Mutacje dynamiczne - Instytut Psychiatrii i Neurologii
advertisement
Kurs Neurogenetyki Mutacje dynamiczne w chorobach neurodegeneracyjnych Anna Sułek, Zakład Genetyki, IPiN CHOROBY POWODOWANE MUTACJAMI DYNAMICZNYMI EPM1 SCA 6 ataksje SCA 7 FA SCA 1 SCA 2 SCA 8,10,12, 31,36 FXTAS Choroby nerwowo-mięśniowe SCA 3 OPMD DM1 DM2 SCA 17 DRPLA Huntington ALS FTLD? HDL-2 HDL-1 HDL-3 HD Ataksje rdzeniowo-móżdżkowe - SCA PODZIAŁ ATAKSJI NABYTA SPORADYCZNA ATAKSJA DZIEDZICZNA AUTOSOMALNY RECESYWNY AUTSOMALNY DOMINUJĄCY SPRZĘŻONY Z CHROMOSOMEM X ZWIĄZANY Z DZIEDZICZENIEM MITOCHONDRIALNYM Ataksje rdzeniowo-móżdżkowe - SCA Ataksje rdzeniowo-móżdżkowe Charakterystyka choroby • • • • • • Choroby rzadkie ( ok. 3/100.000) >30 typów występujących u chorych Postępujące, nieuchronnie prowadzące do śmierci po 10 - 20 latach. Brak skutecznej terapii. Selektywna utrata neuronów Tworzenie inkluzji wewnątrzjądrowych Ataksje rdzeniowo-móżdżkowe - SCA WYSTĘPOWANIE POSZCZEGÓLNYCH TYPÓW ATAKSJI RDZENIOWO-MÓŻDŻKOWYCH wg Schols et al. Lancet Neurology 2004 OBJAWY KLINICZNE OPUSZKOWO-RDZENIOWEGO ZANIKU MIĘŚNI (SBMA) • zanik neuronów ruchowych • osłabienie siły mięśni • postępujący zanik mięśni proksymalnych • skurcze mięśni • dyzartria, dysfagia, dysfonia • fascykulacje mięśni twarzy i języka • łagodna niewrażliwość na androgeny (MAI) • ginekomastia • obniżenie libido i impotencja • atrofia jąder • upośledzenie płodności (różnego stopnia) SBMA neurony ruchowe SCA DRPLA HD SCA6 – móżdżek SCA1, SCA3 - móżdżek + zwoje podstawne SCA2 – móżdżek + pień mózgu SCA7 – móżdżek + siatkówka SCA17 – zwoje podstawy + móżdżek DRPLA HD – zwoje podstawy (prążkowie) + kora mózgowa Sekwencje mikrosatelitarne i mutacje dynamiczne charakterystyka powtórzeń mikrosatelitarnych • jednostka podstawowa składa się z 1 - 6 nukleotydów • liczba powtórzeń w pojedynczym locus 5 – 100 • sekwencje wysokopolimorficzne • charakteryzują się niską częstością mutacji zarówno w komórkach somatycznych jak i rozrodczych • w genach najczęściej zlokalizowane są w sekwencjach flankujących i intronach ale spotykane są również w sekwencjach kodujących Sekwencje trójnukleotydowe – (CGG)n – kruche miejsca na chromosomach, ataksja + drżenie (CAG)n – regiony kodujące i niekodujące (GCG)n - polialaninopatie (OPMD, synpolidaktylia i in.) (AAG)n – choroba Friedreicha Zaburzenia sekwencji motywu powtarzającego się - czystość sekwencji HD praw., niepraw.. (CAG) n CAA CAG CCG CCA (CCG)n SCA1 praw. + stabilne CAG (CAG)n CAT (CAG)n CAC CAG (CAG)n CAT CAG CAT (CAG)n CAC CAG (CAG)n CAT CAG CAT CAG CAT (CAG)n CAC CAG (CAG)n CAT CAG CAT CAG CAT CAG CAT (CAG)n CAC niepraw. + niestab. CAG (CAG)n CAC Przyczyny powstawania mutacji dynamicznych • „ślizganie się” polimerazy • tworzenie struktur trzecio- i czwartorzędowych • Lokalizacja powtórzeń mikrosatelitarnych: odległość od miejsca inicjacji transkrypcji długość powtórzeń kierunek replikacji CTG > CAG CGG >> CCG CTG > GAC „szpilka do włosów” CGG >>> CCG tetrapleks