1

Genomika klinikai alkalmazásai

2.

Falus András

TUMORCARDIOVASC/OBESITÁS

ASTHMANEUROPSYCHIATRIA

2

AsztmaAsztma(Asthma bronchiale)(Asthma bronchiale)

• Asztma:Asztma: krónikus légúti betegség. Jellemző a kis krónikus légúti betegség. Jellemző a kis légutak epizódokban jelentkező gyulladása és szűkülete légutak epizódokban jelentkező gyulladása és szűkülete különböző triggerelő tényezőkre. Az asztma rohamok különböző triggerelő tényezőkre. Az asztma rohamok lehetnek enyhék és életveszélyesen súlyosak. lehetnek enyhék és életveszélyesen súlyosak. Tünetei:Tünetei:légszomj, köhögés, zihálás, mellkasi fájdalom, légszomj, köhögés, zihálás, mellkasi fájdalom, és feszülés, valamint ezek kombinációi. A kiváltó okok és feszülés, valamint ezek kombinációi. A kiváltó okok lehetnek: allergének, fertőzés, fizikai munka, hirtelen lehetnek: allergének, fertőzés, fizikai munka, hirtelen éghajlatváltozás, légszennyezések, mint pl. éghajlatváltozás, légszennyezések, mint pl. cigarettafüst.cigarettafüst.

• Két fázis: korai tünetek: 15-30 perccel, késői: 4-6 órával Két fázis: korai tünetek: 15-30 perccel, késői: 4-6 órával a provokáció (pl. antigén belélegzés) után.a provokáció (pl. antigén belélegzés) után.

• USA: 11 milliárd $/évUSA: 11 milliárd $/év

3

Elhunyt asztmás tinédzser tüdőszövettani vizsgálata. Fő Elhunyt asztmás tinédzser tüdőszövettani vizsgálata. Fő jellemzők: I = gyulladás (gyulladási sejtek beáramlása), MP = jellemzők: I = gyulladás (gyulladási sejtek beáramlása), MP =

mucus plugging: légutakat a nyák eldugaszolja, mucus plugging: légutakat a nyák eldugaszolja, Légúti remodelling:Légúti remodelling: SF= subepitéliális fibrózis: kollagén SF= subepitéliális fibrózis: kollagén lerakódás, MH= miociták hipertrófiája és hiperpláziája: a lerakódás, MH= miociták hipertrófiája és hiperpláziája: a

simaizmok térfogatának és számának növekedése, N= simaizmok térfogatának és számának növekedése, N= neovasculáció: új erek képződése; ezek neovasculáció: új erek képződése; ezek irreverzibilis irreverzibilis

változásokváltozások

4

Az allergiás/atópiás Az allergiás/atópiás betegségek előfordulása betegségek előfordulása • > 160 millió asztmás van a világon, a > 160 millió asztmás van a világon, a

leggyakoribb krónikus betegség leggyakoribb krónikus betegség gyermekkorban.gyermekkorban.

• Leggyakoribb allergiás betegségek: Nagy-Leggyakoribb allergiás betegségek: Nagy-Britannia: 30,6% (asztma: 13,1%-19,6%)Britannia: 30,6% (asztma: 13,1%-19,6%)

• Magyarországon az asztma előfordulása: Magyarországon az asztma előfordulása: 4,9% serdülő kor előtt, felnőtteknél 4,9% serdülő kor előtt, felnőtteknél hasonló nagyságrendhasonló nagyságrend

• Alacsony pl.: Indonézia: 1,6%Alacsony pl.: Indonézia: 1,6%

5

Az öröklődés vizsgálataAz öröklődés vizsgálataEredményekEredmények

• Egypetéjű ikreknél az asztma konkordanciája: 26-75%Egypetéjű ikreknél az asztma konkordanciája: 26-75%• Egyik szülő sem atópiás: 11-13%-a; mindkét szülő: 50-Egyik szülő sem atópiás: 11-13%-a; mindkét szülő: 50-

70% gyermekeknek igen70% gyermekeknek igen• Magyarország: Az asztmások gyerekeinek 26,7% Magyarország: Az asztmások gyerekeinek 26,7%

atópiás (leggyakrabban asztmás)atópiás (leggyakrabban asztmás)• Asztma λs=2,0, bár egyes populációkban magasabb: Asztma λs=2,0, bár egyes populációkban magasabb:

>7>7• Imprinting jelenség: Imprinting jelenség: Az atópiára való hajlam kockázata Az atópiára való hajlam kockázata

azokban a gyermekekben sokszor nagyobb, akiknek az azokban a gyermekekben sokszor nagyobb, akiknek az anyja atópiás. anyja atópiás.

