WYK. 1 PODŁOŻE GENETYCZNE ZESPOŁU DOWNA. KORELACJE GENOTYP-FENOTYP
Powstanie aberracji zachodzi w czasie gametogenezy lub 1 podziału zygoty,
Czynniki zaburzające podziały komórkowe:
promieniowanie jonizujące
czynniki chemiczne
hormony
wirusy
inne czynniki fizyczno-chemiczne (pole elektromagnetyczne? Komputer?)
Aberracje
liczbowe
Poliploidie (zwielokrotnienie) - 2 x 46
Aneuploidie - 46 + 1
Euploidie - równe 46
strukturalne
zrównoważone (nie dochodzi do utraty /naddatku materiału biologicznego): translokacja, inwersja
niezrównoważone (dochodzi do utraty/naddatku materiału biologicznego): izochromosom (np izochrom. dł. Ramion), Chromosom pierścieniowaty, Delecja, Insercja (wbudowanie), Duplikacja
Zespół Downa historia: 1866 - 1 opis kliniczny - Langdon Down, 1956 - identyfikacja trisomii chromosomu 21 jako przyczyny
fenotyp: opóźnienie umysłowe, niski wzrost, charakterystyczne cechy dysmorficzne (skośne ustawienie szpar powiekowych, fałd nakątny, niska nasada nosa, nisko osadzone małżowiny uczne, duży pobrużdżony język, pojedynczy poprzeczny fałd zgięćiowy, szeroki odstep między paluchem a pozostałymi palcami stopy, wady wrodzone (wada serca 40% ,zwężenie przewodu pokarmowego 3-5%, przepukliny), niedoczynność tarczycy (wzrost poziomu TSH) i brak sprzężenia zwrotnego, zaburzenie rozwoju cielesno-płciowego, przewodzeniowa utrata słuchu, zaburzenia narządu wzroku, objawy neurologiczne (hipotonia mięśniowa) również mm krtani, progeria (szybsze skraanie się telomerów, upośledzona naprawa DNA), niska odporność nieswoista (zwiększona aktywność SOD1 rozkład nadtlenków komórek fagocytujących, zwiększona dawka białka S100 beta (zwiększone wiązanie cynku spadek aktywności grasicy, spadek chemotaksji neutrofilów)), niska odporność komórkowa (słaba aktywacja limfocytów T), zwiększona podatność na nowotwory (białaczka 40x, ostra białaczka megakariocytarna AMKL - 400x), ale większa podatność na leczenie (inny metabolizm folianów), dodatkowe kopie syntetazy beta cystationiny - aktywacja araC, nowotwory narządowe - mniejsza podatność
fenotyp behawioralny (zachowanie): nie mozan na podstawie tego rozpoznawać żadnego zespołu genetycznego ale pozwala na lepsze poznanie zespołu, zrozumienie dziecka chorego na dany zespół
leczenie i rehabilitacja: leczenie objawowe (brak leczenia przyczynowego), rehabilitacja ogólnorozwojowa, wczesne usprawnienie, logopeda, niezbędne konsultacje (endokrynolog - niedoczynność tarczycy, okulista, laryngolog - słuch, wiotkość krtani, neurolog, kardiolog - wady serca, ortopeda - niestabilność kręgu C1 i C2
cytogenetyka
klasyczna (wolna, prosta) trisomia 21
jednorodna: 47, XX, +21 (95%)
mozaikowa 47, XX, +21 / 46, XX (1-9%): część komórki ma dodatkowy 21, część jest prawidłowa), brak prawidłowego rozdziału chromosomu 21 pary w komórkach rozrodczych lub w zygocie (w większości najpierw trisomia, potem staje się mozaika)
kariotyp oceniamy na podstawie limfocytów
częstosć, krzywa dwugarbna (bimodalna), ryzyko
< 35 rż -> 1 dziecko 1/700 -> 2 dziecko 1/50.
> 35 rz -> 1 dziecko 1/50 -> 2 dziecko 1/50
im starsza kobieta tym więcej skumulowanych substancji szkodliwych
im starsza kobieta tym mniejsza zdolność do odrzucania wadliwych zarodków
Przyczyny zwiększonego ryzyka <35 rż: skłonność do nierozdzielania centrosomów, ukryta mozaika (1-5%), mozaika gonadalna, Jeśli jeden rodzic ma mozaikę gonadalną to ryzyko dziecka to 50%
Przyczyny zwiększonego ryzyka >35 rż: akumulacja błędów genetycznych w starej komórce jajowej, spada zdolność odrzucania zygot/płodów z trisomią 21
Klasyczna trisomia 21 - ryzyka dla krewnych II i III stopnia nie większe niż populacyjnie
trisomia translokacyjna (4%): de novo, dziedziczona po rodzicu-nosicielu translokacj zrównoważonej chromosomu 21 na inny chromosom (fuzja centryczna = translokacja robertsonowska z innym chromosomem akrocentrycznym, najczęściej 14), Kariotyp - t(14;21)(q10;q10), 21, Związek zdrowy + nosiciel (ryzyko poczęcia 1/6, ryzyko urodzenia : teoretycznie 1/3, empirycznie nosicielka matka -> 10-15%, nosiciel ojciec -> kilka procent), Monosomie chromosomów są letalne, trisomie zazwyczaj też, Ryzyko urodzenia dziecka z trisomią translokacyjną przez rodzica-nosiciela (niezależne od wieku, wzrost ryzyka dla krewnych II i III stopnia! (rodzinne nosicielstwo translokacyjne))
trisomia translokacyjna chromosomu 21 na chromosom 21: 46, XY, t(21;21)(q10;q10),t21, najczęściej de novo, jeśli rodzic jest nosicielem praktycznie nie ma szansy na urodzenie zdrowego dziecka, trob(21;21), ryzyko poczęcia : 50%, ryzyko urodzenia : 100%
wykrywanie trisomii 21: kariotyp konstytucyjny (limfocyty T), liczba analizowanych metafaz 20-100, kariotyp innego listka zarodkowego, badanie molekularne FISH, PCR, Region krytyczny Zespołu Downa (21q 22.2 - 21q 22.3) - jeśli ten region jest zduplikowany to występują wszystkie objawy zespołu, AAP białko prekursorowe amyloidu, dodatkowa kopia genu dla niego w zespole Downa, większa produkcja, więc odkłada się więcej amyloidu w układzie nerwowym (czeste objawy Alzheimera)
Rozpoznanie: w 10-15 % przypadków rozpoznanie kliniczne zespołu jest fałszywie dodatnie, Rozpoznanie zespołu genetycznego - jedynie na podstawie badań genetycznych (możliwość fałszywie dodatnich lub błędnych rozpoznań klinicznych fenotypowych), konieczność ustalenia mechanizmu (prosta trisomia, mozaika) -> wpływ na wielkość ryzyka genetycznego, pojedyncza cecha nie znaczy że ktoś ma dany zespół, np bruzda małpia występuje w 4% populacji
WYK. 2 PIĘTNOWANIE GENOMOWE, DISOMIA UNIPARENTALNA
Imprinting genomowy - fizjologiczny mechanizm występujący u wszystkich wyższych Eucaryota, modyfikacja ekspresji genu, głównie spadek ekspresji, mechanizm - metylacja genów powoduje ich wyciszenie. Miejsce i czas imprintingu genomowego zachodzi w późnej gametogenezie bardzo wczesny okres rozwoju zarodkowego. Występuje inny wzór piętnowania w gametogenezie męskiej i inny w żeńskiej. W komórkach somatycznych dziecka - stały wzór piętnowania genów, zależny od ich pochodzenia od ojca albo od matki. Cecha stała, zależna wyłącznie od płci rodzica, niezależna od płci dziecka. W gametogenezie dziecka - zmazanie piętna rodzicielskiego, narzucenie nowego piętna, zależnego od płci dziecka.
Wzór piętnowania - specyficzny gatunkowo, we wszystkich chromosomach, występują regiony (strefy) piętnowania. Region 15q11-q13 jest jednym z najbardziej niestabilnych regionów. Geny w strefach pietnowania zachowują się w zależności od płci rodzica, od którego zostały odziedziczone. Geny w strefach niepiętnowanych zachowują się niezależnie od płci rodzica od którego zostały odziedziczone.
