Úvod do biochemické genetiky

Transkript

1 Úvod do biochemické genetiky Viktor Kožich Ústav dědičných metabolických poruch 1.LF UK a VFN Praha

2 Osnova Biochemická genetika Základní charakteristika DMP a frekvence v populaci Příklad DMP- podrobná charakteristika PKU Genetický podklad DMP Základní patogenetické mechanismy Klinické projevy DMP a léčba

3

4 Biochemická genetika = DMP genetika biochemie klinická medicína

5 The JIMD will retain its focus on conditions affecting the biosynthesis or breakdown of substances within specific pathways, recognizable by specific biochemical tests.

6 KISS je akronym pro "Keep it simple, stupid"

7 Základní charakteristika DMP

8 Dědičné metabolické poruchy Vzácné nemoci (výskyt <1:2000) vzácné nemoci DMP Národní strategie pro vzácná onemocnění na léta (usnesení vlády ČR č. 466 ze dne ) DMP=cca 1/10 vzácných nemocí Cca nosologických jednotek (>1000 genů) Souhrnný výskyt nejméně 1:500 V obvodu každého praktického lékaře jsou nejméně 1-2 pacienti s DMP Cca 30% nemocí je léčitelných (100 nemocí dobře)

9 Dědičné metabolické poruchy obvykle AR, GR substrát obvykle enzym klinicky variabilní produkt

10 Klinický obraz DMP-orgány

11 Klinika DMP-(ne)specifita příznaků specifické nespecifické př. NH 3, kys.močová

12 Výskyt DMP novorozenecký screening (10-30 DMP) 1:800-1:4 000 selektivní screening (cca 800 nemocí) nejméně 1:500-1:1 000 frekvence asymptomatických heterozygotů pro DMP nejméně 1:15 populačně specifické DMP (Finsko, SR, Quebec, Aškenazská židovská populace)

13 Pacienti s prokázanou diagnózou 2012 (selektivní screening ÚDMP a KDDL VFN) 32 Lysosomální střádává onemocnění 53 Aminoacidopatie, organické acidurie Peroxisomální poruchy 15 Mitochondriální nemoci Poruchy glykosylace Ostatní Celkem 133 nově diagnostikovaných pacientů v roce 2012

14 Léčba DMP substrát produkt

15 Historie biochemické genetiky

16

17 Lancet, vol ii, 1902,

18 </< td>

19 1859 Boedeker- alkapton v moči 1891 alkapton=homogentisová kys.

20

21

22 Garrodův revoluční koncept Chemická individualita každého člověka je podmíněná geneticky Existují poruchy této individuality= dědičné metabolické nemoci (inborn errors of metabolism)

23 1908: 4 DMP 2015: cca 1000 DMP

24 Historie biochemické genetiky v ČR screening PKU vyhláškou MZ ČSR (Doc.Blehová, Prof.Hyánek, Ing.Mrskoš) rozvoj diagnostiky ostatních DMP-vůdčí osobnost Prof.Hyánek pracoviště v Praze, H.Králové, Brně, Olomouci, Ostravě rozšířený novorozenecký screening pro 10 DMP od incidence 1:4000 Stav 2015: selektivní screening ~ 100 pacientů/rok (incidence 1:1000)

25 Léčba a prevence DMP substrát produkt Léčba možná u cca 1/3 nemocí (dobře léčitelných nemocí cca 100) Efektivita a náklady variabilní Genetické poradenství obvykle možné

26 Klasická DMP: Fenylketonurie

27

28 PAH Fenylketonurie

29

30

31 Neléčená HPA/PKU u nás výskyt cca 1:8 000 mentální retardace poruchy chování epilepsie typický zápach-myšina světlá pigmentace, ekzémy variabilita biochemické a klinické tíže: mírná HPA, PKU maternální HPA poškozuje plod

32 Cíl léčby= snížení Phe k normě

33 Příjem Phe v běžné stravě mg/den Tolerance Phe k udržení hladin Phe <360 umol/l Děti cca mg Phe/d Dospělí mg Phe/d

34 Klasická dietní léčba PKU Prof.Horst Bickel Snížený přívod Phe v přirozené stravě (cca 1/5-1/3 normálního přívodu) Suplementace směsi AMK bez Phe Dodání Tyr

