Neurogenetika: a gyermekkori epilepszia genetikai vonatkozásai
Semmelweis Egyetem Budapest I. sz. Gyermekgyógyászati Klinika
Medico Uno Rt.
2008. május 8.
2
TARTALOM
1. Gyermekkori migrén genetikai vonatkozásai Dr. Farkas Viktor
3
2. Klinikai genetika, 2008 Prof.Dr. Sasvári Mária SE Orvosi Vegytani, Molekuláris Genetikai Laboratórium (Budapest)
13
3. Fabry-kór Dr. Farkas Viktor
20
4. Lissencaphalia. Epilepszia – migrációs zavar Dr. Mandola Amarilla
25
5. Kálium csatorna betegségek: Long QT-szindróma, újszülöttkori görcsök Dr. Müller Katalin
31
3
1. Gyermekkori migrén genetikai vonatkozások Dr. Farkas Viktor
Migrén : komplex neurológiai betegség, genetikai & epigenetikai komponensekkel
Migrén :
adott genotipus
Y
Z
- Komplex genetika
• több gén • változó penetrancia
X Preventiv Rp.
- Egyéb faktorok
• hormonális • pszichológiai • környezeti
Acute Rp.
végsı közös pathway
attack
.
....
4
A migrén „ gének” Monogénes alcsoportok “Severe” mutations High penetrance Simple” analysis”
FHM, CADASIL & “Új” altipúsok
Gének
Gene
Multifaktoriális “Mild” mutációk alacsony penetrancia Komplex analizis
Szokványos migrénformák: MA és MO
•
Poligénes öröklıdés
•
Egyéb faktorok pl. Környezet
5
Allelic variation of serotonin transporter gene
Nature Neuroscience 10, 1103 - 1109 (2007)
Serotonin transporter gene: VNTR regions
Deletion/insertion polymorphism of the promoter region of the serotonin transporter gene (5HTTLPR) is associated with differential transcriptional efficiencies: the basal and stimulated activity of the long allele (l) is approx. twice that of the short allele (s).
6
Alternativ megoldás I: Gén identifikálás: monogénes migrénformák keresése: FHM II. monogénes szindrómák keresése, melyek gyakran társulnak migrénnel
Familiáris Hemiplégiás Migrén
• • •
(FHM)
A migrén aurával betegség monogénes formája Identikus aura & fejfájás tünetek Aura során hemiparesis: tartama órák - napok
+
+
+
+ +
+
?
+
+ +
+ +
7
Familiáris Hemiplégiás Migrén • • • • •
Attackot triggerelhet enyhefokú koponyatrauma Kombinálódik “normal” migrénnel (65%; risk 8x) Progressziv cerebellaris ataxia és atrophia (> 20%) Gyakori konfúzió: epilepszia Identifikált gének száma: eddig 3 (továbbiak várhatóak)
Feszültségfüggı Neuronális P/Q tipusú Cav2.1 Ca2+ csatorna
Neurotransmitter Release
α1A
CACNA1 A #19p13
Ophoff RA, et al. Cell 1996
FHM-1 (az FHM betegek 50-70%-a)
8
I: Monogénes migrénformák
•
