Genetika člověka / GCPSB. Radim Vrzal

Podobné dokumenty
Genetika člověka GCPSB

Bp1252 Biochemie. #11 Biochemie svalů

Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta

Rozdělení svalových tkání: kosterní svalovina (příčně pruhované svaly) hladká svalovina srdeční svalovina (myokard)

Potřebné genetické testy pro výzkum a jejich dostupnost, spolupráce s neurology Taťána Maříková. Parent projekt. Praha

NEUROGENETICKÁ DIAGNOSTIKA NERVOSVALOVÝCH ONEMOCNĚNÍ

Biochemie svalu. Uspořádání kosterního svalu. Stavba kosterního svalu. Příčně pruhované svalstvo Hladké svalstvo Srdeční sval.

Genetika kardiomyopatií. Pavol Tomašov Kardiologická klinika 2. LF UK a FN v Motole, Praha

Svalová tkáň, kontraktilní aparát, mechanismus kontrakce

Pohybová soustava - svalová soustava

Svaly. MUDr. Tomáš Boráň. Ústav histologie a embryologie 3.LF

Molekulární diagnostika pletencové svalové dystrofie typu 2A

GENETIKA. Dědičnost a pohlaví

IMUNOGENETIKA I. Imunologie. nauka o obraných schopnostech organismu. imunitní systém heterogenní populace buněk lymfatické tkáně lymfatické orgány

II. SVALOVÁ TKÁŇ PŘÍČNĚ PRUHOVANÁ (ŽÍHANÁ) = svalovina kosterní

Kosterní svalstvo tlustých a tenkých filament

Přeměna chemické energie v mechanickou

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Základy genetiky - geneticky podmíněné nemoci

Fyziologie pro trenéry. MUDr. Jana Picmausová

Mgr. Šárka Vopěnková Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou VY_32_INOVACE_01_3_08_BI1 SVALOVÁ SOUSTAVA

Fyziologie svalové činnosti. MUDr. Jiří Vrána

Nejmenší jednotka živého organismu schopná samostatné existence. Výměnu látek Růst Pohyb Rozmnožování Dědičnost

GENETIKA A MOLEKULÁRNĚ GENETICKÁ DIAGNOSTIKA DUCHENNEOVY MUSKULÁRNÍ DYSTROFIE

Fyziologie srdce I. (excitace, vedení, kontrakce ) Milan Chovanec Ústav fyziologie 2.LF UK

Svalová tkáň Svalová soustava


AUG STOP AAAA S S. eukaryontní gen v genomové DNA. promotor exon 1 exon 2 exon 3 exon 4. kódující oblast. introny

Patologie perikardu, myokardu a endokardu. I. histologické praktikum 3. ročník všeobecného směru

cílem mnoha terapií je dostatečně zvýšit hladinu dystrofinu a změnit DMD fenotyp na BMD

Svalová tkáň Svalová soustava

Tomáš Kuˇ. cera. Ústav lékaˇrské chemie a klinické biochemie 2. lékaˇrská fakulta, Univerzita Karlova v Praze.

rodokmeny vazby mezi členy rodiny + popis pro konkrétní sledovaný znak využití Mendelových zákonů v lékařství genetické konzultace o možném výskytu

Buňky, tkáně, orgány, soustavy

RIGORÓZNÍ OTÁZKY - BIOLOGIE ČLOVĚKA

Molekulární základy dědičnosti. Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA

pracovní list studenta

KONGENITÁLNÍ SVALOVÉ DYSTROFIE

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Struktura a funkce biomakromolekul

NEMEMBRÁNOVÉ ORGANELY. Ribosomy Centrioly (jadérko) Cytoskelet: aktinová filamenta (mikrofilamenta) intermediární filamenta mikrotubuly

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Typy svalové tkáně: Hladké svalstvo není ovladatelné vůlí!

ZÁKLADY FUNKČNÍ ANATOMIE

Svaly. Svaly. Svalovina. Rozdělení svalů. Kosterní svalovina

BIOLOGIE ČLOVĚKA BUŇKA TKÁŇ ORGÁN

Exprese genetické informace

Patofyziologie srdce. 1. Funkce kardiomyocytu. Kontraktilní systém

Výstupový test (step-test), Letunovova zkouška. - testy fyzické zdatnosti a reakce oběhového systému na zátěž

DMPK (ZNF9) V DIFERENCOVANÝCH. Z, Kroupová I, Falk M* M

Příloha 1, Otázky na kontroly

Fyziologie svalů. Typy svalů: - svaly kosterní (příčně pruhované), - srdeční (modifikovaný kosterní), - hladké svaly.

