GENETIKA ČI ZEVNÍ PROSTŘEDÍ? 1
Normal arterial wall Tunica adventitia Tunica media Tunica intima Endothelium Subendothelial connective tissue Internal elastic membrane Smooth muscle cells Elastic/collagen fibres External elastic membrane 2
Development of atherosclerotic plaques Fatty streak Normal Lipid rich plaque Foam cells Fibrous cap Complex plaque Lipid core Thrombus 3
Relationship of serum cholesterol to mortality (Seven Countries Study) 35 Death rate from CHD/1000 men 30 25 Northern Europe United States 20 15 10 Southern Europe, inland Serbia Southern Europe, Mediterranean 5 Japan 0 2.60 3.25 3.90 4.50 5.15 5.80 6.45 7.10 7.75 8.40 9.05 Serum total cholesterol (mmol/l) (Adapted from Verschuren et al, 1995) 4
Mechanizmy vzniku obezity 5
ZÁKLADY GENETICKÉ TERMINOLOGIE 1,řetezec: Molekula DNA-genetický kód(pořadí nukleotidů=pořadí AK v molekule bílkovin, jeden polypeptid=gen. 2,Chromozóm obsahuje DNA 3,5x10 9 párů bází (purínové a pyrimidinové nukleotidy) 6
DNA - RNA DNA přenáší gen.informaci na molekulu RNA-ribozómy-syntéza bílkovin. Gen-hereditární faktor s působením zevního prostředí. Alely aletenativní formy genu normální či abnormální. Identické od rodičů = homozygot, odlišné=heterozygot. 7
HLAVNÍ GENETICKÉ ONEMOCNĚNÍ MONOGENOVÉ PORUCHY-autosomálně dominantní nebo recesivní s vazbou na pohlaví CHROMOZOMÁLNÍ ABNORMALITY změna počtu chromozomů MULTIFAKTORIÁLNÍ CHOROBY kombinace mnohočetných faktorů 8
Způsob genetického přenosu dědičných metabolických poruch 1 Autosomálně dominantní dědičnost - projevy fenotypické již u heterozygota - (Familiární hypercholesterolémie, f.hypoalfalipoproteinémie, hypobetalipoproteinémie, atd) 9
Způsob genetického přenosu dědičných metabolických poruch 2 AUTOSOMÁLNĚ RECESÍVNÍ TYP DĚDIČNOSTI Projev jen u homozygotů s mutací obou alel-fenotypicky jsou zdraví!! Familiární deficit ApoA-I s plantární xantomatózou, ApoA-I varianty, porucha syntézy ApoC, atd. 10
Způsob genetického přenosu dědičných metabolických poruch 3 ABNORMÁLNÍ DOMINANTNÍ GEN na chromosomu X Muži x ženy=1:2 Muži vážněji postiženi Dcery postižené-dcery zdravé 11
Způsob genetického přenosu dědičných metabolických poruch 4 Gonosomálně recesivní dědičnost Abnormální gen na chromosomu X- manifestace výhradně u mužů, ženy konduktorky 12
Způsob genetického přenosu dědičných metabolických poruch 5 MULTIFAKTORIÁLNÍ DĚDIČNOST Polygenní vnímavost jedince a zevní prostředí Není zákonů Mendla Deficit ApoE, polygenní hypercholesterolémie, atd. 13
Geny nebo zevní prostředí- interakce. Ottma R.: Epidemiologic approach to gene- environment interaction. Genet. Epidemiol. 1990, 7, 177-185 Model vztahu mezi genetickými faktory a rizikovými noxami zevního prostředí při vzniku nemoci. Polygenní efekt nebo dominantní determinace, recesivní účinek nebo X majoritní lokus. 14
Z hlediska genetické determinace anatomických poměrů rozlišujeme čtyři druhy fenotypů obezity : Typ I: zvýšení hmotnosti těla nebo tukové tkáně Typ II: zvýšení subkutáního tělovéhoabdominálního tuku - androidní typ Typ III : zvýšení abdominálníhoviscerálního tuku Typ IV: Zvýšení gluteálně - femorálního typu -gynoidní ( Bouchard C. : The Genetics of Obezity. Boca Raton, FL.: CRC Press, 1994, 1-15.) 15