35

36 Roční náklady 200 tis Kč/pacient (v ČR 660 pacientů) Navýšení nákladů pro rodinu cca 3 tis Kč/měsíc 1,3g B/100 ml 60g B/100 g 10g B/125 ml 10g B/sáček 18,2g 32 mg Phe/100 g 2,1 mg Phe/3/4 hrnku 5,6 mg Phe/56 g

37

38 Dyfsunkce enzymu při nedostatku kofaktoru Těžké mutace PAH Lehké mutace PAH Deficit BH4 zátěžový test s BH4

39

40 Deficitní aktivita enzymu může být způsobena nedostatkem kofaktoru Geneticky podmíněný deficit BH4 (maligní HPA) 1-2% HPA nalezených screeningem Postižena funkce více hydroxylas (Phe, Tyr, Trp) Těžké postižení CNS i při dobré léčbě s nízkým přívodem Phe a nízkými hladinami Phe Nutná substituce prekursorů neurotransmiterů

41 Jen včasná léčba je účinná= důvod pro novorozenecký screening PKU

42 Diagnostická efektivita DMP 576,000 novorozenců (IX/2009-XII/2014) DMP Počet pacientů Incidence PKU/HPA 110 1:5 200 Deficit MCAD 29 1: Deficit LCHAD/MTP 10 1: Deficit VLCAD 4 1: Hydroxyprolinemie 3 1: Leucinosa 3 1: IVA 3 1: GA I 3 1: Deficit CPT I 2 1: Celkem 167 1:3 460

43 Maternální HPA Fetoplacentární kvocient cca 2 I mírná HPA vede k vysokým hladinám Phe u plodu Neléčená mhpa/pku: VVV, mikrocefalie, srdeční vady, PMR Velmi přísná dieta u matky v rámci plánovaného rodičovství) Koncept: interakce matka x plod

44 Genetický podklad DMP

45

46 Geny a lidské nemoci Člověk má cca genů Je známo cca nemocí s genetickou složkou Gen zodpovědný za nemoc nalezen u nemocí

47 Význam mutací v evoluci Zdroj variability (i když méně významný než meiotická rekombinace a kombinace gamet) Přínosné mutace vznikají vzácně a jsou již obsaženy v genomu Genetické nemoci jsou špičkou ledovce variability genomu

48 Autosomálně recesivní dědičnost DMP Typická pro většinu DMP Pomýšlí se na ní při postižení více sourozenců nebo příbuzenském sňatku RA obvykle nepřispěje k diagose Detekce heterozygotů obtížná na úrovni metabolitů či enzymů

49 X-vázaná dědičnost DMP Méně častý typ dědičnosti u DMP (OTC, Fabry, MPS II..) Typické postižení hemizygotů Cave: heterozygotky mohou být symptomatické při inaktivaci zdravého X- chromosomu (např. 30% nosiček pro mutace v genu OTC je symptomatických, nosičky pro Fabryho nemoc jsou často symptomatické s pozdním a mírným průběhem nemoci) Poradenské dopady

50 Maternální dědičnost Přenos mtdna téměř výhradně v cytoplasmě vajíčka Náhodné rozdělení mutantní a normální mtdna (heteroplasmie) Variabilita klinické tíže u potomků Různý časový nástup, různé orgány Prenatální ani preimplantační diagnostika není možná

51 Genotyp vs.fenotyp Monogenní onemocnění jsou víceméně myšlenkový konstrukt Většina znaků má oligogenní dědičnost (modifikují genetické faktory) Efekty jako X-inaktivace, imprinting, epigenetické změny Kontinuum fenotypů dle lokalizace a efektu mutací

52 Genetika vs. prostředí klinická manifestace prostředí geny preklinický test genetický test úraz PKU nádor vyšetřovaný zdravý

53 Interakce genotyp X prostředí (dieta) Irene diagnostikovaná 3 dny po porodu Irenina sestra diagnostikovaná pozdě (konec 1.roku života, křeče, PMR) Dcera Irene po úspěšně léčené mhpa

54 Patofysiologické mechanismy DMP

55 Patofyziologie metabolitů u DMP substrát <1500 Da vedl.produkt >1500 Da produkt 1 2 3

56 1000 DMP v kostce-příklady Malá molekula Komplexní molekula Hromadění substrátu Chybění produktu Aminoacidopatie Hyperamonemie Org.acidurie Glykogenosy Poruchy BOX MK Mitochondriální nemoci Lysosomální nemoci CDG syndromy Generalisované peroxisomální nemoci

