Gener i hälsa och sjukdom

Transkript

1 Gener i hälsa och sjukdom Upplägg Genetiska sjukdomar Introduktion Kromosomavvikelser Monogena sjukdomar Multifaktoriella (komplexa) sjukdomar Kristina Lagerstedt-Robinson Peter Gustavsson Artikel Exome Sequencing Identifies Truncating Mutations in Human SERPINF1 in Autosomal-Recessive Osteogenesis Imperfecta Centrum för molekylär medicin och kirurgi Karolinska Institutet (Exempel på genetisk vägledning vid bröstcancer) Klinisk Genetik Karolinska Universitetssjukhuset 100% Miljö Blixtnedslag Mässling Tuberkulos Kroppsvikt Spina bifida Cancer Hjärtkärl sjukdom Diabetes Kön Blodgrupp Cystisk fibros Downs syndrom Kroppslängd 100% Genetisk Genetiska förändringar orsakar sjukdom Ärftliga sjukdomar Medfödda kromosomavvikelser Monogena sjukdomar Multifaktoriella sjukdomar Cancer Ärftlig Förvärvad Varje cell innehåller hela vår arvsmassa Vid bildningen av könsceller halveras kromosomantalet från 46 till stycken kromosomer 23 kromosomer från pappa 23 kromosomer från mamma och mitokondriellt DNA

2 Könscell - spermie eller ägg 2 meter DNA / cellkärna Hela människans genom Meios I Meios II baspar En kromosom bp En gen bp Antal gener 20,000-25,000 Ca 1.5% av genomet är kodande Översikt av basala molekylära genetiska processer Den genetiska koden Tre baser kodar för en aminosyra. Humana genomet klart 2001 Variation mellan individer Två individer är 99,9% lika 1 av 1250 bp skiljer sig mellan individer Dessa variationer kallas Single Nucleotide Polymorphism eller SNP

3 Kromosom Cellkärna Cell Genetisk sjukdom orsakas av genetiska förändringar - mutationer Mutationer eller polymorfier Mutation genetisk förändring som ger upphov till förändrad fenotyp Varje cell innehåller ca nukleära gener Polymorfi- normalvariant. Genetisk förändring som inte påverkar fenotypen - varianten finns hos mer än 1% av populationen Gen + 37 mitokondriella gener Alla är inte antingen eller! Kromosomavvikelser Genetiska sjukdomar Multifaktoriella (Komplexa ) sjukdomar Monogena sjukdomar Konstitutionella Kromosomavvikelser Förvärvade Kromosomala avvikelser Nyfödda 0,7-0,9% Mentalt retarderade 12% Medfödda missbildningar 23% och mental retardation Dödfödda 6% Spontan abort 1:a trim 50% 2:a trim 15-20% Fostervattenprov/moderkaksprov p g a ålder 1-3% missbildning vid ultraljud 15-20% Kromosomala avvikelser Numeriska (antalet kromosomer varierar, t ex trisomi) eller strukturella (förändrat utseende hos kromosom, t ex translokationer, deletioner, inversioner) Balanserade translokationer hos cirka 1/500

4 Exempel på numerisk kromosomavvikelse Mamma: Pappa: Mamma: Pappa: Trisomi 21- Numerär kromosomavvikelse Karyotyp 47,XY,+21 Barn: Downs syndrom Trisomi 21-95% av Downs syndrom Vanligaste kromosomavvikelsen (1/ levande födda) Risk för att få ett barn med Downs syndrom är kopplat till moderns ålder 47,XXY Klinefelters syndrom Moderns ålder (år) Risk för trisomi : : : :25 Vanligaste könskromosomrubbningen; 1/ pojkar Långvuxenhet, små testiklar och låg testosteronproduktion Lars Hagenäs, Stefan Arver Klinefelters syndrom drabbar pojkar Underdiagnostiserad Kromosomrubbning Läkartidningen 1998; 95: Cancer - Genetik KML - Kronisk Myeloisk Leukemi KONSTITUTIONELLA Könscellsmutationer Finns i alla celler Ger ärftlig cancer SOMATISKA Sker i enskilda kroppsceller Ses även vid sporadisk cancer Är inte ärftliga Karaktäriseras av en uttalad granulocytos i blodet samt en dominans av granulocytopoes i benmärg Philadelphiakromosom (förvärvad translokation mellan kromosom 9 och 22) påvisas i KML celler hos cirka 95% av patienter

