Genetika člověka Marie Černá Přednáška No 422-D

Projekt lidského genomu Genom – kompletní sada informace uložená v DNA organismu Lidský genom (1 haploidní sada) – 1 m dlouhý: 30 000 genů – gen ~ dlouhý 30 000 bp (gen pro dystrofin dlouhý 2 400 000 bp) 3 x 109 nukleotidů (párů bází – bp, b) 3 000 cM (centiMorganů - 1 cM = 1 Mb) pravděpodobnost rekombinace mezi 2 lokusy

Projekt lidského genomu 3

Základní genetické pojmy: GEN - úsek DNA molekuly, který svojí primární strukturou určuje primární strukturu jiné makromolekuly (polypeptidu, netranslatované RNA) GENOM – soubor všech genů v buňce nebo v organizmu GENOTYP – genetická konstituce jednoho lokusu nebo genetická konstituce všech lokusů

PLEIOTROPIE – mutace v jednom genu má vícečetné fenotypové projevy - symptomy (syndrom = soubor symptomů) MODIFIKACE – nedědičná změna fenotypu FENOKOPIE – nedědičná změna fenotypu napodobující určitý genotyp (odbarvená blondýna)

LOKUS – místo na chromozomu = lokalizace alely ALELA – konkrétní (alternativní) forma genu Alela standardní, polymorfismus alel = 2 a více standardních alel pro 1 gen mutantní, mnohotná alelie = 2 a více mutantních alel pro 1 gen = alelická heterogenita

HETEROGENITA - alelická – dvě a více alel jednoho genu v populaci způsobují stejný nebo podobný fenotyp (Duchennova-Beckerova muskulární dystrofie) - nealelická (lokusová) – mutace různých genů způsobují stejný nebo podobný fenotyp (vrozená hluchota) = GENOKOPIE

hemofilie daltonismus m. dystrofie Monogenie Polygenie Heterogenie Pleiotropie Vazba genů Genová mutace nebo nebo Znak Příklad cystická fibrosa tělesná výška hluchota fenylketonurie hemofilie daltonismus m. dystrofie

FENOTYP – pozorované biochemické, fyziologické a morfologické vlastnosti determinované genotypem a prostředím, ve kterém je daný genotyp exprimován genotyp + prostředí VLASTNOSTI : monogenní, kvalitativní - převaha genotypu – 1 gen velkého účinku (major gen) polygenní, kvantitativní, multifaktoriální - významný vliv prostředí – více genů malého a přídatného účinku (minor geny)

Monogenní dědičnost mendelistická genetika – 10% vzácná choroba = výskyt ≤1:2000 celkem 7 000 vzácných chorob 400 mutací na člověka autozomální – nezávisí na pohlaví, geny lokalizovány na autozomech gonozomální – závisí na pohlaví, geny lokalizovány na gonozomech X, Y

Monogenní dědičnost balancovaný polymorfizmus výhoda heterozygotů úplná dominance: na úrovni celého organismu neúplná dominance: na biochemické úrovni kodominance (krevní skupiny): na molekulární úrovni

Srpkovitá anémie (AR)

Srpkovitá anémie (AR)

Srpkovitá anémie (AR)

Srpkovitá anémie (AR)

Thalasémie alfa (AR)

Thalasémie alfa (AR)

Thalasémie beta (AR)

Thalasémie beta (AR)

Thalasémie beta (AR)

Deficience glukóza-6-fosfát dehydrogenázy (XR)

22

Polygenní dědičnost multifaktoriální – 90 % mnoho genů vliv prostředí na fenotyp Gausovo rozdělení kvantitativní charakter

Interakce prostředí a genotypu Vnitřní prostředí: hormony – předčasná plešatost – ateroskleróza Vnější prostředí: výživa, teplota – kvantita + kvalita výživy a výška – termolabilní enzym pro tmavý pigment u králíků