FHM - I. CACNA1A gén funkció: a glutamát neurotraszmitter felszabadulásának kontrolja Glutamát kálium
↑
↑
Cav2.1 (CACNA1A) mutatiók és a társuló klinikai spektrum Domain Extracellular
I
II
III
IV
• • •
Cerebellar atrófia ataxiás epizódok (órák) Migrén Acetazolamidra reagál
Intracellular
N Sporadikus HM
•
FHM
EA-2
FHM + Ataxia
EA-2 + hemiplegia EA-2 / ataxiás migraine
FHM + fatalis coma
Progressziv Ataxia
CAG
EA-2 / epilepsy CAG
SCA-6 / EA-2
C
9
Monogénes migrénformák II. •
FHM - II. ATP1A2 gén a glia sejtek Na-K ATP-ase pumpa α-alegységét kódolja: a szinaptikus résbıl a K+ visszavételt szabályozza glutamát kálium
Glia sejt Na+, K+-ATPase pumpa mechanizmusa
FHM-2 (az FHM betegek 10-20% -a)
ATP1A2 #1q23
10
Monogénes migrénformák SCN1A gén • FHM - III. a neuronális Na1.1. feszültségfüggı Nátrium csatorna α-alegységét kódolja: a neuronális akciós potenciál inicializálását és propagálását szabályozza
Glutamát ↑ kálium ↑
Neuronális feszültségfüggı
Nátrium csatorna (Nav1.1) SCN1A #2q24 FHM-3
Dichgans M, et al; Lancet 2005
Neuronális akciós potenciál generálása & propagációja
11
Monogénes neurovasculáris betegségek, melyek gyakran társulnak migrénnel I. • CADASIL Cerebral autosomal dominant arteriopathy with subcortical infarcts and leucoencephalopathy OMIM #125310
Monogénes neurovascularis betegségek, melyek gyakran társulnak
•
Angiopathia :
COL4A1 GÉN funkció: IV. collagént, mely a vasculáris
bazálmembrán komponense
Infantilis hemiparesis, retinalis arteriolaris tortuositas leucoencephalopathia
Gould et al, Science 2005, 308:1167-71
12
Monogénes neurovascularis betegségek, melyek gyakran társulnak
•
AD-RVCL Autosomális domináns retinális vasculopathia cerebralis leukodystrophiával OMIM#192315 Richards Nat Genet 2007, 39:1068-70.
Összegzés
•
FHM gének üzenete: Migrénben a neuronális és gliális anyagcsere érintett a migrén : cerebrális ionopathia kóros centrális jelátvitellel
•
NOTCH3, COL4A1 és TREX1 gének üzenete a migrén cerebrális és meningeális vasculopathia endotheliális diszfunkcióval
13
2. Klinikai genetika, 2008 Prof. Dr. Sasvári Mára Semmelweis Egyetem , Orvosi Vegytani, Molekuláris Genetikai Laboratórium, Budapest
GTCCGGTCCC GGCCGGAGGG GGCGGCCACG GGGGGCTGAG TGAGTCGGGC GGCGAGTCCG CGGGCCTGGG GGGACGCACG CTGGTCTGGC GGGCGATGCT GCATTCGTCC TCACGGTGGA TCCGGCCGGG
GGGACCCCCT AATGGAGGAG CGAGGATCAA GGCCAGAGGC GCGGAGTCGG CGGGGGAGGC AGGGAGGTTT CACGGGCCGG CGCCCCTCCA GGCCTGCCCG ACGTGCCCGT GCGCCGCGGG GCGTGCCCGA
