1 / 62

Molnár Mária Judit

Molnár Mária Judit. A gének és betegségek kapcsolata Molnár Mária Judit. Klinikai Genetika – Genomikai Medicina. A gének és betegségek kapcsolata Molekuláris biológiai metodikák Onkogenetika (solid tumorok, onkohaematológia)

yonah
Download Presentation

Molnár Mária Judit

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. Molnár Mária Judit A gének és betegségek kapcsolata Molnár Mária Judit

  2. Klinikai Genetika – Genomikai Medicina • A gének és betegségek kapcsolata • Molekuláris biológiai metodikák • Onkogenetika (solid tumorok, onkohaematológia) • Kromoszóma rendellenességek, veleszületett rendellenességek és dysmorphiás syndromák • Monogénes betegségek klinikai manifesztációja • Neurogenetikai betegségek • Belgyógyászati betegségek • Haematológiai betegségek • Cardiológiai betegségek • Szemészeti betegségek • Bőrgyógyászati betegségek • Polygénes, multifaktoriális betegségek genetikája • Személyre szabott orvoslás • Közvetlenül a fogyasztók által rendelhető genetikai vizsgálatok • A genetikai betegségek megelőzése: szűrés, genetikai tanácsadás • A genetikai betegségek kezelési lehetőségei • A genetikai orvoslás etikai és jogi aspektusai

  3. 1953

  4. Mi a genomika ? DNS szintű variációk és a gén expressziós mintázatok összességének bioinformatikailag értékelt biológiai összhangzattana

  5. NFkB Genom-Alapú Biológia „systems biology”= rendszer-szemléletű biológia • genomikai adatbázisok • „high-throughput” technológiák • bioinformatika

  6. Humán Genom Program 1990-2003

  7. “Welcome to the Genomic Era”Guttmacher and Collins, NEJM 2003;349:996 • DNA 50th Anniversary • Human Genome Sequence “DNA Changed the World: Now What?”NY Times, February 25, 2003

  8. Három „törvény” • The amount of available DNA sequence data will double every 18 months • The number of available genomes will double every 18 months • The cost of sequence will drop by a factor of 2 every 18 months.

  9. A modern biológia fejlődése populációk (Darwin) egyedek (Mendel) tervezett élőlények sejtek (szintetikus biológia) kromoszómák modellek (rendszerbiológia) egyedi gének, fehérjék, molekulák egyszerre sok gén, molekula (molekuláris biológia) (genomika, proteomika, stb.) 1850 1900 1950 2050 2000 Pósfai György ábrája

  10. A DNS-ben lévő információtömeg hatalmas (22 + 1) pár kromoszóma 3.2 milliárd nukleotid bázis ~26.000 gén (genom 1.4%) 2 m DNS 1014 sejt– 5.9 fénynap

  11. Egy gén DNS szekvenciájának megváltozása megváltoztathatja a kódolt fehérjét

  12. Az emberi sokféleség genetikai alapja Derived from dbSNP release 119 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP/

  13. Az STR olyan mintázat, ahol 2 vagy több nt ismétlődik és az ismétlődő sequenciák közvetlenül egymás mellett vannak Hosszuk 2-50 bp és introni régióban vannak. STR polymorphismus azt jelenti, amikor a homolog STR locusok repeat száma az egyedek között különbözik. Egy adott elhelyezkedésű adott sequencia a genomben meghatározza az egyén genetikai profilját.

  14. Combined DNA Index System (CODIS) DNA database funded by theFBI 1 aatttttgta ttttttttag agacggggtt tcaccatgtt ggtcaggctg actatggagt 61 tattttaagg ttaatatata taaagggtat gatagaacac ttgtcatagt ttagaacgaa 121 ctaacgatag atagatagat agatagatag atagatagat agatagatag atagacagat 181 tgatagtttt tttttatctc actaaatagt ctatagtaaa catttaatta ccaatatttg 241 gtgcaattct gtcaatgagg ataaatgtgg aatcgttata attcttaaga atatatattc 301 cctctgagtt tttgatacct cagattttaa

  15. Transposon- jumping gene Class I – Retrotransposon 2 lépésben iródik át: 1. DNSből RNS transcriptióval, majd RNS ből DNS reverse transcriptióval. Ezt követően a DNS kópia az genomban új helyre ékelődik be. Class II - DNS transposon Itt az RNS nem iktatódik közbe, tarnsposonase katalizál. „Cut and paste”- a retrovirus ezzel a módszerrel integrálódik. A transposonok mutagének Ha funkcionális génbe insertálódik tönkreteszi annak a funkcióját - Ha elhagyja a gént a fennmaradó „lukat” nem tudja javitani a sejt - Alu elementek gátolják a mitosis and meiosis alatt a chromosomák párosodásátígy egyenőtlen crossovert eredményeznek és ez okozza leggyakrabban a chromosomák duplikációját.

