Monika Ołdak

Jubileusze

Zakład Genetyki IFPS

• 1-4 dzieci /1000 rodzi się z głębokim

niedosłuchem

• 1/300 noworodków ma niedosłuch

średniego lub lekkiego stopnia

• ~ 10% dzieci w wieku szkolnym

• ~ 50% osób starszych

Niedosłuch w liczbach

Czynniki prenatalne

• wrodzona cytomegalia (CMV)

• inne infekcje wrodzone (różyczka,

toksoplazmoza, ospa, kiła itp.)

• leki i substancje ototoksyczne przyjmowane w

trakcie ciąży (np. aminoglikozydy, cytostatyki,

alkohol, rtęć)

• choroby metaboliczne matki – cukrzyca,

niedoczynność tarczycy, hiperlipidemia,

niewydolność nerek

Niedosłuch - etiologia

Czynniki okołoporodowe

• wcześniactwo,

• niska masa urodzeniowa, niedotlenienie

okołoporodowe,

• hiperbilirubinemia

• urazy okołoporodowe

• zakażenia z grupy TORCH

Niedosłuch - etiologia

Czynniki postnatalne

• przyjmowanie leków ototoksycznych antybiotyki aminoglikozydowe, cytostatyki – pochodne platyny,

diuretyki pętlowe oraz salicylany i niesteroidowe leki przeciwzapalne

• świnka

• urazy głowy

• zapalenia uszu

• zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych

• hałas

Niedosłuch - etiologia

Lokalizacja uszkodzenia słuchu

• niedosłuch przewodzeniowy nieprawidłowe mechaniczne przewodzenie bodźców

akustycznych –choroby ucha zewnętrznego i środkowego

• niedosłuch odbiorczy (czuciowo-nerwowy) uszkodzenie dotyczące ucha wewnętrznego, nerwu słuchowego lub kory słuchowej

• niedosłuch mieszany

współwystępowaniem objawów niedosłuchu przewodzeniowego i odbiorczego

Niedosłuch klasyfikacja

Wiek wystąpienia

niedosłuch prelingwalny - 0 do 2-3 rż

niedosłuch perylingwalny 2-3 do 6-7 rż

niedosłuch postlingwalny - po 6-7 rż

Niedosłuch klasyfikacja

Głębokość ubytku słuchu (w dB)

na podstawie badania audiometrycznego

wrażliwości słuchowej na tony czyste

• niedosłuch lekkiego stopnia - ubytek słuchu od 20 dB do

40 dB

• niedosłuch średniego stopnia - ubytek słuchu od 40 dB

do 70 dB

• niedosłuch znacznego stopnia - ubytek słuchu od 70 dB

do 95 dB

• niedosłuch głębokiego stopnia - ubytek słuchu od 90 dB

do 120 dB

• całkowita głuchota - ubytek słuchu powyżej 120 dB

Niedosłuch klasyfikacja

Współistnienie innych objawów

• niedosłuch izolowany

bez innych objawów towarzyszących

• niedosłuch będący jednym z objawów

zespołów uwarunkowanych genetycznie ponad 400 różnych zespołów genetycznie

uwarunkowanych z niedosłuchem (malformacje ucha

zewnętrznego lub innych narządów lub zaburzenie

funkcji innych narządów

Zespół Waardenburga

Zespół Pendreda

Zespół Downa, zespół Turnera….

Niedosłuch klasyfikacja

Niedosłuch genetycznie uwarunkowany

Niedosłuch prelingwalny

1:650 - 1:1000

Czynniki

niegenetyczne 50%

Uwarunkowany

genetycznie 50%

Postać izolowana

70% Zespoły genetycznie uwarunkowane

30%

AR DFNB

75-80%

AD DFNA

15-20%

Sprzężone z płcią

DFNX 1-2%

Mitochondrialne

<1%

DFNB1

GJB2 CX26

50%

Mutacja c.35delG

50%

• prelingwalny

• postlingwalny

• różne typy dziedziczenia

• mutacje konstytutywne

• wszystkie komórki organizmu

• obustronny, czasem asymetryczny

• jednostronny?

Niedosłuch genetycznie uwarunkowany

Page 12

Występowanie niedosłuchu bez

towarzyszących zaburzeń ze strony

innych układów i narządów

Loci chromosomowe związane z

izolowanym niedosłuchem oznaczane

są DFN (ang. deafness)

DFNA – locus chromosomowe dla

niedosłuchu dziedziczącego się

autosomalnie dominująco

DFNB – autosomalnie recesywnie

DFNX – sprzężonego z

chromosomem X

Izolowany niedosłuch może być

również wywołany mutacjami

mitochondrialnego DNA

Loci chromosomowe związane z

niedosłuchem - przykłady

Avraham KB. Hear come more genes! Nat Med. 1998 Nov;4(11):1238-9.