GCCCAGGGTC GGAGCGGGGT CTGTGCAACG TGCGGGGGGG GGGCAGGGGG GGGCAGAGCC TGCCAGATAC GTAGGATGGC TCCTTGTCGG TGGCCACCAC CTCTCCCTGC GGCCCCCCTG GGGGAGGGAC
3 x 109 bető megfejtése
AGAGGGGCGC CGACCGCTCA GGTGGGGCCG GGGCGGCGGG AGCGGGCGTG TGAGCTCAGG CAGGTGGACT GCTGGCGTCG TTTCTCGGGT CTCGCTTCAT GCAAAATTCC AGCCGGGGCG TCCCCGGCTT
CTACCTAGCT GCTGTCCGCC CGGCTGACCG ATGAGCTAGG GAGGGCGCGC TCTTTCTGCG AGGGTGAGCG ATGCCCGCGC CGCGGACCCC TCCCGTCTCT AAGATGAGCA GGTCGGGGGC GCGACCCGGC
CACGGTCTTG CAGTTTCGGA TGGTGGTCGC CGTCGGCGGT ACGAGGTCGA TCTGGCGGAA CCCGAGGGCC GCTTCAGGGC GCGCGGCGCC TTGGGCCGCC AATACTGGGC GGGACCAGGG GTTGTCCGCG
14
HGP: 1989-ben alapította J. Watson
GTCCGGTCCC GGGACCCCCT GCCCAGGGTC AGAGGGGCGC CTACCTAGCT CACGGTCTTG GGCCGGAGGG AATGGAGGAG 1992-es becslés:GGAGCGGGGT CGACCGCTCA GCTGTCCGCC CAGTTTCGGA 1$/bp, 100,000 bp/év GGCGGCCACG CGAGGATCAA CTGTGCAACG GGTGGGGCCG CGGCTGACCG HGP: 30,000 év, $3 billió ??? TGGTGGTCGC GGGGGCTGAG GGCCAGAGGC TGCGGGGGGG GGGCGGCGGG ATGAGCTAGG CGTCGGCGGT TGAGTCGGGC GCGGAGTCGG GGGCAGGGGG AGCGGGCGTG GAGGGCGCGC ACGAGGTCGA GGCGAGTCCG CGGGGGAGGC GGGCAGAGCC TGAGCTCAGG TCTTTCTGCG TCTGGCGGAA CGGGCCTGGG AGGGAGGTTT TGCCAGATAC CAGGTGGACT AGGGTGAGCG CCCGAGGGCC GGGACGCACG CACGGGCCGG GTAGGATGGC GCTGGCGTCG ATGCCCGCGC GCTTCAGGGC CTGGTCTGGC CGCCCCTCCA TCCTTGTCGG TTTCTCGGGT CGCGGACCCC GCGCGGCGCC GGGCGATGCT GGCCTGCCCG TGGCCACCAC CTCGCTTCAT TCCCGTCTCT Craig Venter (Celera); (Celera); Francis Collin (HGP) TTGGGCCGCC GCATTCGTCC ACGTGCCCGT CTCTCCCT TCCCCGGCTT GCGACCCGGC GTTGTCCGCG
A “hasznos információ” - hány génünk van? Kb. 20 ezer – kb. a genom 2 %-a
Mi van a maradék „extra” DNS-ben? ISMÉTLİDİ SZEKVENCIÁK (LINE, SHINE – retrovírusok)
15
Átlagos genetikai különbség :
GAGGGTGCGC GAGGGAGCGC GAGGGAGCGC
0.1%
0.5 %
GAGGGTGCGC
(kb. 3 x 106 bp különbség) (kb. 15x 106 bp különbség)
GAGGGTGCGC GAGGGAGCGC
Mutációk
-hibák -ritkák -prediktív érték Polimorfizmusok - rizikó/protektív faktor - gyakori variáns - komplex hatás
16
VNTR
SNP
2
GCACTACC CGTGATGG
ismétlıdés
3 ismétlıdés
GCATTACC CGTAATGG
4 ismétlıdés
5 ismétlıdés
Egypontos nukleotid variációk Single Nucleotide Polymorphism
Változó számú ismétlıdések Variable Number of Tandem Repeats
PCR termékek elválasztása
Nem-invazív mintavétel
nagyok szájnyálkahártya sejtek
kicsik
PCR felsokszorosítás
létra
17
Cisztás Fibrózis DF 508: 3 bp deléció (Phe kiesik)
PCR diagnosztika :
gél elektroforézis 1. 2. 3. 4.
