niedosłuch izolowany

Jubileusze
Monika Ołdak
Zakład Genetyki IFPS
Niedosłuch w liczbach
• 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 - etiologia
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 klasyfikacja
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 genetycznie uwarunkowany
Niedosłuch prelingwalny
1:650 - 1:1000
Uwarunkowany
genetycznie 50%
Czynniki
niegenetyczne 50%
Postać izolowana
70%
AR DFNB
75-80%
DFNB1
GJB2 CX26
50%
AD DFNA
15-20%
Zespoły genetycznie uwarunkowane
30%
Sprzężone z płcią
DFNX 1-2%
Mutacja c.35delG
50%
Mitochondrialne
<1%
Niedosłuch genetycznie uwarunkowany
•
•
•
•
prelingwalny
postlingwalny
różne typy dziedziczenia
mutacje konstytutywne
• wszystkie komórki
organizmu
• obustronny, czasem
asymetryczny
• jednostronny?
Niedosłuch izolowany - definicja
 Występowanie niedosłuchu bez
towarzyszących zaburzeń ze strony
innych układów i narządów
Loci chromosomowe związane z
niedosłuchem - przykłady
 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
Avraham KB. Hear come more genes! Nat Med. 1998 Nov;4(11):1238-9.
Page  12
DFNB – dziedzicznie autosomalne recesywne
60 genów związanych z izolowanym niedosłuchem dziedziczacym się
autosomalnie recesywnie
..i 25 loci chromosomowe
– geny nieznane
Page  13
http://hereditaryhearingloss.org
DFNA – dziedzicznie autosomalne dominujące
32 geny związane z izolowanym niedosłuchem dziedziczacym się
autosomalnie dominująco
…i 21 loci chromosomowe – geny nieznane
Page  14
http://hereditaryhearingloss.org
DFNX – dziedzicznie sprzężone z płcią
4 geny związane z izolowanym niedosłuchem sprzężonym z płcią
…i 2 loci chromosomowe w obrębie chromosomu X,
i 1 locus w obrębie chromosmu Y – geny nieznane
http://hereditaryhearingloss.org
Sekwencjonowanie nowej generacji
odkrycie nowych genów
Około 25 nowych genów powiązanych z niedosłuchem zidentyfikowano dzięki WES
Gen
odpowiedzialny
Zastosowana metoda
ADCY1
sekwenjonowanie eksomowe (Agilent SureSelect Human
All Exon 50 Mb Kit ); Illumina HiSeq 2000
sekwencjonwanie eksomowe (Roche NimbleGen SeqCap EZ
Human Exome Library) Illumina HiSeq
TBC1D24
sekwencjonwanie eksomowe (Illumina TruSeq Exome
Enrichment Kit) Illumina HiSeq 2000
FAM65B
NARS2
Badana grupa
Refencje
rodzina z Turcji
Diaz-Horta et al., 2014
rodzina z Pakistanu
Santos-Cortez et al., 2014
rodzina z Chin
Azaiez et al., 2014; Zhang et
al., 2014
sekwencjonowanie eksomowe (Illumina TruSeq Exome
pakistańska i kaukaska
Enrihment Kit; Roche NimbleGen SeqCap EZ Exome Library
rodzina
v2.0 ) Illumina HiSeq 2000
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
http://hereditaryhearingloss.org
120 loci chromosomowych związnych z niedosłuchem
izolowanym
 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
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
http://hereditaryhearingloss.org
Genetyczne podłoże niedosłuchu
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
https://www.mousephenotype.org/
(http://hereditaryhearingloss.org)
(http://deafnessvariationdatabase.org)
Geny odpowiedzialne za izolowane postaci niedosłuchu –
ekspresja w ślimaku – dysfunkcja ślimaka
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
•
Zespół KID (keratitis-ichthyosisdeafness 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)
 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.