CTG/CAG dupleks CGG/CCG dupleks „przesunięte” nici CAG CAG CAG CAG CAG CAG mutacja dynamiczna de novo CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG przypadek sporadyczny - 1% mutacja dynamiczna – zwielokrotnienie powtórzeń CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG choroba dziedziczna mutacja dynamiczna CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG Antycypacja forma młodzieńcza – 10% Mutacje dynamiczne W 1991 r. - sklonowanie dwóch genów zawierających powtórzenia mikrosatelitarne - FMR1 i AR • ekspansja liczby powtórzeń mikrosatelitarnych • w rzadkich przypadkach – kontrakcja – zmniejszenie liczby powtórzeń • mechanizm: tworzenie struktur trzecio i czwartorzędowych oraz ślizganie się polimerazy podczas replikacji • allele z dużą ale jeszcze prawidłową liczbą powtórzeń • utrata sekwencji przerywających wpływa na zmniejszenie stabilności Lokalizacja niestabilnych powtórzeń mikrosatelitarnych ATG intron ekson TAA CGGCGGCGG CTGCTGCTG CAGCAGCAG FXS GAAGAAGAA Q Q Q DM1 FRDA GCCGCCGCC SBMA SCA8 FXE MR HD CAGCAGCAG ATTCTATTCT SCA1,2,3,6,7,17 SCA12 DRPLA SCA10 MUTACJA DYNAMICZNA POWTÓRZENIA HEKSANUKLEOTYDOWEGO GGCCTG I SCA36 • Przyczyną występowania ataksji rdzeniowomóżdżkowej SCA36, także dziedziczonej autosomalnie dominująco, jest ekspansja heksanukleotydowego motywu GGCCTG w intronie genu NOP56 na chromosomie 20p13. • Dotychczas zidentyfikowano ją w populacji japońskiej i hiszpańskiej. • Zakres prawidłowy liczby heksametrów to od 3 do 8 powtórzeń (kontrola japońska) i od 3 do 14 (kontrola hiszpańska), a w grupie pacjentów japońskich wykrywano od 1500 do 2000 powtórzeń (Kobayashi i wsp., 2011) a u hiszpańskich od 650 do 2500 powtórzeń (García-Murias i wsp., 2012). antycypacja Ataksje rdzeniowo-móżdżkowe - SCA ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY LICZBĄ POWTÓRZEŃ CAG A WIEKIEM ZACHOROWANIA liczba powtórzeń CAG Zjawisko antycypacji w poliglutaminopatiach Ataksje rdzeniowo-móżdżkowe - SCA Antycypacja I-1 Antycypacja w rodzinie z SCA2 Zwiększenie liczby powtórzeń CAG w dziedziczeniu odojcowskim 43 CAG 24 r.ż. I-2 4 II-1 52 CAG 10 r.ż. * DNA III-1 1954 III-2 1956 43/22 * DNA IV-1 IV-2 IV-3 1985 52/22 II-2/6 * DNA 1958 22* * DNA IV-4 1989 22* Ataksje rdzeniowo-móżdżkowe - SCA Próba korelacji liczby powtórzeń CAG i objawów klinicznych) Niska liczba Średnia liczba powtórzeń powtórzeń SCA1 Ataksja, odruchy spastyczność Ataksja, pląsawica demencja SCA2 drżenie ataksja, odruchy SCA3 neuropatia aksonalna Ataksja, oczopląs SCA6 ataksja ataksja epizodyczna SCA7 Duża liczba powtórzeń ataksja degeneracja siatkówki i plamki ślepej Utrata wzroku przed wystąpieniem ataksji DIAGNOSTYKA CHORÓB POWODOWANYCH MUTACJAMI DYNAMICZNYMI Ataksje rdzeniowo-móżdżkowe - SCA Diagnostyka molekularna SCA analiza liczby powtórzeń (CAG)n w genach związanych z SCA PCR obszaru obejmującego powtórzenia CAG przy zastosowaniu starterów łączących się z sekwencjami przyległymi do rejonu powtórzeń Ekson 1 F [ CAG CAG CAG