Genetika d edn ih bolezni skeletnih mišic

1. Genetika dednihbolezni skeletnih mišic Janez Zidar, Lea Leonardis Inštitut za klinično nevrofiziologijo Sestanek SKN SZD, Maribor, 21. april 2006

2. Molekulska diagnoza • Pomen za klasifikacijo • Pred tem obdobjem klasifikacija temeljila na klinični sliki, dednosti, histološki sliki: na kromosom X vezane mišične distrofije, medenično-ramenske mišične distrofije, kongenitalne mišične distrofije, “nedistrofične” kongenitalne miopatije, miotonije • Novi sistemi klasifikacije še nekonsistentni • Strategije, kako se lotiti genetskega testiranja izdelane za redke klinične situacije

3. Distrofinopatije 1 • Mutacije v distrofinskem genu povzročijo 3 glavne klinične sindrome: DMD, BMD in kardiomiopatijo (mišični krči, rabdomioliza ob naporu) • 20 do 40 % prenašalk je simptomatskih • Distrofinski gen je največji znani človeški gen

4. Distrofinopatije 2 • Mutacija je v približno 60 % v obliki večje delecije, v 35 % gre za manjše ali točkaste mutacije, v 5 % za podvojitve • Večino delecij ugotovimo z analizo po Sothernu ali z metodo PCR • Detekcija točkastih mutacij je težja in zamudna • Testiranje simptomatskih prenašalk zahtevnejše • Testiranja na proteinskem nivoju (imunohistokemija, Western blot); DMD – ni distrofina, BMD in prenašalke – mozaični vzorec

5. Kaj so medenično-ramenske mišične distrofije? • Skupina fenotipsko podobnih bolezni • Skupen jim je vzorec prizadetosti skeletnih mišic (medenično-ramenski) • Razlikujejo se glede načina dedovanja (avtosomsko recesivno ali avtosomsko dominantno), glede na starost ob začetku in hitrost napredovanja, vpletene molekulske mehanizme, … • Izraz, kot ga večinoma razumemo danes, izključuje podobne bolezni vezane na kromosom X (distrofinopatije, mišično distrofijo Emery-Dreifuss) in FSH.

6. Avtosomsko dominantne medenično-ramenske mišične distrofije • MRMD1A (mutacija v miotilinskem genu, 5q31) • MRMD1B (mutacija v genu lamin A/C, 1q11-q21-23) • MRMD1C (mutacija v genu za kaveolin 3, 3p25) • MRMD1D (6q23) • MRMD1E (7q) • Miopatija Bethlem (mutacije v različnih genih za kolagen, 21q22.3, 2q37)

7. Avtosomsko-recesivne mišične distrofije • MRMD2A (kalpainopatija, mutacija v genu za kalpain 3, 15q15.1-21.2) • MRMD2B (disferlinopatija, mutacija v genu za disferlin, 2p13) • MRMD2C, -2D, -2E, -2F (sarkoglikanopatije γ, α, β, δ; 13q13, 17q12-21.33, 4q12, 5q33-34) • MRMD2G (telotoninopatija, 17q11-12) • MRMD2H (TRM32, 9q31-33) • MRMD2I (fukutinu podobna beljakovina, 19q13.3) • MRMDJ (titinski gen)

8. Molekulska diagnoza • Večinoma z analizo beljakovine (mišična biopsija, pazljivost pri interpretaciji: odsotnost ene beljakovine lahko povzroči sekundarno odsotnost drugih) • Testiranje DNA (večinoma še ne rutinsko)

9. Klinična slika • Medenično-ramenska razporeditev mišičnih atrofij in oslabelosti • Zgodnja oslabelost adduktornih mišic v kolkih 8/8 • Hoja po prstih (za eno od bolnic ni podatka) 7/8 • Štrleče lopatice 6/8 • Kontrakture v sklepih zg. in sp. udov 4/8 • Izguba sposobnosti samostojne hoje 4/8 (17 let po začetku) • Kasna oslabelost obraznih mišic 2/8 • Hipertrofija mišic meč 1/8 • EKG normalen, 5 preiskanih; blažja restriktivna respiratorna insuficienca 2/8

