Katedra

Diagnostyki Laboratoryjnej i Medycyny

Molekularnej PAM w Szczecinie

dr n. med.

Grażyna Adler

Geny, a
długowieczność

Wprowadzenie- statystyka i

demografia

Definicje
Teorie starzenia
Przerwa
Geny, a długowieczność

Starzenie się populacji świata

Piramida wieku- populacja Europy

1995 2025

Piramida wieku- populacja Azji

1995 2025

Piramida wieku- populacja Ameryki

Łacińskiej

1995 2025

Starzenie populacji świata

Fakty

2000 rok

600 milionów

w wieku

60 lat i powyżej

Prognozy

W 2025 roku

1,2 miliarda

W 2050 roku

2 miliardy

w wieku 60 lat i
powyżej

Różnice w długości życia w

wybranych populacjach

A

ttitude

G

ene

E

xcercise

I

nterest

N

utrition

G

et rid of smoking of anti- aging quackery

Średnia długość życia w wybranych

krajach

kobiety mężczyźni

Polska 77 69

Szwajcaria 84 79

Islandia 81 77

Japonia 86 79

(Główny Urząd Statystyczny

www.stat.gov.pl).

Regional Anti- Aging Conferences 2007

February 16- 17- Bangkok,

Thailand

March 22- 24-

Monako

- World Anti- Aging Congress

April 16- 17- London,

UK

April 20- 22- Moscow,

Russia

April 26- 28- Orlando, FL,

USA

- 15- th Annual 4AM

International Congress
April 29- May 1- Kuala Lumpur,

Malaysia

May 4- 6- Bucharest,

Romania

May 17- 20- Guang Zhou,

China

June 8- 10- Bangkok,

Thailand

June 15- 17- Tokyo,

Japan

August 2- 4- Chicago, IL,

USA

- 15- th Annual 4AM

International Congress
August 23- 26- Beijing,

China

September 6- 9- Bali,

Indonesia

September 7- 9- Seoul,

Korea

September 14- 16- London,

England

September 19- 22- Estoril,

Portugal

Oktober 5- 7- Madrid,

Spain

Oktober 19- 21- Dubai,

UAE

Oktober 20- 21- Melbourne,

Australia

November 1- 4- Shanghai,

China

November 16- 18- Bombai,

India

December 12- 15- Las Vegas, NV,

USA

- 15- th

Annual 4AM International Congress

Rola przypadku jako jeden z

czynników długowieczności ?

Próba wskazania cech

osobniczych i uwarunkowań
zewnętrznych sprzyjających
ekstremalnie długiemu życiu.

Starzenie się-

jest to proces, którego zasadniczą cechą jest
stopniowe, postępujące i nieodwracalne
zmniejszanie zdolności organizmu do utrzymania
homeostazy w odpowiedzi na różnorodne czynniki
środowiska zewnętrznego

Starość- wiek starczy

Końcowy okres starzenia się, który nieuchronnie kończy się

śmiercią.

Wg WHO za początek starości przyjmuje się 60-65 rok życia

Podokresy starości:

- starość wczesna

-

wiek podeszły

60-74

rok życia

- starość późna

-

75-89

rok życia

- starość bardzo późna

-

okres długowieczności

powyżej 90 roku życia

Ageizm

(ang. ageism, age = wiek;

wiekizm) dyskryminacja ze względu na
wiek.

Podobnie jak seksizm czy rasizm oznacza postawy i
przekonania oparte na stereotypach i uprzedzeniach -
w tym przypadku odwołujących się do wieku i
możliwości osób w danym wieku. Wiele osób
przyjmuje na przykład założenie, że osoby starsze są
powolne, słabe, niesamodzielne i mało innowacyjne.

