HD - Huntingtonova chorea
monogenní choroba HD
4
HDF
(CAG)6-35 (CAG)36-100+
čistě genetická choroba ?
100%
0%
geny
prostředí
0%
podíl genů a prostředí na rozvoji chorob
100%
F8 - hemofilie A
monogenní choroba – alelová heterogenita
F8 fenotyp
X
beta globin - srpkovitá anémie 5 6 7 8 CCT GAG GAG AAG Pro Glu Glu Lys
bA - normální sekvence (štěpena enzymem Mst II) produkt PCR je štěpen na dva fragmenty (na gelu 2 proužky)
CCTGAGG
▼ CCT GTG GAG AAG Pro Val Glu Lys
bS - mutovaná sekvence (není štěpena Mst II) produkt PCR není štěpen (na gelu jeden proužek)
CCTGTGG
bA/bA
bA/bS
bS bA
http://www.sci.sdsu.edu/classes/biology/bio100/vandergast/
bS/bS
přímá diagnostika přímá detekce kauzální mutace
F8 - hemofilie A gen pro faktor VIII (26 exonů)
mutace typu missense a nonsense (60%)
sestřihové mutace (5%) delece a inserce (5%) velké inverse (30%) inserce mobilní sekvence (vzácně)
X
nebo
X
nebo
dědečkův X
babiččin X
nebo
X
nebo
dědečkův X
babiččin X
F8 - hemofilie A
nebo
? nebo
dědečkův X
babiččin X nebo
polymorfismus typu SNP (Single Nucleotide Polymorphism) mění restrikční digest - RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) CTGGCTGAACTCATTGCT
CTGGCTGAATTCATTGCT
1 2
alela 1 štěpné místo nepřítomno produkt PCR neštěpen (na gelu 1 proužek) alela 2 štěpné místo přítomno produkt PCR štěpen (na gelu 2 proužky)
F8 - hemofilie A
1
? prenatální diagnostika hemofilie A u mužských plodů
1 1
2 1/2
2
1
alela 2
alela 1
2
1
1 2
nepostižený plod
postižený plod
přenašečka je informativní, pokud je heterozygotní pro alely 1 a 2 RFLP
DNA postiženého jedince slouží ke stanovení fáze vazby: chromozóm X s mutací nese alelu 1 tohoto RFLP
nepřímá diagnostika nepřímé sledování přenosu mutované alely v rodině pomocí polymorfního DNA markeru
F8 - hemofilie A
rodina A
rodina B
?
1
1/2
2
?
2
1
1
1
2
2
heterozygozita
1/2
2
1
heterozygozita
fáze vazby
fáze vazby předpověď
předpověď
F8 - hemofilie A
rodina C
? všechny mužské plody 1/1
1
1
1 2
homozygozita
předpověď nemožná
rodina není informativní pro tento polymorfismus, polymorfismus není informativní v této rodině
F8 - hemofilie A gen pro faktor VIII (26 exonů) DX13
Bcl I Xba I Hind III
Taq I
G>A
CA rep
Bgl II Msp I
ST14
Bgl II Taq I
CA rep atd.
polymorfní markery intragenové
atd.
polymorfní markery extragenové (slabší genetická vazba, vyšší riziko rekombinace)
CFTR - cystická fibróza
monogenní choroba – modifikující geny
MUC1 1 GIT tumour necrosis factor a
mucin 1
1500x plicní infekce
TNFA CFTR 6
MI CF modifier 1
CFM1
VNĚJŠÍ PROSTŘEDÍ
7
mannose-binding lectin 2
MBL2 10
glutathione-S transferase P1
NOS1 11
GSTP1
nitric oxide synthase 1
plicní funkce
12 játra
19 MI játra
ADIPOR2 (adiponectin receptor 2), 12p; CLCA1 (Cl channel, calcium activated, 1), 1p SERPINA1 (serine proteinase inhibitor, A1), 14q; ABCB4 (ATP-binding cassette, B4), 7q
hranice mezi monogenní a multifaktoriální chorobou ?
autismus
multifaktoriální choroba P
P
P
P
P
P
P
P
heritabilita 90%
autismus predisponující geny celogenomové screeny
1
2
3
6
7
8
13
14
15
19
20
4
9
21
22
5
10
11
12
16
17
18
X
Y
IMGSAC (1998) Philippe (1999) Risch (1999) Barrett-CLSA (1999) Buxbaum (2001) Liu (2001) IMGSAC (2001) Shao (2002) Auranen (2002) Yonan (2003) ... ... ... Weiss (2009) Weiss (2009) Wang (2009) Anney (2010)
identifikace predisponujících alel je obtížná
pochopení multifaktoriálních chorob kardiovaskulární choroby nádorová onemocnění autoimunitní choroby psychiatrické poruchy výška postavy geny prostředí
80%
20%
2010: 201 SNP: 16%
mnoho variant vzácné varianty malé studie CNV regulace epigenetika
gen pro Huntingtonovu choreu gen pro hemofilii A gen pro cystickou fibrózu gen pro syndrom fragilního X geny pro predispozici k nádorům geny pro predispozici k autismu (alela!) GENY ZDE NEJSOU OD TOHO, ABY ZPŮSOBOVALY CHOROBY
nomenklatura genů odráží to, že většinou nechápeme normální fyziologickou funkci genu (proteinu)
genotyp
z porodnice s genomem na DVD ?