Niedosłuch izolowany - definicja

Page 13

60 genów związanych z izolowanym niedosłuchem dziedziczacym się

autosomalnie recesywnie

http://hereditaryhearingloss.org

..i 25 loci chromosomowe – geny nieznane

DFNB – dziedzicznie autosomalne recesywne

Page 14

32 geny związane z izolowanym niedosłuchem dziedziczacym się

autosomalnie dominująco

http://hereditaryhearingloss.org

…i 21 loci chromosomowe – geny nieznane

DFNA – dziedzicznie autosomalne dominujące

4 geny związane z izolowanym niedosłuchem sprzężonym z płcią

http://hereditaryhearingloss.org

…i 2 loci chromosomowe w obrębie chromosomu X,

i 1 locus w obrębie chromosmu Y – geny nieznane

DFNX – dziedzicznie sprzężone z płcią

Około 25 nowych genów powiązanych z niedosłuchem zidentyfikowano dzięki WES

http://hereditaryhearingloss.org

Gen

odpowiedzialny Zastosowana metoda Badana grupa Refencje

FAM65B sekwenjonowanie eksomowe (Agilent SureSelect Human

All Exon 50 Mb Kit ); Illumina HiSeq 2000 rodzina z Turcji Diaz-Horta et al., 2014

ADCY1 sekwencjonwanie eksomowe (Roche NimbleGen SeqCap EZ

Human Exome Library) Illumina HiSeq rodzina z Pakistanu Santos-Cortez et al., 2014

TBC1D24 sekwencjonwanie eksomowe (Illumina TruSeq Exome

Enrichment Kit) Illumina HiSeq 2000 rodzina z Chin

Azaiez et al., 2014; Zhang et al., 2014

NARS2 sekwencjonowanie eksomowe (Illumina TruSeq Exome

Enrihment Kit; Roche NimbleGen SeqCap EZ Exome Library v2.0 ) Illumina HiSeq 2000

pakistańska i kaukaska rodzina

Simon et al., 2015

TMEM132E sekwencjonowanie eksomowe (Roche SureSelect Human

All Exon Kit) Illumina HiSeq 2000 rodzina z Chin Li et al., 2015

HOMER2 sekwencjonowanie eksomowe (Agilent SureSelectXT

Human All Exon V4) Illumina HiSeq 2000 rodzina z Europy Azaiez et al., 2015

MCM2 sekwencjonowanie eksomowe (Illumina TruSeq 62 Mb

Exome Enrichment kit); Illumina HiSeq 2000 rodzina z Chin Gao et al., 2015

Sekwencjonowanie nowej generacji odkrycie nowych genów

Autosmalne recesywne – 85 loci (60 geny i 25 loci)

Autosmalne dominujące – 53 loci (32 geny i 21 loci)

Sprzężone z X – 6 loci (4 geny i 2 loci)

Sprzężone z Y – 1 locus

http://hereditaryhearingloss.org

2016

Heterogeność locus – różne loci niedosłuch izolowany

Heterogenność alleliczna – różne warianty alleliczne/mutacje tego

samego genu mogą powodować niedosłuch izolowany

Heterogenność fenotypowa mutacji w tym samym genie

120 loci chromosomowych związnych z niedosłuchem

izolowanym

Miedzy narodowe Konsorcjum Fenotypowania Myszy (IMPC) szacuje udział łącznie około 1000 genów w procesie słyszenia U człowieka zidentyfikowano ponad 90 genów:

- 32 dominujących - 60 recesywnych - 4 sprzężone z chromosomem X - genom mitochondrialny

(http://hereditaryhearingloss.org) (http://deafnessvariationdatabase.org)

https://www.mousephenotype.org/

Genetyczne podłoże niedosłuchu

• Zespół KID (keratitis-ichthyosis-deafness syndrome) - zespół zapalenia rogówki, rybiej łuski i głuchoty

• Zespół Vohwinkla (keratoderma hereditaria mutilans) – odmiana dziedzicznego, rozlanego rogowca dłoni i stóp; niedosłuch w stopniu lekkim do umiarkowanego. Wokół paliczków tworzą się zaciskające pierścienie (pseudoahnum), doprowadzające do samoistnej amputacji palców (częściej małych palców stóp)

Różne mutacje – różne fenotypy

MYO7A – miozyna 7A, składnik cytoszkieletu

DFNA11, DFNB2 i zespół Ushera

GJB2 – koneksyna 26, białko połaczeń szczelinowych

DFNB1, DFNA3, zespół Vohwinkela, zespół KID

CDH23 – kadheryna 23, składnik błon komórkowych

DFNB12, zespół Ushera

SLC26A4 – pendryna, niezależny od Na+ transporter

chlorkowo/jodkowy

DFNB4, zespół Pendreda

TECTA – alpha-tektoryna, białko macierzy

zewnąrzkomórkowej

DFNA8/12, DFNB21

Matsunaga T. Value of genetic testing in the otological approach for sensorineural hearing loss. Keio J Med. 2009 Dec;58(4):216-22.

