-09-23
2011-09-23
Humana genomet ”klart” 2001
Variation mellan individer
Två individer är 99,9% lika
1 av 1250 bp skiljer sig mellan individer
Dessa variationer kallas
Single Nucleotide Polymorphism eller SNP
2011-09-23
2011-09-23
Kromosom
Genetisk sjukdom
orsakas av genetiska
förändringar mutationer
Cellkärna
Cell
Varje cell innehåller
ca 25.000 nukleära gener
Mutationer eller polymorfier
Mutation – genetisk förändring som ger upphov till förändrad
fenotyp
Polymorfi- normalvariant.
Genetisk förändring som inte påverkar fenotypen - varianten
finns hos mer än 1% av populationen
+ 37 mitokondriella gener
Alla är inte antingen eller!
Gen
2011-09-23
2011-09-23
Genetiska sjukdomar
Multifaktoriella
(Komplexa )
sjukdomar
Kromosomavvikelser
Kromosomavvikelser
Monogena
sjukdomar
Konstitutionella
Förvärvade
2011-09-23
2011-09-23
Kromosomala avvikelser
Nyfödda
0,7-0,9%
Mentalt retarderade
12%
Medfödda missbildningar
och mental retardation
23%
Dödfödda
6%
Spontan abort
1:a trim
2:a trim
Fostervattenprov/moderkaksprov p g a
ålder
missbildning vid ultraljud
2011-09-23
50%
15-20%
Kromosomala avvikelser
Numeriska (antalet kromosomer varierar, t ex trisomi) eller
strukturella (förändrat utseende hos kromosom, t ex
translokationer, deletioner, inversioner)
Balanserade translokationer hos cirka 1/500
1-3%
15-20%
2011-09-23
Trisomi 21- Numerär kromosomavvikelse
Karyotyp 47,XY,+21
Exempel på numerisk kromosomavvikelse
Mamma:
Pappa:
Mamma:
Pappa:
Barn:
Downs syndrom
2011-09-23
Trisomi 21 - 95% av Downs syndrom
Vanligaste kromosomavvikelsen (1/700-800 levande födda)
2011-09-23
47,XXY – Klinefelters syndrom
Risk för att få ett barn med Downs syndrom är
kopplat till moderns ålder
Moderns ålder (år) Risk för trisomi 21
20
1:1500
35
1:400
40
1:100
45
1:25
2011-09-23
Vanligaste könskromosomrubbningen; 1/500-800 pojkar
Långvuxenhet, små testiklar och låg testosteronproduktion
Lars Hagenäs, Stefan Arver Klinefelters syndrom drabbar pojkar – Underdiagnostiserad
Kromosomrubbning Läkartidningen 1998; 95: 2686-93
2011-09-23
KML - Kronisk Myeloisk Leukemi
Cancer - Genetik
KONSTITUTIONELLA
Könscellsmutationer
Finns i alla celler
Ger ärftlig cancer
SOMATISKA
Sker i enskilda kroppsceller
Ses även vid sporadisk cancer
Är inte ärftliga
Karaktäriseras av en uttalad granulocytos i blodet samt en dominans av granulocytopoes i
benmärg
Philadelphiakromosom (förvärvad translokation mellan kromosom 9 och 22) påvisas i KML
celler hos cirka 95% av patienter
2011-09-23
2011-09-23
Ärftliga sjukdomar
Kromosomavvikelser vid olika former av cancer, t ex KML
Komplexa sjukdomar
Monogena sjukdomar
Orsakas av flera gener, i samverkan med
miljöfaktorer
Orsakas av mutationer i en gen,
som nedärvs enligt Mendels lag
Tydligt nedärvningsmönster
Oklart nedärvningsmönster, men