57 Hromadění substrátů prekursor substrát vedl.produkt Příklady: amoniak a organické acidurie homocystein cystin u cystinurie mukopolysacharidy

58 Akutní nemoc novorozence s bezvědomím/ataky poruch vědomí v dospělosti

59 Abnormální zápach- isovalerová acidurie

60 Chronické onemocnění s TEN a myopií

61 Urolithiasa

62 Multisystémové onemocnění pojiva

63 Chybění produktu Příklady: glukosa u GSD ketolátky u poruch beta.oxidace MK glykoproteiny u CDG nebo galaktosemie cystein u homocystinurie ATP u mitochondriálních nemocí produkt

64 Intolerance hladovění- GSDI

65 Hypoglykémie při hladovění-deficit MCAD

66 Poruchy glykosylace proteinů Deficit fosfomanomutasy 2 Dědičné mnohočetné exostosy

67 Patofyziologie DMP substrát <1500 Da vedl.produkt >1500 Da produkt 1 2 3

68 DMP-skupiny dle patofyziologie DMP intoxikačního typu (nízkomolekulární látky) Poruchy energetického metabolismu DMP s komplexními molekulami (vysokomolekulární látky) akutní i chronický průběh symptomy trvalé, progresivní

69 Pathway related pathophysiology and therapy (cystinosis) PQLC2 Slide courtesy Prof.F.Emma, Rome Gahl et al, NEJM 2002

70 Distant pathophysiological consequences (cystinosis) Slide courtesy Prof.F.Emma, Rome

71 Klinické projevy DMP

72 Klinický obraz DMP-věk

73 Klinické projevy DMP

74 Signály možnosti DMP Rodinná anamnesa: konsanguinita, podobný průběh nemoci u příbuzných, neobjasněné úmrtí příbuzných Onemocnění považované původně za běžné neodpovídá na standardní léčbu Multisystémové onemocnění Průběh nemoci ovlivněný zevními faktory/potravou katabolismus hladovění příjem proteinů nebo cukrů (galaktosa, fruktosa) Nevysvětlitelné laboratorní odchylky při běžných vyšetřeních Podklad y- Dr.D.Behulová

75 Potrava a DMP (malé molekuly) (sub) akutní toxicita mléko (laktosa)-hepatopathie sacharosa/fruktosa/sorbitol- hepatopathie a hypoglykemie bílkovinná strava- zvracení, letargie, koma (poruchy cyklu močoviny, organické acidurie) MCT oleje- porucha srdečního rytmu (poruchy beta-oxidace MK) Hladovění a DMP ketotická hypoglykemie u glykogenos hypoglykemie se sníženou tvorbou ketolátek (poruchy betaoxidace MK) metabolické koma (MAc nebo hypermamonemie) při katabolismu/hladovění

76 Abnormální zápach a barva moči zápach (malé těkavé molekuly): zbarvení zpocené nohy-isovalerát karamel/javorový sirup-oxokyseliny vařené zelí-methionin oxid rybina-trimethylamin černý rybíz- některé organické kyseliny myšina-fenylacetát červenooranžové-uráty černohnědé při oxidaci-homogentisát modré-indoxalové deriváty zelené-4-oh-butyrát

77 Běžné laboratorní nálezy u DMP Krev glykemie cholesterol TG kys.močová MAc hyperamonemie, RAlk ALT,AST CK anemie/pancytopenie Moč ketolátky kys.močová krystalurie myoglobinurie

78 1000 DMP v kostce Hromadění substrátu Chybění produktu Malá molekula TOXICIT Aminoacidopatie Hyperamonemie Org.acidurie A Glykogenosy Poruchy BOX MK Mitochondriální nemoci ČI SVALOVÉ INTOLERANC E HLADOVĚNÍ PRÁCE Komplexní molekula STŘÁDAVÁ ONEMOCNĚN Í Lysosomální nemoci CDG syndromy Generalisované peroxisomální VÝVOJE nemoci PORUCHY ORGÁNŮ

79 in almost all things, that what they contain of useful or applicable is hardly perceived unless we are deprived of them, or they become deranged in some way... William Harvey,