WYK. 1 PODŁOŻE GENETYCZNE ZESPOŁU DOWNA. KORELACJE GENOTYP-FENOTYP
Powstanie aberracji zachodzi w czasie gametogenezy lub 1 podziału zygoty,
Czynniki zaburzające podziały komórkowe:
- promieniowanie jonizujące
- czynniki chemiczne
- hormony
- wirusy
- inne czynniki fizyczno-chemiczne (pole elektromagnetyczne? Komputer?)
- liczbowe
- Poliploidie (zwielokrotnienie) – 2 x 46
- Aneuploidie – 46 + 1
- Euploidie – równe 46
- strukturalne
- zrównoważone (nie dochodzi do utraty /naddatku materiału biologicznego): translokacja, inwersja
- niezrównoważone (dochodzi do utraty/naddatku materiału biologicznego): izochromosom (np izochrom. dł. Ramion), Chromosom pierścieniowaty, Delecja, Insercja (wbudowanie), Duplikacja
Zespół Downa historia: 1866 – 1 opis kliniczny – Langdon Down, 1956 – identyfikacja trisomii chromosomu 21 jako przyczyny
- fenotyp: opóźnienie umysłowe, niski wzrost, charakterystyczne cechy dysmorficzne (skośne ustawienie szpar powiekowych, fałd nakątny, niska nasada nosa, nisko osadzone małżowiny uczne, duży pobrużdżony język, pojedynczy poprzeczny fałd zgięćiowy, szeroki odstep między paluchem a pozostałymi palcami stopy, wady wrodzone (wada serca 40% ,zwężenie przewodu pokarmowego 3-5%, przepukliny), niedoczynność tarczycy (wzrost poziomu TSH) i brak sprzężenia zwrotnego, zaburzenie rozwoju cielesno-płciowego, przewodzeniowa utrata słuchu, zaburzenia narządu wzroku, objawy neurologiczne (hipotonia mięśniowa) również mm krtani, progeria (szybsze skraanie się telomerów, upośledzona naprawa DNA), niska odporność nieswoista (zwiększona aktywność SOD1 à rozkład nadtlenków komórek fagocytujących, zwiększona dawka białka S100 beta (zwiększone wiązanie cynku à spadek aktywności grasicy, spadek chemotaksji neutrofilów)), niska odporność komórkowa (słaba aktywacja limfocytów T), zwiększona podatność na nowotwory (białaczka 40x, ostra białaczka megakariocytarna AMKL – 400x), ale większa podatność na leczenie (inny metabolizm folianów), dodatkowe kopie syntetazy beta cystationiny – aktywacja araC, nowotwory narządowe – mniejsza podatność
- fenotyp behawioralny (zachowanie): nie mozan na podstawie tego rozpoznawać żadnego zespołu genetycznego ale pozwala na lepsze poznanie zespołu, zrozumienie dziecka chorego na dany zespół
- leczenie i rehabilitacja: leczenie objawowe (brak leczenia przyczynowego), rehabilitacja ogólnorozwojowa, wczesne usprawnienie, logopeda, niezbędne konsultacje (endokrynolog – niedoczynność tarczycy, okulista, laryngolog – słuch, wiotkość krtani, neurolog, kardiolog – wady serca, ortopeda – niestabilność kręgu C1 i C2
- cytogenetyka
- klasyczna (wolna, prosta) trisomia 21
- jednorodna: 47, XX, +21 (95%)
- mozaikowa 47, XX, +21 / 46, XX (1-9%): część komórki ma dodatkowy 21, część jest prawidłowa), brak prawidłowego rozdziału chromosomu 21 pary w komórkach rozrodczych lub w zygocie (w większości najpierw trisomia, potem staje się mozaika)
- kariotyp oceniamy na podstawie limfocytów
- częstosć, krzywa dwugarbna (bimodalna), ryzyko
- < 35 rż -> 1 dziecko 1/700 -> 2 dziecko 1/50.
