Μονογονιδιακά vs πολυπαραγοντικά νοσήματα. εμπλέκονται σε ασθένειες

Transcript

1 Μονογονιδιακά vs πολυπαραγοντικά νοσήματα Η 3C μέθοδος μας αποκαλύπτει γονίδια που εμπλέκονται σε ασθένειες

2 Μονογονιδιακές ασθένειες Ασθένειες που οφείλονται σε ενζυμική ανεπάρκεια, με συνήθως υποτελή αυτοσωμικό χαρακτήρα : Ανεπάρκεια στο ένζυμο απαμινάση της αδενοσίνης ADA. Το 25% των περιπτώσεων αυτών εμφανίζουν και SCID( σοβαρή συνδυασμένη ανοσοανεπάρκεια. Μεταλλάξεις στο ADA γονίδιο, δεν επιτρέπουν την κατάλυση της τοξικής για τα Β &Τ λεμφοκύτταρα δεοξυαδενοσίνης. Είναι θανατηφόρος, αυτοσωματική υπολειπόμενη. Συχνότητα εμφάνισης 1: Αλκαπτονουρία, δεν μπορούν να μεταβολίσουν το ομογεντισικό οξύ (ΗΑ)προς μηλεϋλοακετοξικό οξύ με αποτέλεσμα την συσώρευση του ΗΑ Φαινυλκετονουρία (PKU), δεν μπορούν να μεταβολίσουν την φαινυλαλανίνη προς τυροσίνη με αποτέλεσμα την συσώρρευση φαινυλπυροσταφυλικού οξέος. Συχνότητα στην καυκάσια φυλή 1: παιδιά Αλφισμός, το ένζυμο τυροσινάση δεν μπορεί να μετατρέψει την τυροσίνη σε μελανίνη. Συχνότητα πασχόντων στους καυκάσιους 1: και στους αφροαμερικανούς 1: Σύνδρομο Tay-Sachs που ανήκει στην κατηγορία των λυσοσωματικών αποθηκευτικών νόσων με συχνότητα στον γενικό πληθυσμό 1: στους Εβραίους Ασκενάζυ 1:3.600

3 Γενικά έχουν καταγραφεί με μονογονιδιακά νοσήματα που χαρακτηρίζονται και ως σπάνια. Ένα νόσημα για να χαρακτηριστεί σπάνιο προσβάλει 5 στα άτομα στην E.E. Χαρακτηριστικά των μονογονιδιακών νοσημάτων Αφορούν ένα μόνο γονίδιο Εμφανίζονται συνήθως σε οικογένειες Εμφανίζονται σπάνια σποραδικά Εχουν φαινοτυπική και γονοτυπική ετερογένεια (ένα ή περισσότερα γονίδια που προκαλούν το ίδιο νόσημα, ήένα γονίδιο που προκαλεί διαφορετικά νοσήματα ) Έχουν συγκεκριμένο τρόπο κληρονόμησης (αυτοσωμική υπολειπόμενη(α.υ.), Αυτοσωμική Επικρατής (Α.Ε.), Φυλλοσύδετη (ΦΣ) ακολουθούν τους νόμους του Mendel Ο φαινότυπος καθορίζεται και από άλλα χαρακτηριστικά του γονιδίου, όπως τη διεισδυτικότητα και την εκφραστικότητα

4 ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΟΠΑΘΕΙΕΣ Είναι οι πιο συχνές από τις μονογονιδιακές ασθένειες με συχνότητα 5% παγκοσμίως & αφορούν στην δομή & στην ποσότητα της αιμοσφαιρίνης στον άνθρωπο. Προέρχονται από μεταλλάξεις των σφαιρινικών γονιδίων, που καταλήγουν σε δομικές = αλλαγή της δομής της πρωτεΐνης - πρωτεΐνη με διαφορετικές ιδιότητες, ήσεποσοτικές = μερική η παντελής έλλειψη των σφαιρινικών αλυσίδων και σε παθολογικούς φαινοτύπους Fe +2 < Fe +3