Mechanizm imprintingu genowego - nie został do końca poznany, centra imprintingu miejsca od których rozpoczyna się imprinting
Znaczenie biologiczne imprintingu - ochrona przed partenogenezą (dzieworódzctwem), ochrona przed podwójną dawką genów, który ch dwualleliczna ekspreasja mogłaby być szkodliwa dla organizmu. Mimo że imprinting rodzicielski jest zjawiskiem fizjologicznym ma wpływ, jeśli nałoży się nań jakaś patologia, na ujawnianie się niektórych zespołów mikroabberacji, chorób monogenowych i nowotworów
Disomia uniparetnialna (jednorodzicielstwo) UDP - zjawisko patologiczne, dwa chromosomy z danej pary, od jednego rodzica
Heterodisomia - dwa różne chromosomy (homologiczne), nondysjunkcja w mejozie, trisomiczna zygota letalne lub subletalne (21, 18, 13), mechanizm wyrównywania trisomii (może być wyrzucony jeden z dwóch od jednego rodzica (dobrze), może być usuwany pojedynczy od jednego rodzica (źle, bo oba zostają od drugiego rodzica). Daje to nam „niemendlowskie” ujawnienie się cech recesywnych jak np. przekazywa nie hemofilii z ojca na syna (przy założeniu, że X i Y sa homologicznymi chromosomami), przekaz chorób autosomalnych recesywnych
Homodisomia (izodisomia) - dwa takie same (te same) chromosomy, utrata w mejozie, monosomiczna zygota (letalne, oprócz monosomii X), mechanizm wyrównawczy monosomii (duplikacja chromosomu), dane geny mają oba allele wyciszone lub oba aktywne. Daje to nam „niemendlowskie” ujawnienie się cech recesywnych jak np powielenie genu z mutacją -> ujawnienie się cech recesywnych
Niezależne od mechanizmu:
możliwość nieprawidłowej funkcji genów zależna od imprintingu genomowego
w strefach piętnowania: oba allele wyciszone, oba allele aktywne
Zagadka mikrodelecji 15q11-q13 - jednakowa delecja daje dwa zupełnie różne fenotypy
Zespół Pradera Williego: lekkie opóźnienie rozwoju, znaczna otyłosć, hiperfagia, hipogonadyzm, stereotypia, częstość 1/10000-15000, delecja w chromosomie ojcowskim
Zespół Angelmana: znaczne opóźnienie rozwoju, brak otyłości, brak hiperfagii, hipogonadyzm i stereotypie +/- , częste wybuchy śmiechu, ataksja móżzkowa, częstosć 1/25000, delecja w chromosomie matczynym
PWS Zespół Pradera Willi:
etiologia: mikrodelecja w chromosomie ojcowskim 70-75%, matczyna disomia uniparentalna 25%, zaburzenie imprintingu (mutacje centrum imprintingu) - u ojca piętnowanie na wzór kobiety, brak czynnego materiału ojcowskiego 15q11-q13, matczyny wzorzec imprintingu, który przytłumia ekspresję 2-4 genów PWS (np GABRB3, SNRPN (dział. w CUN), translokacje, inwersje obejmują region krytyczny PWS, AS (PWACR)
fenotyp: małe dłonie i stopy, krótka szyja, palce stożkowato zwężające się, wnętrostwo, bezpłodność, migdałowate szpary powiekowe, fałdy nakątne, ciąża, słabe ruchy płodu. W okresie noworodkowym (nie chce jeść -> zaburzenie ośrodka głodu i sytości, hipotonia, hipotrofia), od 2 r. ż. (hiperfagia, zależny od UPD matki: zaburzenia psychiczne - choroby afektowne jedno lub dwubiegunowe w wieku młodzieńczym (duplikacja genu UBE3A) i depresja lub depresja na przemian z zachowaniami euforycznymi), znaczna otyłość bo stałe uczucie głodu (zespół metaboliczny, miażdzyca, ch niedokrwienne serca, udary, zawały). Środek życia (niższy wzrost -> więc dajemy GH (powoduje też lepszy rozkład gospodarki węglowodanowej, białkowej i tłuszczowej))
fenotyp behawioralny: towarzyskość, przyjacielstwo, natręctwa, stereotypia, „zdobywanie” jedzenia
korelacje genotypowo-fenotypowe: delecje -> większe opóźnienie w rozwoju, UPD, ID -> lżejsze objawy ogólne (mogą np skończyć gimnazjum), ale zaburzenia psychiczne o charakterze autystycznym, nieznana etiologia -> ciężkość objawów = delecje
ryzyko powtórzenia: niskie (<1%) <- delecja pat, wyższe <- UPDmat, t(15;15) - ryzyko 100% , zaburzenia piętnowane inne niż delecja IC, wysokie (około 50%) <- niektóre mutacje
ZA Zespół Angelmana:
etiologia: mikrodelecja matczyna 15q11-q13 - 70%, disomia uniparentalna ojcowska - 2 - 3 % ( w tym translokacja robertsonowska 15;15), zaburzenia imprintingu ( ID) - 3 - 5 %<- mutacje lub delecje w centrum imprintingu, translokacje, inwersje obejmujące locus UBE3A lub IC, dziedziczone po matce - 1%, nieznane czynniki - 15%, de novo albo odziedziczone po matce autosomalna dominująca mutacja genu UBE3A (ligazy ubikwintyny, wiąże ubikwintyne z białkiem przeznaczonym do zniszczenia) - 11 % (Nobel 2004 za mechaniczne działanie ubikwintyny)
fenotyp: ataktyczny chód, charakterystyczne ruchy kończyn górnych, wybuchy śmiechu, często nieadekwatne do sytuacji, dysmorfia (małogłowie, pragnatyzm (wysunięcie żuchwy), w większości letalny dla płodów męskich, głębokie opóźnienie rozwoju psychiczno-ruchowego, napady padaczkowe, brak lub znaczne ograniczenie rozwoju mowy, zaburzenia snu !
korelacje genotypowo-fenotypowe: delecje -> duże opóźnienie rozwoju, brak mowy, hipopigmentacja skóry, włosów i tęczówek (delecja genu P - transportera tyrozyny (mniej melaniny)), UPD-ID -> objawy najlżejsze, mogą być zaburzenia autystyczne, mutacje UBE3A -> pośrednie objawy, nieznana etiologia -> ciężkość objawów = delecje
ryzyko powtórzeń: niskie (<1%) <- delecja matczynnego, UPD pat ( z wyjątkiem t(15;15) - ryzyko 100%), zaburzenia piętnowania, inne niż zaburzenie IC, wysokie (około 50%) <- odziedziczona po matce translokacja lub delecja regionu krytycznego, delecja IC matczynego. UBE3A oziedziczone po matce, nieznana przyczyna
Strategia badania genetycznego PWS i AS
wyjściowo zawsze kariotyp
analiza metylacji locus SNRPN -> rozpoznanie PWS albo AS (przytłumiany przez imprinting matczyny)
tylko metylowane - PWS
tylko niemetylowane - AS
takie i takie - brak zaburzeń
wyjaśnienie mechanizmu
FISH z sondą dla regionyu krytycznego -> -> delecja
badanie polimorfizmu DNA (RFLP -> UPD)
PCR, sekwencjonowanie DNA -> mutacji
mutacja UBE3A -> AS
WYK. 3 CHOROBY O DZIEDZICZENIU MENDLOWSKIM
Choroby monogenowe:
gen choroby, gen chorobowy - gen który jest zmutowany, dlatego powoduje daną chorobę
homozygota - organizm który ma 2 allele jednakowe danego genu ; nieprawidłowa - 2 allele zmutowane (nie koniecznie te same mutacje)
heterozygota - dwa allele różne
hemizygota - organizm który ma tylko jeden allel danego genu ; fizjologicznie męzczyzni XY, patologiczne - zespół Turnera X0, delecje (zespół Kociego Pazura)
Choroby autosomalne dominujące (AD) - większość AD nie ujawnia się od razu i nie u wszystkich osób, chorobą modelową jest achondroplazja
A'a aa
A'a A'a aa aa ryzyko teoretyczne 50%
Penetracja genu - odpowiada odsetkowi osób mających nieprawidłowy gen u których ujawni się choroba AD. Liczba osób z genem chorobowym i objawami choroby / liczba osób z genami chorobowymi dominującymi w danej populacji
Ekspresja genu - indywidualne ( u danego osobnika) ujawnianie się aktywności genu w postaci transkryptu (mRNA) lub produktu (białko). Penetracja = suma ekspresji genu w danej populacji
Nowa mutacja - <1/3 przypadków danej choroby, ciężki przebieg, obniżona zdolność reprodukcji, trzeba podejrzewać że rodzice mają chorobę, ale przebiegającą bezobjawowo
Ujawniania się zależnie od płci - specyfika funkcji organ. zależnie od płci, np. hipercholesterolemia rodzinna (mut genu dla receptora LDL, bardzo wczesna miażdzyca, zawały nawet u dzieci), hemochromatoza - A.R (różne mutacje, m.in. genu HFE, gromadzenie żelaza w organizmie, w chorobach miaższowych (np. mózg) OUN → degradacja, ujawniana później, częściej u mężczyzn, u kobiet po menopauzie (utrata miesięczna żelaza), mężczyźni 10xczęściej do wieku 40-50 lat, na 10 mężczyzn choruje 1 kobieta (rola ochronna estrogenów), u kobiet łagodniejszy przebieg
Imprinting genomowy (piętnowanie rodzicielskie): Pląsawica Huntingtona (chory ojciec) - ujawniana wcześniej, silniejsze objawy, dystrofia miotoniczna (matka chora) - ujawnianie wcześniejsze, silniejsze objawy
Choroby o wczesnym początku:
ujawniają się od razu po urodzeniu
100% Penetracja - achondroplazja
mutacja genu FGFR# - receptora enzymu wzrostu fibroblastów
dziecko rodzi się z krótkimi kończynami
Choroby o wczesnym początku:
Choroba Huntingtona
20 lat - stopień penetracji b. mały
30-40 lat - penetracja bardzo wysoka ok 90%
70 lat - pojedyncze osoby - późna postać, niewielka penetracja
Antycypacja - głównie w chorobach, których podłożem są mutacje dynamiczne), występują z pokolenia na pokolenie, choroby genetyczne wcześniej i o cięższym przebiegu (np. HD, pierwszy objaw u rodziców ok 40 lat → następne pokolenie 10 lat wcześniej)
Heterogenność genetyczna - gen - to jest pewna ciągłość, sekwencja DNA, mutacje w różnych punktach, mutacje w różnych eksonach tego samego genu → różny efekt nawet w tym samym eksonie → różne objawy u różnych osób, mutacje w różnych loci → podobny efekt (np. bloki metaboliczne)
Fenokopie (kopie fenotypowe) - są różne mutacje a objawy w obu organizmach podobne (np. bloki metaboliczne), bruzda małpia u normalnych osób to fenokopia cechy Downa
Przykłady: HD, Dystrofia miotoniczna, Hipercholesterolemia rodzinna, Torbielowatość nerek typu dorosłych, Nerwiakowłóknikowatość (ch Recklinghausena), Polipowatość okrężnicy, Sferocytoza wrodzona, Achondroplazja
Mutacje dynamiczne
znaczne zwiększenie się liczby powtórzeń trójnukleotydowych (np. CAG, CGG) = ekspansja trójnukleotydów (ślizganie się polimerazy DNA (podwójna replikacja))
normalnie stała liczba powtórzeń: CAG - 4p16 → l. Prawidłowa - 9-27
choroby związane z ekspansją - grupa TRED (Trunucleotide Repeats Expansion Diseases)
z pokolenia na pokolenie liczba powtórzeń może wzrastać → antycypacja, ekspansja nie jest hamowana w spermatogenezie, dlatego jeśli odziedziczy od ojca to dużo więcej powtórzeń, a jak od matki to mniej więcej tyle samo co ona
geny zlokalizowane na autosomach i chrom X
choroba: niewielka liczba powtórzeń w sekwencji kodującej, znaczna liczba powtórzeń w końcu 3'5' (np. o kilkaset) danego genu
premutacja mutacja (zwielokrotnienie w czasie pokolenia liczby powtórzeń)