• Autosomalt dominant
• Autosomalt recessivt
• X-bunden
sjukdomen ansamlas i familjer
OI, Cystisk fibros, Hemofili
Diabetes, cancer, astma, schizofreni,
hjärt-och kärlsjukdomar, medfödda
missbildningar
2011-09-23
2011-09-23
Multifaktoriella sjukdomar
G1
E1
E2
G2
G3
G1
G6
G5
E5
E3
• Flera gener och miljöfaktorer samverkar till fenotypen
• Oklart nedärvningsmönster,
men sjukdomen ansamlas i familjer
Cancer – En komplex sjukdom
Ärftliga faktorer
Ackumulering av mutationer i ett flertal gener
Miljöfaktorer
Strålning, kemoterapi
Kost, rökning
Reflux
Bakterier, virus (H. Pylori, HPV)
• Svag genotyp - fenotyp korrelation
2011-09-23
2011-09-23
Autosomalt dominant
Monogena sjukdomar
Drabbar individer i alla generationer
Drabbar både män och kvinnor
50% risk att få barn med sjukdomen
Orsakas av mutationer i en gen,
som nedärvs enligt Mendels lag
Tydligt nedärvningsmönster
• Autosomalt dominant
• Autosomalt recessivt
• X-bunden
Ärftlig bröstcancer, Cystisk fibros, Hemofili A,
OI mfl
(AA) Aa aa
a
Frisk
2011-09-23
2011-09-23
a
A
Heterozygoter, Aa, sjuka
Homozygoter, AA, ovanligt
a
Sjuk
heterozygot
Sjuk
homozygot
OSTEOGENESIS IMPERFECTA TYP I, II, III och IV;
90% har mutation i COL1A1 eller COL1A2
OSTEOGENESIS IMPERFECTA; incidens 5-10 / 100 000
D 25
X-bunden recessiv
Frisk
Anlagsbärare
(heterozygot)
Frisk
Sjuk
(homozygot)
Sjuk
Haemofili A/blödarsjuka
2011-09-23
Duchennes muskeldystrofi- MLPA
Deletion exon 45-50
DUCHENNES MUSKELDYSTROFI
(BECKER)
Autosomalt recessiv
AA
Aa
aa
Cystisk fibros
Symptom
Luftvägssymptom
Gastrointestinala symptom
Frisk
Anlagsbärare
(heterozygot)
Sjuk
(homozygot)
Svettkörtelsymptom (utsöndrar extremt
salt svett)
Manlig infertilitet
Förväntad överlevnad >30 åå
• Endast homozygoter (aa) är sjuka
• Föräldrar är anlagsbärare
• Drabbar både män och kvinnor
• Uppträder plötsligt i en generation
2011-09-23
2011-09-23
Cystisk fibros (CF)
Nyföddhetsscreening
• Vanligaste ärftliga sjukdomen i
västvärlden
• Bärarfrekvensen är 1/25
• 1/2500 föds med CF i Sverige
• PKU fenylketonuri
• Kongenital hypotyreos
• Galaktosemi
• AGS adrenogenitalt syndrom
• Biotinidasbrist
• Mutation i CFTR-genen (kromosom 7)
• Ca 1400 olika mutationer
• deletion F508 (67% i Sverige)
2011-09-23
Sedan Nov 2010 ytterligare 19
sjukdomar
2011-09-23
Nyföddhetsscreening - terapi
• PKU (phenylketonuria) – diet; inget fenylalanin
• Congenital hypothyroidism – tillskott av Levaxin
• Galaktosemi – diet; inget galaktos
• CAH (21-hydroxylase deficiency) – tillskott av kortisol
• Biotinidasbrist – tillskott av biotin
A single homozygous truncating mutation, affecting SERPINF1 on chromosome 17p13.3, that was
embedded into a homozygous stretch of 2.99 Mb remained. The mutation was also homozygous in the
affected brother of the index patient.
