Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Genetický podklad komplexních nemocí 29.3.2010. Genom ve zdraví a nemoci  Genetická výbava jedince (souhrn všech genů=genom) je sice osudově zadána v.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Genetický podklad komplexních nemocí 29.3.2010. Genom ve zdraví a nemoci  Genetická výbava jedince (souhrn všech genů=genom) je sice osudově zadána v."— Transkript prezentace:

1 Genetický podklad komplexních nemocí

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

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 známé lékařské 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 známé lékařské 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

23 HSP70 HIF1  Pathway Elongin-B Elongin-C Elongin-B p53 MKK3 MKK6 ERK2 FIH1 Ref1 PHD2 PHD1 TCP1  HSP90 MDM2 Ub HIF1  Per1 JAB1 Ub VHL ARNT HNF4  2 SRC1 HIF1  Degradation HIF1  Degradation HIF1  ARNT CREB c-Jun Cul2 RBX1 PSM-  7 Proteasome PSM-  7 Proteasome LDHA ATP ET1 Epo VEGF NOS III Glucose Transporter Glucose Transporter Glucose Transporter Glucose Transporter Glucose Cytoplasmic Storage Vesicle Cytoplasmic Storage Vesicle Glucose Transporters Hypoxia Normoxia Pyruvate Glucose Asparagine Hydroxylase Asparagine Hydroxylase OH Gene Expression HRE VEGFPathwayVEGFPathway NOS Pathway p53 Hypoxia Pathway p53 Hypoxia Pathway p300 CBP PPPP OH VHL Elongin-C p16(INK4A) Glucose 2009 ProteinLounge.com 2009 ProteinLounge.com C

24

25 Chow et al., 2007

26 Clark, I. M., et al., The regulation of matrix metalloproteinas es and their inhibitors, Int J Biochem Cell Biol (2008), doi: /j.bio cel

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

28 Chow et al., 2007

29 Cíle pro MMP-2 po poškození typu ischémie/reperfúze Kardiomyocyty Myosin light chain

30 Chow et al., 2007

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

32 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.

33 -735 C T 0.12 Gen pro MMP2 – lokalizace 16q13 Promotor genu

34 MMP-2 (-1306 A/G)  Tranzice C --> T v pozici (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)

35

36 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

37 MMP-2 a nemoci kardiovaskulární MMP G/A NS

38 MMP-2 a nemoci kardiovaskulární MMP T/C NS

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

40 MMP-2 a nemoci kardiovaskulární MMP T/C NS

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

42 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

43 MMP-2 a nemoci kardiovaskulární DILATAČNÍ 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% 80% síla testu na  = 5% ATGT: OR=11,92, P=0,008 pro DKMP oproti ICHS, 65% síla testu na  = 5% 65% síla testu na  = 5%

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

45  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

46  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 nemoci kardiovaskulární

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

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

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

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

51 MMP-2 a kožní T-lymfomy Pg=0,007, Pa=0,003, odds ratio pro TT u MF Ia=7,77, Pcorr=0,006

52 MMP-2 a kožní T-lymfomy

53 Phillips MI et al., 2008

54 Patofyziologické souvislosti mezi genetickou variabilitou v ATG  Reakce akutní fáze a ateroskleróza?  Reakce akutní fáze a rakovina?  Reakce akutní fáze a autoimunita?

55 Frekvence 7 haplotypových skupin v genu pro ATG definovaných 19 polymorfismy FrequencyPercentage H1 TCATTAACCAAGAAATCAG H2 TCATCAACCAAGAAATCAG H3 GAGTCAACCAAGAAATCAG87.7 H4 GCGTCGACTGGGAAATCAG H5 GCGTCGACCGGGAAATCAG76.73 H6 GCGCCGACCGGGGGGGCAG H7 GCGTCGGTCGGAGGGTTCA98.7 Chimp anzee TTATTGACCGGGGGGTCAG Fejerman L et al., 2004

56 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

57 „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

58 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 January; 70(1): 108–123. Published online 2001 November 30.