6

ALLERGÉN

T helper (Th2)lymphocyta

B lymphocytaIgE

hizósejt

vascularis permeabilitássimaizom konstrikció

gyomorsav

értágulat

MEDIÁTOROk (pl. hisztamin)

AZONNALI ALLERGIAS JELENSÉGEK

ALLERGÉN

IL-4

IL-13

ELÖZMÉNY

IgE keresztkötés

Allergia kialakulása

(pl. dendritikus sejt)

antigén bemutató sejt

FELSZABADULASA

7

Th0 sejt

Th2Th1

8

Példa az asztma Példa az asztma gyakoriságának gyakoriságának emelkedéséreemelkedésére

• A XX. század elején Budapesten A XX. század elején Budapesten évente egy-két új asztmás gyereket évente egy-két új asztmás gyereket diagnosztizáltak, 2002-ben 17.912-t. diagnosztizáltak, 2002-ben 17.912-t.

9

Miért emelkednek az allergiás Miért emelkednek az allergiás betegségek prevalencái?betegségek prevalencái?

• Legelfogadottabb a Legelfogadottabb a tisztasághipotézis (Th1 tisztasághipotézis (Th1 trigger hipotézis) trigger hipotézis) : a nyugati típusú : a nyugati típusú társadalmakban nem engedjük, hogy a Th1 társadalmakban nem engedjük, hogy a Th1 felé eltolódott immunválasz kialakuljon. felé eltolódott immunválasz kialakuljon.

• Th1 érés (maturation) hipotézis: A Th1 érés Th1 érés (maturation) hipotézis: A Th1 érés defektussal született gyerekek régebben defektussal született gyerekek régebben meghaltak, manapság a jobb egészségügyi meghaltak, manapság a jobb egészségügyi ellátás miatt életben maradnak, de ellátás miatt életben maradnak, de allergiások, asztmásak lesznek.allergiások, asztmásak lesznek.

10

Miért emelkednek az allergiás Miért emelkednek az allergiás betegségek prevalencái? (II)betegségek prevalencái? (II)

• Antibiotikumok használataAntibiotikumok használata• A levegőben levő szennyeződések A levegőben levő szennyeződések

reagálnak az allergénekkel és reagálnak az allergénekkel és agresszívabbá teszik őket.agresszívabbá teszik őket.

• D vitamin adása kisgyerekeknekD vitamin adása kisgyerekeknek

11

EGÉR Asthma modellEGÉR Asthma modell 29

0 14 28 30 32

I.p. OVA (hasba) I.p. OVA OVA inhaláció

+ Al(OH)3 + Al(OH)3 1 % 5 %

Légúti túlérzékenység mérése

•Tüdő-szövettani vizsgálat

•BAL (bronchoalveoláris lavage ) sejtösszetétel vizsgálata

•BAL FACS analízis

•Szérum IgE mérés

•Génexpressziós vizsgálatok

Szenzitizálás IProvokáció

Szenzitizálás II

12

KemokinekKemokinek

13

Kemokinek szerepeKemokinek szerepe• EotaxinokEotaxinok

– Receptoruk: CCR3; Vonzzák: eosinofil, Th2Receptoruk: CCR3; Vonzzák: eosinofil, Th2– Eosinofilek degranulációjaEosinofilek degranulációja– Eotaxin -/-: OVA szenzitizálás és provokáció után: Eotaxin -/-: OVA szenzitizálás és provokáció után:

hasonló AHR és eozinofilia mint a WT-ban: más hasonló AHR és eozinofilia mint a WT-ban: más kemokinek átveszik szerepét.kemokinek átveszik szerepét.

• MCP-1 MCP-1 (Monocyte Chemotactic Protein-1)(Monocyte Chemotactic Protein-1)– Receptora: CCR2; Vonzza: monocita, (aktivált Receptora: CCR2; Vonzza: monocita, (aktivált

eozinofil), Bazofil degranuláció, Th2 polarizációeozinofil), Bazofil degranuláció, Th2 polarizáció• RANTESRANTES

– Receptor: CCR1,3,5; Vonzza: eozinofilReceptor: CCR1,3,5; Vonzza: eozinofil– Bazofil degranuláció, IgE termelés fokozásaBazofil degranuláció, IgE termelés fokozása

• MIP-1MIP-1, MCP-3,4, MDC, IP-10, MCP-3,4, MDC, IP-10 stb. stb.

14

• CCR3CCR3: eozinofilek, hízósejtek, : eozinofilek, hízósejtek, bazofilek, Th2 sejtek felszínén bazofilek, Th2 sejtek felszínén kemokin receptor: eotaxinok, kemokin receptor: eotaxinok, RANTES, MCP-2,3,4, MIP-1RANTES, MCP-2,3,4, MIP-1 receptorareceptora

• Fontos szerep az eozinofilek Fontos szerep az eozinofilek kemotaxisában és a Th2 sejtek kemotaxisában és a Th2 sejtek toborzásábantoborzásában

• OVA kezelt CCR3 KO: csökkent légúti OVA kezelt CCR3 KO: csökkent légúti eozinofília, de AHR volteozinofília, de AHR volt