5 Kromosomavvikelser vid olika former av cancer, t ex KML Ärftliga sjukdomar Komplexa sjukdomar Orsakas av flera gener, i samverkan med miljöfaktorer Oklart nedärvningsmönster, men sjukdomen ansamlas i familjer Diabetes, cancer, astma, schizofreni, Monogena sjukdomar Orsakas av mutationer i en gen, som nedärvs enligt Mendels lag Tydligt nedärvningsmönster Autosomalt dominant Autosomalt recessivt X-bunden OI, Cystisk fibros, Hemofili hjärt-och kärlsjukdomar, medfödda missbildningar Multifaktoriella sjukdomar Cancer En komplex sjukdom G1 G2 G1 G5 Ärftliga faktorer E1 E2 G3 G6 E3 E5 Ackumulering av mutationer i ett flertal gener Flera gener och miljöfaktorer samverkar till fenotypen Oklart nedärvningsmönster, men sjukdomen ansamlas i familjer Miljöfaktorer Strålning, kemoterapi Kost, rökning Reflux Bakterier, virus (H. Pylori, HPV) Svag genotyp - fenotyp korrelation Orsakas av mutationer i en gen, som nedärvs enligt Mendels lag Monogena sjukdomar Autosomalt dominant Drabbar individer i alla generationer Drabbar både män och kvinnor 50% risk att få barn med sjukdomen Tydligt nedärvningsmönster Autosomalt dominant Autosomalt recessivt X-bunden Ärftlig bröstcancer, Cystisk fibros, Hemofili A, OI mfl a a Frisk A a heterozygot homozygot (AA) Aa aa Heterozygoter, Aa, sjuka Homozygoter, AA, ovanligt

6 OSTEOGENESIS IMPERFECTA TYP I, II, III och IV; 90% har mutation i COL1A1 eller COL1A2 OSTEOGENESIS IMPERFECTA; incidens 5-10 / X-bunden recessiv D 25 Frisk Anlagsbärare (heterozygot) (homozygot) Frisk DUCHENNES MUSKELDYSTROFI (BECKER) Haemofili A/blödarsjuka Duchennes muskeldystrofi- MLPA Deletion exon 45-50

7 Autosomalt recessiv AA Aa aa Cystisk fibros Symptom Luftvägssymptom Gastrointestinala symptom Frisk Anlagsbärare (heterozygot) (homozygot) Svettkörtelsymptom (utsöndrar extremt salt svett) Manlig infertilitet Förväntad överlevnad >30 åå Endast homozygoter (aa) är sjuka Föräldrar är anlagsbärare Drabbar både män och kvinnor Uppträder plötsligt i en generation Cystisk fibros (CF) Vanligaste ärftliga sjukdomen i västvärlden Bärarfrekvensen är 1/25 1/2500 föds med CF i Sverige Mutation i CFTR-genen (kromosom 7) Ca 1400 olika mutationer deletion F508 (67% i Sverige) Nyföddhetsscreening PKU fenylketonuri Kongenital hypotyreos Galaktosemi AGS adrenogenitalt syndrom Biotinidasbrist Sedan Nov 2010 ytterligare 19 sjukdomar Nyföddhetsscreening - terapi PKU (phenylketonuria) diet; inget fenylalanin Congenital hypothyroidism tillskott av Levaxin Galaktosemi diet; inget galaktos CAH (21-hydroxylase deficiency) tillskott av kortisol Biotinidasbrist tillskott av biotin A single homozygous truncating mutation, affecting SERPINF1 on chromosome 17p13.3, that was embedded into a homozygous stretch of 2.99 Mb remained. The mutation was also homozygous in the affected brother of the index patient.

