2009 Úvod do biochemické genetiky [režim kompatibility] · 2009. 11. 18. · Úvod do...
TRANSCRIPT
Úvod do biochemickéÚvod do biochemické genetikygenetiky
Viktor Kožich
Ústav dědičných metabolických poruch1.LF UK a VFN Praha
OsnovaCíl kursu o biochemické geneticeZákladní charakteristika DMP a frekvence v
populaciHistorie DMPHistorie DMPGenetický podklad DMPZákladní patogenetické mechanismyDMP malých molekul a komplexních a ýc o e u a o p e c
molekulKlinické projevy DMPKlinické projevy DMP
Cíl kursu o DMP
Biochemická genetika = DMP
genetika biochemie
klinická medicína
Kazuistika 1-isovalerová acidurie
neprospívání, zvracení
opakované poruchyopakované poruchy vědomí
k t idketoacidosa
zápach zpocenýchzápach zpocených nohou
Kazuistika 2-adultní cystinosa
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=gene&part=ctns
Kazuistika 3- MPS I
http://eyepathologist.com/images/KL1771.jpg
http://deti.msk.ru/plaxin_egor.jpg
http://myweb.lsbu.ac.uk/dirt/museum/margaret/438-1811-2640151.jpg
Kazuistika 4-cystinurie
http://graphics8.nytimes.com/images/2007/08/01/health/adam/17046.jpg
http://www.nature.com/ki/journal/v73/n8/images/5002790f1.jpg
Základní charakteristika DMP
Dědičné metabolické poruchy
substrátobvykle AR, GR
d kt
klinicky variabilní
obvykle enzym
produkt
Klinický obraz DMP-věk
http://markandrich.googlepages.com/Old-woman.jpg/Old-woman-full.jpg
http://www.hrr.co.uk/acatalog/crocodile_toddler.jpghttp://www.co.shasta.ca.us/html/DSS/images/FosterParentingAdopt/infant.jpg
Klinický obraz DMP-orgány
http://universe-review.ca/I10-82-organs.jpg
Kli ik DMP ( ) ifit ří kůKlinika DMP-(ne)specifita příznaků
specifické nespecifickéspecifické nespecifické
př. NH3, kys.močová
http://img.medscape.com/pi/emed/ckb/pediatrics_genetics/941088-943343-507.jpg
http://gatsome.com/images/iq.gifhttp://www.saratogaschools.org/AcademicServices/MiddleSchool
Klinický obraz multisystémovostKlinický obraz-multisystémovost
http://www.istockphoto.com/file_thumbview_approve/5982111/2/istockphoto_5982111-human-internal-organs.jpg
Diagnostika DMPDiagnostika DMPsubstrátsubstrát
d ktproduktPříznakyspecifické-např.
zápach
DNA/RNA Enzymologie Metabolity
barva močinespecifické-např.
komaPMRdysmorfiehepato/myopathiedalší
Výskyt DMP
novorozenecký screening 1:1000-1:4000
selektivní screening nejméně 1:500-1:1000
frekvence heterozygotů pro DMP nejméně 1:15yg p j
zastoupení se liší podle populacívyšší výskyt v imbredních populacích (PKU Turecko,vyšší výskyt v imbredních populacích (PKU Turecko, organické acidurie Blízký Východ)
tyrosinemie I.typu Quebec
aspartylglykosaminurie Finsko
lysosomální nemoci Izrael
ČVýskyt DMP v ČRsacharidy
12%beta-oxidace a OAU14%
puriny/pyrimidiny3%
AMK bez HPA
mitochondriální20%
%
AMK bez HPA18%
peroxisomální4%
HPA a PKU13%
lysosomální16%
ČR, 2005, n=127
incidence pro ČR ~ 1:1000d d 150 ů ý h l i ký h j d t k
, ,
dosud ~150 různých nosologických jednotek
Léčb DMPLéčba DMP
substrát
produkt
Historie biochemické genetiky
1857-1936
http://www.historiadelamedicina.org/imagenes/garrod.jpg
Trophîme Bigot, 16.-17.století
http://www.thetoque.com/010605/pics/urine.jpghttp://images.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8c/Bigot,_Trophime_-_A_Doctor_Examining_Urine.jpg/
1857 vynalezena pneumatická vrtačka; L P t k j ik biál í ů d k š íL.Pasteur prokazuje mikrobiální původ kvašení, R.Wirchow popisuje mitózu1867 dynamit1867 dynamit1874 džíny1886 automobil1886 automobil1890 podzemní elektrická dráha= metro1895 kinematograf1895 kinematograf1902 periskop, el.psací stroj; Nobelova cena za přenos maláriepřenos malárie1908 celofán, lampa s wolframovým vláknem; Nobelova cena za imunitu1936 cívkový magnetofon; Nobelova cena za výzkum neurotransmiterů