CC kemokin receptor 3: CCR3 és az asztma

15

Eozinofilszám a tüdőbenEozinofilszám a tüdőben vad (üres hasáb) és CCR3 KO egér vad (üres hasáb) és CCR3 KO egér

tüdejében és BAL-jában placebo (sham) és OVA kezelés utántüdejében és BAL-jában placebo (sham) és OVA kezelés után CCR3 KO

16

Transzkripciós faktorok szerepeTranszkripciós faktorok szerepeT-betT-bet:Th1; :Th1; GATA-3GATA-3: Th2 irányú : Th2 irányú

differenciálódás kulcs faktoraidifferenciálódás kulcs faktorai

17

• Humán eredmény: Asztmások tüdejében Humán eredmény: Asztmások tüdejében alacsonyabb a T-bet expresszió, mint alacsonyabb a T-bet expresszió, mint nem-asztmásokban.nem-asztmásokban.

• Előállítottak Előállítottak T-bet hiányosT-bet hiányos egereegerekket. et. Az egerekenAz egereken spontán spontán, a humán krónikus , a humán krónikus asztmáhozasztmához hasonló állapot alakult ki. hasonló állapot alakult ki.

• AHR metakolinra, eozinofilek és AHR metakolinra, eozinofilek és limfociták perivaszkuláris és limfociták perivaszkuláris és peribronchiális infiltrációja, kollagén peribronchiális infiltrációja, kollagén lerakódás a légutak körül, lerakódás a légutak körül, simaizomsejtek hiperpláziája simaizomsejtek hiperpláziája (remodelling)(remodelling)

18

http://www.snps3d.org/

Human asthmadisease pathway

19

QTLQTL• QT: quantitative traitQT: quantitative trait: valamilyen számmal : valamilyen számmal

definiálható jellemző. Pl.: LDL-C, vérnyomás, IgE definiálható jellemző. Pl.: LDL-C, vérnyomás, IgE szint, szint,

• Discontinuous (dichotomous) jellemzőkDiscontinuous (dichotomous) jellemzők (pl.: (pl.: ajakhasadék) is lehetnek QT-k: betegség ajakhasadék) is lehetnek QT-k: betegség megléte/hiánya.megléte/hiánya.

• QT-kat is lehet dichotomizálni: pl. 130 feletti QT-kat is lehet dichotomizálni: pl. 130 feletti szisztolés vérnyomás a kóros.szisztolés vérnyomás a kóros.

• QTL: quantitative trait locusQTL: quantitative trait locus: olyan locus amelyik : olyan locus amelyik az adott jellemzővel együtt szegregál.az adott jellemzővel együtt szegregál.

20

• LOD = logarithm of oddsLOD = logarithm of odds, , annak az annak az esélynek a 10-es alapú logaritmusa, esélynek a 10-es alapú logaritmusa, hogy két lókusz genetikailag kapcsolt,hogy két lókusz genetikailag kapcsolt, összehasonlítva annak az esélyével, összehasonlítva annak az esélyével, hogy nem kapcsolthogy nem kapcsolt. Pl. LOD = 3 azt . Pl. LOD = 3 azt jelenti, hogy 1000x-es (10jelenti, hogy 1000x-es (1033x) a x) a valószínűsége annak, hogy két lókusz valószínűsége annak, hogy két lókusz együtt öröklődik, mint annak, hogy együtt öröklődik, mint annak, hogy nem (0 hipotézis). (A LOD score =3 nem (0 hipotézis). (A LOD score =3 felel meg a p=0,05-ös felel meg a p=0,05-ös valószínűségnek.)valószínűségnek.)

21

3 LOD csúcsot detektáltak összesen:3 LOD csúcsot detektáltak összesen:

1:1: D2Mit359–D2Mit416 neve: Abhr1, LOD: D2Mit359–D2Mit416 neve: Abhr1, LOD: 4,2; humán homológok: 4,2; humán homológok: 10p11-13, 2q12-10p11-13, 2q12-q14,9q22-q34q14,9q22-q34: : GATA-3GATA-3, IL-1R antagonista, IL-1R antagonista

2:2: D2Mit238–D2Mit298 neve: Abhr2 LOD: D2Mit238–D2Mit298 neve: Abhr2 LOD: 3.7, humán homológok: 9q33-q34, 2q14-3.7, humán homológok: 9q33-q34, 2q14-q24: q24: prostaglandin synthase 1prostaglandin synthase 1

3:3: D7Mit21–D7Mit56D7Mit21–D7Mit56 , LOD: 1,9, humán , LOD: 1,9, humán homológ: 19q13: homológ: 19q13: IL-11IL-11

