Γενετικά νοσήµατα: Μοριακή βάση και διαγνωστική

Transcript

1 Μαθήματα Παθολογικής Ανατομικής: Η ώρα του ειδικευόμενου 13 Aπριλίου 2011 Γενετικά νοσήµατα: Μοριακή βάση και διαγνωστική Ντίνα Τηνιακού Εργ/ριο Ιστολογίας & Εµβρυολογίας Ιατρική Σχολή Πανεπιστηµίου Aθηνών Αθηνών

2 ΓΟΝΙΔΙΑ ΚΑΙ ΝΟΣΟΙ ΑΝΘΡΩΠΟΥ Τα γενετικά νοσήματα είναι πολύ συχνότερα απ ότι νομίζουμε (συχνότητα στη διάρκεια ζωής 670/1000) 50% αυτόματων αποβολών: εμφανής χρωμοσωμική ανωμαλία 1% νεογέννητων: χρωμοσωμική ανωμαλία 20% νοσηλευόμενων παιδιατρικών ασθενών: γενετική ανωμαλία 5% ατόμων <25 ετών: σοβαρή νόσος με γενετικό υπόβαθρο

3 ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΝΟΣΩΝ Κληρονομικές (hereditary) Κληρονομούνται από τους γονείς Οικογενείς (familial) Διαδίδονται με τους γαμέτες δια μέσω των γενεών Συγγενείς (congenital) Παρούσες στη γέννηση ΟΧΙ πάντα γενετικά καθορισμένες: π.χ. συγγενής σύφιλη τοξοπλάσμωση

4 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΓΕΝΕΤΙΚΩΝ ΝΟΣΩΝ Μονογονιδιακές διαταραχές Χρωμοσωμικές διαταραχές Σύνθετες πολυγονιδιακές διαταραχές

5 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΓΕΝΕΤΙΚΩΝ ΝΟΣΩΝ Μονογονιδιακές - Μετάλλαξη σε ένα γονίδιο με σοβαρές επιπτώσεις - Γνωστές και ως Μεντελιανές διαταραχές (Mendelian disorders) - Κλασικό Μεντελιανό πρότυπο κληρονομικότητας -Σπάνιες - Μεγάλη διεισδυτικότητα

6 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΓΕΝΕΤΙΚΩΝ ΝΟΣΩΝ Μονογονιδιακές Σήμερα νόσοι - Αυτοσωματικές επικρατούσες(autosomal dominant) - Αυτοσωματικές υπολειπόμενες(autosomal recessive) - Φυλοσύνδετες (x-linked)

7 1. ΜΟΝΟΓΟΝΙΔΙΑΚΕΣ ΓΕΝΕΤΙΚΕΣ ΝΟΣΟΙ Αυτοσωματικές επικρατούσες διαταραχές - Εμφανίζονται σε ετεροζυγώτες - Συνήθως τουλάχιστον ένας γονέας πάσχει - Ενίοτε πρωτοεμφανιζόμενη μετάλλαξη (γονείς κ.φ.) -50% πιθανότητα νόσου εάν πάσχει ο ένας γονέας - Άρρενες και θήλεις ασθενείς

8 1. ΜΟΝΟΓΟΝΙΔΙΑΚΕΣ ΓΕΝΕΤΙΚΕΣ ΝΟΣΟΙ Αυτοσωματικές επικρατούσες διαταραχές - Εμφανίζονται σε ετεροζυγώτες - Συνήθως τουλάχιστον ένας γονέας πάσχει - Ενίοτε πρωτοεμφανιζόμενη μετάλλαξη (γονείς κ.φ.) -50% πιθανότητα νόσου εάν πάσχει ο ένας γονέας - Άρρενες και θήλεις ασθενείς - Κλινική εικόνα εξαρτάται από: -διεισδυτικότητα του γονιδίου π.χ. 50% διεισδυτικότητα: 50% των ατόμων που φέρουν το μεταλλαγμένο γονίδιο νοσούν - ποικίλη έκφραση μεταλλαγμένου γονιδίου -Η ηλικία εμφάνισης συμπτωμάτων ποικίλλει

9 Αυτοσωματικέςεπικρατούσες διαταραχές Νευρικό σύστημα - Νόσος Huntington - Nευροϊνωμάτωση - Μυοτονική δυστροφία - Οζώδης σκλήρυνση Ουροποιητικό σύστημα - Πολυκυστική νόσος νεφρού ΓΕΣ - Οικογενής πολυποδίαση παχέος εντέρου

