1. Rácz Oliver a Ništiar František
Zdravie a choroba z hľadiska genetiky a genomiky III. Pán opát sa obracia vo svojom hrobe
Rácz Oliver a Ništiar František
Ústav patologickej fyziológie, Lekárska fakulta Univerzita P.J. Šafárika, Košice
Školský rok 2015/2016
Doplnene omprint
gens18c.ppt

2. Expanzia trinukleotidových repetícií (dynamické mutácie) Imprinting
Mitochondriová dedičnosť
Chyby v „alternative splicing“?
gens18c.ppt

3. Expanzia trinukleotidových repetícií (dynamické mutácie)
Zmenený počet tripletov (nie obyčajné inzercie) Þ choroba
V exonoch (vždy CAG = Glu)
V intronoch, promótoroch, 3’ a 5’ UTR
CGG, GAA, CTG
Nezodpovedá našim predstavám o klasickej genetike, molekulovej biológii – čudné mutácie
Čím viac repetícií, tým ťažšia choroba
Nárast počtu repetícií z generácie na generáciu (dynamika, anticipácia)
gens18c.ppt

4. KDE ? Len svaly a nervy?
gens18c.ppt

5. Fragilný X-chromozóm sy. Martina a Bellovej, mentálna retardácia
Druhá najčastejšia príčina miernej mentálnej retardácie (IQ 60 – 20)
Špecifické znaky – podlhovastá tvár, veľké uší, makrorchidizmus, prolaps mitrálnej chlopne
1/1550 m; 1/2500 f
Fragilné miesto na dlhom ramene X (špeciálna technika – médium bez kyseliny listovej – nie je ojedinelý nález)
gens18c.ppt

6. syndróm Martina a Bellovej
Xq27.3, gén FMR-1, hypermetylácia
CGC repetície v nekódujúcej UTR 5’ oblasti
6 – 53 (najčastejšie 29)
norma, stabilná
54 – 200
„premutácia“, expanzia v ďalších generáciách
k expanzii dochádza počas oogenézy a nie počas spermatogenézy
200 – 4000
plná mutácia
Metylácia postihuje promótorovú oblasť génu FMR1
gens18c.ppt

7. sy. Martina a Bellovej Kódovaná bielkovina FMRP Funkcie FMRP
Vysoká expresia v mozgu a testes
Viaže sa na ribozómy, komplex prechádza do axónov a dendritov do blízkosti synáps
Zasahuje do regulácie translácie špecifických bielkovín nervového systému
Znížená expresia – mentálna retardácia
??? Makrorchizmus čo má spoločné s CNS?
gens18c.ppt

8.
gens18c.ppt

9. sy. Martina a Bellovej Vysvetlenie anticipácie a zvláštnej dedičnosti
X = normálny, Xp = premutácia, Xf = full mutácia
Generácia 0 – 1
Muž s premutáciou odovzdá svoj Xp dcéram (IQ norma)
(Synovia X od matky, geneticky aj IQ norma)
Generácia 1 – 2
Počas oogenézy expanzia (Xp  Xf), odovzdanie Xf alebo X do ďalej generácie
Generácia 2 – a ďalej
Vnuci s Xf postihnutí
Vnučky s Xf postihnuté na 50 %, menej nápadné príznaky
Plodnosť nie je ovplyvnená, Xf sa dostane do ďalších generácií, u potomkov postihnutých žien je to horšie
gens18c.ppt

10. Muž, premutácia, žena zdravá
Nultá generácia
Muž, premutácia, žena zdravá
Prvá generácia
Všetky dcéry prenášača majú premutácie
Synovia zdraví
gens18c.ppt

11. ? Dcéra prvej generácie Zmena na plnú mutáciu v oogenéze
Prečo? Ako? Vždy? ?
DRUHÁ A ĎALŠIE GENERÁCIE
(Ďalej ako pri hemofílii)
Synovia s 50% pravdepodobnosťou chorí – ale fertilní
Dcéry 50% mierne príznaky
gens18c.ppt

12. cgccgccgccgccgccgccgccgccgccgccgccgccgc gcggcggcggcggcggcggcggcg.....
29 Þ 29 Þ 29 Þ 29 Þ 29 Þ 29 Þ 29 Þ 29
PREČO?
55 Þ 75 Þ 95 Þ 120 Þ 200 Þ 325 Þ 500
gens18c.ppt

13. Expanzia trinukleotidových repetícií (dynamické mutácie)
Rozšírenie v nekódujúcich oblastiach
Sy. Fragilného X chromozómu
Xq27.3; FMRP,
CGG 6 – 53  200  > 230
Friedreich ataxia
9q ; Frataxin
GAA 7 – 34  80  > 100
Myotonická dystrofia
19q13; DMPK,
GTC 5 – 37  50 a viac 1000
gens18c.ppt

14. Friedreichova ataxia Zriedkavé AR ochorenie (1/50 000)
Multisystémové - okrem nervových príznakov kardiomyopatia a porucha glukózového metabolizmu
Gén – frataxin (metabolizmus železa???)
Repetícia GAA v 1. intróne
norma , choroba
Aj klasické mutácie
gens18c.ppt

