TRANSPLANTAČNÍ PRAVIDLA
IMUNOGENETIKA II
Inbrední kmen A
Inbrední kmen B
-
Genotyp aa
-
Genotyp bb
+
+ F1 Genotype ab ab x ab
+
+ + + + aa
ab
ab
bb
Genotypy
TRANSPLANTAČNÍ PRAVIDLA Inbrední kmen B
-
-
Genotyp bb
+
+ Genotype ab
+
ab x ab
aa
+ ab
-
-
+ ab
bb
Genotypy
3 4
+
F2 +
aa
aa
ab
ab
bb
Genotypy
Imunitní reakce je namířena pouze proti transplantátu reakce příjemce Závisí na genotypu dárce a příjemce - v lidské populaci vysoký polymorfismus transplantačních antigenů
F1 3 4
+ +
Transplantace orgánů, které neobsahují lymfoidní tkáň
Inbrední kmen A Genotyp aa
+
F2
+ ab
+ ab
+ bb
Imunologicky potentní příjemce transplantátu reaguje proti antigenům štěpu, které nejsou přítomny v jeho organismu Vhodný dárce a příjemce, imunosupresiva
Genotypy
Transplantace orgánů, které neobsahují lymfoidní tkáň
Transplantace kostní dřeně - lymfoidní tkáň
Ledviny, srdce, pankreas, játra ….. Při transplantaci lymfoidní tkáně – může nastat oboustranná imunitní reakce proti transplantačním antigenům Reaguje jak příjemce, tak transplantát (např. buňky kostní dřeně)
Reakce štěpu proti hostiteli – GvHR (graft versus host reaction)
1
Reakce hostitele proti transplantátu
Reakce transplantátu proti hostiteli (GvHR)
Transplantace kůže, ledvin a dalších orgánů, které neobsahují lymfoidní buňky schopné imunologicky reagovat
Transplantace KOSTNÍ DŘENĚ, LYMFOCYTŮ
Přihojení transplantátu Genotyp štěpu
Genotyp hostitele
aa
aa
aa
bb
aa
ab
ab
aa
LETÁLNÍ ÚČINEK (GvHR) Letálně ozářený
Dospělý jedinec
novororenec
+ + + +
+ + -
+ + + +
- odhojení štěpu
+ přihojení štěpu
Genotyp štěpu
Genotyp hostitele
Letálně ozářený
Dospělý jedinec
novorozenec
aa
aa
přežívá
přežívá
aa
bb
hyne
přežívá
aa
ab
hyne
hyne
hyne
ab
aa
přežívá
přežívá
přežívá
příjemce štěpu přežívá – GvHR nenastane
přežívá hyne
příjemce štěpu hyne GvhR
Reakce transplantátu proti hostiteli (GvHR)
Reakce transplantátu proti hostiteli (GvHR)
Transplantace KOSTNÍ DŘENĚ, LYMFOCYTŮ
Transplantace KOSTNÍ DŘENĚ, LYMFOCYTŮ
LETÁLNÍ ÚČINEK (GvHR) Genotyp štěpu
Genotyp hostitele
ab
aa
přežívá
ab
bb
aa bb
Dospělý jedinec
novorozenec
LETÁLNÍ ÚČINEK (GvHR) Letálně ozářený
Genotyp štěpu
Genotyp hostitele
novorozenec
Dospělý jedinec
Letálně ozářený
přežívá
přežívá
aa
ab
přežívá
přežívá
přežívá
ab
ab
+ -
+ -
+ -
ab
hyne
hyne
hyne
ba
ab
-
-
-
ab
hyne
hyne
hyne
bb
ab
+
+
+
- příjemce štěpu přežívá
+ příjemce štěpu hyne
Reakce transplantátu proti hostiteli (GvHR)
Reakce transplantátu proti hostiteli (GvHR)
Transplantace KOSTNÍ DŘENĚ, LYMFOCYTŮ
Transplantace KOSTNÍ DŘENĚ, LYMFOCYTŮ
LETÁLNÍ ÚČINEK (GvHR) Genotyp štěpu
Genotyp hostitele
aa
aa
-
-
aa
ab
+
aa
ba
aa
bb
LETÁLNÍ ÚČINEK (GvHR) Genotyp štěpu
Genotyp hostitele
-
bb
aa
+
+
bb
ab
+ +
+
+ +
+
+
+
bb
ba
+
+
+
+
-
+
bb
bb
-
-
-
novorozenec
- příjemce štěpu přežívá
Dospělý jedinec
Letálně ozářený
+ příjemce štěpu hyne
novorozenec
- příjemce štěpu přežívá
Dospělý jedinec
Letálně ozářený
+ příjemce štěpu hyne
2
Výběr vhodného dárce (příbuzného) pro transplantaci ledviny chlapci (synovi / bratrovi)
A2B5 A9B40
A3A11B5B8
A2A9B5B40
A3B5 A11B8
A2A3B5
A2A11B5B8
A9A11B8B40
A2B5 A3B5
A11B8 A2B5
A11B8 A9B40