CAG CAG ] R rozdział elektroforetyczny produktów PCR ustalenie liczby powtórzeń (CAG)n wg wzoru: wielkość produktu PCR (bp) - długość starterów (bp) n= 3 Określanie liczby powtórzeń CAG metodami izotopowymi i z wykorzystaniem znaczników fluorescencyjnych HD DM typ 1 HOMOZYGOTA – dwa prawidłowe allele o tej samej wielkości (jeden prążek na żelu) HETEROZYGOTA PRAWIDŁOWA – dwa prawidłowe allele o różnej wielkości (dwa prążki w zakresie prawidłowym) HETEROZYGOTA NIEPRAWIDŁOWA – jeden allel o prawidłowej wielkości, drugi o nieprawidłowej wielkości (dwa prążki – jeden w zakresie prawidłowym, drugi w zakresie nieprawidłowym) Ataksje rdzeniowo-móżdżkowe spowodowane mutacjami dynamicznymi choroba Lokalizacja Sekwencja na mikrosatelitarna chromosomie Położenie w genie Zakres prawidłowy Zakres nieprawidłowy SCA1 6 CAG ATXN1/ORF 6-38 39-83 SCA2 12 CAG ATXN2/ORF 15-30 32-400 SCA3 14 CAG ATXN3/ORF 12-40 55-86 SCA6 19 CAG CACNA1A/ORF 4-16 19-33 SCA7 3 CAG ATXN7/ORF 4-19 37-300 SCA8 13 CTA/CTG ATXNOS/3’UTR 16-34 100-250 SCA10 12 ATTCT ATXN10/intron 10-22 800-4500 SCA12 5 CAG PPP2R2B/5’UTR 6-26 66-78 SCA17 6 CAG TBP/ORF 30-42 45-63 SCA31 16 TGGAA BEAN/intron 8-21 Złożony 220-1000 SCA36 20 GGCCTG NOP56/Intron 3-14 1500-2500 DRPLA 12 CAG ATN1/ORF 3-36 49-88 Problemy interpretacyjne spotykane w diagnostyce genetycznej chorób powodowanych mutacjami dynamicznymi bardzo duża liczba powtórzeń nie poddająca się amplifikacji w reakcji PCR interpretacja obecności alleli pośrednich bądź z zakresu premutacji obecność prążków konformacyjnych o wielkości takiej jak allele nieprawidłowe prawidłowy > 28 CAG zakres zakes odojcowskiej niepełnej niestabilnośc penetracji i mejotycznej 25% 50% 75 90% 29 – 35 CAG 36 HD 100% > 40 CAG 37 38 39 Repeat-primed PCR (RP PCR) Triple-primed PCR (TP-PCR) Diagnostyka dystrofii miotonicznej typu 1 z wykorzystaniem TP-PCR NP NP NP NP cechy charakterystyczne chorób spowodowanych mutacjami dynamicznymi: występowanie prawidłowych i nieprawidłowych zakresów powtórzeń mikrosatelitarnych charakterystycznych dla danego genu występowanie zjawiska antycypacji zróżnicowany wiek zachorowania również w obrębie rodziny Różnice w diagnostyce chorób spowodowanych mutacjami dynamicznymi powtórzenia mikrosatelitarne w kodującym regionie genu powtórzenia mikrosatelitarne w niekodującym regionie genu reakcja PCR reakcja PCR elektroforeza w żelu poliakrylamidowym elektroforeza w żelu poliakrylamidowym badanie pośrednie – TP-PCR i elektroforeza w żelu poliakrylamidowym WYNIK badanie bezpośrednie hybrydyzacja Southern blot WYNIK WYNIK Ataksje rdzeniowo-móżdżkowe - SCA BADANIA MOLEKULARNE W SCA DIAGNOSTYCZNE: poszukiwanie mutacji dynamicznych w genach związanych z występowaniem ataksji rdzeniowo-móżdżkowych u osób z klinicznym rozpoznaniem choroby PRZEDOBJAWOWE: wykonywane na życzenie pełnoletnich osób z rodziny, w której wcześniej ustalono na podstawie badań molekularnych typ ataksji rdzeniowo-móżdżkowej PRENATALNE: analiza DNA płodu jeśli