K perspektivám DNA diagnostiky u komplexních nemocí

1. K perspektivám DNA diagnostiky u komplexních nemocí 20.5.2009

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 i genetických.

3. Genomická stabilita vs. variabilita • Stabilita genomu je trvale ohrožována mnoha mechanismy během replikace buněk • Variabilita genomu zajišťuje optimální míru adaptace populace na rychleji se měnící okolní podmínky

4. Genové mutace jako příčina variability v genech • Mutace v somatických buňkách • Vznikají kdykoliv v průběhu života • Jsou buněčně nebo orgánově specifické a obvykle se nepřenášejí na potomstvo • Mutace v germinativních buňkách • Jsou součástí genetické predispozice k nemocem • Jsou přítomny ve všech buňkách jedince • Přenášejí se na potomstvo

5. Mutace v somatických buňkách Sporadická rakovina kolorekta MR Stratton et al. Nature458, 719-724 (2009) The lineage of mitotic cell divisions from the fertilized egg to asingle cell within a cancer showing the timing of the somatic mutationsacquired by the cancer cell and the processes that contribute to them.

6. Somatické mutace v jednom genomu pacienta s kolorektálním karcinomem MR Stratton et al. Nature458, 719-724 (2009)

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. 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.

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. Genetické studie • strategie výběru kandidátních genů. • Tato otázka je podstatně jednodušší u mendelisticky děděných nemocí, kde se změněná funkce jednoho genu snádněji identifikuje. • výběr typu studie (a příslušné statistické metodologie), která zhodnotí sílu asociace genů s chorobami. Možnosti jsou v zásadě dvě: • linkage (vazebná) analýza • asociační studie. • K detekci specifických genetických oblastí a genů, které se účastní v transmisi nemoci, je v principu možné použít obě metody.

11. 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).

12. 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 • DNA marker nemusí mít kauzální vztah k nemoci. Pro klinicky užitečný markerje třeba, aby jeho asociace s nemocí nebo jeho příznakem byla statisticky co nejužší.

13. Asociační studie-příklad: I/D ACE Fyhrquist F and Saijonmaa O, Journal of Internal Medicine 264: 224-236, 2008 RPR, renin/prorenin receptor; Mas, mas oncogene, receptor for Ang 1–7; AT2R, angiotensin type 2 receptorAT1R, angiotensin type 1 receptor, IRAP, insulin-regulated aminopeptidase; Ang IV receptor AMPA, aminopeptidase A; AMPM, aminopeptidase M; ACE, angiotensin-converting enzyme; ACE2, angiotensin-converting enzyme 2; NEP, neutral endopeptidase.

14. I/D ACE - genotyping ACE ID DD II • Dvě formyTestikulárníACE (ancestral) je exprimován během terminální diferenciace lidských spermatocytů • Somatická ACE (duplikovaná u Chordat) se exprimuje v oblastech vysokého průtoku tekutin • D alela asociovaná s mnoha diagnózami všetně psychiatrických a většiny rakovin. Výsledky kardiovaskulárních studií mnohdy kontraverzní Moskowitz DW et al., Current Topics in Medicinal Chemistry 4: 1431-1452, 2004

15. I/D ACE polymorphism a akutní srdeční selhání Pávková-Goldbergová et al., not published

16. I/D ACE a akutní srdeční selhání Pávková-Goldbergová et al., not published

17. I/DACE, CAD a diabetes Blahák J et al., not published

18. I/D ACE, CAD a diabetes Blahák J et al., not published

19. I/D ACE, CAD a diabetes Blahák J et al., not published

20. I/D ACE a CHSSFarmakogenetické aspekty dávkování betablokátorů Pg=0.005, Pa=0.002 Vasku A et al., Cas Lek Ces 2006

21. I/D ACE a CHSSFarmakogenetické aspekty dávkování betablokátorů a ACEI OR for II in patients with BB and/ or ACEI lower than 50% dose of recommended dose of is 2.84; P=0.002 Pg=0.006, Pa=0.009 Vasku A et al., Cas Lek Ces 2006

22. I/D ACE a pacienti s kožním T-lymfomem Patients with phototherapy have more frequently genotype ID OR= 2.92, 95% CI 1.12-7.57, P=0.02 Vasku V et al., not published

23. I/D ACE a pacienti s psoriázou Pg=0.03 Pa=0.04 Patients with psoriasis and diabetes have more frequently DD variant of I/D ACE polymorphism OR= 4.01, 95% CI 1.37-11.73, P=0.01 Vasku V et al., not published

24. I/D ACE a pacienti s psoriázou Patients with psoriasis and repeated tonsillitis/tonsillectomy history have more frequently DD variant of I/D ACE polymorphism OR= 1.98, 95% CI 0.94 – 4.18, P=0.05

25. I/D ACE a (TAP1* 0101) (6p21.3) u pacientů s psoriázou Pg=0.03 Pa=0.04 Patients with psoriasis and genotype TAP1* 0101 have more frequently DD+ID variants of I/D ACE polymorphism OR= 2.97, 95% CI 1.17-7.50, P=0.01

26. I/D ACE a TNFbeta NcoI (6p21.3) u pacientů s psoriázou Pg=0.03 Pa=0.04 Patients with psoriasis and genotype B1B1 have more frequently DD variant of I/D ACE polymorphism OR= 2.87, 95% CI 0.92-9.00, P=0.07

27. I/D ACE a RAGE 6 (6p21.3) u pacientů s psoriázou Pg=0.03 Pa=0.04 Patients with psoriasis and genotype AA have more frequently DD+ID variants of I/D ACE polymorphism OR= 2.04, 95% CI 0.96 - 4.33, P=0.05

28. Chromosome 6 MHC 6p21.1- 6p21.3 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 kb Class II Class III Class I DP DN DM LMP/TAP DO DQ DR C4 C2 HSP70 TNF B C E A G F b a a a b a b a b b a PSORS1 SEEK1 HCG27 POU5F1 CCHCR1 STG HLA-B HLA-C ERVK PSORS1C3 TCF19 SPR1 CDSN HLA-E Až 50% genetické vnímavosti pro psoriázu je asociováno s PSORS11 RAGE • Illustration adapted from: Bowcock AM, Krueger JG. Nat Rev Immunol. 2005;5(9):699-711. • 1. Trembath RC, et al. Hum Mol Genet. 1997;6(5):813-20.

29. Doporučení pro úspěch ve studiu genetiky komplexních nemocí • Pečlivá příprava návrhu studie se statistickou rozvahou (prospektivní, multicentrická s ohledem na genetické gradienty) • Výběr optimální molekulárně biologické metodologie • Zajištění adekvátního statistického zpracování (statistické balíky) • Věcně správná interpretace výsledků • Úzká spolupráce s kliniky • Široká spolupráce s odborníky na různé obory genetiky (klinická genetika, epidemiologická genetika, odborníci na molekulární evoluce) • Stálé sebevzdělávání!

30. Děkuji vám za pozornost „I just need a closer look...“