Kognitív funkciók genetikai alapjai A genetikai variáció forrásai és vizsgálati lehetőségei Réthelyi János Semmelweis Egyetem, Pszichiátriai és Pszichoterápiás Klinika BME Kognitív Tudományi Tanszék Budapest, 2012. február 22.

Majd még lehet: Statisztikai módszerek, szoftverek Statisztikai feladatok

Vázlat Ismétlés: A mendeli öröklődés Történeti áttekintés: A klasszikus genetikától a molekuláris biológiáig A molekuláris biológia alapjai A genetikai változatosság formái Epigenetika Genomika Genetikai vizsgáló módszerek

Forrás: Wikipedia

Autoszomális domináns öröklődés A vonás minden generációban megjelenik. Férfiak és nők körében egyenlő arányban fordul elő. Heterozigóta szülő gyerekei 50%-os valószínűséggel hordozzák a vonást Példa: Huntington-chorea

Autoszomális recesszív öröklődés A fenotípus „átugrik” generációkat. A fenotípus egyenlő eséllyel jelenik meg férfiakban és nőkben. Heterozigóták (“hordozók”) nem mutatják a vonást. Két hordozó utódjainál 25%-ban megjelenik a fenotípus. Példa: cisztás fibrózis

X-hez kötött recesszív öröklődés A hordozó (heterozigóta) anyák 50%-ban adják tovább fiaiknak a betegséget. Példa: vérzékenység, izom-disztrófia

Történeti áttekintés: Genetikától a Molekuláris biológiáig 1866 Mendel – az öröklődés szabályainak felismerése 1869 Miescher – a DNS felismerése 1902 Sir Archibald Garrod – az első human betegség genetikai okora való visszavezetése 1903 Kromoszómák leírása 1905 William Bateson- a genetika szó bevezetése 1913 Géntérképek 1931 Crossing over 1944 McLeod –MacCarty – a DNS az örökítő anyag 1953 Watson - Crick kettős hélix 1977 DNS sequenálás 1977 K. Mullis PCR 1988 Andreson mtDNS 1990 HUGO 1991 Pat Brown - DNS microarray 1996 Ian Wilmut - Dolly 2001 A postgenomikus éra kezdete 2005-2006 microRNS 2010 Teljes-genom szekvenálás Forrás: Prof. Falus András

Kromoszómák: örökítő anyag hordozói p – rövid kar, q – hosszú kar Giemsa-festéssel vizualizált sávok

Kromoszóma-térképek, lókuszok (ang: locus, loci)

Forrás: Gonick – Wheelis: Cartoon Genetics / Képregén

A molekuláris biológia centrális dogmája Francis Crick: 1958 Információ egyirányú áramlása Részben megdőlt

A genetikai kód Trinukleotid-szekvenciák - kodon 4³=64 lehetőség 20 aminosav (fehérjék építőkövei) – redundáns 3 db STOP kodon: UAA, UAG, UGA

Humán genom projekt 2001: A HUGO eredményeinek publikálása (DNS munkapéldány): 3x109 bázispár, 16-18ezer gén. „3000 db 1000 oldalas könyv, melynek minden lapján 1000 betű van. Polimorf DNS-szakasz: 0,1%. „Junk”-DNS A genetikai polimorfizmusok típusai: SNP (single nucleotide polymorphism), VNTR (variable number of tandem repeats, mikroszatellita) CNV (copy number variation)

Genetikai polimorfizmusok „Mutáció” ritka allél < 1% betegség „Polimorfizmus” ritka allél > 1% jelleg, hajlam, tulajdonság Egyetlen bázisra kiterjedő variáció Hosszabb variábilis szakasz (ismétlődési polimorfizmusok) egypontos nukleotid polimorfizmus (SNP), pontmutáció, single nucleotide variation: 1 bázispár inzerció, deléció, szubsztitúció különböző hosszúságú szakaszok ismétlődése Itt beszélünk a polimorfizmusokról Forrás: Rónai Zsolt, 2004.

Genetikai polimorfizmusok Ismétlődési polimorfizmusok Transzpozon eredetű ismétlődések long interspersed element (LINE) short interspersed element (SINE) retrovírus-szerű elemek hossz ismétlődés 6–8 kb 100–300 bp 3–11 kb 850 000 1 500 000 450 000 Szegmentális duplikáció 1–200 kb blokkok ismétlődése ugyanazon vagy másik kromoszómán Egyszerű direkt ismétlődések 1–13 bp hosszú szakasz: mikorszatelliták; trinukleotid ismétlődések 14–500 bp-os szakaszok: miniszatelliták / VNTR-ek (variable number of tandem repeats) Forrás: Rónai Zsolt, 2004.