liczba powtórzeń rośnie stopniowo z pokolenia na pokolenie: CAG 27 → 35 nie musi być objawów, nosiciel, premutacja → prawie 100% wystąpienia choroby, bo tak dużo powtórzeń, mutacja
przykłady: HD - 4p16 CAG, dystrofia miotoniczna CTG 19q 13.3, ataksja (niezborność) (rdzeniowo móżdżkowa), rdzeniowo opuszkowy zanik mięśni (SBMA), zespół kruchego X CGG Xq27
Choroba Huntingtona (Huntington Disease = HD)
w pewnym stadium choroby ruchy pląsawicze, pewna niezborność, nie panuje nad ruchami, też upośledzenie mowy, 1/10000 - w Europie
Historia: 1872: George Huntington - „On Chorea” w „Medical and Surgical Reporter” - jego jedyny artykuł, 1986: testy „predykcyjne” przy pomocy analizy sprzężeń (RFLP) → przepowiada ryzyko zachorowania, 1993: identyfikacja genu IT 15 oraz charakteru mutacji → testy bezpośrednie
podłoże molekularne: gen IT 15 - locus: 4p16.2 - mutacja huntingtonina (nieprawidłowe białko), mutacja dynamiczna - ekspansja trój nukleotydów (mikrosatelity) CAG, (CAG)n = 9-27 - nie patogenne, 27-35 - nie patogenne, pośrednie, premutacja, podatność na mutacje, 36-39 - obniżona penetracja (↑ ryzyko po 50 r.ż., łagodna lub nie ma choroby, ale na 100% w następnym pokoleniu), ≥40 - patogenne
klinika: 40-50 - postać dorosła - najczęstsza, ok. 90%, początek 30-40r.ż.,
warianty kliniczne: >50 - postać młodzieńcza - <20 r.ż. (10%, w tym 2% <10r.ż), antycypacja, dziedziczenie głównie od chorego ojca! czasem dziecko choruje, gdy u ojca nie ma jeszcze objawów np. 2 letnie dziecko (objawy - spastyczność, szybki przebieg), <40 - postać starcza (starsza) 50r.ż., powolna progresja (ok. 20 lat), czasami brak historii rodzinnej ( niej jako 1. zwiększenie)
objawy: pierwsze psychiczne - zagubienie, zaburzenia orientacji, zapominanie, zmiany nastrojów, agresja na najbliższe osoby, nieumiejętność planowania i oceny sytuacji, osądu, po kilku latach: ruchy pląsawicze, zaburzenia okulomotoryczne, zaburzenia mowy (chorea - pląsawica, dystonia, atetoza - marionetkowe ruchy), dochodzi do całkowitego otępienia, czasem dochodzi, ale bardzo wolna jest droga przewodzenia, np. pytanie rano, odpowiedź wieczorem, czas trwania 15-20 lat, młodszy wiek zachorowania - szybszy przebieg choroby (10lat)
przyczyny śmierci: zapalenie płuc - 33%, choroby serca - 25%, uduszenie się (bo np. słabe mięśnie), samobójstwo, choroba jest nieuleczalna
antycypacja: młodszy wiek zachorowania dzieci, niż rodziców, np. rodzice - śr. 41 lat, dzieci - 32 lata (USA), cięższe objawy (charakterystyczne dla chorób, których podłożem jest mutacja dynamiczna)
imprinting genomowy: występowanie choroby i ciężkość objawów zależy od płci rodzica, od którego mutacja dynamiczna została odziedziczona (HD - ojciec)
Choroby autosomalne recesywne (AR), chorobą modelową jest hemochromatoza
Aa'Aa'
AA Aa' a'A a'a' ryzyko choroby 25 %, ryzyko nosicielstwa 50%
disomia uniparentalna - 2 chromosomy od tego samego rodzica
imprinting genomowy
nowe mutacje - mało prawdopodobne
ujawnienie się zależne od płci - hemochromatoza
mutacje „silne” i „słabe”
nosicielstwo genetyczne - zawsze się przypuszcza u obu rodziców
mutacje „silne” - w regionie promotorowym całkowite lub >50% zahamowanie funkcji
mutacje ”słabe” - w intronach sekwencji niekodujących lub kodujących, ale nie zmienia funkcji, tylko ewentualnie aktywność
rodzice na pewno są nosicielami, jeżeli maja dwoje dzieci z daną chorobą
2 różne mutacje chorobowe,
heterozygota złożona,
2 nieprawidłowe allele, ale różne
przykłady: bloki metaboliczne, np. fenyloketonuria (najczęstsza AR w Polsce), mukowiscydoza - najczęstsze nosicielstwo (1/20-25 os.), anemia sierpowatokrwinkowa, zaspoły nadnerczowo-płciowe,
AR najczęstsze choroby jednogenowe, bo AD często są śmiertelne
poradnictwo genetyczne: ryzyko teoretyczne, rodowód, badanie biochemiczne, identyfikacja nosicieli - badania molekularne: chory i nosiciel
profilaktyka: jeśli dany rodzic jest nosicielem, trzeba zbadać jego rodzinę - rodzeństwo, rodziców
Mukowiscydoza
1/25000 - zaniżone, bo często nierozpoznawana, najczęściej w populacjach europejskich
1/20 - nosiciele konieczność badań przesiewowych w kierunku nosicielstwa
badanie przesiewowe noworodków, bo choroba często ujawnia się dopiero, gdy zniszczy układ oddechowy (upośledzenie umyslowe)
nie jest całkowicie uleczalna
dużo nosicieliczęste infekcje E. coli, biegunki, odwodnienie u noworodków śmierć
mutacja CFTR - kanał chlorkowy, przechodzą Cl-, H2O, Na+, jeśli uszkodzony - ochrona przed utratą H2Okomórki do światła jelit, nosiciele mogą przetrwać jako noworodki infekcję E. Coli pozytywna selekcja środowiskowa (Za jonami Cl- idą czasteczki H2O)
znanych 1600 mutacji CFTR - najczęściej są to mutacje punktowe :
silne: zmiana lokalizacji białka w kom., produktu, białko zostaje w cytoplazmie zamiast przemieszczać się do błony kom.(nie działa jak kanał), brak przepustowości kanału, brak syntezy białka CFTR, Powodują ciężkie następstwa chorobowe
słabe: zmniejszona aktywność, zmiana specyficzności działania kanału chlorkowego zmniejszenie przepustowości, mogą przepuszczać inne jony, Następstwa w późniejszym wieku, niewielkie zmiany np. zapal. oskrzeli w późniejszym wieku lub zapal. trzustki
Heterozygoty - korzyść : ochrona przed utratą wody w biegunkach, Homozygoty - też mają tę ochronę, nawet silniejszą
Mutacje ∆F508 - trójnukleotydowa delecja CTT wypadnięcie Phe z poz 508, białko nie ma zdolności osiągania odpowiedniej lokalizacji w kom, najczęstsza, silna (70% - Polska, 40%-Francja), ciężka, pełnoobjawowa postać choroby
Fenotyp: obj. płucne śluz zagęszczony ( gromadzący się śluz - pożywka dla bakterii stale nawracające zapal. oskrzeli i płuc), obj. brzuszne zwłóknienie torbielowate trzustki (cystic fibrosis), pierwszy objaw - niedrożność smółkowa, Smółka - pierwszy stolec po lub jeszcze przed urodzeniem ; składa się ze złuszczonego nabłonka jelit , luźny, mukowiscydoza : twarda smółka Niedrożność mechaniczna jelit: zaparcia, upośledzony pasaż, upośledz. trawienie białek i tłuszczów bo niedrożne przewody, stolce obfite, gęste, zatykające, samotrawienie trzustki (proteoliza) - przypomina st. zapal. bo niedrożne przewody i enzymy się nie wydostają, zejście - torbiele ( w miejscu strawionym, przestrzeń ograniczona tk. łączną włóknistą), niedrożność ślinianek, ślinianki zagęszczenie śliny - kamienie śluzowe. Niedrożność nasieniowodów jeszcze w płodowym okresie, zatkanie ich atrofia, niedrożność i atrofia nasieniowodów bezpłodność. Wrodzony brak nasieniowodów: odrębna jednostka chorobowa, mieści się w obrębie obj. mukowiscyd. jeśli jest ur z mutacją ∆F508 (60%) lub innych, u homo- i heterozygot. Choroba zaczyna się najczęściej w wieku dziecięcym średnia życia osob z ciężką postacią to ok. 40 lat. Dużo dzieci umiera w dzieciństwie. Stałe stany zapalne niewydolność ukl. oddechowego, niewydolność układu krążenia, rozstrzenia oskrzeli
Ryzyko powtórzenia jeśli rodzice - nosiciele 25%
Leczenie: dieta wysokoenergetyczna, preparaty wzmacniające, chroniące odproność, leki przeciwproteolityczne, Alfa1-antytrypsyna, środki rozcieńczające śluz, drenaż oskrzeli, mukoliza, antybiotyki na infekcję, inhalacje rozp. śluz z DNA-azą która rozp. DNA bakterii zaleg. w ślinie, amyloid - blokada wydzielania Na do śluzu (aby był jak najrzadszy)
Terapia genowa: pierwsze próby 1993r, nie jest dobrze rozwinięta , ani często stosowana, cDNA- bezpośr. do tk. nabłonk. dróg oddechowych poprzez inhalacje, (cDNA- jedno lub dwuniciowe powstałe na matrycy RNA, bez intronów, same eksony), nośnikami genu CFTR zredukowanego do cDNA są adenowirusy, adenowirusy (duże wir. DNA) powinowactwo do nabłonka dr oddechowych, stosowane jako nośniki, transfekują (wbudowują do obcego DNA) tylko kom. najbardziej dojrzałe, te na powierzchni (te złuszczają się dlatego konieczność powtórzenia terapii), może być uczulenie lub odporność ma adenowirusy - wtedy nie można stosować, trzeba innego nośnika, to leczenie tylko objawów oddechowych raz na kilka tygodnie
Poradnictwo genetyczne - identyfikacja nosicieli
Diagnostyka prenatalna - Bad. przesiewowe - genetyczne
Fenyloketonuria (PKU)
1/5000, 1/50 nosicielstwo = 2%
badania przesiewowe noworodków - poziom Phe lub prod. jej przemiany
najczęściej mutacja w genie PAH, ↓melaniny jasna cera, jasne włosy , niebieskie oczy, Phe w CUN konkuruje o miejsce wiązania Trp (ten niezbędny dla OUN), Jeśli dużo Phe to wypiera Trp - niekorzystne, metabolity Phe : mogą zakwaszać organizm , a zwłaszcza tk. mózgową (odkładają się tu) - uszkodzenie,
w trakcie zycia organizm wytwarza drogi oboczne, wiec jeśli w starszym wieku zaprzestanie się diety to nie ma tak dużego upośledzenia, każdy pokarm z Phe szkodzi dziecku
w momencie urodzenia - niewidoczne szybko: nietolerancja pokarmów mlecznych, w 2-3 tyg - chlustające wymioty po tych pokarmach
zaburzenia układu nerwowego: stopniowo pogarsza się funkcja mózgu Az do bardzo głębokiego upośledzenia umysłowego ( bo uszkodzenie kom nerwow. z każdym pokarmem)
gen PAH: silne i słabe mutacje
geny innych enzymów szlaku metabolicznego
test Guthriego - krew na bibułkę, hodowla Baccilus subtilis (zużywa Phe do rozwoju)
do urodzenia dziecko otrzymuje enzym PAH od matki, ma go jeszcze trochę po urodzeniu badanie w 1-2 dobie po urodzeniu
Dieta uboga w Phe stęż. Phe w surowicy =300μmol/l przy prawidłowym wzroście i rozwoju
nie może być całkowitego braku Phe w diecie - bo jest to aminokwas egzogenny
u części dzieci nawet przy leczeniu : obniżenie IQ, trudności w uczeniu
początek diety - przed wynikiem Bad., przy podejrzeniu
koniec diety - zakończenie dojrzewania CUN : 7 lat, wiek dojrzewania, 20 lat, niejednako. u chłopaków i dziewczyn
Można kończyć po dojrzewaniu u chłopców, bo kobiety mogą zajść w ciąże i nadmiar Phe i metabolitów będzie działał na płód dzieci rodzone z ciężkim niedorozw. umysłowym matczyna fenyloketonuria
Jeśli kobiety nie utrzymują diety to trzeba wznowić 3 miesiące przed ciążą i w ciąży stosować, bezpieczniej dietę stosować do końca zycia.