u jednego z rodziców potwierdzono występowanie konkretnego typu ataksji rdzeniowomóżdżkowej Badania molekularne w chorobach neurodegeneracyjnych spowodowanych mutacjami dynamicznymi, wykonane w Zakładzie Genetyki IPiN w latach 1998-2011 Choroba Liczba pacjentów Liczba mutacji Choroba Huntingtona (HD) 3050 1581 Ataksje rdzeniowo-móżdżkowe (SCA) 2375 462 Zespół ataksji i drżenia (FXTAS) i (POF) 486 4 Dystrofie miotoniczne 1 i 2 (DM) 332 218 Opuszkowo-rdzeniowy zanik mięśni (SBMA) 193 57 Postępująca padaczka miokloniczna (EPM1) 90 30 Ataksje rdzeniowo-móżdżkowe - SCA rodowód rodziny z ataksją rdzeniowo-móżdżkową typu 1 Badania molekularne SCA w Instytucie Psychiatrii i Neurologii Badania diagnostyczne Badania przedobjawowe Razem Skierowania na badania w kierunku SCA w latach 1998 2013 2498 347 2845 SCA1 375 76 451 (172 rodziny) SCA2 60 18 72 (28 rodziny) SCA3 2 - 1 rodzina SCA7 2 - 2 (2 rodziny) SCA8 – 48 rodzin SCA17 – 3 rodziny (4 badania diagnostyczne, 6 przedobjawowych) Jakość w badaniach molekularnych - Wymogi preanalityczne - Wymogi dotyczące samego badania - Wymogi postanalityczne Udział w zewnętrznych i wewnętrznych testach kontroli jakości EUROPEAN MOLECULAR QUALITY NETWORK - EQA (external quality assessment) - BEST PRACTICE GUIDELINES • Breast cancer (Familial - BRCA) • Charcot-Marie-Tooth disease (CMT) • Congenital Adrenal Hyperplasia (CAH) • Constitutional Molecular Karyotyping (Microarray / Array CGH) - pilot scheme • DNA sequencing (DNA-SEQ) • Duchenne and Becker Muscular Dystrophy (DMD / BMD) • Familial Adenomatous Polyposis colon cancer (FAP) - pilot scheme • Familial Recurrent Fevers (FRF) • Fragile-X syndrome (FRAX) • Friedreich ataxia (FRDA) • Hereditary Deafness (DFNB1) • Hereditary Haemochromatosis (HFE) • Hereditary non-polyposis colon cancer (HNPCC) • Huntington disease (HD) • Monogenic diabetes (MonoDiab) • Multiple Endocrine Neoplasia type 2 (MEN2) • Mutation scanning (MSCAN) • Myotonic dystrophy (DM) • Phenylketonuria (PKU) • Porphyrias (POR) • Prader-Willi and Angelman syndromes (PW/AS) • Retinoblastoma (RB) • Spinal Muscular Atrophy (SMA) • Spinocerebellar ataxia’s (SCA) • Von Hippel Lindau Syndrome (VHL) • Wilson disease (WIL) • Y-Chromosome microdeletions (AZF organised in conjunction with the EAA) PATOLOGIA NA POZIOMIE KOMÓRKI PRZYCZYNY PATOLOGII W jaki sposób poliglutamina powoduje toksyczność? Czy agregacja jest odpowiedzialna za neurodegenerację? Jaką rolę w procesach komórkowych odgrywają białka zawierające szlaki poliQ? Choroby związane z mutacjami dynamicznymi A. Powtórzenia mikrosatelitane ulegają translacji Powtórzenia : CAG - poliglutaminopatie SBMA, SCA1, 2, 3, 6, 7, 17, DRPLA, HD1 i HD2, Powtórzenia : GCG - polialaninopatie OPMD, wrodzone zespoły hipowentylacji, holoprosencefalia, infantile spasm syndrome, cleidocranial dysplasia, synpolydactylia, Hand-foot-genital syndrome Choroby związane z mutacjami dynamicznymi dotyczącymi powtórzeń trójnukleotydowych. B. Powtórzenia mikrosatelitane