Interakce prostředí a genotypu vnější faktor 1 vnější faktor 3 vnější faktor 5 vnější faktor 2 vnější faktor 4 pool genů 5 pool genů 1 pool genů 3 pool genů 2 pool genů 4

Ateroskleróza je degenerativní onemocnění cévní stěny. Klinicky se pak manifestuje závažnými a frekventovanými komplikacemi: ischemická choroba srdeční cévní mozková příhoda ischemická choroba dolních končetin

Rizikové faktory aterosklerózy neovlivnitelné osobní anamnéza - ischemická choroba srdeční nebo jiná manifestace aterosklerózy genetické faktory - rodinná anamnéza ischemické choroby srdeční nebo jiné manifestace aterosklerózy: u příbuzného 1.stupně, ♂ do 55 let a ♀ do 65 let pohlaví – vyšší riziko u ♂ než u ♀ - hormony věk – vyšší riziko u ♂ nad 45 let a u ♀ nad 55 let

Rizikové faktory aterosklerózy ovlivnitelné hyperlipoproteinémie (↑LDL a ↓HDL cholesterol) kouření cigaret arteriální hypertenze porucha sacharidové tolerance (diabetes mellitus) obezita centrálního typu nedostatek tělesné aktivity zvýšená hladina homocysteinu zvýšená hladina kyseliny močové (dna) zvýšená hladina trombogenních faktorů (fibrinogen)

Dědičnost aterosklerózy u 80-90% populace je rovnovážný stav mezi faktory genetickými a faktory prostředí (multifaktoriální) 5-10% populace má výraznou genetickou predispozici (polygenní) 5-10% populace má výraznou genetickou rezistenci (polygenní) 1% populace nese genovou mutaci (monogenní)

Lipoproteinové částice makromolekuly tvořeny tukem bílkovinou (apolipoprotein, apoprotein) apo A → HDL, chylomikrony apo B → LDL, VLDL, chylomikrony apo C → chylomikrony, VLDL, LDL, HDL apo E → chylomikrony, VLDL, LDL, HDL alely 2, 3, 4

Lipoproteinové částice Kompartment produkce: apo A střevo, játra apo B - apo B-48 střevo - apo B-100 játra apo C játra apo E játra

Lipoproteinové částice

Lipoproteinové částice apo(a) apo B-100 + apo(a) vytvářejí lipoprotein Lp(a) Jednotlivé izoformy apo(a) představují důležitý faktor určující koncentraci Lp(a), přičemž mezi velikostí izoproteinu apo(a) a koncentrací Lp(a) je inverzní vztah.

Predispozice k ateroskleróze snížená hladina apoA zvýšená hladina apoB a apo(a) - malé molekuly zvýšená hladina apoE4

Monogenní forma Familiární hypercholesterolemie autosomálně dominantní onemocnění u 5% pacientů s infarktem myokardu pod 60 let příčina: dysfunkce LDL receptorů (gen na 19p) různá expresivita - alelová heterogenita - 300 mutací v genu - lokusová heterogenita – gen apoB

Familiární hypercholesterolemie Heterozygoti: výskyt s frekvencí 1 : 500 mají zvýšený sérový cholesterol 7-10 mmol/l do 30 let – se u nich manifestují klinické symptomy HLP do 50 let – se u nich manifestují kardiovaskulární choroby Homozygoti: výskyt s frekvencí 1 : 1 000 000 mají velmi vysoký sérový cholesterol 15-30 mmol/l v dětství – se u nich manifestují srdeční selhání do 20 let – umírají na onemocnění koronárních artérií

