Transcript Genetika u psihijatriji Doc.dr. Alena Buretić-Tomljanović, dipl. inž.

Genetika u psihijatriji
Doc.dr. Alena Buretić-Tomljanović, dipl. inž.
50 godina od otkrića
strukture DNA do
završenog sekvenciranja
humanog genoma
J.Watson  F.Crick
1953.
2003.
humani genom - 3x109 pb: 30 000 – 40 000 gena
Initial Sequencing and Analysis of
the Human Genome
International Human Genome Sequencing
Consortium
Nature, 409:860-921, 2001
Eric Lander
The Sequence of the Human Genome
J. Craig Venter and 273 others
Science, 291:1304-1351, 2001
J. Craig Venter
kompletiranje humanog genoma 2003. godine
2.9x 106 kb sekvencirano
3.2 x 106 kb ( heterokromatin ~10%)
POSTGENOMSKO DOBA I
LIJEČENJE DUŠEVNIH
BOLESTI?
FARMAKOGENOMIKA
POSTGENOMSKO DOBA I
LIJEČENJE DUŠEVNIH
BOLESTI?
FARMAKOGENOMIKA
POSTGENOMSKO DOBA I
LIJEČENJE DUŠEVNIH
BOLESTI?
FARMAKOGENOMIKA
POSTGENOMSKO DOBA I
LIJEČENJE DUŠEVNIH
BOLESTI?
FARMAKOGENOMIKA
proučava učinke terapije ovisno o
genotipu bolesnika
CENTRALNA DOGMA MOLEKULARNE BIOLOGIJE
DNA
protein
mRNA
TRANSKRIPCIJA
TRANSLACIJA
INTERINDIVIDUALNA VARIJABILNOST
0,1 % ~ 1 polimorfizam svakih 1500 pb
1.
2.
3.
4.
insercije
duplikacije
delecije
polimorfizme jednoga nukleotida –SNP (engl. single
nucleotide polymorphism)
INTERINDIVIDUALNA VARIJABILNOST
0,1 % ~ 1 polimorfizam svakih 1500 pb
1.
2.
3.
4.
insercije
duplikacije
delecije
polimorfizme jednoga nukleotida –SNP (engl. single
nucleotide polymorphism) (1.42x106; Nature 2001;409)
Varijacije u genima – primarni mehanizam nastanka složenih bolesti
SNP-i
vodeća snaga genetike u psihijatriji
POLIMORFIZAM JEDNOGA NUKLEOTIDA - SNP
alel 1 ...GATTCCTGAACGATGGCCATTCAT...
alel 2 ...GATTCCTGAACGCTGGCCATTCAT...
SLOŽENE NASLJEDNE BOLESTI
Duševne bolesti su složeni nasljedni poremećaji
(nasljedna osnova dugo je poznata iz obiteljskih i studija blizanaca)
okoliš
?%
POLIGENSKO
NASLJEĐIVANJE
genetika
?%
- međudjelovanje većeg broja genetičkih s čimbenicima okoline
STUDIJE BLIZANACA
DIZIGOTNI BLIZANCI
stopa podudarnosti za shizofreniju: 14%
“
“
za ADHD: 29%
MONOZIGOTNI BLIZANCI
stopa podudarnosti za shizofreniju: 46%
“
“
za ADHD: 75 –81%
-zaključak većine studija je da su za ponavljanje psihijatrijskih bolesti
u obiteljima više zaslužni nasljedni negoli okolišni čimbenici
(npr. studije u obiteljima s usvojenom djecom), iako je nemoguće
jasno razdvojiti djelovanje genetičkih od djelovanja okolišnih čimbenika
1. STUDIJE GENETIČKE POVEZANOSTI (engl. LINKAGE ANALYSES)
- pronalaženje genetičkih lokusa markera koji se u pojedinim obiteljima
nasljeđuju na isti način kao i bolest koja se ispituje, zbog položaja gena
za bolest i lokusa markera na istom kromosomu – OBITELJSKE STUDIJE
Primjer:
RFLP polimorfizam
koji u obitelji segregira
na isti način kao i bolest
RFLP – restriction fragment length polymorphism
GENI PODLOŽNOSTI ZA SHIZOFRENIJU
Gen
Genetički
Stupanj
Stupanj
Genetički
lokus
udruženosti
udruženosti
(0 do 5)
lokus
(0 – 5)
Gen
simbol
ime (engl.)
