Η Γενετική της σχιζοφρένειας - Γενετική των πολυπαραγοντικών νοσημάτων

Transcript

1 Η Γενετική της σχιζοφρένειας - Γενετική των πολυπαραγοντικών νοσημάτων Α.Παπαχατζοπούλου Απαρτιωμένη διδασκαλία Πάτρα 9 Οκτωβρίου 2014

2 Το γενετικό υπόστρωμα των σπάνιων & κοινών νοσημάτων Οι πολυπαραγοντικοί χαρακτήρες αφορούν και τα κοινά- πολυπαραγοντικά νοσήματα Αιμοσφαιρινοπάθειες Κυστική Ϊνωση Μυική Δυστροφία Καρδιαγγειακά- Υπέρταση Διαβήτης Σχιζοφρένεια Ελονοσία AIDS Γρίπη Γονίδια Περιβάλλον Μονογονιδιακά Νοσήματα (σπάνια) = γονότυπος = περιβάλλον Πολυπαραγοντικά Νοσήματα (κοινά)

3 Οι πολυπαραγοντικοί χαρακτήρες - νοσήματα ακολουθούν το εξής μοντέλο: 1) Πολλοί, αλλά ΟΧΙ απεριόριστοι γενετικοί τόποι συμβάλουν στην εκδήλωση του φαινοτύπου. 2) ΔΕΝ υπάρχει υπεροχή ή υποτέλεια στην έκφραση ΚΑΘΕΝΟΣ γενετικού τόπου. 3) Οι γενετικοί τόποι (γονότυπος ) λειτουργούν συνδυαστικά και προσθετικά. Καθένας προσθέτει ή αφαιρεί ένα μικρό ποσό από τον φαινότυπο. 4) Το περιβάλλον ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑ με τον γονότυπο, προκειμένου να εκδηλωθεί ο παθολογικός φαινότυπος. 5) Εμφανίζουν πάντα κανονική κατανομή στον πληθυσμόκαμπύλη κατά GAUSS

4 Η σχιζοφρένεια είναι μια, σε μεγάλο βαθμό, κληρονομική διαταραχή. Ο κίνδυνος από την πλευρά της γενετικής παρέχεται από ένα μεγάλο αριθμό αλληλομόρφων, συμπεριλαμβανομένων και των κοινών αλληλομόρφων, τα οποία έχουν μικρή επίδραση και ενδεχόμενα μπορούν να ανιχνευθούν από ευρείες μελέτες συσχέτισης στο γονιδίωμα.

5 Μοριακή βάση της νόσου

6 Μερικοί από τους Γενετικούς τόπους, SNPs, CNVs που προσδιορίστηκαν και εδράζουν σε αντίστοιχες χρωμοσωμικές περιοχές ( ) ΠΡΙΝ από GWAS μελέτες Μερικοί από τους πολλούς γενετικούς τόπους που έχουν προσδιοριστεί από διάφορες μελέτες και περιέχουν Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) απλότυπους & έχουν προσδιοριστεί με GWAS Δομικές αλλαγές διπλασιασμοί στα χρωμοσώματα, Copy Number Variations (CNVs), που προσδιορίστηκαν με την τεχνική Comparative Genomic Hybridization (CGH) arrays και πρόσφατα επιβεβαιώθηκαν με GWAS Ισόρροπη διαμετάθεση Έλλειψη 3Mb Αυτοί οι γενετικοί τόποι αποτελούν τα πλέον συνεπή επιβεβαιωμένα ευρήματα σε όλες σχεδόν τις μελέτες και μέτα-αναλύσεις,& πρόσφατα επιβεβαιώθηκαν με την τεχνική Genome Wide Association studies (GWAS)

7 Έλλειψη στο μακρύ σκέλος του χρωμοσώματος 22 ( 22q11.2) Το 25% ατόμων που φέρουν αυτή την έλλειψη θα εμφανίσουν σχιζοφρένεια Γονίδια που εδράζουν στην περιοχή της έλλειψης

8 Η γνώση μας από εκτεταμένη βιοχημική ανάλυση ιστών από ασθενείς ( τομές εγκεφάλου μετά θάνατο) - metabolomic studies Κεντροσωμάτιο Κυτταροσκελετός Αξονική απόφυση/μετανάστευση DISC1 DISC1 Σύναψη Μιτοχόνδριο Πολλαπλασιασμός Σηματοδότηση Διαφοροποίηση

9 Συγκλίνουσες θέσεις και δράσεις γονιδίων ή πρωτεϊνών που εμπλέκονται στο κίνδυνο για σχιζοφρένεια μετά από την εφαρμογή πολλαπλών μεθόδων και προσδιορισμό κοινών και σπανίων CNVs ή/και SNPs ( GWAS, transcriptomics, proteomics, metabolomics)