15. Expanzia trinukleotidových repetícií (dynamické mutácie)
Kódujúca oblasť, len CAG = Glu
Huntington
4p16.3; Huntingtin; 6 – 35  36 – 121
Spinobulbar muscular atrophy, Kennedy disease
Xq12-21; Androgen receptor; 9 – 36  >36
Spinocerebellar ataxia 1,2,3,6,7
6/12/14/19,3; Ataxins; Ca channel subunit
Dentatorubral atrophy, Haw River disease
12p13.31; atrophin; 6 – 35 
gens18c.ppt

16. Skupina neurodegeneratívnych ochorení - Huntington + 7?
Len nervové tkanivo, zánik určitej skupiny buniek, začiatok v (skorej) dospelosti
Repetícia v exónoch – nad 35 CAG = Glu
Gain of function mutácie, bielkovinové agregáty
Súvislosť s priónovými chorobami a Alzheimerom?
Veľmi veľa otáznikov v patogenéze
prečo až v dospelosti ?
prečo špecifická skupina buniek ?
Prejav chybného génu v bunke závisí od expresie iných génov !!!
gens18c.ppt

17. Huntington 1872 George Huntigton vo veku 22 rokov „on chorea“
gens18c.ppt

18. Huntington
Progresívna ataxia (chorea) a pokles kognitívnych a mentálnych funkcií. Široká škála priznakov, veľké individuálne rozdiely
Začiatok vo väčšine prípadov vo veku 35 – 44 rokov. Niekedy skôr – zlá prognóza
Dedičnosť formálne je dominantná
Chybná bielkovina tvorí agregáty
Dôkaz chybného génu je možný – a čo potom?
Pozitivita = osud, negatívny nález „survivor guilt“
Liečba len symptomatická
gens18c.ppt

19. Epidemiológia 5 – 10 na 100 000 (SK 300 – 400)
Sú diagnostikovaní ? (nie len HD)
Výnimky
Lake Maracaibo, Venezuela, 700/100,000 ale aj Tasmania a niektoré oblasti v EU.
Ide o príklad „founder effect“ (veľké rodiny)
Nature – zanedbané rodiny
gens18c.ppt

20. cagcagcagcagcagcagcagcagcagcag...
glu-glu-glu-glu-glu...
gens18c.ppt

21. IMPRINTING
Mendel: Homológne autozómy (matka = otec) sú rovnocenné (a reťazec globínu)
Imprinting - rozdielna expresia génov homológnych chromozómov (matka ¹ otec)
Rarita ? Praderov - Williho a Angelmanov sy.
PWS: Hypotónia svalov, mentálna retardácia, bulímia
AS: Mentálna a motorická retardácia, agresivita, nespia, na liečbu refraktérna epilepsia
gens18c.ppt

22. PWS a AS sú odlišné choroby
Zapríčinené deléciou časti 15. chromozómu
PWS - delécia na CH15 od otca
AS - delécia CH15 od matky O M O M
gens18c.ppt

23. Uniparentálna dizómiaO O M M
PWS !
AS !
gens18c.ppt

24. Rozdielna expresia génov na otcovských a materských chromozómochB C D E A B C D E
Pre normálnu funkciu potrebujeme
expresiu jednej sady ABCDE P M
gens18c.ppt

25. Rozdielna expresia génov na otcovských a materských chromozómoch
Pre normálnu funkciu potrebujeme
expresiu jednej sady ABCDE A B C D E A B C D E
Dá sa to dosiahnuť imprintingom
(blokádou) niektorých génov na
materských a otcovských chromozómoch P M
gens18c.ppt

26. Deletions of maternal on paternal chromosome
ABCDE AC
BDE
Uniparental disomy
AACC
BBDDEE
gens18c.ppt

27. Vysvetlenie
Prečo?
Na normálny vývoj je potrebná súhra génov, z ktorých niektoré sú exprimované len na chromozóme od otca, iné len na ch. od matky
ABCDE, z toho AC m BDE o
Delécia „m“ expresia BDE nestačí
Delécia „o“ expresia AC nestačí
Dva „o“ expresia BBDDEE nestačí
Dva „m“ expresia AACC nestačí
gens18c.ppt

28. Konkrétne PWS a AS UBEA a autizmus?
Gén UBE3A je aktívny len na ch. 15 od matky (vypadne alebo dve ch.15 od otca = Angelman
Skupina génov v tej istej oblasti na ch. 15 od otca (vypadne alebo dve ch. 15 od matky = Prader Wili
Počet imprintovaných génov u človeka?
30 alebo viac
UBEA a autizmus?
gens18c.ppt

29. Mechanizmus metylácia regulačných oblastí génov
odlišný metylačný vzorec „O“ a „M“
hlava čo sa deje v ďalšej generácii ?
A čo bude v ich pohlavných bunkách ???
gens18c.ppt

