Genetické vyšetření klinický přínos a výhledy do budoucna Prof. MUDr. Jakub Hort, Ph.D. Neurologická klinika UK, 2. LF a FN Motol Mezinárodní centrum klinického výzkumu Brno
Geny a ACH neovlivnitelné genetické rizikové faktory ACH - mutace zodpovědné za familierní ACH ovlivnitelné prostředím a životním stylem - genetické polymorfismy zvyšující riziko sporadické ACH
Autozomálně dominantní Autozomálně dominantní přenos (genetické markery) Early onset ACH Vzácné méně než 2% všech ACH (x FTLD 30-50%) Pozitivní RA neznamená autozomálně dominantní ACH Mutace v APP chromosom 21 Presenilin -1 (PSEN) chromosom 14 Presenilin -2 (PSEN2) chromosom 1 Je genetická a sporadická ACH opravdu to samé? Schipper 2011
Genetické polymorfismy Chovají se jako modifikátory Predisponují k rozvoji nebo časnější manifestaci ACH IL10 promoter ABCA1, ABCA2 GSTM3 GAPD ApoE BDNF TOMM 40
Epigenetika Chemické modifikace DNA Určují kdy a do jaké míry bude určitý gen aktivní Zapnuté x vypnuté Ovlivnitelných 70% genů ve vztahu ke zdraví a délce života Zdravotní stav náš i generací kterým gen předáváme
Epigenetika Modifikovatelné rizikové faktory - souvislost s ApoE a BDNF Hypertenze, hyperlipidemie, diabetes, sedavý styl života Výživa Kognitivní rezerva a duševní aktivita ve vyšším věku Endokrinologie, pohlavní hormony Úrazy hlavy Stres, anxieta, deprese Evidence robustní, ale existují i konfliktní data McGuinness et al., 2009, Shumaker et al. 2004, Peters et al. 2008, Patterson et al., 2007, Schipper 2011
Interakce ApoE + jiné geny Další geny zvyšují riziko ACH nezávisle i závisle na ApoE TOMM40 VL/S nebo VL/VL zhoršuje u ApoE3/E3 Down syndrom ApoE2 je protektivní, ApoE4 neutrální Všechny ztahy gen-gen a gen-pohlaví navíc interagují s vlivy prostředí a životního stylu a tvoří tak individuální riziko každého z nás Lai et al., 1999
The Amyloidové changing plaky role versus of women demence Sperling R et al. (2011) Alzheimers Dement 7, 280-282
Amyloid precursor protein - APP
Raber et al., 1998; Raber et al., 2000, Laczó et al., 2011, Corder et al., 1993; Saunders et al., 1993 Apolipoprotein E (ApoE) Plazmatický protein transport, skladování a metabolismus cholesterolu/lipidů, funkce mozku Gen pro ApoE (APOE) 3 varianty alel ε2, ε3 a ε4 ε2 (8%) a ε3 (78%) heterozygoti ε4 (14-16%) homozygoti ε4 (1%)
Polymorfismus ApoE Gen pro apolipoprotein E je lokalizován na 19 chromozomu Výskyt ve 3 alelách e2, e3, e4, které kódují odpovídající izoformy proteinu označované E2,E3, E4 Izoformy se liší složením aminokyselin na pozicích 112 a 158 Alela pozice 112 pozice 158 e3 - E3 Cystein Arginin e2 - E2 Cystein Cystein e4 - E4 Arginin Arginin
Genotyp ApoE4 a riziko ACH Riziko ACH - OR 2-3 (heterozygoti ε4) - OR 11-12 (homozygoti ε4) MCI zhoršení paměti a prostorové navigace ε4 spojeno i s rizikem srdečních chorob ε 2 chrání před ACH, spojován s dlouhověkostí Avšak 10-20% homozygotů ε2/ε2 má hyperlipoproteinémii III. typu riziko předčasné manifestace aterosklerózy Raber et al., 1998; Raber et al., 2000, Laczó et al., 2011, Corder et al., 1993; Saunders et al., 1993
ApoE genotyp a riziko ACH Roses (1998)
Další vliv ApoE genotypu Kognitivní schopnosti u nedementních seniorů Post-traumatická epilepsie Horší rekonvalescence po úrazech hlavy (boxeři) Kognitivní deficit po srdečním by-passu Kognitivní deficit po chemoterapii Relativní riziko a/nebo věk nástupu CJD, VaD, FTLD, LBD, schizofrenie, Huntington, Parkinson, důsledky sleep apnoe
Sheardová et al., in preparation Literatura vs. česká populace Czech Brain Aging Study - CBAS Praha od r. 2008-800 pacientů, z toho bylo jen 37 homozygotů ApoE4 (méně než 5%) Brno od r. 2012 400 pacientů, z toho 11 homozygotů ApoE4 (3%) V současnosti sledujeme cca celkem 24 pacientů, (ostatní zemřeli nebo se ztratili ze sledování) 16 z 31 dostupných MRI těžké cévní změny Fazekas 3