CFTR gén normál termék mutáns termék + 1,2: hordozó (szülık) 3: index (beteg) 4: egészséges
Wright AF, Hastie ND. Genome Biol. 2001;2(8)
allélgyakoriság
A testvér relatív rizikója
18
Populációk vizsgálata ASSZOCIÁCIÓ VIZSGÁLAT Elıvizsgálatok
Teljes genomra kiterjedı (DNS chip vizsgálatok)
Bizonyítási fázis
Kandidáns gének
Kromoszómális lokalizáció
dopamin noradrenalin szerotonin rendszer génjei receptorok transzporterek metabolizmus enzimei
receptor
transzporter
12
19
A félelmi reakció és a szerotonin transzporter polimorfizmusa Akiknek ”rövid” alléljuk van
Akiknek „hosszú” alléljuk van
10x nagyobb aktivitás
fMRI válasz - AMYGDALA Hairi AR et al, Science 297: 400-402 (2002)
20
3. Fabry - kór Dr. Farkas Viktor Fabry kór: Történeti áttekintés 1898: A klasszikus fenotípus leírása
Johannes Fabry William Anderson
Németország Anglia
Angiokeratoma corporis diffussum universale, Morbus Fabry, ill. Anderson-Fabry
Arch Dermatol Syph 43:187, 1898 Ein Beitrag zur Kenntnis der Purpura haemorrhagica nodularis (Purpura papulosa haemorrhagica Hebrae) Dr. med. Joh. Fabry (Dortmund)
Brit J Dermatol 10:113, 1898 A Case of “Angio-keratoma” By William Anderson, F.R.C.P (London)
Fabry-betegség Kb. 40 évvel késıbb identifikáltak: egy testszerte (multiorgan érintettség) a vascularis endothelben deponálódó zsírszerő anyagot:
globotriaosylceramide
21
Fabry-betegség Öröklött, lizoszómális tárolási betegség enzim hiány:
α-galaktozidáz A (1960-as évek)
Enzim funkció: makromolekula komplexek lebontása Következmény: intra-lizoszomális breakdown: tárolási betegség
Metabolic Pathway
Természetes lefolyás, genetika Progresszív betegség: életkorhoz kötött klinikummal !!! beteg férfiak
kezelés nélküli várható élettartam:
41 év
X-hez kötött recesszív nincs férfiról – férfira transzmisszió nık: hordozók / változó mértékő tünetekkel Minden etnikumban elıfordul Becsült incidencia 1: 40 000 – 60 000 férfi
22
Természetes lefolyás szív KIR
vese Acroparesthesia
0
Életkor: évek
40+ Jellegezetes klinikai tünetek Quality of Life
Fabry kór: α-Galactosidase Deficiencia Genetika:
1986-tól > 245 különbözı mutáció o Missense pont mutáció: 75% Két fı típusa ismert: o Active site: az enzim aktivitás ↓ ; mutációs hotspot o Folding: α-Galactosidase stabilitás ↓ o (a hydrofób egység károsodott) 15% o Deléció / Inserció: o Splice site mutációk: 5% o A legtöbb családnak „saját” mutációja van!!!
Fabry-betegség Residuális enzimaktivitás 1% - 17% gyakran < 1% A betegség súlyossága korrelál: a reziduális enzim aktivitással Magas residuális enzim aktivitás esetén (>5%): asymptomás esetek, szelektív cardiális érintettség
23
Multiorgan betegség A GL-3 progresszív felszaporodása több szervrendszer progressziv betegsége: Idegrendszer Vese Szív
Bır Szem Gyomor-bél rendszer
Klinikum Gyermekkorban: Fáradékonyság Idınként fájdalom tünetek / krízis Meleg és hideg intolerancia Hipohidrózis Szaruhártya és lencse homány Ismétlıdı láz (ismeretlen eredettel) Pszihés zavarok, tanulási zavarok bırtünetek
Klinikum: Polyneuropathia Elsı vezetı tünet: •
Égı fájdalom: tenyereken ill. talpakon precitipál:
•
láz, meleg víz, fizikai terhelés, pszichés stressz, alkohol
Az átlagos életkor a diagnózis felállitásakor: 21 év
Gyermekkor: láz esetén alsóvégtagi (láb) fájdalom !