22

--GATA-3, IL-1R antagonistaGATA-3, IL-1R antagonista--ProstaglandinE2ProstaglandinE2: asztmások tüdejében : asztmások tüdejében emelkedett a szintje, simaizom proliferációt emelkedett a szintje, simaizom proliferációt (remodelling) és eozinofilek túlélését fokozza. (remodelling) és eozinofilek túlélését fokozza. PGD2PGD2: hízósejt termeli, lipid mediátor, : hízósejt termeli, lipid mediátor, macrophage-derived chemokine (MDC)-t macrophage-derived chemokine (MDC)-t indukálja, ami kemoattraktánsa a Th2 sejteknek.indukálja, ami kemoattraktánsa a Th2 sejteknek.--IL-11IL-11: B sejtek Ig termelését stimulálja, : B sejtek Ig termelését stimulálja, túlexpressziója megnövekedett légúti ellenállást túlexpressziója megnövekedett légúti ellenállást okozokoz

Jelölt gének

23

Humán vizsgálatokHumán vizsgálatokTeljes genomszűrésTeljes genomszűrés

• Eddig: 16 szűrés 12 populációnEddig: 16 szűrés 12 populáción• 20 régióval találtak kapcsolatot20 régióval találtak kapcsolatot

24

Asztma genomszűrések Asztma genomszűrések eredményeieredményei

25

Példa genomszűrésre Példa genomszűrésre MARIE-HÉLÈNE DIZIER,MARIE-HÉLÈNE DIZIER, et al. et al. Genome Screen for Asthma Genome Screen for Asthma

and Related Phenotypes in the French EGEA Studyand Related Phenotypes in the French EGEA StudyAm J Respir Crit Care Med Vol 162. pp 1812–1818, 2000Am J Respir Crit Care Med Vol 162. pp 1812–1818, 2000

• Epidemiological Study on the Genetics and Environment Epidemiological Study on the Genetics and Environment of Asthma, Bronchial Hyperresponsiveness, and Atopy of Asthma, Bronchial Hyperresponsiveness, and Atopy (EGEA): francia genomszűrés(EGEA): francia genomszűrés

• 107 „nukleáris” családot vizsgáltak, ahol legalább 2 107 „nukleáris” családot vizsgáltak, ahol legalább 2 testvérnek volt asztmája (493 résztvevő): sib pair testvérnek volt asztmája (493 résztvevő): sib pair analízisanalízis

• 254 mikroszatellita marker, 13 cM felbontás 254 mikroszatellita marker, 13 cM felbontás • 2 lépcsős stratégia: 46 család először, 70% markerrel 2 lépcsős stratégia: 46 család először, 70% markerrel

61 család másodszor61 család másodszor• IBD (identical by descent) teszt lehetséges voltIBD (identical by descent) teszt lehetséges volt• QT: bőrallergia teszt (skin prick teszt), IgE, QT: bőrallergia teszt (skin prick teszt), IgE,

eozinofilszám, bronchial responsivenesseozinofilszám, bronchial responsiveness

26

Jelölt gének Jelölt gének Asszociációs Asszociációs vizsgálatokvizsgálatok

27

5q31-q33

IL-4 IL-13

IL-3IL-5IL-9GM-CSF

-adrR- 9 mut-4as-csere-2 noct asthmagcR—, IL-4 között D5S436 asthmaCD14

28

5q31-q335q31-q33

• IL-4, IL-13:IL-4, IL-13: Az IL-4 gén közelében elhelyezkedő Az IL-4 gén közelében elhelyezkedő mikroszatellita marker és a nem-specifikus (össz) IgE mikroszatellita marker és a nem-specifikus (össz) IgE szint között szoros összefüggést találtak. szint között szoros összefüggést találtak.

• Egyes tanulmányokban az IL-4-589*T Egyes tanulmányokban az IL-4-589*T homozigótaságot asztmával, rhinitissel és atópiával homozigótaságot asztmával, rhinitissel és atópiával hozták összefüggésbe. hozták összefüggésbe.

• Újabb eredmények alapján az IL-13 promoter Újabb eredmények alapján az IL-13 promoter régiójában a –1111 pozícióban található polimorfizmus régiójában a –1111 pozícióban található polimorfizmus szignifikáns kapcsoltságot mutatott asztmával, légúti szignifikáns kapcsoltságot mutatott asztmával, légúti hiperreaktivitással és pozitív bőrpróbával. hiperreaktivitással és pozitív bőrpróbával.

• IL-13 Arg110Gln: erősebben kötődik receptorához, IL-13 Arg110Gln: erősebben kötődik receptorához, emelkedett IL-13 és IgE szint, asztmaemelkedett IL-13 és IgE szint, asztma..