Asociace HLA antigenů a chorob Existence asociace chorob s určitými antigeny HLA lokusu Alela kódovaná genem HLA lokusu není příčinou onemocnění Pacienti s chorobami jako např. psoriasis vulgaris, insulin dependentní diabetes (DM I), ankylující spondylitida (M. Bechtěrev) mají vyšší četnost výskytu určité alely HLA lokusu než je její četnost v populaci
Vhodný dárce: sestra s fenotypem A2A3B5 nebo otec A3A11 B5 B8
Asociace HLA antigenů a chorob
Asociace HLA antigenů a chorob
Morbus Bechtěrev – ankylující spondylitida (degenerativní onemocnění páteře, kloubů) Asociace s alelou HLA-B27
Diabetes mellitus 1. typu (Insulindependentní diabetes) nástup v dětství nebo mladém věku pacienti nedožívají vysokého věku Autoimunitní onemocnění progredující destrukce B-buněk produkujících inzulin porucha syntézy inzulinu - rychle se rozvíjející nedostatek insulinu
Frekvence alely B27 pacienti – 90% zdraví jedinci – 9,4% Vysvětlení asociace: podobnost antigenu klebsiel s antigenem B27 nedostatečná odezva imunitního systému na infekci patogenem
Asociace HLA antigenů a chorob
Psoriáza - lupenka Kožní choroba neznámé etiologie Postihuje hlavně lokty, kolena, vlasatou část hlavy Asociace s alelou HLA-Cw6
Frekvence alely Cw6: pacienti – 87% zdraví jedinci – 33,1%
Asociace s alelou HLA-DR4/DR3 Frekvence alely DR4/DR3: pacienti – 91% zdraví jedinci – 57,3% Hypotéza: změna antigenní výbavy následná reakce imunitního systému
FARMAKOGENETIKA Léčba pomocí cíleného podávání léků - nedílná součást léčebných postupů u celé řady onemocnění Rozdíly v odpovědi léčených – stejná dávka u zhruba srovnatelných jedinců (pohlaví, věk, hmotnost, diagnóza) vede k celé škále účinků → různá míra zamýšleného léčebného efektu (např. snížení krevního tlaku); projevy nežádoucích účinků; v extrémním případě i život ohrožující účinek Nežádoucí účinky farmakoterapie → vážný klinický problém → např. nedávno zveřejněná studie: v USA dojde k 100 000 úmrtí ročně kvůli nežádoucím účinkům léků
3
FARMAKOGENETIKA
FARMAKOGENETIKA
Reakce organismu na farmakologickou léčbu je komplexní záležitost Za značnou část individuální variability v reakci na léčivo jsou zodpovědné genetické faktory Studiem vztahu mezi genetickou informací jedince a účinku farmak se zabývá farmakogenetika Farmakogenetika sleduje vliv jednotlivých genetických variant na účinek podané látky – léku
Příklady farmakogentické interakce: Hemolytická anémie po podání primachinu u disponovaných osob spolu se zvýšenou citlivostí na myorelaxans sukcinylcholin → GR mutace v genu kódujícím glukózo-6-fosfátdehydrogenázu (četnost 1: 2000)
FARMAKOGENETIKA Dříve většina farmakogenetických pozorování → sledování rozdílů např. v koncentraci léčiva v krvi nebo odpad jejích metabolitů močí Při mendelovské dědičnosti → defekt v molekule příslušného transportéru, metabolizujícího enzymu nebo některého z faktorů podílejících se na absorpci, distribuci, interakci s cílovou strukturou a nakonec odbourání a exkreci → tím dochází k přílišné nebo nedostatečné koncentraci farmaka v organismu Nyní sledování: např. polymorfismus v genu pro N-acetyltransferasu 2 (NAT2), dále polymorfismy v genech pro cytochrom P450 2D6 (CYP2D6) nebo thiopurin-S-methyltransferasu (TPMT) Thiopurin-S-methyltransferasa → podíl na metabolismu thiopurinů: např. azathioprinu (imunosupresivum u příjemců transplantátů a při léčbě akutní lymfoblastické leukémie) → k dispozici je komerčně vyráběný genetický test → varování před vážnými nežádoucími účinky v případě podání azatioprinu pacientům s genotypem determinujícím nízkou aktivitu TPMT je obsaženo v příbalovém letáku V současné době je genetický test podmínkou podání a dávkování již 14 léků.
Rychlá a pomalá acetylace isoniazidu (mutace genu Nacetyltransferasy 2) Isoniazid (INH) je jedním ze základních léků tuberkulózy; velmi dobře se vstřebává ze zažívacího traktu Sledování hladin INH v krvi → pacienty je možné rozdělit na rychlé a pomalé inaktivátory INH Rychlí inaktivátoři → hladina INH v krvi klesá rychle Pomalí inaktivátoři → koncentrace INH zůstává vysoká po delší dobu Rodové studie → pomalí inaktivátoři (asi 50 % populace) jsou homozygoti pro recesivní alelu jaterního enzymu N-acetyltransferasy (NAT2) s nižší aktivitou enzymu; při léčbě INH vedlejší příznaky (nervové potíže nebo kožní vyrážky) častěji než u rychlých inaktivátorů INH při stejné dávce Rychlost inaktivace léčebný efekt neovlivňuje
FARMAKOGENETIKA Komplikovanější situace → zasahuje-li genetický polymorfismus do farmakodynamických procesů nebo je závislý na interakci několika genů Potom i při adekvátní koncentraci léčiva závisí jeho účinek na faktorech, jako je např. stupeň exprese cílového genu (kódujícího např. receptor) v dané tkáni Exprese genu může být nižší nebo vyšší u různých geoetnických skupin nebo záviset na fázi vývoje organismu (novorozenci, děti, adolescenti, dospělí) Takové polymorfismy mohou např.ovlivňovat antidepresivum paroxetin (ze skupiny selektivních inhibitorů zpětného vychytávání serotoninu - SSRI) → vyvolává u pacientů mladších 18 let sebepoškozující až suicidální jednání na rozdíl od pacientů dospělých, kde k těmto reakcím nedochází
FARMAKOGENETIKA
FARMAKOGENETIKA
Na úrovni genomu → mapování tzv. SNP (single nucleotide polymorphisms - jednonukleotidových variací sekvence DNA) Z celkového odhadovaného počtu 11-15 milionů genetických polymorfismů u člověka → přes 90 % tvoří SNP SNP se sdružují do bloků – haplotypů → zpravidla se dědí společně Chromosomy jsou složeny především z krátkých segmentů, které v krátké evoluční historii člověka prodělaly minimální počet rekombinací → proto tyto segmenty je možné u většiny populace charakterizovat jen několika haplotypy Pro takové oblasti (např. SNP) s vysokou vazbou a nízkou diverzitou haplotypů (haplotypové bloky) stačí identifikovat jen několik „markerů“ Stanovení rizikových haplotypů pro konkrétní lék či lékovou skupinu → není nutné znát celou „konstelaci SNP“ u daného jedince pro predikci a případnou prevenci nežádoucích farmakogenetických a nutrigenetických interakcí Již dnes je pomocí tzv. SNP čipů možné hodnotit u zkoumaného vzorku několik set tisíc polymorfismů zároveň