- > 35 rz -> 1 dziecko 1/50 -> 2 dziecko 1/50
- im starsza kobieta tym więcej skumulowanych substancji szkodliwych
- im starsza kobieta tym mniejsza zdolność do odrzucania wadliwych zarodków
- Przyczyny zwiększonego ryzyka <35 rż: skłonność do nierozdzielania centrosomów, ukryta mozaika (1-5%), mozaika gonadalna, Jeśli jeden rodzic ma mozaikę gonadalną to ryzyko dziecka to 50%
- Przyczyny zwiększonego ryzyka >35 rż: akumulacja błędów genetycznych w starej komórce jajowej, spada zdolność odrzucania zygot/płodów z trisomią 21
- Klasyczna trisomia 21 – ryzyka dla krewnych II i III stopnia nie większe niż populacyjnie
- trisomia translokacyjna (4%): de novo, dziedziczona po rodzicu-nosicielu translokacj zrównoważonej chromosomu 21 na inny chromosom (fuzja centryczna = translokacja robertsonowska z innym chromosomem akrocentrycznym, najczęściej 14), Kariotyp – t(14;21)(q10;q10), 21, Związek zdrowy + nosiciel (ryzyko poczęcia 1/6, ryzyko urodzenia : teoretycznie 1/3, empirycznie nosicielka matka -> 10-15%, nosiciel ojciec -> kilka procent), Monosomie chromosomów są letalne, trisomie zazwyczaj też, Ryzyko urodzenia dziecka z trisomią translokacyjną przez rodzica-nosiciela (niezależne od wieku, wzrost ryzyka dla krewnych II i III stopnia! (rodzinne nosicielstwo translokacyjne))
- trisomia translokacyjna chromosomu 21 na chromosom 21: 46, XY, t(21;21)(q10;q10),t21, najczęściej de novo, jeśli rodzic jest nosicielem praktycznie nie ma szansy na urodzenie zdrowego dziecka, trob(21;21), ryzyko poczęcia : 50%, ryzyko urodzenia : 100%
- wykrywanie trisomii 21: kariotyp konstytucyjny (limfocyty T), liczba analizowanych metafaz 20-100, kariotyp innego listka zarodkowego, badanie molekularne FISH, PCR, Region krytyczny Zespołu Downa (21q 22.2 – 21q 22.3) - jeśli ten region jest zduplikowany to występują wszystkie objawy zespołu, AAP białko prekursorowe amyloidu, dodatkowa kopia genu dla niego w zespole Downa, większa produkcja, więc odkłada się więcej amyloidu w układzie nerwowym (czeste objawy Alzheimera)
- Rozpoznanie: w 10-15 % przypadków rozpoznanie kliniczne zespołu jest fałszywie dodatnie, Rozpoznanie zespołu genetycznego – jedynie na podstawie badań genetycznych (możliwość fałszywie dodatnich lub błędnych rozpoznań klinicznych fenotypowych), konieczność ustalenia mechanizmu (prosta trisomia, mozaika) -> wpływ na wielkość ryzyka genetycznego, pojedyncza cecha nie znaczy że ktoś ma dany zespół, np bruzda małpia występuje w 4% populacji
WYK. 2 PIĘTNOWANIE GENOMOWE, DISOMIA UNIPARENTALNA
Imprinting genomowy – fizjologiczny mechanizm występujący u wszystkich wyższych Eucaryota, modyfikacja ekspresji genu, głównie spadek ekspresji, mechanizm – metylacja genów powoduje ich wyciszenie. Miejsce i czas imprintingu genomowego zachodzi w późnej gametogenezie à bardzo wczesny okres rozwoju zarodkowego. Występuje inny wzór piętnowania w gametogenezie męskiej i inny w żeńskiej. W komórkach somatycznych dziecka – stały wzór piętnowania genów, zależny od ich pochodzenia od ojca albo od matki. Cecha stała, zależna wyłącznie od płci rodzica, niezależna od płci dziecka. W gametogenezie dziecka – zmazanie piętna rodzicielskiego, narzucenie nowego piętna, zależnego od płci dziecka.