  16. Az Alu elemek a DNS erősen repetitiv szekvenciái CpG szigetekben gazdagak, max 300 bp hosszúak, melyek a human genom legmobilisabb elemei (transposon). Tartalmaz funkcionális RNS polymerase III promotert, intermedier nem-codoló elementeket, és RNS-szerű poly(A) farkat. A kis 7SL cytoplasmikus RNS-ből származik Az Alu inserciókat több human betegséggel és rosszindulatú daganattal is kapcsolatba hozták. Pl. ha kódoló régióba insertálódik: neurofibromatosis, haemophilia, agammaglobulinaemia, leukemia, emlőrák, ovárium tu alakulhat ki

  17. Centralis dogma: egy gén, egy protein

  18. A DNS-től a Proteomig Genom Mi történhetne? Transcriptom Mi történhet? Proteom Mi történik

  19. A génszabályozás ma ismert epigenetikai tényezői Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Me Methylation Phosphorylation P Acetylation Me Ub MicroRNA Histone proteins Ac Me Ub AAA Ub SUMO Ub Ubiquination Sumoylation

  20. Szülői magatartás Krónikus stressz Életmód Metiláció = gyengítés Acetiláció= erősítés Lehetséges epigenetikus hatással rendelkező viselkedéses és társas tényezők

  21. Mi történik a „rossz” patkányanya kölykeivel? • Glukokortikoid receptor gén („fő stresszreceptor”) metilációja a stresszre adott válasz egyik központi meghatározójastresszelhetőség nő1,2 • ERα ösztrogénreceptor metilációja nőihormon receptor, mely az anyai viselkedést is meghatározza fogamzóképesség és anyai magatartás csökken • IV BDNF metilációja általános regeneráló és öregedést gátló vegyület gyengébb ellenállóképesség, rosszabb hangulat, gyorsabb öregedés 1Weaver et al (2004). Nat Neurosci 7(8): 847-54 2Szyf et al (2005). Front Neuroendocrinol 26(3-4): 139-42 3,4Champagne et al (2003, 2006)Physioll Behav, 79(3), 359–371. Biol Psychiat, 59(12), 1227–1235 5Roth et al (2009). Biol Psychiat, 65(9), 760–769.

  22. 98.7% -a az emberi genomnak nem kódol fehérjét („junk”?!?) 98%

  23. A főbb genom technológiák • DNS Sequencia • Sequenciaváltozások • Kópiaszám változás • SNP variációk • Messenger RNS (gén expresszió) • Micro RNS • Protein-DNSkötődés (transcription factor binding) • Specifikus proteinek szintje (mass. Spec) • Protein conformatiósváltozások (mass. Spec) • Protein-protein interactiok (mass. Spec/2-hybrid) • Protein elhylezkedés • Genetikai interakciók

  24. GCAATCGATCTGGTACAGTAGCTA GCAATTGATCGGGTACATTAGCTA Hap-Map/ 20 millió pontmutáció TELJES GENOM VIZSGÁLAT ADATBÁZISOK FEHÉRJEFIZIKAI TECHNIKÁK Biofizika, nanofizika EXPRESSZIÓS MICROARRAY/CHIP NANOTECHNOLÓGIA, Szilárd Fázisú KÉMIA BIOINFORMATIKA GÉNHÁLÓZATOK- ÚTVONAL ANALÍZIS METODIKAI REPERTOIRE NYELVÉSZET ELJÁRÁSOK

  25. SNP

  26. Genotyping • Hybridization based methods • Eg. SNP microarrays • Enzyme based methods • RFLP • PCR based methods • Other postamplification methods based on the physical properties of the DNA • SSCP • DHPLC

  27. Illumina SNP Tipizálás A ‘T’ Allele Primer G ‘C’ Allele Primer • Single Nucleotide Polymorphisms • 1 every ~1200 bp (~5M/person) • > 6,200,000 validated SNPs Genomic DNA [ T/C ] 23&Me 399 USD 1.000.000 SNP meghatározását kínálja

  28. Amplifikáció és jelölés Mintából RNS izolálás RNS minőség ellenőrzése Microarray metodika Az összes (44.000) gén expressziójának kumulált ábrázolása Hibridizáció Bioinformatikai kiértékelés AGILENT Adatnormalizálás Feature Extraction Scannelés Whole Human Genom Microarray Kit 4x44K – G4112F

  29. Array Comparative Genomic Hybridization (aCGH) • Delivering decisions from DNA • to investigate genomic imbalance at a much higher resolution than is possible by traditional metaphase cytogenetic techniques (FISH)

  30. Deletion Deletion Deletion Deletion Deletion Reference sample Test sample DNA isolation 1 Microarray image DNA DNA DNA labelling 2 Bioinformatical analysis Bioinformatical analysis Bioinformatical analysis 5 Hybridization to microarray slides Scanning 4 3

  31. Sanger sequencingChain termination method The key principle of the Sanger method was the use of dideoxynucleotide triphosphates (ddNTPs) as DNA chain terminators

