1

CHOROBY

DZIEDZICZONE

AUTOSOMALNIE

RECESYWNIE

Dr med. Tomasz Byrski

Zakład Genetyki i Patomorfologii
PAM

2

CECHY DZIEDZICZENIA

AUTOSOMALNEGO RECESYWNEGO

1. Choroba występuje u homozygot
2. Małe ryzyko dla potomstwa
3. Jednakowa częstość i ciężkość

objawów
u obu płci

4. Stała ekspresja w rodzinie
5. Poziomy wzór rodowodu
6. Ważne pokrewieństwo rodziców

3

Choroby recesywne

autosomalne

CHOROBA

Częstość na 1000 urodzeń

Mukowiscydoza

0,5

Upośledzenie umysłowe rec.

0,5

Głuchota wrodzona

0,2

Fenyloketonuria

0,1

Rdzeniowy zanik mięśni

0,1

Ślepota recesywna

0,1

Zespół nadnerczowo-płciowy

0,1

Mukopolisacharydozy

0,1

Inne

0,3

Ogółem

2/1000

4

CYSTIC FIBROSIS –

CF

MUKOWISCYDOZA

CZĘSTOŚĆ NOSICIELSTWA:

1:20 – 1:25

CZĘSTOŚĆ CHOROBY:

1:2300

5

Mucoviscidosis

Objawy ze strony układu oddechowego
(występują u ponad 90% chorych)



gęsty i lepki śluz, który zalega w oskrzelach i jest

podłożem dla rozwoju bakterii



występuje uciążliwy kaszel, niekiedy duszność (pierwsze

objawy mogą wystąpić już w wieku niemowlęcym)



nawracające zapalenia oskrzeli i płuc, trudno poddające

się typowemu leczeniu, prowadzą do rozstrzeni oskrzeli i
włóknienia płuc



przewlekłe zapalenie zatok bocznych nosa z polipami

(głównie u starszych dzieci i dorosłych)

6

Mucoviscidosis

Objawy ze strony przewodu pokarmowego
(występują u około 75% chorych)



gęsty i lepki śluz blokuje przewody trzustkowe i

przyjmowane pokarmy nie są odpowiednio trawione i
wchłaniane, co prowadzi do zaburzeń odżywiania



występują obfite, nie uformowane, cuchnące,

tłuszczowate stolce (najczęściej od wczesnego
dzieciństwa)



powiększenie objętości brzucha, niekiedy wypadanie

odbytnicy
niedrożność smółkowa jelit w okresie noworodkowym
(często pierwszy objaw mukowiscydozy)

7

Mucoviscidosis

Niektóre inne objawy:



opóźnienie rozwoju fizycznego (niedobór masy i

wysokości ciała)



upośledzenie rozwoju mięśni (np. brak pośladków)



nadmierna męczliwość (szybkie męczenie się przy

wysiłku)

8

Mucoviscidosis

Szczególnego charakteru chorobie

nadaje fakt, że rozpoznanie

mukowiscydozy

u dziecka jest jednoznaczne z

rozpoznaniem rodziny wysokiego

ryzyka genetycznego!

9

Mucoviscidosis



Częstość występowania mukowiscydozy w Polsce

oceniana jest na 1:2300 żywo urodzonych.



Chorobą tą dotknięte są zarówno noworodki,

niemowlęta, dzieci starsze, jak i dorośli.



Długość przeżycia, jak i jakość życia pacjentów w

dużej mierze zależą od wczesnego rozpoznania i
prawidłowego leczenia.



Mimo znacznego postępu konwencjonalnych

metod terapii, średnia długość życia chorych nie
przekracza 30 roku życia.

10

Mucoviscidosis



Przy częstości urodzeń 400 000, w Polsce rocznie

rodzi się około 200 dzieci dotkniętych tą chorobą.



Około dwóch milionów Polaków, w równym

stopniu mężczyzn i kobiet, jest nosicielami
zmutowanego genu CFTR.



Polski Rejestr Mukowiscydozy, prowadzony w

Instytucie Gruźlicy i Chorób Płuc (Zespół
Pediatryczny im Jana i Ireny Rudników w Rabce), w
1998 zawierał informacje o 899 żyjących chorych z
mukowiscydozą.

