Neurogenetika
Illés Zsolt
A betegségek genetikai háttere
• Mendeli, vagyis izolált mutációval járó kórkép: - egyetlen mutáció okozza a betegséget (monogénes) - a mendeli öröklésmenetnek megfelelıen a családon belül öröklıdik (AR, AD, X) oki, vagy etiológiai gének
• Komplex, vagyis multifaktoriális kórkép: - több genetikai és környezeti faktor interakciója okozza - nem a mendeli öröklésmenentnek megfelelıen szeggregálódik fogékonyság gén(ek) rezisztencia gének
Genetikai komplexitás küszöb
autoimmun betegség (fenotípus)
környezeti variációk
0
1
2
3
4
fogékonyság allélok száma
Az emberi genom (2000. június 26.)
~3,000,000,000 bázispár ~30,000 gén ~10,000,000 SNPs „a periodic table of biology” (Eric Lander, Human Genom Project)
Mit jelent a Single Nucleotide Polymorphism (SNP) ? Polimorfizmus genetikai variáció, mely a populáció >1 %-át érinti Single Nucleotide Polymorphism természetes variáció, mely egyetlen nukleotidot érint átlagosan 1000 bázispáronként fordul elı 1 SNP GAATTCAAG a genom variáns részének 85 %-áért felelıs GAATTTAAG a döntı többség funkcionális hatással nem jár Egyéb genetikai variációk Variable number of tandom repeats
NCACACACAN
(mikroszatellita, VNTR) Inzerció/deléció
GAAATTCCAAG GAAA[ ]CCAAG
Monogénes
Komplex
család
populáció
beteg
egészséges
beteg
egészséges
Genom-wide screen pozicionális klónozás „szeggregál”: linkage pozicionális klónozás
Candidate gene approach asszociáció
SNP és betegség Jelenleg kb. 9.000.000 SNP ismert Funkcioná Funkcionális SNP
Kódoló
Regulátoros
Nem funkcionális SNP Környezetében fogékonyság gén lehet
Kb. 200.000 Kb. 70.000 AA vá változá ltozást okoz
Megváltoztatja a protein expresszióját Mindegyikünk kb. 500-1200 potenciálisan veszélyes SNP-t többnyire heterozigóta formában
Fogékonysággal asszociálódik
A genom ismert SNP-i fogékonyság gén keresésre használhatók
SNP és betegség „Candidate gene approach” egy gén SNP-i genom
gén
„Genome wide screen” a genom SNP-i genom
Betegséggel összefüggésbe hozható gén (pl. citokin)
asszociálódik
Milyen gén(ek)?
asszociálódik genom funkcionális vizsgálatok
funkcionális vizsgálatok
Haplotípus blokkok és HapMap „címke” SNP
„címke” SNP
SNPs
Haplotípus 1
Haplotípus 4
a….g…g…c a…g…c…t g…g…c…t g…a…c…t Haplotípus blokk
g .. C g A………… ….g…g… …g…c…Tc tA …………… G…g…c…C G…a…c…T Haplotípus blokk
a tA…………… ….g…g…C …g…c…Tc aA…………… G…g…c…C G…a…c…T
genom
Haplotípus blokk
SNP haplotípus térkép, HapMap (elsı (elsı generá generáció ciós:~ s:~ 600.000 SNP, 270 minta) Minimális haplotí pus meghatározáshoz kb. 300.000-1.000.000 SNP
hierarchikus genotipizálás
Központi idegrendszer neuron (Huntington, Huntington, Wilson, Wilson, SCA, HSPP, PD, AD, prion) glia (leukodisztrófiák) mitokondriális kórképek csatornabetegségek (epilepszia és lázgörcs) Perifériás idegrendszer alsó motoneuron (ALS, SMA) ideg (HMSN) junkció (csatorna: myotoniák, MG) Izom (izomdisztró izomdisztrófiá fiák, mitokondriá mitokondriális) Egyéb, idegrendszert is érintı metabolikus (aminosav, vitamin, szénhidrát, zsír, porfíria stb.) degeneratív (pl. Down-kór, stb.)