Poradnictwo genetyczne nosicielstwo
Diagnostyka prenatalna
Choroby sprzężone z chromosomem X :
Recesywne:
X'X XY ½ córek - nosicielki
½ synów - choruje
X'X X'Y XX XY
XX X'Y wszystkie córki - nosicielki
wszyscy synowie - zdrowi
XX' XY X'X XY
wszystkie córki chorego ojca są nosicielkami !
wszyscy synowie chorego ojca są zdrowi !
mężczyźni - hemizygoty pod względem genów chromosomu X
kobiety - w większości bezobjawowe nosicielki (zaburzenia czasem w testach biochemicznych)
Odstępstwa od reguł Mendlowskich :
nowe mutacje - ok. 1/3 chor.
jeśli urodził sie pierwszy syn chory to trzeba zrobić matce test na nosicielstwo (bo może być mutacja de novo)
jeśli dwóch synów chorych - to pewna nosicielka
disomia uniparentalna ojcowska (choroba z ojca na syna)
kobiety homozygoty chorują pełnoobjawowo
też gdy zespół Turnera, gdy jest hemizygotą X
lionizacja - unieczynnianie jednego X , może być niesymetryczna
homozygoty : zmniejszona reprodukcja ( bo nie dożywają do odpowiedniego wieku)
Przykłady: hemofilia, dystrofia mięśniowa DMD, BMD, niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanu (G-6-P-D), zespół łamliwego/kruchego chromosomu X - chorują głównie mężczyźni
Poradnictwo genetyczne: rodowód, identyfikacja nosicieli - rodowód, badania biochemiczne, badania molekularne (identyfikacja mutacji), badania prenatalne
Dystrofia mięśni Duchenne(DMD)(cięższa), Beckera(BMD)
chłopcy - postępuj. zanik mięśni zaczyna się od obręczy barkowej/ miednicznej
na końcu klatka piersiowa
większość śmierć ok. 20rż
brak skutecznego leczenia
badanie poziomu kreatyniny CPK uwalnia się z rozpadającej tk. Mięśniowej, u mężczyzn z chorobą - bardzo wysoki poziom CPK (kilkanaście tysięcy jednostek?)
kobiety nosicielki - tez podwyższone CPK
niektóre objawy : szybciej się meczą, bóle łydek po intensywnym marszu
Dominujące :
zespół Retta
krzywica oporna na Wit. D
rzekoma niedoczynność przytarczyc
X'X XY 50% dziewczyn chorych
50% chłopców chorych
X'X X'Y XX XY
z reguły letalne dla płodów męskich
dziewczynki ciężko chorują
Zespół Retta
ciężki niedobór intelektualny
ciężki niedorozwój psychoruchowy
gen MECP2 gen wyciszacz produkt wycisza ekspr. genów które w życiu płodowym biorą udział w tworzeniu OUN)
Choroby dominujące sprzężone z Y choroby związane z płcią, tworzeniem jąder i spermatogenezą
WYK. 4 KARCYNOGENEZA. ONKOGENY. GENY SUPRESOROWE
Nowotwór - patologiczna tkanka rozrastająca się nadmiernie niezależnie od komórkowych mechanizmów kontroli
Nowotwór złośliwy - pochodzenie klonalne ( z jednej komórki)
Cechy komórek klonu nowotworowego:
zdolność do nadmiernego niekontrolowanego podziału na skutek: autokrynnej regulacji wzrostu (produkcja własnych czynników wzrostowych przez komórki nowotworowe), ignorowaniu systemów kontrolujących namnażanie się komórek prawidłowych, rozregulowaniu procesu proliferacji (między innymi "prowokowanie" komórki przez zmutowane białka będące produktami onkogenów do stałych podziałów)
brak zahamowania kontaktowego czyli charakterystycznego dla prawidłowych tkanek dystansu pomiędzy komórkami.
inwazyjność czyli zdolność do atakowania sąsiadujących komórek prawidłowych oraz zajmowania i przerastania ich terytoriów.
immortalizacja (nie we wszystkich przypadkach) czyli uzyskanie zdolności do nieograniczonego przeżywania i wzrostu, inaczej "nieśmiertelność" komórek (związane między innymi z brakiem reakcji na czynniki wywołujące apoptozę)
brak różnicowania się funkcjonalnego - komórka wskutek nadmiernej proliferacji oraz mutacji, które zaszły w DNA traci zdolność spełniania właściwych sobie funkcji, zaczyna produkować białka nieprawidłowe lub też prawidłowe, lecz w zdecydowanym nadmiarze
zdolność do tworzenia przerzutów (metastaz) czyli odłączanie się od nowotworu, wchodzenie do naczyń krwionośnych lub limfatycznych i krążenie w krwioobiegu, a następnie atakowanie innych tkanek i zapoczątkowanie nowych skupisk nowotworowych.
Karcinogeneza:
z komórek nowotworowych powstają guzy lub neoplazma (stale rosnące skupisko nietypowych komórek)
łagodna odmiana nowotworu - komórki nowotworowe pozostają i rozwijają się w jednym miejscu, nowotwór zwykle może zostać z powodzeniem usunięty chirugicznie
nowotwór typu złośliwego - komórki zyskują zdolności inwazyjne i tworzą przerzuty, całkowite wyleczenie nowotworu jest niezwykle trudne
Klasyfikacja nowotworów:
rak - nowotwór zapoczatkowany w komórkach i tkankach nabłonkowych
mięsak (sarcoma) - nowotwór tkanki łącznej i mięsniowej
białaczka (leukemia) - nowotwór komórek hemopoetycznych oraz systemu nerwowego
Karcinogeneza - proces wieloetapowy:
transformacja nowotworowa komórek jest wynikiem akumulacji mutacji genetycznych komórki prawidłowej
wymóg wystąpienia więcej niż jednej mutacji jest określany mianem wielouderzeniowej koncepcji karcinogenezy
Knudson jako pierwszy potwierdził prawidłowość rozważań nad wieloetapowym rozwojem nowotworu - prowadząc badania nad siatkówczakiem (Rb) wysunął hipotezę, że komórka może ulec transformacji jeżeli znajdą się w jej genomie przynajmniej dwie niezależne mutacje (teoria dwóch uderzeń)
Każdemu z etapów przekształcania nowotworowego mogą odpowiadać niewielkie ale określone zmiany w genomie komórki
Aby pojedyncza komórka mogła ulec pełnej transformacji musi mieć utrwalone mutacje w co najmniej kilku a może kilkunastu genach
Proces nowotworzenia może być regulowany na dwa sposoby: stymulując lub hamując namnażanie i wzrost komórek
W ciągu całego życia aparat genetyczny naszych komórek i tkanek jest ustawicznie naażony na występowanie zmian o charakterze mutacji
W miarę dorastania i starzenia się ustroju wzrasta liczba i różnorodność zmutowanych komórek
Wystąpienie nowotworu może być kwestią długości życia, sprawności układu immunologicznego, skumulowanego działania niekorzystnych czynników środowiskowych czy też obciążeń dziedzicznych
Zwykle mutacja w określonych genach akumulują się w komórkach somatycznych przez lata, aż do momentu utraty przez komórkę krytycznej liczby mechanizmów kontrolujących wzrost i rozpoczęcie procesu nowotworowego
Zmiany genetyczne zachodzące w komórkach somatycznych nie podlegają dziedziczeniu
Mutacje genetyczne mogą też być odziedziczone lub następować w linii zarodkowej (de novo) zmieniona forma jednego z genów (odpowiedzialnych za powstawanie nowotworów) może być przekazana potomstwu i predysponować do rozwoju nowotworu
U osób z mutacją odziedziczoną lub z mutacją de novo istnieje zwiększone ryzyko wystąpienia nowotworu bowiem każda ich komórka posiada mutację stanowiącą pierwszy krok na wieloetapowej drodze rozwoju nowotworu (mutacje konstytucyjne)
Etapy procesu karcinogenezy:
Inicjacja - pierwszą fazę stanowi inicjacja transformacji czynnikiem rakotwórczym w pojedynczej komórce - pierwsze trwałe i nieodwracalne zmiany w genomie komorki, ta pierwsza zmiana polega na mutacji głównie w genach sterujących prawidłowym przebiegiem cyklu podziałowego komórki w konsekwencji powstaje nowy klon komórek odbarzonych selektywną przewagą wzrostową w stosunku do otaczającego środowiska. W sapekcie morfologicznym może prowadzić do dysplazji (nieprawidłowości w budowie tkankowej) lub hiperplazji (przerostu tkanki i zwiekszenia jej masy)
Promocja - kolejne mutacje prowadzące do dalszych uszkodzeń molekularnych mechanizmów kontrolujących wzrost komórek, utrata zdolności funcjonalnych właściwości komórkom prawidłowym danego typu, utrata łączności z komórkami prawidłowymi oraz pojawienie się inwazyjności, niekiedy na tym etapie następują zmiany w strukturze i liczbie chromosomów, nastepuje klonalny wzrost komórek do stanu widocznej klinicznej zmiany, zwykle o charakterze łagodnym, mechanizm promocji nie jest ostatecznie poznany ale sądzi się, że czynniki takie jak alkohol, nikotyna, promienie UV, nieodpowiednia dieta czy hormony selektywnie stymulujące podziały „zainicjowanych” wcześniej komórek