2011-09-23
Becker et al. Exome Sequencing Identifies Truncating Mutations
Exome – Den del av genomet som utgörs av exon d v s gener som transkriberas (uttrycks)
Osteogenesis Imperfecta - OI
Locus/loci – En bestämd plats i genomet t ex en gen
Allele – Genvariant
SNP – single nucleotide polymorphism. DNA sekvensvariant (nukleotid A, T, G eller C) som förekommer i genomet då man jämför individer
Genotype/Genotyping – DNA uppsättning i en viss position t ex AT (heterozygot för A resp T)
Compound heterozygot – två olika genmutationer på respektive kromosom
Homozygot – samma allel på respektive kromosom
Medfödd benskörhet
Osteogenesis - benbildning
Imperfecta - ofullständig
Homozygozity mapping – man letar efter homozygota regioner i genomet
Consanguinity – Släktgifte
Heterozygot – en allelvariant (eller mutation) på den ena kromosomen
Genetic marker – DNA sekvens som med en metod specifikt kan analyseras/bestämmas, t ex en SNP
Genotype/Genotyping – DNA uppsättning i en viss position t ex AT (heterozygot för A resp T)
Mutation
•
Missense – Mutation som leder till ett aminosyra utbyte
•
Splice-site – Mutation som ger en förändrad splicing av genen
•
Frame-shift – Mutation som ger en förändring av läsramen vilket ofta resulterar i ett för tidigt stopp-kodon. Ger ofta ett trunkerat icke-funktionellt protein.
•
Truncating (nonsense) – Mutation som ger ett stopp-kodon och ett förkortat protein
•
Silent – Mutation som ej ger aminosyra utbyte
cDNA – complementary DNA – komplementärt DNA till mRNA
Exempel på nomenklatur
•
c.696C>G (p.Tyr232X)
•
c.324_325dupCT (p.Tyr109SerX5)
•
17p13.3
Gain-of-function mechanism – Mutation som leder till en ökad eller avvikande funktion hos genprodukten
Loss of function - Mutation som ger en minskad/förlust av funktion
Dominant negative – Heterozygot mutation som leder till att den muterade genprodukten får en antagonistisk funktion till wildtype allelens funktion
Transcript – Genuttryck (mRNA)
Expression studies – Studier av genuttryck (mRNA)
Nonsense mediated decay – Cell-mekanism för att degradera avvikande mRNA
Posttranslational modification – Modifiering av ett protein t ex metylering
43
Symtom
Benskörhet vilket vid svåra former av sjukdomen ger
upphov till upprepade frakturer, kontrakturer, smärta och
varierande grad av kortvuxenhet
Även påverkan på leder (överrörlighet), ögonvitor (blå
sclerae), tänder, hörselnedsättning, liksom benägenhet att
få blåmärken samt besvär från hjärtklaffar
Orsak
Defekt Kollagen (vanligaste proteinet i benvävnad)
Kollagen typ 1 (triple helix med två alpha-1 och en alpha-2)
-onormal struktur som ger en sämre funktion
-mindre mängd av kollagen med normal struktur
2011-09-23
Osteogenesis Imperfecta - OI
Nedärvningsmönster
Autosomalt dominant (COL1A1 samt COL1A2) – mer än 90%
Autosomalt recessiv
de novo mutationer
Incidens
5-10/100 000 i Sverige
Typ I-IX
Typ I
Lindrigaste och vanligaste formen
Typ II
Svåraste formen och förenad med kort
överlevnad
Typ III
Näst svåraste formen
Diagnos
Klinik
Radiologi och bentäthetsmätning
Analyser av kollagen i en hudbiopsi och genetiska prover
Remiss till OI-teamet ALB
2011-09-23
Typ IV
Varierande grad av benskörhet
Behandling
Inget bot men behandling med bisfosfonater ökar
bendensitet genom att hämma osteoklaster
(celler som normalt är involverat i
skelettomsättningen)
2011-09-23
SOLID; Life technologies
Exom-sekvensering
SureSelect capture;
Anrikning av exon i genomet
2011-09-23
Osteogenesis Imperfecta - OI
Reeder and Orwoll, Engl J Med 2006; 355:e28
DNA sekvensering - Sanger sekvensering
Figur S2. Pedigree som
visar indexfamilj med
homozygot SERPINF1
mutation c.696C>G
Kromatogram
2011-09-23
Fig 2. SERPINF1 kodar för
PEDF (pigment-epitheliumderived factor)
Figur visar mutationernas
lokalisation i cDNA resp
protein
PEDF funktion vid OI???
Förlust av PEDF leder till ett
ökat antal osteoklaster och
en ökad benresorption
2011-09-23
2011-09-23
www.gensvar.se
www.socialstyrelsen.se/ovanligadiagnoser
2011-09-23