První systém Amplichip ve střední Evropě byl instalován roku 2005 v Ústavu klinické biochemie a laboratorní diagnostiky 1. LF UK a VFN DNA (příp. RNA) čipy umožňují současné testování až desítek tisíc genů v jediném vzorku Na ploše čipu (cca 1,5 x 1,5 cm) jsou umístěny krátké úseky jednořetězcové DNA o známé sekvenci nukleotidů (oligonukleotidové próby); podle komplementarity basí se na ně specificky váže fluorescenčně značená DNA z analyzovaného vzorku → po laserové detekci hybridizace DNA vzorku s próbou → automatické vyhodnocení analytickým softwarem AmpliChip CYP450 test je zaměřen na geny kódující (a) cytochrom P450 (CYP) 2D6 a (b) gen CYP2C19, které jsou zásadní pro metabolismus až 25 % všech podávaných léčiv Patnáct tisíc prób umístěných na čipu umožňuje rozlišit 29 různých polymorfismů, duplikací a delecí genu CYP2D6, dva polymorfismy genu CYP2C19 → predikce typu metabolismu léčiv – od pomalého po „ultra-rychlý“.
4
CYTOCHROM P-450
CYTOCHROM P-450
Cytochrom P-450 (CYP enzymy / zabarvené proteiny - pigment → 450 nm) – velká a různorodá rodina hemoproteinů Cytochromy P-450 využívají exogenní i endogenní sloučeniny jako substráty při enzymatických reakcích Účastní se přenosu elektronů během enzymatických reakcí CYP enzymy člověka primárně – lokalizované membráně – vnitřní membrána mitochondrií nebo endoplasmatického retikula Metabolizují tisíce endogenních a exogenních sloučenin Cytochromy P450 přítomny ve většině tkání – podílí se např. na syntéze a metabolismu hormonů (např. estrogen, testosteron), cholesterolu, vitaminu D Jaterní cytochromy jsou nejvíce prostudovány – metabolismus léků a toxických sloučenin, produkty metabolismu jako je bilirubin (vzniká rozpadem hemoglobinu)
CYP1 – léky a steroidní hormony CYP2 - léky a steroidní hormony (CYP2D6), CYP2C19metabolismus xenobiotik- např. skupina látek zahrnujících inhibitory protonové pumpy a antiepileptika CYP3 - léky a steroidní hormony (včetně testosteronu) CYP4 – metabolismus mastných kyselin, kyseliny arachidonové CYP5 - tromboxan-A2-syntáza CYP7 – biosyntéza žluči, 7-alfa-hydroxyláza steroidů CYP8- 2 geny: CYP8A1 (prostacyklin syntáza), CYP8B1 (biosyntéza žluči) CYP11 – biosyntéza steroidů CYP17 - biosyntéza steroidů CYP19 - biosyntéza steroidů: např. aromatázy CYP20 – neznámá funkce CYP21 - biosyntéza steroidů CYP24 – degradace vitaminu D CYP26 – hydroxyláza retinové kyseliny CYP27 – CYP27A1 (biosyntéza žluči), CYP27B1 (vitamin D3 1-alfahydroxyláza, ativuje vitamin D3) CYP39 7- -alfa-hydroxylace 24-hydroxycholesterolu CYP46 – cholesterol-24-hydroxyláza CYP51 – biosyntéza cholesterolu
Projekt analýzy lidského genomu identifikoval - 57 genů CYP- 450 kódujících variabilní enzymy; jsou soustředěny do 18ti rodin tvořících 43 subrodin. Do této genetické skupiny (superodiny) náleží též 59 pseudogenů
Cytochromy P450
Transmembránové pumpy
jednotlivé cytochromy se podílejí na metabolismu xenobiotik různou měrou asi 50% látek, jejichž metabolismus je znám, přeměňuje CYP 3A4
10%
P-glykoprotein Role v adsopci, distribuci a eliminaci řady léčiv Obranný mechanismus před vstupem xenobiotik do organismu Nadměrná exprese genu vede mnočetné lékové resistenci (MDR fenomén)