Geny odpowiedzialne za izolowane postaci niedosłuchu –

ekspresja w ślimaku – dysfunkcja ślimaka

tworzą połączenia szczelinowe

zwane koneksonami (ang. gap

junctions)

Inne nazwy to połączenia

komunikujące, połączenia typu

nexsus

każdy konekson zbudowany jest z

tych szcześciu podjednostek

leżących w błonach komórkowych, w

jego środkowej części znajduje się

kanał

przepływ jonów i związków

drobnocząsteczkowych – różnice w

potencjałach elektrycznych między

komórkami

Schemat połączenia szczelinowego

Kemperman MH, Hoefsloot LH, Cremers CW. Hearing loss and connexin

26. J R Soc Med. 2002 Apr;95(4):171-7.

Koneksyny – GJB2, GJB3, GJB6

koneksyna 26

DFNB1A

DFNA3A

Zespoły z niedosłuchem i

zmianami skórnymi (AD)

Rogowiec dłoni i stóp z

niedosłuchem

Zespół KID (zespół

zapalenia rogówki,

rybiej łuski i głuchoty)

zespół HID (zespół

rybiej łuski

przypominającej postać

jeżastą i głuchoty)

Zespół Vohwinkla

Zespół Barta i

Pumphreya

GJB2 13q12

koneksyna 30

DFNB1B

DFNA3B

Clouston's hidrotic

ectodermal dysplasia

(Alopecia congenita with

keratosis palmoplantaris

(AD))

GJB6 13q12

koneksyna 31

DFNB91

DFNA2B

Erythrokeratodermia

variabilis et progressiva

(EKVP) (AD, AR)

GJB3 1p35.1

Koneksyny - niedosłuch izolowany

locus DFNB1

GJB2 i GJB6 w odległości ok. 35 kb

koneksyna 26 i koneksyna 30 mogą razem

tworzyć koneksony

delecje GJB6 (delGJB6-D13S1830 i delGJB6-

D13S1854) rzadko identyfikuje się w postaci

homozygotycznej, znacznie częściej

występują one u pacjentów z

heterozygotyczną mutacją w genie GJB2

mechanizm powstawania niedosłuchu

dziedziczenie dwugenowe GJB2 i GJB6

zaburzenie ekspresji genu GJB2

GJB2 i GJB6

GJB2 13q12 GJB6 13q12

http://hereditaryhearingloss.org

Z wyjątkiem komórek rzęsatych, koneksyna 26 jest obecna w koneksonach

łączących wszystkie typy komórek ślimaka

Ekspresja GJB2 i GJB6 w ślimaku

Stymulacja falą dźwiękową układu

kosteczek w uchu środkowym - wibracja

endolimfy w ślimaku - jony potasu

wchodzą do komórek rzęsatych

dochodzi na konwersji drgań

mechanicznych na impuls nerwowy.

System odnawia się przez uwalnianie

jonów potasu z komórek rzęsatych do

komórek podporowych. Jony potasu

przepływają z komórki do komórki

poprzez koneksony i dostają się do

endolimfy.

Krążenie jonów K+

nabłonek czuciowy

komórki podporowe

więzadło spiralne, prążek naczyniowy

bruzda spiralna wewnętrzna

rąbek blaszki spiralnej

Krążenie jonów potasu w ślimaku

Ekspresja koneksyny 26

Kemperman MH, Hoefsloot LH, Cremers CW. Hearing loss and connexin 26. J R Soc Med. 2002 Apr;95(4):171-7.

Koneksyna 26 udział w recyrkulacji jonów potasu

• niedosłuch odbiorczy, obustronny

• początek w okresie prelingwalnym (rozpoznanie nierzadko jest opóźnione)

• uszkodzenie słuchu od lekkiego do głębokiego

• zwykle dotyczy wszystkich częstotliwości

• zróżnicowanie niedosłuchu w rodzinach

• niepostępujący charakter

• ponad 380 mutacji GJB2

• najczęstsze mutacje w populacji polskiej

– c.35delG, c.313_326del, c.334_335delAA, c.-23+1G>A (mutacja intronowa) oraz c.269T>C

• Inne częste mutacje:

– c.167delT – Żydzi aszkenzyjscy; c.235delC – Japonia, Chiny; R143W – Afryka

http://davinci.crg.es/deafness/index.php

Mutacje genu GJB2

Główna przyczyna izolowanego niedosłuchu

dziedziczącego się autosomalnie recesywnie -

rasa kaukaska

50% mutacji GJB2 to c.35delG (p.Gly12Valfs)

Delecja 1 z 6 guanin, wprowadzenie

przedwczesnego kodonu stop po 38

nukleotydzie

homozygoty c.35delG i złożone heterozygoty

1/30-1/35 nosicielstwo - rasa kaukaska (ok.