10. Izvidi laboratorijskih preiskav • CK 2 do 40x  • EMG - miopatski vzorec • Mišična biopsija: degenerativna miopatija, odsotnost kalpaina (7/8 - eden od sorodnikov ni bil preiskan) • Molekularna genetika: mutacija v genu za kalpain 5/8 (en sorodnik ni bil analiziran, pri enem mutacija ni bila ugotovljena, en bolnik še ni bil preiskan)

12. Disferlinoaptij • Klinična slika značilna za miopatijo Miyoshi • Začetna prizadetost mišice gastroknemius, počasno slabšanja, kasneje zajete tudi mišice stegen medeničnega obroča, trupa, zgornjih udov, fenotipska različnost celo pri članih iste družine (medenično-ramenska prizadetost, asimptomatska CKemija, mialgije, boleča hipertrofija meč, prizadetost pretibialnih mišic) • Laboratorijske značilnosti: močno zvišana aktivnost CK, miopatski vzorec EMG in mišične biopsije (vnetni infiltrati), odsotnost ali manjša vsebnost disferlina, sekundarno pomanjkanje kalpaina

14. Sarkoglikanopatije Trije bolniki (dve ženskega in eden moškega spola, 15 - 36 let)

15. Klinična slika 1 • Teta in nečak ter en sporadični bolnik, v družinah ni konsangvinosti • Starost ob začetku 6 do 11 let • Prvi simptomi: težave pri teku, vzpenjanju po stopnicah, vstajanju iz počepa ter hoja po prstih pri enem

16. Klinična slika 2 • Medenično-ramenska razporeditev mišičnih atrofij in oslabelosti • Ekstenzorji kolena približno enako prizadeti kot fleksorji • Ena od bolnic na invalidskem vozičku • Ni hipertrofije meč

17. Laboratorijski izvdi • CK 9 do 19x  • EMG - miopatski vzorec • Mišična bopsija: degenerativna miopatija, selektivno pomanjkanje sarkoglikanov • Dva bolnika spremembe v EKG

18. -sarkoglikan

20. Druge značilnosti sarkoglikanopatij • Drugačni fenotipi: mišični krči, neprenašanje napora • Hoja po prstih pri manj od polovice bolnikov • Presimptomatsko zvišanje serumske aktivosti CK • Starost ob začetku različna • Štrleče lopatice pogost znak • Zgodnja prizadetost mišic deltoid, biceps brahii; medenčne mišice bolj prizadete od stegenskih, zgodnja prizadetost pretibialnih mišic • Napredovanje hitrejše ob zgodnejšem začetku • Prizadetost srčne mišice pri sarkoglikanopatiji 

21. Miotonične distrofije (DM) • Mišične distrofije, ki so jim pridruženi znaki miotonije in značilna prizadetost drugih organov. Vse oblike so avtosomsko dominantno dedne. • Najpogostejša oblika mišične distrofije pri odraslih (4 do 13/100.000) • DM1 - mutacija v genu DMPK (miotoninska beljakovinska kinaza) na kromosomu 19 • DM2 (PROMM) – mutacija v genu ZNF9 (beljakovina cinkovega obroča) na kromosomu 3q21 • DM3 - kromosom 15q21-q24

22. DM1 (98 % vseh oblik) • Multisistemska narava bolezni • Fenomen anticipacije (tendenca slabšanja v naslednjih generacijah) • Kongenitalne oblike – prenos pretežno prek mater • Pomnožitev števila trinuklueotidnih zaporedij (CTG) v delu gena, ki se ne prevede v beljakovino • Stopnja prizadetosti povezana s številom ponovitev

23. DM1 • Mehanizem nastanka: • - manjša aktivnost DMPK (šibkost zaradi motenj sklapljanja, prizadetost miokarda, motnje Na kanalov) • - manjša aktivnost SIX5 (regulacija prepisovanja gena za NaKATPazo (podenoto α-1); razvoj katarakte) • - vpliv na druge gene (miotonija, sladkorna bolezen, motnje v klorovih kanalih)