10 Ηνέαμελέτη( «Νature» Ιούλιος 2014), αφορά μια ευρεία μετα-ανάλυση σύνδεσης στο γονιδίωμα περιλαμβάνοντας 36,989 περιπτώσεις ασθενών και υγιών ατόμων (ομάδα ελέγχου). Στην παρούσα μετα ανάλυση εμφανίστηκαν περί τα 9,5 εκατομμύρια αλλαγές. Εντοπίστηκαν 128 ανεξάρτητες συσχετίσεις που καλύπτουν 108 συντηρημένους καθορισμένους γενετικούς τόπους, που εμφανίζουν σημαντικότητα, 83 εκ των οποίων δεν έχουν αναφερθεί προηγουμένως. Οι συσχετίσεις εμπλουτίστηκαν από γονίδια που εκφράζονται στον εγκέφαλο, παρέχοντας βιολογική αληθοφάνεια για τα ευρήματα. Πολλά ευρήματα μας έδωσαν την δυνατότητα για εντελώς νέες ιδέες στην αιτιολογία, αλλά συσχετίσεις με τα DRD2 γονίδια, και αρκετά γονίδια γονίδια που εμπλέκονται στους glutamatergic νευροδιαβιβαστές, φωτίζοντας γνωστά μόρια, αλλά και άλλα που δυνητικά θα μπορούν να αποτελούν θεραπευτικούς στόχους για τη σχιζοφρένεια. Ανεξάρτητα από τα γονίδια που εκφράζονται στον εγκέφαλο συσχετίσεις βρέθηκαν μεταξύ των γονιδίων που εκφράζονται σε ιστούς που παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανοσία, στηρίζοντας την σκέψη της σύνδεσης του ανοσοποιητικού συστήματος με την σχιζοφρένεια. Ο κίνδυνος εμφάνισης της σχιζοφρένειας είναι 1%περίπου και συνδέεται με μεγάλη νοσηρότητα και θνησιμότητα και για την αντιμετώπισή της η δαπάνη είναι υψηλή σε προσωπικό και κοινωνικό επίπεδο.

11 Manhattan plot showing schizophrenia associations. S Ripke et al. Nature 000, 1-7 (2014) doi: /nature13595

12 Από τους 108 γενετικούς τόπους το 75% αυτών αφορούσε σε γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες εκ των οποίων το 40% αφορούσε σε ένα γονίδιο και το 8% βρίσκεται στην περιοχή του γονιδίου που καλύπτουν 20kb Therapeutic targets (G protein coupled receptor signalling) Glutamatergic neurotransmission Neuronal calcium signalling Synaptic function and plasticity Other neuronal ion channels Neurodevelopment

13 CNVs, τα οποία με βάση τα στατιστικά δεδομένα φαίνεται να συνδέονται με την σχιζοφρένεια. Locus Publications implicating in Schizophrenia Disorders associated with CNV Frequency (%) Cases Controls Odds ratio *1q21.1 (Del) ISC 2008, Stefansson et al. (2008) SCZ, autism microcephaly, mental retardation *2p16.3 (Del) (NRXN1) Kirov et al. (2008), Walsh et al. (2008), Rujescu et al. (2009) SCZ, autism, mental retardation Unclear *15q11.2 (Del) Stefansson et al. (2008); Kirov et al. (2009) SCZ *15q13.3 (Del) ISC (2008), Stefansson et al. (2008) SCZ, mental retardation, epilepsy, autism p13.1 (Dup) Kirov et al. (2009) SCZ, autism p11.2 (Dup) Walsh et al. (2008) SCZ, autism *17p12 (del) Kirov et al. (2009) Hereditary Neuropathy with liability to pressure palsies *22q11.21 (Del) Multiple (e.g. Murphy et al. 1999; ISC 2008) VCFS/DiGeorge syndrome, autism, SCZ 0.5 < Table 1 List of CNV loci where there is either strong statistical evidence (*) for association, or which have been observed in schizophrenia but have additional support for involvement in other neurodevelopmental disorders (evidence for their involvement cited in the schizophrenia publications) Given the rarity of most of these CNVs, estimates of frequencies and Odds ratios should be regarded as very approximate

14 Η επικρατέστερη υπόθεση για το γενετικό υπόστρωμα γονότυπος των κοινών νοσημάτων: : common disease/common variant (CDCV) hypothesis Το ποσό συνεισφοράς καθενός γονιδίου μεταξύ ατόμων μπορεί να διαφέρει και εξαρτάται από το περιβάλλον και από τον γονότυπο. Στον γονότυπο: κάθε γονίδιο/α- δεν συνεισφέρουν πάντα το ίδιο ποσό σε κάθε άτομο, αλλά ο παθολογικός φαινότυπος μεταξύ των ατόμων είναι «ίδιος». % συμμετοχή στον φαινότυπο Γονίδια που συμμετέχουν Γονίδια που συμμετέχουν % συμμετοχή στον φαινότυπο % συμμετοχή στον φαινότυπο % συμμετοχή στον φαινότυπο Γονίδια που συμμετέχουν Γονίδια που συμμετέχουν