11

Mucoviscidosis

Struktura genu

Gen CFTR (ang. cystic fibrosis transmembrane
regulator)

został sklonowany w 1989 roku. Stało

się to w niespełna cztery lata od chwili określenia
jego lokalizacji w długim ramieniu

chromosomu 7

(prążek q31.3).

Pozycja mapowa została ustalona

dzięki wykazaniu sprzężenia genu CFTR ze
znanymi markerami chromosomalnymi. Gen CFTR
zajmuje obszar

około 250 kb i składa się z 27

eksonów

. Jest jednym z większych znanych genów

człowieka. Wielkość eksonów jest zróżnicowana:
od 38 nukleotydów (ekson 14b) do 724
nukleotydów (ekson 13). Wielkości intronów
wahają się od 1,1 kb do 40 kb.

12

Mucoviscidosis

Funkcja białka

(1)

Sekwencja aminokwasów białka kodowanego
przez gen CFTR została określona na podstawie
analizy sekwencji nukleotydów. Kodowany w tym
genie polipeptyd, o masie cząsteczkowej około 170
kD, złożony jest z 1480 aminokwasów. Wyróżnia
się w nim szereg domen. Pozycję centralną białka
zajmuje domena R (regulacyjna). Po obu jej
stronach znajdują się domeny określane jako:
domena wewnątrzbłonowa i domena wiążąca
nukleotydy (ang. nucleotide binding folds, NBF).

13

Mucoviscidosis

Funkcje białka (2)

Białko CFTR ze względu na swoją strukturę i
funkcje zostało zaklasyfikowane do dużej grupy
białek transportowych tzw. "ABC family" (ang.
ATP-binding cassette) występujących zarówno u
bakterii, drożdży, muszki owocowej oraz u ssaków
Jest ono błonową glikoproteiną.
U człowieka pełni funkcje kanału chlorkowego w
komórkach nabłonkowych. Przypisuje mu się
również rolę w transporcie białek przez błonę
komórkową. Uszkodzenie tych funkcji, w wyniku
mutacji, prowadzi do zmiany kwasowości w
organellach komórkowych, powstawania lepkiego
(zahamowanie przepływu, wraz z jonami Cl-, wody)
o odmiennym składzie białek śluzu

14

Mucoviscidosis

Mutacje

Większość z opisanych w genie CFTR mutacji to
mutacje punktowe.



Mutacje missens - około 45%



Mutacje nonsens - około 18%



Mutacje o charakterze małych wstawek/delecji

(około 23% wszystkich znanych mutacji)



szereg mutacji na złączach intron/ekson/intron

oraz mutacji wewnątrzintronowych
odpowiedzialnych za błędną obróbkę transkryptu -
około 14%



wielkie delecje występują rzadko. Największa

znana delecja, około 40 tysięcy nukleotydów
obejmuje eksony od 11 do 18.

15

Mucoviscidosis

Heterogenność mutacji w genie CFTR

Do końca 2005 roku w genie CFTR opisano około
800 różnych mutacji odpowiedzialnych za
modyfikację lub brak jego funkcji. Trudno obecnie
wyjaśnić przyczynę tak wielkiej różnorodności
mutacji w tym genie. Nawet w populacjach
określanych jako wysoce homogenne
heterogenność mutacji jest znaczna.

Do wyjątków należy kanadyjska populacja
Hutteire, w której badając częstość występowania
dwóch mutacji (∆F08 i M1101K) identyfikuje się
wszystkie zmutowane geny CFTR.

16

Molecular Genetics of CFTR-Related

Disorders

Gene

Symbol

Chromoso

mal Locus

Protein Name

CFTR

7q31.2

Cystic fibrosis transmembrane

conductance regulator

17

Mucoviscidosis

Mutacje najczęściej odpowiedzialne za defekt genu CFTR

Nazwa mutacji

Lokalizacja

Badana populacja (%)

Świat*

(%)

∆F508

ex 10

54

66

del21kb

del2,3

2,6

G542X

ex 11

2,5

2,4

3849+10kb >T

in 19

2,3

0,2

1717-1G>A

in 10

2,2

0,6

N1303K

ex 21

1,9

1,3

R553X

ex 11

1,2

0,7

2184insA

ex4

0,9

0,1

W1282X

ex 20

0,6

1,2

mutacje sporadyczne

5,0

allel CF (nieokreślony)

