1 / 83

Genetický podklad komplexních nemocí

Genetický podklad komplexních nemocí. 29.3.2010. Genom ve zdraví a nemoci.

ezhno
Download Presentation

Genetický podklad komplexních nemocí

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Genetický podklad komplexních nemocí 29.3.2010

  2. Genom ve zdraví a nemoci • Genetická výbava jedince (souhrn všech genů=genom) je sice osudově zadána v okamžiku zplození, ale není pro další život konečná, protože v průběhu života se může měnit jak pod vlivem četných faktorů prostředí, tak pod vlivem dalších faktorů epigenetických.

  3. Genomová stabilita vs. genomová variabilita • Stabilita = absence chyb • Variabilita= adaptabilita genomu

  4. Acetylace histonů jako podklad epigenetické modifikace chromatinu

  5. Metylace DNA • Metylace cytosinu je dědičná modifikace DNA v savčích buňkách a má determinující vliv na dlouhodobou represi genů a genomovou stabilitu. • Genomické metylační „vzorce“, které zůstávají v dospělosti stabilní, se stávají hloubkově narušené v rakovinných buňkách většiny lidských tumorů. • Mění se úroveň metylace v hyper i hypometylovaných oblastech genů. Ztráta metylace není patrně náhodná; patrně má mozaikový charakter a j e důsledkem přechodné demetylace.

  6. Genové mutace • Z hlediska patogeneze nemocí je důležité, zda se jedná o mutace v somatických buňkách, které vznikají v průběhu života, většinou jsou buněčně nebo tkáňově specifické a nepřenášejí se na potomstvo, nebo zda jde o tzv. zárodečné mutace, které vznikají v zárodečných buňkách (vajíčko nebo spermie), stávají se součástí vrozené genetické predispozice, jsou obsaženy ve všech buňkách a přenášejí se na potomstvo.

  7. Genové mutace • Mutací vzniklé alely jsou v populaci z různých důvodů vzácné (např. jsou výrazně patologické a tudíž jsou z populace odstraňovány selekcí, nebo vznikly nedávno a nestačily se v populaci rozšířit) a časté(polymorfismy).

  8. Korelace fenotyp-genotyp u epidermolysis bullosa simplex (EBS)- příklad „monogenní „ nemoci, podmíněné vzácnými mutacemi Keratin 5 Keratin 14 • Irvine AD, McLean WH The molecular genetics of the genodermatoses: progress to date and future directions. Br J Dermatol. 2003 Jan;148(1):1-13. • .

  9. Komplexní (multifaktoriální, multigenní) nemoci • musíme počítat s tím, že fakticky každá choroba má nějaké genetické pozadí, jehož podíl na manifestaci dané choroby je různý. • Své genetické pozadí mají i tak relativně vzdálené proximální fenotypy, jako je např. kvalita života u nemocných s chronickým kardiovaskulárním onemocněním.

  10. Komplexní (multifaktoriální, multigenní) nemoci • Za genetickou predispozici mnoha biologických procesů, evolučních adaptací a tedy také tzv. komplexních nemocí zřejmě odpovídají kombinace určitých genů a určitých faktorů zevního prostředí. • Interakční efekty a vliv vnějších faktorů však nutně musíme očekávat i v případě mendelisticky děděných nemocí, což se koneckonců projevuje ve všeobecně známélékařské zkušenosti se  širším klinickým spektrem příznaků stejného onemocnění.

  11. Komplexní (multifaktoriální, multigenní) nemoci • musíme počítat s tím, že fakticky každá choroba má nějaké genetické pozadí, jehož podíl na manifestaci dané choroby je různý. • Své genetické pozadí mají i tak relativně vzdálené proximální fenotypy, jako je např. kvalita života u nemocných s chronickým kardiovaskulárním onemocněním.

  12. Polymorfismy v DNA • Jako polymorfismy v DNA se označují přirozeně se objevující změny v sekvenci DNA s více než jednou variantou-alelou, s populační frekvencí více než 1 %. Objevují se v průměru jednou na každých 1000 párů bází genomové DNA. • Asi 90 % z nich jsou polymorfismy se záměnou jednoho nukleotidu (single nucleotide polymorphisms - SNP), jejichž podstatou je substituce jedné báze. • Většina těchto polymorfismů leží v nekódujících (intronových) sekvencích, na jejichž funkční význam existují odlišné názory.