10 Αυτοσωματικέςεπικρατούσες διαταραχές Μυοσκελετικό σύστημα -σύνδρομο Marfan - σύνδρομα Ehlers-Danlos(μερικές μορφές) - Aτελής οστεογένεση - Αχονδροπλασία

11 Αυτοσωματικέςεπικρατούσες διαταραχές Μυοσκελετικό σύστημα -σύνδρομο Marfan - σύνδρομα Ehlers-Danlos(μερικές μορφές) - Aτελής οστεογένεση - Αχονδροπλασία Αιμοποιητικό - κληρονομική σφαιροκυττάρωση - νόσος von Willebrand Μεταβολικά νοσήματα - Οικογενής υπερχοληστεριναιμία - Οξεία διαλείπουσα πορφυρία

12 Αυτοσωματικέςυπολειπόμενες διαταραχές Πλειονότητα των μεντελιανών διαταραχών Συνήθως οι γονείς (ετεροζυγώτες, φορείς) δεν εμφανίζουν η νόσο, αλλά μπορεί να νοσούν αδέλφια 25% αδελφών νoσούν Εάν το μεταλλαγμένο γονίδιο εμφανίζεται με χαμηλή συχνότητα στον πληθυσμό τότε συνήθως ο ασθενής είναι γόνος αιμομεικτικού γάμου

13 Αυτοσωματικέςυπολειπόμενες διαταραχές Στις περισσότερες: Η έκφραση του μεταλλαγμένου γονιδίου είναι πιο ομοιογενής από ότι στις αυτοσωματικές επικρατούσες Συχνή πλήρης διεισδυτικότητα Εμφάνιση συμπτωμάτων νωρίς (παιδική ηλικία) Συνήθως το μεταλλαγμένο γονίδιο κωδικοποιεί ένζυμα Περιλαµβάνουν την πλειονότητα των κληρονοµικών µεταβολικών νοσηµάτων

14 Αυτοσωματικέςυπολειπόμενες διαταραχές Μεταβολικά νοσήματα -κυστική ίνωση - φαινυλκετονουρία - γαλακτοζαιμία - ομοκυστινουρία - θησαυρισμώσεις (γλυκογονιάσεις, λυσοσωμιακές νόσοι) - ανεπάρκεια α1-αντιθρυψίνης - νόσος Wilson - αιμοχρωμάτωση

15 Αυτοσωματικέςυπολειπόμενες διαταραχές Μεταβολικά νοσήματα -κυστική ίνωση - φαινυλκετονουρία - γαλακτοζαιμία - ομοκυστινουρία - θησαυρισμώσεις(γλυκογονιάσεις, λυσοσωμιακές νόσοι) - ανεπάρκεια α1-αντιθρυψίνης - νόσος Wilson - αιμοχρωμάτωση Αιμοποιητικό - δρεπανοκυτταρική αναιμία - θαλασσαιμίες Μεταβολικά νοσήματα - Οικογενής υπερχοληστεριναιμία - Οξεία διαλείπουσα πορφυρία

16 Αυτοσωματικέςυπολειπόμενες διαταραχές Νευρικό σύστημα - Νευρογενείς μυϊκές ατροφίες - Αταξία Friedreich - Nωτιαία μυϊκή ατροφία Μυοσκελετικό σύστημα - Αλκαπτονουρία - σύνδρομα Ehlers-Danlos(μερικές μορφές) Ενδοκρινικό σύστημα - Συγγενής επινεφριδιακή υπερπλασία

17 Φυλοσύνδετες διαταραχές Οι περισσότερες αφορούν στο Χ χρωμόσωμα Τα γονίδια που εντοπίζονται στο χρωμόσωμα Υ σχετίζονται με τη σπερματογένεση => => άρρενες με Υ-σχετιζόμενες μεταλλάξεις είναι στείροι => Υ-σχετιζόμενη κληρονομικότητα δεν απαντάται

18 Φυλοσύνδετες διαταραχές Οι περισσότερες αφορούν στο Χ χρωμόσωμα Τα γονίδια που εντοπίζονται στο χρωμόσωμα Υ σχετίζονται με τη σπερματογένεση => => άρρενες με Υ-συνδεόμενες μεταλλάξεις είναι στείροι => Υ-σύνδετη κληρονομικότητα δεν απαντάται Κληρονομούνται από μητέρες ετεροζυγώτες(φορείς) στους υιούς - 50% υιών ασθενείς, 50% υγιείς -Απόγονοι αρρένων ασθενών: - υιοί υγιείς -θυγατέρες φορείς 50% θυγατέρων (φορείς), 50% υγιείς