2. Z následujících tvrzení, týkajících se prokaryotické buňky, vyberte správné:

(VIII.) Časová a prostorová sumace u kosterního svalu. Fyziologický ústav LF MU, 2016 Jana Svačinová

Sval. Svalová tkáň. Svalová tkáň. Tvary svalů. Druhy svalů dle funkce. Inervace tkáně. aktivní součást pohybového aparátu vysoce diferencovaná tkáň

Živá soustava, hierarchie ž.s.

Farmakogenetika. Farmakogenetika

B9, 2015/2016, I. Literák, V. Oravcová CYTOSKELETÁLNÍ PRINCIP BUŇKY

PREZENTACE ANTIGENU A REGULACE NA ÚROVNI Th (A DALŠÍCH) LYMFOCYTŮ PREZENTACE ANTIGENU

"Učení nás bude více bavit aneb moderní výuka oboru lesnictví prostřednictvím ICT ". Molekulární základy genetiky

Popis anatomie srdce: (skot, člověk) Srdeční cyklus. Proudění krve, činnost chlopní. Demonstrace srdce skotu

Svalová tkáň. Petr Vaňhara, PhD. Ústav histologie a embryologie LF MU.

Bunka a bunecné interakce v patogeneze tkánového poškození

Rozvoj vzdělávání žáků karvinských základních škol v oblasti cizích jazyků Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.07/

Výskyt MHC molekul. RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. ajor istocompatibility omplex. Funkce MHC glykoproteinů

Duchenneova/Beckerova svalová dystrofie a Parent Project

SVALOVÁ TKÁŇ. Ústav histologie a embryologie

Exprese genetického kódu Centrální dogma molekulární biologie DNA RNA proteinu transkripce DNA mrna translace proteosyntéza

Základní pojmy obecné genetiky, kvalitativní a kvantitativní znaky, vztahy mezi geny

POHYBOVÉ ÚSTROJÍ svalových vláken + řídká vaziva = snopečky + snopečky = snopce + snopce = sval 18.

základem veškerého aktivního pohybu v živočišnéříši je interakce proteinových vláken CYTOSKELETU

Univerzita Karlova v Praze - 1. lékařská fakulta. Buňka. Ústav pro histologii a embryologii

Těsně před infarktem. Jak předpovědět infarkt pomocí informatických metod. Jan Kalina, Marie Tomečková

Oběhová soustava - cirkulace krve v uzavřeném oběhu cév - pohyb krve zajišťuje srdce

Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

7. Regulace genové exprese, diferenciace buněk a epigenetika

Dilatační (městnavá) kardiomyopatie z pohledu patologa

Fyziologie svalů. Typy svalů: - svaly kosterní (příčně pruhované), - srdeční (modifikovaný kosterní), - hladké svaly.

Genetická kontrola prenatáln. lního vývoje

Ivana FELLNEROVÁ PřF UP Olomouc

Bakteriální transpozony

Biochemie svalové činnosti. Kardiomyocyty. Zdroj a eliminace Ca 2+ v sarkoplazmě srdečního svalu

Deoxyribonukleová kyselina (DNA)

Buňky, tkáně, orgány, orgánové soustavy. Petr Vaňhara Ústav histologie a embryologie LF MU

Sylabus témat ke zkoušce z lékařské biologie a genetiky. Struktura, reprodukce a rekombinace virů (DNA viry, RNA viry), význam v medicíně

Opěrná a pohybová soustava

EPITELOVÁ TKÁŇ. šita. guru. sthira. ušna. mridu višada. drva. laghu. čala. Epitelová tkáň potní žlázy. Vše co cítíme na rukou, je epitelová tkáň

Stavba dřeva. Základy cytologie. přednáška

Obecný metabolismus.

Civilizační choroby. Jaroslav Havlín

AMPK AMP) Tomáš Kuc era. Ústav lékar ské chemie a klinické biochemie 2. lékar ská fakulta, Univerzita Karlova v Praze

Mgr. Šárka Vopěnková Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou VY_32_INOVACE_02_3_20_BI2 HORMONÁLNÍ SOUSTAVA

Molekulárn. rní. biologie Struktura DNA a RNA

Regulace metabolizmu lipidů

Prokaryota x Eukaryota. Vibrio cholerae

th Colours of Sepsis

P1 AA BB CC DD ee ff gg hh x P2 aa bb cc dd EE FF GG HH Aa Bb Cc Dd Ee Ff Gg Hh

PORUCHY SVALOVÉHO NAPĚTÍ

běh zpomalit stárnutí? Dokáže pravidelný ZDRAVÍ

CZ.1.07/1.5.00/ Člověk a příroda

Lze HCM vyléčit? Jak dlouho žije kočka s HCM? Je možné předejít hypertrofické kardiomyopatii?