Lancet, vol ii, 1902, 1616-1620
Vývoj poznatků o DMP
1908 • 5 nemocí
2009•nejméně 500 nemocí
cca 1960 • cca 40 50 nemocí• 5 nemocí
(alkaptonurie, cystinurie, porfyrie,
t i
•nejméně 500 nemocí •Medline 122.797 článků (28/9/2009)č b i b á
• cca 40-50 nemocí•rozvoj analytických metodi id PKUpentosurie,
kongenitální steatorhea)
•učebnice-webová•incidence nejméně 1:1.000
•incidence pro PKU•PKU první screeningový
•1909 první učebnice•incidence neznámá
•diagnostika: metabolity, enzymy, DNA•screening MS-MS
program (R.Guthrie)•PKU je první léčitelná DMP
•diagnostika: 4 metabolity v moči•léčba žádná
g•léčba dostupná pro cca 1/3 nemocí
(H.Bickel)
léčba žádná
Historie biochemické genetiky v ČRi PKU ák ě 1975 D Bl h áscreening PKU uzákoněn 1975-Doc.Blehová,
Prof.Hyánek, Ing.Mrskošro oj diagnostik ostatních DMP ůdčí osobnostrozvoj diagnostiky ostatních DMP-vůdčí osobnost Prof.Hyánekpracoviště v Praze H Králové Brně Olomoucipracoviště v Praze, H.Králové, Brně, Olomouci, Ostravěrok 2009:rok 2009:
selektivní screening ~ 100 pacientů/rok (incidence 1:1000)1:1000)novorozenecký screening 10 DMP od 1.10.2009, předpokládaná incidence 1:4000p p
První DMP:
AlkaptonurieAlkaptonurie
</< td>
http://www.mja.com.au/public/issues/184_12_190606/sha20286_fm-1b.jpghttp://www.scielo.br/img/revistas/rbr/v46n5/a14fig02.jpghttp://bjo.bmj.com/content/vol83/issue6/images/large/98532.f1.jpeg
1859 Boedeker- alkapton v moči1891 alkapton=homogentisová kys.
http://www.bioinformatics.nl/webportal/background/images/mendelexperiment.gif
Garrodův revoluční koncept
Chemická individualita je podmíněná geny
Existují poruchy této individuality= dědičné metabolické nemoci (inborn errors of metabolism)metabolism)
Alkaptonurie v roce 2009mumie HARWA 1500 př.n.l.
pacienti známí již před Garrodempacienti známí již před Garrodem
1902 Garrod
1909 i db á á í t i1909 popis odbourávání tyrosinu
1958 prokázán enzymatický defekt
1996 popis genup p g
2003 léčba nitisonem
</< td>
Artróza kyčelníhoArtróza kyčelního kloubuPostižení chlopníMočové kameny
http://www.mja.com.au/public/issues/184_12_190606/sha20286_fm-1b.jpghttp://www.scielo.br/img/revistas/rbr/v46n5/a14fig02.jpghttp://bjo.bmj.com/content/vol83/issue6/images/large/98532.f1.jpeg
http://www.natuurlijkerwijs.com/english/b4f4ca00.gif
Deficit jaterní HGO
Vý k t 1 250 000Výskyt 1:250 000 až 1:1 000 000
Vysoký výskyt Slovensko
Pozdní komplikace běžné
Dosavadní léčba neúčinnáneúčinná
http://ourworld.compuserve.com/homepages/sbrillanti/liver2.jpg
http://en.wikipedia.org/wiki/
Léčba alkaptonurie
nitison (NTBC)
http://www.natuurlijkerwijs.com/english/b4f4ca00.gif
Genetický podklad DMP
Genetický podklad DMP
Monogenní mendelovská dědičnostdědičnost ARdědičnost GR/GDvzácně AD
X
Mitochondriální dědičnostMitochondriální dědičnostEpigenetické změnyX-inaktivaceX inaktivaceEpsistaseInterakce mutace x prostředídalší
Typy běžných mutací v DNATypy běžných mutací v DNA
Molekulové dopady mutacíMolekulové dopady mutací
Množství proteinuMnožství proteinu sníženéstejnéstejnézvýšené
Kvalita proteinuzměna izolované funkceglobální změna všech funkcímisfolding
Neproteinové genové produktysiRNAsiRNA
Význam mutací v evoluciVýznam mutací v evoluci
Zdroj variability (i kdyžZdroj variability (i když méně významný než meiotická rekombinace
k bi t)a kombinace gamet)
Přínosné mutacePřínosné mutace vznikají vzácně a jsou již obsaženy v genomu
Genetické nemoci jsou špičkou ledovcešpičkou ledovcevariability genomu
Mutace postihují různé domény
příklad PAH
cytosolový enzym
homotetramer
BH4 jako kofaktor
komplikovanýkomplikovaný katalytický mechanismusmechanismus
Erlandsen H and Stevens RC, The Structural Basis of Phenylketonuria. Mol Genet Metab. 1999 Oct; 68(2):103-125.