4% 2% 2% 3A4 2D6 2C9
50% 30%
1A2 2A6 2C19
ATP (adenosintrifosfát)-vázající membránové transportéry (ABC transportéry) Aktivní přenos substrátů membránou Podíl na mnohočetné lékové resistenci
NUTRIGENOMIKA
NUTRIGENOMIKA
Nutrigenomika → chemické látky obsažené v běžné potravě ovlivňují rovnováhu mezi zdravím a nemocí po interakci s genomem jedince Základních předpoklady: Látky obsažené v potravě působí přímo či nepřímo na lidský genom a mění tak jeho strukturu či genovou expresi Za určitých okolností může být dieta u některých jedinců významným rizikovým faktorem vzniku řady chorob Některé z cílových genů pro látky obsažených v potravě hrají pravděpodobně roli v nástupu, incidenci, průběhu a závažnosti některých chronických chorob Stravovací návyky mohou ovlivnit rovnováhu mezi stavem zdraví a nemoci → závislost na konkrétní genetické výbavě jednotlivce Nutriční intervence založená na znalosti jak konkrétního nutričního stavu a potřeb, tak genotypu (individualizovaná výživa) může být užita k prevenci, zmírnění nebo léčení chronických nemocí
Příkladem nutrigenetické interakce je perzistující tolerance laktózy v dospělém věku U mláďat savců (i člověka) je funkční laktáza zásadním enzymem pro štěpení laktózy přítomné v mléce na monosacharidy – glukózu a galaktózu Exprese laktázy v enterocytech tenkého střeva podléhá přísné kontrole v průběhu vývoje – je utlumená v průběhu fetálního období, zvyšuje se okolo porodu a opět klesá po odstavu Většina dospělých přirozeně laktózu netoleruje - na konzumaci většího množství mléka (které obsahuje 4-8 % laktózy) reaguje bolestmi břicha, případně průjmem → neštěpená laktóza způsobí osmotický transport vody do lumen tenkého střeva a je fermentována bakteriemi střevní mikroflóry Kulturní adaptací na intoleranci laktózy představují kysané mléčné výrobky s nižším obsahem laktózy a někdy i přítomnosti bakterií secernujících laktázu (Lactobacillus acidophilus) zažívací potíže u intolerantních osob nezpůsobují
5
NUTRIGENOMIKA Statická interakce V evropské populaci dospělých → perzistence laktázy → bodová mutace v promotoru genu kódujícího laktázu → přibližně před 9000 lety v severoevropské populaci → způsobila přetrvávající expresi genu a zabránila tak přirozenému vyhasínání funkce laktázy v dospělosti Dynamická interakce Může docházet k rozdílné odpovědi na změnu dietního režimu dle genetické výbavy jedince Při sledování mužské kohorty v období 1988-1996 došlo k výrazné změně složení stravy → ale pouze u nositelů alely CC-204 genu cholesterol-7alfa-hydroxylázy (CYP-7A1) došlo k redukci hladin cholesterolu, nositelé alely AA-204 na změnu diety nereagovali
NUTRIGENOMIKA Mezigenové interakce (genetické pozadí) → modulace výsledného fenotypu Perspektiva: individualizovaná výživa Konečný cíl nutriční genomiky by bylo možné shrnout jako dosažení optimálního dietního režimu pro konkrétního jedince tak, aby byly respektovány nejen kvantitativní a kvalitativní potřeby výživy a aktuální zdravotní stav, ale i genetické dispozice, s cílem zabránit vzniku řady onemocnění, případně přispět k jejich efektivnější terapii
6