15 Ποιο πρότυπο κληρονομικότητας ακολουθούν; Πως μπορεί να προβλεφθεί ο κίνδυνος να νοσήσουν οι συγγενείς ενός πάσχοντος;

16 Από ποιους παράγοντες επηρεάζεται ο τελικός φαινότυπος

17 H αιτιολογία, της εκδήλωσης των κοινών νοσημάτων, είναι ετερογενής και σύνθετη π.χ σακχαρώδης διαβήτης, στεφανιαία νόσος, νόσος Alzheimer, σχιζοφρένεια κ.α. ΔΕΝ ακολουθούν το Μενδελικό πρότυπο κληρονομικότητας, όπως άλλωστε και όλα τα πολυπαραγοντικά χαρακτηριστικά Κάθε πολυπαραγοντικός χαρακτήρας μοιράζεται κοινά γενετικά χαρακτηριστικά, που εκφράζονται με γενικούς μέσους όρους επιτρέποντας την εκτίμηση της πολυπαραγοντικής του δράσης και τον κίνδυνο επανεμφάνισης του στους συγγενείς.

18 Συμπτωτικότητα- Ασυμπωτικότητα Όταν δύο συγγενικά άτομα σε μια οικογένεια εμφανίζουν το ίδιο νόσημα αναφέρονται ως συμπτωτικά γιατονόσημααυτό. Η συμπτωτικότητα μπορεί να αφορά ίδιους ή διαφορετικούς, προδιαθεσικούς γονοτύπους, οι οποίοι δίνουν τον ίδιο παθολογικό φαινότυπο. Όταν 2 συγγενικά άτομα φέρουν τον ίδιο γονότυπο, αλλά νοσεί μόνο το 1 από τα 2 συγγενικά άτομα τότε αναφέρονται ως ασυμπτωτικά. Η ασυμπτωτικότητα μεταξύ 2 συγγενικών ατόμων με τον ίδιο γονότυπο ερμηνεύεται από την επίδραση διαφορετικών περιβαλλοντικών παραγόντων που έχει εκτεθεί το μη προσβεβλημένο άτομο Ο προσδιορισμός της συμπτωτικότητας ή της ασυμπτωτικότητας μας βοηθά να εκτιμήσουμε τον κίνδυνο επανεμφάνισης της νόσου, σε συγγενικά άτομα, με δεδομένη την δυσκολία πρόβλεψης, λόγω της παρουσίας ίδιου ή διαφορετικού γονότυπου που εκδηλώνεται η νόσος

19 Συμπωτικότητα & Κοινά αλληλόμορφα μεταξύ συγγενών Υπολογισμός σε ένα γενετικό τόπο κοινών αλληλομόρφων μεταξύ αδελφών συμπτωτικών για ένα νόσημα Για κάθε ένα γονίδιο ακολουθείται ο νόμος του Mendel Πίνακας πιθανών γονοτύπων συμπωτικών αδελφών. Στα τετράγωνα αναγράφεται ο αριθμός των πιθανών αλληλομόρφων που μοιράζονται μεταξύ τους Αλληλόμορφο: μία από τις εναλλακτικές μορφές ενός γονιδίου

20 λr= Υπολογισμός του λόγου σχετικού κινδύνου Συχνότητα εμφάνισης του νοσήματος στους συγγενείς ενός προσβεβλημένου ατόμου Συχνότητα εμφάνισης του νοσήματος στον γενικό πληθυσμό r: relatives (συγγενείς) r=s sibs( αδέλφια) r=p parents ( γονείς) 1. Εάν είναι μεγάλη η τιμή του λr> ο κίνδυνος επανεμφάνισης του νοσήματος στην οικογένεια είναι μεγάλος. 2. Εάν η τιμή του είναι λr=1το νόσημα είναι πολύ συχνό στον γενικό πληθυσμό και ο κίνδυνος επανεμφάνισης για τους συγγενείς είναι ίδιος με οποιοδήποτε άτομο στο γενικό πληθυσμό λr λr

21 ΒΑΘΜΟΣ ΣΥΓΓΕΝΕΙΑΣ ΚΑΙ ΚΟΙΝΑ ΓΟΝΙΔΙΑ Οι γονείς Ι 1,Ι 2 με τα παιδιά τους έχουν ( 1/2 ) κοινά γονίδια. Τα παιδιά ΙΙ 2,ΙΙ 3 έχουν μεταξύ τους ( 1/2 ) 2 +( 1/2) 2 = 1/4 κοινά γονίδια. Τα πρώτα ξαδέλφια ΙΙΙ 1, ΙΙΙ 3 έχουν μεταξύ τους ( 1/2) 4 + ( 1/2) 4 = 1/8 κοινά γονίδια. Τα εγγόνια με τους παππού γιαγιά έχουν μεταξύ τους ( 1/2) 3 +( 1/2) 3 = 1/4 κοινά γονίδια Τα ΙΙΙ1,ΙV1 έχουν μεταξύ τους ( 1/2 ) 5 + ( 1/2 ) 5 = 1/16 κοινά γονίδια. Ο βαθμός συγγενείας είναι η δύναμη που υψώνεται το κλάσμα των κοινών γονιδίων. Ο βαθμός συγγενείας χρησιμοποιείται, για την εκτίμηση προσβολής από την νόσο. Όσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός συγγένειας τόσο μειώνεται ο κίνδυνος προσβολής