% tuku trupu tělový abdominální tuk viscerální tuk 16
Bouchar C.: Genetic of body fat, energy expenditure and adipose tissue metabolism. IN. BERRY E.M., Blondheim S.H., Eliahou H.E., Shafrir E.,eds., Recent Advances in Obesity Research. London, John Libbery, 1987, 16-25. Vztah obezity ke genetice 1,Neplatí jednoduché zákony Mendla- změny genetické odpovědi vlivem změny životního stylu a prostředí, vliv věku, pohlaví. 2,Není homogenních změn jednoho genu nebo jednotlivých sekvencí genů - záleží na distribuci jednotlivých částí, lokality. 3,Metody měření obezity - od jednoduchých až po složité metabolické aspekty-jednotlivé genetické podmíněnosti. Nejdůležitější vazba je na pohlaví a věku. 17
Praktické možnosti genetických studií STUDIE DVOJČAT Sledování monozygotních (MZ) dvojčat a dizigotních dvojčat(dz). Vyhodnocuje se environmetal efect ( C 2 ). A MZ dominantní odchylka CV 2 PZ, - nedoplňující genetický efekt. K analýze slouží množství profesních programů, jako je LISREL, atd. STUDIE ADOPTOVANÝCH DĚTÍ Srovnávání biologických rodičů a adoptivních a vymezení podílu prostředí. LONGITUDINÁLNÍ STUDIE 18
Geny nebo zevní prostředí- interakce. Ottma R.: Epidemiologic approach to gene- environment interaction. Genet. Epidemiol. 1990, 7, 177-185 Model vztahu mezi genetickými faktory a rizikovými noxami zevního prostředí při vzniku nemoci. Polygenní efekt nebo dominantní determinace, recesivní účinek nebo X majoritní lokus. 19
. GENOTYP A RIZIKOVÝ FAKTOR ONEMOCNĚNÍ 20
. GENOTYP B RIZIKOVÝ FAKTOR ONEMOCNĚNÍ 21
. GENOTYP C RIZIKOVÝ FAKTOR ONEMOCNĚNÍ 22
. GENOTYP D RIZIKOVÝ FAKTOR ONEMOCNĚNÍ 23
. GENOTYP E RIZIKOVÝ FAKTOR ONEMOCNĚNÍ 24
Příklad pro praxi Detekce polymorfizmu apolipoproteinu E, který má vliv na celkovou hladinu cholesterolu v různých populačních skupinách s různým systémem stravování. 25
1,Mendlovy principy vzniku nemocí 2,Jednoduché genové modely na hlodavcích 3,QTL a výživové experimenty 4,Transgenetické a knockout modely 5,Associační studie 6,Vazebné studie 26
Friedman J.M. a kol.:molecular mapping of obesity genes. Mamm. Genom. 1991, 1, 130-144 Mutace jednoduchých genů: -diabetes db -tuk fat -obezity ob -korpulentnosti tubby -nadváhy ad -žlutých myší 27
Fenotyp asocijující s metabolickými abnormalitami jako je IRI, hyperisulinemie,atd 1, DM 2.typu, hyperglykémie 2, Hypertenze 3,Hyperlipoproteinémie Mutace jsou lokalizovány na homologní části lidského genomu 28
Lokus Genový produkt Přenos Myších. Lidský ch. Myš: -diabetes ( db) Leptinový receptor (OB-R) Rec. 4 1p35-31 -tuk (fat) Carboxypeptidasa E (CPE) Rec. 8 4p21 -obezity (ob) Leptin Rec. 6 7q 31.3 -korpulentnosti ( tubby) Byl klonován, ale neidentif. Rec. 7 11p15.1 -žlutých myší (Ay) Signalizující protein (ASP) Dominantní 2 20q11.2 Krysy: -tučné (fa) Leptin receptor (OB-R) Rec. 5 1p35-31 29
16 markrů je lokalizováno na chromozómu 20 v homologním regionu pro žlutou mutaci myší (20q12-13.11) se vztahem k : - BMI - procentu tuku těla - výskytu u 45% obézních rodin 30