Genová dávka LDL receptoru v závislosti na koncentraci cholesterolu

Různé mutace genu pro LDL receptor jsou rozděleny do pěti funkčních tříd: 1. třída – zahrnuje přibližně 20% všech mutací, nekóduje žádný protein LDL receptoru (null alely) 2. třída – blokuje transport neopracovaného proteinu LDL receptoru z endoplazmatického retikula do Golgiho aparátu 3. třída – kóduje receptory, které jsou uchyceny na povrchu buňky, ale nejsou schopny vázat ligand 4. třída – kóduje receptory, které jsou uchyceny na povrchu buňky a vážou LDL, ale nejsou lokalizovány v jamkách s klatrinem a nejsou schopny internalizace vázaného LDL 5. třída – kóduje receptory, které vážou a internalizují LDL receptor v jamkách s klatrinem, ale nejsou schopny uvolnit ligand v endosomech a recyklace zpět na povrch buňky (recyklačně defektní mutanty)

Biologická role LDL receptoru v buňce a 5 tříd jeho mutací

Struktura genu pro LDL receptor s lokalizací jeho mutací

Xantom Achillovy šlachy

Porovnání závažnosti symptomů u homozygotů (ruce) a heterozygotů (nohy)

Ovlivnění průběhu FH pohlavím

Použití pryskyřice a inhibitoru HMG-CoA reduktázy v léčbě FH

Dědičnost diabetu 2. typu u 80-90% populace je rovnovážný stav mezi faktory genetickými a faktory prostředí (multifaktoriální) 5-10% populace má výraznou genetickou predispozici (polygenní) 5-10% populace má výraznou genetickou rezistenci (polygenní) 1% populace nese genovou mutaci (monogenní)

Rizikové faktory diabetu 2. typu Porucha inzulinové sekrece gen pro transkripční faktor 7 - like 2 (gen TCF7L2) geny regulace buněčného cyklu geny pro vývoj jater a pankreatu geny pro apoptózu geny pro iontové kanály/transportéry (K+, Ca2+ / Zn2+) Inzulinová rezistence fat mass and obesity-associated gene (gen FTO) peroxisome proliferator-activated receptor gamma gene (gen PPARG) – transkripční faktor pro vazbu mastných kyselin, prostaglandinů, thiazolidindionů

Monogenní formy MODY neonatální diabetes – permanentní – transientní kalium inward rectifier 6.2 KIR6.2 (gen KCNJ11) sulfonylurea receptor SUR1 (gen ABCC8) diabetes s hluchotou - mutace mitochondriální DNA

MODY (MATURITY–ONSET DIABETES OF THE YOUNG) Autosomálně dominantní typ dědičnosti Začátek aspoň u jednoho člena rodiny do 25. roku Úprava hyperglykémie nalačno aspoň dva roky bez insulinu Neketotický diabetes Porucha sekrece insulinu bez poruchy jeho účinku

Mutace v genu kódující glukokinázu - glukokináza, GCK-MODY (chromosom 7 p) tento enzym mění glukózu na glukózu-6-fosfát, který stimuluje -buňky k sekreci insulinu  glukokináza = senzor glukózy diabetes s lehkým průběhem bez komplikací

Mutace v genech kódujících transkripční faktory hepatocytový nukleární faktor-1, HNF-1, HNF1A-MODY (chromosom 12 q), nejčastější forma hepatocytový nukleární faktor-4, HNF-4, HNF4A-MODY hepatocytový nukleární faktor-1β, HNF-1β, HNF1B-MODY insulinový promotorový faktor, IPF1, IPF1-MODY insulinový transkripční faktor NEUROD1, NEUROD1-MODY insulinový transkripční faktor KLF11, KLF11-MODY (KLF11 = Krüppel-like zinc finger 11)

Literatura - základní Klinická genetika, překlad 6. vydání Thompson & Thompson Triton, 2004 Kapitola 11: Podstata..: poučení z hemoglobinopatií stránky 182 – 201 Kapitola 15: Genetika onem. s komplexní dědičností stránky 280 – 300 Klinické případy: 9, 16, 20, 25, 27

Literatura - doplňující Medical Genetics at a Glance, second edition, Dorian J. Pritchard & Bruce R. Korf Blackwell Publishing, 2008 (Základy lékařské genetiky, Galén, 2007) Part 2: Medical genetics 30-32 pages 76 – 83