Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty...

23
Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki Instytut Psychiatrii i Neurologii, Warszawa Kurs „Neurogenetyka” Warszawa IPiN, 30.11-04.12.2015

Transcript of Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty...

Page 1: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Jeden gen – trzy choroby;

efekty fenotypowe premutacji/mutacji

w genie FMR1

Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz

Zakład Genetyki

Instytut Psychiatrii i Neurologii,

Warszawa

Kurs „Neurogenetyka”

Warszawa IPiN, 30.11-04.12.2015

Page 2: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Charakterystyka genu FMR1

FMR1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

CGGn

- sekwencje eksonowe niekodujące - sekwencje eksonowe kodujące białko

- sekwencje intronowe

(CpG)

Białko FMR (RNA-binding protein) - wchodzi w kompleks mRNA i rybonukleoprotein, który łączy się polirybosomami, co sugeruje jego udział w procesie translacji ,- ulega ekspresji w mózgu, tk. chrzęstnej i wątrobie płodów , - wykazuje wysoki poziom ekspresji w spermatogoniach u dorosłych mężczyzn

Plejotropowe działanie mutacji w genie FMR1 - FraX

FRAGILE X MENTAL RETARDATION PROTEIN; FMRP

5’ 3’

Page 3: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

>200 CGGPEŁNA

MUTACJA

(55) 60 -200 CGGPREMUTACJA

7- (54) 59 CGGZAKRES PRAWIDŁOWY

6-35 35-42 43 -54 Sekwencja intronowa

Region powtórzeń (CGG)n

PR IN GZ (gray zone, borderline alleles)

Charakterystyka genu FMR1

Allele pośrednie („intrermediate alleles”) „Gray zone” alleles

Page 4: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

>200 CGGPEŁNA

MUTACJA

FMRP

FXTAS

Mutacja typuRNA gain of function

CGG

POF FraX

Mutacja typu loss of function

CGG

(55) 60 -200 CGGPREMUTACJA

7- (54) 59 CGGZAKRES PRAWIDŁOWY

mRNA

CGG

FMRP

Efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1

FXPOI

Page 5: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

7- (54) 59 CGGZAKRES PRAWIDŁOWY

(55)60-200 CGGPREMUTACJA

>200 CGGPEŁNA MUTACJA

FraX

Efekty fenotypowe mutacji w genie FMR1

Page 6: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

- 1943 r. Martin & Bell

- Choroba sprzężona z chromosomem X, wykazuje semi-dominujący typ

dziedziczenia, dotyczy zarówno kobiet jak i mężczyzn.

- Częstość występowania FraX wśród mężczyzn z upośledzeniem

umysłowym o nieznanej etiologii wynosi od 0,5 do 3%, (7,5-11%).

W populacji kaukaskiej częstość występowania tej choroby określono

na 1:3717-1:9818 osób.

Fra X

(Fragile X syndrome – FraX)

Page 7: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Objawy FraXNiepełnosprawnośd intelektualna głębszego stopnia 80%,

u 20% chorych 70-80 IQ (pogranicze normy)

Cechy fenotypowe: makroorchidyzm, podłużna twarz,

nadmierna ruchomośd stawów, odstające uszy,

wysokie podniebienie, wydatna żuchwa,

skrzywienie kręgosłupa

Zaburzenia budowy tkanki łącznej, m.in

- gładka, „aksamitna” skóra (tzw. velvet skin)

- poszerzenie ujścia aorty

- wypadanie zastawki mitralnej

Inne cechy fenotypowe: otyłośd, okrągła twarz, małe dłonie i stopy, hipogonadyzm

Zaburzenia zachowania wynikające głównie z upośledzenia umysłowego:

- nadmierna nieśmiałośd i słaby kontakt wzrokowy.

W niektórych przypadkach występuje padaczka oraz zmiany w EEG.

Zespół kruchego chromosomu X (Fragile X syndrome – FraX)

Page 8: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

7- (54) 59 CGGZAKRES PRAWIDŁOWY

(55) 60-200 CGGPREMUTACJA

>200 CGGPEŁNA MUTACJA

POF

FXPOI

Efekty fenotypowe premutacji w genie FMR1

Zakres premutacji obejmuje 55-200 CGG wg Hagerman59-200 CGG wg EMQN

Rousseau et al. (1995) reported a population frequency of 1 in 259 for female carriers of an allele of more than 54 repeats.