Sheardová et al., in preparation Literatura vs. česká populace CBAS - Brno norma SMC a MCI na MCI AN demence jiné dg. celkem E3/E3 7 103 52 33 18 11 2 113 E2/E2 0 E2/E3 1 22 12 5 1 1 4 23 E2/E4 1 3 4 E3/E4 3 47 30 13 3 1 52 E4/E4 7 1 3 2 1 11 nebyli vyšetřeni 2 1 1 4 celkem 11 182 99 55 24 13 7 391
Literatura vs. česká populace CBAS - ApoE4 u různého kognitivního postižení Alely SMC a MCI na MCI AN jiné dg. Výskyt APOE4 alely 30% 34% 29% 21% 10% ApoE4 heterozygot 26% 33% 23% 12% 5% ApoE E4/E4 4% 1% 6% 9% 5% Riziko ACH při APOE4 se liší dle regionů alela AN Meditarian/Asia 40% North America 58% North Europe 64% Sheardová et al., in preparation, Crean S, 2011, Wikipedia alela v populaci ApoE E2 7% ApoE E3 79% ApoE E4 14% ApoE4/E4 1%
Sheardová et al., in preparation Literatura vs. česká populace ACH zastoupení APOE 4 nižší než udává literatura Nejsou však normativní data pro českou populaci Jiné dg, které zřejmě nemají ACH zastoupení APOE4 obdobné jako se uvádí Skupina SMC zajímavá!!! Bez objektivního postižení Zastoupení APOE4 obdobné jako u ACH patologií
Rovio et al., 2005, Schipper 2011 ApoE a fyzická aktivita Ochrana před aterosklerosou a endoteliální dysfunkcí Zvýšená sekrece BDNF Zvýšená neuroplasticita a udržení kognitivní rezervy Menší obsah amyloidu v mozku Vazba na další sociální faktory CAIDE Finsko 1449 pacientů ochranný vliv cvičení větší u nosičů ApoE4
Celoživotní fyzická aktivita a amyloid Head D et al. (2012) Arch Neurol 69, 636-643
Pelia et al., 2002 ApoE a diabetes/prediabetes Diabetes Pre-diabetes (gluk tolerance, insulin rezistence) Populační studie 2574 Honolulu-Asia riziko ACH - diabetes (RR:1.8, 95% CI: 1.1-2,9) VaD (2.3, 1,1-5,0) - diabetes a ApoE4 (RR:5.5, 95% CI:2,2-13,7)
Biessels et al., 2006, Kopf a Folich, 2009, Janson et al., 2004, Yang a Song, 2013 ACH diabetes 3. typu? Zvýšené riziko ACH u diabetiků o 50-100% Zejména studie s podtypy demence a počínajícím diabetem ACH - větší výskyt diabetu a elevace glykemie (až 81%)
Proč ACH a diabetes? A proč nyní? Strava lovců a sběračů Současná doporučení Perlmutter D 2013
Perlmutter D 2013 Glykemický index 68 71 54 55 55
Cauley et al., 2001, Shumaker et al., 2004, 3- Fleisher et al., 2005, 4- Yaffe et al., 2000 ApoE a pohlavní hormony 1980 2000 optimismus Heart and Estrogen/Progestin Replacement Study (HERS), Women s Health Initiative memory study (WHIMS) - není doporučeno užívat Avšak ApoE4 ženy menší hipokampální volum x muži (3) Estrogeny snížily riziko ACH u žen nad 65 let o 41% ale pouze u ApoE4 negativních! (4)
ApoE a výživa Antioxidanty Ryby a omega -3 mastné kyseliny alkohol
ApoE a hyperlipidémie
Jordan et al., 1997 ApoE a úrazy hlavy 30 boxerů s 12 a více zápasy 16 x větší riziko kognitivního deficitu
ApoE4 a farmaka Donepezil a vit E u MCI Rosiglitazon Bapineuzumab Aducanumab
Sotio 12.5. 2015
Vakcinace Limity vývoje vakcín: - bezpečnost - účinnost - spolehlivá diagnostika
Srovnání aktivní a pasivní imunizace Strategie Výhody Nevýhody Aktivní imunoterapie s fragmenty Aβ42 Pasivní imunoterapie s monoklonálními protilátkami proti Aβ Vyhýbá se problémům v souvislosti s odpovědí T- lymfocytů Levnější Obchází nutnost imunitní odpovědi organismu Tvorba protilátek může být nízká Riziko APP crossreactivity (encephalitidy) Ireversibilní Vazogenní edém Microhemorrhages Potřeba opakovaných infusí Dražší
Vazogenní edém po bapineuzumabu Před léčbou 7 týden 13 týden 19 týden skupina: 1.0 mg/kg; ApoE4 pozitivní, (asymptomatický)