  13. Polymorfismy v DNA • Kromě SNP se vyskytují také minisatelitní a mikrosatelitní polymorfismy, které vznikají v důsledku variace v  tzv. tandemových repetitivních sekvencích. Minisatelitní polymorfismy jsou obvykle dlouhé 0,1-20 kilobází, zatímco mikrosatelitní často méně než 100 párů bazí. • Ačkoliv většina polymorfismů je zřejmě funkčně neutrální, část z nich zřejmě má alelicky specifické účinky na regulaci genové exprese nebo funkce kódovaného proteinu, což determinuje interindividuální variabilitu v biologických znacích i vnímavost vůči nemoci.

  14. Komplexní (multifaktoriální, multigenní) nemoci • Za genetickou predispozici mnoha biologických procesů, evolučních adaptací a tedy také tzv. komplexních nemocí zřejmě odpovídají kombinace určitých genů a určitých faktorů zevního prostředí. Interakční efekty a vliv vnějších faktorů však nutně musíme očekávat i v případě mendelisticky děděných nemocí, což se koneckonců projevuje ve všeobecně známélékařské zkušenosti se  širším klinickým spektrem příznaků stejného onemocnění.

  15. Komplexní (multifaktoriální, multigenní) nemoci • Na odhalení nejobecnějších principů genetiky multifaktoriálních nemocí se na rozdíl od genetiky nemocí mendelistických v současné době stále ještě čeká. Také z tohoto důvodu zatím v klinické praxi často kolísá názor na výsledky genetických studií, které se snaží odhalit genetický podklad komplexních nemocí, od neodůvodněného očekávání nad nalezenými geny velkého účinku až po velkou skepsi vzhledem k existenci genetického podkladu v populaci četných nemocí ( nad 1%), jako je v kardiologii např. esenciální hypertenze. Jisté je, že pokud choroba má prokazatelně familiární výskyt, musíme očekávat podíl genetického podkladu na její manifestaci, a to i v tom případě, že není dosud dobře definován nebo dosavadní znalost nepovažujeme za přesvědčivou.

  16. Komplexní (multifaktoriální, multigenní) nemoci • Jinak řečeno, v 21. století již musíme počítat s tím, že fakticky každá choroba má nějaké genetické pozadí, jehož podíl na manifestaci dané choroby je různý. Své genetické pozadí mají i tak relativně vzdálené proximální fenotypy (viz níže), jako je např. kvalita života u nemocných s chronickým kardiovaskulárním onemocněním.

  17. Genetické studie • Základní debata nad genetickým podkladem nemocí logicky začíná od strategie výběru kandidátních genů. Tato otázka je podstatně jednodušší u mendelisticky děděných nemocí, kde se změněná funkce jednoho genu snadněji identifikuje. • Dalším významným momentem je výběr statistické metodologie, která zhodnotí sílu asociace genů s chorobami. Možnosti jsou v zásadě dvě: linkage (vazebná) analýza a asociační studie. K detekci specifických genetických oblastí a genů, které se účastní v transmisi nemoci, je v principu možné použít obě metody.

  18. Genetické studie Asociační studie vyšetřují souvýskyt markeru a nemoci na populační úrovni, tj. u nepříbuzných jedinců, obvykle srovnáním frekvencí markerů u nepříbuzných nemocných a kontrolních subjektů (studie case-control). Statistickou sílu asociace je možno dále zvýšit obohacením o další kritéria, jako jsou klinické subtypy nemoci (studie case-case), závažnost nemoci, časný začátek nemoci, rizikové faktory pro nemoc včetně pohlaví a vhodné biologické znaky (např. plasmatické hladiny cytokinů při asociaci genetických polymorfismů v cytokinových genech; studie genotyp-fenotyp).