22 % ποσοστά κινδύνου συγγενών να νοσήσουν από σχιζοφρένεια ανάλογα με τον βαθμό συγγενείας (Source: Gottesman, 1991) (Tsuang & Vandermey 1980) Το 60%περίπου των πασχόντων αφορά σε σποραδικές περιπτώσεις

23 Δεν ακολουθείται ένα συγκεκριμένο πρότυπο κληρονομικότητας Σχετίζεται με τον αριθμό των εμπλεκόμενων αλληλομόρφων που μοιράζονται ( κοινά αλληλόμορφα) τα υποψήφια άτομα μεταξύ τους. Έστω και αν μπορούσαμε να προσδιορίσουμε ακριβώς αυτά τα κοινά αλληλόμορφα, που μοιράζονται οι συγγενείς με το πάσχον άτομο και τον βαθμό συγγενείας, μπορούμε να κάνουμε «ακριβή» πρόβλεψη; Όχι, γιατί κάθε άτομο έχει τον δικό του γονότυπο, οοποίος αλληλεπιδρά με το περιβάλλον για την εκδήλωση του τελικού φαινοτύπου ενός συγκεκριμένου ατόμου, με δεδομένο, ότι στα περισσότερα κοινά νοσήματα, η αλληλεπίδραση αυτή συμβάλλει με σημαντικό ποσοστό στο τελικό φαινότυπο.

24 Πως μπορεί να υπολογιστεί η συμβολή του περιβάλλοντος στον παθολογικό φαινότυπο;

25 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΓΙΑ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΟ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑ Προκειμένου να διαχωριστεί η γενετική συνεισφορά από τις περιβαλλοντικές επιδράσεις σε ένα συγκεκριμένο ποσοτικό χαρακτηριστικό, σημαντικόεργαλείοείναιοι μελέτεςσε μονοζυγωτικούς (ΜΖ) και διζυγωτικούς διδύμους (ΔΖ). Η σύγκριση δεδομένων, για συγκεκριμένο ποσοτικό χαρακτηριστικό μεταξύ μονοζυγωτικών και διζυγωτικών διδύμων, αποτελεί μέθοδο υπολογισμού της κληρονομισιμότητας. Με δεδομένο ότι: Οι μονοζυγωτικοί δίδυμοι θεωρητικά έχουν 100% κοινά γονίδια, τους ίδιους περιβαλλοντικούς παράγοντες, ή διαφορετικούς εάν έχουν ανατραφεί χωριστά. Οι διζυγωτικοί δίδυμοι θεωρητικά έχουν 50% κοινά γονίδια, τους ίδιους περιβαλλοντικούς παράγοντες, ή διαφορετικούς εάν έχουν ανατραφεί χωριστά.

26 Μελέτες σε υιοθετημένα παιδιά για την σχιζοφρένεια Εξ ίσου σημαντικό εργαλείο για τον διαχωρισμό της συμβολής των περιβαλλοντικών από τους γενετικούς παράγοντες είναιοιμελέτεςσε υιοθετημένα-θετά θετά παιδιά, όπου ο περιβαλλοντικός παράγοντας οικογένεια απουσιάζει. Με δεδομένο, από μελέτες, ότι η διαδικασία της υιοθεσίας δεν αυξάνει τον κίνδυνο να νοσήσουν τα παιδιά αυτά από σχιζοφρένεια. Τα θετά παιδιά χωρίζονται σε 3 κατηγορίες: αυτά που προέρχονται από υγιείς φυσικούς γονείς και σε αυτά που προέρχονται από ένα ή από δυο πάσχοντες γονείς από σχιζοφρένεια. Έχουν 50% κοινά γονίδια με τους φυσικούς γονείς τους Τα αποτελέσματα των μελετών αυτών είχαν σημαντικά παρόμοια συμπεράσματα: Θετά παιδιά που οι φυσικοί τους γονείς έπασχαν από σχιζοφρένεια έχουν αυξημένο κίνδυνο να νοσήσουν και αυτά σε σύγκριση με θετά παιδιά που οι φυσικοί τους γονείς ήσαν υγιείς. Ο αυξημένος κίνδυνος δεν σχετίζεται με την πίεση που υφίστανται τα παιδιά αυτά από την υιοθεσία (συχνότητα εμφάνισης της νόσου 0-2% αντίστοιχη με αυτή του γενικού πληθυσμού). Όλες οι μελέτες, των μονοζυγωτικών διδύμων, των διζυγωτικών διδύμων και των θετών παιδιών, δείχνουν, ότι κυρίως είναι οι γενετικοί παράγοντες, που ευθύνονται για την εκδήλωση της νόσου, χωρίς αυτό να σηματοδοτεί, ότι θα νοσήσουν οπωσδήποτε