19 Φυλοσύνδετες διαταραχές Νευρικό σύστημα - σύνδρομο εύθραυστου Χ Μυοσκελετικό σύστημα - Μυϊκή δυστροφία Duchenne Mεταβολικά νοσήματα - Άποιος διαβήτης Ανοσοποιητικό σύστημα - αγαμμασφαιριναιμία - σύνδρομο Wiskott-Aldrich

20 Φυλοσύνδετες διαταραχές Αιματολογικές νόσοι - αιμορροφιλία Α (παράγοντας VΙΙΙ) και Β (παράγοντας ΙΧ) - χρόνια κοκκιωματώδης νόσος - ανεπάρκεια G6PD

21 ΜΟΡΙΑΚΗ ΔΙΑΓΝΩΣΗ Ταυτοποίηση της υποκείμενης γονιδιακής μετάλλαξης Αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης(pcr) DNA sequencing Τotal human exome capture ( protein-encoding exons) & Large scale sequencing

22 2. ΧΡΩΜΟΣΩΜΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΡΑΧΕΣ Διαταραχές - στον αριθμό 1: 160 νεογέννητα τρισωμία (2n+1) μονοσωμία(2n-1) - στη δομή χρωμοσωμάτων - απώλεια ή αναδιάταξη χρωμοσωμικού υλικού - απαλοιφή, διαμετάθεση κ.α. 50% αποβληθέντων εμβρύων Διάγνωση με μελέτη καρυότυπου (κυτταρογενετική μελέτη)

23 2. ΧΡΩΜΟΣΩΜΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΡΑΧΕΣ Τρισωμία 21 (σύνδρομο Down) Η πιο συχνή, 1:700 γεννήσεις FISH

24 2. ΧΡΩΜΟΣΩΜΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΡΑΧΕΣ Πλήρης ή μερική μονοσωμία Χ (σύνδρομο Turner) 1:2000 θήλεις (45 Χ0)

25 2. ΧΡΩΜΟΣΩΜΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΡΑΧΕΣ 47 ΧΧΥ (σύνδρομο Kleinefelter) Η πιο συχνή φυλοσύνδετη γενετική νόσος 1: 660 γεννήσεις ζώντων αρρένων

26 2. ΧΡΩΜΟΣΩΜΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΡΑΧΕΣ Σύνδρομο απαλοιφής χρωμοσώματος 22q11.2 1: γεννήσεις Σύνδρομο DiGeorge (συγγενείς καρδιοπάθειες, διαταραχές ανάπτυξης υπερώας, καθυστέρηση ανάπτυξης, ποικίλου βαθμού Τ-ανοσοανεπάρκεια, υπασβαιστιαιμία), 25% σχιζοφρένεια Mετάφαση Κύτταρο σε μεσόφαση Διάγνωση: FISH Διαγραφή ιχνηθέτη TUPLE1 (HIRA)

27 Μελέτη πολύχρωμου φθορίζοντος in situ υβριδισμού (FISH) Ραδιοσημασμένοι ιχνηθέτες με 23 μείγματα 5 φθοριζουσών χρωστικών που δημιουργούν μοναδική απόχρωση για κάθε χρωμόσωμα Spectral caryotyping => Spectacular caryotyping!

28 Μελέτη πολύχρωμου φθορίζοντος in situ υβριδισμού (FISH) Ραδιοσημασμένοι ιχνηθέτες με 23 μείγματα 5 φθοριζουσών χρωστικών που δημιουργούν μοναδική απόχρωση για κάθε χρωμόσωμα Μετάθεση υλικού από το 22q στο9p. Spectral caryotyping => Spectacular caryotyping

29 3. ΣΥΝΘΕΤΕΣ ΠΟΛΥΓΟΝΙΔΙΑΚΕΣ ΔΙΑΤΑΡΑΧΕΣ Πολυμορφισμοί γονιδίων+περιβαλλοντικοί παράγοντες Συνδυασμοί πολυμορφισμών με μικρή διεισδυτικότητα που προκαλούν ελάσσονες διαταραχές