Progresja - nabywanie przez komórki zdolności do nieograniczonego wzrostu, komórki stają się praktycznie autonomiczne (autokrynna regulacja wzrostu, brak reakcji na sygnały zewnątrzkomórkowe), proces progresji charakteryzuje się nasilająca destabilizacją genetyczną (zachodzą liczne mutacje: translokacje, delecje i fuzje, abberacje chromosomowe: zahamowanie prawidłowego funkcjonowania loci objętych tymi zmianami, aneuploidia: zaburzenia liczby chromosomów), proces progresji jest wynikiem nakładających się błędów genetycznych spowodowanych utratą inaktywacją lub nadekspresją licznych genów, w niektórych komórkach dochodzi do produkcji czynników angiogennych koniecznych do powstawania naczyń krwionośnych, co w efekcie umożliwia rozrost nowotworu
Przerzutowanie - końcowym etapem progresji nowotworu jest zdolność do przerzutowania komórki nowotworowe odłączają się od guza, a nastepnie wędrują przez naczynia limfatyczne i krwionośne do innych tkanek i narządów, osiedlają się w nich i zapoczatkowują nowe guzy, nowotwory złośliwe naciekają sąsiadujące tkanki i zwykle dają przerzutu tj wtórne, często odlegle ogniska nowotworowe zbudowane z komórek pochodzących z ogniska pierwotnego
Mechanizmy molekularne tworzenia przerzutów (nie są poznane):
Obecnie sądzi się, że geny kontrolujące i okreslające zdolności przerzutowe sa odmienne i niezależne od genów odpowiedzialnych za powstawanie nowotworu pierwotnego
Proces przerzutowania ma charakter złożony - wskazuje na możliwość uczynnienia kolejnych zmian na poziomie molekularnym, obejmujących aktywację i inaktywację dodatkowych genów co w kosekwencji może prowadzić do stanu całkowitego rozchwiania sparatu genetycznego komórki
Udzkodzenia genomu komórki inicjujące transformacje nowotworową, zmiany zachodzące na wielu poziomach:
Mutacji pojedynczych genów
Mutacji chromosomalnych (amplifikacje, delecje i translokacje)
Zmiany ekspresji genów np. w wyniku metylacji
W wyniku włączenia do genomu genów wirusa onkogennego
Nowotwory złośliwe powstają na skutek mutacji w 3 podstawowych typach genów:
W genach naprawy DNA
W genach supresji nowotworowej
W protoonkogenach
Mutacje genów supresorowych prowadzą do utraty funkcji a onkogenów do nadmiernej funkcji, większość mutacji ma charakter somatyczny tj ograniczony do komórek nowotworowych, niewielka część mutacji obecna jest w komórkach germinalnych (nowotwory dziedziczne) predysponując do wystapienia okreslonego typu nowotworu
Procesy naprawy DNA:
zmiany w materiale genetycznym komórek prowadzące do transformacji nowotworowej w wiekszości przypadków sa skutecznie usuwane albo na poziomie pojedynczej komórki przez system reperacyjny albo na poziomie organizmu przez system immunologiczny
dodatkowym zabezpieczeniem jest skierowanie komorki na drogę programowanej śmierci (apoptozy). Prawidłowo postępujące skracanie telomerów ogranicza liczbe podziałów komórki do ok. 50-70, komórki nowotworowe aktywują telomerazę która dobudowuje segmenty telomerów utraconych podczas każdego podziału komórkwego uniknięcie ograniczeń związanych ze starzeniem się komórki, nieograniczony podział pozwala komórce nowotworowej proliferować i akumulować dodatkowe mutacje mogące prowadzić do złośliwości komórki nowotworowej
dopiero jeśli zawiodą te wszystkie zabezpieczenia powstaje komórka stransformowana
geny naprawy niesparowanych zasad: MLH1 (3p21), MSH2 (2p21)geny mutatorowe, MSH3 (5q14), MSH6 (2p16), MS1 (2q31-33), PMS2 (7p22)
dziedziczne uszkodzenie procesów naprawy DNA (mutacje genów mutatorowych) mogą prowadzić do wysokiej czestości wystepowania mutacji somatycznych - jeśli mutacje te wpływają na egulację wzrostu komórek - może dojść do rozwoju nowotworu.
Upośledzenie mechanizmów kontroli wierności replikacji DNA oraz zaburzeń naprawy uszkodzeń przyczynia się do braku równowagi genetycznej i niestabilności chromosomów
Choroby dziedziczne w których zaburzone procesy naprawy DNA prowadzą do braku stabilności na poziomie genomowym np. xeroderma pigmentosum, zespół Blooma, atasja teleangiektazja
Geny supresji nowotworu (antyonkogeny):
W warunkach prawidłowych kodują białka regulujące proliferację i różnicowanie się komórek, ich funkcja polega na przeciwdziałaniu lub nawet przerywaniu procesu karcnogenezy
Ich produkty białkowe mogą wystepować m. In. W jądrze komórkowym i działać jako czynniki transkrypcyjne, w cytoplaźmie i uczestniczyć w kaskadzie przekazywania sygnałów, w błonie komórkowej lub jej poblizu działając jako receptor sygnału wewnątrzkomórkowego, białko uczestniczy w adhezji komórkowej lub w interakcji cytoszkieletu z błona komórkową
Geny supresorowe identyfikowane sa na podstawie ich nieobecności dopiero z komórek które utraciły oba prawidłowe allele genu supresorowego (lub zostały inaktywowane) rozrastać się mogą guzy nowotworowe
Wykazują recesywny efekt działania na poziomie komórkowym, tzn że pojedynczy niezmutowowany allel działa supresorowo na rozwój nowotworu nawet w przypadku kiedy drugi allej jest zmutowany (lub utracony)
Rozwój nowotworu jest skutkiem utraty funkcji obu alleli genu supresorowego
Pierwszą mutacją to zwykle zmiana zasady lub jej delecja, drugim zdarzeniem wywołującycm utratę funkcji drugiego allela może być również mutacja ale częście dochodzi do utraty chromosomu po nieprawidłowym podziale komórki lub innych mechanizmów
Pierwsza mutacja w genie supresorowym może być obecna w zygocie (mutacja germinalna, tzn odziedziczona od rodzica lub mutacja de novo) lub powstawać w komórce somatycznej (mutacja somatyczna) utrata funckji jednego allela predysponuje komórkę do transformacji nowotworowej
W przypadku mutacji germinalnej (mutacja konstytucyjna tzn dotyczy wszystkich komórek ciała, również płciowych) nowotwór powstanie po utracie funkcji drugiego allela może dochodzić do wieloogniskowych zmian o różnym umiejscowieniu nowotworu
W przypadku powstania mutacji somatycznej (mutacja nabyta) rzadko zdarza się aby dochodziło do utraty funkcji obu alleli w tej samej komórkce nowotwory wystepują sporadycznie (nie są dziedziczone) i powstają jednoogniskowo z jednej komórki
Każde locus genów supresorowych jest zaangażowane w kontorlę rozowju kilku różnych typów nowotworów
Geny supresorowe: Retinoblastoma RB 1 q14, dziedziczny rak piersi i jajnika BRCA1 17q, dziedziczny rak piersi BRCA2 13q, neuroblastoma (guz Wilmsa) WT1 11p, WT2, choroba Racklinghausena NF1, polipowatość jelit APC 5q
Gen TP53 - koduję fosfoproteinę (białko p53) pełniącą funkcję czynnika transkrypcyjnego, pozytywnie lub negatywnie zmieniającego ekspresję innych genów regulatorowych tzw straznik genomu. Odpowiada za naprawę uszkodzeń materiału genetycznego, zhamowanie cyklu komórkowego w fazach G1 i G2, apoptozę
Gen RB1 - koduje pRb które hamując aktywność czynników transkrypcyjnych rodziny E2F jest składnikiem oceny gotowości komórki do replikacji swego materiału genetycznego. Uważa się że białko pRb jest jedynym znanym supresorem wszystkich polimeraz RNA, stąd ma możliwość równoczesnej kontroli zarówno replikacji DNA jak i biosyntezy białka w czasie cyklu komórkowego. Uszkodzenie innych genów supresorowych np. BRCA1, APC być może odgrywają rolę w powstawaniu fenotypu opornego na apoptozę. Mutacje w genie pb wywołuje retinoblastome (siatkówczaka) u dzieci: choroba recesywna, dzieci posiadające jeden zmutowany allel tego genu nie zachorują póki nie zajdzie mutacja lub delecja w drugim allelu Rb. Mutacje i delecje genu Rb powszechne sa również w innych bardziej skomplikowanych typach raka (płuc, piersi czy pecherza)
Protoonkogeny - onkogeny komórkowe, c-onc
Wysoce konserwatywne w procesie ewolucji, odgrywają ważne funkcje we wszystkich komórkach eukariotycznych
Zawieają informacje dla czynników wzrostowych i ich receptorów błonowych
Koduja wewnątrzkomórkowe przekaźniki informacji związanej z procesami wzrostu i proliferacji
Kodują czynniki transkrypcyjne pobudzające proliferację i upośledzające procesy różnicowania komórki
Kodują białka reglatorowe cyklu komórkowego (cykliny i kinacy cyklinozależne), enzymy (głównie kinazy) a także czynniki kontrolujące procesy apoptozy
