Analýza lidského genomu v diagnostice koncepty a jak číst zprávu o genetickém vyšetření Lenka Dvořáková

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

RIGORÓZNÍ OTÁZKY - BIOLOGIE ČLOVĚKA

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

Atestace z lékařské genetiky inovované otázky pro rok A) Molekulární genetika

Syndrom fragilního X chromosomu (syndrom Martinův-Bellové) Antonín Bahelka, Tereza Bartošková, Josef Zemek, Patrik Gogol

v oboru KLINICKÁ GENETIKA PRO ODBORNÉ PRACOVNÍKY V LABORATORNÍCH METODÁCH

Návrh směrnic pro správnou laboratorní diagnostiku Friedreichovy ataxie.

Metody studia historie populací. Metody studia historie populací

Cytogenetika. chromosom jádro. telomera. centomera. telomera. buňka. histony. páry bazí. dvoušroubovice DNA

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

Exprese genetické informace

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

Využití DNA markerů ve studiu fylogeneze rostlin

Dědičnost vázaná na X chromosom

1. Definice a historie oboru molekulární medicína. 3. Základní laboratorní techniky v molekulární medicíně

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

19.b - Metabolismus nukleových kyselin a proteosyntéza

Genetický polymorfismus

Vrozené vývojové vady, genetika

Mgr. Veronika Peňásová Laboratoř molekulární diagnostiky, OLG FN Brno Klinika dětské onkologie, FN Brno

"Učení nás bude více bavit aneb moderní výuka oboru lesnictví prostřednictvím ICT ". Základy genetiky, základní pojmy

Genetika zvířat - MENDELU

b) Jak se změní sekvence aminokyselin v polypeptidu, pokud dojde v pozici 23 k záměně bázového páru GC za TA (bodová mutace) a s jakými následky?

Mutace jako změna genetické informace a zdroj genetické variability

Molekulární diagnostika pletencové svalové dystrofie typu 2A

GENETIKA. zkoumá dědičnost a proměnlivost organismů

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

EKONOMICKÉ ASPEKTY GENETICKÝCH VYŠETŘENÍ. I. Šubrt Společnost lékařské genetiky ČLS JEP

NÁVAZNOST METOD KLASICKÉ A MOLEKULÁRNÍ CYTOGENETIKY. Vytvořilo Oddělení lékařské genetiky FN Brno

Proměnlivost organismu. Mgr. Aleš RUDA

Exprese genetické informace

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Molekulárn. rní. biologie Struktura DNA a RNA

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

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

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce translace

Centrální dogma molekulární biologie

Centrum aplikované genomiky, Ústav dědičných metabolických poruch, 1.LFUK

Genetická "oblast nejasnosti" u HCH: co to znamená? Genetický základ

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Vytvořilo Oddělení lékařské genetiky FN Brno

Chromozomální aberace nalezené u párů s poruchou reprodukce v letech

Molekulární genetika II zimní semestr 4. výukový týden ( )

1. Téma : Genetika shrnutí Název DUMu : VY_32_INOVACE_29_SPSOA_BIO_1_CHAM 2. Vypracovala : Hana Chamulová 3. Vytvořeno v projektu EU peníze středním

Základy genetiky 2a. Přípravný kurz Komb.forma studia oboru Všeobecná sestra

Klonování DNA a fyzikální mapování genomu

GENETIKA A MOLEKULÁRNĚ GENETICKÁ DIAGNOSTIKA DUCHENNEOVY MUSKULÁRNÍ DYSTROFIE

u párů s poruchami reprodukce

Sterilita: stav, kdy se páru nedaří spontánně otěhotnět i přes pravidelný nechráněný pohlavní styk po dobu jednoho roku Infertilita: stav, kdy je pár

TEST: GENETIKA, MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE

CADASIL. H. Vlášková, M. Boučková Hnízdová, A. Loužecká, M. Hřebíček, R. Matěj, M. Elleder

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

Doporučený postup č. 3. Genetické laboratorní vyšetření v reprodukční genetice

MENDELOVSKÁ DĚDIČNOST

Výzkumné centrum genomiky a proteomiky. Ústav experimentální medicíny AV ČR, v.v.i.

Glosář - Cestina. Odchylka počtu chromozomů v jádře buňky od normy. Např. 45 nebo 47 chromozomů místo obvyklých 46. Příkladem je trizomie 21

Klinická genetika genetické poradenství MUDr. Renata Gaillyová, Ph.D.