Koneksyny – GJB2, GJB3, GJB6
 tworzą połączenia szczelinowe
zwane koneksonami (ang. gap
junctions)
Schemat połączenia szczelinowego
 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
Kemperman MH, Hoefsloot LH, Cremers CW. Hearing loss and connexin
26. J R Soc Med. 2002 Apr;95(4):171-7.
Koneksyny - niedosłuch izolowany
GJB2 13q12
GJB6 13q12
GJB3 1p35.1
 koneksyna 26
 koneksyna 30
 koneksyna 31
 DFNB1A
 DFNB1B
 DFNB91
 DFNA3A
 DFNA3B
 DFNA2B
 Zespoły z niedosłuchem i
zmianami skórnymi (AD)
 Clouston's hidrotic
ectodermal dysplasia
(Alopecia congenita with
keratosis palmoplantaris
(AD))
 Erythrokeratodermia
variabilis et progressiva
(EKVP) (AD, AR)
 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 i GJB6
locus DFNB1
 GJB2 i GJB6 w odległości ok. 35 kb
 koneksyna 26 i koneksyna 30 mogą razem
tworzyć koneksony
 delecje GJB6 (delGJB6-D13S1830 i delGJB6D13S1854) 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
Ekspresja GJB2 i GJB6 w ślimaku
GJB2 13q12
GJB6 13q12
Z wyjątkiem komórek rzęsatych, koneksyna 26 jest obecna w koneksonach
łączących wszystkie typy komórek ślimaka
http://hereditaryhearingloss.org
Koneksyna 26 udział w recyrkulacji jonów potasu
 Stymulacja falą dźwiękową układu
kosteczek w uchu środkowym - wibracja
endolimfy w ślimaku - jony potasu
wchodzą do komórek rzęsatych
Krążenie jonów potasu w ślimaku
Ekspresja koneksyny 26
 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
Kemperman MH, Hoefsloot LH, Cremers CW. Hearing loss and connexin 26. J R Soc Med. 2002 Apr;95(4):171-7.
Mutacje genu GJB2
•
•
•
•
•
•
•
•
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
Mutacja c.35delG w genie GJB2
 Główna przyczyna izolowanego niedosłuchu
dziedziczącego się autosomalnie recesywnie rasa kaukaska
c.35delG – najczęstsza mutacja
 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
3%)
(ok.
 Gorące miejsce mutacji vs. efekt założyciela
 analiza markerów mikrosatelitarnych i
polimorfizmów (SNP) – ok. 10 000 lat
temu, 500 pokoleń
 przewaga heterozygot c.35delG?
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.
Rozkład częstości nosicielstwa mutacji c.35delG w
genie GJB2
Placeholder for your own subheadline
Najwyższa: Grecja, Włochy, Estonia, Wenezuela
Najniższa: wschodnia Azja, Ghana, pd Egipt
.
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
Tsukada et al. Ann Otol. Rhinol. & Laryng. 2015
YOUR LOGO
p.M34T i p.V37I
Indie
Czechy
Polska
Gypsy Migrations according to Haywood
c.313_326del14
Litwa
Polska
Białoruś
Rumunia
Rosja
Czechy
Mikstiene et al. BMC Genetics 2016
Słowacja
c.-23+1G>A
Jakucja- Izolowana
populacja
północnowschodniej Syberii.
Polska
Czechy
Węgry
Barashkov N. et. al PLoS One. 2014
c.167delT
Polska
Rosja
Czechy
Węgry
Żydzi aszkenazyjscy – endogamia- migracje XI-XIX wiek
Podsumowanie
• Pochodzenie etniczne pacjenta powinno być brane pod
uwagę przy wykonywaniu molekularnych badań
diagnostycznych
• Przesiewowe, molekularne testy diagnostyczne powinny być
dostosowane do badanej populacji
Nosiciele mutacji GJB2 –
przewaga fenotypowa równoważąca niedosłuch ?
 Meyer CG, Amedofu GK, Brandner JM, Pohland D, Timmann C, Horstmann RD. Selection for deafness? Nat Med. 2002
Dec;8(12):1332-3.
 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.
 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.