3%)

Gorące miejsce mutacji vs. efekt założyciela

analiza markerów mikrosatelitarnych i

polimorfizmów (SNP) – ok. 10 000 lat

temu, 500 pokoleń

przewaga heterozygot c.35delG?

c.35delG – najczęstsza mutacja

Kokotas H et al.. Hypothesizing an ancient Greek origin of the GJB2 35delG mutation: can science meet history? Genet Test Mol Biomarkers. 2010 Apr;14(2):183-7.

Mutacja c.35delG w genie GJB2

Placeholder for your own subheadline

Mahdieh N, Rabbani B. Statistical study of 35delG mutation of GJB2 gene: a meta-analysis of carrier frequency. Int J Audiol. 2009;48(6):363-70.

Najwyższa: Grecja, Włochy, Estonia, Wenezuela

Najniższa: wschodnia Azja, Ghana, pd Egipt

Rozkład częstości nosicielstwa mutacji c.35delG w

genie GJB2

YOUR LOGO

Tsukada et al. Ann Otol. Rhinol. & Laryng. 2015

p.M34T i p.V37I

Gypsy Migrations according to Haywood

Indie Czechy Polska

c.313_326del14

Mikstiene et al. BMC Genetics 2016

Litwa Polska Białoruś Rumunia Rosja Czechy Słowacja

c.-23+1G>A

Barashkov N. et. al PLoS One. 2014

Jakucja- Izolowana populacja północno-wschodniej Syberii. Polska Czechy Węgry

c.167delT

Żydzi aszkenazyjscy – endogamia- migracje XI-XIX wiek

Węgry

Czechy

Polska Rosja

Podsumowanie

• Pochodzenie etniczne pacjenta powinno być brane pod uwagę przy wykonywaniu molekularnych badań diagnostycznych

• Przesiewowe, molekularne testy diagnostyczne powinny być dostosowane do badanej populacji

Meyer CG, Amedofu GK, Brandner JM, Pohland D, Timmann C, Horstmann RD. Selection for deafness? Nat Med. 2002 Dec;8(12):1332-3.

Common JE, Di WL, Davies D, Kelsell DP. Further evidence for heterozygote advantage of GJB2 deafness mutations: a link with cell survival. J Med Genet. 2004 Jul;41(7):573-5.

D'Adamo P, Guerci VI, Fabretto A, Faletra F, Grasso DL, Ronfani L, Montico M, Morgutti M, Guastalla P, Gasparini P. Does epidermal thickening explain GJB2 high carrier frequency and heterozygote advantage? Eur J Hum Genet. 2009 Mar;17(3):284-6.

Nosiciele mutacji GJB2 – przewaga fenotypowa równoważąca niedosłuch ?

gen liczba

pacjentów % (n=34) MYO15A 6 17,6 SLC26A4 5 14,7 LOXHD1 3 8,8

ILDR1 2 5,9 POU3F4 2 5,9

C14orf105 1 2,9 CCDC164 1 2,9

CIB2 1 2,9 CLCNKA 1 2,9 EPPK1 1 2,9 EYA2 1 2,9 GIPC3 1 2,9 OTOF 1 2,9

PCDH15 1 2,9 PDZD7 1 2,9 PRKRA 1 2,9 TECTA 1 2,9

TMPRSS3 1 2,9 TRIOBP 1 2,9 USH2A 1 2,9

mutacje sprawcze – 34 /54 pacjentów (63%)

Sekwencjonowanie całoeksomowe Niedosłuch recesywny

• zmapowany w roku 1998 w locus 17p11.2

• analiza sprzężeń w dużej rodzinie z głębokim

niedosłuchem czuciowo-zmysłowym .

• 66 eksonów.

• koduje niekonwencjonalną miozynę 15A

• występuje w miejscach polimeryzacji

aktyny w ilościach wprost proporcjonalnych

do długości syntetyzowanych filamentów

aktynowych.

• wspólnie z innymi miozynami pełni rolę w

mechanizmie regulacji długości

stereociliów w komórce rzęsatej.

• Nieprawidłowe funkcjonowanie tego genu

jest przyczyną powstawania stereociliów o

przypadkowej długości.