Buněčné dopady mutací (př.CFTR)
http://student.biology.arizona.edu/honors97/group7/Hallick1.gif
Genotyp-fenotyp (M.Gaucher)
Fenotyp
těžkýsplenomegalieanemieanemiekostní projevyCNS
lehkýsplenomegalieanemie
nejasný
http://www.nature.com/embor/journal/v4/n7/thumbs/embor873-f4.gif
nejasný
Hranice zdraví a nemoci
klinická manifestace
tř dí
klinická manifestace
prostředí
geny
preklinický test
genetický test
Léčba DMP- modifikace prostředí
klinická manifestace
prostředí
klinická manifestace
prostředí
geny
preklinický test
genetický test
Interakce geny x prostředí (PKU)
http://www.pkunews.org/adults/image005.gif
Modifikace nemoci prostředím
S č é tik íSoučasné genetika není mendelovskámendelovská
1 gen = více nemocí
1 i ů ý1 gen = nemoci s různým typem dědičnosti
více genů =1 nemoc
nutné mutace ve více než 1 genu
transgenerační přenosklasická genetika1 gen=1 nemoc
transgenerační přenos epigenetických značek
další a dalšíg další a další ……
genetika je a bude plná překvapení
Patofysiologické mechanismy DMP
Patofyziologie
prekursor
vedl.produktsubstrát vedl.produktsubstrát
enzyme transporter
produktprodukt
Patofyziologie
prekursor
vedl.produktsubstrát vedl.produktsubstrát
Příklady:Příklady:Phe a Phe-derivátyamoniakcystin u cystinosycystin u cystinuriemukopolysacharidy
PatofyziologiePříklady:
glukosa u GSDk t látk hketolátky u poruch beta.oxidace MKplasmalogeny uplasmalogeny u peroxisom.poruchcystein u deficitu CBSAdoMet u RMATP u mitochondriálních
í
produkt
nemocí
produkt
Lokální vs. systémové důsledky
Lokální dopady-příklady:
MPS-kosti a šlachy, slezina, játra, CNS
cystinurie-vývodný systémy ý ý y
Lokální vs. systémové důsledky
Vzdálené dopady-příkladydá e é dopady p ady
poruchy cyklu močoviny- kóma
organické acidurie-encefalopathie
deficit CBS- thrombosa, porucha pojiva
substrát
produkt
Nemoci malých a velkých molekul
Malé molekuly v biochem. genetice
definice: < 1500 Daplyny, anorganické ionty
aminokyseliny
organické kyselinyorganické kyseliny
sacharidy
polyoly
jednoduché lipidy
puriny, pyrimidiny
i ivitaminy
oligomery: peptidy do cca 5-10 AMK, oligosacharidy
cytosol stroma mitochondrií krev močcytosol, stroma mitochondrií, krev, moč
Nemoci malých molekul
obvykle závislé na exogenním přísunumanifestace (opakovanou) akutní toxicitoumanifestace (opakovanou) akutní toxicitou, často s encefalopathií/komatemčastá hepatopathiečastá hepatopathiečasté odchylky v běžné biochemii-amoniak, ABR, ketolátky, glykemie, kys.močová..., y, g y , yvznik symptomů závisí na specifické složce potravy, hladovění, katabolismumožný je i chronický průběh (při nízké toxicitě)obvykle relativně dobře léčitelné dietou a it ivitaminy
Isovalerová acidurie
neprospívání, zvracení, Kussmaulovo dýcháníKussmaulovo dýcháníporucha vědomí 24-48 hodin od nástupuhodin od nástupu příznaků je kómametabolická acidosametabolická acidosa, ketonuriezápach zpocenýchzápach zpocených nohou
http://images.google.com/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8b/Isovaleric_acid_structure.png
Cystinurie
http://graphics8.nytimes.com/images/2007/08/01/health/adam/17046.jpg
http://www.nature.com/ki/journal/v73/n8/images/5002790f1.jpg
Velké molekuly v biochem.genetice
definice: > 1500 Daglykolipidy
sfingolipidy
plasmalogenyplasmalogeny
neutrální polysacharidy (glykogen)
mukopolysacharidy
(další oligomery: proteiny, nukleové kyseliny...)
