Genomika klinikai alkalmazásai 1. TUMOR CARDIOVASC/OBESITÁS ASTHMA NEUROPSYCHIATRIA Falus András
Genomika az onkológiában
Hisztológiailag hasonló tumorok elkülönítése Leukémia Melanoma Emlőrák Ígéretes eredmények microarray génexpresszió mérés klinikai alkalmazásában Hisztológiailag hasonló tumorok elkülönítése Leukémia Melanoma Emlőrák Jobb prognózis Betegek szubtipizálása Metasztázis kialakulásának jóslása Gyógyszerérzékenység jóslása Áttétes tumorok eredetének kiderítése
Melanoma progression
Autocrine and paracrine regulations in melanoma Lazar et al, 2000
Pos, et al
Diffúz nagysejtes B sejt lymphoma Eddig nem volt diff. diagnózisa: Szövettani Immunológiai PCR (egyes gének) módszerrel
specifikus “signature” lymphochip Rheum.arthritis specifikus “signature” (202 RA beteg limfocitái) Immungenom: az emberi genom 6%-a
A melanoma máj metastasis prediktor génkészlete Bittner et al, Nature, August, 2000 Saghatelian et al, PNAS, 2004
The most frequent chromosomal alterations in prostate cancer are deletions of parts of chromosome arms 6q, 8p, 10q, 13q, 16q and 17p, and amplification of 8q (Trapman et al. 1994; Van Alewijk et al. 1999 for chromosome arm 8p). Some chromosomal alterations can already be recognized in pre-cancerous lesions. However, chromosomal alterations are most frequent in tumor metastases. In a subset of endocrine-therapy resistant prostate cancers, amplification of the androgen receptor gene, which is located on the X chromosome, has been found (Koivisto et al. 1997). Out of the many known traditional oncogenes and tumor suppressor genes, inactivation of P53 at 17p and PTEN at 10q contribute most frequently to prostate cancer growth (Vlietstra et al., 1998).
12,625 transcripts in prostate tumors from patients with distinct J Clin Invest. 2004 March 15; 113 (6): 913–923 DOI: 10.1172/JCI200420032 Gene expression profiling predicts clinical outcome of prostate cancer Gennadi V. Glinsky,1 Anna B. Glinskii,1 Andrew J. Stephenson, 2 Robert M. Hoffman,3 and William L. Gerald2 1Sidney Kimmel Cancer Center, San Diego, California, USA. 2Department of Pathology, Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, New York, New York, USA. 3AntiCancer Inc., San Diego, California, USA. 12,625 transcripts in prostate tumors from patients with distinct clinical outcomes after therapy as well as metastatic human prostate cancer xenografts in nude mice
Hunt Nurse Hartwell Orvosi Nobel-dij, 2001
Expression of some genes of HepG2 is highly enhanced by sIL6R * * * * prohibitin fos-rel cyclin A C-1 IL2Rb CDC25A cyclin D1 HdGF cyclin E kinase 4 inh CDC25B IL6 sIL6R IL6+sIL6R Holub, 2001
MicroRNA (miRNA): miRNA first discarded as junk or unwanted breakdown products, first example of miRNAs was described in C. elegans in 1993. Small (~21nucl), non-coding RNAs that are encoded in the genomes of plant and animals. They regulate the expression of genes by binding to the 3´-untranslated region (3´-UTR) of specific mRNAs. Over 250 miRNAs detected in humans, nearly 80% of which are conserved in mammals. Each miRNA is thought to regulate multiple genes, and about 1/3 of the human genome has been proposed to be regulated by miRNAs. The role of miRNA in regulating gene expression could be as important as that of transcription factors. A number of miRNAs, are encoded in introns of primary mRNA transcripts.