  19. Kandidátní geny - asociace • s intermediálním fenotypem • s klinickou manifestací nemoci • s klinickou závažností nemoci • s odpovídavostí nemoci na léčbu (účinnost, vedlejší příznaky)

  20. DNA markery • U komplexních nemocí se ukazuje, že je možno asociovat alely mnohých polymorfismů s výskytem komplexní nemoci nebo některými intermediálními znaky onemocnění (hladiny proteinů, rodinná anamnéza aj.) statisticky asociovat, čili přinejmenším najít genetický marker, s touto nemocí asociovaný. • Určitý genotyp nebo alela daného polymorfismu tak představuje vyšší (nižší) riziko pro nemoc.  Odds ratio (OR): Počet nemocných s riz. genotypem x počet zdravých bez riz. genotypu Počet nemocných bez riz. genotypu x počet zdravých s riz. genotypem

  21. Výběr kandidátních genů pro komplexní nemoci • Základní fyziologické/patofyziologické děje: • Hypoxie • Hypoglykémie • Zánět

  22. HIF1a Pathway Glucose Transporter Glucose Transporter MKK6 HSP70 TCP1a Elongin-B Elongin-C ERK2 PHD2 Cytoplasmic Storage Vesicle PHD1 Elongin-B Ref1 Elongin-C FIH1 RBX1 MKK3 HIF1a HSP90 P P P P PSM-a7 Proteasome Ub Ub Ub Ub Ub Ub HIF1a MDM2 HIF1a Degradation ARNT Per1 HIF1a JAB1 ET1 HNF4a2 2009 ProteinLounge.com Epo SRC1 p16(INK4A) HIF1a ARNT VEGF CBP CREB p300 NOSIII c-Jun ATP VHL VHL VHL Cul2 HIF1a HIF1a HIF1a p53 LDHA Glucose Glucose C Normoxia Hypoxia OH Glucose Transporters OH p53 Hypoxia Pathway Pyruvate Asparagine Hydroxylase Glucose VEGF Pathway Gene Expression HRE NOS Pathway

  23. Chow et al., 2007

  24. Clark, I. M., et al., The regulation of matrix metalloproteinases and their inhibitors, Int J Biochem Cell Biol (2008), doi:10.1016/j.biocel.2007.12.006

  25. Clark, I. M., et al., The regulation of matrix metalloproteinases and their inhibitors, Int J Biochem Cell Biol (2008), doi:10.1016/j.biocel.2007.12.006

  26. Chow et al., 2007

  27. Kardiomyocyty Myosin light chain Cíle pro MMP-2 po poškození typu ischémie/reperfúze Chow et al., 2007

  28. Chow et al., 2007

  29. RGD=LEUCINE-RICH REPEAT-, TROPOMODULIN DOMAIN-, AND PROLINE-RICH DOMAIN-CONTAINING PROTEIN William Hornebeck and François Xavier Maquart, 2003

  30. Kolagenem (-y) řízený β1–β3 „switch“ a regulace buněčné migrace • Kolagen typu IV: akce MMP-2, MMP-9 (nebo jiných enzymů) odkrývá místa na kolagenu typu IV, která reagují s vβ3 a podporují buněčnou migraci. • Extenzivnější proteolýza vede k uvolnění peptidu 3CB IV, který inhibuje prostřednictvím interakce s β3 buněčný růst a migraci (down-regulation MT1-MMP a vβ3). • Kolagen typu I: interakce řízená 2β1 mezi tímto typem kolagenu a buňkami melanomu indukuje expresi MMP-1, MT1-MMP a aktivaci MMP-2; tyto enzymy mohou spolupracovat na degradaci kolagenu.

  31. Gen pro MMP2 – lokalizace 16q13 Promotor genu -735 C T 0.12

  32. MMP-2 (-1306 A/G) • Tranzice C --> T v pozici -1306 (alelická frekvence 0.26), která mění promotorové místo Sp1-typu (CCACC box), způsobuje nižší promotorovou aktivitu alely T (Price et al., 2001) • p16 oslabuje Sp1 vazbu na promotor MMP-2 a suprimuje transkripci genu. Zvýšená exprese Sp1 může hrát proti této p16-indukované snížené expresi MMP-2. Komplex cyklinA/CDKináza může přímo fosforylovat Sp1 a podporovat jeho vaznou aktivitu na DNA (Wang et al., 2006)