Huntingtonova choroba

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Crossing-over. over. synaptonemální komplex

Úloha protein-nekódujících transkriptů ve virulenci patogenních bakterií

FUNKČNÍ VARIANTA GENU ANXA11 SNIŽUJE RIZIKO ONEMOCNĚNÍ

7. Regulace genové exprese, diferenciace buněk a epigenetika

5 hodin praktických cvičení

Mgr. et Mgr. Lenka Falková. Laboratoř agrogenomiky. Ústav morfologie, fyziologie a genetiky zvířat Mendelova univerzita

Bakteriální transpozony

Degenerace genetického kódu

Mutace genu pro Connexin 26 jako významná příčina nedoslýchavosti

MOLEKULÁRNĚ BIOLOGICKÉ METODY V ENVIRONMENTÁLNÍ MIKROBIOLOGII. Martina Nováková, VŠCHT Praha

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce translace

Studium genetické predispozice ke vzniku karcinomu prsu

Struktura a funkce nukleových kyselin

Neinvazivní test nejčastějších chromosomálních vad plodu z volné DNA

AKTUÁLNÍ KONTROVERZE A NOVÉ SMĚRY V PREIMPLANTAČNÍM GENETICKÉM TESTOVÁNÍ EMBRYÍ. Mgr. Jakub Horák, Ph.D.

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

2 Inkompatibilita v systému Rhesus. Upraveno z A.D.A.M.'s health encyclopedia

Analýza DNA. Co zjišťujeme u DNA DNA. PCR polymerase chain reaction. Princip PCR PRINCIP METODY PCR

ný syndrom nádoru prsu a/nebo ovaria Molekulární analýza BRCA1 a BRCA2 gen Prohlášení Informace k onemocn BRCA1 gen

Seznam vyšetření. Detekce markerů: F2 (protrombin) G20210A, F5 Leiden (G1691A), MTHFR C677T, MTHFR A1298C, PAI-1 4G/5G, F5 Cambridge a Hong Kong

EPIGENETIKA reverzibilních změn funkce genů, Epigenetické faktory ovlivňují fenotyp bez změny genotypu. Epigenetická

Tématické okruhy pro státní závěrečné zkoušky

MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE. 2. Polymerázová řetězová reakce (PCR)

NGS analýza dat. kroužek, Alena Musilová

Chromosomové translokace

Schéma průběhu transkripce

Beličková 1, J Veselá 1, E Stará 1, Z Zemanová 2, A Jonášová 2, J Čermák 1

A. chromozómy jsou rozděleny na 2 chromatidy spojené jen v místě centromery. B. vlákna dělícího vřeténka jsou připojena k chromozómům

6. Kde v DNA nalézáme rozdíly, zodpovědné za obrovskou diverzitu života?

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Vztah struktury a funkce nukleových kyselin. Replikace, transkripce

Terapeutické klonování, náhrada tkání a orgánů

Hybridizace nukleových kyselin

Základní genetické pojmy

RUTINNÍ TESTY HLA PRO DIAGNOSTIKU CELIAKIE

Chromosomové změny. Informace pro pacienty a rodiny

Molekulární hematologie a hematoonkologie

Směrnice správné laboratorní praxe pro vyšetřování nejčastějších mutací v mitochondriální DNA

Genetická preventivní vyšetření u vybraných monogenně dědičných onemocnění Renata Gaillyová 2010

velké fragmenty střední fragmenty malé fragmenty

Transkript:

Analýza lidského genomu v diagnostice koncepty a jak číst zprávu o genetickém vyšetření Lenka Dvořáková Máme-li mluvit o tom, jaké možnosti přináší znalost lidského genomu medicíně, měli bychom si v první řadě ujasnit, co tento pojem znamená. V obecné rovině je genom souhrn všech odlišných molekul DNA přítomných v organele, buňce nebo organismu. Z tohoto pohledu zahrnuje lidská buňka genomy dva jaderný a mitochondriální. Každá buňka obsahuje řádově stovky až tisíce mitochondrií, každá organela nese jednu kopii mitochondriálního genomu - kruhové DNA o velikosti 16,6 kb. Jaderný genom je oproti mitochondriálnímu nesrovnatelně větší, 3,2 x 10 9 bp je rozděleno do 22 autosomů a dvou pohlavních chromosomů, X a Y. Struktura jaderného genomu Asi 20-25% jaderného genomu zaujímají geny (průměrně se počítá 27 000 bp/gen, ale mezi geny je obrovská diverzita). Zbytek tvoří tzv. pouště, které jsou převážně osídleny potomky dávných retrovirů, které v naprosté většině ztratily schopnost retrotranspozice (tj. přemístění své identické kopie na nová místa v genomu). O funkci pouští dnes panuje řada protichůdných názorů, z nichž některé uvádějí, že se jedná o zcela zbytečnou část genomu (odpad junk), jiné říkají, že v pouštích se nachází řada řídících a regulačních oblastí. Při pojmu gen si obvykle v souladu s centrálním dogmatem molekulární biologie vybavíme gen strukturní takový, který kóduje polypeptidový řetězec. Strukturních genů máme podle současných odhadů 25 30 tisíc. Kromě těchto genů se však v genomu vyskytuje i zhruba 3 000 genů, které nejsou překládané, ale jsou přepisované do RNA (R A geny). K nim patří RNA podílející se na proteosyntéze (ribosomální a transferové RNA), malé nukleární RNA (snrna), které jsou součástí sestřihového aparátu, XIST a TSIX účastnící se procesu X- inaktivace a nyní intenzivně studované mikro RNA (jednořetězcové RNA o délce 18-25 nukleotidů), účastnící se regulace genové exprese. Struktura genu Gen obvykle sestává z exonů oddělených introny, které jsou při posttranskripčních úpravách RNA odstraňovány (proces sestřihu splicing) a v maturované RNA nejsou přítomny.

Z oblasti, kterou zaujímá gen, jen malá část kóduje polypeptidové řetězce. Introny, které jsou před translací RNA do proteinu vystřiženy, jsou v průměru 50x delší než kódující úseky exony. Ke každému genu náleží regulační oblasti, které řídí jeho transkripci - oblasti promotoru. Transkripci genu zesilují a zeslabují i další oblasti - enhancery a scilencery. Lidský genom v diagnostice Teď, když jsme si udělali alespoň hrubou představu o tom, jak lidský genom vypadá, je na místě otázka, jakým způsobem lze tyto znalosti využít pro diagnostické účely. Z hlediska velikosti oblasti, která je za vývoj onemocnění zodpovědná, rozlišujeme aberace genové a chromosomální. Chromosomální abnormality jsou velké změny týkající se celých chromosomů nebo jejich částí a mohou být početní (monosomie, trisomie, triploidie,...) nebo strukturní (např. translokace, inserce, duplikace, delece, inverze). Jestliže manifestace onemocnění souvisí s oblastí/oblastmi zasahujícími jeden nebo více genů, mluvíme o nemocech monogenních nebo o onemocněních s komplexním typem dědičnosti. Onemocnění s komplexním typem dědičnosti jsou charakterizovány souborem interakcí mezi predispozičními faktory zahrnujícími zpravidla několik genů a vliv prostředí. Vznik a průběh nemoci pak závisí na malých změnách v těchto predispozičních faktorech, kdy ani jedna změna sama o sobě není kauzativní, ale určitá kombinace těchto změn vede k manifestaci fenotypu. Vyšetření těchto vlivů se zatím pohybuje spíše v oblasti výzkumu. Jako monogenní si dnes nepředstavujeme nemoc, kterou lze vysvětlit poruchou funkce jediného genu, ale jako nemoc, kde jeden gen má na vznik a vývoj onemocnění určující vliv. Fenotyp konkrétního pacienta (to, jak se u něj nemoc reálně manifestuje), je ovlivněno i genovým pozadím (gen nepůsobí sám, ale jako součást celého genomu) a vlivem prostředí. Vyšetření chromosomálních a genových abnormalit je založeno na odlišných metodikách. Cytogenetické vyšetření využívá mikroskopické techniky. Připomeňme si, že klasickým G pruhováním (barvením Giemsovým roztokem) zachytí cvičené oko změnu o velikosti cca 2 3 milionů nukleotidů, použití fluorescenčních sond (FISH) je až o dva řády citlivější. Jak si ukážeme za chvíli, patogenní změny na úrovni jednotlivých genů se nejčastěji odehrávají v rozsahu jednotek až desítek nukleotidů. Analýza takových změn je možná na základě