8 43 Becker et al. Exome Sequencing Identifies Truncating Mutations Exome Den del av genomet som utgörs av exon d v s gener som transkriberas (uttrycks) Locus/loci En bestämd plats i genomet t ex en gen Allele Genvariant SNP single nucleotide polymorphism. DNA sekvensvariant (nukleotid A, T, G eller C) som förekommer i genomet då man jämför individer Genotype/Genotyping DNA uppsättning i en viss position t ex AT (heterozygot för A resp T) Compound heterozygot två olika genmutationer på respektive kromosom Homozygot samma allel på respektive kromosom Homozygozity mapping man letar efter homozygota regioner i genomet Consanguinity Släktgifte Heterozygot en allelvariant (eller mutation) på den ena kromosomen Genetic marker DNA sekvens som med en metod specifikt kan analyseras/bestämmas, t ex en SNP Genotype/Genotyping DNA uppsättning i en viss position t ex AT (heterozygot för A resp T) Mutation Missense Mutation som leder till ett aminosyra utbyte Splice-site Mutation som ger en förändrad splicing av genen Frame-shift Mutation som ger en förändring av läsramen vilket ofta resulterar i ett för tidigt stopp-kodon. Ger ofta ett trunkerat icke-funktionellt protein. Truncating (nonsense) Mutation som ger ett stopp-kodonoch ett förkortat protein Silent Mutation som ej ger aminosyra utbyte cdna complementary DNA komplementärt DNA till mrna Exempel på nomenklatur c.696c>g (p.tyr232x) c.324_325dupct (p.tyr109serx5) 17p13.3 Gain-of-function mechanism Mutation som leder till en ökad eller avvikande funktion hos genprodukten Loss of function - Mutation som ger en minskad/förlust av funktion Dominant negative Heterozygot mutation som leder till att den muterade genprodukten får en antagonistisk funktion till wildtype allelens funktion Transcript Genuttryck (mrna) Expression studies Studier av genuttryck (mrna) Nonsense mediated decay Cell-mekanism för att degradera avvikande mrna Posttranslational modification Modifiering av ett protein t ex metylering Osteogenesis Imperfecta - OI Medfödd benskörhet Osteogenesis - benbildning Imperfecta - ofullständig Symtom Benskörhet vilket vid svåra former av sjukdomen ger upphov till upprepade frakturer, kontrakturer, smärta och varierande grad av kortvuxenhet Även påverkan på leder (överrörlighet), ögonvitor (blå sclerae), tänder, hörselnedsättning, liksom benägenhet att få blåmärken samt besvär från hjärtklaffar Orsak Defekt Kollagen (vanligaste proteinet i benvävnad) Kollagen typ 1 (triple helix med två alpha-1 och en alpha-2) -onormal struktur som ger en sämre funktion -mindre mängd av kollagen med normal struktur Osteogenesis Imperfecta - OI Nedärvningsmönster Autosomalt dominant (COL1A1 samt COL1A2) mer än 90% Autosomalt recessiv de novo mutationer Incidens 5-10/ i Sverige Osteogenesis Imperfecta - OI Typ I-IX Typ I Lindrigaste och vanligaste formen Typ II Svåraste formen och förenad med kort överlevnad Typ III Näst svåraste formen Diagnos Klinik Radiologi och bentäthetsmätning Analyser av kollagen i en hudbiopsi och genetiska prover Remiss till OI-teamet ALB Typ IV Varierande grad av benskörhet Behandling Inget bot men behandling med bisfosfonater ökar bendensitet genom att hämma osteoklaster (celler som normalt är involverat i skelettomsättningen) Reeder and Orwoll, Engl J Med 2006; 355:e28 Exom-sekvensering SOLID; Life technologies SureSelect capture; Anrikning av exon i genomet

9 DNA sekvensering - Sanger sekvensering Figur S2. Pedigree som visar indexfamilj med homozygot SERPINF1 mutation c.696c>g Kromatogram Fig 2. SERPINF1 kodar för PEDF (pigment-epitheliumderived factor) Figur visar mutationernas lokalisation i cdna resp protein PEDF funktion vid OI??? Förlust av PEDF leder till ett ökat antal osteoklaster och en ökad benresorption