29

IL-13 Arg110Gln polimorfizmus IL-13 Arg110Gln polimorfizmus szignifikánsan gyakrabban (P=0,007) fordul szignifikánsan gyakrabban (P=0,007) fordul

elő asztmában (Th2-es betegség), mint elő asztmában (Th2-es betegség), mint juvenilis arthritisben (JIA, Th1-es betegség)juvenilis arthritisben (JIA, Th1-es betegség)

30

• CD14:CD14:. Szerepet játszik a . Szerepet játszik a T1/Th2 egyensúly T1/Th2 egyensúly kialakulásában. kialakulásában. Bakteriális LPS Bakteriális LPS kötő receptor. -159 C/T kötő receptor. -159 C/T polimorfizmus: A CC homozigóta: polimorfizmus: A CC homozigóta: Csökkent sCD14 szint (s= Csökkent sCD14 szint (s= solubilis), csökkent CD14 sűrűség solubilis), csökkent CD14 sűrűség monocitákon, monocitákon, Emelkedett IgE Emelkedett IgE szint, több pozitív bőrpróba (vs szint, több pozitív bőrpróba (vs TT). Magyarázat: CD14 kötés IL-TT). Magyarázat: CD14 kötés IL-12 termelést vált ki, segít az élet 12 termelést vált ki, segít az élet korai szakaszában a Th1 válasz korai szakaszában a Th1 válasz kialakulásában.Alacsonyabb kialakulásában.Alacsonyabb CD14-gyel Th2 válasz felé CD14-gyel Th2 válasz felé billenhet az egyensúly. billenhet az egyensúly. A CD14-A CD14-LPS kapcsolat magyarázhatja a LPS kapcsolat magyarázhatja a gyermekkori fertőzés és az atópia gyermekkori fertőzés és az atópia közötti inverz kapcsolatot.közötti inverz kapcsolatot.

LPS szerkezete

31

6p21.36p21.3

• Az MHC tartomány: MHC II (Az MHC tartomány: MHC II (HLA-DHLA-D) ) allergénpeptidek prezentációja a “jobb” vagy allergénpeptidek prezentációja a “jobb” vagy “rosszabb” bemutatás más citokineket termelő Th “rosszabb” bemutatás más citokineket termelő Th sejtek aktivációját, tehát erősebb vagy gyengébb sejtek aktivációját, tehát erősebb vagy gyengébb allergiás immunválaszt eredményez. allergiás immunválaszt eredményez.

Parlagfű Amb5 allergénjére reagáló fehérek Parlagfű Amb5 allergénjére reagáló fehérek 97,5%-a: DR2.2; nem reagáló: 22% DR2.2; Amb6, 97,5%-a: DR2.2; nem reagáló: 22% DR2.2; Amb6, Der1 (poratka allergénje) és a Der2-vel Der1 (poratka allergénje) és a Der2-vel kapcsolatban is találtak hasonlókat.kapcsolatban is találtak hasonlókat.

• TNFTNF:: Gyulladási választ közvetítése Gyulladási választ közvetítése Asztma Asztma TNFTNF -308 G/A -308 G/A promóter polimorfizmus: az A allél promóter polimorfizmus: az A allél magasabb expressziót és TNFmagasabb expressziót és TNF szinttel jár. szinttel jár.

32

11q13

FcεRI - β: Bazophil, dendritikus éshízósejteken I gE receptor Atópia, asztma, anyai öröklődésCC16: légúti gyulladásszabályozása asztma

lánc

lánc

COOHCOOH

COOHCOOHNH2

NH2NH2NH2

S-S

IgE

lánc dimer

Y Y Y

33

16p2116p21• IL-4R:IL-4R: IL-4-nek (és az IL-4-nek (és az alegység az IL-13-nak is) alegység az IL-13-nak is)

receptora receptora Atópia, asztmaAtópia, asztma• Ile50VaIle50Val (I75V, ha a szignálpeptidet beleszámolják) az l (I75V, ha a szignálpeptidet beleszámolják) az

extracelluláris doménben helyezkedik el, valin esetén a extracelluláris doménben helyezkedik el, valin esetén a receptor erősebben köti az IL-4-t. A receptor erősebben köti az IL-4-t. A Glu576Arg Glu576Arg polimorfizmus a jelátviteli intermedierekhez való polimorfizmus a jelátviteli intermedierekhez való kötődést változtatja meg. kötődést változtatja meg. Mindkét esetben a Mindkét esetben a receptor felerősödött jelátvitelét tapasztaltákreceptor felerősödött jelátvitelét tapasztalták . A . A vizsgálatok alapján úgy tűnik, hogy az 576-os arginin vizsgálatok alapján úgy tűnik, hogy az 576-os arginin atópiára hajlamosító hatása domináns, míg az 50-es atópiára hajlamosító hatása domináns, míg az 50-es valin autoszomális recesszív öröklődést mutat. Az egyik valin autoszomális recesszív öröklődést mutat. Az egyik vizsgálatban a Glu576Arg polimorfizmus nemcsak vizsgálatban a Glu576Arg polimorfizmus nemcsak asztmára hajlamosított, de a polimorfizmust mutató asztmára hajlamosított, de a polimorfizmust mutató asztmásokban a betegség tünetei súlyosabbak voltak, asztmásokban a betegség tünetei súlyosabbak voltak, így ennek a génváltozatnak betegség-módosító hatása így ennek a génváltozatnak betegség-módosító hatása is feltételezhető. is feltételezhető.