molekulárně genetického vyšetření. Co se týče mitochondriálního genomu, spadá pro svou velikost do oblasti metod molekulárně genetických. V dalším textu se budeme zabývat zejména analýzou jaderných strukturních genů, které jsou svázány s monogenními onemocněními. Důvodem je, že tyto geny jsou dostatečně prozkoumány a lze je použít pro diagnostické účely. To zatím neplatí o jaderných RNA genech zatím nelze říci, že určitá změna ve struktuře RNA genu vede k vývoji nemoci. Hlavní typy mutací Chceme-li zjistit aktuální stav, jaké mutace byly v lidském genomu doposud nalezeny, je dobré navštívit internetovou stránku Human Gene Mutation Database (HGMD, http://www.hgmd.cf.ac.uk/), která si dala za cíl sbírat a třídit publikované genové změny, které jsou zodpovědné za lidská dědičná onemocnění. Ze statistiky HGMD jasně vyplývá, že naprostá většina změn se odehrává na úrovni maximálně několika nukleotidů. Mezi nejčastější patologické změny ve struktuře genu patří nukleotidové záměny, jejichž důsledkem vznikají missense, nonsense nebo sestřihové mutace. Missense mutace je záměna jednoho aminokyselinového zbytku za druhý, nonsense mutace znamená vznik stop kodonu a předčasné ukončení translace, sestřihová mutace způsobuje zánik starého nebo vznik nového sestřihového místa, inserce (včlenění) nebo delece (odstranění) jednoho nebo více nukleotidů vede buď k inserci nebo deleci jednoho nebo více aminokyselinových zbytků, nebo k posunu ve čtecím rámci (frame shift) a k předčasnému stop kodonu. Velké delece, inserce nebo velké přestavby zdaleka nejsou tak časté jako mutace malého rozsahu. Společným znakem výše jmenovaných mutací je, že jsou stabilní, to znamená, že členové rodiny sdílejí identickou mutaci, která se v průběhu generací nemění. Existují však i nestabilní dynamické mutace, typické pro geny obsahující segment tří opakujících se nukleotidů, např....cag CAG CAG... (triplet repeat). Počet opakujících se jednotek narůstá (podléhá expanzi) při přenosu genu z generace na generaci. Mezi onemocnění způsobené dynamickými mutacemi patří Huntingtonova chorea, fragilní syndrom X nebo Friedrichova ataxie. Postup při vyšetření genu Pro efektivní vyšetření genu je důležité se co nejpodrobněji seznámit s jeho strukturou, zjistit sekvenci normálního (nemutovaného) genu, velikost exonů a intronů, podívat se, co je známo o běžných polymorfismech, zda se v genu vyskytují prevalentní mutace či zda má většina

pacientů své privátní mutace. Odpovědi na tyto otázky hledáme na internetových stránkách. Pro naše potřeby je základní stránka CBI (National Center for Biotechnology Information, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), která má řadu odkazů, z nichž uvedeme jen tři: PubMed, OMIM a databázi sekvencí známých genů. PubMed je databáze citací včetně abstraktů, které vyšly v časopisech zaměřených na lékařský a biologický výzkum. OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man) je katalog lidských genů a genetických onemocnění. Referenční sekvence všech známých genů včetně jejich transkripce a translace je uvedena v databázi, kterou najdeme na domovské stránce NCBI pomocí rozbalovacího menu Search Gene. Poté co se seznámíme teoreticky s genem, který máme studovat, můžeme přistoupit k návrhu metod, které pro analýzu genu použijeme. Strategie analýzy mutací není předmětem zájmu této kapitoly a nebudeme proto zabíhat do technických detailů. Dotkneme se zde jen určitých obecných aspektů, které jsou důležité pro interpretaci výsledků a tedy pro správně vedenou genetickou poradu. Nejčastěji používaným materiálem pro isolaci D A (R A) jsou leukocyty isolované z periferní krve. Alternativou je kultura kožních fibroblastů, bioptický nebo nekroptický materiál. Pro prenatální diagnostiku se nejčastěji používá biopsie choriových klků, případně amniocyty. RNA používaná pro přípravu cdna je mnohem citlivější k degradaci. U některých genů je RNA přítomna pouze v některých orgánech (např. v játrech) a z běžně používaného materiálu ji isolovat nelze. Metoda, která dnes tvoří odrazový můstek ke všem dalším molekulárně genetickým analýzám, je PCR, polymerázová řetězová reakce, která umožňuje in vitro namnožení určitého konkrétního úseku DNA do milionů kopií. Délka PCR produktu je obvykle 200 800 bp, za zvláštních podmínek lze amplifikovat i desítky tisíc nukleotidů. Je zřejmé, že výběr metody bude záviset na typu mutací, které očekáváme. Budeme li studovat gen zodpovědný za Duchennovu muskulární dystrofii, zvolíme metodiku vhodnou pro detekci velkých delecí. Pokud budeme vyšetřovat gen, ve kterém předpokládáme mutaci malého rozsahu (podle stránek HGMD je to víc než 90% veškerých publikovaných mutací), zvolíme některou z metod skríningových, skenovacích nebo přímou sekvenační analýzu. Metodám, které vyšetřují pouze předem určené mutace, říkáme metody skríningové. Nejčastěji používanými metodami tohoto typu jsou restrikční analýza nebo alelově specifické PCR. Skríningové metody jsou vhodné pro geny, ve kterých se vyskytují prevalentní mutace. Takovým genem je např. HADHA asociovaný s poruchou β-oxidace dlouhých mastných