24. DM2 • Pomnožitev štirinukleotidnih zaporedij (CCTG) v genu ZNF9 • Mehanizem nastanka bolezni podoben DM1 • Ni kongenitalnih oblik, ni anticipacije • Molekularno-genetski testi rutinski

25. Bolniki iz SI registra • 75 ima diagnozo DM1 861 genetsko, 14 klinično) • 13 ima diagnozo DM2 (trije genetsko potrjeno, 10 klinično) • Molekularno-genetsko testiranje DM1 v Ljubljani, DM2 v tujini (Magdeburg)

26. Facio-skapulo-humeralna MD • Tipična razporeditev mišične šibkosti • Izjemoma obrazne mišice neprizadete • Senzorinevralna naglušnost – 75 % • Coatsova bolezen (teleangiektazija retinalnih žil, navadno asimptomatska, lahko odstop mrežnice)

28. tabela

31. Facio-skapulo-humeralna MD • Avtosomsko dominantno dednih 70 do 90 %, sporadični bolniki 10 do 30 % • Bolezen posebna tudi glede genetske osnove – ne gre za mutacijo v genu • Pri skoraj vseh bolnikih (95 do 100 %) z značilno klinično sliko gre za zmanjšanje velikosti (delecijo) fragmenta v telomernem delu kromosoma 4q (4q35). Fragment sestoji iz več enakih zaporedij nukleotidov (D4Z4) • Homologija z delom kromosoma 10q

32. Facio-skapulo-humeralna MD • Mehanizem nastanka: moteno prepisovanje sosednjih genov (FRG1, FRG2, ANT1), hipometilacija 4qD4Z4, toksični učinek • Nove mutacije (lahko somatske – somatski mozaicizem) • Velikost delecije povezana s stopnjo klinične prizadetosti (največje delecije – kongenitalna oblika)

33. Podatki iz našega registra • Klinična diagnoza: 91 bolnikov • Genetska diagnoza (sodelovanje z dunajsko ustanovo): 38 bolnikov • (povprečna prevalenca: 1 do 5/100.000, po pogostnosti takoj za DMD in DM)

34. Kongenitalne mišične distrofije • Začetek ob rojstvu ali v dojenčkovem obdobju • V splošnem malo ali nič slabšanja • Klasifikacija glede na prizadet gen (večinoma vpleteni v povezavo zunajceličnega matriksa z distrofinom prek laminina alfa2 ter membranbskih receptorjev – distroglikana alfa in integrina) • Najpogostejši vzrok (50 %) – pomanjkanje merozina

35. Kongenitalne mišične distrofije • Molekulska diagnoza: analiza beljakovine (pogosto sekundarno pomanjkanje) • Odločitev za vrsto testa odvisna od specifičnih kliničnih nenormalnosti (prizadetost osrednjega živčevja)

36. Kongenitalne mišične distrofije • Ullrichova/Bethlemova miopatija (podenota kolagena6) • Pomanjaknje laminina alfa2 • Bolezen Fukuyama (fukutin) • Bolezen mišic, oči in možganov (POMGNT1) • Sindrom Walker-Warburg (POMT1) • MRMD2I (fukutinu podobna beljakovina) • Mutacija v beljakovini LARGE • Mutacija v beljakovini integrin alfa7 • CMD z rigidno hrbtenico (SEPN1) • Druge oblike

38. Nedistrofične prirojene miopatije (miopatije s specifično ultrastrukturno nenormalnostjo) • Tradicionalno sem spadajo kongenitalne miopatije (bolezen strženov, nemalinska miopatija, centronuklearna miopatija, ..) • Druge oblike: miofibrilarne miopatije (inkluzije fibril v diskih Z), vakuoalrne miopatije • Pri večini distrofij gre za pomanjkanje beljakovine • Pri nedistrofičnih miopatijah pa gre za kopičenje beljakovin