5 Οταν η μετάλλαξη σε ένα σφαιρινικό γονίδιο δεν επιτρέπει τη παραγωγή : φυσιολογικών πρωτεϊνικών αλυσίδων ή/και φυσιολογικού ποσού αλυσίδων ή/και καθόλου αλυσίδες, Τότε εμφανίζονται παθολογικοί φαινότυποι: Αιμοσφαιρινοπάθειες

6 Μονογονιδιακοί χαρακτήρες. Μενδελική κληρονομικότητα. Ποιοτικό γνώρισμα Μια μετάλλαξη σε κάθε ένα από τα 2 αλληλόμορφα (Γονότυπος) παθολογικός φαινότυπος ρεπανοκυτταρική Αναιμία δομική αλλαγή, πρωτεΐνη με διαφορετικές ιδιότητες Περιβάλλον Γενετικό υλικό Θαλασσαιμίες ποσοτική αλλαγή, πρωτεΐνη με ίδιες ιδιότητες

7 γονιδιακοί τόποι ευθύνονται για την παραγωγή της αιμοσφαιρίνης στον άνθρωπο: ύο γονιδιακοί Το σύμπλεγμα των γονιδίων της σφαιρίνης β Το σύμπλεγμα των γονιδίων της σφαιρίνης α

8 ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΣΦΑΙΡΙΝΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ Μεταστροφές Ολική σύνθεση σφαιρινών % :Θέσεις ερυθροποίησης Ηλικία μετά την σύλληψη(εβδομάδες) ΓΕΝΝΗΣΗ Ηλικία μετά την γέννηση (εβδομαδες) Μέχρι την 6η εβδομάδα μετά την σύλληψη συντίθενται οι εμβρυονικές αιμοσφαιρίνες Gower 1 Gower 2 Fetal: HbF Κατά την 10η εβδομάδακαιμέχρι τοτέλοςτης κύησης συντίθεται η εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη F Fetal: HbF Hb A Μετά την 12η εβδομάδα μετά την γέννηση συντίθενται οι αιμοσφαιρίνες των ενηλίκων Α και Α2 Adult: Hb A Hb A2 HbF

9 Η ρύθμιση της έκφρασης των σφαιρινικών γονιδίων γίνεται κυρίως κατά την μεταγραφή τους, δημιουργείται το ενεργό κέντρο χρωματίνης, όπoυ ηlcr περιοχή αλληλεπιδρώντας με το εκάστοτε σφαιρινικό γονίδιο επιτρέπει την ειδική, ιστική και χρονική έκφραση του κατά την ανάπτυξη του ανθρώπου Περιοχές ελέγχου της έκφρασης του συμπλέγματος των σφαιρινικών γονιδίων Ενεργό κέντρο χρωματίνης (ACH)

10 ΜΕΤΑΓΡΑΦΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΦΡΑΣΗ ΟΛΩΝ ΤΩΝ ΣΦΑΙΡΙΝΙΚΩΝ ΓΟΝΙ ΙΩΝ Μεταγραφικοί παράγοντες,η θέση της RNA Pol II & οι τροποποιήσεις των ιστονών συνδέονται με την ενεργοποίηση ή την αποσιώπηση γονιδίων στα ερυθροκύτταρα ΑΠΟΣΙΩΠΗΣΗ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ Shilpa M. Hattangadi et al. Blood 2011

11 ΜΕΤΑΓΡΑΦΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΤΟΛΗ ΤΗΣ ΕΚΦΡΑΣΗΣ ΤΩΝ ΣΦΑΙΡΙΝΙΚΩΝ ΓΟΝΙ ΙΩΝ

12 Μοντέλο βρόχου μεταστροφής της εμβρυϊκής αιμοσφαιρίνης F σε αιμοσφαιρίνη Α Ελλείψεις του β-γενετικού τόπου που καταλήγουν σε HPFH σύνδρομα Andrew Wilber et al. Blood 2011;

13 Παραμονή της έκφρασης των γονιδίων της σφαιρίνης γ στους ενήλικες HPFH σύνδρομα (Heraditary Persitance of Hemoglobin F) Αλληλεπίδραση του KLF1 με το BCL11A για την 2η μεταστροφή της έκφρασης της αιμοσφαιρίνης στον άνθρωπο? Απλοανεπάρκεια HPFH φαινότυπος John D. Crispino, and Mitchell J. Weiss Blood 2014