59 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).

60 Angiotensinogen a nemoci kardiovaskulární M235T ATG Pg = 0,06

61 Angiotensinogen a nemoci kardiovaskulární ATG-6A/G Pg=0,07 Pg=0,001

62 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%.

63 -6A/G + M235T) 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%

64 -6A/G + M235T) 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%

65 Angiotensinogen a nemoci kardiovaskulární Pacienti s CHSS vs. kontroly Dvojgenotyp ATG (-6A/G a M235T ATG OR=2,63 (95% konfidenční interval 1,39-4,95), P=0,002, Pcorr=0,02

66 Angiotensinogen a nemoci kardiovaskulární Pacienti s CHSS vs. kontroly-ženy Dvojgenotyp ATG (-6A/G a M235T ATG) OR=15,5 (95% konfidenční interval 1,86-129,42), P=0,002, Pcorr=0,008

67 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%.

68 Angiotensinogen a nemoci kardiovaskulární Hypertonici vs. kontroly Alela A (-6A/G), alela M (M235T) ATG OR pro obézní hypertoniky =3,05, Pcorr=0,0001 OR pro obézní hypertoniky =1,95, Pcorr=0,02

69 OR=17,65 (95% konfidenční interval 2,31-134,71; P= , Pcorr=0.0006) Angiotensinogen a sclerosis multiplex Pacienti se sclerosou multiplex vs. kontroly-ženy Dvojgenotyp ATG (-6A/G a M235T ATG)

70 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-ženy Dvojgenotyp ATG (-6A/G a M235T ATG)

71 OR=0,28 (95% konfidenční interval 0,13-0,61, P=0,0008, Pcorr=0,005 Angiotensinogen a sclerosis multiplex Pacienti se sclerosou multiplex vs. kontroly-ženy Dvojgenotyp ATG (-6A/G a M235T ATG)

72 Vztah mezi zánětem a rakovinou

73 Patofyziologické mechanismy spojující obezitu a rakovinu střev (John BJ, 2006)

74 Vztah mezi zánětem a rakovinou

75 Pacienti s kolorektální karcinomem vs. kontroly-muži Dvojgenotyp 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

76 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.

77 Farmakologická léčba-241 pacientů s chronickým srdečním selháním Inhibitory ACE A/N241 (100%) Beta blokátory A/N150/91 (62%) ACEI + BB A/N150/91 (62%) Diuretika A/N214/27 (89%) Aspirin A/N133/108(55%) Inhibitory Ca A/N7/233 (3%) Verospiron A/N157/84 (65%) Digoxin A/N163/78 (68%) Inzulín A/N20/221 (8%) Perorální antidiabetika A/N46/195 (19%) Antikoagulační terapie A/N52/189 (22%) Nitráty A/N89/152 (37%) Milurit57/184 (24%) Hypolipidemika107/134 (44%)

78 Detekce genotypů inzerčně delečního polymorfismu v genu pro angiotenzin konvertující enzym (polymorfismus I/D ACE). PCR na horizontální elektroforéze ID II DD

79 Farmakogenetické rozdíly v dávkování beta blokátorů- genotyp I/D ACE Pg=0,005, Pa=0,002

80 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

81 Farmakogenetické rozdíly v dávkování beta blokátorů a ACEI- polymorfismus I/D ACE Pg=0,006, Pa=0,009 OR pro II u pacientů s nižší než poloviční dávkou BB a/nebo ACEI je 2,84, P=0,002

82 MR Stratton et al. Nature 458, (2009) doi: /nature07943

83 Děkuji vám za pozornost Děkuji vám za pozornost


Stáhnout ppt "Genetický podklad komplexních nemocí 29.3.2010. Genom ve zdraví a nemoci  Genetická výbava jedince (souhrn všech genů=genom) je sice osudově zadána v."

Podobné prezentace


Reklamy Google