Genetikai polimorfizmusok típusai (összefoglalás + példák) Egynukleotidos polimorfizmus (SNP, single nucleotide polymorphism) A DNS nukleotid-szekvenciáján belül egy nukleotid cseréje Példa: COMT (katekol-O-metiltranszferáz) Val158Met polimorfizmus Allélok: G és A Genotípusok:GG AG AA Asszociáció: A G allélt hordizóknál csökkent kognitív rugalmasság, szkizofrénia (?) Ismétlődési polimorfizmus (VNTR, variable number of tandem repeats, mikroszatellita) Ismétlődő rövid szekvenciák számbeli különbözősége DRD4 (dopamin-receptor D4) polimorfizmus Allélok: 4-es, 7-es, 11-es számú ismétlődés Genotípusok: 4-4, 4-7, 4-11, 7-7. 7-11, 11-11 Asszociáció: 4-es ismétlődésű allél: ADHD, TCI újdonságkeresés személyiségjegy

Genetikai polimorfizmusok A „rövid szakaszt érintő” polimorfizmusok (SNP és VNTR) hatása SNP VNTR kódoló szakaszon nem kódoló szakaszon báziscsere: semmi AS-csere splicing nonsense ins / del: frame-shift 3-mal osztható: ismétlődő peptidszakasz 3-mal nem osztható: semmi / nem ismert / transzkripciós aktivitás / mRNS élettartam… Forrás: Rónai Zsolt, 2004.

Genetikai polimorfizmusok A „rövid szakaszt érintő” polimorfizmusok (SNP és VNTR) hatása SNP VNTR kódoló szakaszon báziscsere: semmi AS-csere splicing nonsense ins / del: frame-shift 3-mal osztható: ismétlődő peptidszakasz 3-mal nem osztható: sarlósejtes anémia fruktóz intolerancia cisztikus fibrózis „0” vércsoport Huntington-betegség 21-hidroxiláz deficiencia Forrás: Rónai Zsolt, 2004.

Genetikai polimorfizmusok A „rövid szakaszt érintő” polimorfizmusok (SNP és VNTR) hatása SNP VNTR nem kódoló szakaszon semmi / nem ismert / transzkripciós aktivitás / mRNS élettartam… öröklődő tulajdonság, hajlam bizonyos betegségekre Forrás: Rónai Zsolt, 2004.

Copy Number Variation (CNV) Másolatszám változatosság, Gén kópiaszám változatosság A genetikai változatosság egyik formája: gének mennyiségi változatossága, melyet mikrodeléciók vagy mikroduplikációk okoznak. Kialakulás: de novo vagy öröklött Befolyásolják a gén-expressziót Fontos szerepük lehet betegségek kialakulásában. Immun-rendszer és idegrendszeri fejlődés génjei: CNV-ben gazdag genetikai állomány. Korai fejlődés és sejtosztódás génjei: konzervatív genetikai állomány, kevés CNV. Kromoszóma-mutációk: COMT (22q11), DISC1, PDE4B (1q42) Down-szindróma – 21. triszómia (kromoszóma-duplikáció) http://www.gene-quantification.de/cnv.html

Copy Number Variation (CNV) II. Méret: 1 kb-2Mb Egy publikáció szerint MZ ikrekben is eltérnek egymástól Strukturális variációk Ritka variációk Leírásuk a humán genom projekt után vált lehetővé Jelentőség: autizmus (15q13), szkizofrénia (22q11)

CNV-k vizsgálatának módszerei: CGH: comparative genomic hybridization ROMA microarray GWAS adatok

Gyakori és ritka genetikai variánsok szerepe a pszichiátriai betegségek kialakulásában Affektív tünettan Neurodevelopmentális zavar Mentális Autizmus Szkizofrénia Bipoláris zavar retardáció Ritka genetikai variánsok Gyakori genetikai variánsok Owen és mtsai., 2009

Epigenetika A DNS „csomagolása”, Befolyásolja a gének aktivitását, a gén-expressziót, életkor során reverzibilisen változhat Metiláció (CpG szigetek), acetiláció, hisztonok, foszforiláció, telomeráz enzim aktivitása.