Genetick podklad komplexn ch nemoc
Sponsored Links
This presentation is the property of its rightful owner.
1 / 83

Genetický podklad komplexních nemocí PowerPoint PPT Presentation


  • 76 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

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

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.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Genetický podklad komplexních nemocí

29.3.2010


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.


Genomová stabilita vs. genomová variabilita

  • Stabilita = absence chyb

  • Variabilita= adaptabilita genomu


Acetylace histonů jako podklad epigenetické modifikace chromatinu


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.


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.


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).


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.

  • .


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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).


Kandidátní geny - asociace

  • s intermediálním fenotypem

  • s klinickou manifestací nemoci

  • s klinickou závažností nemoci

  • s odpovídavostí nemoci na léčbu (účinnost, vedlejší příznaky)


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


Výběr kandidátních genů pro komplexní nemoci

  • Základní fyziologické/patofyziologické děje:

  • Hypoxie

  • Hypoglykémie

  • Zánět


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


Chow et al., 2007


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


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


Chow et al., 2007


Kardiomyocyty

Myosin light chain

Cíle pro MMP-2 po poškození typu ischémie/reperfúze

Chow et al., 2007


Chow et al., 2007


RGD=LEUCINE-RICH REPEAT-, TROPOMODULIN DOMAIN-, AND PROLINE-RICH DOMAIN-CONTAINING PROTEIN

William Hornebeck and François Xavier Maquart, 2003


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.


Gen pro MMP2 – lokalizace 16q13

Promotor genu

-735

C T

0.12


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)


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


MMP-2 a nemoci kardiovaskulární MMP-2-1575 G/A

NS


MMP-2 a nemoci kardiovaskulární MMP-2 -1306 T/C

NS


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


MMP-2 a nemoci kardiovaskulární MMP-2 -735 T/C

NS


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


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


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%


MMP-2 a nemoci kardiovaskulární CHRONICKÉ SRDEČNÍ SELHÁNÍ MMP2 a LDL

GCTC : P=0,02


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.


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.


MMP-2 a kožní T-lymfomy

Pg=0,06, Pa=0,04, odds ratio pro CC u MF, SS=3,29, Pcorr=0,05


MMP-2 a kožní T-lymfomy

Pg=0,01, Pa=0,009, odds ratio pro TT u MF, SS=3,25, Pcorr=0,05


MMP-2 a kožní T-lymfomy

Pg=0,02, Pa=0,008, odds ratio pro GG u MF Ia=4,80, Pcorr=0,03


MMP-2 a kožní T-lymfomy

Pg=0,009, Pa=0,007, odds ratio pro CC u MF Ia=7,31, Pcorr=0,008


MMP-2 a kožní T-lymfomy

Pg=0,007, Pa=0,003, odds ratio pro TT u MF Ia=7,77, Pcorr=0,006


MMP-2 a kožní T-lymfomy


Phillips MI et al., 2008


Patofyziologické souvislosti mezi genetickou variabilitou v ATG

  • Reakce akutní fáze a ateroskleróza?

  • Reakce akutní fáze a rakovina?

  • Reakce akutní fáze a autoimunita?


Frekvence 7 haplotypových skupin v genu pro ATG definovaných 19 polymorfismy

Fejerman L et al., 2004


Párové dysekvilibrium (D ) pro angiotenzinogen. Rozsah D 0,01 to 1,00, od tvavomodré po červenou. Horizontální a vertikální osy vyjadřují fyzikální vzdálenosti mezi markery.

Fejerman L et al., 2004


„Haplogroup tree“ pro gen pro angiotenzinogen. Každý kruh reprezentuje haploskupinu. N je počet chromosomů v každé skupině a velikost kruhu reflektuje velikost N. Délka ramen je proporcionální počtu mutací(z 19 SNP vybraných pro definici haplotypových skupin), které oddělují haplotypové skupiny. Hvězdičky jsou mutace. Černé hvězdičky pro totožné nukleotidy se šimpanzy.

Fejerman L et al., 2004


Haplotypy pro AGT, založené na 21 SNP a šimpanzí sekvenci. Velikost kruhů odráží frekvence haplotypů u Kaukaziánů (A) a Japonců (B).

Am J Hum Genet. 2002 January; 70(1): 108–123.

Published online 2001 November 30.


Struktura genu pro AGT: a G-1074T, b C-532T, c G-217A, d A-20C, e A-6G, f C68T, g C3889T (T174M), h C4072T (T235M).


Angiotensinogen a nemoci kardiovaskulárníM235T ATG

Pg = 0,06


Angiotensinogen a nemoci kardiovaskulární ATG-6A/G

Pg=0,001

Pg=0,07


Příklady asociačních studií:Haplotypy- -6A/G a M235T ATG

OR=7,15, Pcorr=0,00001,

ST =99%-98,5%.