27 Κληρονομησιμότητα (Heritability) Ορίζεται ως το ποσοστό της συνολικής φαινοτυπικής διακύμανσης ενός ποσοτικού γνωρίσματος που οφείλεται σε γονίδια, όπου διαφορετικά αλληλόμορφα διαφορετικών γενετικών τόπων είναι υπεύθυνα για την ποικιλία των τιμών ενός ποσοτικού γνωρίσματος σε ένα πληθυσμό. Αποτελεί μέτρο, εάν η συνεισφορά των γενετικών παραγόντων στον καθορισμό ενός φαινοτύπου είναι μεγάλη ή μικρή. h 2 = Eκτίμηση κληρονομισημότητας σε ζεύγη Διδύμων Με την εκτίμηση της κληρονομησιμότητας σε μονο και διζυγωτικούς διδύμους επιδιώκεται η εκτίμηση των διακριτών ρόλων του γονοτύπου και του περιβάλλοντος σε ένα ποσοτικό γνώρισμα. Διακύμανση στα ζεύγη Διζυγωτικών διδύμων - διακύμανση στα ζεύγη μονοζυγωτικών διδύμων Διακύμανση στα ζεύγη Διζυγωτικών διδύμων Εάν η ποικιλία των τιμών που παρουσιάζει το γνώρισμα καθορίζεται κυρίως από το περιβάλλον τότε η διακύμανση των τιμών μεταξύ ΔΖ και ΜΖ θα είναι παρόμοια τότε h 2 =0. Εάν η ποικιλία των τιμών του γνωρίσματος καθορίζεται αποκλειστικά από τον γονότυπο τότε η διακύμανση στους ΜΖ θα είναι 0 και η τιμή του h 2 =1

28 Με βάση την κληρομησιμότητα και από μελέτες προσδιορισμού SNPs με GWAS ανάλυση μεταξύ 5 ψυχικών ασθενειών ( σχιζοφρένεια, διπολική διαταραχή, βαριά κατάθλιψη, αυτισμό και έλλειψη συγκέντρωσης,προσοχής και υπερκινητικότητα) κατέληξαν ότι: Η σχιζοφρένεια και η διπολική διαταραχή μοιράζονται γενετικούς παράγοντες κινδύνου και ότι οφείλονται κυρίως στο γενετικό υπόστρωμα και όχι στο περιβάλλον Όταν πάσχουν άτομα από σχιζοφρένεια, τότε οι απόγονοί τους με πρώτου βαθμού συγγένεια έχουν αυξημένο κίνδυνο να εμφανίσουν βαριά κατάθλιψη Εάν δεν υπάρχουν οι γενετικοί παράγοντες για σχιζοφρένεια,η ασθένεια δεν θα εκδηλωθεί έστω και αν τα άτομα ζουν σε περιβάλλον με άτομα πάσχοντα από βαριά σχιζοφρένεια Η σχιζοφρένεια μοιράζεται γενετικούς παράγοντες με την βαριά κατάθλιψη Η διπολική διαταραχή μοιράζεται γενετικούς παράγοντες με την βαριά κατάθλιψη

29 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ησχιζοφρένειαωςπολυπαραγοντικό νόσημα δεν ακολουθεί την Μενδελική κληρονομικότητα, αλλά αυτή των πολυπαραγοντικών νοσημάτων Το γενετικό υπόστρωμα- χρωμοσωμικό υπόστρωμα-γονότυπος παίζει σημαντικό ρόλο στην εκδήλωση του παθολογικού φαινοτύπου-νόσου. Όσο μεγαλύτερος είναι ο λόγος σχετικού κινδύνου (λ) τόσο μεγαλύτερος είναι ο κίνδυνος επανεμφάνισης της νόσου. Στην εμφάνιση παθολογικού φαινοτύπου- σχιζοφρένεια συμβάλλουν μικρού και μεγάλου μεγέθους δομικές αλλαγές στα χρωμοσώματα 22&15, αλλά και ομάδες μονονουκλεοτιδικών πολυμορφισμών, που σηματοδοτούν τον αυξημένο κίνδυνο. Επίσης στο μεταγραφικό προφίλ παρατηρείται μείωση ή αύξηση της έκφρασης της πρωτεΐνης και όχι δομικές αλλαγές. Όλες οι μελέτες, των μονοζυγωτικών διδύμων, των διζυγωτικών διδύμων και των θετών παιδιών, δείχνουν, ότι κυρίως είναι οι γενετικοί παράγοντες, που ευθύνονται για την εκδήλωση της νόσου, χωρίς αυτό να σηματοδοτεί, ότι θα νοσήσουν οπωσδήποτε, οι φέροντες αυτούς τους γενετικούς παράγοντες. Γενικά για τα πολυπαρογοντικά χαρακτηριστικά & νοσήματα ΔΕΝ μπορούμε να προβλέψουμε με βεβαιότητα, εάν ένα άτομο θα πάσχει έστω και εάν έχει ΙΔΙΟ γονότυπο με ένα πάσχον συγγενικό άτομο