Transkript:

Genetika člověka / GCPSB Radim Vrzal

Genetika svalových poruch

Molekulární genetika svalových poruch cca 650 svalů - pohyb - postoj - stání na nohou - podpora vnitřních orgánů - produkce tepla - uzavíraní/otevírání chlopní a jiných vstupů/výstupů

3 typy svalové tkáně Hladká lemuje vnitřní orgány, reflexní - kontrakce - ovládáno nervovými pulsy Kosterní zajišťuje pohyb, vůlí řiditelný Srdeční jen srdce, pumpuje krev, reflexní

Struktura kosterního svalu - svalové vlákno = shluk svalových buněk Svalová buňka je mnohojaderná. Membrána Cytoplasma Mitochondrie = sarkolema = sarkoplasma = sarkosomy - svalové buňky - délka až 20 cm, průměr 10-100 mm - uvnitř svalové buňky dlouhé proteinové molekuly (myofibrily)

Struktura kosterního svalu Myofibrily se skládají z myofilament (proteinových řetězců) po histologickém barvení - světlé a tmavé proužky = tlustá a tenká myofilamenta Rozdělení svalu na proužky - A (anizotropní) - I (izotropní) Žíhaný / Příčně pruhovaný vzhled

Struktura kosterního svalu Základní jednotka myofibrily - sarkomera - ohraničena Z-linií (diskem) ukotvení tenkých (aktinových) filament - paralelně tlustá (myosinová) filamenta spojena M-zónou - proužky A zónu H místo, kde se myofilamenta nepřekrývají

Tlustá filamenta se skládají z velkého počtu svázaných myosinových molekul seřazených v překrývajících se polích. Struktura kosterního svalu Myosinové filamentum Myosin hexamer, 2 identické těžké řetězce, 2 páry lehkých řetězců RLC ELC

Struktura kosterního svalu Tenké filamentum (F-actin) dvoušroubovice vláknitého F-aktinu tvořeného kulovitými monomery (G-aktin) - Tropomyosin vláknitý protein - Troponin 3 podjednotky - vazba Ca 2+ - vazba troponinu a tropomyosinu - zabraňuje interakci myosinu s aktinem v klidu

Molekulární podstata kontrakce 1) Nervový signál vede ke zvýšení koncentrace Ca 2+ 2) Ca 2+ se váže na troponin konformační změny hlubší zasunutí tropomyosinu do štěrbiny mezi vlákny aktinu 3) Zpřístupnění hlav myosinu na aktinová vazebná místa 4) Aktivace ATPasy stěpení ATP (Mg 2+ ) konformační změna a ohnutí hlavy myosinu 5) Funkce páky a napětí krčku se přenese na aktin a myosin. Po uvolnění ADP rigorový komplex Pohyb a síla jsou důsledkem cyklické interakce myosinových hlav s aktinovými filamenty.

Dystrofin a asociované svalové proteiny Dystrofin, a-dystrobrevin most mezi vnitřním cytoskeletem a extracellulární matrix

Srdeční svalovina Kardiomyocyty - v průměru 10-20 mm, délka 50 100 mm - jednoduché jádro - myofibrily a proteiny svalové kontrakce - podobné jako v kosterních svalech - mnoho proteinů kódováno specificky exprimovanými geny

Hladká svalovina - dlouhé a vřetenovitě tvarované buňky - obklopují krevní cévy, trávicí orgány, žaludek, měchýř, dělohu - Myofilamenta nejsou organizována v paralelních polích - Buňky nemají troponinový komplex. - Vzájemná spojení hladkých buněk (gap junctions) umožňuje přenos depolarizece z jedné na druhou

Dědičné svalové poruchy - Microarray analýzy detekovaly kolem 3 500 exprimovaných genů - Většina klinicky důležitých dědičných nemocí zahrnuje mutaci genu kódující: - enzym účastnící se rozkladu glykogenu / tuku - protein zajišťující integritu a mechanické vlastnosti svalové buňky - protein, který reguluje či se účastní procesu kontrakce