Białka kodowane przez protoonkogeny sa w prawidłowych komórkach istotne dla złożonych procesów regulacyjnych, które wyznaczają prawidłowy przebieg różnicowania i proliferacji
Mechanizmy aktywacji onkogenu:
Do wywołania potencjału onkogennego protoonkogenu niezbędna jest aktywacja poprzez zmiany strukturalne zachodzące w genomie komórki (mutacja pkt wiążąca się ze zminą sekwencji białka, translokacja chromosomowa w pobliżu aktywnego genu, pkt złamania w translokacji chromosomowej lezy w obrębie onkogenu komórkowego i przez to wywołuje jego ekspresję, amplifikacja protoonkogenu
Pośrednie działanie wirusów które włączyły część odpowiedniego onkogenu komórkowego do swoich własnych genów
Wirusy wywołują no raka szyjki macicy (wirus brodawczaka), raka watroby (wtórna infecja wirusa zapalenia wątroby)
Uaktywniony onkogen komórkowy ujawnia fenotyp w sposób dominujący na poziomie komórkowym jedna kopia niekatywnego onkogenu jest wystarczająca do wywołania efektu onkogennego (nawet w obecności prawidłowego nieuaktywnionego protoonkogenu tego samego typu w tej samej komórce)
Zmutowane onkogenu mogą wystepować w komórkach płciowych i być przekazywane dziedzicznie może pojawić się odziedziczona dominująco predyspozycja do nowotworu np. gruczolakowatość mnoga wewnątrzwydzielnicza typu II (men II) - aktywny onkogen c-ret przekazywany jest przez komórki płciowe
Onkogeny niezykle rzadko warunkują dziedziczne postacie nowotworów, z reguły związane sa z mutacjami somatycznymi. W nowotworach występują sporadycznie
Przykłady i funkcje onkogenów:
SIS - gen kodujący łańcuch beta płytkowego czynnika wzrostu PDGF - bierze udział w powstawaniu glejaków
ERB-B - gen kodujący receptor dla EGF (naskórkowy czynnik wzrostu) z aktywnością kinazy tyrozynowej - bierze udział w postawaniu nowotworów mózgu oraz raka piersi
FGFR1 - gen receporów czynników wzrostu (np. rak sutka)
CDK4, MDM2, CCND1 - geny regulatorów cyklu komórkowego
Wirusy uczestniczące w etioatogenezie ludzkich nowotworów:
Wpływ pośredni : HBV, HCV pierwotny rak wątroby, HIV chłoniaki złośliwe, miesak Kaposiego
Wpływ bezpośredni: HPV rak szyjki macicy, EBV rak części nosowej gardła, chłoniak Burkitta, ziarnica złośliwa
WYK. 5 GENY HOMEOBOKSOWE
Badania prowadzone u Drosophila melangoaster HOM. Od gr homeo - upodabniam się , staję się podobny. Geny których mutacje powodują upodobnienie się segmentów jednej części ciała do segmentów innej części ciała.
Mutacje homeotyczne:
mutacje w której jeden schemat rozwojowy zostaje zastąpiony innym
powoduje ze narząd różnicuje się nieprawidłowo albo tworzy się narząd typowy dla przylegającego segmentu
Transformacja homeotyczna:
typu utraty funkcji i przejęcia funkcji nadzorowanej przez inny gen kom. rozw. w danym miejscu struktur charakterystycznych dla innego obszaru ciała
typu aktywującego - przejęcie przez dany gen sterowania częścią ciała, która prawidłowo nie leży w zakresie jego kompetencji
Geny homeoboksowe
u wyższych zwierząt (człowiek, ssaki), molekularni architekci
I klasa- geny HOX/Hox zlokalizowane w kompleksach (np. HOXA9,HoxB3)
II klasa- geny nie HOX/Hox zlokalizowane, poza głównymi kompleksami (np.HOX11)
przypisują komórkom w różnych częściach ciała konkretne przestrzenie tożsamości wzdłuż osi przednio-tylnej
występują w DNA wszystkich kom., ale ich ekspresja zachodzi tylko w tych, które należą do okolic ciała zawiadywanych przez dany gen
w danej tkance (narządzie)- specyficzna konstelacja ekspresji różnych genów Hox
HOMEBOX
sekwencja homeotyczna (ok.180 nukleotydów)
decyduje o specyficzności genu
koduje domenę homeotyczną (ok.60aa), odpowiedzialną za wiązanie z DNA
zachowana w procesie ewolucji od wspólnego przodka Drosphila (HOM), myszy (Hox), człowiek (HOX)
poza obszarem homeodomeny białka HOX różnych gatunków są różne
Geny HOX
38genów
4kompleksy (A,B,C,D)- wynik podwójnej duplikacji pierwotnego 13-genowego kompleksu
stopniowa utrata niektórych genów→ żaden z kompleksów nie zawiera wszystkich 13genów macierzystego kompleksu
lokalizacja- chromosomy 2, 7, 12, 17
geny paralogiczne (ontologiczne) - zlokalizowane w tych samych miejscach różnych kompleksów, bardzo podobne, mogą się zastępować (w war.laboratotyjnych)
Liniowy porządek genów danego kompleksu (od 3' do 5') odzwierciedlenie:
kolejności obszarów ciała określanych przez nie wzdłuż osi przednio-tylnej
kolejności ich aktywacji i ekspresji w okresie rozwoju zarodkowego
stopnia ich wrażliwości na działanie kw.retinolowego
Liniowy porządek genów analogicznych u różnych zwierząt
Geny znajdujące się w tych samych miejscach kompleksu u różnych gatunków (geny paralogiczne):
bardziej zbliżone do siebie strukturalnie i czynnościowo niż kolejne geny w obrębie danego kompleksu
pochodzą od wspólnego genowego przodka
wymienność genów paralogicznych między gatunkami
Sterowane transformacje homeotyczne u myszy (mutacje Hox)
stwierdzona patologia płodów i os.dojrzałych→ porównanie z fenotypem wad wrodzonych człowieka → szukanie odpowiedniego genu HOX u człowieka
Zagadka HOXA3, sterowane mut. homozygotyczne HoxA3 u myszy (Capecchi 1994):
nieprawidłowy rozwój układu krążenia
brak grasicy i przytarczyc
anomalie budowy tarczycy
anomalie budowy kości i tk.chrzęstnej
Zawiązki wyżej wymienionych narządów- w jednym obszarze ciała zarodka
fenotyp podobny do zespołu DiGeorge'a (mikrodelecja 22q11) u człowieka
ale w regionie 22q11 NIE stwierdzono obecności genu homeoboksowego
homologia HoxA3-HOXA3 (7p15)
hipoteza: gen zlokalizowany w 22q11 moduluje funkcję HOXA3
GSCL
organizacja struktur pochodzących z łuków i kieszonek skrzelowych (mózgo - i twarzoczaszka, grasica, przytarczyce, serce, dwa pnie naczyniowe)
locus 22q11.2 - najmniejszy region delecyjny (krytyczny) zespołu Di George'a
Kliniczne skutki mutacji genów homeoboksowych:
geny HOX: HOX A13 - hand - foot genital, AD; HOX D13 - polisyndaktylia, AD
geny nie - HOX: EMX 2 - rozszczepienie mózgowia; MSX 2 - nieprawidłowe zrastanie szwów czaszkowych.
Wyjątkowo rzadkie występowanie wad wrodzonych, spowodowanych mutacjami genu homeoboks, wynika z wysokiego stopnia homologii między genami paralogicznymi z różnych kompleksów (pełna lub prawie pełna kompensacja) oraz z letalności mutacji tych genów.
Geny PAX: homeobox: 360 nukleotydów, a homeodomena: 128 am.
PAX 2 - ubytki nerwu wzrokowego, dysplazje nerek
PAX 3 - ekspresja we wczesnej neurogenezie
nieprawidłowa migracja komórek pochodzących z pierwotnej cewy nerwowej (+ zaburzenia funkcji N-CAM)
zespół Waardenburga I - głuchota, wodoocze, hiperteloryzm, zaburzenia pigmentacji
PAX 6 - aniridia = brak tęczówki (heterozygota), anophtalmia = brak gałek ocznych (homozygota); leży w pobliżu WT1 (11p13) - mikrodelecja tego regionu -> zespół WAGR
Geny HOX a integryny
lokalizacja genów e podobnych miejscach tych samych chr
geny integryn są również paralogiczne
równoległa ewolucja tych dwóch grup genów - łączna ewolucja informacji o planie budowy organizmu (geny HOX) z ewolucją informacji określającej integracje i migracje komórek wypełniających ten plan (geny integryn)
Geny homeoboksowe a nowotwory:
geny te koordynują funkcję wielu genów biorących udział w patogenezie nowotworów
nadmierna lub rozregulowana ekspresja tych genów (kodujących czynniki transkrypcyjne) - molekularne podstawy wielu nowotworów
niektóre geny homeoboksowe = protoonkogeny
Geny homeoboksowe a przerzuty:
tkanki transplantowane zachowują wzór ekspresji narządu, z którego pochodzą
przerzuty nowotworowe - analogicznie (wzór guza pierwotnego i tkanki macierzystej). Nie zachodzi w niech ekspresja genów homeoboksowych charakterystycznych dla lokalizacji przerzutu
konstelacja ekspresji genów homeoboksowych - wskaźnik histologicznego obrazu nowotworu
Komórki nowotworowe:
wykazują wzór ekspresji genów homeoboksowych charakterystycznych dla tkanki, z której się wywodzą
przemieszczają się zgodnie z pozycyjną informacją zawartą w tych genach (nieprzypadkowo), czyli tylko do zaprogramowanych tkanek i narządów.