30 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Ιατρική Γενετική.Thompson & Thompson. (2011). 2η Ελληνική έκδοση. 2. Comprehensive TextBook of Psychiatry. (2010) Kaplan & Sadock s, 9th edition. 3. O Donovan M.C et.al Genetics of psychosis; insights from views across the genome. Hum.Genet.(2009) 126: Pickard B Progress in defining the biological causes of schizophrenia. expert reviews in molecular medicine (2011) vol.13;e Cross Discover Group of Psychiatric Genomics Consortium Genetic relationship between five psychiatric disorders estimated from genome wide SNPs. Nature Genet. (2013) 45; Shork A.J et. al All SNPs Are Not Created Equal: Genome-Wide Association Studies Reveal a Consistent Pattern of Enrichment among Functionally Annotated SNPs. PLOS Genetics(2013)9; J. Hall et.al Genetic Risk for Schizophrenia: Convergence on Synaptic Pathways Involved in Plasticity BIOL PSYCHIATRY 2014Society of Biological Psychiatry 8. S. Horváth and K. Mirnics Schizophrenia as a Disorder of Molecular Pathways BIOL PSYCHIATRY 2014Society of Biological Psychiatry 9. C. V. Kodavali et.al. HLA Associations in Schizophrenia: Are We Re-Discovering the Wheel? Am J Med Genet Part A 165B: Schizophrenia Working Group of the Psychiatric Genomics Consortium. Biological insights from 108 schizophrenia-associated genetic loci (2014) doi: /nature13595

31 Επεξηγηματικές σημειώσεις

32 Υπολογισμός σε ένα γενετικό τόπο κοινών αλληλομόρφων μεταξύ αδελφών για ένα νόσημα Αλληλόμορφο/α: η/οι εναλλακτικές μορφές ενός γονιδίου, Σε ένα διπλοειδές κύτταρο κάθε γονίδιο έχει 2 αλληλόμορφα, που καταλαμβάνουν την ίδια θέση ( τόπο) πάνω στα ομόλογα χρωμοσώματα. Είναι δυνατόν, σε φυσιολογικά άτομα, στο γενικό πληθυσμό να συναντώνται περισσότερες της μιας εναλλακτικές μορφές ενός γονιδίου, και δεν αφορούν παθολογικές καταστάσεις.

33 Μονοζυγωτικοί δίδυμοι= αδέλφια που προέρχοναι από ένα ζυγωτό. Δηλαδή κατά την γονιμοποίση έχουν προέλθει από την γονιμοποίηση ενός ωαρίου από ένα σπερματοζωάριο, το οποίο κατόπιν χωρίστηκε σε δύο ξεχωριστά έμβρυα και άρα θεωρητικά φέρουν 100% ίδιο γονότυπο-γενετικό υλικόχρωμοσωμικό υπόστρωμα. Άρα μας παρέχουν την δυνατότητα μελέτης της επίδρασης του περιβάλλοντος στον φαινότυπο με δεδομένο τον ίδιο γονότυπο Διζυγωτικοί δίδυμοι= αδέλφια που προέρχονται από την γονιμοποίηση 2 ξεχωριστώνωαρίων με 2 ξεχωριστά σπερματοζωάρια, στην ίδια κύηση και μοιράζονται το θεωρητικά 50% του γενετικού τους υλικού Αδέλφια= προέρχονται από την γονιμοποίηση ενός ωαρίου με ένα σπερματοζωάριο σε διαφορετικές κυήσεις και μοιράζονται θεωρητικά το 50% του γενετικού τους υλικού. Όταν αναφερόμαστε σε «ίδιο» παθολογικό φαινότυπο, εννοούμε, ότι εμφανίζονται τα χαρακτηριστικά της ασθένειας, αλλά η βαρύτητα της ποικίλλει ( π.χ. ηλικία εμφάνισης της νόσου, ανοχή στην θεραπεία κ.α) Αυτό ισχύει για όλες τις ασθένειες, όπου οι ασθενείς εμφανίζουν ένα φάσμα βαρύτητας, το οποίο εξαρτάται από τον γονότυπο, αλλά και από το μικρο & μακρο - περιβάλλον στο οποίο ο συγκεκριμένος γονότυπος εκδηλώνεται.