kyselin (deficit LCHAD); 87% alel pacientů s deficitem LCHAD nese prevalentní mutaci c.1528g>c (p.glu510gln). Pokud v genu převažují mutace privátní, lze použít některou ze skenovacích metod. Všechny tyto metody sledují rozdílné fyzikální vlastnosti fragmentu obsahujícího normální sekvenci, sekvenci mutovanou a heteroduplex (fragment s jedním normálním a jedním mutovaným vláknem). Sledovanou vlastností je např. mobilita fragmentů v gelu (metody SSCP, TGGE), na koloně vysokotlaké kapalinové chromatografie (dhplc) nebo teplota tání - teplota, při níž se oba řetězce DNA od sebe oddělí (Hi Res Melting system). Výsledkem skenovací metody není identifikace mutace, ale určení fragmetu, ve kterém se tato mutace nachází. Mutace je v těchto vytipovaných fragmentech specifikována sekvenováním. Nevýhodou těchto metod je, že vyžadují pečlivou optimalizaci postupu pro každý fragment a jejich citlivost není vždy dostatečná. To znamená, že některé fragmenty nesoucí mutaci může pominout. Výhodou těchto metod je jejich rychlost a nízká cena. Obecně se proto skenovací metody používají v případě, že gen je vyšetřován u velké skupiny pacientů. V případě analýzy genu u malé skupiny pacientů je vhodné přistoupit k přímé detekci mutace k sekvenování všech důležitých oblastí genu. Postupujeme tak, že vybrané oblasti genu jsou amplifikovány metodou PCR a potom sekvenovány modifikovanou Sangerovou metodou s použitím dideoxynukleotidů (cycle sequencing). Které oblasti vyšetřujeme Sekvenace genu dnes není problémem technického provedení, ale interpretace. V první řadě není vůbec jednoduché určit, které oblasti jsou ty důležité. Závisí samozřejmě na konkrétním genu, ale v podstatě se pro účely diagnostiky vytvořil konsensus, že vyšetřujeme exony a k nim přiléhající částí intronů, v nichž se mohou nacházet sestřihové mutace. To znamená, že dnes jsme schopni vyšetřit a interpretovat méně než 1% celého lidského genomu. Pokud je ve vzorku vyšetřované tkáně přítomen i transkript genu našeho zájmu (příslušná mrna), je dobré vyšetřit jak sekvenci DNA tak sekvenci transkriptu (cdna). Vyšetření DNA i odpovídající mrna může v některých případech usnadnit nebo upřesnit interpretaci nalezené mutace, jak si ukážeme později. Které oblasti nevyšetřujeme, i když mohou mít pro výsledný fenotyp význam Tím, že kromě krátkých intronových úseků sekvenujeme jen kódující oblast genu, vynecháváme celé dlouhé sekvence intronů, promotorovou oblast a další regulační oblasti genu. Tyto oblasti jsou důležité pro správný sestřih a pro regulaci exprese genu, nicméně, při