• opisano 181 mutacji głównie wśród pacjentów

pochodzenia pakistańskiego, hinduskiego i

tureckiego

Niedosłuch recesywny - gen MYO15A (DFNB3)

https://mutagenetix.utsouthwestern.edu/phenotypic/phenotypic_rec.cfm?pk=986

Niedosłuch recesywny - gen MYO15A (DFNB3)

• 42/3000 mieszkańców głuchych – „wioska głuchych”

http://www.vice.com/read/theres-a-village-in-bali-where-everyone-knows-sign-language-511

Pn. Bali-Bengkala-kata kolok

• Gen SLC26A4 (7q22-q31)

• 21 eksonów

• ekspresja ucho wewnętrzne (ślimak - regiony

biorące udział w resorpcji endolimfy, tarczyca, nerki

• koduje białko – pendrynę

• przezbłonowy transporter jonów chloru i jodu.

• nieprawidłowo działająca pendryna zaburza

homeostazę jonową w uchu wewnętrznym.

• Mutacje w genie SLC26A4 mogą być przyczyną

• niedosłuchu izolowanego

• zespołu Pendreda. • Wrodzony głęboki niedosłuch, występowanie nieprawidłowości

w budowie ucha wewnętrznego (zespół poszerzonego

wodociągu przedsionka (EVA) lub malformacja Mondiniego)

• w drugiej dekadzie życia u większości pacjentów rozwija się

wole, w 50% przypadków pojawia się niedoczynność tarczycy.

• Opisano około 516 różnych mutacji SLC26A4

Niedosłuch recesywny - SLC26A4

• OTOF zmapowany w roku 1999 (locus 2p23.1), 48 eksonów.

• koduje otoferlinę

– zakotwiczona w błonie komórkowej,

– wiąże jony Ca2+.

– uczestniczy w procesie egzocytozy w niedojrzałych synapsach komórek rzęsatych, jest sensorem stężenia jonów wapnia.

• niezbędna do rozwoju komórek ślimaka.

• uszkodzenia w genie OTOF u człowieka powodują neuropatię słuchową

• w genie OTOF opisano 132 patogenne mutacje

NEUROPATIA PRESYNAPTYCZNA

Niedosłuch izolowany AR - OTOF (DFNB9)

Mutacje wielu różnych genów,

żadna nie jest wyraźnie częstsza niż pozostałe

również geny GJB2 i GJB6 (DFNA3)

pre- lub postlingwalny, stopień niedosłuchu od umiarkowanego do

znacznego, zwykle charakter postępujący i dotyczy wysokich tonów

mutacje w genie WFS1 (DFNA6/14/38)

identyfikuje się u 75% rodzin z dominującym wrodzonym niedosłuchem,

głównie niskie częstotliwości bez wpływu na słyszenie w zakresie

wysokich tonów

mutacje w genie KCNQ4 (DFNA2)

symetryczny niedosłuch obejmujący głównie wysokie tony, postępujący w

zakresie wszystkich częstotliwości

zwykle wykrywany w czasie badań słuchu u dzieci w wieku szkolnym,

prawdopodobnie jest od urodzenia

Niedosłuch – dziedzicznie autosomalne dominujące (AD)

Wyniki – analiza sprzężeń

Analiza sprzężeń wykazała

kilka potencjalnych loci dla

niedosłuchu w badanej

rodzinie

(LOD> 1,5; chromosom 3,

4, 8, 9, 11 i 19)

Linkage analysis using Affy 10K chip

Wyniki - NGS

Analiza danych sekwencjonowania

egzomowego wykazała obecność nowej

mutacji p.N714H genu WFS1 jako

potencjalnej przyczyny wystąpienia

niedosłuchu.

Gen WFS1 był także jednym z loci

kandydatów (pozycja chromosomowa 4p16.1)

wynikających z analizy sprzężeń.

Wynik sekwencjonowania eksomowego pacjenta III.1

AD (WFS1)

Wyniki- patogenność

Predykcja patogenności:

SIFT PREDICTION: damaging

PROVEAN PREDICTION

(punkt odcięcia = -2,5): deleterious

PROVEAN Prediction

(punkt odcięcia = 0,05): probably

damaging

Mutacja WFS1 p.N714H jest zlokalizowane w egzonie 8,

zawierającym konserwowany C-koniec białka. Biorąc pod

uwagę fakt, że większość mutacji genu WFS1

powodujących głuchotę zidentyfikowano właśnie w egzonie

8, domena ta wydaje się odgrywać istotną funkcję w

ślimaku.