Sekwencjonowanie całoeksomowe
Niedosłuch recesywny
gen
MYO15A
SLC26A4
LOXHD1
ILDR1
POU3F4
C14orf105
CCDC164
CIB2
CLCNKA
EPPK1
EYA2
GIPC3
OTOF
PCDH15
PDZD7
PRKRA
TECTA
TMPRSS3
TRIOBP
USH2A
liczba
pacjentów
6
5
3
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
% (n=34)
17,6
14,7
8,8
5,9
5,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
mutacje sprawcze – 34 /54
pacjentów (63%)
Niedosłuch recesywny - gen MYO15A (DFNB3)
• 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
Pn. Bali-Bengkala-kata kolok
• 42/3000 mieszkańców
głuchych – „wioska
głuchych”
http://www.vice.com/read/theres-a-village-in-bali-where-everyone-knows-sign-language-511
Niedosłuch recesywny - SLC26A4
• 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 izolowany AR - OTOF (DFNB9)
• 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 –
dziedzicznie autosomalne dominujące (AD)
 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
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
HI patients (n=2404)
(n= 677)
Pacjencicontrols
z niedosłuchem
(n=2404)
Populacyjna grupa kontrolna (n= 677)
wt/wtwt/wt
pN714H
2404
0
677 2404 0
677
pN714H
0
0
Wyniki- fenotyp
Wyniki analizy audiogramów z użyciem narzędzia
AudioGene w rodzinie z mutacją WFS1 p.N714H
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
prediction of genes involved in pathogenesis of HI based on PTA analysis
(http://audiogene.eng.uiowa.edu)
DFNA6/14/38 - WFS1
DFNA2A - KCNQ4 (DFNA2A)
DFNA8/12 - TECTA
Wyniki- fenotyp
Audiogramy członków rodziny z mutacją p.N714H genu WFS1
Przyczyny niedosłuchu prelingwalnego
Rodzaj
niedosłuchu
Idiopatyczny
Genetyczny
Niegenetyczny
50-60%
Izolowany
70%
Związany z
chromosomem X
Autosomalny
dominujący
1-2%
2-3%
gen POU3F4
50%
Inne
50%
Syndromiczny
30%
Autosomalny
recesywny
Gen POU3F4 (DFNX2, Xq21.1)


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.
Delecja genu POU3F4
badania na zwierzętach
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.
DFNX2 - Malformacje ucha wewnętrznego
• 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
Wyniki
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
b
c
d
a
b
c
d
a
b
cc
dd
Podsumowanie
p.Ala116fs141*
p.Glu187*
p.Leu217*
p.Gln275*
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
+
+
+
+
Wiek wystąpienia
niedosłuchu
Podsumowanie i wnioski
• 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
Mitochondrialne DNA (mtDNA)
 Objawy mutacji mtDNA – dominują w tkankach
wrażliwych na deficyt energetyczny, tj. tkanka
nerwowa, mięśniowa, gruczoły
wewnątrzwydzielnicze
mtDNA – 13 białek mitochondrialnych,
22 rodzaje tRNA i 2 typy rRNA
 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
Kyriakouli Dset al... Progress and prospects: gene therapy for mitochondrial DNA disease. Gene Ther. 2008 Jul;15(14):1017-23.
Izolowany niedosłuch - mtDNA
 12S rRNA
 tRNASer
mtDNA - niedosłuch związany z podaniem aminoglikozydów
 Mutacje MTRNR1 (12S rRNA) – zwiększają podobieństwo mitochondrialnego rRNA do
bakteryjnego rRNA
 Niedosłuch poaminoglikozydowy występuje u 25% pacjentów po podaniu tych leków
 Różnorodny fenotyp
http://hereditaryhearingloss.org
Zespoły mitochondrialne
Zespoły genetycznie uwarunkowane
z niedosłuchem
• 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
Niedosłuch uwarunkowany wieloczynnikowo
 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
Page  60
Etiologia niedosłuchu nieznana
 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%
Page  61
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&authorn
amef=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)
–
–
–
http://www.zmescience.com/medicine/genetic/gene-therapy-restores-hearing-in-deaf-micepaving-the-way-for-human-treatment-876599/
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)
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