Dombrowski et al. (2002) screened 10,572 independent French Canadian males for premutation-size FMR1 alleles and

identified 13 who carried alleles of more than 54 repeats, which corresponded to a population frequency of 1 in 813.

Page 9: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Przedwczesne klimakterium (Premature ovarian failure – POF)

X-associated primary ovarian insufficiency (FXPOI)

Wyodrębniono dwa „gorące” regiony ściśle związane z występowaniem

wczesnego klimakterium

- POF1 - obszar obejmujący gen FMR1 Xq26 - q28

- POF2 - Xq13.3 - q21.1

- nieznany mechanizm przedwczesnego wygasania jajników – prawdopodobnie

patogenny wpływ występującego w nadmiarze transkryptu z premutacją

- brak owulacji poniżej 40 r.ż., podwyższony poziom gonadotropin, FSH > 40 IU/L,

Page 10: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Szacunkowo u 5-6% kobiet z wczesnym klimakterium podłoże

genetyczne stanowi premutacja w genie FMR1, ryzyko to wzrasta

do 14%-20% gdy w wywiadzie rodzinnym stwierdzony został

Zespół Kruchego Chromosomu X

POF dotyczy dziesięciokrotnie częściej kobiet, które allel z premutacją

odziedziczyły od ojca

nadmierne piętnowanie genomowe?

Liczba powtórzeń CGG w zakresie premutacji nie wpływa na wiek wystąpienia

wczesnego klimakterium

nieznany mechanizm POF, prawdopodobny patogenny wpływ transkryptu

występującego w nadmiarze

Przedwczesne klimakterium (Premature ovarian failure – POF)

X-associated primary ovarian insufficiency (FXPOI)

Page 11: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

7- (54) 59 CGGZAKRES PRAWIDŁOWY

(55) 60-200 CGGPREMUTACJA

>200 CGGPEŁNA MUTACJA

FXTAS

Efekty fenotypowe premutacji w genie FMR1

Page 12: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Zespół drżenia i ataksji związany z kruchym chromosomem X

(Fragile X tremor ataxia syndrome – FXTAS)

- FXTAS po raz pierwszy opisany przez Hagerman i wsp. 2001 r.

- Częstość występowania tego neurodegeneracyjnego zespołu szacuje się

na 1:3000 mężczyzn po 50 r.ż. (Butcher, 2004)

- Częstość występowania FXTAS w grupie osób > 55 r.ż., nosicieli

premutacji wynosi od 37% (Kalifornia) do 42% (Australia) (Jaquemont

2004, Loesch 2005)

- 17% - 50-59 lat,

- 75% u osób ≥ 80 r.ż.

Page 13: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Zespół drżenia i ataksji związany z kruchym chromosomem X

(Fragile X tremor ataxia syndrome – FXTAS)

SPEKTRUM OBJAWÓW

Drżenie zamiarowe

Ataksja

Otępienie, zaburzenia funkcji poznawczych

Osłabienie siły kończyn dolnych, utrata słuchu, dysfagia

Impotencja lub zaburzenia erekcji

Spowolnienie ruchowe/bradykinezja

Neuropatia obwodowa

Sztywność

Zaburzenia funkcjonowania pęcherza

Nietypowe formy parkinsonizmu

Zaburzenia neuropsychiczne

Parapareza spastyczna

Page 14: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Zespół drżenia i ataksji związany z kruchym chromosomem X

(Fragile X tremor ataxia syndrome – FXTAS)

Neuroobrazowanie wykazuje uogólniony zanik mózgowia, u połowy

chorych w badaniu MRI stwierdza się ogniska o zwiększonej

intensywności sygnału w obrębie konarów móżdżku.

Badanie neuropatologiczne mózgu wykazuje obecność eozynofilnych,

ubikwityno-pozytywnych wtrętów w jądrach neuronów i astrocytów.

Największe skupienie tych inkluzji obserwuje się w hipokampie (40%

neuronów) i korze czołowej, nie stwierdza się ich obecności w

komórkach Purkinjego.