34 Μελέτες σε θετά παιδία που νόσησαν από σχιζοφρένεια

35 Καθορισμός της ύπαρξης Γενετικής σύνδεσης ανάμεσα σε δυο Γενετικούς τόπους Η ανάλυση γενετικής σύνδεσης αποτελεί μια μέθοδο χαρτογράφησης γονιδίων, κατά την οποία χρησιμοποιούνται δεδομένα από αναλύσεις οικογενειών, ώστε να καθοριστεί εάν δυο γονίδια είναι συνδεδεμένα, όταν μεταβιβάζονται από την μια γενιά στην επόμενη. Ο προσδιορισμός αυτός γίνεται με εκτίμηση του βαθμού απόκλισης της συχνότητας ανασυνδυασμού: θ Η πιο σύγχρονη μέθοδος γενετικής σύνδεσης είναι η Genome-Wide Association ( GWA) Studies, όπου γίνεται προσδιορισμός εκατοντάδων χιλιάδων SNPs ( Single Nucleotide Polymorphisms) με την χρήση μικροσυστοιχιών (micro arrays), με παράλληλη χρήση ειδικών στατικών προγραμμάτων Μελέτες συσχέτισης Τα θετικά αποτελέσματα των αναλύσεων γενετικής σύνδεσης ακολουθεί η μελέτη συσχέτισης γονιδίων τωνσυνδεδεμένωνχρωμοσωματικώνπεριοχώνμε λεπτομερή χαρτογράφηση των περιοχών αυτών. Η μελέτη συσχέτισης συνδυάζει τα αποτελέσματα των πειραμάτων γενετικής σύνδεσης με πειράματα που προσδιορίζουν δομικές αλλαγές στα χρωμοσώματα. Οι μέθοδοι που ακολουθούνται γι αυτούς τους προσδιορισμούς είναι: είτε με ανάλυσης με μικροσκόπιο, όταν πρόκειται για μεγάλου μεγέθους ( >10Mb) ενθέσεις ή ελλείψεις στα χρωμοσώματα, είτε με την τεχνική FISH ( fluorescence in situ hybridization),όταν πρόκειται για μικροτέρου μεγέθους ελλείψεις ή ενθέσεις (< 10Mb), είτε προσδιορίζοντας των αριθμό των επαναλήψεων συγκεκριμένων Copy Number Variations (CNVs).Όλα τα ανωτέρω προσδιορίζονται και με την τεχνική Comperative Genomic Hybridization (CGH) arrays

36 Σημαντικότητα σύνδεσης Χρωμοσώματα Οι μελέτες ευρείας σύνδεσης (GWAS )απεικονίζονται σε διάγραμμα Μανχάταν, όπου εμφανίζεται η παρουσία των γενετικών τόπων που υποδηλώνουν αυξημένο κίνδυνο εμφάνισης της νόσου Κάθε κουκίδααναπαριστάέναsnp, όπου ο άξονας X δείχνει την θέση στο γονιδίωμα και ο άξονας Y δείχνει το επίπεδο σύνδεσης Στη γενετική επιδημιολογία οι μελέτες ευρείας σύνδεσης στο γονιδίωμα GWAS που επίσης είναι γνωστή και ως μελέτη σύνδεσης ολοκλήρου του γονιδιώματος. Όπου εξετάζονται πολλέ κοινές παραλλαγές σε διαφορετικά άτομα, προκειμένου να αναδυθεί κάποια παραλλαγή, ηοποίανασυνδέεταιμεκάποιο χαρακτηριστικό. Οι GWAS συνήθως εστιάζουν στην ύπαρξη ενός νουκλεοτιδικού πολυμορφισμού SNP και στην παρουσία μιας σοβαρής ασθένειας. Στις μελέτες αυτές, συνήθως, γίνεται σύγκριση μεταξύ του DNA δυο ομάδων ατόμων που συμμετέχουν σε αυτή. Ημιαομάδααφοράσευγιήάτομα ομάδα ελέγχουν και η άλλη σε ασθενείς. Σε κάθε γονιδίωμα ενός εκ των ατόμων που συμμετέχουν διαβάζονται εκατομμύρια γενετικών παραλλαγών, με την χρήση SNPs συστοιχιών. Εάν μια παραλλαγή ( ένα αλληλόμορφο) εμφανίζεται πιο συχνά στους ασθενεί, ο συγκεκριμένος μονονουκλεοτιδικός πολυμορφισμός SNP λέγεται ότι είναι "συνδεδεμένος" με την ασθένεια. Οι σχετικοί SNPs τότε θεωρείται ότι σηματοδοτούν μια περιοχή του ανθρώπινου γονιδιώματος, η οποία υποδηλώνει αυξημένο κίνδυνο εμφάνισης της νόσου. Οι μελέτες GWAS δεν εξετάζουν συγκεκριμένα υποψήφια γονίδια ή γενετικούς τόπους. Εξετάζουν όλο το γονιδίωμα και προσδιορίζουν SNPs και άλλες παραλλαγές στο DNA οι οποίες σχετίζονται με μια ασθένεια, αλλά δεν μπορούν από μόνες τους προσδιορίσουν ποια γονίδια είναι η αιτία της εμφάνισης της νόσου.