dnešní úrovni poznání neumíme případné změny nalezené v těchto oblastech interpretovat. Řada regulačních oblastí dnes ani není známá, promotory jsou často definovány jen velmi nepřesně. Analýza těchto oblastí je jedním z intenzivně sledovaných směrů genetického výzkumu. Příkladem je studium rozdílné methylace určitých míst promotorové oblasti u pacientů a zdravých kontrol. Stupeň methylace je důležitým faktorem regulace genové exprese. Dalším příkladem je 3 nepřekládaná oblast, která je potenciálním místem pro nasedání mikrorna, molekul zapojených do regulace genové exprese. Mutace v místě důležitém pro vazbu mikrorna by mohly vysvětlit některé fenotypové projevy. Použít tyto výsledky pro diagnostické účely by však bylo více než předčasné. Interpretace mutace Interpretací myslíme odhad, zda změna ve struktuře genu, kterou jsme u pacienta našli, může být příčinou jeho nemoci (patogenita, kauzativnost mutace). Zda je mutace kauzativní, odvozujeme z jejího vlivu na proteinovou strukturu. Proteinovou strukturu v naprosté většině případů neověřujeme, odvozujeme ji ze sekvence transkriptu, kterou jsme buď zjistili analýzou cdna nebo predikovali na základě analýzy genomové DNA. Potom předpokládáme, že inserce nebo delece jednoho nebo více nukleotidů vede buď k včlenění nebo odstranění jednoho nebo více aminokyselinových zbytků, nebo k posunu ve čtecím rámci (frame shift) a k předčasnému stop kodonu. Dále předpokládáme, že substituce nukleotidu povede k záměně aminokyselinového zbytku (missense mutace), ke vzniku předčasného stop kodonu (nonsense mutace), nebo ke změně aminokyselinové struktury nevede (synonymní mutace). Realita však může být jiná: hlavním důsledkem inserce nebo delece je v některých případech vznik nestabilního transkriptu RNA je brzy po svém vzniku degradována a v analyzovaném vzorku se vůbec nevyskytuje (mechanismus nonsense mediated decay). Dále je důležité si uvědomit, že nukleotidová záměna může hrát roli i v sestřihovém mechanismu a může vést k nové sestřihové variantě. Místa důležitá pro sestřih lze předpovídat (predikovat) na základě počítačových programů, např. NNSPLICE (http://www.fruitfly.org/seq_tools/splice.html). Nicméně, jaká bude struktura transkriptu ve skutečnosti nelze jednoznačně určit bez jeho analýzy v laboratoři.

Následující příklad uvádí, jak se tatáž nukleotidová záměna v sekvenci DNA může projevit u dvou pacientů různě: Yogalingam a spol. uvádějí, že u dvou pacientů s mukopolysacharidosou typ I (MPSI) byla v genu IDUA nalezená nukleotidová záměna c.793g>c. Pokud by analýza skončila na úrovni genomové DNA, případ by byl uzavřen tak, že předpokládaný vliv na proteinovou sekvenci je aminokyselinová záměna glycinového za argininový zbytek. Analýza transkriptu u prvního pacienta ale ukázala, že 793. nukleotidová pozice je součástí sestřihového akceptorového místa. V exonu 7 je potom využíváno krypticé sestřihové místo, následkem čehož dochází k deleci 33 nukleotidů v exonu 7. Těchto 33 nukleotidů kóduje 11 aminokyselinových zbytků, které pak v proteinu chybí. U druhého pacienta nebyl transkript obsahující deleci 33 nukleotidů detekovatelný, pravděpodobně z důvodu nestability. Příčinou nestability může být další neidentifikovaná změna v intronu. Určité procento molekul transkriptu bylo sestřiženo správně a vedlo k missense mutaci (p.g265r - záměny glycinového za argininový zbytek na 265. aminokyselinové pozici). V silně převažujícím procentu případů najdeme mutaci, jejímž jediným důsledkem je záměna aminokyselinového zbytku. Predikční programy nebo analýza transkriptu neukáže, že by mutace vyvolávala poruchu sestřihu. Jak tento výsledek interpretovat? Nejlepší způsob ověření patogenity mutace je expresní studie in vitro. Tento přístup obnáší vložení mutované a kontrolní cdna do vhodného vektoru a exprese genu v hostitelských buňkách. Aktivita měřená v hostitelských buňkách nesoucích mutovaný gen by měla být výrazně nižší než v buňkách s kontrolní sekvencí genu. Expresní studie je velmi pracná a nelze ji rutinně používat pro ověření patogenity všech nalezených mutací. Navíc u některých genů nelze měřit biologické důsledky mutace a funkční studie se nedá použít vůbec. Alternativou jsou informace nalezené v literatuře, databáze a počítačové programy. Pokud existují informace o struktuře proteinu, lze zjistit, zda se mutace nachází v aktivním centru enzymu nebo jiné funkčně důležité oblasti enzymu. O funkční důležitosti oblasti nebo aminokyselinového zbytku napovídá konzervace oblasti v průběhu fylogenetického vývoje. Je-li ten samý aminokyselinový zbytek přítomen v proteinu z Drosofily, potkana, psa, kočky a člověka, lze předpokládat, že má pro funkci proteinu velký význam, protože záměna tohoto aminokyselinového zbytku za jiný neumožňuje přenos na potomstvo a nefixuje se v populaci. Dobrým argumentem pro patogenitu mutace je její segregace s fenotypem, to znamená, že pacienti mutaci nesou, zatímco v normální populaci se nevyskytuje. Byla li mutace popsána jako patogenní v literatuře, je velmi pravděpodobné, že taková mutace bude příčinou nemoci i