Typy osób długowiecznych

Survivors

-

osoby, u których rozpoznano przewlekłą

chorobę związaną z wiekiem przed 80. rokiem życia

Delayers

- osoby, u których chorobę rozpoznano w

wieku 80. lat i później

Escapers

- osoby, które dożyły 100 lat bez

rozpoznania żadnej z dziesięciu najczęściej
występujących chorób przewlekłych

Gerontologia

–

nauka o starzeniu się i starości, zajmującą się
szerokim zakresem zagadnień, od biologii i
genetyki poprzez medycynę, psychologię po
socjologię i demografię.

Geriatria

–

dziedzina medycyny dotycząca fizjologicznych i
patologicznych aspektów starzenia się
człowieka oraz problemów klinicznych
starszego wieku.

Przyczyny zgonów w grupie osób

stuletnich

• Posocznica

• Zapalenie płuc

• Nowotwory złośliwe

• Choroby układu sercowo- naczyniowego

Czynniki genetyczne, a

długowieczność

• Wyższy stopień zgodności śmierci u bliźniąt

monozygotycznych w porównaniu do bliźniąt
dizygotycznych

Mc Gue et all. J Gerontol 1993,48:B237- B244

• Stabilizacja względnych czynników ryzyka i

malejące z wiekiem oddziaływanie czynników
środowiskowych

Perls et all. Proc Natl Acad Sci USA 2002,

99:8442- 8447.

Teorie starzenia

1.Teorie ewolucyjne

Akumulacji mutacji
Antagonistycznej

plejotropii

Dyspozycyjnego ciała
(ang. Disposable soma)

2.Teorie molekularne

Regulacji genowej
Mutacji somatycznych
Katastrofy błędu
Zaburzeń różnicowania
Restrykcji kodonu

Teorie starzenia

3.Teorie komórkowe

Telomerowa
Wolnorodnikowa
Apoptozy
„Wear” and „tear”

4. Teorie układowe

Neuroendokrynna
Immunologiczna
Współczynnika życia

Teoria akumulacji mutacji

• Mutacje oddziaływujące na stan zdrowia w

podeszłym wieku, nie wykazują działania
selekcyjnego

Teoria antagonistycznej plejotropii

• Mutacje charakteryzujące się korzystnym

efektm w młodości, ujawniają swoje wady
w wieku podeszłym

Teoria dyspozycyjnego ciała

• Zaznacza się negatywna korelacja między

sukcesem rozrodczym, a utrzymaniem
własnego ciała

Teoria regulacji genowej

• Wraz z wiekiem zmienia się ekspresja

genów regulujących procesy rozwoju i
starzenia

Teoria mutacji somatycznych

• Nabywanie i akumulacja mutacji DNA

Teoria katastrofy błędu

• Postępujący z wiekiem spadek

wierności procesu transkrypcji genów
skutkuje wzrostem poziomu
nieprawidłowych białek

Teoria zaburzeń różnicowania

• Sukcesywne gromadzenie

przypadkowych uszkodzeń
molekularnych zaburza procesy
regulacji ekspresji genów

Teoria restrykcji kodonu

• Wierność/dokładność translacji mRNA

jest osłabiona z powodu niezdolności
odczytania kodonów

Teoria telomerowa

• Spadek aktywności telomerazy

przyczynia się do skracania
telomerów, co w konsekwencji
prowadzi do zakończenia podziałów
komórek i ich śmierci

Teoria wolnorodnikowa

• Wolne rodniki tlenowe- pośrednie

produkty przemian metabolicznych,
prowadzą do uszkodzenia kwasów
nukleinowych i białek

Teoria apoptozy

• Sygnały zaangażowane w regulację

proliferacji i kontrolę cyklu
komórkowego biorą również udział w
procesie apoptozy komórki

Teoria „wear and tear”

• Akumulacja normalnych uszkodzeń

Teoria neuroendokrynna

• Zmiany w endokrynnej kontroli homeostazy

determinują związane z wiekiem zmiany w
fizjologii organizmu

Teoria immunologiczna

• Związane z wiekiem zmiany w układzie

immunologicznym prowadzą do obniżenia
zapadalności na choroby zakaźne, ale
podnoszą ryzyko chorób
autoimmunologicznych

Teoria współczynnika życia

• Przyjmuje założenie o stałości potencjału

metabolicznego każdego żywego organizmu

Bo starość nie jest gorsza od młodości,
Choć inne szaty nosi.
A kiedy noc oznajmia zmierzchu kres,
Niebo jest pełne gwiazd niewidocznych w

dzień.

