Rozdział 3. Genetyka w praktyce klinicznej ABERRACJE CHROMOSOMOWE. Zagadnienia ogólne CHOROBY GENETYCZNIE UWARUNKOWANE

Transkrypt

1 Genetyka w praktyce klinicznej Rozdział 3 Genetyka w praktyce klinicznej Niezwykły wzrost liczby chorób uwarunkowanych mutacjami genowymi wynika z zastosowania nowych technologii, szeroko omówionych w poprzednich rozdziałach. Liczba chorób genetycznie uwarunkowanych i loci skatalogowanych w bazie Mendelian Inheritance in Man wzrosła z około 1500 w 1964 roku do ponad 15 tysięcy obecnie. Od 1995 roku powyższy katalog dostępny jest w wersji elektronicznej, jako Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM), na stronie: W poniższym rozdziale przedstawiono wybrane choroby o znanym lub prawdopodobnym podłożu genetycznym oraz opisano technologie stosowane w celu ich rozpoznania i w próbach leczenia. CHOROBY GENETYCZNIE UWARUNKOWANE Choroby dziedziczne uwarunkowane są szerokim spektrum defektów genetycznych, od zmian pojedynczych nukleotydów (niedokrwistość sierpowatokrwinkowa) po utratę lub obecność dodatkowego całego chromosomu (zespół Downa). Najpowszechniej występujące choroby genetyczne u człowieka są uwarunkowane poligenowo i wynikają z obecności wielu mutacji lub wariantów genowych w różnych loci. Spośród nich każda zmiana wywiera niewielki, lecz addytywny, wpływ na ujawnienie się choroby. Wiek, w którym pojawiają się pierwsze objawy choroby oraz jej ekspresja kliniczna, zależą także od wpływu czynników środowiskowych, stąd określenie choroby wieloczynnikowe. ABERRACJE CHROMOSOMOWE Zagadnienia ogólne Wiele nieprawidłowości (aberracji) chromosomowych wynika z utraty całego chromosomu (zespół Turnera) [ryc. 3.1], obecności dodatkowego chromosomu (zespół Downa) [ryc. 3.2] lub podobnych zmian, lecz dotyczących fragmentów chromosomów, np. delecje, duplikacje, inwersje, translokacje [patrz rozdz. 2, str. 67]. Obserwowane w przebiegu tych chorób problemy medyczne i rozwojowe uwarunkowane są dysfunkcją jednego lub wielu ważnych genów. Aberracje chromosomowe występują często i stanowią prawie połowę przyczyn wczesnych poronień. Stwierdza się je również u 1 na 200 żywo urodzonych noworodków. Badania genetyczne wykonywane u nosicieli aberracji chromosomowych umożliwiają często lokalizację genów determinujących określone choroby, a także poznanie patogenezy chorób występujących w populacji ogólnej, u osób z prawidłowym garniturem chromosomowym. Dalej przedstawiono przykłady niektórych częstszych aberracji chromosomowych.

2 100 Genetyka medyczna Zespół Turnera i zespół Downa W zespole Turnera dochodzi do utraty, fragmentu lub całego, jednego z dwóch chromosomów X w komórce. Powyższa aberracja chromosomowa występuje często w zygocie bezpośrednio po zapłodnieniu. Zespół Turnera stwierdza się u 15% płodów poronionych samoistnie. Główne objawy choroby to niskorosłość oraz przedwczesne wygasanie czynności jajników. Osoby z zespołem Downa mają dodatkowy chromosom 21. Charakterystyczne cechy kliniczne to dysmorfia twarzoczaszki, wrodzona wada serca oraz niepełnosprawność intelektualna. Aberracje chromosomowe obejmujące obszar większy od 5 milionów par zasad (Mpz) widoczne są po zastosowaniu technik analizy prążkowej chromosomów. Wzrastająca liczba identyfikowanych obecnie mniejszych nieprawidłowości, niewidocznych w standardowym badaniu kariotypu, wynika z wprowadzenia technik cytogenetyki molekularnej, takich jak fluorescencyjna hybrydyzacja in situ (FISH) [patrz str. 74] czy porównawcza hybrydyzacja genomowa (CGH) [patrz str. 75]. Analiza kariotypu Chromosomy płciowe Rycina 3.1 Kariotyp w zespole Turnera (45,X). Badanie wykonano w Genetics Laboratories, Addenbrooke s Hospital, Cambridge. Poszczególne chromosomy identyfikowane są metodami prążkowymi. Sposób klasyfikacji chromosomów uwzględnia zarówno ich wielkość, jak i kształt (grupy A G). Chromosomy płciowe Rycina 3.2 Kariotyp w zespole Downa (trisomia chromosomu 21 pary).