34

17q11.217q11.2

• RANTES, MCP-1, eotaxin:RANTES, MCP-1, eotaxin: Leukociták Leukociták gyulladáshoz vonzása (kemokinek) gyulladáshoz vonzása (kemokinek) AsztmaAsztma

• RantesRantes -403 C/G AEDS, asztma, -28 G/A súlyos -403 C/G AEDS, asztma, -28 G/A súlyos asztma (Japán és kínai populációk)asztma (Japán és kínai populációk)

• MCP-1MCP-1 -2518 A/G: magasabb MCP-1 expresszió -2518 A/G: magasabb MCP-1 expresszió a G alléllel.a G alléllel.

35

MCP-1 -2518 A/G vizsgálata asztmában és MCP-1 -2518 A/G vizsgálata asztmában és allergiában. A -2518 allél szignifikánsan allergiában. A -2518 allél szignifikánsan

gyakrabban fordult elő asztmásokban, mint gyakrabban fordult elő asztmásokban, mint nem-asztmásokban (34,4% vs 21.1%)nem-asztmásokban (34,4% vs 21.1%)

Polymorphism

1 / 2*

Population Genotype

1/1*

Genotype

1/2*

Genotype

2/2*

Total

Allele 2

frequencies

MCP-1

-2518 A/G

Asthmatic

Allergic†

Controls

68 (42.5%)

100 (66.2%)

194 (64.0%)

74 (46.3%)

39 (25.8%)

90 (29.7%)

18 (11.3%)

12 (8.0%)

19 (6.3%)

160

151

303

34.4%**

20.9%**

21.1%**

Szalai C, Kozma GT, Nagy A, Bojszkó Á, Krikovszky D, Szabó T, Falus A.Polymorphism in the gene regulatory region of MCP-1 is associated with asthma susceptibility and severity. J Allergy Clin Immunol 2001 Sep;108(3):375-381.

36

““Asztma-gének” azonosítása pozícionális Asztma-gének” azonosítása pozícionális klónozássalklónozással

• A leszűkített, asszociáló területen gének A leszűkített, asszociáló területen gének keresése adatbankokbankeresése adatbankokban

• Gének expressziójának vizsgálata egér Gének expressziójának vizsgálata egér tüdőben (pl. asztmás vs egészséges)tüdőben (pl. asztmás vs egészséges)

• Kiválasztott gén(ek) funkcionális Kiválasztott gén(ek) funkcionális vizsgálatavizsgálata

37

FcFcεεRIRIββ (MS4A2): (MS4A2):

CRTH2 (PTGDR):CRTH2 (PTGDR):

G1651A (3’UTR) (kínai pop.)G1651A (3’UTR) (kínai pop.)

GSTP1:GSTP1:

Val105Ile (é-európai pop.)Val105Ile (é-európai pop.)

CC16 (secretoglobin):CC16 (secretoglobin):

A38G (ausztrál pop.)A38G (ausztrál pop.)

38

Chr11q13:59,500,000- Chr11q13:59,500,000- 60,500,00060,500,000

MS4A2 (FcεRIβ)

GPR44 (CRTH2)

http://www.hapmap.org/cgi-perl/gbrowse/hapmap_B35/

kb. 1400 SNP

kb. 4400 SNP

39

Chr11q13: 61,850,000-Chr11q13: 61,850,000-62,050,00062,050,000

=cc16

http://www.hapmap.org/cgi-perl/gbrowse/hapmap_B35/

kb.320 SNP

kb. 1000 SNP

40

pyknonokpyknonok• 127,998 egyedi szekvencia motívum• min. 16 nt. hossz.• min. 40-szer fordul elő, min. 1-szer CR-ban (exon, UTR)• mozaikos elhelyezkedés• 1% csak repeat-ekben fordul elő, a többi bárhol• egymástól mért táv.: 18-31 nt. preferált (18-22 nt) miRNS?• piknonok rev. komplementereinek NCR előfordulásaiban: RNS másodlagos-szerkezet predikció: 298.000 intergenikus ter.-en 80.000 intronban átíródik, sense- antisense viszonyban

21.000 piknonnal miRNS?

60-80 nt. hair-pin struktúra

Rigotsus et al. PNAS, April.25, 2006

41

FractoSet-ek hierarchikus felépülése szekvencia-eltérésekkel és fraktál-szekvencián belüli és közötti pyknon-szekvenciákkal

A pyknonok is meghatározott sorrendben, nagyobb egységekben rendeződnek?

http://www.fractogene.com/

42

Asztma 11q13:Asztma 11q13:

61,850,000-62,050,000 61,850,000-62,050,000 régió fraktál-szerkezete régió fraktál-szerkezete

(FractoGem)(FractoGem)

22 db, fraktál-mintázatot kialakító FractoSet

Gén - környezet kölcsönhatás példái

• PKU és phenylalanine fogyasztás

• Sarló sejtes anaemia gén - malária

• CCR5 receptor variáns HIV fertőzés és West Nile virus

• CYP2D6 gén mutáció – gyógyszer metabolizmus

A környzetA környzetii expositiok hatását expositiok hatását befolyásoló genetikai tényezőkbefolyásoló genetikai tényezők