nie ulegają translacji Powtórzenia : CTG, CAG, CCG i inne Poziom niestabilności: wysoki Zakres mutacji: 100 - 2000 powtórzeń Patologia: uogólniona Zakładany mechanizm chorobotwórczy: zaburzenia ekspresji białek Choroby: FRDA, SCA 8, 10, 12, DM 1 i 2, FXS POLIGLUTAMINOPATIE • poly Q - inicjuje procesy patologiczne • kontekst białkowy - warunkuje specyficzność procesów patologicznych • oddziaływania białko - białko Dziki typ białka z domeną poliglutaminową Białko z wydłużoną domeną poliglutaminową (mutacja dynamiczna) MECHANIZM TWORZENIA AGREGATÓW wg Schols et al. Lancet Neurology 2 Efekt toksyczny rozpuszczalnej formy poliQ rozpuszczalna forma poli Q zaburzenia systemu transkrypcji oddziaływanie z czynnikami transkrypcyjnymi CBP, TBP, TAFII130, Sp1 zahamowanie transkrypcji – obniżenie acetylacji histonów Oddziaływanie z acetylotransferazami histonów – CBP, P/CAF zaburzenie funkcjonowania proteasomów (blokowanie domeny aktywnej) zaburzenie funkcji mitochondriów upośledzenie zdolności buforowania stężenia jonów Ca 2+ (kw. glutaminowy; główny neurotransmiter pobudzający OUN powoduje napływ jonów Ca 2+ do cytoplazmy – podatność na eksocytotoksyczność) Agregaty Obecność jądrowych agregatów na terenie jądra komórkowego rozpuszczalne monomery oligomery sferoidy stuktury globularne struktury łańcuchowe protofilamenty protofibryle mikroagregaty inkluzje/agregaty filamenty Hipoteza o toksyczności agregatów Hipoteza o ochronnej roli agregatów Lokalizacja agregatów na terenie komórki a toksyczność Przebieg procesu agregacji zależy od wielkości domeny poli Q Każda jednostka chorobowa ma charakterystyczny patogenny zakres glutamin w białku HD 36 - >100 * HDL2 32 - 57 SCA1 40 - 88 SCA2 33 - 77 SCA3 55 - 86 SCA6 21 - 31 SCA7 43 - 200 SCA17 45 - 63 DRPLA 49 - 88 * SBMA 38 - 68 *HD – liczba powtórzeń CAG=36 odpowiada 38 Q w białku (CAG) 36 CAA CAG CCG CCA (CCG)n DRPLA – liczba powtórzeń CAG = 49 odpowiada 51 Q w białku CAG CAA CAG CAA (CAG)n Liczba powtórzonych Q nie determinuje możliwości tworzenia agregatów ! Liczba powt. Q powyżej „wartości granicznej” ( w zakresie patogennym) - przyśpiesza tworzenie inkluzji - obniża wartość „stężenia krytycznego”, przy którym może dojść do agregacji (wewnątrzjądrowe agregaty zmutowanej huntingtiny) Inkluzje neuronalne – struktury widoczne pod mikroskopem świetlnym makroinkluzje (makroagregaty) Proces tworzenia inkluzji: - utworzenie „zarodka” (monomery poliQ) (obecność rozpuszczalnych poliQ w cytoplazmie tendencja przyjmowania struktur typu b ?) - formowanie mikroagregatów ( już 2 monomery poliQ) - sekwestracja innych białek; łaczenie mikroagregatów - formowanie makroagregatów Postępujący proces akumulacji zmutowanej ataksyny-7 i powstawania inkluzji jądrowych (SCA-7; model – myszy transgeniczne) 1 miesiąc (struktury rozproszone) 4 miesiące 16 miesięcy (struktury rozproszone) (inkluzje jądrowe) 8 miesięcy (struktury punktowe) JĄDROWE INKLUZJE W MODELU SCA7 SCA7t-100Q Anti SCA7 (1C1) SCA7t-10Q