COMT
catechol-o-methyl transferase
22q11
4
DTNBP1
dysbindin
6p22
5
NRG1
neuregulin 1
8p12-21
5
RGS4
regulator of G-protein signalling
4
1q21-22
3
GRM3
glutamate
metabotropic 3
7q21-22
3
DISC1
deleted in shizophrenia 1
1q42
3
G72
G72
13q32-34
3
DAAO
D-amino acid oxidase
12q24
2
PPP3CC
protein phosphatase 3, catalytic
subunit, gamma isoform
8p21
1
CHRNA7
cholinergic receptor, neuronal
nicotinic, alpha polypeptide 7
15q14
1
PRODH2
proline dehydrogenase 2
22q11
1
Akt1
v-akt murine thymoma
oncogene homolog 1
viral
14q22-32
1
ZDHHC8
zinc
finger
DHHC
containing protein 8
domain-
22q11.21
1
ime gena (engl.)
receptor,
2. STUDIJE GENETIČKOG UDRUŽIVANJA (engl. DISEASE ASSOCIATION STUDIES)
usporedba uzoraka DNA zdravih
osoba s uzorcima DNA bolesnika
kako bi se
utvrdilo da li bolesne osobe češće
imaju određene genetičke
varijacije –
polimorfizme jednoga nukleotida
– negoli zdrave osobe)
- te se studije mogu provoditi u
obiteljima, ali i općoj
populaciji, a moraju
uključiti što veći broj ispitanika,
razl. populacije, etničke
skupine...
OBITELJSKE I STUDIJE
BLIZANACA
Spektar
shizofrenihGENOMSKE
NEPOTVRĐENE GENOMSKE
POTVRĐENE
bolesti
STUDIJE
STUDIJE
PRONAĐENI GENI RIZIKA
Spektar shizofrenih poremećaja
Bipolarni poremećaj
Unipolarna depresija
Ovisnost o alkoholu
Panični poremećaj
Fobije
ADHD
Anorexia nervosa
Bulimia nervosa
Demencija Alzheimerova tipa
Sand P, Eichhammer P, Hajak G. Psychiatrische Genetik-gegenwart und Perspektiven. Nervenheilkunde 2004
EVALUACIJA ENDOFENOTIPA
ENDOFENOTIPpojedina mjerljiva osobina koja je
moguće bliža patogenom
genotipu negoli sam klinički
fenotip
1. KOGNITIVNI DEFICITI
2. ABNORMALNOSTI
ELEKTROENCEFALOGRAMA
CILJ:
proniknuti u mehanizme
funkcioniranja mozga i
povezati ih s nasljednom
osnovom
- povećava snagu studija
genetičkog udruživanja, te
može dati rezultate i na
manjim uzorcima ispitanika
EVALUACIJA ENDOFENOTIPA – 3.“NEUROIMAGING”
fMRI - functional magnetic resonance imaging)
Gen COMT – funkcijski polimorfizam
Met158Val polimorfizam, 22q11
22q11
Nature Neuroscience online, April 2005
COMT alel 1 ...X-X-X-Val-X-X...
COMT alel 2 ...X-X-X-Met-X-X...
- prefrontalnu aktivnost mozga regulira razina
dopamina u srednjem
dijelu mozga, a razina dopamina regulirana je
dvjema varijantama COMT gena - u osoba s
obje val varijante nađe se smanjena aktivnost
dopamina i postoji mali rizik za pojavu
simptoma SCH
FUNKCIJSKI POLIMORFIZAM GENA COMT I TERAPIJSKI ODGOVOR
Bertolino et al. 2004; Am J Psychiatry 161:10
N-back working memory task performance after 4 and 8 weeks of olanzapine
treatment in patients with schizophrenia, by COMT genotype
COMT genotip pridonosi varijabilnom terapijskom odgovoru nakon primjene olanzapina:
- poboljšanje radne memorije, prefrontalnih kortikalnih aktivnosti i negativnih simptoma
najizraženije je u osoba s Met –alelom; učinak terapije ovisan je o genskoj dozi
FUNKCIJSKI POLIMORFIZAM GENA COMT I TERAPIJSKI ODGOVOR
Weickert et al.2004; Biol Psychiatry; 56:677-682
Relationship between COMT Val158Met genotype and treatment
(antipsychotic vs. placebo) in patients with schizophrenia during the N-back
working memory task
x
x
Broj točnih odgovora
x
Val-Val
Val-Met
Met-Met
ZAKLJUČCI
1. polimorfizmi gena COMT, ali i mnogih drugih gena
moduliraju kognitivne funkcije, ali ne
predstavljaju primarni uzrok bolesti
2. genske varijante rizične za psihijatrijske bolesti
nađu se i u mnogih zdravih osoba
3. “snaga” povezanosti otkrivenih genskih
polimorfizama i bolesti procjenjuje se relativno
slabom
???