14 Μεταγραφικοί παράγοντες που εμπλέκονται στην έκφραση των εμβρυϊκών γονιδίων αποτελούν στόχους φαρμάκων για μοριακή θεραπεία των β- αιμοσφαιρινοπαθειών

15 Η χρωματίνη διαμορφώνει την προσβασιμότητα και την ρύθμιση της έκφρασης συγκεκριμένων γονιδίων μέσω της συνδυασμένης δράσης των μεταγραφικών παραγόντων ανάλογα με το είδος του κυττάρου στο πυρήνα του μέσα από την δημιουργία των TADs & LADs

16 Τα χρωμοσώματα δημιουργούν γειτονιές στο χώρο, οι οποίες δημιουργούν επικράτειες, δηλαδή τα TADs (toptopologically associated domains) όπου οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους είναι αυστηρά καθορισμένες και όχι πάντα με τα γειτονικά τους

17 Τα γονίδια στα TADs μεταγράφονται με ιεραρχημένη σειρά προτεραιότητας μετακινούμενα στα στα μεταγραφικά εργοστάσια, τα οποία είναι ακίνητα και της RNA poli είναι απόλυτα σταθερή μέσα σε αυτά.

18 Οι μέχρι τώρα γνωστές αλληλεπιδράσεις για έκφραση ή αποσιώπηση των γ-σφαιρινικών γονιδίων Finotti A. et.al. 2015

19 Οι επιγενετικές ρυθμίσεις σε ευκαρυωτικά κύτταρα μέσω lncrnas,sirnas sirnas, mirnas Τα lncrnas είναι antisense RNAs τα οποία με βάση την συμπληρωματικότητα τωνβάσεωνκαιυβριδοποιούνταιμεταmrnas και δεν επιτρέπουν την μετάφραση τους ή λειτουργούν ως ενισχυτές (ernas) της έκφρασης γονιδίων. Το μέγεθός τους είναι περί τα 800 νουκλεοτίδια. Τα sirnas = μικρά παρεμβαλόμενα RNAs. Έχουν μέγεθος νουκλεοτίδια & προέρχονται από κατάτμηση μεγαλύτερων δίκλωνων μορίων RNAs. Έχουν απόλυτη ομολογία με το RNA στόχο τους και μπορούν να στοχεύσουν μόνον αυτόν. Τα mirns= μικρά RNAs με μέγεθος 22 νουκλεοτίδια περίπου. Μεταγράφονται από την RNA pol II, τα πρωτογενή μετάγραφα έχουν μέγεθος 70 νουκλεοτίδια. εν χρειάζεται να έχουν απόλυτη ομολογία με τον στόχο τους πέρα από 8-9 νουκλεοτίδια και έτσι στοχεύουν πολλά διαφορετικά RNAs που είτε τα αποικοδομούν είτε εμποδίζουν την μετάφραση τους.

20 ημιουργία των mirnas και sirnas RISC(RNA Induced Silencing Complex) ARGO= slicer=τεμαχιστής. Καταλυτική μονάδα που κάνει την 1 η τομή στο mrna + ARGO Το γονιδίωμα των θηλαστικών κωδικοποιεί περί τα mirna. Καθένα από αυτά μπορεί να στοχεύει μέχρι και 100 διαφορετικά mrna. Αυτό δείχνει ότι το 1/3 των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες στα θηλαστικά αποτελεί στόχο για τα mirnas και ρυθμίζονται από αυτά. Μη ομαλή έκφρασή τους σχετίζεται με διάφορους τύπους καρκίνου και καρδιακών προβλημάτων. Τρόπος δράσης: Όταν υπάρχει σημαντική συμπληρωματικότητα το mrna αποικοδομείται, εάν όχι αναστέλλεται η μετάφρασή του

21 The RNA therapeutics opportunity. MicroRNAs represent a new set of drug targets capable of regulating an entire network of related genes.