u našeho pacienta. Pokud jsme identifikovali mutaci, která doposud nebyla v literatuře popsána, lze její nepřítomnost v normální populaci ověřit vyšetřením velkého počtu (minimálně 300) kontrolních alel. Na druhé straně ani analýzou velkého množství vzorků nelze vyloučit, že náš nález není velmi vzácným polymorfismem, na druhou stranu můžeme ve vyšetřovaném souboru kontrol přijít na skryté heterozygoty a patogenní mutaci pak interpretovat jako polymorfismus. Na výše uvedená kriteria je pořeba nahlížet jen jako na určité vodítko, vždy zbývá určité procento nejistoty, zda nalezená variace je příčinou manifestace onemocnění. V jakém případě je molekulárně genetická analýza indikovaná? 1. Ověření diagnosy. Monogenní onemocnění bývají často enzymopatiemi. Pokud stanovení aktivity enzymu jednoznačně prokáže deficienci, je diagnosa stanovena a není nutné přistupovat k analýze mutací. Molekulárně genetické vyšetření je indikováno v případě, že biochemický/enzymologický test není jednoznačný, jeho provedení by bylo příliš komplikované nebo ho nelze provést vůbec (např. u membránových a transportních proteinů, proteinů s neznámou funkcí). 2. genetické poradenství v rodině. Mutace nalezené u probanda jsou pak analyzovány u příbuzných. U autosomálně recesivních onemocnění je dobré vyšetřit rodiče z hlediska genetického poradenství v dalším těhotenství. Pro stanovení diagnosy, případně kvůli preventivní péči je indikováno vyšetření sourozenců probanda. Největší význam má genetické poradenství v rodinách s gonosomálně recesivním onemocněním. Všechny ženy v rodině mají 50% riziko, že jejich syn bude postižen; biochemický test nemusí být vzhledem k posunu v X-inaktivaci jednoznačný. 3. prenatální diagnostika. Je indikována v rodinách, kde se narodilo dítě s autosomálně recesivním onemocněním a byl zjištěn genotyp rodičů. V rodinách s gonosomálně recesivním onemocněním je prenatální diagnostika nabízena všem potvrzeným přenašečkám. Jako příklad významu molekulárně genetického vyšetření v prenatální diagnostice uvádíme poruchu cyklu močoviny - deficit ornithinkarbamoyltransferasy (OTC). Enzym OTC je přítomen pouze v játrech. Pomineme-li fetální biopsii jater pro stanovení enzymu, je analýza mutací jedinou dostupnou metodou, jak prenatální diagnostiku provést. Gen OTC je vázán na X-chromosom, prenatální diagnostika je proto plně indikovaná u přenašeček, ale i u žen, kterým se narodil syn s prokázaným deficitem OTC, ale které v periferní krvi mutaci nenesou.