26,8

*

dane Cystic Fibrosis Genetic Analysis Consortium

Zacieniowano mutacje najczęściej występujące w populacji polskiej

18

Ten Most Common CFTR

Mutations

Mutation

Relative

Frequency

Mutation

Phenotype

F508

66.0%

II

Classic

G542X

2.4%

I

G551D

1.6%

III

N1303K

1.3%

II

W1282X

1.2%

I

R553X

0.7%

I

621+1G->T

0.7%

I

1717-1G->A

0.6%

I

R117H

0.3%

IV

Nonclassic

R1162X

0.3%

Not clear

 2

Classic

19

Mucoviscidosis

Diagnostyka prenatalna

Diagnostyka prenatalna mukowiscydozy
oferowana jest w I i II trymestrze ciąży.

Źródłem

DNA do analizy molekularnej są komórki
trofoblastu lub amniocyty

.

Decyzje o poddaniu się badaniom prenatalnym
podejmowane są także przez te rodziny, które nie
decydują się na przerwanie ciąży po rozpoznaniu
prenatalnym choroby.

20

Mucoviscidosis

KOSZTY BADAŃ

W praktyce, w badaniach rutynowych

identyfikowane są te mutacje, które włączono w

handlowo dostępne zestawy diagnostyczne. W

chwili obecnej poza del21kb identyfikacja

wszystkich pozostałych mutacji jest możliwa za

pomocą takich testów.
Wykorzystywane do tej pory testy firmy

Inogenetics umożliwiały identyfikację 8 mutacji

(∆F508, ∆I507, G542X, 1717-1G>A, N1303K,

R553X, W1282X, G551D).

Mutacje del21kb i

3849+10kb wymagały wykonania dodatkowo

niezależnej analizy.

Koszty materiałowe testu Inogenetics dla jednego

pacjenta kształtowały się w granicach 250 zł.

Nowe zestawy umożliwiają identyfikację 27

mutacji za cenę dwukrotnie wyższą.

21

Mucoviscidosis

BADANIA MOLEKULARNE MUKOWISCYDOZY W
POLSCE

Analizę DNA w mukowiscydozie w Polsce
rozpoczęto w 1986 roku w Zakładzie Genetyki
Instytutu Matki i Dziecka.
Od kilku lat badania molekularne prowadzone są
również w Zakładzie Genetyki Człowieka PAN w
Poznaniu.
W obu tych ośrodkach rutynowo identyfikuje się
najczęściej występujące mutacje w genie CFTR.

Diagnostyka prenatalna mukowiscydozy
wykonywana jest jedynie w Zakładzie Genetyki
Medycznej Instytutu Matki i Dziecka.

22

Mucoviscidosis

Podstawowym celem molekularnych badań

diagnostycznych w mukowiscydozie jest

weryfikacja rozpoznania klinicznego oraz

zapewnienie rodzinom ryzyka

genetycznego odpowiedniej opieki

lekarskiej

.

Wydaje się jednak, że badania molekularne

mukowiscydozy, tak jak i innych chorób

dziedzicznych mają dodatkowy wymiar

jakim jest

profilaktyka. Jednym z

elementów profilaktyki wtórnej są badania

przesiewowe

23

Mucoviscidosis

The diagnosis of cystic fibrosis (CF) is established in
individuals with the following:



One or more characteristic phenotypic features of CF

AND



Evidence of an abnormality in cystic fibrosis

transmembrane conductance regulator (CFTR) function
based upon ONE of the following:



Presence of two

disease-causing mutations

in the CFTR

gene

OR



Two abnormal quantitative pilocarpine iontophoresis

sweat chloride values (>60 mEq/L)
OR



Transepithelial nasal potential difference (NPD)

measurments characteristic of CF

24

Mucoviscidosis

Sweat chloride.  
A chloride concentration of greater than 60 mEq/L in
sweat on two separate occasions is diagnostic. This
test is positive in over 90% of individuals with CF.



Sweat chloride levels higher than 160 mEq/L are not

physiologically possible and should be attributed to
technical error.



False positive sweat chloride results may be

associated with other conditions, most notably

mucopolysaccharidosis I-H

(Hurler syndrome).



False negative sweat chloride results may be obtained

in the setting of acute CF-related salt losses.

25

Mucoviscidosis

Transepithelial nasal potential difference (NPD).  