22 Οταν η μετάλλαξη σε ένα σφαιρινικό γονίδιο δεν επιτρέπει τη παραγωγή : φυσιολογικών πρωτεϊνικών αλυσίδων ή/και φυσιολογικού ποσού αλυσίδων ή/και καθόλου αλυσίδες, Τότε εμφανίζονται παθολογικοί φαινότυποι: Αιμοσφαιρινοπάθειες (πάσχει το 5% του παγκόσμιου πληθυσμού)

23 ΠΑΘΟΛΟΓΙΚΟΙ ΦΑΙΝΟΤΥΠΟΙ Μεσογειακή αναιμία / Θαλασσαιμία : ανισορροπία της σύνθεσης των σφαιρινικών αλυσίδων α-θαλασσαιμία: έλλειψη αλυσίδων α Επηρεάζει την προ - και μετα -γεννητική περίοδο Οφείλεται κυρίως σε ελλείψεις των α γονιδίων β + : ελάττωση β αλυσίδων β-θαλασσαιμία: έλλειψη αλυσίδων β β 0 : πλήρης έλλειψη β αλυσίδων Επηρεάζει την μετα- γεννητική περίοδο Οφείλεται κυρίως σε σημειακές μεταλλάξεις, που επηρεάζουν: είτε την δομή της παραγόμενης πρωτεΐνη δομικές παραλλαγές είτε το ποσό της παραγόμενης πρωτεΐνης επηρεάζοντας σχεδόν όλα τα στάδια ρύθμισης της έκφρασης των σφαιρινικών γονιδίων (μεταγραφικές, μετα μεταγραφικές ή μεταφραστικές διαδικασίες)

24 Η β-θαλασσαιμια αποτελεί ένα από τα Κλασσικά Παραδείγματα Μονογονιδιακών νόσων Σύμπτωμα: Αναιμία λόγω της ελάττωσης του ποσού της Αιμοσφαιρίνης

25 Οι θέσεις και η φύση μεταλλάξεων στο γονίδιο - β Έχουν προσδιορισθεί περί τις 300 σημειακές μεταλλάξεις που προκαλούν β - θαλασσαιμία

26 Η β-θαλασσαιμία χαρακτηρίζεται από μεγάλη ετερογένεια αλληλομόρφου διότι: περί τις 300 μεταλλάξεις ευθύνονται για την β-θαλασσαιμία, οι οποίες: εντοπίζονται στην αλληλουχία του γονιδίου της β-σφαιρίνης καθώς και στις ρυθμιστικές περιοχές και: καταλήγουν σχεδόν πάντα σε ελάττωση ή έλλειψη του ποσού της παραγόμενης αλυσίδας β-σφαιρίνης.!!! Αυτές οι μεταλλάξεις μπορούν-σε συνδυασμό μεταξύ τους- να δικαιολογήσουν εν μέρει την κλινική ετερογένεια!!!

27 Αντικαταστάσεις βάσης έχουν διαφορετική επίπτωση Ανάλογα με τη θέση τους στο γονίδιο πχ στο Γονίδιο β-σφαιρίνης της Αιμοσφαιρίνης του Ανθρώπου Αλλαγή βάσης C>Τ στην θέση 87 Ελάττωση του ρυθμού μεταγραφής Ελάττωση της αλυσίδας β Αλλαγή βάσης C>Τ στο 92οκωδικόνιο Αιμοσφαιρίνη Hyde Park δεν έχει ικανότητα μεταφοράς O CACCC CCAAT ATAA Αρχή της μεταγραφής Ex I Ex II Ex III -93 CACCC Υποκινητής Αλλαγή βάσης C>Τ στο 39οκωδικόνιο ημιουργία κωδικονίου STOP Απώλεια της αλυσίδας β

28 Μεταλλάξη που επηρεάζει τη δομή της β-αλυσίδας και δημιουργεί πρωτεΐνη με νέα λειτουργία Το παράδειγμα της ρεπανοκυτταρικής Αναιμίας Αλλαγή βάσης Α>Τ στο6ο κωδικόνιο Αντικατάσταση του Glu από Val HbS CACCC CCAAT ATAA Ex I Ex II Ex III AAUAAA -93 CACCC Υποκινητής

29 Στην β-θαλασσαιμία έχουμε συνήθως Υπολειπόμενη κληρονόμηση Στην υπολειπόμενη νόσο: ο ετεροζυγώτης δεν πάσχει (εξ ορισμού). Αλλά, ΕΝ ισχύει ότι στον ετεροζυγώτη δεν εκφράζεται το παθολογικό αλληλόμορφο της ασθένειας!!