Cíl p<0,05
Kdo je E3/E3 nemá vyhráno
BDNF Brain Derived Neurotrophic Factor Gen na 11 chromozomu produkce proteinu BDNF Duální působení: 1) růstový faktor - nové neurony, přežití neuronů (hl. dopamin), pohyblivost neuroblastů, navádění axonů 2) kotransmiter a regulátor synaptické plasticity (zvířata) ACH snížená hladina BDNF v plasmě a mozku Expresi genu pro BDNF zapíná: pohyb, životní styl, příjem kalorií, ketogenní dieta, kurkumin, kyselina dokosahexanová
BDNF Častý polymorphism ibdnf (V66M) - spojený s různými kognitivními fenotypy Molekulární biologie BDNF velmi komplikovaná Existuje mnoho funkčních polymorfismů a mnoho způsobů jak ovlivňují strukturu a funkci mozku
BDNF V66M polymorfismus Ovlivňuje activity-dependent secretion of BDNF Ovlivňuje: Deklarativní paměť Osobnostní rysy a inteligenci Kognici a odpovídavost na léčbu u deprese Výskyt obsedantně-kompulzivních poruch Riziko ACH, schizofrenie, Parkinsonovy nemoci
Funkční BDNF polymorfismus V66M existuje mnoho neurogenetických studií zaměřených na paměť a objem hipokampu Mnoho dalších souvislostí (oproti jiným genům nedostatečně prostudováno)
BDNF struktura a splice varianty Pruunsild et al 2007
BDNF - epigenetika
BDNF a kalorie Aktivace při kalorické restrikci, doporučuje se minus 30% Vyšší hladina BDNF navíc snižuje chuť k jídlu Nanašli plasmatické změny BDNF, ale CNS nedělali
Stěhování za kaloriemi (a ACH)
BDNF a vyšší obsah triglyceridů
BDNF a fyzická aktivita Fyzická aktivita tlumí zánět, zvyšuje citlivost na INZ, zlepšuje regulaci glykemie, zvyšuje objem hipokampu, zvyšuje tvorbu BDNF Role laktátu?
BDNF a stres a deprese Literatura není konzistentní Publikace i proti
BDNF a meditace
BDNF a kurkumin a DHA Kurkumin antioxidační, protizánětlivé, antimykotické, antibakteriální, BDNF Epidemiologie méně demence ve společenstvích užívajících kurkumu DHA dokosahexaenová kyselina 2/3 suchého mozku tuk a z toho ¼ DHA Membrány neuronů, synaptická část Regulace zánětu Regulace exprese BDNF
BDNF a kurkumin a DHA Jak zvýšit hladinu DHA? CNS si v malé míře můře sám vytvářet z omega-3 tuku Potřebujeme 200-300 mg DHA denně, ale ve stravě je asi 25% Ryby, avokádo, mateřské mléko
BDNF a ApoE
Kolik to stojí? Oddělení klinické genetiky ApoE PCR metodika 1500-3000 Kč ( min. 700 Kč) TOMM40 700-1000 Kč (dlouhá, krátká) BDNF 1000-5000 Kč Preseniliny sekvenování (PCR based) 1 sekvenace 2000-3000 Kč není tam standardní mutace, screenují se vš. geny a hledají ty mutace 1 sekvenace 300-500 Kč C9orf72 zavedení metodiky 30 tis, pak 1 pac 1-5 tis Kč
EFNS guidelines 2010
závěr Autozomálně dominantní není synonymum pro pozitivní RA Rizikové faktory, vliv prostředí a životního stylu, epigenetika Fyzická aktivita, dieta, diabetes, hypertenze, meditace Důležité u ApoE4, vliv na expresi BDNF Rutinní vyšetření ApoE se zatím v primární prevenci nedoporučuje, to se nejspíše změní Sekundární prevence mají amyloid nebo klinické obtíže
Lékaři Psychologové Koordinátorka PhD studenti technik Mayo Clinic South Florida Karolinska instituten Kognitivní cenrum FN Motol Jakub Hort Jan Laczo Martin Vyhnálek Zuzana Nedělská Tomáš Nikolaj Hana Marková, Adéla Mazancová Vlaďka Fulínová Ivana Gažová Ivana Mokrišová Hana Marková Jiří Cerman Kamil Vlček Zahraničí Petr Telenský (translační výzkum) Ross Andel (metodika, statistika) Pavla Čermáková Poděkování spolupracovníkům ICRC Brno Lékaři Kateřina Sheardová - neurolog Daniel Hudeček - geriatr Olga Hromková psychiatr Psychometrici Marie Dobiášková Michaela Urbanová Lenka Koťátková Rafal Marciniak Koordinátorky Daria Hudspeth Monika Kurečková Studijní sestry Barbora Dvořáková Tamara Kotalová PhD student Rastislav Šumec