30. Niečo s tým musíme urobiť
&
&
SPERMIUM AC & BDE
OVUM AC & BDE
PROBLÉM S ICH KOMBINÁCIOU
50 % detí s PWS alebo AS
gens18c.ppt

31. Niečo s tým musíme urobiť
&
&
OVUM
SPERMIUM
Odstránenie starej značky
Zavedenie nového imprintingu podľa pohlavia
MOTHER
FATHER
gens18c.ppt

32. Partenogenéza nefunguje
Zo zygóty s 46 XX alebo 46 XY sa vyvinie normálny človek len vtedy, ak sú od obidvoch rodičov
Intenzívna demetylácia chromozómov od otca okamžite po oplodnení, od matky pomalšie počas prvých delení
Experimenty na myšiach
Klónovanie !!!
46 XX od matky - teratóm
46 XY od otca - mola hydatydóza
gens18c.ppt

33. Je to naozaj rarita ? About mice and men
Gén pre IGF2 aktívny na 7/11. otcovskom CH myší/človeka
Gén pre receptor je aktívny na 17. materskom CH myší, nie je imprintovaný u človeka
Patogenéza diabetu 2. typu ???
Tkanivovo špecifický imprinting ???
gens18c.ppt

34. Mitochondriová dedičnosť Nie sme to my? Čo na to Mendel?
V každej bunke je jedno jadro s dvoma súpravami chromozómov
V každej bunke je viac mitochondrií a v každom viac kópií kruhovej dojvláknovej DNA (16569 bp) - HETEROPLAZMIA
Iný kód, skoro bez nekódujucej časti
Kód pre 2 bielkoviny rRNA, 22 tRNA a
13 bielkovín (z 40) terminálnej oxidácie
Maternálna dedičnosť (Eva)
gens18c.ppt

35. Funkcie a patológia mitochondrií
Citrátový cyklus
Terminálna oxidácia
Syntéza steroidných hormónov
Mitochondrie a hypoxia, reperfúzne poškodenie
Mitochondriové „choroby“ a mitochodnriálna „genetika“ sú rozličné pojmy!
gens18c.ppt

36. Štruktúra mtDNA 16959 bp Heavy & Light chain and D-loop (triple)
Obidva reťazce kódujú gény (bez intrónov)
13 bielkovín
2 rRNA (!)
22 tRNA – iný kód (4)
Málo nekódujúcich oblastí
gens18c.ppt

37. Vlastnosti mtDNA Bez histónov 800 – 1000 kópií (až 10 000) v bunke
Dedí sa maternálne (Eva z Biblie)
Rýchlejšie mutácie ako v nDNA (ROS, slabé reparačné mechanizmy a naviac tkanivová špecificita
Replikatívna segregácia
UGA = stop (Trp)
AUA = Ile (Met)
AGA/AGG = Arg (stop)
Ribozómy ako E.coli (citlivý na chloramfenikol)
gens18c.ppt

38.
gens18c.ppt

39.                                                                                                          
gens18c.ppt

40. Gény bielkovín terminálnej oxidácie
KOMPLEX
I. NADH dehydrogenáza
II. Sukcinátdehydrogenáza
III. Ubichinón:cytochróm C-oxidoreduktáza
IV. Cytochrómoxidáza
V. ATP syntáza
PODJEDNOTKY, z toho gény v mtDNA
35 – 7
4 – 0
9 – 1
13 – 3
12 – 2
gens18c.ppt

41. Mitochondriové choroby
Mutácie mtDNA - nonmendelian
Sporadické („somatické“), delécie, duplikácie, postihujúce gény bielkovín alebo gény tRNA
Maternálne („gametické“), bodové mutácie alebo mikrodelécie
Kombinácia oboch (!)
Mutácie génov nDNA, ktoré kódujú mitochondriové bielkoviny – mendelian
Defekty intergenomickej spolupráce
gens18c.ppt

42. Intergenomová synchronizácia objasnená – nové prekvapenia
Opísaná v minulom roku (Mary T Couvillion et al, Nature , 499 – 503)
1,5 billion years ago
Yeast, shift from fermentation to respiration
Detaily ešte stále nie sú známe
Spermie svoje mitochondrie neposkytujú pre oplodnené vajíčko, ale plno RNA áno
gens18c.ppt

43. Mitochondriové choroby (mtDNA)
Nie sú časté a majú dlhé názvy
KSS – Kearns-Sayre sy
LHON – Leber hereditary optic neuropathy
MERFF – Myoclonic epilepsy, ragged red fibers
MELAS – Myopathy, encephalopathy, lactic acidosis, apoplexia
Mutácie aj v génoch pre tRNA
Zabudnite na to – pamätajte si, že väčšina symptómov súvisí s nedostatočnou tvorbou energie v energeticky náročných tkanivách – svaly, srdce, mozog, zmysly
Nezabudnite na to – 22 r. muž s príznakmi mozgovej príhody, CT negatívny??? MELAS !
Akumulácia mutácii – význam v starnutí?
gens18c.ppt