Fisler a kol. : BSB: a new mouse model of multigenic obesity. Obes.Res. 1993. 1, 271-280 Multigenetickou podmíněnost: První lokus Mob - l na BSB chromozómu má 7 determinací (LOD score of 4.2). Druhý lokus je na chromozómu 6, má vliv na subkutání tuk(lod=4.8). Třetí lokus (Mob-3) je na chromozómu 12 ve vztahu k chromozómu 15 (Mob - 4, který určuje mezenterický tuk(lod=3.4) Jsou sledovány i další chromozómy. 31
Kvantitativní zvláštnosti lokusu (QTL) mající podíl na fenotypu tělového ukládání tuku: Myší křížení lokus LOS score Efekt na obezitu chromozom myší lidská lokalizace AKR/J Do l 4,5 Neplatný 4 1p36-32 X Do 2 4,8 7% obezity 9 3p21 47% obezity mezenetria SWR/J Do 3 3,9 4%nadváhy 15 5p14-12 C57BL/6J Mob-l 4,2 7%tuku 7 10q21-26 X Mob-2 4,8 7%femorálního tuku 6 11p14-ter Mus Speretus Mob-3 4,8 7% tuku 12 16p13-11 Mob-4 3,4 6%tuku mezenteria 15 7q22-36 14q13-32 5q11-13 NZB/B1NJ D2Mit22 36% tuku 2 20p11.2- X D2Mit28 q13,2 32
Asociace BMI a fenotypu tělového tuku: Gen lokalizace No. Of cases Phenotype p-value Ref. HSD3B1 1p13.1 132 12leté změny 0,04 Vohl1994 ATP1A2 1q21-23 122 %tuku 0,05 Dériaz 1994 Apo B 2p24-23 132 BMI 0,005 Rajput-Willians 1988 ACP1 2p25 75 BMI u dětí 0,02 Lucarini 1990 Apo D 3q26-ter 114 BMI 0,006 Vijayaraghavan 1994 UPC 4q28-31 123 12leté nabírání 0,05 Oppert 1994 TNF alfa 6p21.3 304 BMI 0,01 Norman 1995 LPL 8p22 24 nabírání 0,05 Buchard1994 DRD2 11q23.1 392 relativní váha 0,002 Comings 1993 LDLR 19p13 84 BMI a HN 0,004 Zee1992 Vysvětlivky: HSD3B1=3beta-hydroxysteroid-dehydogenáza, ATP1A2=alfa 2 subjednotka sodiko-draslíkové adenosin-trifosfatázy, Apo B =alipoprotein B, ACP1=kyseliny fosforečné, Apo D=alipoprotein D, UCP=uncoupling protein, TNF alfa= tumor necrosis factor alfa, LPL=lipoproteinová lipáza, DRD2=dopaminový receptor D2, LDLR=low-density lipoproteinový receptor. 33
34
ETIOLOGIE OBEZITY I.Genetické faktory 50-70% ovlivňují obezitu genetické faktory a,polygenní efekt - vysoké riziko, ale nejsou nutné k vzniku obezity b,hlavní efekt- přes 2O genů, které vedou k náchylnosti vzniku obezity. Nejčastěji je citovaná porucha genu Beta - 3 adrenergního receptoru-tryptofan za arginin a tím snížení energetického výdeje 35
GENY SPOJENÉ S OBEZITOU Geny určující množství tuku -Apolipoprotein B (48,100) A D -TNF alfa -Beta 3 adrenergní receptor -Uncoupling protein (Bcll locus) Hainer 1997 36
GENY SPOJENÉ S OBEZITOU Geny určující distribuci tuku Insulin - lokus 5 Apolipoprotein B 100 Adrenergní receptory -alfa 2 -beta 2 -beta 3 37 Hainer 1997
Pro praxi 1: Genotyp předurčuje množství a lokalitu - tukové tkáně - množství a druh svalových vláken - kostní hmotu. Ve studiích nestačí hodnocení jen výšky a hmotnosti, ale je nutno použít obvodových měr, biochemických parametrů nebo dokonce CT, denzitometrii, atd. 38
Závěry pro praxi 2: 1,Obezita je z hlediska genetiky chápána jako výsledek párování recesívních genů (např. fa/fa). 2,V roce 1994 vědci z New York s Rockefeller University identifikovali gen otylosti. 3, Pozorně byl studován gen kódující lipoproteinovou lipázu. LPL je odpovědna za znovunabytí hmotnosti. Především hraje důležitou roli v produkci lipoproteinů nízké hustoty. 39