Wyniki

Częstość mutacji p.N714H wśród polskich pacjentów z

niedosłuchem oraz w grupie kontrolnej

wt/wt pN714H

HI patients (n=2404) 2404 0

controls (n= 677) 677 0

wt/wt pN714H

Pacjenci z niedosłuchem (n=2404) 2404 0

Populacyjna grupa kontrolna (n= 677) 677 0

Wyniki- fenotyp

patient ID 1st Prediction 2nd Prediction 3rd Prediction

III.1 DFNA6/14/38 DFNA22 DFNA2notAnotB

III.3 DFNA2A DFNA20/26 DFNA2notAnotB

IV.1 DFNA6/14/38 DFNA44 DFNA8/12

IV.2 DFNA8/12 DFNA6/14/38 DFNA44

Wyniki analizy audiogramów z użyciem narzędzia

AudioGene w rodzinie z mutacją WFS1 p.N714H

DFNA6/14/38 - WFS1

DFNA2A - KCNQ4 (DFNA2A)

DFNA8/12 - TECTA

prediction of genes involved in pathogenesis of HI based on PTA analysis

(http://audiogene.eng.uiowa.edu)

Wyniki- fenotyp

Audiogramy członków rodziny z mutacją p.N714H genu WFS1

Rodzaj niedosłuchu

Idiopatyczny Niegenetyczny Genetyczny

50-60%

Izolowany 70%

Związany z chromosomem X

2-3%

gen POU3F4 50%

Inne 50%

Autosomalny dominujący

Autosomalny recesywny

Syndromiczny 30%

Przyczyny niedosłuchu prelingwalnego

1-2%

Koduje czynnik transkrypcyjny z rodziny POU,

Dwie wysoce konserwowane domeny wiążące DNA: Bliżej końca aminowego domena specyficzna POUS

Przy końcu karboksylowym homeodomena POUHD

Ekspresja m.in. w fibrocytach przewodu ślimakowego

Funkcje białka POU3F4 warunkowanie prawidłowego procesu unerwienia narządu słuchu w trakcie rozwoju płodowego

regulacja sygnałów odpowiedzialnych za rozwój ucha środkowego

regulacja sygnałów epigenetycznych, które powodują różnicowanie się neuronów ciała prążkowego z ich prekursorów.

Dokładna fizjologia działania POU3F4 nie jest znana.

Gen POU3F4 (DFNX2, Xq21.1)

Malformacje strzemiączka

Dysplazja ślimaka • Brak części wierzchołkowej • Spłaszczone schody bębenka • Rozciągnięta błona Reissnera

Hipoplazja ślimaka • Zmniejszona liczba skrętów ślimaka • Zmiany mogą być niesymetryczne

Phippard et al., J Neuroscience. 1999:19(14):5980-5989.

Delecja genu POU3F4

badania na zwierzętach

• Wrodzone unieruchomienie strzemiączka i wypływ perylimfy (Nance et al., 1971)

• Poszerzony przewód słuchowy wewnętrzny (Glasscock et al. 1973)

• Brak lub niedorozwój wrzecionka ślimaka, ubytek podstawy wrzecionka ryzyko komunikacji przestrzeni podpajęczynówkowej ze ślimakiem

• Zniekształcony przedsionek, poszerzenie wodociągu przedsionka

• Identyfikacja genu POU3F4 (De Kok et al., 1995 )

Cystic cochleovestibular malformation

Mondini deformity

X-linked deafness

Poprzednio: Niedosłuch mieszany postępujący lub zmysłowo-nerwowy, początkowo wiązany

z zesztywnieniem strzemiączka.

Teraz: obecność odruchu z m. strzemiączkowego i ruchome strzemiączka w trakcie zabiegów

operacyjnych. Komponentę przewodzeniowa tłumaczy się tzw. efektem trzeciego okna

DFNX2 - Malformacje ucha wewnętrznego

W grupie badanych 1831 mężczyzn z niedosłuchem oraz w populacyjnej grupie kontrolnej (n~500) nie wykryto obecności mutacji p.Ala116fs141* , p.Glu187*, p.Leu217*. U wszystkich pacjentów z mutacjami POU3F4 odnotowano głęboki, obustronny niedosłuch oraz malformacje ucha wewnętrznego (IP t. III)

a

a

a

b

b

c

c

c

d

d

da c db

Wyniki

p.Ala116fs141* p.Glu187* p.Leu217* p.Gln275*

Wiek wystąpienia

niedosłuchu wrodzony 1.5 rż 2 rż wrodzony

Głębokość ubytku słuchu głęboki głęboki głęboki głęboki

Gusher/płynotok podczas

operacji + nie dotyczy + +

Poszerzony przewód

słuchowy wewnętrzny + + + +

Brak lub niedorozwój

wrzecionka kostnego

ślimaka + + + +

Zniekształcony przedsionek + + + +

Poszerzenie wodociągu

przedsionka + + + +

Efekt trzeciego okna + + + +

Podsumowanie

• Mutacje genu POU3F4 nie są częstą przyczyną niedosłuchu w grupie mężczyzn z populacji polskiej