30 ΕΤΕΡΟΓΕΝΕΙΑ ΑΛΛΗΛΟΜΟΡΦΟΥ: διαφορετικά αλληλόμορφα ίδιος κλινικός φαινότυπος ΕΤΕΡΟΓΕΝΕΙΑ ΓΕΝΕΤΙΚΟΥ ΤΟΠΟΥ: διαφορετικά γονίδια ίδιος κλινικός φαινότυπος.

31 Πιθανοί παράγοντες που επηρεάζουν τον τελικό φαινότυπο της ρεπανοκυτταρικής αναιμίας

32 Ποσοτικό Πολυπαραγοντικοί χαρακτήρες - Φυσιολογικά χαρακτηριστικά. Ποσοτικό γνώρισμα με συνεχώς μεταβαλλόμενους μετρήσιμους χαρακτήρες Αρτηριακή πίεση Πολυπαραγοντικά νοσήματα Υπέρταση ποιοτικά - γενετική διαταραχή παρούσα ή μη ποσοτικά μετρήσιμες παράμετροι Γενετικό υλικό Περιβάλλον

33 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΠΟΛΥΠΑΡΑΓΟΝΤΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΩΝ που υπόκεινται σε πολυπαραγοντική κληρονόμηση είναι: 1) πολλά φυσιολογικά χαρακτηριστικά 2) κοινές, απλές, συγγενείς δυσπλασίες (χειλεοσχιστία, υπερωϊοσχιστία, συγγενές εξάρθρημα ισχύου κ.α), οι οποίες εμφανίζουν παθολογικό φαινότυπο ΜΟΝΟΝ όταν υπερβούν ένα ορισμένο όριο. 3) τα κοινά νοσήματα, των οποίων η αιτιολογία, της εκδήλωσης τους, είναι ετερογενής και σύνθετη π.χ σακχαρώδης διαβήτης, στεφανιαία νόσος, νόσος Alzheimer, σχιζοφρένεια κ.α

34 Οι πολυπαραγοντικοί χαρακτήρες - νοσήματα ακολουθούν το εξής μοντέλο: 1) Αρκετοί, αλλά ΟΧΙ απεριόριστοι γενετικοί τόποι συμβάλουν στην εκδήλωση του φαινοτύπου του χαρακτήρα. 2) ΕΝ υπάρχει υπεροχή ή υποτέλεια στην έκφραση ΚΑΘΕΝΟΣ γενετικού τόπου. 3) Οι γενετικοί τόποι λειτουργούν συνδυαστικά και προσθετικά. Καθένας προσθέτει ή αφαιρεί ένα μικρό ποσό από τον φαινότυπο. 4) Το περιβάλλον ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑ με τον γονότυπο, προκειμένου να εκδηλωθεί ο παθολογικός φαινότυπος.

35 Πολυπαραγοντικοί χαρακτήρες Συνεχής ποικιλομορφία Τα φυσιολογικά χαρακτηριστικά,(ύψος, ευφυΐα, βάρος, κ.α),τα οποία όταν υπερβούν ένα όριο, μεταπίπτουν στις επίκτητες ασθένειες παιδιών & ενηλίκων (υπέρταση, παχυσαρκία, κ.α). Ορίζονται ως πολυπαραγοντικοί χαρακτήρες, Αποτελούν συνεχώς μεταβαλλόμενους, μετρήσιμους χαρακτήρες : ποσοτικούς χαρακτήρες. Εμφανίζουν συνεχή ποικιλομορφία και συνεχή κατανομή στον πληθυσμό- κανονική κατανομή κατά GAUSS