24
Diagnózis és terápia Feltételezett diagnózis: Klinikum, labor értékek Családi anamnézis Definitiv diagnózis: Enzimaktivitás mérés: • Könny, leukocyta, plasma, biopsziás anyag Genetikai diagnosztika: mutáció analizis Korábban: Bır-biopszia ------ incluziós testek Terápia: ERT
25
4. Lissencephalia Epilepszia - migrációs zavar Dr. Mandola Amarilla, Dr. Szeberényi Júlia, Dr. Farkas Viktor Corticalis fejlıdés rendellenességei Ritka betegségek Terápiarezisztens epilepsziával és mentális retardációval járó többféle fenotípusos megjelenés Kórfolyamat: a cytoarchitektura disorganizációja
A corticogenesis fejlıdési rendellenességei: genetikai és fejlıdéstani klasszifikáció I. KÓROS NEURON ÉS GLIAPROLIFERÁCIÓ VAGY APOPTÓZIS A. Csökkent proliferáció/fokozott apoptózis vagy fokozott proliferáció/csökkent apoptózis - kóros agyméret 1. Microcephalia normális, ill. vékony agykéreggel 2. Microlissencephalia (extrém microcephalia vaskos agykéreggel) 3. Microcephalia extenzív polymicrogyriával 4. Macrocephaliák B. Kóros proliferáció (kóros sejtformákkal)
II. KÓROS NEURONMIGRÁCIÓ III. AZ AGYKÉREG KÓROS ORGANIZÁCIÓJA IV. NEM KLASSZIFIKÁLHATÓ FORMÁK
26
Újszülöttkori microcephaliák
Primaer Genuin csoport Méretbeli eltérések: lényegi strukturális eltérés nélkül Más társuló eltéréssel járó microcephalia csoport Központi idegrendszeri fejlıdési rendellenesség Migrációs zavar pl.: Lissencephalia ( corticalis agyria és pachygyria) Secundaer Fertızés – rubeola, toxoplasmosis, CMV; sugárzás, kémiai behatás, gyógyszerhatás, vérzés, metabolikus betegségek…
LISSENCEPHALIA – SIMA AGY
Vastag kéreg, cerebralis convolutiók hiánya A fissura Sylviin kívül sulcus nem látható
27
28
Anamnézis 24 hónapos microcephal (fejkörfogat <3pc ) leány / phenotipus, sloping forehead, therapiarezisztens epilepszia: infantilis spasmusok /
Consanguin szülık 34. terhességi héten: perinatalis UH → microcephalia dg. 36. terhességi hét: fenyegetı iu. asphyxia miatt sectio Iu. hypotrophia tünetei, Szs.: 2380gramm, Szh.: 45cm, 9/10 Apgar
Születéskori fejkörfogat: 27cm (<3pc, -2,8SD) 1. élethónaptól – West szindróma tünetei
29
• Tág subarachnoidealis tér és kamrák • Hypoplasiás kisagy, agytörzs és basalis ganglionok
Terápia Konvencionális antiepileptikus gyógyszeres terápia: valproát, karbamazepin, levetiracetam, topiramát, vigabatrin…….