• Mutacje genu POU3F4 wiążą się z: • charakterystycznymi malformacjami ucha

wewnętrznego: incomplete partition typ 3 (IP t.3) • predysponują do wystąpienia nagłego, obfitego

wypływu perylimfy w trakcie zabiegów otochirurgicznych

• U pacjentów z niedosłuchem płci męskiej należy rozważyć

możliwość wystąpienia mutacji POU3F4

• Z uwagi na heterogeniczność locus należy sekwencjonować cały gen

Podsumowanie i wnioski

Kyriakouli Dset al... Progress and prospects: gene therapy for mitochondrial DNA disease. Gene Ther. 2008 Jul;15(14):1017-23.

mtDNA – 13 białek mitochondrialnych,

22 rodzaje tRNA i 2 typy rRNA Objawy mutacji mtDNA – dominują w tkankach

wrażliwych na deficyt energetyczny, tj. tkanka nerwowa, mięśniowa, gruczoły wewnątrzwydzielnicze

Mutacje mtDNA – niedosłuch

zespoły z niedosłuchem

niedosłuch izolowany

niedosłuch po ekspozycji na aminoglikozydy

niedosłuch związany z wiekiem

Dwa geny odpowiedzialne za izolowany niedosłuch

MTRNR1 koduje podjednostkę 12S rRNA

MTTS1 koduje tRNASer

Mitochondrialne DNA (mtDNA)

12S rRNA

tRNASer

Mutacje MTRNR1 (12S rRNA) – zwiększają podobieństwo mitochondrialnego rRNA do bakteryjnego rRNA

Niedosłuch poaminoglikozydowy występuje u 25% pacjentów po podaniu tych leków

Różnorodny fenotyp

mtDNA - niedosłuch związany z podaniem aminoglikozydów

http://hereditaryhearingloss.org

Izolowany niedosłuch - mtDNA

Zespoły mitochondrialne

• Dziedziczenie autosomalne dominujące • Zespół Waardenburga • Zespół skrzelowo-uszno-nerkowy • Zespół Sticklera • Nerwiakowłókniakowatość typu 2

• Dziedziczenie autosomalne recesywne • Zespół Ushera • Zespół Pendreda • Zespół Jervell-Lange-Nielsena • Deficyt biotynidazy • Choroba Refsuma

• Dziedziczenie sprzężone z X

• Zespół Alporta • Zespół Mohra-Tranebajaerga

• Dziedziczenie mitochondrialne

Zespoły genetycznie uwarunkowane z niedosłuchem

Page 60

Interakcja czynników genetycznych i środowiskowych

Predyspozycja do choroby wieloczynnikowej – udział kilkudziesięciu lub więcej wariantów genetycznych, z których każdy wywiera słaby efekt (niska penetracja).

Badania genetyczne w chorobach wieloczynnikowych - intensywne, ale najczęściej mają charakter podstawowy

Przykłady:

przewlekły katar/zapalenie zatok – powiązane z genem filagryny

uszkodzenie słuchu związane z wiekiem – presbyacusis – wariant NAT2*6A, SNP w genie KCNQ4 i GRHL2

otoskleroza (poza przypadkami dziedziczenia AD FOXL1) - COL1A1, TGFB1, BMP2, BMP4, ACE, AGT i RELN

Niedosłuch uwarunkowany wieloczynnikowo

Page 61

Ryzyko nawrotu zależy od przyczyny

Jeśli etiologia niedosłuchu nieznana

Jedno dziecko z niedosłuchem, wywiad rodzinny w kierunku niedosłuchu negatywny 18%

Jeżeli wykluczono mutacje GJB2 i GJB6 14%

Jeżeli rodzice są ze sobą spokrewnieni 25%

Jeden z rodziców ma niedosłuch & drugi słyszący 10%

Oboje rodzice z niedosłuchem (wykluczono dziedziczenie dominujące) 15%

Jeżeli niedosłuch u rodziców powodowany mutacjami GJB2 100%

Etiologia niedosłuchu nieznana

http://www.reuters.com/article/2015/07/08/us-health-deafness-genetherapy-idUSKCN0PI29J20150708; http://www.dailymail.co.uk/home/search.html?offset=0&size=50&sel=site&searchPhrase=deafness+gene+therapy&sort=recent&type=article&authornamef=Ellie+Zolfagharifard+For+Dailymail.com&authornamef=Ellie+Zolfagharifard&days=all https://www.sciencenews.org/article/gene-therapy-restores-hearing-mice?tgt=nr

• Modele mysie (P0-P2)

– delecja genu Tmc1 - DFNB7/11

– dominująca mutacja punktowa Tmc1 - DFNA36

• Wektory AAV (adeno-associated virus) – wirusy towarzyszące adenowirusom (komórki rzęsate - AAV2/1 )

• In vitro (hodowle organotypowe) i in vivo (iniekcja przez błonę okienka okrągłego)

Mechanotransdukcja w komórkach rzęsatych

Funkcja TMC1 - ? Przepuszczalność kanałów jonowych w procesie transdukcji mechanoelektrycznej w komórkach rzęsatych; prawdopodobnie tworzą kanały Wibracje mechaniczne odginają stereocilia, znajdujące się na powierzchni wierzchołkowej komórek rzęsatych

Powstają naprężenia na białka łączące wierzchołki stereociliów „tip links” – połączenia szczytowe

Pociąganie przez białka łączące powoduje otwarcie kanału na wierzchołku niższego sterocilium

Moser T, Sci Transl Med. 2015 Jul 8;7(295):295fs28.