H.W.

Longfellow

Choroby przedwczesnego starzenia

Jednostka
chorobowa/m.

czas życia

Uszkodzony proces

Objawy

Syndrom Wernera/
48 lat

Naprawa DNA,
replikacja
DNA, metabolizm
telomerów, apoptoza

siwienie, katarakta,
arterioskleroza,
osteoporoza,
cukrzyca,
atrofia skóry

Syndrom

Cocayne’a/
20 lat

Naprawa DNA

neurodegeneracja,
katarakta,
arterioskleroza,
osteoporoza,
cukrzyca

Syndrom Blooma/
28 lat

Naprawa DNA ?

nowotwory,
cukrzyca,
katarakta

Syndrom

Hutchinsona-

Gilforda/
12 lat

Struktura jądra,
transkrypcja

arterioskleroza,
osteoporoza, atrofia
mięśni

Misterium długowieczności

Jeanne Calment

1875- 1997

Brak czynników ryzyka

Uwarunkowania genetyczne

Czynniki środowiska

Długowieczność

„Geny

długowieczności”-

te spośród nich, których

produkty wpływają na czynność

wielu ważnych szlaków

metabolicznych, kształtują

tempo związanych z wiekiem

zmian w komórkach oraz

tkankach, prowadząc do

utrzymywania wysokiej

sprawności mechanizmów

naprawczych lub warunkując

adekwatną do bodźca odpowiedź

na stres środowiskowy, jakim są

infekcje czy urazy

Cummings S.R. et al. Am J Med. 2004, 117, 851-

860.

Źródła materiału do badań

• Krew
• Nasienie
• Ślina
• Mocz
• Włos
• Ząb
• Kość
• Tkanka

Izolacja kwasów

nukleinowych do

analiz molekularnych

Enzymatyczna lub

chemiczna ekstrakcja

Liza komórek

1 kopia

1 Billion kopii poPCR

30 cykli PCR

The Polymerase Chain Reaction

Amplifikacja logarytmiczna

Elektroforeza w żelu agarozowym

www.biorad.com

• Szerokie granice zakresu separacji

kwasów nukleinowych

• Optymalna wielkość fragmentów

200 bp do 30 kb

• Łatwe przygotowanie i obsługa

Elektroforeza w żelu

agarozowym

Elektroforeza w żelu poliakrylamidowym

www.biorad.com

• Wysoki stopień sprawności
• Skuteczna separacja cząstek

różniących się 1 bp

• Optymalna separacja w zakresie 5–

500 bp

Elektroforeza w żelu

poliakrylamidowym

Polyacrylamide Gel

Electrophoresis (PAGE)

Mikromacierze

Mutacje założycielskie

Po raz pierwszy pojawiły się w linii komórek zarodkowych

Charakteryzują się identycznym haplotypem, u

wszystkich

osób dotkniętych daną mutacją

Mutacje założycielskie „zlokalizowane” są w miejscach

mniej

narażonych na mutacje, dzięki czemu mogą przetrwać
tysiąclecia w niezmienionej postaci

Mutacje w gorących miejscach pojawiają się ze znacznie
większą częstotliwością

Dotyczą kilku procent populacji

Dla odróżnienia mutacji założycielskich od tych w

gorącym

miejscu prowadzi się analizę otoczenia miejsca mutacji

Mutacje założycielskie

Wysoką częstotliwość pojawiania się mutacji

założycielskich, pomimo wywoływanych przez nie
chorób genetycznych, można wytłumaczyć ich
korzystnym wpływem w pewnych warunkach
środowiskowych

