Belgyógyászati Kötelező Szintentartó Tanfolyam
Pancreas betegségek genetikája Rakonczay Zoltán Szegedi Tudományegyetem
Székesfehérvár, 2014. március 28.
A pancreas betegségei • Pancreatitis (akut, krónikus) • Carcinoma • Diabetes mellitus
Pancreatitisek
Az exokrin pancreas élettana és kórélettana STRESSZ emésztő enzimek aktiváló enzimek
folyadék és HCO3-
GENETIKA
Alkohol 45% Epesav 45% Egyéb 10%
ÖNEMÉSZTŐDÉS GYULLADÁS SEJTPROLIF.
EMÉSZTÉS
SEJTHALÁL
Tripszinogén/tripszin aktivációja és lebontása Trypsinogen
PRSS1 trypsin inhibitor
SPINK1
cationic trypsinogen
Miklós Sahin-Tóth
chymotrypsin C
Trypsin
CTRC
PRSS2
Trypsin SPINK1 Trypsin gátlása
anionic trypsinogen
T
p
r
s
y
i
n
Trypsin degradáció
Korai események a pancreatitis pathomechanizmusában Idő előtti tripszinogén akt.
NF-κB aktiváció
Mitochondrialis károsodás
Inzultus/stressz (pl. alkohol, epeút obstrukció) Szekréciós blokk Zimogének és lizoszómák ko-lokalizációja Tripszinogén aktivációja a katepszin B által Egyéb zimogének aktivációja Acinus sejt károsodás
Ca2+
Krónikus pancreatitis "Primer" Idiopátiás Család történet +
"Szekunder" Alkoholos
Család történet Sporadikus
Örökletes
Familialis
2 elsőfokú rokon vagy ≥3 másodfokú rokon ≥2 generáció Yadav, 2013
Krónikus pancreatitis genetikája
Chen & Ferec, 2009
Krónikus pancreatitis genetikája A betegek családi anamnézise rendszerint negatív
Kivétel: Örökletes – PRSS1 Hajlamosító genetikai tényezők komplex, multigénes módon öröklődnek Több génben is hordoznak genetikai rizikót képviselő mutációkat, amelyek hatásukban összeadódva és a környezeti kockázati tényezők (pl. alkoholizmus, dohányzás, gyógyszerek) függvényében vezetnek a betegség kialakulásához
Krónikus pancreatitis genetikája Rizikótényezők – SPINK-1, CFTR, CTRC, CASR, CPA1, CLDN2 A betegség családi halmozódása nem igazolható. Következésképpen ezek nem betegséget okozó mutációk, hanem genetikai rizikófaktorok
Védőfaktorok – PRSS2 (Witt et al., Nature Genetics 2006) 2400 beteg adatainak elemzése: nem volt olyan PRSS2-génvariáns, amely fokozta volna a krónikus pancreatitis kockázatát. A p.G191R-génvariáns viszont kb. 3-szor gyakrabban fordult elő egészséges egyénekben, mint idiopathiás vagy alkoholos krónikus pancreatitisben szenvedô betegekben (védő hatás!)
Örökletes pancreatitis
Protease, serine = PRSS Cationic trypsinogen
(PRSS1) 50-70 %
Anionic trypsinogen
(PRSS2) 30-50 %
Mesotrypsinogen
(PRSS3) 3-10 % 1996
Örökletes pancreatitis • Ritka, PRSS1 mutációk (pl. p.R122H, p.N29I)
> fokozott
autoaktiváció • Autoszomális domináns öröklésmenet
• Inkomplett penetrancia és változó expresszivitás • Családtagoknak csak kb. 80%-a betegszik meg
FONTOS: Pancreas carcinoma rizikója: 40-50x
Krónikus pancreatitis genetikája ACP
?
TCP
ICP
pl. SPINK1 CTRC CLDN2 Alkohol
SPINK1 CTRC
egyéb ?
táplálkozás ?
környezeti faktorok
SPINK1 CTRC CFTR (PRSS1) ?
HP PRSS1 (SPINK1) (CTRC) ismeretlen ?