39. Nedistrofične prirojene miopatije (miopatije s specifično ultrastrukturno nenormalnostjo) • Nemalinska miopatija (alfa tropomiozin, nebulin, alfa aktin, beta tropomiozin, troponin) • Bolezen strženov (rianodinski receptor) • Bolezen majhnih strženov (SEPN1) • Miotubularna miopatija (miotubulariun) • Miofibrilarne miopatije (dezmin, kristalin alfaB, miotilin, selenoprotein) • IBM2 (motena glikozilacija alfa distroglikana)

40. Nedistrofične miotonične motnje in periodične paralize • Mutacije v mišičnih ionskih kanalih lahko povzročijo prehodno povečano vzdražnost membran (miotonija), lahko jo zmanjšajo (paraliza) ali pa povzročijo oboje • Mutacije v genu za klorove kanale povzročijo avtosomsko dominantne in avtosomsko recesivne kongenitalne miotonije

41. Nedistrofične miotonične motnje in periodične paralize • Mutacije v genu SCN4A (podenota natrijevega kanala) povzročijo cel spekter fenotipov: paramiotonija kongenita, s kalijem poslabšana miotonija kongenita, hiperkalemična in hipokalemična periodična paraliza • Mutacije v genu kalcijega kanala: najpogostejši vzrok hipokalemičnih periodičnih paraliz

42. Nedistrofične miotonične motnje in periodične paralize • Mutacije v genu kalijevega kanala: sindrom Andersen-Tawil (anomalije obraza, periodične paralize, motnje prevajanja v miokardu)

43. Diagnostični pristop • Bolniki z miotonijo brez napadov parez, ni poslabšanja v mrazu: najprej testiranje na DM1 in 2 • Bolezen/bolezni klorovih kanalov (testiranje ni rutinsko) • Paradoksna miotonija, hiperkalemična periodična paraliza: testiranje gena SCN4A • Hipokalemična periodična paraliza: najprej testiranje gena kalcijevega kanala, nato SCN4A • Bolniki z anomalijo obraza in podaljšano dobo QT v EKG: testiranje gena kalijevega kanala

44. Nedistrofične miotonične motnje in periodične paralize • Podatki iz našega registra: • 52 bolnikov ima diagnozo miotonije kongenite brez genetske diagnoze • Miotinija kongenita SCN4A: 8 bolnikov • Miotonija kongenita CLCN1: 2 bolnika • Hipokalemična periodična paraliza SCN4A: ena družina • Sindrom Andersen-Tawil: en bolnik

45. Mitohondrijske miopatije • Gre tipično za multisistemske bolezni (vsenavzočnost mitohondrijev) • Možgani in skeletne mišice so pogosto zajete • Mitohondrijske beljakovine kodirane v mitohondrijskem in jedrnem genomu • Kopičenje nenormalnih mitohondrijev zaznamo kot tako imenovana razcefrana vlakna (brez aktivnosti citohrom-oksidaze)

46. Mitohondrijske miopatije • Testiranje se tipično začne z biopsijo mišice in biokemijskimi analizami encimov dihalne verige • Neposredno genetsko testiranje v primeru specifičnih sindromov • Testiranje limfocitne DNA: MELAS, MERFF, NARP

47. Ponavljajoče se rabdomiolize povzročene z naporom • Največkrat brez pomembne trajne šibkosti (presnovne miopatije) • Zmeda v poimenovanju: nekatere presnovne miopatije se pokažejo z napredujočo šibkostjo brez napadov mioglobinurij, nekatere mitihondrijske miopatije in distrifije se lahko kažejo tudi z napadi mioglobinurij, pomanjkanja CPTII (mitohondrijski encim) ne uvrščamo med mitohondrijske bolezni

48. Diagnostični postopki • Meritve funkcij encimov v mišici • Gensko testiranje na voljo za nekatere bolezni (CPTII, pomanjkanje miofosforilaze, pomanjkanje fosfofruktokinaze, pomanjkanje mioadenilatne deaminaze