6p21 7q31 12q22-24
13q11-12 14q31-32

Mutacje założycielskie

• G845A HFE
• deltaF508 CFTR
• C408T PHA
• 35delG GJB2
• G342A i A264T Serpina1

•

Zlokalizowany na chromosomie

6p21.3 kodującym HLA

• Składa się z 7 eksonów
• G845A (Cys 845Tyr)

tranzycja G/A

• Miejsce restrykcyjne dla enzymu RsaI
• Detekcja PCR/RFLP

HFE (ang. Hereditary

Hemochromatosis)

Hemochromatoza pierwotna- zaburzenie

związane ze zwiększoną absorpcją żelaza i
deponowaniem go w różnych narządach takich
jak: wątroba, nerki, mięsień sercowy, stawy oraz
trzustka, prowadzące do postępującego ich
uszkodzenia, a następnie niewydolności.

Hemochromatoza

CFTR (ang. Cystic Fibrosis

Transmembrane Regulator)

•

Zlokalizowany na chromosomie 7q31.2

• Składa się z 27 eksonów
• Delecja 3 zasad w eksonie 10- del 508
• Miejsce restrykcyjne dla enzymu MboI
• Detekcja PCR/RFLP

Mukowiscydoza

W klasycznej (pełnoobjawowej) postaci choroby,

najpoważniejszym problemem chorych jest

blokada drzewa oskrzelowego przez gęstą

wydzielinę. Ponieważ wydzielina nie może być

skutecznie usunięta, płuca są narażone na

zakażenia bakteryjne, a przewlekła niedrożność i

infekcje prowadzą do zniszczenia ich tkanki, co

staje się przyczyną śmierci ponad 90% chorych z

CFTR. Gęsta wydzielina zalegająca także

przewody trzustkowe prowadzi do jej zwłóknienia

i niewydolności, a gruczoły potowe o

nieprawidłowej budowie są przyczyną wysokiego

poziomu chlorków w wydzielanym pocie.

PHA (ang. phenylalanine hydroxylase

deficiency)

• Zlokalizowany na chromosomie

12q22-

24.1

• Składa się z 13 eksonów
• C408T (Arg 408Tryp)

substytucja C/T

• Miejsce restrykcyjne dla enzymu TaqI
• Detekcja PCR/RFLP

Fenyloketonuria

Spowodowana jest całkowitym lub prawie

całkowitym brakiem aktywności hydroksylazy

fenyloalaniny, enzymu wątrobowego

katalizującego konwersję aminokwasu

fenyloalaniny do tyrozyny. Obniżona lub brak

aktywności PAH prowadzi do wzrostu stężenia

fenyloalaniny (hyperfenyloalaninemia- HPA) oraz

wzrostu stężenia metabolitów fenyloalaniny, tj.

fenylopirogronianu i fenylooctanu w surowicy

krwi. Związki te mają charakter toksyczny,

powodują nieprawidłowości w tworzeniu osłonek

mielinowych w aksonach OUN, prowadząc do

upośledzenia umysłowego.

GJB2(ang. gap junction protein-



2)

• Zlokalizowany na chromosomie

13q12

• Składa się z 2 eksonów
• Delecja guaniny w poz. 35 (35delG)
• Miejsce restrykcyjne dla enzymu EcoRII
• Detekcja PCR/RFLP

Wrodzony izolowany niedosłuch

uwarunkowany genetycznie

Najczęstszą przyczyną izolowanego wrodzonego

niedosłuchu uwarunkowanego genetycznie,

DFNB1 są mutacje w genach odpowiedzialnych za

syntezę, białek błonowych- koneksyn,

odgrywających rolę w formowaniu kanałów

błonowych w połączeniach międzykomórkowych

typu „gap junction”. Połączenia te tworzą system

odpowiedzialny za niezbędną dla prawidłowego

słyszenia: wymianę elektrolitów,

neuroprzekaźników oraz metabolitów.