Dapi Superposition Niektóre modele ludzkich chorób neurodegeneracyjnych u Drosophila Poliglutaminopatie 127Q, SCA1, SCA3, SCA7*, SCA8 , SBMA, Huntington,… Choroba Parkinsona synukleina, parkina Choroba Alzheimera i tauopatie APP + BACE, AB42, FTDP17 Typ dziki FTDP-17 SCA3 Agregaty poliglutaminowe 82Q Pacjent z SCA1 – przeciwciała przeciwko ataksynie 1 Wspólna lokalizacja ataksyny 1 i białka LANP Dlaczego formowanie agregatów i degeneracja neuronów są procesem tak długotrwałym ? 1. Stosunkowo niskie stężenie białek poli. Q w komórce 2. Obniżona mobilność białek poli. Q wynikająca z ich interakcji z innymi białkami komórkowymi 3. Kompartmentyzacja powstających agregatów 4. Ciągła zmiana konformacji białek i ich degradacja z udziałem chaperonów (białek opiekuńczych) i proteasomów Dysfunkcja mitochondriów Nieprawidłowości cytoszkieletu Zaburzony transport aksonalny Ca2+ Zaburzona homeostaza wapniowa Zaburzony metabolizm RNA Proteolityczne ciecie białka aktywator represor TATA chromatyna Akumulacja białek Fragmenty proteolityczne Fragmenty toksyczne Dysregulacja transkrypcji wg Nat. Rev. Gen. 2005 Mechanizmy kontroli jakości System ubikwitynowo-proteasomow Chaperony Autofagia Obumieranie komórek nerwowych w poliglutaminopatiach Ekspresja białek z domeną poliQ w różnych tkankach Białka oddziałujące wybiórczo z SCA1 i SCA7 • LANP (leucine-rich acidic nuclear protein) w komórkach Purkinjego • CRX (cone-rod homeobox protein) w obrębie siatkówki Inne białka oddziałujące z wydłużonymi domenami polyQ • PQBP - zaburzenie transkrypcji • CREB-BP (cAMP response element binding protein) - zaburzenie transkrypcji • TAFII130 - koaktywator aktywacji transkrypcji zależnej od CREB • TBP - zaburzenie transkrypcji „TRANSKRYPTOPATIE” REST/ NRSF regulacja ekspresji > 30 genów neuronalnych - białka biorace udział w rozwoju układu nerwowego - białka funkcjonalne specyficzne dla układu nerwowego - białka pęcherzyków synaptycznych - białka cytoszkieletu - czynniki wzrostowe - kanały jonowe - receptory neurotransmiterów - BDNF BDNF (brain-derived neurotrophic factor) mózgowopochodny czynnik neurotroficzny BDFN – główny czynnik wzrostowy odp. za funkcjonowanie prążkowia prawidłowa huntinhtina (wt. Htt) stymuluje ekspresje tego czynnika zmutowana huntingtina (mt. Htt) zmniejsza poziom syntezy Regulacja ekspresji genów przez acetylację i deacetylację histonów Funkcje AT3 - ubikwityno-specyficzna proteaza - wiąże poliubikwitynowane białka - jest transkrypcyjnym korepresorem Ub Ub HAT N CoR AT3 Ac HAT HDAC3 GATA 2 AT3 Ub GATA 2 Alternatywne składanie genów Mbnl1 CUG BP DM1 Geny, których alternatywny splicing może powodować objawy kliniczne DM Geny: ClC1 IR Troponina T (TNNT2,3) Białko tau (MAPT), APP, NMDAR1 Miotubularyna, MTMR1 – myotubularin related 1 gene SERCA1, 2, RγR, Dystrofina (ex 71, 78) ? ? Objawy: Miotonia Cukrzyca Zaburzenia kardiologiczne CNS Miopatia Zróżnicowanie mięśni Zaćma Inne Lokalizacja niestabilnych powtórzeń mikrosatelitanych a