Wzór piętnowania – specyficzny gatunkowo, we wszystkich chromosomach, występują regiony (strefy) piętnowania. Region 15q11-q13 jest jednym z najbardziej niestabilnych regionów. Geny w strefach pietnowania zachowują się w zależności od płci rodzica, od którego zostały odziedziczone. Geny w strefach niepiętnowanych zachowują się niezależnie od płci rodzica od którego zostały odziedziczone.
Mechanizm imprintingu genowego – nie został do końca poznany, centra imprintingu àmiejsca od których rozpoczyna się imprinting
Znaczenie biologiczne imprintingu – ochrona przed partenogenezą (dzieworódzctwem), ochrona przed podwójną dawką genów, który ch dwualleliczna ekspreasja mogłaby być szkodliwa dla organizmu. Mimo że imprinting rodzicielski jest zjawiskiem fizjologicznym ma wpływ, jeśli nałoży się nań jakaś patologia, na ujawnianie się niektórych zespołów mikroabberacji, chorób monogenowych i nowotworów
Disomia uniparetnialna (jednorodzicielstwo) UDP – zjawisko patologiczne, dwa chromosomy z danej pary, od jednego rodzica
Heterodisomia – dwa różne chromosomy (homologiczne), nondysjunkcja w mejozie, trisomiczna zygota à letalne lub subletalne (21, 18, 13), mechanizm wyrównywania trisomii (może być wyrzucony jeden z dwóch od jednego rodzica (dobrze), może być usuwany pojedynczy od jednego rodzica (źle, bo oba zostają od drugiego rodzica). Daje to nam „niemendlowskie” ujawnienie się cech recesywnych jak np. przekazywa nie hemofilii z ojca na syna (przy założeniu, że X i Y sa homologicznymi chromosomami), przekaz chorób autosomalnych recesywnych
Homodisomia (izodisomia) – dwa takie same (te same) chromosomy, utrata w mejozie, monosomiczna zygota (letalne, oprócz monosomii X), mechanizm wyrównawczy monosomii (duplikacja chromosomu), dane geny mają oba allele wyciszone lub oba aktywne. Daje to nam „niemendlowskie” ujawnienie się cech recesywnych jak np powielenie genu z mutacją -> ujawnienie się cech recesywnych
Niezależne od mechanizmu:
- możliwość nieprawidłowej funkcji genów zależna od imprintingu genomowego
- w strefach piętnowania: oba allele wyciszone, oba allele aktywne
Zagadka mikrodelecji 15q11-q13 - jednakowa delecja daje dwa zupełnie różne fenotypy
- Zespół Pradera Williego: lekkie opóźnienie rozwoju, znaczna otyłosć, hiperfagia, hipogonadyzm, stereotypia, częstość 1/10000-15000, delecja w chromosomie ojcowskim
- Zespół Angelmana: znaczne opóźnienie rozwoju, brak otyłości, brak hiperfagii, hipogonadyzm i stereotypie +/- , częste wybuchy śmiechu, ataksja móżzkowa, częstosć 1/25000, delecja w chromosomie matczynym
PWS Zespół Pradera Willi:
- etiologia: mikrodelecja w chromosomie ojcowskim 70-75%, matczyna disomia uniparentalna 25%, zaburzenie imprintingu (mutacje centrum imprintingu) – u ojca piętnowanie na wzór kobiety, brak czynnego materiału ojcowskiego 15q11-q13, matczyny wzorzec imprintingu, który przytłumia ekspresję 2-4 genów PWS (np GABRB3, SNRPN (dział. w CUN), translokacje, inwersje obejmują region krytyczny PWS, AS (PWACR)