?
genetikai faktorok módosítva Witt et al., Gut 2003
Krónikus pancreatitisben előforduló fontosabb génmutációk
Sahin-Tóth M et al., Orvosi Hetilap 2008 149:1683–1688.
Egy új szuszceptibilitási gén CPA1 – carboxypeptidase A1 2013
Carboxypeptidase A1 (CPA1) variánsok krónikus pancreatitisben - Korai kialakulású idiopátiás betegséggel asszociált (~10%) - Nagyszámú ritka patogenikus variáns - Komoly rizikófaktor, PRSS1 variánsokhoz hasonló? - Nincs interakció a CFTR, SPINK1 és CTRC génekkel - Korlátozott hatás alkoholos krónikus pancreatitisben
Miért növekszik meg a krónikus pancreatitis rizikója a CPA1 defektusa esetén? • CPA1 - egyik legnagyobb mennyiségben előforduló protein a pancreas szekrétumban - kimotripszinek és az elasztázok által exponált C-terminális aminosavakat bontja
- variánsok gyakori hatása: fehérje misfolding > szekréciós defektus > ER stressz
Pancreas cc
Pancreas tumorok felosztása • Exocrin mirigy daganatai (adenocarcinoma) 95% • Endocrin mirigy daganatai
Rizikófaktorok/etiológia Dohányzás Előrehaladott életkor Etnicitás (afro-amerikai) Herediter pancreatitis Chronicus pancreatitis Felnőttkorban jel. diabetes mellitus Diéta (zsír- és hús-dús) Fokozott BMI Örökletes hajlam (min. 2 családtag, fokozott cc rizikóval járó syndromak)
Pancreas cc Veleszületett és szerzett mutációk miatt alakul ki Precursor léziók – jól elkülöníthető, de átfedő génalterációk: • Mucinosus cysticus neoplasia • Intraductalis papillaris mucinosus neoplasia (IPMN) • Pancreaticus intraepithelialis neoplasia (PanIN) PanIN-1A, 1B (hyperplasia) - PanIN-2 PanIN-3 vagy carcinoma in situ
PanIN léziók és a társuló genetikai elváltozások
Ghaneh et al., Gut 2007.
Genetikai változások pancreas cc-ban • Onkogén aktiváció: K-ras mutáció (90%) – EGFR coexpresszió • Tumorszuppresszor gén inaktiváció: CDKN-2A (95%), p53 (60%), DPC4 (55%), BRCA2 • DNS hibajavító gének hibái: MLH1, MLH2 (5%)
Genetikai változások pancreas cc-ban
Átlag: 63
Jones et al., Science 2008
Jelátviteli útvonalak pancreas cc-ban
Jones et al., Science 2008
Driver gének klinikai jelentősége KRAS, CDKN2A, TP53, SMAD4 1 gén: 1% 2 gén: 18% 3 gén: 44% 4 gén: 37% Yachida S et al., Clin Cancer Res 2012
Fokozott pancreas cc rizikóval járó örökletes syndromák
Gloria M. Petersen: Toward Pancreatic Cancer Prevention http://www.nypcancerprevention.com/archive_newsletter/issue/12/ cancer_prevention/feature/petersen.shtml
European Registry of Hereditary Pancreatitis and Familial Pancreatic Cancer (EUROPAC) • http://www.europacorg.eu/aboutus/default.html • Adatbázis, vérminták • Cél: – Rizikócsoportba tartozó személyek azonosítása – Szűrőprogram kidolgozása
Diabetes mellitus
Diabetes: genetika Konkordancia egypetéjű ikrekben: • 1-es típusú: ~40% • 2-es típusú: ~90% Minél nagyobb a konkordancia érték, annál fontosabb a gének szerepe
Konkordancia kétpetéjű ikrekben: • 1-es típusú: ~10% • 2-es típusú: ~40%