Huntington betegség
George Huntington Nancy Wexler
AD trinukleotid repeat, polyglutamin stretch 4. kromoszóma, huntingtin protein, CAG expanzió anticipáció chorea személyiségváltozás dementia juvenilis Huntington-kór: rigiditás
Wilson-kór (hepatolenticularis degeneratio) AR réz metabolizmus zavara (transzport, ATPase) legtöbb beteg compound heterozigóta 2-3. évtized: progresszív extrapyramidális tünetek és májfunkció zavara „juvenilis Parkinson” kezdıdhet akut hepatitis-szer ő képpel a neurológiai kezdetet megelızi rendszerint pszichiátriai tünet ha gyanú felmerül és neurológiai tünet van: szemészet, réslámpa: Kaiser-Fleischer győr ő vizelet réz ürítés koponya MR pozitív lehet (BG T1 hypo, T2 heprintenz) Th:
D-penicillamine trietilén tetramin cink-acetát réz diéta
Herediter ataxiák (cerebelláris és spinocerebelláris) Herediter
Autoszomá Autoszomális recesszí recesszív FriedreichFriedreich-kór Ataxia teleangiectasia X-hez kötött E vitamin Autoszomális gyermekkori kezdet domináns (ADCA) „loss of function” function” SCA 1-25 késıi kezdet „gain a toxic function”
Friedreich ataxia (2x10-5, a leggyakoribb AR ataxia Euró Európában) 1863, Nicolaus Friedreich
Tünetek jelen vannak 25 éves kor elıtt
Neurológiai tünetek
Cerebelláris
PNS
Viscerális tünetek
Cardiomyopathia, 50% (hypertrophiás)
CNS
Dementia, Dementia, mentá mentális retardá retardáció ció ritka.
Diabetes 10%
Lábdeformitás Kyphoscoliosis
Friedreich ataxia FRDA gén: (GAA)n 3’ UTR
5’ UTR
1
2
3
4
5a
3’ UTR
5b
Egé Egészsé szséges: 66-36 Beteg: 9090-1300
(GAA)n
Homozigóta: 90%
Compound heterozigóta: 5%
Autoszomális domináns ataxiák (SCA) Prevalencia: 3x10-5 20-30%-át nem diagnosztizálják Heterogén csoport Az egyes típusok prevalenciája változik az etnikai populációkban
Missense mutációk
5’-UTR
ORF
Intron
ORF
ATTCT ismétlıdés
3’-UTR CTG ismétlıdés
CAG ismétlıdés: 8/25 Néha sporadikusként jelenhet meg (sporadikus 8%-a)!
Autoszomális domináns ataxiák (SCA) Nincs tü tünet, mely csak egy csoportra lenne jellegzetes fenotípusok átfednek egy genotípus is variálódik fenotípusban
Agytörzs Parkinsonismus
Mozgászavarok
Piramis (CNS) Cerebelláris Sphincter zavarok Oculomotor Optikus atrophia
Neuropathia (PNS) Retinopathia Kognitív
Epilepszia
Leukodisztrófiák
Leukodystrophiák myelin anyagcserezavara, enzim mutációk progresszív neurológiai tünettan pyramis, pyramis, optikus, extrapyramidá extrapyramidális, lis, dementia, dementia, epilepszia neuropathia hepatosplenomegalia 1. Krabbe betegség (globoidsejtes) (AR) 2. Metachromasiá Metachromasiás leukodystrophia (AR) 3. Adrenoleukodystrophia (XR) felnı ás felnıttkori formá formája: AddisonAddison-kór+paraspasticit r+paraspasticitá
Fakomatózisok: agy és bır Neurofibromatózis I. tí típus (von Recklinghausen betegsé betegség) 1:10.000 AD: tumor szuppresszor gén, >90% apától café-au-lait foltok 99% (6 vagy több) neurofibrómák (felsı végtag és felsı törzs) astrocytoma: optikus, gerincvelıi (15%) malignus tumorok II. típus, 1:50.000 kétoldali acusticus neurinoma (schwannoma) (progrediáló süketség!) meningeoma, glioma, gerincvelıgyöki schwannoma bır schwannoma
Von Hippel-Lindau betegség Xeroderma pigmentosum Sclerosis tuberosa Sturge-Weber szindróma
Genetikus motoneuron betegségek Felsı motoneuron familiá familiáris ALS (AD vagy AR) AR rendszerint korai kezdető familiáris spasticus paraparesis lassú progresszió rendszerint AD
Alsó motoneuron spiná spinális izomatró izomatrófia (SMA) döntıen AR petyhüdt progresszív bénulás és atrófia I-IV kornak megfelelıen bulbáris izomatrófia X-hez kötött androgén receptor CAG repeat: testicularis atrófia, gynecomastia