obvykle asociované s membránamiy
obvykle se nevyskytují ve větších množstvích v tělesných tekutinách ( x MS/MS technologie)tělesných tekutinách ( x MS/MS technologie)
Nemoci velkých molekul
obvykle rozvoj bez závislosti na exogenním přísunu složek potravypřísunu složek potravy
typicky je průběh progresivní (± různě dlouhé bezpříznakové období)bezpříznakové období)
možná dysmorfie při porodu
časté postižení nervového systému a svalstva
organomegalie v důsledku střádání u lysosomálních nemocí
obvykle neléčitelné dietou ani vitaminyobvykle neléčitelné dietou ani vitaminy
Mukopolysacharidosa typ I
http://eyepathologist.com/images/KL1771.jpg
http://deti.msk.ru/plaxin_egor.jpg
http://myweb.lsbu.ac.uk/dirt/museum/margaret/438-1811-2640151.jpg
< 1500 Da > 1500 Da< 1500 Da > 1500 Da
Akutní toxicita ano neAkutní toxicita ano ne
Chronická progrese ± ano
Lokalizace cytosol, ECT membrány
Strukturální dopady ne ano
Diagnostika krev, moč tkáně (moč)
Původ exogenní endogenní
Léčba dieta vitaminy úspěšná neúčinnáLéčba dieta, vitaminy úspěšná neúčinná
Patofyziologie DMP
substrát
vedl.produkt<1500 Da
vedl.produkt
>1500 Da
produkt
1 32
Klinické projevy DMP
Klinický obraz DMP-věk
http://markandrich.googlepages.com/Old-woman.jpg/Old-woman-full.jpg
http://www.hrr.co.uk/acatalog/crocodile_toddler.jpghttp://www.co.shasta.ca.us/html/DSS/images/FosterParentingAdopt/infant.jpg
Klinické projevy DMP
http://universe-review.ca/I10-82-organs.jpg
Základní situace s dif dg. DMP
Malé molekulyk t ě ýakutně nemocný novorozenec
(opakovaná) ataka dlouhotrvajícího bezvědomíneprospívání kojenceneprospívání kojence
Velké molekulyVelké molekulyprogredující postižení CNS a svalstvadysmorfie obličejedysmorfie obličejeorganomegalie (játra, slezina, srdce)
Potrava a DMP (malé molekuly)
(sub)akutní toxicitamléko (laktosa)-hepatopathiesacharosa/fruktosa/sorbitol- hepatopathie a hypoglykemiebílkovinná strava- zvracení, letargie, koma (poruchy cyklu močoviny, organické acidurie)MCT oleje- porucha srdečního rytmu (poruchy beta-oxidace MK)
Hladovění a DMP
hypoglykemie u glykogenos
hypoglykemie se sníženou tvorbou ketolátek (poruchy beta-oxidace MK)
acidosa, ketonurie a metabolická encefalopathie při hladovění (organické acidurie)p ( g )
respirační alkalosa a encefalopathie (poruchy cyklu močoviny)cyklu močoviny)
Abnormální zápach a barva močizápach (malé těkavé molekuly):
zpocené nohy-isovalerát
karamel/javorový sirup-oxokyseliny
vařené zelí-methionin oxid
rybina trimethylaminrybina-trimethylamin
černý rybíz- některé organické kyseliny
myšina-fenylacetáty y
zbarveníčervenooranžové-urátyy
černohnědé při oxidaci-homogentisát
modré-indoxalové deriváty
zelené-4-OH-butyrát
Běžné laboratorní nálezy u DMP
Krev
l k i
Moč
k t látkglykemie
cholesterol
TG
ketolátky
kys.močová
k t l iTG
kys.močová
krystalurie
myoglobinurie
MAc
hyperamonemie, RAlk
ALT,AST
CK
anemie/pancytopenie
1857-1936
http://www.historiadelamedicina.org/imagenes/garrod.jpg