- fenotyp: małe dłonie i stopy, krótka szyja, palce stożkowato zwężające się, wnętrostwo, bezpłodność, migdałowate szpary powiekowe, fałdy nakątne, ciąża, słabe ruchy płodu. W okresie noworodkowym (nie chce jeść -> zaburzenie ośrodka głodu i sytości, hipotonia, hipotrofia), od 2 r. ż. (hiperfagia, zależny od UPD matki: zaburzenia psychiczne – choroby afektowne jedno lub dwubiegunowe w wieku młodzieńczym (duplikacja genu UBE3A) i depresja lub depresja na przemian z zachowaniami euforycznymi), znaczna otyłość bo stałe uczucie głodu (zespół metaboliczny, miażdzyca, ch niedokrwienne serca, udary, zawały). Środek życia (niższy wzrost -> więc dajemy GH (powoduje też lepszy rozkład gospodarki węglowodanowej, białkowej i tłuszczowej))
- fenotyp behawioralny: towarzyskość, przyjacielstwo, natręctwa, stereotypia, „zdobywanie” jedzenia
- korelacje genotypowo-fenotypowe: delecje -> większe opóźnienie w rozwoju, UPD, ID -> lżejsze objawy ogólne (mogą np skończyć gimnazjum), ale zaburzenia psychiczne o charakterze autystycznym, nieznana etiologia -> ciężkość objawów = delecje
- ryzyko powtórzenia: niskie (<1%) <- delecja pat, wyższe <- UPDmat, t(15;15) – ryzyko 100% , zaburzenia piętnowane inne niż delecja IC, wysokie (około 50%) <- niektóre mutacje
ZA Zespół Angelmana:
- etiologia: mikrodelecja matczyna 15q11-q13 – 70%, disomia uniparentalna ojcowska – 2 – 3 % ( w tym translokacja robertsonowska 15;15), zaburzenia imprintingu ( ID) – 3 – 5 %<- mutacje lub delecje w centrum imprintingu, translokacje, inwersje obejmujące locus UBE3A lub IC, dziedziczone po matce – 1%, nieznane czynniki – 15%, de novo albo odziedziczone po matce autosomalna dominująca mutacja genu UBE3A (ligazy ubikwintyny, wiąże ubikwintyne z białkiem przeznaczonym do zniszczenia) – 11 % (Nobel 2004 za mechaniczne działanie ubikwintyny)
- fenotyp: ataktyczny chód, charakterystyczne ruchy kończyn górnych, wybuchy śmiechu, często nieadekwatne do sytuacji, dysmorfia (małogłowie, pragnatyzm (wysunięcie żuchwy), w większości letalny dla płodów męskich, głębokie opóźnienie rozwoju psychiczno-ruchowego, napady padaczkowe, brak lub znaczne ograniczenie rozwoju mowy, zaburzenia snu !
- korelacje genotypowo-fenotypowe: delecje -> duże opóźnienie rozwoju, brak mowy, hipopigmentacja skóry, włosów i tęczówek (delecja genu P – transportera tyrozyny (mniej melaniny)), UPD-ID -> objawy najlżejsze, mogą być zaburzenia autystyczne, mutacje UBE3A -> pośrednie objawy, nieznana etiologia -> ciężkość objawów = delecje
- ryzyko powtórzeń: niskie (<1%) <- delecja matczynnego, UPD pat ( z wyjątkiem t(15;15) – ryzyko 100%), zaburzenia piętnowania, inne niż zaburzenie IC, wysokie (około 50%) <- odziedziczona po matce translokacja lub delecja regionu krytycznego, delecja IC matczynego. UBE3A oziedziczone po matce, nieznana przyczyna
- wyjściowo zawsze kariotyp
- analiza metylacji locus SNRPN -> rozpoznanie PWS albo AS (przytłumiany przez imprinting matczyny)
- tylko metylowane – PWS
- tylko niemetylowane – AS
- takie i takie – brak zaburzeń
- wyjaśnienie mechanizmu
- FISH z sondą dla regionyu krytycznego -> -> delecja
- badanie polimorfizmu DNA (RFLP -> UPD)
- PCR, sekwencjonowanie DNA -> mutacji
- mutacja UBE3A -> AS
Choroby monogenowe:
- gen choroby, gen chorobowy - gen który jest zmutowany, dlatego powoduje daną chorobę
- homozygota - organizm który ma 2 allele jednakowe danego genu ; nieprawidłowa – 2 allele zmutowane (nie koniecznie te same mutacje)