Expositio

NNincsincs ExposExpositioitio

4X Rizikó

2X Rizikó

SensitiveGenotípus

ResistensGenotípus

Rizikó szint(alacsony)

Sensitive

Genotípus

Resistens

Genotípus

450% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100

%

Epilepsia

Rheumatoid Arthritis

Schizophrenia

Huntington

Gének

Környezet

Örökletesség: a betegség genetikai faktorok által meghatározott része

Genetikai betegségeket vizsgálunk …

46

E2

E3

E4

Ha önmagában vizsgáljuk: az egyes rizikófaktorok hatása egyenként mérsékelt

ApoE4: Alzheimer

Factor Vleiden: DVT

HLA: autoimmunity

InsulinVNTR: T1DM

HFE: Hemachromatosis

CCR5: HIV infection

CTLA4: Graves disease

PPAR: T2DM

NOD2 and 5q31: IBD

ApoA5: triglycerides

47

Sejtek

Génhálózatok?

gén A

gén B

gén C

gén D

Expresszió

microarrayGénhálózat modell

AB E

CD

Génexpressziós adatok és a génhálózatok „reverz” modellezése microarray adatokból

48

A polymorph variánsok jelentősége

• Egyes nagy penetranciájú allélikus variánsok közvetlen okai a betegségnek– Huntington kór, cystás fibrosis, Duchenne typusú

izomdystrophia• Ugyanazon SNP diverz phenotypusban nyilvánulhat meg

– mtDNS mutatiok• Ugyanazon betegség hátterében különböző gének alterációi

állhatnak– Leigh syndroma

• Legtöbb kórkép multigénes - egy adott gén csak korlátozott ‘penetranciával’ befolyásolja a betegség tüneteit

• A legtöbb betegség multifaktoriális, ahol a környezet is fontos szerepet játszik– ALS– Schizophrenia– Autismus

49

Huntington kór

poliglutamin betegségCAG repeat-ek

50

APOE genotypus és Alzheimer Kór: az egyes nucleotid cserék aminosav cserét okoznak:

– APOE2 ( C—158—R); APOE4 (C –112– R)

Ezek az egyes nucleotid változások signifikánsan befolyásolják a betegség

rizikóját:APOE4 negative betegnek 9% a rizikója az AD-raAPOE4 positive betegnek 29% rizikója (RR 4 - 5)Két APOE4 allele még nagyobb rizikót eredményez (50% 80 évesen), RR: 10 APOE2 positive beteg RR: 0.5

51

A polymorph variánsok jelentősége

• Egyes nagy penetranciájú allélikus variánsok közvetlen okai a betegségnek– Huntington kór, cystás fibrosis, Duchenne typusú

izomdystrophia• Ugyanazon SNP diverz phenotypusban nyilvánulhat meg

– mtDNS mutatiok• Ugyanazon betegség hátterében különböző gének alterációi

állhatnak– Leigh syndroma

• Legtöbb kórkép multigénes - egy adott gén csak korlátozott ‘penetranciával’ befolyásolja a betegség tüneteit

• A legtöbb betegség multifaktoriális, ahol a környezet is fontos szerepet játszik– ALS– Schizophrenia– Autismus

52

A polymorph variánsok jelentősége

• Egyes nagy penetranciájú allélikus variánsok közvetlen okai a betegségnek– Huntington kór, cystás fibrosis, Duchenne typusú

izomdystrophia• Ugyanazon SNP diverz phenotypusban nyilvánulhat meg

– mtDNS mutatiok

• Ugyanazon betegség hátterében különböző gének alterációi állhatnak– Leigh syndroma

• Legtöbb kórkép multigénes - egy adott gén csak korlátozott ‘penetranciával’ befolyásolja a betegség tüneteit

• A legtöbb betegség multifaktoriális, ahol a környezet is fontos szerepet játszik– ALS– Schizophrenia– Autismus

53

Pt. 2 Pt. 1.

A dystrophin génben 2836-2838GAG (a 22. exonban) deletióval rendelkező családban calpain deficiencia.A phenotypus extrem enyhe

54

A dystrophin génben 2836-2838GAG (a 22. exonban) deletió

A calpain cDNS-ben nincs mutatio, de hiányzik ill. csökkent mértékben expressálódik a protein

55

A polymorph variánsok jelentősége

• Egyes nagy penetranciájú allélikus variánsok közvetlen okai a betegségnek– Huntington kór, cystás fibrosis, Duchenne typusú

izomdystrophia• Ugyanazon SNP diverz phenotypusban nyilvánulhat meg

– mtDNS mutatiok• Ugyanazon betegség hátterében különböző gének alterációi

állhatnak– Leigh syndroma

• Legtöbb kórkép multigénes - egy adott gén csak korlátozott ‘penetranciával’ befolyásolja a betegség tüneteit

• A legtöbb betegség multifaktoriális, ahol a környezet is fontos szerepet játszik– ALS– Schizophrenia– Autismus

56

80-90% - sporadikus (SALS)10-20% - familiaris (FALS)

20%-a a FALS eseteknek SOD1 mutatioFALS - általában autosomalis dominans Juvenilis formák gyakrabban recessívek

ALS (amyotropiás lateralsclerosis)

57

Amit tudunk?