Page 15: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Molekularne metody analizy genu FMR1

Izolacja DNA metodą fenolową lub automatycznie

Reakcja łaocuchowa polimerazy PCR (polymerase chain reaction)

Rozdział na żelach:

agarozowych

poliakrylamidowych

Analiza Southern Blot

RP-PCR (Repeat Primed PCR)

Page 16: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Materiał - grupa pacjentów z objawami ataksji

1385 pacjentów skierowanych z rozpoznaniem ataksji rdzeniowo-móżdżkowych u których przebadano geny warunkujące:SCA1, 2, 3, 6, 7, 8, 17 oraz DRPLA

SCA1 225

SCA2 56

SCA8 33

SCA17 4

Niepotwierdzone przypadki choroby

962

443 pacjentów poddanych analizie pod kątem występowania premutacjiw genie FMR1

≥ 50 lat 323 pacjentów (145 , 178 )< 50 lat 120 pacjentów (28 , 91 )

u 84 pacjentów brak wywiadu rodzinnego (31 , 53 )

Page 17: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Materiał - grupa pacjentek z objawami POF

40 kobiet

wiek od 17 do 40 lat (średni wiek wystąpienia objawów 28,0 lat)

skierowane przez lekarzy ginekologów lub endokrynologów z

powodu zaobserwowanych objawów wczesnego klimakterium

(przed 40 r.ż.) o nieznanej etiologii

Page 18: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Wyniki – pacjenci z objawami ataksji

W analizowanej grupie wykryto premutację w genie FMR1 warunkującą FXTAS u jednego mężczyzny l.72 (91 powtórzeń CGG).

rozpoznanie: zespół móżdżkowy i neuropatia

Drżenie rąk i głowy, zaburzenia równowagi, trudności w chodzeniu (67 r.ż.),

niewielkiego stopnia zaburzenia funkcji wykonawczych, myślenia abstrakcyjnego i wnioskowania

MRI: w tylnej części mostu obszar o podwyższonym sygnale rozciągający się wzdłuż obu konarów móżdżku, zmiany naczyniopochodne w istocie białej obu półkul mózgu

Wywiad rodzinny: drżenie rąk u matki i córki probanda, drżenie głowy u brata i siostry probanda

Częstość występowania FXTAS w grupie mężczyzn 0,37%.

Wśród mężczyzn ≥ 50 r.ż. - 1/178 (0,56%);

Wśród mężczyzn w wieku ≥ 70 lat - 1/19 (5,25%)

Page 19: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Wyniki – pacjentki z POF

Wykryto występowanie premutacji w genie FMR1 u trzech spośród 38 kobiet.

Analiza cytogenetyczna wykazała dwa przypadki wzajemnych translokacji zrównoważonych

obejmujących chromosom X i jeden z autosomów: 1) 46XX, t(X;5)(p13.1;q22.3), 2) 46XX,

t(X;14)(q22;q24).

Częstośd występowania

premutacji w badanej

grupie, po wykluczeniu

dwóch wymienionych

pacjentek, wynosi

3/38 (7,9%.)

rozkład liczby powtórzeń CGG w genie FMR1

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

17 19 21 22 25 26 28 29 30 31 32 35 38 39 41 70 82 98

zakres powtórzeń CGG

częstość %

Page 20: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

* DNA

1934 86 CGG

* DNA

1941

1959

1985

1951

1984 1988

* DNA

2001FraX > 200 CGG

* DNA

196198/29 CGG

Analiza rodowodów

Page 21: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Analiza rodowodów

B ednarek B ednarek

drżenie głowy

* DNA

JózefB ednarek

193691 CGG zespół móżdżkowy FX TAS

* DNA

WładysławB ednarek

64 CGG

* DNA

HelenaP oznańska

1945 81/29 CGG drżenie głowy

* DNA

A nnaHemmerich

1967 NP /25 CGG drż

B ednarek B ednarek

B ednarek B ednarek

B ednarek B ednarek

S ławomirB ednarek B ednarek

B ednarek5 l

B ednarek17 l

B ednarek21 l

* DNA

A netaHemmerich

22 lupośl.umysł. FraX

B ednarek

B ednarekJanusz

B ednarekB ednarek

B ednarek B ednarek

Page 22: Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki

Algorytm postępowania

Diagnozując neurodegeneracyjne choroby genetyczne należy wziąć pod uwagę częstości ich występowania w Polsce.

Zestaw badań podstawowych obejmuje SCA1, SCA2 i SCA3, w następnej kolejności uwzględniane są SCA6, SCA7, SCA8, SCA17 i DRPLA, a u pacjentów, u których objawy choroby wystąpiły po 50 r.ż. także FXTAS.