Serpina 1

• Zlokalizowany na chromosomie

14q31-

32.3

• Składa się z 7 eksonów

• Mutacja”Z” G342A (Glu342Lyz)
substytucja G/A w eksonie 5

• Mutacja „S” A264T (Glu264Val)
substytucja A/T w eksonie 3

• Miejsce restrykcyjne dla enzymu TaqI

• Detekcja PCR/RFLP

Alpha1AT

• Wiąże trypsynę i elastazę neutrofilową- proteazę

wytwarzaną przez neutrofile w odpowiedzi na

zakażenia i podrażnienia

• Wykazuje właściwości anty jak i prozapalne.

• W dolnych odcinkach dróg oddechowych nie

dopuszcza aby elastaza trawiła przegrody

pęcherzyków płucnych

• Zachowanie prawidłowej funkcji orgznizmu to

zachowanie równowagi pomiędzy elastazą, a -1

antytrypsyną

NIEDOBÓR alpha1AT

• Zachwianie równowagi- skutkuje niekontrolowaną

aktywnością proteolityczną elastazy neutrofilowej

skierowanej na zdrowe, przyległe tkanki, co w

rezultacie prowadzi do uszkodzenia pęcherzyków

płucnych, komórek wątroby oraz innych narządów.

Niedobór alpha1AT

Osoby posiadające genetycznie uwarunkowany

niski poziom 1- antytrypsyny w surowicy,

mniejszy niż 10- 15% normalnego poziomu, są

zagrożone rozwojem rozedmy płuc (w 3-5.

dekadzie życia), a także przewlekłej choroby

wątroby. U przynajmniej 10% ciężkich przypadków

w wyniku nagromadzenia nieprawidłowych

cząstek 1- antytrypsyny w wątrobie, dochodzi do

dziecięcej postaci marskości wątroby i/lub rozwoju

pierwotnego raka wątroby.

Niedobór 1- antytrypsyny jest jednym z

najczęściej występujących zaburzeń

autosomalnych recesywnych wśród rasy białej

Wszystkie spośród wymienionych

mutacji dziedziczą się w sposób
autosomalny recesywny- objawy
pojawiają się tylko u homozygot
posiadających dwie zmutowane
kopie genu

RR

R

r

rr

RR

R

r

RR

RR

RR

RR

rr

R

r

R

r

R

r

R

r

Autosomal Recessive

Disorders

W jaki sposób można wytłumaczyć

utrzymywanie się mutacji
założycielskich w populacji?

Mutacje założycielskie

Wysoką częstotliwość pojawiania się mutacji

założycielskich, pomimo wywoływanych przez nie
chorób genetycznych, można wytłumaczyć ich

korzystnym wpływem w pewnych warunkach
środowiskowych

?

Okazuje się, że

(jeden allel zmutowany)

Mutacja w genie

HFE

* chroni kobiety przed niedokrwistością z niedoboru

żelaza

Mutacja w genie

CFTR

* zapewnia łagodniejszy przebieg w przypadku

pewnych

infekcji, którym towarzyszy biegunka: cholera, dur
brzuszny- chroni przed biegunką

Mutacja w genie

PHA

* zapewnia swoim nosicielom zwiększoną odporność na
ochrotoksyny

Mutacja w genie

GJB2

* jej nosiciele posiadają grubszą skórę dającą ochronę
przed infekcjami związanymi z przerwaniem jej

ciągłości

Mutacja w genie

serpiny 1

* zapewnia swoim nosicielom odporność na zakażenia
dróg oddechowych

W ciasnym godzin kole

brakuje miejsca dla jednej

zwanej Nieśmiertelność

Cyprian Kamil Norwid