Z Á V Ě R pro praxi 3 Hodnocení klidového energetického výdeje je jedna z validních metod detekce energetické bilance organizmu a tím dodržování dietních režimů a praktických možností odpovědi organizmu na změnu nutrice. 40
Structure of lipoproteins Free cholesterol Phospholipid Triglyceride Apolipoprotein Cholesteryl ester 41
Exogenous pathway of lipid metabolism Intestine Dietary TGs and cholesterol Chylomicron LPL Liver Skeletal Muscle TGs TGs LPL Chylomicron remnant Remnant receptor Adipose Tissue 42
Endogenous pathway of lipid metabolism LPL Lipoprotein lipase Modification Macrophage LDL receptor Hepatic lipase Liver LDL Hepatic lipase IDL Small VLDL LPL LPL Large VLDL Adipose tissue 43
Reverse cholesterol transport Cell Membrane Liver FC HDL CE LCAT HDL CE CETP TG LDL receptor Free cholesterol (FC) TG Triglycerides VLDL, IDL, LDL CE Cholesterol esters LCAT Lecithin cholesterol acyltransferase CETP Cholesteryl ester transfer protein Peripheral tissues 44
Vybrané aspekty hodnocení energetiky organizmu Prof. MUDr. Martiník K. DrSc. Metabolické pracoviště PK II Univerzita Hradec Králové 45
- individuální model energetické přeměny - energetický příjem - energetický výdej - energetika těla, orgánů, bb.energetika 46
TEORETICKý POHLED Klinicko-fyziologické vyšetření a hodnocení nutričního stavu: ANTROPOMETRIE BIOCHEMICKÉ SLEDOVÁNÍ FYZIOLOGICKÁ HODNOCENÍ DETEKCE TĚLESNÉHO SLOŽENÍ 47
Určení adipozitivity dle Garrowa a, stadium I BMI 25-30kg/m2 - lehká otylost b,stadium II BMI 30-40kg/m2 - výrazná otylost c,stadium III nad 40kg/m2 - morbidní otylost 48
METODY VÝZKUMNÉ I Jen omezená možnost využití v laboratoři s velkými náklady Isotopová diluční metoda Neutronová aktivační analýza Nukleární magnetická rezonance Z laboratoře do praxe se zavádí BIOELEKTRICKÁ IMPEDANCE 49
METODY VÝZKUMNÉ II biochemická laboratoř sérový albumin transferin reaktanty akutní fáze - orsomukoid a C reaktivní protein viscerální proteiny - albumin a prealbumin 50
HODNOCENÍ TĚLESNÉHO SLOŽENÍ Hmotnostní indexy a ukazatele -BMI, OTH Statická zásoba energie- řasy a obvody s korekcí na věk Hodnocení statické zásoby bílkovin -kreatinin v krvi, vyloučený v moči. 1gkrea za 24h ukazuje na množství svalové tkáně-tj.17-20kg svaloviny. INDEX K/výška Dusíková bilance Hodnocení stavu cirkulujících bílkovin - mimo jmenované albumin, transferin, C reaktivní protein jsou důležité RBP-retinol-binding protein, TBPAthyroxin-binding prealbumin 51
HODNOCENÍ ENERGETIKY BUŇKY - klíčové márky energetiky tělesné tekutiny - karnitin- celkový, volný, acetylkarnitinový komplex, betahydroxybutyrát, acetylacetát, celkové VMK a jejich zastoupení -laktát a pyruvát je hodnocení s glukoneogenézy -močové organické kyseliny ukazují na účinnost pyruvatého metabolismu, K.C., metabolismus AK, oxidaci tuků -enzymatické testy - dehydrogenázový pyruvátový komlex 52
Výpočet a měření energetických potřeb 1, Přímá energometrie- výzkum 2, Nepřímá energometrie - RQ a NRQ 53
54
55
56
57
58
59
60
61
ZÁVĚR Dostupnost vyšetření a individuální přístup vyšetřovaných osob : Nepřímá energometrie dostupná, neinvasivní, nezatěžující s možnosti sledování v modelu Biochemické markry rozhodující, ale nepřijímané! Různá validita informace. 62
63
Děkuji za pozornost! Poděkování za promítání! 64