SKRIVEN GENETIČKI KOD: EPIGENETIČKE MODIFIKACIJE - REGULIRAJU EKSPRESIJU
GENA I MODULIRAJU FENOTIP
EPIGENETIKA proučava modifikacije
genoma koje ne mijenjaju primarni
DNA slijed, ali određuju kada će se
geni uključiti ili isključiti:
1. METILACIJA CITOZINA u CpG
(utišavanje gena)
2. REMODELIRANJE KROMATINA
acetiliranjem histona (uključivanje
gena)
Epigenetičke modifikacije djeluju
poput prekidača u kontroli genske
aktivnosti – “utišaju” gene čija
ekspresija nije potrebna;
tako stvaraju “memoriju” genske
aktivnosti koja se prenosi tijekom
st.diobe ali i TRANSGENERACIJSKI
EPIGENOMIKA MOŽE OBJASNITI NEPOTPUNU FENOTIPSKU
PODUDARNOST MZ BLIZANACA:
monozigotni blizanci imaju jednake gene, ali ne moraju
imati jednake genske modifikacije
EPIGENETIČKI UZORAK JE RELATIVNO NESTABILNA KOMPONENTA FENOTIPA
PRIMARNI DNA SLIJED: relativno stabilna komponenta fenotipa
EPIGENETIČKI UZORAK: podložan promjenama tijekom života pojedinca, ali i
kroz generacije
zadržavanje epigenetičkog uzorka
gubitak represivne modifikacije
okoliš
prehrana
stvaranje nove represivne modifikacije
Feil R. 2006; Mutat Res 600:46-57
Finska 40godišnja
longitudinalna
studija
The British Journal of Psychiatry (2004) 184: 216-222
GENI KOJI NE KODIRAJU PROTEINE
(engl. non-protein coding genes) IMAJU VAŽNU
NEURORAZVOJNU ULOGU (stvaranje sinapsi i
neuroplastičnost)
PROŠIRENJE CENTRALNE DOGME
Non-protein coding RNA – nc RNA: miRNA i dr.
čine 3 – 4% genoma
KONTROLIRAJU RAZINU EKSPRESIJE PROTEINA
(degradiraju mRNA, smanjuju stabilnost mRNA,
umanjuju učinkovitost translacije)
RNomika
MEHANIZAM DJELOVANJA miRNA MOLEKULA
Hipoteza:
DNA
mRNA
TRANSKRIPCIJA
TRANSKRIPCIJA
ncDNA
miRNA
Brojne inaktivirane mRNA
“čekaju” u sinaptičkim
dijelovima neurona
djelovanje vanjskog
signala: neurohormona ili
BDNF-a da ih “oslobodi”
inhibicije i omogući
translaciju u protein
LIPIDOMIKA CNS-a: MOLEKULARNI POTPIS
STANIČNIH SIGNALNIH PUTOVA I SLOŽENIH BOLESTI
- proučava signalne putove lipida u organizmu i njihovu ulogu u
razvoju mozga i ponašanju radi razvoja novih strategija liječenja
LIPIDI I NJIHOVI MEDIJATORI OBILNO
ZASTUPLJENI U MOZGU:
- dugolančane nezasićene masne kiseline
AA i DHA (određuju dinamičke osobine membrana
neurona, reguliraju ionske kanale i prijenos signala,
aktiviraju transkripcijske faktore i reguliraju gensku
ekspresiju)
- endokanabinoidi (reguliraju ponašanje,
sedaciju, euforiju, apetit, memoriju)
- steroli (kolesterol) (reguliraju dinamiku
lipidnih splavi – prijenos signala)
- sfingolipidi (mijelin)
- gangliozidi (vitalno važni, ali nepoznate uloge)
ULOGA BIOAKTIVNIH LIPIDA U PRIJENOSU SIGNALA
(AA i DHA su prekursori bioaktivnih lipida)
Enzimi koji metaboliziraju membranske fosfolipide kolokaliziraju s
monoaminergičkim receptorima u membranama neurona, ključni su za
neurotransmisiju, stvaranje memorije i LTP.
POSTGENOMSKO DOBA I
LIJEČENJE DUŠEVNIH BOLESTI?
MULTIDISCIPLINARNI
PRISTUP RAZVOJNOJ
NEUROZNANOSTI
NEOPHODAN JE KAKO BISMO
USPOSTAVILI DOBRE
KORELACIJE GENOTIPA I
FENOTIPA, TE POVEZANOST
UZROKA I POJAVE BOLESTI
LIPIDOMIKA
FARMAKOGENOMIKA
HVALA NA PAŽNJI