1-es típusú DM • Második leggyakoribb krónikus gyerekkori betegség • Jellemzően pubertáskorban alakul ki • Pancreas -sejtek pusztulása – Abszolút inzulinhiány – Következményes hyperglycemia, ketoacidosis – Inzulin kezelés elengedhetetlen
• Diagnózis felállításakor megfigyelhető szezonalitás • Eset-kontroll tanulmányok szerinti rizikófaktorok – – – – – –
Újszülött/csecsemőkori diéta Vírusok – akár in utero expozíció Hormonok Stressz Higénia D vitamin
Genetikai rizikófaktorok fontossága T1D-ban • Konkordancia egypetéjű ikrekben nagyobb, mint kétpetéjű ikrekben • Az elsőfokú rokonokban 15-szer nagyobb rizikó – 30 éves korig ~6% – A rizkó biz. gének jelenléte esetén fokozott
• A betegséggel összefüggésbe hozható génrégiók - MHC locus (>50% genetikai rizikó) - Insulin - Egyéb (pl. PTPN22)
MHC Regió – 6p21 kromoszóma
A T1D predispozíciót a haplotípusok determinálják • A DRB1-DQB1 haplotípus pontosabban meghatározza a T1D rizikót • A szűrés mindkét génre drágább – A szűrések többnyire a DQA1-DQB1-re fókuszálnak
• Magas rizikójú T1D haplotípusok – DQA1*0501-DQB1*0201 – DQA1*0301-DQB1*0302
T1D rizikó fokozódás a magas rizikójú haplotípusok számának növekedésével
Etnicitás
Magas rizikójú DQA1DQB1 haplotípusok száma Kettő Egy
Kaukázusi Afro-amerikai
16 45
4 7
Azsiai
11
4
TD1 betegek gyerekeinek abszolút T1D rizikója Magas rizikójú DQA1DQB1 haplotípusok száma
T1D kialakulásának rizikója
Kettő
Egy
Nulla
25%
8.3%
1%
T1D és egyes génrégiók kapcsolata LOCUS IDDM1 IDDM2 IDDM3 IDDM4 IDDM5 IDDM6 IDDM7 IDDM8 IDDM9 IDDM10 IDDM11 IDDM12 IDDM13 IDDM14 IDDM15 IDDM16 IDDM17 ... egyéb
KROMOSZÓMA 6p21 11p15 15q26 11q13 6q24-27 18q12-q21 2q31 6q25-27 3q21-25 10p11-q11 14q24.3-q31 2q33 2q34 ? 6q21 ? 10q25
GÉN vagy mikroszatellita HLA-DQ/DR INS VNTR D15s107 MDU1, ZFM1, RT6, FADD/MORT1, LRP5 ESR, MnSOD D18s487, D18s64, JK (Kidd locus) D2s152, IL-1, NEUROD, GALNT3 D6s264, D6s446, D6s281 D3s1303 D10s193, D10s208, D10s588 D14s67 CTLA-4, CD28 D2s137, D2s164, IGFBP2, IGFBP5 NCBI # 3413 D6s283, D6s434, D6s1580 NCBI # 3415 D10s1750-D10s1773
2-es típusú diabetes mellitus (T2D) • A diabetesesek ~90%-a T2D • Genetikailag heterogén metabolikus betegség, ami glükóz intoleranciával jár – Károsodott inzulin szekréció és inzulin hatás
• Megfontolások – Kezelhető életmódbeli változtatásokkal (diéta/fizikai aktivitás) vagy orális antidiabetikumokkal – T2D egyének évekig tünetmentesek maradhatnak – A betegségnek komoly hosszú-távú szövődményei vannak
• Poligénes és multifaktoriális – Több gén interakciójának következményeképpen alakul ki – A genetikai tényezők mellett fontosak a környezeti faktorok is
Genetika és a T2D • Magasabb konkordancia monozigóta vs dizigóta ikrekben
• A pozitív családtörténettel rendelkező egyénekben 2-6-szor gyakrabban alakul ki T2D – Rizikó: ~40% 1 T2D szülő esetén, ~80% 2 T2D szülő esetén
• A T2D-ben involvált gének azonosítása nehéz – Késői betegségkezdet – Poligénes öröklődés – Multifaktoriális hatások
T2D molekuláris genetikája •