  33. MMP-2 (-790 T/G) • Alela T, nikoliv G obsahuje sekvenci 3 transkripčních faktorů: • GKLF (gut-enriched Krueppel-like factor) • Účastní se proliferace a diferenciace tkání • Knockoutované myši těžké malformace str. corneum • Účast v patogeneze mnohočetného myelomu (zvýšeně exprimován při blokádě receptoru 3 pro fibroblastový růstový faktor in vitro) • Umlčován v buňkách „adult T-cell leukemia“ • S8 • Povrchový antigen • Evi1(ectopic viral integration site 1 encoded factor) • Inhibuje signální dráhu cytokinů rodiny TGF a tím i apoptózu navozovanou TGF  • změněná (zvýšená) exprese u lidských myelodysplastických syndromů a jiných hematologických malignit

  34. MMP-2 a nemoci kardiovaskulární MMP-2-1575 G/A NS

  35. MMP-2 a nemoci kardiovaskulární MMP-2 -1306 T/C NS

  36. MMP-2 a nemoci kardiovaskulární MMP-2 -790 G/T Pg=0,01, Pa=0,03 Pg=0,007, Pa=0,009 Pg=0,02, Pa=0,009 Pg=0,01, Pa=0,02

  37. MMP-2 a nemoci kardiovaskulární MMP-2 -735 T/C NS

  38. MMP-2 a nemoci kardiovaskulárníChronické srdeční selhání a celkový cholesterol ATGT : OR=14,3; P=0,00075 – Pcorr=0,006 Síla testu– 85% při = 5% Dostatečná velikost souboru

  39. MMP-2 a nemoci kardiovaskulární DILATAČNÍ KARDIOMYOPATIE MMP2 a celkový cholesterol GCTT: OR=8,75, P=0,01 pro DKMP s vysokou hladinou cholesterolu ATGT: OR=0,12, P=0,03 pro DKMP s vysokou hladinou cholesterolu

  40. MMP-2 a nemoci kardiovaskulárníDILATAČNÍ KARDIOMYOPATIE VS. ISCHEMICKÁ CHOROBA SRDEČNÍ MMP2 a celkový cholesterol pod 5 mmol/l GCTT:OR=11, P=0,002 pro ICHS oproti DKMP, 80% síla testu na  = 5% ATGT: OR=11,92, P=0,008 pro DKMP oproti ICHS, 65% síla testu na  = 5%

  41. MMP-2 a nemoci kardiovaskulární CHRONICKÉ SRDEČNÍ SELHÁNÍ MMP2 a LDL GCTC : P=0,02

  42. MMP-2 a nemoci kardiovaskulární • Haplotyp ATGT čtyř promotorových polymorfismů v genu pro MMP-2 nese vysoké riziko (OR=14, Pcorr=0,006) pro pacienty chronickým srdečním selháním a nízkou hladinou cholesterolu oproti pacientům s vysokou hladinou cholesterolu. • Haplotyp ATGT nese vysoké riziko (OR=9, P=0,01) pro pacienty s dilatační kardiomyopatií a nízkou hladinou cholesterolu oproti pacientům s vysokou hladinou cholesterolu. • Neprokázali jsme asociaci žádného haplotypu v promotoru genu pro MMP-2 s ischemickou chorobou srdeční a nízkou nebo vysokou hladinou celkového cholesterolu.

  43. MMP-2 a nemoci kardiovaskulární • Haplotyp ATGT nese zvýšené riziko (OR=12, P=0,008) pro srdečně selhávající pacienty s dilatační kardiomyopatii oproti pacientům s ischemickou chorobou srdeční. • Haplotyp GCTT nese naopak vyšší riziko (OR=11, P=0,002) pro pacienty s ICHS oproti srdečně selhávajícím pacientům s dilatační kardiomyopatií. • Haplotyp četných promotorových polymorfismů jsme asociovali pouze s celkovou hladinou cholesterolu, nikoliv s dalšími parametry lipidového metabolismu.

  44. MMP-2 a kožní T-lymfomy Pg=0,06, Pa=0,04, odds ratio pro CC u MF, SS=3,29, Pcorr=0,05

  45. MMP-2 a kožní T-lymfomy Pg=0,01, Pa=0,009, odds ratio pro TT u MF, SS=3,25, Pcorr=0,05

  46. MMP-2 a kožní T-lymfomy Pg=0,02, Pa=0,008, odds ratio pro GG u MF Ia=4,80, Pcorr=0,03

  47. MMP-2 a kožní T-lymfomy Pg=0,009, Pa=0,007, odds ratio pro CC u MF Ia=7,31, Pcorr=0,008

More Related