Herediter neuropathiák 1. centrum diagnózis: idiopathiás
2. centrum diagnózis: 42 % herediter 21 % gyulladásos (biopszia) 13 % egyéb 24 % nem talál etiológiát
domináns
X-hez kötött
recesszív Csecsemı-gyerek
NCV normális amplitúdó csökkent Axoná Axonális NCV csö csökkent amplitúdó normális Demyelinizáló
CMT X
CMT 2
CMT 1
CMT 1A PMP-22 60-90 % duplikáció
NCV csö csökkent amplitúdó normális Demyelinizáló
CMT 4
HNPP PMP-22 deléció
CMT 1B P0 pontmutáció
Demyelinizáló Herediter
Szerzett Temporális diszperzió Vezetéses blokk
ép
izom
CIDP
CMT
Genetikus csatorna betegségek Calcium (VGCC)
Kálium (VGKC)
Nátrium (VGSC)
Familiaris hemiplegias migrén SCA Periódikus paralízis (hypokalemiás) Myopathia (Central core disease) Malignus hyperthermia Periódikus paralízis (hypokalemiás) SCA Epilepsia (benignus familalis neonatalis)
Periódikus paralízis (hypo-és hyperkalemiás) Paramyotonia congenita Myotoniá Myotoniák Generalizált epilepszia
Klorid
Myotonia congenita Tomsen Myotonia congenita Becker Juvenilis myoclonus epilepsia
Egyéb
Myasthenia gravis
(AchR, AchR, RyR) RyR)
Migrén Epilepszia Átmeneti bénulás Izomgyengeség Izomkontrakció
Myotoniák és periódikus paralízis Myotoniás jelenség: izomrelaxáció zavara: kézfogás warmingwarming-up: up: ismé ismételve csö csökken
Paramyotoniás jelenség izomrelaxáció zavara ismételve rosszabbodik hidegre rosszabbodik
Myotonia cong AD Thomsen AR Becker Paramyotonia cong
Periódikus paralysis hypohypo- vagy hyperkalaemiá hyperkalaemiával
Malignus hyperthermia Izomdystrophiával járó többszervi betegség: cataracta, cataracta, szí szív, kopaszodá kopaszodás, intellektus, szemé személyisé lyiség
Csatorna betegségek: Na, K, Ca és Cl
Myotoniás dystrophia AD
Genetikus izombetegségek Congenitális myopathiák „floppy baby” central core disease (CCD): AD, rendszerint nem vagy lassan progrediál nemalin myopathia: AD, sceletalis deformitas, nem vagy lassan progrediál centronuclearis myopathia: AD, AR, X; AR a legsúlyosabb, AD felnıttkorban
Izomdystrophiák Dystrophinopathiák Sarcoglycanopathiá Sarcoglycanopathiák EmeryEmery-Dreifuss (spectrin, spectrin, emerin) emerin) Myotoniá Myotoniás dystrophia Facioscapulohumeralis dystrophia
Deléció, X: Out-of-frame: Duchenne In-frame: Becker CK: 50x Szív, scoliosis Mentális retardáció
Mitokondriális betegségek Aminosav, zsírsav, oxidatív foszforiláció Kettısszálú DNS, 37 gén 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Genetikai kód különbözik a genomtól Nincs intron Gyakori mutáció Kevésbé effektív repair Többszáz-ezer copy egy sejtben Anyai öröklıdés Nukleáris fehérjék a funkcióhoz Autoszomálisan is öröklıdhet mitokondriális betegség!
Heteoplazmia, „küszöb”, reverzibilitás De mindkét nem érintett!
Nukleáris gén defektusok lipid metabolizmus, Krebs ciklus komplex I-V deficiencia döntıen AR, néhány X-hez kötött
Kommunikációs gén defektusok AR vagy AD, multisziszté multiszisztémás AR izom vagy máj
Mitokondriális gén defektusok deléciók duplikációk pontmutációk
Mikor kell rá gondolni? Izolált tünetek: progresszí progresszív kü külsı lsı szemizombé szemizombénulá nulás (PEO) PEO) myopathia (laktát acidózis, ragged-red fibers) vakság (Leber: 18-30 éves, döntıen ffi, akut vagy szubakut)
Többszervi + kombinált idegrendszeri tünetek: PEO, retinopathia, retinopathia, ataxia + szí szív: vezeté vezetési zavar (Kearn-Sayre: KSS) myoclonus, epilepszia, myopathia, ataxia (MERFF: myoclonic epilepsy with ragged-red fibers) stroke, epilepszia, laktát acidózis, epilepszia, dementia, hányás (MELAS: mitochondrial encephalopathy, lactic acidosis, stroke-like) dementia, hallászavar, endokrin, izom szív máj, GI