The process of miRNA Transcription miRNA are initially expressed as part of transcripts called primary miRNAs (pri-miRNA) – long with multiple hairpins. They are transcribed by RNA Polym II and include 5´-cap and 3´-poly A tails. The miRNA portion of the pri-mRNA forms a hairpin structure. 2. Hairpin release in the nucleus Drosha (dsRNA-specific ribonuclease) digests the pri-miRNA to release the hairpin, precursor miRNA (pre-miRNA) – about 70nt. 3. Export to the cytoplasm Exportin-5 exports the pre-miRNAfrom the nucleus to the cytoplasm. 4. Dicer processing Dicer cleaves the pre-miRNA into mature miRNA – the resulting double stranded RNA is 21-25 nucl long and has 1-4 nt 3´-overhangs at each end. 5. Strand selection by RISC (RNA-induced silencing complexes) exportin-5
microRNA expression profiles classify human cancers Lu et al. Nature 435: 834, 2005
Cardiovascularis betegségek genomikája
Apolipoprotein E ApoE, 19q13.2, chylomicron-remnant, VLDL, IDL része, májban és a bélben szintetizálódik, 3 gyakori variáció: E2, E3, E4 (affinitásuk a receptorhoz sorrendje is), gyakoriságuk: E3: 0,77; E4: 0,15; E2: 0,08. E2 hordozók 10%-kal alacsonyabb plazma koleszterin, E4 hordozók 5%-kal magasabb, mint az E3 homozigóták.
ApoE három fő izoformája SH csoport véd az oxidáció ellen Kötődés erőssége az apoE receptorhoz Gyenge Két SH csoport Közepes Egy SH csoport Erős Nincs SH csoport
A dohányzás apoE 3/3 genotípusúakban 1,49x kockázatot jelent koronária betegségre, míg E4 allélal rendelkezőkben 2,79x-t. Smokers
ApoE4 és dohányzás egymásra hatásának magyarázata ApoE4 hordozókban a kisebb sűrűbb LDL részecskék vannak, amelyek hajlamosabbak az oxidációra: oxLDL nagyon atherogén. Dohányzás tovább növeli az oxidatív stresszt: még könnyebben oxidálódnak az LDL részecskék.
Koleszterinszint befolyásolása diétával Önkéntes férfiakat etettek koleszterinben gazdag diétával. 9%-uk egyáltalán nem reagált (hyporesponders), 9%-uknak az átlagosnál sokkal jobban megemelkedett a szérum koleszterinszintje (hyperresponders). Ez egy reprodukálható jellemzőnek bizonyult. ApoE2: hyporesponders Koleszterinszint csökkentő diétára legjobban reagáltak a apoE 3/4 genotípussal rendelkezők (23% csökkenés).
Monogénes hiperkoleszterinémiák Familiáris hiperkoleszterinémia, Autoszomális kodomináns, LDL receptor mutáció LDLR, 19p13.2, >900 mutáció, 1/500 prevalencia Homozigóta: extrém magas LDL-C, normális TG, tendon xanthoma, CAD már gyermekkorban, gyakorlatilag nem függ környezeti hatásoktól, LDL apheresis Heterozigóta: 2-3x LDL-C, fenotípus függ az egyéb kockázati tényezőktől, betegség statin (HMG-CoA reduktáz gátló), ezetimibe (koleszterin felszívódás gátló) gyógyszerekkel kezelhető.
Többszörösen telítetlen omega-3 zsírsavakban gazdag táplálkozás (halolaj fogyasztása) a variáns homozigótákban megakadályozta a karotisz média intima vastagságának növekedését: a halolaj fogyasztása a homozigóta hordozókban csökkenti a karotisz szűkület kialakulásának esélyét. Feltehetőleg a halolaj eltolja a kevésbé aktív leukotrién B5 felé a szintézist, és gyulladásellenes mediátorok szintézisét is indukálja.