37 The gene copy number (also "copy number variants" or CNVs) is the number of copies of a particular gene in the genotype of an individual. Recent evidence shows that the gene copy number can be elevated in cancer cells. The human genome is comprised of 6 billion chemical bases (or nucleotides) of DNA packaged into two sets of 23 chromosomes, one set inherited from each parent. The DNA encodes roughly 27,000 genes. It was generally thought that genes were almost always present in two copies in a genome. However, recent discoveries have revealed that large segments of DNA, ranging in size from thousands to millions of DNA bases, can vary in copynumber. Such copy number variations (or CNVs) can encompass genes leading to dosage imbalances. For example, genes that were thought to always occur in two copies per genome have now been found to sometimes be present in one, three, or more than three copies. In a few rare instances the genes are missing altogether (see figure). Why are CNVs important? Differences in the DNA sequence of our genomes contribute to our uniqueness. These changes influence most traits including susceptibility to disease. It was thought that single nucleotide changes (called SNPs) in DNA were the most prevalent and important form of genetic variation. The current studies reveal that CNVs comprise at least three times the total nucleotide content of SNPs. Since CNVs often encompass genes, they may have important roles both in human disease and drug response. Understanding the mechanisms of CNV formation may also help us better understand human genome evolution. How does the new CNV map help? The new global CNV map will transform medical research in four areas. The first and most important area is in hunting for genes underlying common diseases. To date, attempts to identify these genes have not really considered the role CNVs may play in human health. Second, the CNV map is being used to study familial genetic conditions. Third, there are thousands of severe developmental defects caused by chromosomal rearrangements. The CNV map is being used to exclude variation found in unaffected individuals, helping researchers to target the region that might be involved. The data generated will also contribute to a more accurate and complete human genome reference sequence used by all biomedical scientists.

38 Επεξηγήσεις όρων Proteomic studies proteomics: ο κλάδος της γενετικής που μελετά όλες τις πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται από ένα γονιδίωμα. Transcriptomic studies transcriptome: περιλαμβάνει όλα τα είδη RNA (rrna,trna,mrna & άλλα που δεν κωδικοποιούνται) ενός πληθυσμού κυττάρων. Περιλαμβάνει όλα τα μετάγραφα και αντανακλά τα γονίδια, τα οποία ήταν ενεργά μιαδεδομένηστιγμή, άρα μπορεί να χαρακτηρισθεί και ως το προφίλ έκφρασης στη δεδομένη στιγμή. Μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τις εξωτερικές περιβαλλοντικές συνθήκες. Metabolomic studies metabolome: μελετά τις χημικές λειτουργίες των μεταβολιτών, δηλαδή το μοναδικό χημικό αποτύπωμα, που μένει μετά από συγκεκριμένες κυτταρικές λειτουργίες, δηλαδή, είναι το μεταβολικό προφίλ του κυττάρου, του ιστού, του οργάνου, του οργανισμού.

39 Η διακύμανση ή διασπορά μίας τυχαίας μεταβλητής συμβολίζεται συνήθως με χ και δηλώνει πόσο συγκεντρωμένες γύρω από τη μέση τιμή είναι οι τιμές της τυχαίας μεταβλητής Η διακύμανση είναι ένα μέτρο διασποράς των τιμών του δείγματος. Όταν χρησιμοποιούμε όλο τον στατιστικό πληθυσμό, τότε συμβολίζουμε τη διακύμανση με σ2 και ισούται: σ2 = Σ(χ ι -μ) 2 Ν Σ= το άθροισμα των μετρήσεων Χ= η κάθεμιατιμή μ= ο μέσος όρος όλων των τιμών Ν= ο συνολικός αριθμός των τιμών Στοιχειώδης στατιστική

40 Odds ratio Αποδόσεις (odds) αφορούν στην πιθανότητα εκδήλωσης ενός συμβάντος διαιρούμενη με την πιθανότητα να μην εκδηλωθεί το συμβάν. Ο λόγος των αποδόσεων (Odds ratio) αφορά στην πιθανότητα της εκδήλωσης σε μια ομάδα, για παράδειγμα, τα άτομα που εκτίθενται σε ένα φάρμακο, διαιρούμενα με την πιθανότητα εκδήλωσης σε μια άλλη ομάδα που δεν εκτίθεται. Οι λόγοι απόδοσης υπερβάλλουν πάντα ως προς τον αληθή σχετικό κίνδυνο σε κάποιο βαθμό. Όταν η πιθανότητα της νόσου είναι χαμηλή (για παράδειγμα, λιγότερο από 10%), ο λόγος πιθανοτήτων προσεγγίζει τον πραγματικό σχετικό κίνδυνο. Δεδομένου ότι η εκδήλωση γίνεται όλο και πιο κοινή, η υπερβολήμεγαλώνει, και ο λόγος των πιθανοτήτων δεν είναι πλέον ένα χρήσιμο στοιχείο για τον σχετικό κίνδυνο.