36 Ο καθορισμός του φυσιολογικού εύρους των τιμών, ενός ποσοτικού χαρακτηριστικού είναι σημαντικός στην κλινική εκτίμηση της κατάστασης ενός ατόμου. Ποσοτικοί χαρακτήρες, όπως η αρτηριακή πίεση, η συγκέντρωση χοληστερόλης στο αίμα, ο δείκτης μάζας σώματος, το ύψος, ποικίλουν μεταξύ των ατόμων. Ο καθορισμός του ορίου κατώφλι που αυτοί βρίσκονται εκτός του εύρους των φυσιολογικών τιμών είναι σημαντικός για την εκτίμηση της κατάστασης της υγείας ενός ατόμου. Οορισμόςτου όριου ενός ποσοτικού χαρακτηριστικού, ώστε αυτό να χαρακτηριστεί ως «παθολογικό» ήως«φυσιολογικό», ακολουθεί τις βασικές αρχές της στατιστικής: όταν ένα ποσοτικό χαρακτηριστικό ακολουθεί την κανονική κατανομή στον πληθυσμό, τότε μόνο το 5% του πληθυσμού θα έχει τιμές μεγαλύτερες από τις τυπικές αποκλίσεις εκατέρωθεν της μέσης τιμής του πληθυσμού.

37 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 συνεισφέρουνπάντα τοίδιοποσόσεκάθεάτομο, 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

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

39 Τα πολυπαραγοντικά χαρακτηριστικά νοσήματα ΕΝ ακολουθούν το Μενδελικό πρότυπο κληρονομικότητας. 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.

40 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

41 Συμπωτικότητα & Κοινά αλληλόμορφα μεταξύ συγγενών Υπολογισμός σε ένα γενετικό τόπο κοινών αλληλομόρφων μεταξύ αδελφών συμπτωτικών για ένα νόσημα Πίνακας πιθανών γονοτύπων συμπωτικών αδελφών. Στα τετράγωνα αναγράφεται ο αριθμός των πιθανών αλληλομόρφων που μοιράζονται μεταξύ τους

42 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

43 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

44 Μερικοί από τους Γενετικούς τόπους, SΝVs, SNPs, CNVs που προσδιορίστηκαν και εδράζονται σε αντίστοιχες χρωμοσωμικές περιοχές & οι οποίες επιβεβαιώνονται από μετα-αναλύσεις αναλύσεις & 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 ομικές 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 σεόλες σχεδόν τις μελέτες και μετα-αναλύσεις,& πρόσφατα επιβεβαιώθηκαν με την τεχνική Genome Wide Association studies (GWAS)

45 Προκειμένου να ποσοτικοποιηθεί η συμβολή των γενετικών διαφορών στο καθορισμό της ποικιλίας των τιμών στα ποσοτικά γνωρίσματα δημιουργήθηκε η έννοια: Κληρονομησιμότητα ( h 2 ) 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. 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. h 2 = ιακύμανση στα ζεύγη διζυγωτικών ιακύμανση στα ζεύγη μονοζυγωτικών διδύμων ιακύμανση στα ζεύγη διζυγωτικών διδύμων

46 Εάν η κληρονομησιμότητα ενός γνωρίσματος είναι υψηλή δεν δίδει καμιά πληροφορία για: τον αριθμό των γενετικών τόπων που εμπλέκονται ούτε και για τις αλληλεπιδράσεις τους ή τον μηχανισμό κληρονόμησης του Γενικά οι μελέτες οικογενούς επανεμφάνισης, ηανάλυσητης συμπτωτικότητας ενός νοσήματος σε διδύμους καθώς και οι εκτιμήσεις κληρονομησιμότητας ΕΝ παρέχουν καμιά πληροφορία, ως προς τον αριθμό των γενετικών τόπων, αριθμό των αλληλομόρφων που εμπλέκονται, τον τρόπο που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με το περιβάλλον.

47 3C C ( chromosomal conformation capture): η μέθοδος που αποτυπώνει την διαμόρφωση των χρωμοσωμάτων Πώς η μέθοδος 3C βοηθά στην εξερεύνηση των αλληλεπιδράσεων ρυθμιστικών στοιχείων και γονιδίων και στην αποκάλυψη γονιδίων που εμπλέκονται σε παθολογικούς φαινοτύπους

48 Η δυνατότητα αποκάλυψης της διαμόρφωσης και οργάνωσης του γονιδιώματος σε κλίμακα που περιλαμβάνει μερικές δεκάδες έως εκατοντάδες χιλιάδες ζεύγη βάσεων είναι πολύ σημαντική, ιδιαίτερα στους ευκαρυώτες που στο γονιδίωμά τους φέρουν ρυθμιστικά στοιχεία όπως ενισχυτές, μονωτές κ.α προκειμένου να κατανοήσουμε τις μεταξύ των αλληλεπιδράσεις και την εμπλοκή τους στην εμφάνιση παθολογικών φαινοτύπων