  32. Next Generation SequencingHigh Throughput Techniques • Lynx • Pyrosequencing • Illumina • Solid • Etc. Allele frequency determination in pooled samples derived from amplicon resequencing with Illumina

  33. Orvosi Genomika Milyen gének vesznek részt a kóros fenotípus kialakításában A genom hogyan befolyásolja az egyes betegségekre való hajlamot a gyógyszer reaktivitást és mellékhatást – farmakogenomika Hogyan befolyásolhatjuk a genom működését: génterápia Mi a genom-környezet kölcsönhatásának szerepe a betegségek kialakulásában - epigenetika

  34. Molekuláris genetikai diagnosztika Infektológiai diagnosztika (pl. HPV) Genetikai azonosítás apaság, igazságyügyi orvostan Genetikai diagnosztika Somatikus átrendeződés tumorokban Tumorokban megváltozó génexpressziók Genetikai rizikótényezők Farmakogenomika Monogénes beteségek

  35. “Except for being hit by a car when crossing the street, all human disease is genetic.” Reed Pyeritz, MD Newsweek, 1981

  36. Monogénes vs Complex Betegségek

  37. Monogénes Betegségek: Sikertörténet

  38. Heritabilitás A genetikai faktorok milyen arányban vesznek részt a betegség kialakításában Huntington-kór gének Schizophrenia környezet RheumatoidArthritis Hyperlipidaemia 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100 %

  39. Genetic diseases Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) A catalog of human genes and genetic disorders http://www.blc.arizona.edu/courses/181gh/rick/human_genetics/jpegs/cells.jpg

  40. Komplex fenotípusokMit várhatunk? gén 1 gén 1 gén 2 gén 5 gén 2 környezet gén 3 gén 4 környezet Kevés gén a környezeti faktorokkal együtt magas rizikót okozhat Sok gén a környezeti faktorokkal együtt alacsonyabb rizikóval jár

  41. Complex polygénes betegségek génjeinek azonosítása nagy kihívás • A gén variánsok hatása kicsi (gyenge genotypus-phenotypus asszociáció) • A környezet, a diéta, az életstílus befolyásolja a betegségek génjeinek expresszióját – epigenetika • A GWAS vizsgálatok leginkább a gyakori és nem a ritka variánsokat vizsgálták • Nagy populációk szükségesek, ahhoz hogy a GWAS vizsgálatoknak statisztikai ereje legyen • A klinikai vizsgálatokban sokszor rossz volt a vizsgálati terv, a populáció struktúrája, az etnikai összeállítása (az SNPk frequenciája az egyes etnikai csoportokban különböző) • Sok kezdeti asszociáció nem reprodukálódott a későbbi vizsgálatokban  a klinikai validálás hibája

  42. A genetikai rendellenességek típusai A nukleáris genom rendellenessége (23 pár kromoszóma, 3 milliárd bázis, 22-25 ezer gén) Kromoszóma-rendellenességek Monogénes betegségek Oligo- és poligénes betegségek Epigenetikai módosulások Mitokondriális genom rendellenessége (17 ezer bázis, 37 gén)

  43. Öröklődésmódok • Mendeli öröklődés (AD, AR, XR, XD, Y) • Multiplex allélek, komplex öröklődés- vércsoport • Uniparentalis disomia (meiosis hiba) pl. Angelman sy. • Genomialis imprinting • 80 imprinted humán gén • (pl Prader Willi sy.) • Mitochondrialis öröklődés

  44. Epigenetika Angelman szindróma Súlyos mentális retardáció, ataxia, „vidám” megjelenés, epilepszia Prader-Willi szindróma Mentális retardáció, obesitas, hypogonadismus Genetikai ok: a 15q11-q13 deléciója Anyai kromoszóma deléció (UBE3A gén) Apai kromoszóma deléció Ubiquitin-protein ligase E3A methilációs probléma – sex specifikus imprinting.

  45. Mitochondriális öröklődés A mitochondriális DNS: 17.000 bázis, 37 gén: 13 protein (légzési lánc), 22 tRNS, 2 rRNS. De: a mitochondriális fehérjék száma ~1500. Döntő részüket a nukleáris genom kódolja! A petesejt 100.000 – 1.000.000 kópia mitokondriális DNS-t tartalmaz (polyplasmia).

  46. 500-2000 mitochondrium/sejt Minden mitochondriumnak saját DNS-e van Az mtDNS kis, kerek, polyplasmikus, maternálisan öröklődik Nincs repair rendszere

  47. mtDNS sequencia Mitochondrialis medicina Diagnostika mtDNS betegségek Populáció genetika Antropologiai marker

  48. Az mtDNS populációgenetikai jelentősége • Maternalis öröklődés, nincs recombináció • mtDNS variációk = haplotypusok (a D-loop alapján 27 haplotypus) • Filogeographia

More Related