A1 A zdraví
A2 B1 B
choroba
B2
0
dnes
Sir William Osler (‘The principles and practice of medicine’, 1892) “... if it were not for the great variability among individuals medicine might as well be a science and not an art.”
FENOTYP NÁDOROVÉ BUŇKY nezávislost na vnějších růst stimulujících signálech necitlivost k vnějším růstově inhibičním signálům schopnost neomezené buněčné replikace schopnost vyhnout se apoptóze schopnost angiogeneze schopnost invaze (a tvorby metastáz) nádorová onemocnění: heterogenní skupina chorob podmíněná genetickými a environmentálními faktory vývoj nádoru je evoluční proces genetické změny zárodečné (germinální) x somatické driver + passenger mutace
GENOTYP NÁDOROVÉ BUŇKY signalizace 1 signalizace 2 buněčný cyklus 1 apoptóza 1 apoptóza 2 stabilita genomu 1 stabilita genomu 2 ... ... ... angiogeneze n invazivita n
náhodné změny
pacient 4
pacient 3
pacient 2
pacient 1
HETEROGENITA • každý nádor je jedinečný evoluční experiment • několik buněčných drah musí být aktivováno, několik inaktivováno • na molekulární úrovni toho lze dosáhnout mnoha různými způsoby (kvalitativní nebo kvantitativní změny exprese genů; změny podmíněné geneticky, epigeneticky, prostředím) • za vysokou heterogenitou na úrovni genů je několik klíčových drah, které mohou být pro různé nádory podobné
Brosnan & Iacobuzio-Donahue, Semin Cell Dev Biol 23 (2012) 237– 242
GENY AKTIVNÍ V NÁDOROVÉM BUJENÍ tumor supresorové geny tumor supresorové geny v užším slova smyslu mutátorové geny - udržování stability genomu
brzdí proliferaci vyřazení z funkce - dva zásahy (inaktivace obou alel, recesivní na buněčné úrovni) důležité u vrozené predispozice k nádorům (zárodečná mutace jedné alely, predispozice je dominantní na úrovni rodokmenu) (proto)onkogeny podporují proliferaci aktivace - jeden zásah
NĚKTERÉ (PROTO)ONKOGENY gen
chrom. funkce proteinu lokalizace
somatické mutace
mechanismus aktivace (nejč.)
K-RAS
12p12
bodové mutace
ERB-B2 17q21
signalizace (receptor)
C-MYC
8q24
transkripční faktor
N-MYC
2p24
transkripční faktor
rakovina střev, pankreatu, plic, endometria rakovina prsu, ovarií, žaludku Burkittův lymfom, rakovina plic neuroblastom
BCL2
18q21
protiapoptotický faktor
lymfom B buněk
ch. translokace
ABL
9p34
signalizace (Tyr kináza)
leukémie
ch. translokace
MDM2
12q13
vazba p53
sarkomy
amplifikace
signalizace (G-protein)
amplifikace amplifikace amplifikace
AKTIVACE (PROTO)ONKOGENŮ mechanismy aktivace v nádorové buňce (somatické mutace)
normální buňka
amplifikace
inserční aktivace
translokace - poziční efekt
translokace - fúzní gen
bodová mutace
NĚKTERÉ TUMOR SUPRESOROVÉ GENY gen
chrom. lokalizace
funkce proteinu
RB1
13q14
regulace transkripce, buněčný cyklus
APC
5q21
buněčná adheze, buněčná signalizace
MSH2
2p16
reparace DNA
BRCA1
17q21
reparace DNA
TP53
17p13
regulace transkripce, odpověď na poškození DNA, apoptóza
NF2
22q12
vazba membrány a cytoskeletu
VHL
3p25
elongace transkripce
CDKN2
9p21
buněčný cyklus
PTCH
9q22
buněčná signalizace
DCC
18q21
buněčná adheze
INAKTIVACE TUMOR SUPRESOROVÝCH GENŮ normální buňka
úplná inaktivace v nádorové buňce -dva zásahy (dvě somatické mutace)
2. zásah
1. zásah
inaktivace jedné alely
ztráta heterozygozity (LOH) ztráta chromozómu
ztráta a duplikace chromozómu
mitotický crossover
delece
bodová mutace
metylace