Alkohol és a kardiovaszkuláris betegségek Kis mértékű alkoholfogyasztás (kb. napi egy korsó sörnek, vagy pohár bornak megfelelő alkohol) csökkenti a kardiovaszkuláris betegségek kockázatát: J alakú görbe
Alkohol dehidrogenáz (ADH) 3 izoenzim: ADH1, ADH2, ADH3 ADH3: 2 gyakori allél: g1 (40% allélgyakoriságú, gyors metabolizmus); g2 (60%, lassú (2,5x-es különbség) g2g2 hajlamos alkoholizmusra, g1g1 alkohol okozta szervkárosodásra
Azokban, akik ADH3 g2g2 genotípusúak, és naponta legalább 14g alkoholt ittak, kb.1 pohár sör)de nem alkoholisták, az MI kockázata 0,14 re csökkent, azaz 7,1x kisebb esélyük volt az MI kialakulására A vizsgálatban 40-84 éves USA férfi orvosok vettek részt. Kiindulólétszám: 14.916, követési idő: 12 év; 396 kapott MI-t
A napi több, mint egy italt (14g alkohol) elfogyasztó, ADH3 g2g2 genotípusú férfiaknak (nőknek is) volt a legmagasabb a HDL szérumszintjük Az alkohol részben a HDL szint emelésével csökkenti az MI kockázatát, A lassabban lebontó izoenzimekkel rendelkezőkre erőteljesebb ez a hatás. Statisztikai elemzések alapján az alkohol más mechanizmussal is csökkenti a CAD kialakulását
Monogénes obezitások Leptin: 7q31.3; Kongenitális leptin hiány: ritka, 5 család a világon, ob/ob egér korai obezitás, nagy ételbevitel, hiperinzulinémia, T sejt szám és funkció zavara, hypogonadotropic hypogonadismus DG133: rövid leptin, nem hajtogatódik jól, nem expresszálódik Missense mutáció: Arg105Trp (BMI:55,8) heterozigóták is kövérebbek (23%-kal magasabb testzsír)
Melanocortin 4 receptor (MC4R) 18q22 Mutációja a leggyakoribb oka a morbid obezitásnak (BMI>40). Az extrém kövér betegeknek 6%-a hordoz MC4R mutációt Kodomináns. Bizonyos etnikumokban 100% a penetrancia a heterozigótákban is. Korai manifesztáció. Haploinsufficiency. 70 féle mutáció. Magas zsírtömeg de a sovány tömeg is magas, magas éhgyomri inzulin, hiperfágia (de nem olyan súlyos, mint leptinhiányban, felnőttkorban enyhülnek a tünetek.
PPARG 3p25, peroxisome proliferator-activated receptor-gamma, transzkriciós faktor magreceptor, zsírsejtek differenciálódásában van szerepe 15 hivatkozás Funkcióvesztést okozó mutációja: obezitás, 2DM, inzulinrezisztencia, magasvérnyomás (is) PRO115GLN mutáció: súlyos obezitást okoz 161C-T polimorfizmus: kövérekben magasabb leptinszint Több tanulmányban BMI-vel asszociált Pro12Ala (gyakori) metaanalízis: obezitás BMI>27 páciensekben p = 0.0006, 19.136 összes beteg. Ala homozigótaság véd az obezitás ellen
Uncoupling protein 2 (UCP2) 11q13, szétkapcsolja a mitokondriumban a hőtermelést az egyéb energiafogyasztó folyamatoktól: testhőmérséklet, glükóz metabolizmus 11 hivatkozás -866G-A promóter polimorfizmus, gyakori (kb. 60%), emelkedett expresszió, csökkent kockázata az obezitásnak. Becslések szerint az obezitások 15%-áért felelős a gyakoribb (G) allél 2 kapcsolt polimorfizmus (alanin/valin szubsztitúció exon 4-ben és egy 45-bp inzerció/deléció polimorfizmus az exon 8-nak a 3’ nem átíródó régiójában(UTR)) Pima indiánokban az alvás közbeni anyagcsere sebességgel volt kapcsolatban.
Az UCP2 gén genomszerveződése és néhány polimorfizmusának elhelyezkedése. A két obezitással kapcsolatba hozott polimorfizmus a -866G/A, és a 8-as exon 3’ UTR-ben található 45nt-del/ins.
UCP3 genomszerveződése és polimorfizmusainak elhelyezkedése UCP3 genomszerveződése és polimorfizmusainak elhelyezkedése. Az obezitás szempontjából fontosak a V102I (3-as exon) és a 6-os exonban található splice-donor stop (GgtGat, ahol G az exonhoz tartozik, gt az intronhoz. A gt szekvencia az intron elején a splice donor szekvencia. Létfontosságú ahhoz, hogy az mRNS-ből az intron kivágódjon. Mutációja esetén torz, működésképtelen fehérje keletkezik.