- heterozygota – dwa allele różne
- hemizygota – organizm który ma tylko jeden allel danego genu ; fizjologicznie męzczyzni XY, patologiczne – zespół Turnera X0, delecje (zespół Kociego Pazura)
A'a aa
A'a A'a aa aa ryzyko teoretyczne 50%
Penetracja genu – odpowiada odsetkowi osób mających nieprawidłowy gen u których ujawni się choroba AD. Liczba osób z genem chorobowym i objawami choroby / liczba osób z genami chorobowymi dominującymi w danej populacji
Ekspresja genu – indywidualne ( u danego osobnika) ujawnianie się aktywności genu w postaci transkryptu (mRNA) lub produktu (białko). Penetracja = suma ekspresji genu w danej populacji
Nowa mutacja - <1/3 przypadków danej choroby, ciężki przebieg, obniżona zdolność reprodukcji, trzeba podejrzewać że rodzice mają chorobę, ale przebiegającą bezobjawowo
Ujawniania się zależnie od płci – specyfika funkcji organ. zależnie od płci, np. hipercholesterolemia rodzinna (mut genu dla receptora LDL, bardzo wczesna miażdzyca, zawały nawet u dzieci), hemochromatoza – A.R (różne mutacje, m.in. genu HFE, gromadzenie żelaza w organizmie, w chorobach miaższowych (np. mózg) OUN → degradacja, ujawniana później, częściej u mężczyzn, u kobiet po menopauzie (utrata miesięczna żelaza), mężczyźni 10xczęściej do wieku 40-50 lat, na 10 mężczyzn choruje 1 kobieta (rola ochronna estrogenów), u kobiet łagodniejszy przebieg
Imprinting genomowy (piętnowanie rodzicielskie): Pląsawica Huntingtona (chory ojciec) – ujawniana wcześniej, silniejsze objawy, dystrofia miotoniczna (matka chora) – ujawnianie wcześniejsze, silniejsze objawy
Choroby o wczesnym początku:
- ujawniają się od razu po urodzeniu
- 100% Penetracja – achondroplazja
- mutacja genu FGFR# - receptora enzymu wzrostu fibroblastów
- dziecko rodzi się z krótkimi kończynami
- Choroba Huntingtona
- 20 lat – stopień penetracji b. mały
- 30-40 lat – penetracja bardzo wysoka ok 90%
- 70 lat – pojedyncze osoby – późna postać, niewielka penetracja
Antycypacja – głównie w chorobach, których podłożem są mutacje dynamiczne), występują z pokolenia na pokolenie, choroby genetyczne wcześniej i o cięższym przebiegu (np. HD, pierwszy objaw u rodziców ok 40 lat → następne pokolenie 10 lat wcześniej)
Heterogenność genetyczna – gen – to jest pewna ciągłość, sekwencja DNA, mutacje w różnych punktach, mutacje w różnych eksonach tego samego genu → różny efekt nawet w tym samym eksonie → różne objawy u różnych osób, mutacje w różnych loci → podobny efekt (np. bloki metaboliczne)
Fenokopie (kopie fenotypowe) – są różne mutacje a objawy w obu organizmach podobne (np. bloki metaboliczne), bruzda małpia u normalnych osób to fenokopia cechy Downa
Przykłady: HD, Dystrofia miotoniczna, Hipercholesterolemia rodzinna, Torbielowatość nerek typu dorosłych, Nerwiakowłóknikowatość (ch Recklinghausena), Polipowatość okrężnicy, Sferocytoza wrodzona, Achondroplazja
- znaczne zwiększenie się liczby powtórzeń trójnukleotydowych (np. CAG, CGG) = ekspansja trójnukleotydów (ślizganie się polimerazy DNA (podwójna replikacja))
- normalnie stała liczba powtórzeń: CAG – 4p16 → l. Prawidłowa – 9-27
- choroby związane z ekspansją – grupa TRED (Trunucleotide Repeats Expansion Diseases)