Respiratory epithelia regulate ion transport and alter
content of the airway surface fluid by active transport
mechanisms. The absence of functional CFTR at the
apical surface with resultant alterations in chloride efflux
and sodium transport produces an abnormal electrical
potential difference across epithelial surfaces.

The protocol for NPD measurements in individuals over
six years of age is well described, standardized, and
safely performed in many specialized CF centers
worldwide.

26

Mucoviscidosis

Newborn screening has been implemented using

immunoreactive trypsinogen (IRT) assays performed on

blood spots.

IRT levels are elevated in cystic fibrosis.

Abnormal results are therefore further evaluated with

molecular genetic testing of the CFTR gene OR sweat

testing after the child is at least two months of age (if

two disease-causing mutations are not identified)

27

Mucoviscidosis

CFTR molecular genetic testing is the initial diagnostic
test:



Prenatal testing, in a high-risk fetus



Prenatal diagnosis in low-risk fetus with echogenic

bowel



Newborn screening



Symptomatic infants (i.e., those with

meconium ileus) who are too young to produce
adequate volumes of sweat.



Testing of symptomatic sibs of an affected

individual in whom both CFTR

mutations

have

been identified

28

Mucoviscidosis

Prenatal Testing
High-risk pregnancies - molecular genetic testing of
DNA extracted from fetal cells obtained by amniocentesis
at 16-18 weeks' gestation or chorionic villus sampling
(CVS) at about 10-12 weeks' gestation. The disease-
causing mutations of the CFTR gene must be identified in
both parents before prenatal testing can be performed.

Indeterminate-risk pregnancies.   In cases in which
one parent is known to be a CFTR mutation carrier and
the other parent has tested negative for a panel of CFTR
alleles.

Low-risk pregnancies.  The finding of fetal echogenic
bowel and/or dilated bowel on USG is associated with an
increased risk for CF in a pregnancy previously not known
to be at increased risk for CF.

29

Mucoviscidosis

Respiratory:  

-

- lower airway inflammation and chronic endobronchial

infection (Staphylococcus aureus and Pseudomonas
aeruginosa)

-

- airway obstruction and intense neutrophilic

inflammation

-

(chronic cough, intermittent sputum production and

dyspnea)

-

- chronic endobronchitis, structural injury to the airways

-

(bronchiectasi)

-

- end-stage lung disease is characterized by extensive

damage to the airways (cysts/abscesses) and
accompanying fibrosis of lung parenchyma adjacent to
airways

30

Mucoviscidosis

Gastrointestinal:



Meconium ileus occurs (15-20%)



Pancreatic insufficiency with malabsorption (92% of

individuals - enzyme supplements)



Cystic fibrosis-related diabetes mellitus (CFRDM) - 3.1%

of children under 18 years of age require insulin. The
etiology is a combination of reduced insulin secretion
(secondary to fibrosis of the pancreas and reduced
number of islet cells) and peripheral insulin resistance



Hepatobiliary disease, with elevation of serum

concentration of liver enzymes in school-age children,
As liver disease progresses, individuals develop portal
hypertension and varices.

31

Mucoviscidosis

Fertility:



More than 95% of males with CF are infertile as a result

of azoospermia caused by altered vas deferens, which
may be absent, atrophic or fibrotic.
The body and tail of the epididymis and seminal vesicles
may be abnormally dilated or absent.



Women with CF are fertile, although a few females have

abnormal cervical mucus that may contribute to infertility.

32

Mucoviscidosis

Nowe kierunki leczenia



inhalacje liposomów - pozwalające na upłynnienie

śluzu i ułatwiające jego ewakuację;



inhalacje rekombimowanych antypro-teaz,

hamujące uszkodzenia oskrzeli przez enzymy
proteolityczne;



inhalacje (UTP) zwiększające uwodnienie płynu

okołorzęskowego poprzez zwiększenie wydzielania
Cl do światła oskrzeli;



stosowanie cytokin, ograniczające aktywność

stanu zapalnego;



immunoglobuliny hiperimmunonizowane

przeciwko najbardziej szkodliwej bakterii,
Pseudomonas aeuroginosa;



terapię genową, polegającą na wprowadzeniu

prawidłowego genu CFTR do komórek nabłonka
oddechowego; od trzech lat trwają próby
kliniczne.