• A betegség kezdete ≥ 45 év

• Több férfi érintett, mint nő

• Nem ismerünk hajlamosító környezeti tényezőt

• Nincs etnikai ill. földrajzi predispozíció

Typus Öröklés Gén Locus

ALS1 AD 21q22

ALS2 AR 2q33-35

ALS3 AD 18q21

ALS4 AD 9q34

ALS5 AR, XD* 15q15.1-21.1

ALS6 16

ALS7 20

58

• 88 mutatio: – 77 substitutio– 3 insertio– 2 deletio

SOD1

Missense mutatio „toxic gain of function”

A SOD1 knockout egér: phenotypusa norm. A mutáns SOD1-et overexpressáló egér: ALS

Szabadgyök kötő, az oxidative stressztőlvédő functio

59

Amit gondolunkEsetlegesen szerepet játszó gének

• APEX (apurinic/apyrimidine endonuclease)

• APOE4

• NEFH (Neurofilament Heavy Subunit)

• NAIP (neuronal apoptosis inhibitory polypeptide)

• EAAT2 (excitatory amino acid transporter)

KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and GenomesNSDP: Nervous System Disease Pathway

60

Perifériás vér lymphocyták vizsgálata

neuropsychiátriai genomikaikövetkeztetés

NAGY KIHÍVÁS

61

1% az incidencia a populációban

A schizophren betegekkel

kapcsolatban álló egyének

között az incidencia magasabb

SCHIZOPHRENIA

62

Pathway z valueGalactose metabolism 2.01Purine metabolism 2.67Huntington disease 4.77Regulation of p27 phosphorylation during cell cycle progr. 3.01

Genotipizálás: teljes genomlinkage : 322 gén az érintett 2 Mb-on

Expressziós vizsgálat: 2545 eltérően kifejeződő gén

15 gén (néhány ismert, pl GAD2)

63

„bibliomics”

450.000 abstract (neuropsych+immune-inflammation)

39,000 bio-molecularkapcsolat: 5,400 gén

Cytoscape – www.cytoscape.org

64

65

* Minden génnél SNP LOD score és gén expresszió kombináció= Z-score.

* Minden gén Z érték és a szomszédos Z értékek kapcsolása

* a hálózat összes csomópontja, ami >Z küszöb

66Hét gén

67

68

Minden potenciális csomópont gyógyszertarget molekula

69

A komplex öröklődés rejtélye: Autismus

• Az autismus az alábbi 3 tünetcsoporttal jellemzett neuropsychiatriai syndroma–Kommunikációs/Nyelvi Zavarok–Kóros szocialis interactiok–Restrictive, repetitive viselkedés

• Kezdet: 3 év alatt• Az egyik leggyakoribb genetikus

neurodevelopmentalisrendellenesség

• Relative Risk testvérekben = 50• Általánosan magas genetikai

kockázat, de sok gén érintett

70

Az autismus coexistenciája egyébneurodevelopmentalis betegségekkel

Epilepsy30%

Rare disorder10%

AUTISM

Social behavior

OCD

Language

Autismus: nemcsak egyetlen tünetA viselkedészavarok széles spektrumaA phenotypus pontosítása, endophenotypus mgh. döntő (pl. az érzelmek megfigyelésének hiánya az autizmus egyik endophenotypusának)

71

Autism genomics

72

Strong correlation with AUTISM

- Isodicentric chromosome 15 (Idic15) (duplications of the multi-disorder critical region of 15q11–14) - Maternal inheritence

-1. Lymphoblast cell lines derived from individuals with both autism and Idic15. array-based comparative genomic hybridization

-2. Whole-genome expression profiling 112 transcripts significantly dysregulated

UPREGULATION ubiquitin protein ligase E3A (UBE3A; 15q11–q13), HERC2

DOWNREGULATION APP and SUMO1

NEURONAL APOPTOSIS dysregulation of ubiquitination genotoxicity

73

CGHBaron et al Human Molecular Genetics, 2006, 15:1-17

Centroid hierarchia clustering

74

UBE3A upregulation

at both mRNA and

protein level

75

Contribution to understanding

mechanism of autism based on these data

neuronalis apoptosis(ko: csökkent motorikusaktivitás)

ubiquitin-like

dysregulated ubiquitination

inappropriate reduction in apoptosis ?

76

A komplex genetika feltételei

• Nagy mintaszám:

Kollaboráció

Homogén populáció

A phenotypusok, endophenotypusok precízebb újra definiálása (tünetek kezdete, képalkotó eljárások)

• Új analitikai módszerek, több tízezer SNP• Teljes genom vizsgálatok (CGH, expresszió)• „Candidate pathway analysis”