Duchennova muskulární dystrofie (DMD) - X-vázané, recesivní, svaly vyčerpávající nemoc, ovlivňující asi 1 z 3 300 živě narozených chlapců - Nástup je mezi 4-5 rokem života - Svalová slabost v bocích, neschopnost běhat, extrémní nárůst objemu lýtek v důsledku akumulace kolagenu a tuku Poruchy kosterních svalů - Svaly ramen a pánve ochabují dříve než paží a stehen - Pacienti uvězněni na invalidní křeslo; smrt v důsledku selhání svalů plic a srdce

Poruchy kosterních svalů Charakteristický biochemický marker DMD - zvýšená hladina kreatin fosfokinasy (CPK) v séru = svalová degenerace Ženy nosičky/heterozygotky - většinou nevykazují svalovou ochablost i přes slabě zvýšenou hladinu CPK Beckerova muskulární dystrofie (BMD) - mírná forma DMD, 1 : 30 000 živě narozených mužů, X-vázaná - myopatie v pozdější etapě života, průběh nemoci variabilní - délka života větší než pro DMD

Poruchy kosterních svalů DMD gen Xp21.2 79 exonů, 2400 kb - protein dystrofin - 4 funkční domény - 1. doména (N-konec) váže F-aktin - 2. doména tvoří většinu molekuly (9-63 exonů) - 3. doména váže b-dystroglykan - 4. doména váže syntrofin, a-dystrobrevin, aj.

Poruchy kosterních svalů BMD = méně vážná alelická foma DMD Změny v DMD - mutace bazí (C3304Y) brání vazbě dystrofinu na b-dystroglykan - duplikace exonů - cca 65 % DMD - delece částí genu - porušený čtecí rámec = DMD - neporušený čtecí rámec = BMD - částečně funkční protein DMD pacienti - deficience dystrofinu - snížené i ostatní proteiny asociované s dystrofinem - není most mezi vnitřním kontraktilní systémem a extracelulární matrix

Poruchy kosterních svalů - Léčba - Podpůrná léčba kortikosteroidy, vitamin D, aminoglykosidy Současné možnosti léčby: - Transplantace alogenních kmenových buněk - Genová terapie změna na BMD fenotyp -CRISPR/Cas9 testy pouze na myších

Poruchy kosterních svalů Tkáňově specifické formy dystrofinu - v mozku, srdci, Purkyňových buňkách - pocházející z rozdílných promotorů, každý s jedinečným prvním exonem Pro isoformy menší než kompletní dystrofin - transkripty syntetizovány z 4 promotorů uvnitř intronů třetí a čtvrté dystrofinové domény - tyto malé dystrofiny se nacházejí v očních, embryonálních a nervových buňkách

Limb-Girdle Muscular Dystrophy (LGMD) (Svalová dystrofie končetin a pasu) - AD/AR - značná fenotypická variabilita - počáteční oslabení pánve a ramen následované ztrátou svalů horních paží a stehen - LGMD geneticky heterogenní soubor nemocí - 2 kategorie LGMD1 vs LGMD2, dominantní vs. recesivní; typu přiřazeno velké písmeno dle pořadí objevu Poruchy kosterních svalů

Poruchy kosterních svalů LGMD - mutace rozličných genů produkují stejný fenotyp jakýkoliv člen souboru tkáňově specifických interagujících produktů genů je defektní - mutace jednoho genu je v některých případech zodpovědná za odlišné poruchy 3D rekonstrukce z CT skanu zdravé osoby (vlevo) a osoby postižené LGMD (vpravo) http://lgmd-info.org/

Poruchy kosterních svalů LGMD např. LGMD1B mutace v LMNA genu - dilatační kardiomyopatie (CMD1A) či syndromu Hutchinson- Gilfordova předčasného stárnutí

Poruchy kosterních svalů Vrozená muskulární dystrofie (CMD) - klinicky a geneticky heterogenní, AR, ovlivňuje svaly novorozeňat, u některých dětí způsobuje poškození mozku a nervů - svaly permanentně napjaté a oslabené, klouby deformované jako následek dlouhodobé kontrakce - variace ve velikosti svalových buněk a velká množství extracelulární tkáně Laminin-2 - heterotrimer = těžký řetězec (a2) a dva lehké (b1/g1) - ve svalech se laminin a2 váže na a-dystroglykan a extracelulární matrix - ½ narozených s CMD má nedostatek a2 podjednotky (LAMA2-6q2) většina mutací způsobuje zkrácení proteinu - laminin a2 syntéza svaly, neurony; - mechanismus není znám

Poruchy kosterních svalů Proteiny genů asociovaných s rozličnou formou CMD: - vazba sarkolemy a extracelulární matrix (LAMA2) - tvoří součást matrix (COL6A1) - množství glykosylovaných a-dystroglykanů (FCMD), aj.