30 3. ΣΥΝΘΕΤΕΣ ΠΟΛΥΓΟΝΙΔΙΑΚΕΣ ΔΙΑΤΑΡΑΧΕΣ Πολυμορφισμοί γονιδίων+περιβαλλοντικοί παράγοντες Συνδυασμοί πολυμορφισμών με μικρή διεισδυτικότητα που προκαλούν ελάσσονες διαταραχές Οι πιο συχνές νόσοι του ανθρώπου: - αθηροσκλήρυνση - σακχαρώδης διαβήτης -υπέρταση - αυτοάνοσα νοσήματα Πρόσφατες εξελίξεις στη γονιδιωματικήκαι σε μοριακές βιολογικές τεχνικές επέτρεψαν τη μελέτη τους (genome wide association studies-gwas)

31 Παραδείγµατα µονογονιδιακών γενετικών νόσων

32 ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΑΙΜΟΧΡΩΜΑΤΩΣΗ ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΑΙΜΟΧΡΩΜΑΤΩΣΗΣ Γενετικά ετερογενής νόσος του μεταβολισμού του σιδήρουπου χαρακτηρίζεται από αυξημένη εντερική απορρόφησή και συσσώρευση σιδήρου στους ιστούς Ανεξάρτητα από την αιτία, η νόσος συνδέεται με ανεπάρκεια της εψιδίνης (hepsidin) που μπορεί να είναι ολική, μερική ή σχετική στο πλαίσιο αντίστασης του υποδοχέα της στη δράση της Η έκταση και ο εντοπισμός της ιστικής βλάβης που προκαλείται από τη συσσώρευση σιδήρου μπορεί να ποικίλει

33 Μοριακός μηχανισμός δράσης της εψιδίνης Εψιδίνη: πεπτίδιο που συντίθεται στο ήπαρ και παίζει ρόλο στην ομοιόσταση του σιδήρου Εψιδίνη Μακροφάγα Ε Ε Ε Ε Ε Ε Φερροπορτίνη Φερροπορτίνη Fe Fe Fe Fe Fe Fe Εντερικός αυλός Fe Fe Γιώργος Παπανικολάου

34 Συσσώρευση σιδήρου και εψιδίνη Εψιδίνη Μακροφάγα Ε Fe Fe Ε Fe Εντερικός αυλός Fe Fe Fe Fe Fe Γιώργος Παπανικολάου

35 Παθογένεια αιμοχρωμάτωσης Αντίσταση του υποδοχέα στην δράση της εψιδίνης Ε Ε Fe Fe Ε Ε Fe Ε Fe Fe Ε Fe Fe Fe Γιώργος Παπανικολάου

36 Αιμοχρωμάτωση οφειλόμενη σε μεταλλάξεις του γονιδίου HFE6p211.3 (1996) ύο κύριες µεταλλάξεις : C282Y: % των ασθενών µε αιµοχρωµάτωση είναι οµόζυγοι για την µεταλλαγή ΧΑΜΗΜΗ ΙΕΙΣ ΥΤΙΚΟΤΗΤΑ!!! H63D: µικρότερη σηµασία µε ήπια επίδραση στον φαινότυπο Γονότυποι που συνδέθηκαν µε τη νόσο: C282Y / C282Y C282Y / H63D Feder et al. Nat. Gen.,1996 Γιώργος Παπανικολάου

37 Η συχνότητα (%) των µεταλλάξεων του HFE σε διάφορους ευρωπαϊκούς πληθυσµούς ΕΛΛΑ Α: ΙΣΛΑΝ ΙΑ: C282Y 5,1 H63D 10,9 ΗΝΩΜΕΝΟ ΒΑΣΙΛΕΙΟ: C282Y 8.1 H63D 15.2 ΟΛΛΑΝ ΙΑ: C282Y 3.8 ΙΡΛΑΝ ΙΑ: C282Y 10.1 ΓΕΡΜΑΝΙΑ: H63D 14.7 C282Y 3.8 H63D 13.2 ΣΟΥΗ ΙΑ: C282Y 5,2 ΑΝΙΑ: C282Y 7 H63D 12.1 ΝΟΡΒΗΓΙΑ: C282Y 7.3 H63D 11.2 C282Y 0.4 H63D 15.7 ΦΙΝΛΑΝ ΙΑ: C282Y 3.5 H63D 11.8 ΤΟΥΡΚΙΑ: C282Y Ο H63D 13.6 ΓΑΛΛΙΑ: C282Y 7.1 H63D 16.7 ΙΣΠΑΝΙΑ: C282Y 3.2 H63D 20.6 ΙΤΑΛΙΑ: C282Y 1.3 H63D 12.4 Γιώργος Παπανικολάου

38 Nόσος Wilson Κληρονομικότητα αυτοσωματικού υπολειπόμενου τύπου ασθενείς παγκοσμίως Επίπτωση: 1/ γεννήσεις Συχνότητα φορέων: 1:90