Jelöltgén-kutatás – Pancreas beta sejt funkció – Inzulin hatás / glükóz metabolizmus – Energia bevitel / felhasználás – Lipid metabolizmus
•
Teljes genom szűrés – Betegség etiológiáját és pathomechanizmusát nem vesszük figyelembe
•
Asszociációs tanulmányok – Adott marker- (vagy gén-) allél gyakrabban fordul-e elõ a betegekben? – Nagyszámú beteg és kontroll vizsgálata – Több, mint 70 azonosított locus – alacsony RR
•
Kapcsoltság elemzés – Van-e bizonyíték az elméleti kromoszomális hely (locus) és jelölõhely (markerlocus) alléljeinek együttes kapcsolt átmenetére (öröklődésére)? – Többtagú családok vizsgálata (legalább 2 beteg gyermek)
A T2D kandidáns génjein leírt eltérések
Korányi és Pánczél, LAM 2004
T2D-ben érintett gének, mint gyógyszer célpontok • PPARγ, ABCC8 (sulfonylurea receptor) és KCNJ11 egyben terápiás célpontok is – Orális antidiabetikumok hatásossága az egyén genotípusától függhet – Farmakogenetikai hatások – Genetikai szűrés • Azonosíthatja a magas rizikójú T2D betegeket • Terápiás konzekvencia?
– Individualizált terápia
A T2D prevenciója és genetikája • A T2D megelőzhető – Megfelelő testsúly tartása – Fizikai aktivitás • Sok kihívás a genetikai szűrésekkel kapcsolatban, pl.: – A legtöbb teszt prediktív értéke alacsony – Hogyan kell közölni a rizikó információt? – A teszteredmény ad-e elég motivációt a betegnek az életmódváltoztatásra? – Az egészségügyi személyzet nem feltétlen tudja megfelelően interpretálni az eredményeket – A genetikai szűrés aggodalomhoz vezethet – Biztosítási és foglalkoztatási problémák – Diszkréció és stigmatizáció – Genetikai szűrés marketing • Az új gének azonosítása az etiológiaban is segít
Maturity Onset Diabetes of the Young (MODY) •
Diabetes mellitus esetek ~ 1-2%-a
•
Egyedi gének defektusa – Autoszomális domináns öröklődésmenet – Több generáció is érintett
•
Kezdet korai életkorban (< 25 év)
•
Nincs obesitas, ketosis, és beta-sejt autoimmunitás
•
Egyes esetekben a hyperglycemia diétával korrigálható
•
Szigetsejt autoantitestek negatívak
•
MODY valószínűség kalkulátor: http://diabetesgenes.org/
MODY gének Locus
Protein
Mutációk száma
MODY %
12
~5
Típus
Gén
MODY1
HNF4A
20q12-q13.1
Hepatocyte nuclear factor 4-alpha
MODY2
GCK
7p15-p13
Glucokinase
~200
~15
MODY3
HNF1A
12q24.2
Hepatocyte nuclear factor 1-alpha
>100
~65
MODY4
IPF1
13q12.1
Insulin promotor factor-1
kevés
MODY5
HNF1B
17cen-q21.3
Hepatocyte nuclear factor 1-beta
kevés
MODY6
NEUROD1
2q32
Neurogenic differentiation factor 1
kevés
<3
…
Gének azonosításának nehézségei • Elégtelen elemszám – Multiplex családok – Esetek és kontrollok
• Fenotípus definiálásából adódó problémák • Csökkent penetrancia – Környezeti faktorok befolyása – Gén-gén interakciók
• • • • •
Betegség kezdete variábilis Etnikai különbségek Staisztikai számítási problémák Eredmények replikációja olykor problémás Azonosított géneknek csak kis hatásunk van
ORSZÁGOS PANKREÁSZ REGISZTER
Magyar Hasnyálmirigy Munkacsoport
2011
www.pancreas.hu
Köszönetnyilvánítás SZTE ÁOK I. sz. Belgyógyászati Klinika
Miklós Sahin-Tóth