WYK. 6 DZIEDZICZENIE PŁCI
Cechy określające płeć: płeć genetyczna, płeć genitalna, płeć somatyczna, płeć fenotypowa, płeć psychoseksualna, płeć metrykalna
Rozwój cielesno - płciowy na etapie embriogenezy:
płeć zdeterminowana w momencie zapłodnienia
plemnik decyduje, w którym kierunku rozwinie się płeć
w 5 tyg. narządy są obojnacze, występ. przewody Wolffa i Mullera
obecność genu SRY -> wytworzenie czynnika antymullerowskiego -> płeć męska
brak genu SRY (brak chr Y) -> brak płodowego jądra -> rozwój przewodów Mullera, a zanik Wolffa -> płeć żeńska
46, XX -> gonada pierwotna (brak czyn AM) -> jajnik -> rozwój przewodów Mullera
46, XY -> gonada pierwotna -> jądro -> kom Sertolego (czyn AM) -> zanik p. Mullera
jądro -> kom Leydiga -> testosteron -> rozwój p. Wolffa + DHT -> AR -> wirylizacja zewn narządów płciowych
rozwój p. Mullera - DAX 1, SOX 3 na chr 10; nadmiar DAX 1 u mężczyzn hamuje SRY
SOX 9 - autosomalny, chr 17 - mutacja o etiologii dominującej - dysplazje kostno - stawowa, letalna, całkowite odwrócenie płci fenotypowej
WT1 - chr 11 - brak tego genu powoduje tzw. WAGR (guz Willmsa, aniridia, zmiany w gonadach, upośledzenie)
Zespół Turnera
45,X | 45,X/46,XX | !45,X/46,XY - ryzyko onkologiczne najczęściej (gonadoblastoma)
abberacja strukturalna Xi;(Xq), del(Xp),i(X), t(X;autosomy)
1/3000 urodzonych żywo dzieci
najczęściej monosomia w życiu płodowym (monosomia X: 90% ginie wewnątrzmacicznie, 10% przeżywa)
wiek matki nie ma wpływu, nie ↑ też ryzyko urodzenia 2 dziecka z zespołem
60% klasyczna monosomia
mozaiki powstają na etapie postzygotycznym
można żyć z 1 X, bo w 2 i tak dochodzi do inaktywacji większości chromosomu (metylacja), niewielka część aktywna całe życie-aby były funkcje rozrodcze
losowa inaktywacja- 3 tydz po zapłodnieniu
znajdowanie ciałka Barra nie mówi dokładnie jaka to płeć→ X=XY, XX=XXY
Izochromosom - powst. z ramion krótkich lub długich
Cechy: niskorosłość, niepłodność i zaburzenia/pierwotny brak miesiączki, prawidłowy rozwój umysłowy, trudno rozpoznać po urodzeniu, często rozpoznawany prenatalnie (uogólniony obrzęk, przyzierność karkowa). (Przezierność fałdu karkowego (ang. nuchal translucency, NT) - parametr oceniany w badaniu USG płodu, odzwierciedlający obrzęk tkanki podskórnej w okolicy karkowej; jest to odległość między tkanką podskórną a skórą na wysokości karku płodu. Zwiększenie wartości NT występuje w niektórych zespołach spowodowanych aberracjami chromosomalnymi: zespole Downa, zespole Edwardsa, a zwłaszcza w zespole Turnera. Fałd karkowy ulega zazwyczaj wchłonięciu w II trymestrze. Niekiedy w jego miejsce rozwija się obrzęk karku (nuchal edema) albo naczyniak limfatyczny torbielowaty (cystic hygroma), którym może towarzyszyć uogólniony obrzęk płodu. Pomiar NT jest najbardziej miarodajny między 11. a 14. tygodniem ciąży. Norma NT, określona dla danej populacji, obejmuje wartości do 95 percentyla i jest uzależniona od wymiaru ciemieniowo-siedzeniowego (CRL); w praktyce NT nie powinno przekraczać 2,5 mm. NT jest wprost proporcjonalne do ryzyka wystąpienia trisomii u płodu). Niska masa urodzeniowa, ale w normie, po urodzeniu poduszeczkowate grzbiety dłoni, stóp- znika po 1mies. (zaburzenia krążenia limfy), wady serca, ukł.mocz-płc. (cz. podk, wędr. przetoki mocz-odb.), nieleczeni ok.145cm wzrostu, ale może być terapia GH jeśli rozpoznamy max do 9r.ż (poprawa 10-15cm, poprawa metabolizmu), utrudnione utrzymanie prawidłowej masy ciała, często wspólzaburzenia tarczycy, narażeni na osteoporozę, próchnicę, hormonalna terapia zastępcza → prawidłowy fenotyp, do 5 mies.życia są oba jajniki, wtórnie zanikają → łącznotkankowe, pasmowate→ hipogonadyzm hipergonadotropowy
Zespół superkobiety, zespół Jacobs, Polisemia chromosomu płciowego
47, XXX | (48,XXXX;49,XXXXX)
1/500 urodzonych dzieci
rozpoznawanie przypadkowe, bo prawidłowy fenotyp żeński
częstsze poronienia (bo gamety mogą mieć X lub XX) →prawdopodobieństwo genotyp XX-50%, ale częściej ur. dzieci zdrowych, bo złe gamety gorzej się łączą, implantują, są poronienia
zaburzenia miesiączkowania
przedwczesne wygaszanie czynności jajników
↑ skłonność do chorób psychicznych
więcej X-upośledzenie umysłowe
pogrubienie rysów twarzy
wysoka
Zespół nadnerczowo-płciowy AP
bloki w przemianie sterydów nadnerczowych→ hyperandrogenizacja (obojnactwo, wirylizacja)
5 typów niedoborów
prawdopodobieństwo powstania 25%
wirylizacja płodu żeńskiego
jeśli jest 1 dziecko z zespołem, to diagnostyka prenatalna→ określenie płci zarodka →podawanie dużych dawek sterydów matce by wyblokować nadnercza płodu
zaburzenia elektrolitowecpo urodzeniu
Kobiety 46, XY, zespół feminizującycyh jąder
mutacja genu SOX9 (17q25)→odwrócenie płci
mutacja genu AR (rec.adrogen. na Xq13); dziedz. rec. sprzężone z chr X
zespół niewrażliwości na androgeny („zespół feminizujących jąder”) - brak owłosienia pachowego i łonowego, pbecne płodowe jadro i kaskada antymuulerowska, zanik p Mullera, p Wolffa też zanikają, a tkanka jądrowa pojawia się w różnych miejscach, obecna tylko dolna część pochwy, duże ryzyko zesłośliwienia tkanki jądrowej
delecja, mikrodelecja Y
delecja, mut g.SRY (Yp11-3), blok różnicowania jąder
duplikacja genu DSS (DAX1) (Xp21-22), ham. genu SRY→ blokowanie różnicowania jąder
są jajowody, macica, ale też tk.męska→ duże ryzyko onkologiczne (często opisywana jako torbiel jajnika)
tk. męską trzeba usunąć, lecz operacja natychmiast po rozpoznaniu
bezpłodność!
ryzyko rośnie z wiekiem rodziców
brak macicy, jajowodów, brak miesiączki, ślepo zakończona/brak pochwy
ryzyko onkologiczne
niepłodność
zmiana de novo w kom. jajowej lub odziedziczenie po matce: ½ dziewczynki bezobj. Nosicielki, ½ chłopców ur. jako dziewczynki, duże ryzyko powtórzenia
dziewczynki urodzone z przepukliną pachwinową→ podejrzenie tkanki jądrowej
Zespół Klinefeltera, dysgenezja kanalików krętych jąder
1/500 noworodków
47, XXY mozaiki
najczęstsza przyczyna chrom. męskiej niepłodności
częstość nie ↑ z wiekiem matki i nie ma ↑ ryzyka urodzenia następnego dziecka (chyba że matka ma 3 X)
30% pacjentów - eunuchoidalna budowa ciała (na którą składa się wysoki wzrost, nadmiernie długie kończyny, krótki tułów, wąski pas barkowy i szeroki pas biodrowy ( budowa gynoidalna ), odkładanie się tkanki tłuszczowej w okolicach bioder i gruczołów piersiowych)
ginekomastia-↑ ryzyko nowotworów
małe jądra
opóźnienie dojrzewanie
słabe owłosienie płc.
-100% pacjentów -małe, twarde jądra: ozoospermia, długie kończyny, zwiekszona wiotkość w stawach, całkowite zeszkliwienie tk.plemnikotwórczej
Mężczyźni 46,XX
fenotyp męski
spodziectwo
micropenis
rzadziej obojnacze narz. płc. z wnętrostwem
ginekomastia w okresie dojrzewania
prawidłowy rozwój intelektualny
wzrost prawidłowy
jest SRY na X lub autosomach (niekontrolowany crossing-over- przeniesienie SRY na X, a Y bez SRY- zespół Sweyera u dziewczynek)
Mężczyźni XYY
bardzo wysocy >2m
zachowana płodność (↑ niż populacja ryzyko syna o XXY)
opóźniony rozwój mowy
trudności adaptacji w otoczeniu
mała tolerancja stresu
↑ agresja
hypotonia
predysponuje do białaczki
1/500 ur. chłopców
Zagrożenie nowotworzeniem
częsta dysgenezja gonad z chromosomem Y
mieszana dysgenezja gonad
dysgenetyczne obojnactwo rzekomo męskie
warianty zespółów Turnera z linią kom. Y
obojnactwo prawdziwe
zespół niewrażliwości na androgeny
WYK. 7 CHOROBY MITOCHONDRIALNE
Mitochondria:
przemiany energetyczne - fosforylacja oksydacyjna: węglowodany, tłuszcze, inne NADH, FADH2, ADPATP
każda komórka posiada od 1000-10000 mitochondriów (liczba zależna od zapotrzebowania energetycznego)
pojedyncze mitochondrium - kilka kopii (4-10) kolistego DNA - 16,5 kb
w procesie ewolucji zaszła symbioza pomiędzy mitochondrium a komórką żerną
Kodowanie białek mitochondrialnych
większość kodowana w genomie jądrowym, translacja w cytoplaźmie i transport tych białek do mitochondrió
około 40 białek kodowane jest w genomie mitochondrialnym (głównie geny których białka biorą udział w procesach wytwarzania energii i jej transportu)
Gen mitochondrialny (mtDNA) - genom mitochondrialny:
16569 par zasad (kpb)
kodowanie: 13 białek związanych z fosforylacją oksydacyjną, 22 klasy tRNA, 2 klasy rRNA, podjednostka ATPazy, podjednostki kompleksu NADH-dehydrogenazy-ND
Zapłodneienie - plemnik wnika do komórki jajowej waz z mankietem mitochondrialnym. Komorka jajowa zawiera około 100 tyś mitochondriów, plemnik zaś około 100. Powstanie zygoty warunkuje strawienie tych 100 mitochondriów znajdującycyh się w witce, konsekwencją jest pozostanie wyłącznie matczynych mitochondriów.