49 Επίσης, οι αναδιατάξεις των χρωμοσωμάτων και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των στοιχείων του γονιδιώματος συμβάλλει στην διαλεύκανση της ρύθμισης της έκφρασης των γονιδίων και της απ ευθείας συσχέτισης για το ποια γονίδια και πως εμπλέκονται στις ασθένειες Με την βοήθεια των GWAS παίρνουμε πληροφορίες για υποψήφια γονίδια, που εμπλέκονται σε μια πολυπαραγοντική ασθένεια και με την εφαρμογή της μεθόδου 3C ανακαλύπτουμε ή/και επιβεβαιώνουμε για την συμμετοχή τους στον κλινικό φαινότυπο άλλα να είναι τόσο μακριά από το/τα εμπλεκόμενα γονίδια, που αλλιώς θα ήταν απίθανο να υποψηαστούμε. Μπορεί, επίσης, να μην γνωρίζαμε την ύπαρξή τους και να μην γνωρίζουμε την λειτουργία τους.

50 Τεχνική 3C (Chromosome Conformation Capture ) Dekker J et.al Science 2001 Αρχή μεθόδου: Η συχνότητα διασύνδεσης δύο τμημάτων DNA in vivo είναι απευθείας ανάλογη με τη συχνότητα αλληλεπίδρασης μεταξύ τους Σύντομη περιγραφή της τεχνικής - Επώαση ιστού/κυττάρων με φορμαλδεϋδη για διασύνδεση (crosslink) DNA και πρωτεϊνών μεταξύ τους. - Επώαση DNA με περιοριστική ενδονουκλεάση. - Ενδομοριακή σύνδεση (ligation) τμημάτων DNA με DNA λιγάση. - Αντιστροφή διασύνδεσης (de-crosslinking). - Ποσοτικοποίηση με PCR.

51 Εφαρμογή της τεχνικής 3C

52 Εφαρμογή της τεχνικής 3C

53 Η εξέλιξη της μεθόδου 3C: Chromosome Conformation Capture H μέθοδος 3C έχει την δυνατότητα ανίχνευσης «ένα προς ένα» κλάσμα γονιδιώματος μιας συγκεκριμένης περιοχής Ημέθοδος4C έχει την δυνατότητα ανίχνευσης «ενός προς όλα» τα κλάσματα του γονιδιώματος μιας συγκεκριμένης περιοχής ενδομοριακή Η μέθοδος 5C έχει την δυνατότητα ανίχνευσης «πολλών προς πολλά» με υψηλή ανάλυση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ πολλών παγιδευμένων κλασμάτων και των στόχων τους, με δεδομένο ότι τα παγιδευώμενα και τα παγιδευμένα πρέπει να βρίσκονται σε συγκεκριμένες προκαθορισμένες περιοχές ΗμέθοδοςHiC έχει την δυνατότητα ανίχνευσης «όλων προς όλα» δίνοντας κάλυψη σε ευρείας ανάλυσης όλων των πιθανών αλληλεπιδράσεων με δυνατότητα ανάλυσης 1Mb μη επιτρέποντας την ανάλυση των όλων των δεδομένων από την αλληλούχηση όλου του γονιδιώματος GWAS ανάλυση. Η μέθοδος CHiC (Capture HiC) προσπαθεί να λύσει αυτό το πρόβλημα «όλα προς όλο το γονιδίωμα» αναλύοντας όλα τα υποψήφια κλάσματα που προκύπτουν από την GWAS ανάλυση, όπου αναδεικνύονται SNPs ή απλότυποί τους, που βρίσκονται σε ρυθμιστικά στοιχεία και συνδέονται με πολύπλοκες ή αυτοάνοσες ασθένειες

54 Υποθετικές συνδέσεις περιοχών που εμπεριέχουν και πιθανές αλληλεπιδράσεις της χρωματίνης αιχμαλώτιση περιοχής Αιχμαλώτιση υποκινητών 2015

55