30
31
5. Kálium csatorna betegségek: Long QT- szindróma, újszülöttkori görcsök Dr. Müller Katalin, Dr. Orosz Irén, Dr. Farkas Viktor Esetbemutatás Epilepszia kivizsgálás Status 1. Min. grad. mentalis retardatio 2. Infantilis cerebralis paresis, tetraspasticus forma 3. Scoliosis
Anamnézis 4 éves, leány Perinatalis anamnézis: sürgıs s.c. 37. gest.héten CTG-n bradycardia, majd beszőkült oscillaciok Érett újszülött, cardiorespiratorikus adaptatio zavartalan 6 hónaposan: Motoros retardatio 4 évesen: Láztalan állapotban, alvásban jelentkezı, generalizált tónusos clonusos roham miatt jelentkezik klinikánkon
32
Vizsgálatok I. Neurológia
EEG: 4-5 sec ideig tartó nagy amplitúdójú többes tüske paroxizmusok Klinikum
Diagnózis: Generalizált epilepszia Terápia: Valproat Klinikailag rohammentes
Koponya MRI: Negatív Családi anamnézis: Mater: Long QT szindróma Implantálható cardioverter defibrillator (ICD) Anyai nagymama: Váratlan exitus 40 évesen, alvás közben
Long-QT szindróma (LQTS): Szívizomsejtek megnyúlt repolarizációja következtében létrejövı aritmia EKG: QT intervallum: megnyúlás
33
Klinikum: ROHAMSZERŐ tünetek • palpitáció • szédülés • eszméletvesztéses rosszullét • syncope • görcsroham Provokáció: • • •
emocionális stressz fizikai terhelés nyugalom
Következmény: • polimorf kamrai tachycardia („ torsade de pointes”), • fatális aritmia • hirtelen szívhalál
Vizsgálatok II. Kardiológia
Szív UH: Negatív
EKG (Nyugalmi, terheléses, Holter monitorizálás): Megnyúlt QT idı Klinikum + családi anamnézis
Diagnózis: Long QT szindróma Terápia: ß-receptor blokkoló
34
Kálium csatorna: • •
sejt hiperpolarizáció depolarizálódott sejt repolarizáció
Vizsgálatok III. Molekuláris genetika KCNH2 (=HERG) gén „frameshift” mutáció kimutatása Módszer: DHPLC (Denaturing High Performance Liquid Chromatography)
IKr mőködés zavara (Kifelé vezetı, rektifikáló, gyors kálium csatorna)
Long QT2 szindróma
35 LQTS-t okozó gének többsége a szív kálium- és nátriumcsatornáit felépítı fehérjéket kódol. Genetikailag hét altípusa van → mindegyik az akciós potenciál repolarizációjának idejét növeli → QT megnyúlás
Vizsgálatok IV.: Családszőrés
Autoszomális domináns öröklésmenet Romano-Ward szindróma (Long QT 1-7)
IV.
III.
† QTc: 403
†
†
†
QTc 439
QTc: 421
QTc 471
QTc 407
Herg -
Herg +
†
Herg -
Autoszomális recesszív öröklésmenet Jervell és Lange-Nielsen szindróma (Long QT 1, 5 + congenitalis süketség) Spontán mutáció
II. I.
QTc 500 Herg +
†
†
36
Terápia: I. Gyógyszeres Béta-receptor blokkoló K szupplementáció II. Nem gyógyszeres Implantálható cardioverter defibrillator (ICD)
Életviteli javaslatok
•
Emocionális terhelés Fizikai terhelés (versenyszerő sport) K deficit pótlása (hányás, hasmenés)
2. QT megnyúlást okozó gyógyszerek (Erythromycin, Clarytromycin, Cisapride,...)
37
Következtetés Epilepszia és Long QT együttes elıfordulása
KCNH2 (=HERG) gén mutációja Long QT2
Gerinces agyban, fıleg hippocampusban, cortexben növeli a neuronok ingerelhetıségét.
Komplex kálium ioncsatorna betegség? Klinikailag multiorgan betegség (szív+agy) Új terápiás lehetıségek: szelektív kálium csatorna nyitók
Benignus familiaris neonatalis convulzió (BFNC) rövid ideig tartó generalizált tonusos-klonusos roham (GTCS) • szem tünetek • motoros automatizmusok Kezdet: 2-4 napos kór Vége: 1-3 hónapos kór 11-16 % roham a késıbbi életévekben incidencia: 1: 100.000
38
Retigabine (RTG): activates K+ current (KCNQ2/Q3) szív
1.2 1.0
-RTG
0.8 normalized current
agy
+RTG
normalized current
1.0
-50 mV
0.6 0.4 0.2 Q2 + Q3 Q2 + Q3 + 100µM Rtg
0.0
0.8 0.6 0.4 0.2
Q1 + 100µM Rtg Q1
0.0 -0.2
-0.2 -100
-80
-60
-40
-20
-80
0
V (mV)
-60
-40 V (mV)
Em
- 70 mV
Retigabine
EK
- 90 mV
-20
0
20