39 Samuel A.K. Wilson ( ) Ιούλιος 1911, Διδακτορική διατριβή, University of Edinburgh, Scotland "Progressive lenticular degeneration: A familial nervous disease associated with cirrhosis of the liver" Brain(Oxford) 1912, 34: the condition was often familial but not congenital or hereditary

40 Bull PC et al. The Wilson disease gene is a putative copper transporting P-type ATPase similar to the Menkes gene. Nat. Genet.5(4): , Tanzi RE et al. The Wilson disease gene is a copper transporting ATPase with homology to the Menkes disease gene. Nat. Genet. 5(4): , Συσκευή Golgi ATP7B 13q14.3. Η ΑΤP7Β εντοπίζεται στο δίκτυο τrans-golgi

41 Mεμβράνη Κυτταρό πλασμα Cu6 Cu5 Cu4 Cu1 Cu2 Cu3 ATP7B: διαμεμβρανική ΑΤPάση μεταφέρουσα Cu Φωσφορυλίωση κοντά στις περιοχές που συνδέονται με χαλκό είναι απαραίτητη για τη λειτουργία της ΑΤPάσης

42 Mεμβράνη Κυτταρό πλασμα Cu6 Cu5 Cu4 Cu1 Cu2 Cu3 MMMετάλλαξη σε αυτές τις θέσεις = μεγαλύτερη διαταραχή λειτουργίας ΑΤP7B Πιο σοβαρή νόσος με πρώιμη και, τυπικά, ηπατική συμμετοχή

43 Γονίδιο ΑΤP7B (WD gene) 400 γνωστές μεταλλάξεις έως σήμερα ΟΜΩΣ Μικρή συσχέτιση γονοτύπου-φαινοτύπου Aκόµη και ασθενείς µε τις ίδιες µεταλλάξεις έχουν διαφορετική κλινική εικόνα!

44 Γονίδιο ΑΤP7B (WD gene) 400 γνωστές μεταλλάξεις έως σήμερα ΟΜΩΣ Μικρή συσχέτιση γονοτύπου-φαινοτύπου Aκόμη και ασθενείς με τις ίδιες μεταλλάξεις έχουν διαφορετική κλινική εικόνα! Οι περισσότεροι ασθενείς είναι σύνθετοι ετεροζυγώτες (διαφορετική μετάλλαξη σε καθένα από τα δύο αλλήλια) Ίσως άλλα γονίδια (π.χ. απολιποπρωτεϊνηε)και περιβαλλοντικοί παράγοντες να παίζουν ρόλο στην παθογένεια της νόσου

45 Χαλκός: Ιχνοστοιχείο απαραίτητο για τη φυσιολογική λειτουργία του οργανισμού! Ο Cuτης δίαιτας προσλαμβάνεται από τα εντεροκύτταρα και μεταφέρεται σε ειδικές πρωτεϊνες (π.χ. μεταλλοθειονίνη) με τη βοήθεια της ΑΤPA7 (ΑΤPάση Menkes).νόσος Menkes: γενετική φυλοσύνδετη διαταραχή ανεπάρκειας Cu το «αρνητικό» της νόσου Wilson!!

46 ATP7B: ΔΙΤΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΣΤΑ ΗΠΑΤΟΚΥΤΤΑΡΑ 1. μεταφορά και ενσωμάτωση Cu στην αποσερουλοπλασμίνη => σχηματισμός σερουλοπλασμίνης 2. απέκκριση Cuστη χολή 2 1

47 Διαταραχή λειτουργίας ATP7B σερουλοπλασμίνης ορού αποβολή Cu στη χολή ενδοκυττάριου Cu στο ήπαρ Cu στα ούρα Συσσώρευση Cu και σε εξωηπατικούς ιστούς (εγκέφαλος, οφθαλμοί, νεφροί) με επακόλουθη ιστική τοξικότητα Lutsenko, Curr Opin Chem Biol 2010

48 Ηαξία της μοριακής γενετικής ανάλυσηςστη διάγνωσηnw: -περιορισμένηλόγω των πολυάριθμων πιθανών γονιδιακών μεταλλάξεων της ΑΤP7B(>400) -σημαντικήγια την εκτίμηση μελών της οικογένειας ομόζυγων ασθενών Η σύγχρονη έρευνα εστιάζει στην ανάδειξη βιοδεικτών ορού για την έγκαιρη και ορθή διάγνωση της νόσου

49 29Cu