Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty...
Transcript of Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji ... · Jeden gen –trzy choroby; efekty...
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
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’
>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
>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
7- (54) 59 CGGZAKRES PRAWIDŁOWY
(55)60-200 CGGPREMUTACJA
>200 CGGPEŁNA MUTACJA
FraX
Efekty fenotypowe mutacji w genie FMR1
- 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)
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)
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.
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,
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)
7- (54) 59 CGGZAKRES PRAWIDŁOWY
(55) 60-200 CGGPREMUTACJA
>200 CGGPEŁNA MUTACJA
FXTAS
Efekty fenotypowe premutacji w genie FMR1
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.
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
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.
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)
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 )
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
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%)
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 %
* DNA
1934 86 CGG
* DNA
1941
1959
1985
1951
1984 1988
* DNA
2001FraX > 200 CGG
* DNA
196198/29 CGG
Analiza rodowodów
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
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.
23-27 III 2009, IPiN Warszawa [Według Maddalena et al 2001, Sherman et al 2005].