Poruchy kosterních svalů Fukuyama-typ CMD (FCMD) - 9q31.1 vážná CMD s poruchami nervového systému (mentální retardace) - délka života zřídka delší než 20 let - 1:10 000 na živě narozených Japonců - cca 80 % japonské populace nese mutaci v FCMD genu - retrotransposomální 3-kb insert uvnitř 3 -nepřekládané oblasti FCMD genu u postižených jedinců - znak 3-kb insertu FCMD genu = hexanukleotid opakovaný 41krát - protein FCMD genu = fukutin exprimován v mozku, kosterním svalstvu, srdci, pankreatu - u postižených jedinců nelze nalézt mrna 3-kb insert vytváří nové splicingové místo = špatný sestřih mrna - fukutin (protein Golgiho aparátu) má glykosylační aktivitu a pravděpodobně modifikuje a-dystroglykan

Poruchy svalů srdce Lidské srdce síně a komory komory jsou ze silné svaloviny, zejména levá komora Dilatační kardiomyopatie (DCM) - nemoc srdečního svalu (myokardu) - zvětšení komor, zúžení stěn, ztráta kontraktility srdečního svalu; oslabující, často fatální s okamžitým následkem smrti; hlavní příčina vedoucí k transplantaci srdce DCM je konečný výsledek mnoha rozdílných stavů. - cca 50 % případů obstrukce v koronálních arteriích, virální infekce, nutriční deficience, myokardiální toxiny (alkohol) - ostatní příčiny idiopatické u některých pacientů porucha elektrické vodivosti srdce

Dilatační kardiomyopatie (DCM) - AR, AD, GR typ dědičnosti - AR řídké, kardiomyopatie jako minoritní symptom celkového fenotypu mutace jaderných genů podílejících se na tvorbě energie z FA - úbytek ATP oslabí rozsah svalové aktivity (např. deficience CPT2) výskyt kardiomyopatie spolu s ostatními komplikacemi jako nízká glukosa (hypoglykemie), zvracení, koma Poruchy svalů srdce - AD + GR myopatie hlavní fenotypický projev

Hypertrofická kardiomyopatie (HCM) Poruchy svalů srdce - smrtelné AD onemocnění srdce s výskytem 1 : 5 000 - znakem nemoci je nezvykle zvětšená stěna levé komory snížení objemu komory - svalové buňky jsou zvětšené a dizorganizované - HCM je zodpovědná za náhlou smrt cca 35 % atletů - cca 60 % HCM rodinná podstata fenotyp variabilní s rozdílnými výstupy uvnitř jedné rodiny - vysoká genetická heterogenita ovlivněny proteiny specifické pro srdce Většinou jako AD defektní protein brání správnému seskupení filament buňky dizorganizované hypertrofie

Genetické determinanty sportovní činnosti Existuje sportovní gen? Jaké geny ovlivňují sportovní výkonost? - Angiotensinový systém - Imunita - Složky sarkomery - Diferenciace - Hormonální receptory - Adrenergní receptory

Genetické determinanty sportovní činnosti - Angiotensinový systém - ACE (angiotensin konvertující enzym) gen vytrvalosti podílí se na regulaci krevního tlaku a hospodaření s vodou a sodíkem - gen obsahuje v intronu 16 inzerci/deleci (I/D) o velikosti 287 bp genotyp II je spojen s vyšší úrovní výkonosti u testovaných triatlonistů, běžců, horolezců, veslařů - Imunita cvičení je provázeno protizánětlivou reakcí IL-6 polymorfismus - 174C/G mění transkripci IL-6 - Předpoklad pozitivního vlivu alely -174G na krátkodobé intenzivní činnosti

Genetické determinanty sportovní činnosti -Složky sarkomery - MLCK (myosinkinasa lehký řetězec) některé polymorfismy mohou ovlivňovat fosforylaci svalových vláken a tím snižovat schopnost odolávat zátěži -Diferenciace - MSTN (Myostatin) známý též jako GDF8 deficience vede k mohutné svalovině popsáno dosud u jednoho chlapce - polymorfismus K153R asociován s nižší úrovní síly, vyšší výskyt alely u afroameričanek -Hormonální receptory - Glukokortikoidní receptor (NR3C1) polymorfismus ER22/23EK byl asociován s větším množstvím svalové hmoty -Adrenergní receptory - Beta-2 adrenergní receptor (ADRB2) vyšší frekvence Arg16Gly a Gln27Glu u rychlostně silových sportovců

Závěr Zdravé a srdce nejen svaly na dlani.