Terapia genowa tmc

• Model recesywny – delecja Tmc1 (DFNB7/11) – Wprowadzenie do komórek rzęsatych genu Tmc1 albo Tmc2 (in vitro i in vivo) –

zmiany natężenia przewodnictwa czuciowego wywołanego przemieszczeniem pęczków stereocyliów – badanie fizjologii pojedynczych komórek rzęsatych

– Transgeniczna ekspresja Tmc1 lub Tmc2 u myszy – aktywność słuchowa,

• rejestracja słuchowych potencjałów wywołanych pnia mózgu (ABR) w połowie badanej grupy; odpowiedzi obecne, ale słabsze w porównaniu do myszy wt

• częściowe przywrócenie słuchu – transdukcja zwłaszcza (65%) IHC i tylko 5% OHC; brak różnic w badaniu DPAOE w porównaniu do zwierząt z mutacją

• odruch wzdrgnięcia (test behawioralny) obecny u wszystkich myszy z ABR (+) transdukowanych Tmc1 i 40% Tmc2

• Model dominujący – mutacja punktowa Tmc1 (DFNA36)

– Wprowadzenie genu Tmc2 u myszy z mutacją punktową Tmc1 – myszy Bth (DFNA36) rejestracja ABR- efekt Tmc2 słabszy w porównaniu do myszy z delecją Tmc1; brak odruchu wzdrgniecia

– DFNA36 – inne podejście, supresja allelu z mutacją dominującą

Terapia genowa Tmc

• Przywrócenie funkcji słuchowych ograniczone do komórek rzęsatych wewnętrznych (IHC)

– Zachowanie właściwości mechanosensorycznych IHC -

warunek wstępny do funkcji słuchowych – Iniekcja przez okienko okrągłe do perylimyfy –

ograniczony dostęp wirusa do komórek rzęsatych zewnętrznych

– Inny sposób podania wektorów wirusowych bez uszkodzenia granicy endolimfy i perylimfy

• Zakażenie AAV nie powodowało utraty komórek rzęsatych;

utrzymywały się one nawet do 60 dni - czas na interwencję terapeutyczną

• Dopracowanie metodyki

– Inne wektory – Inne promotory genów, – Inny sposób i miejsce podania – Dłuższa obserwacje (wzór ekspresji, zdolność do

przywracania funkcji słuchowych, czas na interwencje terapeutyczną u osób z mutacją TMC1) http://www.zmescience.com/medicine/genetic/gene-therapy-restores-hearing-in-deaf-mice-

paving-the-way-for-human-treatment-876599/

ATOH1 – badania kliniczne

Parker Mark A et al. Human Gene Therapy Methods. February 2014, 25(1): 1-13.

ATOH1 – „master switch” główny regulator dojrzewania komórek rzęsatych

ATOH1 – czynnik transkrypcyjny zaangażowany w determinowanie losu komórek, proces różnicowania, cykl komórkowy, apoptozę

Aktywny w okresie zarodkowym, w tkankach dojrzałych ekspresja zahamowana epigenetycznie

Utrata komórek rzęsatych u myszy z delecją Atoh1

Wymuszona ekspresja Atoh1 prowadzi do ektopowego tworzenia komórek rzęsatych zdolnych do przyciągania zakończeń nerwowych zwoju spiralnego ślimaka

W modelach zwierzęcych głuchoty, wprowadzenie Atoh1 przy pomocy adenowirusa do dojrzałego ucha wewnętrznego indukuje regenerację komórek rzęsatych i poprawia słyszenie

Strategie przywracania słuchu Implanty ślimakowe Terapia genowa

genetycznie uwarunkowany niedosłuch (Tmc1/Tmc2, Vglut3, GJB2, USH1C i inne)

niedosłuch nabyty – ATOH1 dla neuronów zwoju spiralnego ślimaka

(BDNF – czynnik neurotroficzny pochodzenia mózgowego; NT-3 – neurotrofina 3)

Terapie wykorzystujące komórki macierzyste wytworzenie komórek rzęsatych wytworzenie neuronów słuchowych

Terapie molekularne wytworzenie nowych komórek rzęsatych w genetycznie uwarunkowanym

niedosłuchu