- z pokolenia na pokolenie liczba powtórzeń może wzrastać → antycypacja, ekspansja nie jest hamowana w spermatogenezie, dlatego jeśli odziedziczy od ojca to dużo więcej powtórzeń, a jak od matki to mniej więcej tyle samo co ona
- geny zlokalizowane na autosomach i chrom X
- choroba: niewielka liczba powtórzeń w sekwencji kodującej, znaczna liczba powtórzeń w końcu 3'5' (np. o kilkaset) danego genu
- premutacja à mutacja (zwielokrotnienie w czasie pokolenia liczby powtórzeń)
- liczba powtórzeń rośnie stopniowo z pokolenia na pokolenie: CAG 27 → 35 nie musi być objawów, nosiciel, premutacja → prawie 100% wystąpienia choroby, bo tak dużo powtórzeń, mutacja
- przykłady: HD – 4p16 CAG, dystrofia miotoniczna CTG 19q 13.3, ataksja (niezborność) (rdzeniowo móżdżkowa), rdzeniowo opuszkowy zanik mięśni (SBMA), zespół kruchego X CGG Xq27
Choroba Huntingtona (Huntington Disease = HD)
- w pewnym stadium choroby ruchy pląsawicze, pewna niezborność, nie panuje nad ruchami, też upośledzenie mowy, 1/10000 – w Europie
- Historia: 1872: George Huntington - „On Chorea” w „Medical and Surgical Reporter” - jego jedyny artykuł, 1986: testy „predykcyjne” przy pomocy analizy sprzężeń (RFLP) → przepowiada ryzyko zachorowania, 1993: identyfikacja genu IT 15 oraz charakteru mutacji → testy bezpośrednie
- podłoże molekularne: gen IT 15 – locus: 4p16.2 – mutacja à huntingtonina (nieprawidłowe białko), mutacja dynamiczna – ekspansja trój nukleotydów (mikrosatelity) CAG, (CAG)n = 9-27 – nie patogenne, 27-35 - nie patogenne, pośrednie, premutacja, podatność na mutacje, 36-39 – obniżona penetracja (↑ ryzyko po 50 r.ż., łagodna lub nie ma choroby, ale na 100% w następnym pokoleniu), ≥40 - patogenne
- klinika: 40-50 - postać dorosła – najczęstsza, ok. 90%, początek 30-40r.ż.,
- warianty kliniczne: >50 - postać młodzieńcza - <20 r.ż. (10%, w tym 2% <10r.ż), antycypacja, dziedziczenie głównie od chorego ojca! czasem dziecko choruje, gdy u ojca nie ma jeszcze objawów np. 2 letnie dziecko (objawy – spastyczność, szybki przebieg), <40 - postać starcza (starsza) à50r.ż., powolna progresja (ok. 20 lat), czasami brak historii rodzinnej ( niej jako 1. zwiększenie)
- objawy: pierwsze psychiczne – zagubienie, zaburzenia orientacji, zapominanie, zmiany nastrojów, agresja na najbliższe osoby, nieumiejętność planowania i oceny sytuacji, osądu, po kilku latach: ruchy pląsawicze, zaburzenia okulomotoryczne, zaburzenia mowy (chorea – pląsawica, dystonia, atetoza – marionetkowe ruchy), dochodzi do całkowitego otępienia, czasem dochodzi, ale bardzo wolna jest droga przewodzenia, np. pytanie rano, odpowiedź wieczorem, czas trwania 15-20 lat, młodszy wiek zachorowania – szybszy przebieg choroby (10lat)
- przyczyny śmierci: zapalenie płuc – 33%, choroby serca – 25%, uduszenie się (bo np. słabe mięśnie), samobójstwo, choroba jest nieuleczalna
- antycypacja: młodszy wiek zachorowania dzieci, niż rodziców, np. rodzice – śr. 41 lat, dzieci – 32 lata (USA), cięższe objawy (charakterystyczne dla chorób, których podłożem jest mutacja dynamiczna)
- imprinting genomowy: występowanie choroby i ciężkość objawów zależy od płci rodzica, od którego mutacja dynamiczna została odziedziczona (HD – ojciec)
Cho...
medyczne_materialy