3 Genetyka w praktyce klinicznej 101 Technika FISH umożliwia identyfikację tzw. zespołów mikrodelecyjnych, uwarunkowanych utratą fragmentu DNA mniejszego niż 5 Mpz. Mikrodelecje powstają w sąsiedztwie wysoce powtarzalnych sekwencji DNA, tzw. duplikonów, które predysponują chromosomy do nieallelicznej rekombinacji w trakcie podziału komórki. Duplikony Sekwencje o niskiej powtarzalności (ang. low- -copy repeats) występują powszechnie w genomie, przy czym specyficzna sekwencja duplikonu różni się w zależności od lokalizacji chromosomowej. Duplikony odgrywają istotną rolę w procesie homologicznej rekombinacji chromosomów. Poprzez zwiększenie prawdopodobieństwa utraty flankowanej przez nie sekwencji DNA prowadzą także do powstawania zespołów mikrodelecyjnych. FISH subtelomerowy FISH subtelomerowy umożliwia identyfikację bardzo małych aberracji w pobliżu końców chromosomów (telomerów), które nie są widoczne przy użyciu standardowych metod prążkowych. Zastosowanie tej techniki doprowadziło do rozpoznania nieznanych dotychczas zespołów mikrodelecji i mikroduplikacji, w których obrazie występuje niepełnosprawność intelektualna ze współistnieniem lub bez wad rozwojowych. Fluorescencyjna hybrydyzacja in situ poszerza możliwości diagnostyczne w przypadkach wad rozwojowych i niepełnosprawności intelektualnej oraz ułatwia rozpoznawanie i leczenie nabytych aberracji chromosomowych w niektórych nowotworach [patrz tekst o nowotworach w tym rozdziale]. w aberracjach chromosomowych obejmuje przede wszystkim działania wspierające i edukację rodzin osób chorych. Identyfikacja zmienionych w wyniku rearanżacji chromosomowych genów umożliwiła poznanie genetycznego patomechanizmu niektórych chorób występujących w populacji ogólnej. Zespół Downa Zespół Downa najczęściej uwarunkowany jest trisomią chromosomu 21 pary. Występuje z częstością około 1/1000 noworodków żywo urodzonych. Wiążą się z nim różne problemy kliniczne, m.in. wrodzone wady serca, niedosłuch, niedoczynność tarczycy, niepełnosprawność intelektualna oraz choroba Alzheimera. W ostatnich dziesięcioleciach średnia długość życia osób z zespołem Downa wzrosła i obecnie wynosi około 50 lat. Na chromosomie 21 zmapowano ponad 300 genów. Potrójna dawka niektórych z nich, a w konsekwencji nadmierna ekspresja, przyczynia się do ujawnienia fenotypu zespołu Downa. Na przykład za wystąpienie wczesnej postaci choroby Alzheimera, stosunkowo częstej w przebiegu zespołu, odpowiada prawdopodobnie gen białka prekursorowego amyloidu APP, zlokalizowany w regionie 21q21. Akumulacja amyloidu w tkankach jest typowym objawem, który stwierdza się w badaniach neuropatologicznych osób z chorobą Alzheimera. Obecność trzech kopii genu APP u pacjentów z zespołem Downa skutkuje nadmierną produkcją tego białka. Powyższy związek genotypowo-fenotypowy umożliwił identyfikację genu APP jako genu-kandydata w chorobie Alzheimera. Mutacje punktowe w genie APP zidentyfikowano także w części przypadków występowania rodzinnego tej choroby w populacji ogólnej [patrz str. 147]. Potwierdzenie diagnozy możliwe jest w standardowym badaniu kariotypu, a także przy zastosowaniu metody inter- lub metafazowego FISH.