OR=5,75, Pcorr=0,01,

ST =95%-83%.


Angiotensinogen a nemoci kardiovaskulární Pacienti s CHSS (ICHS) vs. pacienti s CAD (3K)Haplotypy ATG (-6A/G + M235T)

Vyšší frekvence výskytu GT haplotypu u pacientů s CHSS pro ICHS

OR = 6,35; Pcorr. = 0,0006, PT- 95%


Angiotensinogen a nemoci kardiovaskulární Pacienti s CHSS (DKM) vs. pacienti s CAD (3K)Haplotypy ATG (-6A/G + M235T)

Vyšší frekvence výskytu GT haplotypu u pacientů s CHSS pro DKM

OR = 7,86; Pcorr = 0,0001

PT= 98%


Angiotensinogen a nemoci kardiovaskulární Pacienti s CHSS vs. kontrolyDvojgenotypATG (-6A/G a M235T ATG

OR=2,63 (95% konfidenční interval 1,39-4,95), P=0,002, Pcorr=0,02


Angiotensinogen a nemoci kardiovaskulárníPacienti s CHSS vs. kontroly-ženyDvojgenotyp ATG (-6A/G a M235T ATG)

OR=15,5 (95% konfidenční interval 1,86-129,42), P=0,002, Pcorr=0,008


Angiotensinogen a nemoci kardiovaskulární Pacienti s CHSS vs. pacienti s CAD (3K)Haplotypy ATG (-6A/G a M235T ATG)

OR=7,15, Pcorr=0,00001,

PT =99%-98,5%.

OR=0,17, Pcorr=0,01,

PT =95%-83%.


Angiotensinogen a nemoci kardiovaskulární Hypertonici vs. kontrolyAlela A (-6A/G), alela M (M235T) ATG

OR pro obézní hypertoniky

=1,95, Pcorr=0,02

OR pro obézní hypertoniky

=3,05, Pcorr=0,0001


Angiotensinogen a sclerosis multiplex

Pacienti se sclerosou multiplex vs. kontroly-ženyDvojgenotypATG (-6A/G a M235T ATG)

OR=17,65 (95% konfidenční interval 2,31-134,71; P=0.00009, Pcorr=0.0006)


Angiotensinogen a sclerosis multiplex

Pacienti se sclerosou multiplex vs. kontroly-ženyDvojgenotypATG (-6A/G a M235T ATG)

OR=4,67 (95% konfidenční interval 1,31-16,63; P=0,008, Pcorr=0,04


Angiotensinogen a sclerosis multiplex

Pacienti se sclerosou multiplex vs. kontroly-ženyDvojgenotypATG (-6A/G a M235T ATG)

OR=0,28 (95% konfidenční interval 0,13-0,61, P=0,0008, Pcorr=0,005


Vztah mezi zánětem a rakovinou


(John BJ, 2006)

Patofyziologické mechanismy spojující obezitu a rakovinu střev


Vztah mezi zánětem a rakovinou


Pacienti s kolorektální karcinomem vs. kontroly-mužiDvojgenotyp ATG (-6A/G a M235T ATG)

OR pro MTAG=3,82 (2,09-6,96)

P=0,0002, Pcorr=0,002

OR pro MTGG=0,24 (0,08-0,75)

P=0,007, Pcorr=0,05


Farmakogenetika a vývoj léků

  • Nutnost přesné diagnózy (k fenotypicky podobným stavům mohou vést různé patobiochemické mechanismy).

  • Individuální odpověď jedince na terapii může záležet na genech, vstupujících do interakce s metabolismem léku nebo jeho působením.

  • Polovina všech dosud používaných léků je metabolizována enzymy P450.


Farmakologická léčba-241 pacientů s chronickým srdečním selháním


Detekce genotypů inzerčně delečního polymorfismu v genu

pro angiotenzin konvertující enzym (polymorfismus I/D ACE). PCR na horizontální elektroforéze

ID

DD

II


Farmakogenetické rozdíly v dávkování beta blokátorů- genotyp I/D ACE

Pg=0,005, Pa=0,002


Farmakogenetické aspekty u pacientů s CHSS –polymorfismus I/D ACE

OR pro BB u II = 2,74,

P=0.004

OR pro D u II = 7,76, P=0,01

OR pro Asp u II = 0,49, P=0,02


Farmakogenetické rozdíly v dávkování beta blokátorů a ACEI-polymorfismus I/D ACE

OR pro II u pacientů s nižší

než poloviční dávkou BB a/nebo

ACEI je 2,84, P=0,002

Pg=0,006, Pa=0,009


MR Stratton et al. Nature458, 719-724 (2009) doi:10.1038/nature07943


Děkuji vám za pozornost


  • Login