Důvodem je riziko tkáňového nebo gonadálního mozaicismu, kdy mutace je přítomna jen v určitém procentu buněk některých tkání. Bowling a spol. popsali klinicky zdravou ženu, která porodila dva syny s deficitem OTC. Mutace (záměna methioninového za argininový zbytek na 206. pozici) nebyla prokázána ani v leukocytech ani ve fibroblastech matky. Výsledek silně nasvědčuje gonadálnímu mozaicismu. Jak číst zprávu Pro lékaře jsou ze zprávy nejdůležitější identifikační údaje pacienta (jméno, RČ), gen, který byl vyšetřován a výsledek typu: Výsledky vyšetření ukazují, že pacient je složeným heterozygotem pro variace c. 1232 G>C (p.r411p) a c.2861 C>T (p.s954l) v genu PC1. Genotyp probanda je: ( PC1: c. [1232 G>C] + [2861 C>T]). Vzorec znamená, že v genu PC1 byly nalezeny 2 nukleotidové záměny, substituce guanosinu za cytidin na pozici 1232 a substituce cytidinu za thymidin na pozici 2861. Hranaté závorky znamenají, že každá mutace se nachází na jiné alele (mutace jsou ve fázi trans). Nomenklatura mutací je uvedena na stránkách Human Genome Variation Society (HGVS; http://www.hgvs.org/) Přestože základní informace byly právě uvedeny, měl by lékař vědět, jak k takovému výsledku analytik došel. Proto si projdeme další body, které by zpráva měla obsahovat. Referenční sekvence: Podle toho, jak probíhá resekvenace lidského genomu, je sekvence DNA upřesňována a čas od času dochází k aktualizaci referenční sekvence. V záhlaví stránky sekvence konkrétního genu je uvedeno číslo verze a datum vydání. Pro přesnou interpretaci našich výsledků je proto důležité znát číslo verze a datum vydání sekvence, kterou používáme jako referenční. Materiál, který byl použit: nejkomplexnější výsledek dostaneme z kombinované analýzy genomové DNA a cdna. Pokud vyšetříme jen genomovou DNA, vystavujeme se riziku chybné interpretace výsledků. Pokud použijeme jen cdna, je možné, že mutaci nezachytíme v důsledku nestabilní mrna. (Viz odstavec Interpretace mutace). V rutinní diagnostice se vyšetření cdna obvykle neprovádí z hlediska finanční náročnosti, v některých případech ani nelze provést, protože cdna není dostupná (viz odstavec Postup při vyšetření genu, Materiál pro isolaci DNA, RNA). Metody: Na použité metodě závisí interpretace výsledků. Pokud použijeme skríningovou metodu, máme představu jen o konkrétní analyzované mutaci. Pokud pro výběr oblastí, které

budeme sekvenovat použijeme skenovací metodu, vystavujeme se nebezpečí, že některé oblasti, v nichž se variace nacházejí, pomineme vzhledem k nižší rozlišovací schopnosti skenovacích metod. Sekvenování je nejdražší, ale nejcitlivější metoda pro vyhledávání malých mutací. Ani jeden z uvedených typů metod nezachytí mutace velkého rozsahu (např. velké delece). Výsledky: v tomto odstavci je uvedeno, jaká mutace byla nalezena, v jaké oblasti se nachází, zda byl analyzován i transkript, jaký předpokládaný vliv má mutace na proteinovou strukturu. Dále by mělo být zřejmé, zda mutace už byla popsána v literatuře, či zda se jedná o mutaci novou. Interpretace: Zde by měly být uvedeny výsledky z hlediska citlivosti použité metody. Dále by měly být diskutovány údaje, na základě nichž usuzujeme, že nalezená mutace je patogenní (viz odstavec Interpretace mutace). Závěr Cílem této kapitoly bylo ukázat, že analýza mutací byť i v tom nejjednodušším případě, tj. u monogenních onemocnění, je komplikovanou záležitostí. Při analýze nezohledňujeme regulační oblasti genu, epigenetickou složku, smysluplně jsme schopni interpretovat změny v méně než 1% genetické informace, kterou člověk vlastní. Navíc ani variace nalezená v kódující oblasti nemusí mít jednoznačnou interpretaci. Proto, pokud je to možné, by diagnosa měla být postavena multidisciplinárním přístupu např. na metodách histologických, enzymologických a molekulárně genetických. Na druhou stranu, i přes dosavadní nejasnosti a úskalí je mutační analýza silný nástroj sloužící k ověření diagnosy, poskytuje možnost genetického poradenství a prenatální diagnostiky. Použitá a doporučená literatura: R. L. Nussbaum, R. R. McInnes, H. F. Willard: Thompson & Thompson Genetics in Medicine, Sixth Edition, W B Saunders Co, 2004 T. Strachan, A. Read: Human Molecular Genetics, 3rd Edition, Garland Science Publishing, 2004 L.Dvořáková: Rozluštění lidského genomu, Akademon (http://www.akademon.cz) Yogalingam G, Guo XH, Muller VJ, Brooks DA, Clements PR, Kakkis ED, Hopwood JJ. Identification and molecular characterization of alpha-l-iduronidase mutations present in mucopolysaccharidosis type I patients undergoing enzyme replacement therapy. Hum Mutat. 2004 Sep;24(3):199-207. Bowling F, McGown I, McGill J, Cowley D, Tuchman M.: Maternal gonadal mosaicism causing ornithine transcarbamylase deficiency. Am J Med Genet. 1999 Aug 27;85(5):452-4.