patologia Powtórzenia ulegające translacji - białko Powtórzenia nieulegające translacji CAG, GCG, inne AAG, CAG, CCG, inne Umiarkowany wysoki Zakres mutacji Umiarkowany (< 100) Znaczny (100 – 2000) Patologia Specyficzne neurony wieloukładowa Powtórzenia nukleotydowe Poziom niestabilności Postulowany mechanizm choroby Choroby Białko: nabycie toksycznej Zaburzenia ekspresji: białka funkcji wiążą się do powtórzeń w RNA SBMA, SCA1, 2, 3, 6, 7, Kruche miejsca 17, DRPLA, HD, OPMD chromosomowe, FA, FXTAS, DM1 i 2, SCA8, 10, 12, 36, padaczka miokloniczna EPM1, ALSFTD2 Mutacje dynamiczne (ekspansje powtórzeń CAG) GOF – zmiana funkcji białka - mt protein LOF – utrata funkcji białka - wt protein RNA GOF – zmiana funkcji RNA - mt RNA Figure 1. RUNning a RAN-gene. Pearson CE (2011) Repeat Associated Non-ATG Translation Initiation: One DNA, Two Transcripts, Seven Reading Frames, Potentially Nine Toxic Entities!. PLoS Genet 7(3): e1002018. doi:10.1371/journal.pgen.1002018 http://www.plosgenetics.org/article/info:doi/10.1371/journal.pgen.1002018 Podłoże molekularne SBMA •Powtórzenia CAG w eksonie 1 genu AR • prawidłowy zakres powtórzeń CAG 9 - 36 • nieprawidłowy zakres powtórzeń CAG 38 - 72 Epidemiologia • Dziedziczenie recesywne, sprzężone z chromosomem X • Częstość występowania 1:40.000 mężczyzn • Wiek zachorowania 30 - 50 lat CO DAŁO SKLONOWANIE GENÓW ZWIĄZANYCH Z MUTACJAMI DYNAMICZMYMI ? • Możliwości diagnostyczne • Badanie jednorodnych grup pacjentów • Konstruowanie zwierząt transgenicznych • Badania podstawowe Niestabilność powtórzeń mikrosatelitarnych a SLA • Komponenta genetyczna SLA • Allele pośrednie ATXN2 (27 – 33 CAG) • Ekspansja powtórzeń GGGGCC w genie C9ORF72 (19% SLA i 31% FTLD-TDP) Ekspansja powtórzeń Oddziaływania na poziomie RNA? C9ORF72 ATXN2 ? ? SOD1 mRNA TDP-43 miRNA STRATEGIE TERAPEUTYCZNE Deregulacja transkrypcji Apoptoza Stress oksydacyjny Tworzenie wolnych rodników Dysfunkcje mitochondrium Zaburzony metabolizm energetyczny Neuroprotekcja inhibitory transglutaminazy inhibitory kaspaz antyoksydanty (wolne rodniki, energetyka mitochondrium) STRATEGIE TERAPEUTYCZNE Leczenie objawowe działanie na układ dopaminergiczny związki antycholinergiczne inhibitory cholinesterazy - donapezil Koenzym Q Remacemide Riluzole - hamowanie uwalniania glutaminianu (redukuje dyskinezje, i ruchy mimowolne Cystamina (redukuje agregaty w prążkowiu i korze, działanie antyapoptotyczne i antyoksydacyjne) Cystamina i mitramycyna - 40% wydłużenie życia u myszy Minocyklina i koenzym Q - 18% poprawa CHOROBY SPOWODOWANE MUTACJAMI DYNAMICZNYMI DIAGNOZOWANE W IPiN Choroba Huntingtona HD Ataksje rdzeniowo-móżdżkowe SCA SCA 1, 2, 3, 6, 7, 8, 12, 17, 36, DRPLA Zespół ataksji i drżenia związany z kruchym chromosomem X - FXTAS Rdzeniowo-opuszkowy zanik mięśni – SBMA Dystrofia miotoniczna typu 1 Dystrofia miotoniczna typu 2 Huntington-like disease 2 Zespół Unverrichta-Lundborga Badanie czynników modyfikujących, zawierających powtórzenia mikrosatelitarne