4 102 Genetyka medyczna Opublikowano szereg medycznych algorytmów postępowania, które w znaczący sposób poprawiają standard opieki nad chorymi z zespołem Downa. Prowadzone są także badania nad lekami, które mogłyby zapobiec wystąpieniu lub zmniejszyć skutki choroby Alzheimera. Zespół Turnera Zespół Turnera powstaje w wyniku częściowej lub całkowitej monosomii chromosomu X u osób płci żeńskiej. Występuje z częstością około 1/2500 noworodków żywo urodzonych. Najczęściej manifestuje się niskorosłością oraz przedwczesnym wygasaniem czynności jajników, choć w jego przebiegu mogą ujawnić się inne problemy medyczne, m.in. nieprawidłowości układu limfatycznego czy wrodzona wada serca. Osoby z zespołem Turnera zwykle nie wykazują niepełnosprawności intelektualnej, niemniej mają specyficzne trudności w nauce. Na chromosomie X znajduje się ponad 1000 genów. Utrata tych, które zlokalizowane są na krótkim ramieniu, determinuje fenotyp zespołu Turnera. Brak kopii genu SHOX w regionie pseudoautosomalnym Xp22.33 jest prawdopodobnie odpowiedzialny za niskorosłość [patrz Homeobox]. Mutacje w tym genie u osób z prawidłowym kariotypem są przyczyną idiopatycznej niskorosłości oraz, stosunkowo rzadkiej, łagodnej dysplazji szkieletowej (zespół Leriego-Weilla), wykazującej podobieństwo fenotypowe do zespołu Turnera. Zwykle potwierdzenie zespołu Turnera uzyskuje się w klasycznym badaniu kariotypu, choć ze względu na wysoką częstość występowania mozaikowości należy przeanalizować większą niż zwykle liczbę metafaz. Czasem stosuje się także techniki inter- lub metafazowego FISH. Opublikowano standardy rozpoznania zespołu Turnera i postępowania terapeutycznego. Obejmują one zastosowanie hormonu wzrostu i estrogenów. Dawka oraz okres stosowania tych leków są przedmiotem sporów. Homeobox Homeobox (kaseta homeo) to krótki fragment DNA, kodujący 60-aminokwasowy polipeptyd, którego sekwencja jest identyczna we wszystkich zawierających go genach (geny homeotyczne). Białka, w których skład wchodzi ten polipeptyd, są kluczowymi regulatorami rozwoju embrionalnego. Zespół Williamsa-Beurena Zespół Williamsa-Beurena, jeden z najlepiej poznanych zespołów mikrodelecyjnych, spowodowany jest ubytkiem około 1,5 Mpz w regionie 7q Główne objawy kliniczne to: zwężenia naczyń krwionośnych, niskorosłość, hiperkalcemia, niepełnosprawność intelektualna w stopniu lekkim oraz charakterystyczne cechy osobowości. Zespół niemal zawsze występuje de novo. Wystąpienie objawów zespołu Williamsa-Beurena spowodowane jest delecją około 25 genów. Niektórym z nich przyporządkowano występowanie poszczególnych cech fenotypowych. Wiele prac potwierdza rolę delecji genu elastyny (ELN) w powstawaniu zmian naczyniowych. Późniejsze badania wykazały, że także niektóre rodzaje zwężeń naczyń niezwiązane z zespołem Williamsa-Beurena spowodowa-