Dziedziczenie mitochondrialne (mtDNA) tzw „genetyka samotnej matki” - Steve Jones
dziedziczenie matczyne - badania korelacji w różnych populacjach pod względem zawartości genów w mitochondriów i ich podobieństw i różnic umożliwiło dotarcie do MITOCHONDRIALNEJ EWY, która żyła najprawdopodobniej w Afryce środkowej. PRAOJCIEC ADAM - prowadzone badania również w tym kierunku, pod względem homologi i różnic w genie SRY, najpradopodobniej Adam mieszkał w Afryce południowej
„dziedziczenie mendlowskie” dotyczy chorób związanych z białkami kodowanymi w jądrze albo będącymi agregatami podjednostek kodowanych w jądrze i cytoplaźmie
genom mitochondrialny dziedziczy się w linii matczynej, nie ma wymiany tego materiału. Chorują zarówno mężczyźni jak i kobiety, jedynie dzieci kobiet mają geny nieprawidłowe w mitochondrialnym DNA, dzieci mężczyzn chorych nie chorują bo nie przekazują mitochondrialnego DNA
heteroplazmia - czyli nierówny podział cytoplacmy komórek, nierówny podział a wraz znią nierówny podział mitochondriów. Ich liczba po podziale nie jest równa (podział niesymetryczny). W związku z tym występuje duża heterogenność chorób o różnym występowaniu i nasileniu danej jednostki chorobowej wśród chorej rodziny (niejednokrotne wystepowanie i natężenie choroby co do wieku)
Mutacje mtDNA:
wyższe tempo mutacji niż w DNA jądrowym bo brak systemów naprawy mtDNA (brak histonów, obecność dużej ilości wolnych rodników)
mutacje w mtDNA komórek rozrodczych dają choroby rodzinne
mutacje w mtDNA komórek somatycznych daję spadek wydalności układu fosforylacji oksydacyjnej z wiekiem i w końcu starzenie się organizmu
pierwsza zidentyfikowana mutacja została w 1988 roku
Charakterystyka chorób mitochondrialnych:
różnorodność objawów wśród osób z tej samej rodziny
zmieniający się obraz choroby w trakcie życia danej osoby
w niektórych chorobach objawy mogą pojawiać się dopiero w wieku dojrzałym (heteroplazmia, nagromadzenie się niepradiwłowych cząsteczek DNA w niektórych tkankach w miarę rozwoju)
diagnostyka: obecność mutacji, badanie stosunku zmutowanego do prawidłowego mtDNA
Warunek wiarygodnej diagnostyki:
ustalenie jakie sekwencje mtDNA są prawidłowe, a jakie zmutowane poprzez: przebadanie mtDNA kontorlnej grupy osób zdrowych w danej populacji (różnice między populacyjne, brak rekombinacji między mtDNA), neutralne podstawienia?, polimorfizmy?, mutacje? (korelacje genotyp/fenotyp w rodzinach ze zmianami)
różnice między populacyjne
Korelacje genotyp fenotyp
dana choroba może być wywołana przez mutacje w różnych genach
dana mutacja może powodować dwie różne choroby np. mutacja tRNA Leu w pozycji 3243 dająca cukrzyce z głuchotą albo zespół MELAS
wpływ innych czynników na efekty danej mutacji: sekwencja mtDNA?, DNA jądrowe, heteroplazmia in
Choroby mitochondrialne:
uszkodzenie narządów o dużym zapotrzebowaniu energetycznym (mózg, serce, mm szkieletowe, wątroba, trzustka, nerki, narząd wzroku, narząd słuchu)
rodzaje mutacji: delecje, mutacje punktowe
choroba wystepuje gdy zostanie przekroczona „wartość progowa” odsetka zmutowanych cząsteczek DNA (różna dla róznych chorób, osób, tkanek)
mitochondrialna cytopatia (mutacja ograniczona do 1 tkanki lub narzadu)
mutacja germinalna czyli mutacja powstające w komórce żeńskiej rozdrodczej i jest mutacją dziedziczną
Zespół Lebera (LHON - Lebers hereditary optic neuropathy)
była pierwszą zdiagnozowaną chorobą mitochondrialną
zanik nerwu wzrokowego pojawiający się w starszym wieku, przebieg choroby jest szybki w ciągu kilku miesięcy, prowadząc do całkowitej ślepoty albo do nieodrwcalnego znacznego upośledzenia widzenia (bardzo silne niedowidzenie, zarysy, kontury)
mutacja nukleotydów: 11778 (ślepota albo ślepota z dystonią, choroba u 10% kobiet i u 50% mężczyzn z tą mutacją), 3460, 14468, 15257
90% przypadków w populacjach europejskich
mutacje na ogół homoplazmatyczma czyli wszystkie dzieci dostają równe części mitochondriów z mutacją
MERRF Padaczka miokloniczna z obecnością włókien poszarpanych
mutacja w pozycji 8344 genu tRNA lizynowego
dominującym objawem jest padaczka 100%, miopatia 70% ,ataksja 50%, głuchota 40%, cukrzyca 3%
MELAS Enceflopatia mitochondrialna z kwasicą mleczanową i napadami przypominającymi udar mózgu
mutacja w nukleotydzie 3243 - gen tRNA leucynowego (mutacja w tym samym miejscu tego samego genu powoduje cukrzycę insulinozależną z głuchotą)
miopatia 53%, ataksja 24%, głuchota 44%, cukrzyca 15%
NARP neurogenne osłabienie mięśni z atasją i barwnikowym zwyrodnienie siatkówki
MMC mitochondrialna miopatia i kardiomiopatia
Zespół Kearnsa-Sayera (KSS)
oftalmoplegia - porażenie mięśni gałki ocznej
zwyrodnienie barwnikowe siatkówki
kardiomiopatie
Terapia genowa:
pierwszy zabieg wykonano 14.09.1990 o godzinie 8:59 u dziewczynki cierpiącej na brak ADA (dezaminazy adenozyny), ogromne braki immunologiczne, nie mogła kontaktować się z ludźmi, zamknięta w szczelnym pomieszczeniu. Pobrano od niej komórki
somatyczna - gen wprowadzany do komórek somatycznych, w tym przypadku jest pełne pozwolenie przez władze
zarodkowa (germinalna) - działanie na poziomie wczesnych zarodkach lub komórek płciowych, wyleczona mutacja, dziecko się rozwija normalnie, stosowane tylko w badaniach laboratoryjnych na zwierzętach wyłącznie, nie wiadomo jak gen wprowadzony będzie oddziaływał innymi genami (interakcje)
transfekcja - wprowadzenie genu do komórki obojętnie jaką metodą
transudkcja - transfekcja przy pomocy wektorów wirusowych
transgen - gen wszczepiony (transferowy)
Narzędzia terapii genowej:
wektory wirusowe
RV (retrowirusy) - wirusy RNA z odwrotną transkryptazą, tylko do komórek proliferującycyh wprowadzane
Adenowirusy - mają powinowactwo do nabłonka dróg oddechowych, są pojemne pod względem transfekowanego genu, wirusy DNA
AAV (wirusy skojarzone z adenowirusami) - małe cząsteczki mogące wniknąć o wielu tkanek i narządów
możliwe powikłania
mutageneza insercyjna - wirus może wbudować się w poblize genu lub w dany gen zaburzając jego funkcje
rekombinacja infekcja RV (zabezpieczenia: wektor + linia opakowująca
zaburzenia immunologiczne (reakcja na białko wirusa
bezpośrednia toskyczność wirusa
konstrukcje retrowirusów: wycina się geny kodujące otoczkę (gag, pol, env), w konsekwencji wirus jest tylko raz wbudowany do otoczki , nie jest w stanie sytnetyzować kapsydu
rybozymy - krótkie odcinki RNA o właściwościach enzymatycznych (swoistość cięcia: GUU, GUA, GUC)
metody chemiczne - liposomy (transgen spłaszczony warstwa lipidow-białkową) - kationowe, ukierunkowane, polimerazy kationowe, fosforan wapnia
metody fizyczne - elektrooperacja
bezpośrednia podaż nagiego DNA do układu krążenia
mikromanipulacja: metoda 100 efektywna ale mało wydajna
Materiał który wprowadzamy to cDNA, RNA, antysensy, By-standar effect; działanie transgenu na inne sąsiednie geny. Podaż in vitro, in vivo, ex vivo
zastosowanie - tylko w chorobach monogenowych (wrodzonych lub nabytych), warunkiem użycia jest rozpoznanie choroby, znalezienie genu odpowiedzialnego za chorobę oraz poznanie mechanizmu działania tego genu
strategie:
wymiana - zabranie genu nieprawidłowego i wszzepienie prawidłowego
korekcja - powodowanie mutagenezy, która zmieni pierwotną mutację lub przez powodowanie rekombinacji homologicznej z prawidłowym allelem
komplementacja (uzupełnienie) - wprowadzenie genu brakującego lub zmutowanego, jest to metoda ograniczona, gdy nieprawidłowy gen rodukuje nierawidłowe białko
komórki docelowe - komórki macierzyste danej linii (trwała ekspresja transgenu), samoodtwarzają się, dają bardziej ukierunkowane, komorki ukierunkowane - można je cofnąć do stadium komórek macierzystych, komórki dojrzałe 0 mają przemijającą ekspresję np. w mukowiscydozie inhalacje z genem CFTR, komórki macierzyste (pierwotne organizmu) - mogące różnicować się w różne tkanki, występują w niwielkich ilościach krążenia