5 Genetyka w praktyce klinicznej 103 ne są mutacjami punktowymi lub delecjami w genie ELN i wynikającą z tego haploinsuficjencją produktu genu elastyny. Mikrodelecja wywołująca zespół Williamsa- -Beurena jest niewidoczna w standardowym badaniu kariotypu. Metodą z wyboru jest zatem FISH metafazowy z użyciem sondy identyfikującej gen elastyny. Dostępne są standardy zarówno rozpoznania tego zespołu, jak i postępowania z osobami chorymi. Opisano metody leczenia i zapobiegania niektórym problemom zdrowotnym oraz wynikającym z cech osobowości. Haploinsuficjencja białka Haploinsuficjencja oznacza, że zmiana ilości produktu danego genu prowadzi do wystąpienia określonego fenotypu. W przypadku utraty jednej funkcjonalnej kopii genu obecność jedynie 50% produktu białkowego doprowadzi do ujawnienia efektu fenotypowego. pełniąc istotną rolę w powstaniu struktur twarzy, szyi i klatki piersiowej. Zaburzenie procesu migracji neuronalnej obserwowane w zespole mikrodelecji 22q11 skutkuje wystąpieniem anomalii twarzoczaszki, immunologicznych oraz sercowo-naczyniowych, m.in.: cech dysmorfii twarzy, wady wrodzonej serca (np. tetralogii Fallota lub hipoplazji łuku aorty), hipokalcemii związanej z niedorozwojem przytarczyc, niedoborów immunologicznych oraz strukturalnych i funkcjonalnych nieprawidłowości podniebienia miękkiego. Wielu chorych wykazuje ponadto cechy niepełnosprawności intelektualnej w stopniu lekkim, a około 25% ma zaburzenia psychiatryczne, m.in. schizofrenię lub depresję. Tetralogia Fallota Tetralogia Fallota jest złożoną wadą serca obejmującą cztery nieprawidłowości anatomiczne: ubytek w przegrodzie międzykomorowej, zwężenie drogi odpływu krwi z prawej komory do płuc, kompensacyjny przerost prawej komory i prawostronne przemieszczenie aorty. Częstą przyczyną tej wady jest zaburzenie migracji komórek grzebienia nerwowego w kierunku serca w czasie życia płodowego. Zespół mikrodelecji 22q11 (zespół DiGeorge a lub zespół podniebienno-sercowo-twarzowy) Zespół DiGeorge a oraz zespół podniebienno- -sercowo-twarzowy, które niegdyś uznawane były za różne jednostki chorobowe, są innymi nazwami tego samego zespołu mikrodelecyjnego. Jest to najczęstszy zespół mikrodelecyjny, stwierdzany u 1/4000 osób, zwykle uwarunkowany obecnością delecji około 3 Mpz w regionie 22q11. Komórki grzebienia nerwowego rozwijającego się zarodka, powstałe z brzegów cewy nerwowej, migrują w różne okolice ciała, Około 90% przypadków zespołu występuje de novo. Pozostałe są wynikiem przekazania mikrodelecji 22q11 przez rodzica, czasem uprzednio niezdiagnozowanego. Prawdopodobieństwo wystąpienia zespołu u potomstwa osoby chorej wynosi 50% zgodnie z autosomalnym dominującym trybem uwarunkowania choroby. Kumulacyjny efekt utraty około 30 genów w regionie 22q11 odpowiada za wystąpienie objawów zespołu. Utrata kopii genu UFD1L (kodującego białko szlaku ubikwityno-proteasomowego, odpowiedzialnego za degradację białek komórkowych) lub genu COMT (kodującego enzym katecholo-o-metylotransfera-

6 104 zę) prawdopodobnie predysponuje do ujawnienia zaburzeń psychiatrycznych. Identyfikacja genu(-ów) odpowiedzialnego(-ych) za patogenezę powyższych objawów może mieć istotne znaczenie dla populacji ogólnej, jako że mutacje lub inne zmiany w obrębie tych genów są przypuszczalnie w dużej mierze odpowiedzialne za pojawienie się choroby psychicznej u osób bez delecji w obrębie chromosomu 22 pary. Standardowe badanie cytogenetyczne umożliwia identyfikację delecji 22q11 jedynie u mniej niż 10% chorych. Najczulszym i szeroko dostępnym testem diagnostycznym jest FISH z sondą zawierającą sekwencje DNA z regionu 22q11. Standardowe postępowanie obejmuje zwalczanie problemów medycznych i psychiatrycznych, a także profilaktykę lub minimalizowanie zaburzeń neurorozwojowych. Genetyka medyczna Stosowane techniki diagnostyczne różnią się w zależności od rodzaju defektu odpowiedzialnego za wystąpienie choroby. Wiele mutacji punktowych identyfikuje się techniką PCR i przez sekwencjonowanie. Testy diagnostyczne dla chorób monogenowych stają się powszechnie dostępne. Laboratoria kierują swoje oferty nawet do lekarzy podstawowej opieki zdrowotnej. Mimo to w wielu zespołach jednogenowych (np. zespół Ehlersa-Danlosa lub zespół Marfana) zasadnicze znaczenie ma nadal rozpoznanie kliniczne ze względu na nieznane podłoże genetyczne lub zbyt złożoną diagnostykę molekularną. Podstawą diagnostyki wszystkich chorób genetycznie uwarunkowanych powinno być badanie kliniczne i analiza rodowodu. W ramach analizy rodowodu należy uwzględnić: objawy kliniczne stwierdzane u krewnych chorego, ewentualne pokrewieństwo rodziców, powtarzające się poronienia, występowanie niepełnosprawności intelektualnej oraz wad rozwojowych. CHOROBY MONOGENOWE (MENDLOWSKIE) Zagadnienia ogólne Znamy mutacje genowe odpowiedzialne za wystąpienie tysięcy chorób monogenowych. Zmutowane geny zostały zidentyfikowane przy użyciu różnych technik biologii molekularnej, takich jak klonowanie miejsc złamań w translokacjach chromosomowych, analiza sprzężeń, analiza genów-kandydatów oraz badanie genów na modelach zwierzęcych. Zsekwencjonowanie genomu ludzkiego w ramach projektu HUGO sprawiło, że identyfikacja patogennych zmian w genach, które odpowiadają za choroby monogenowe, stała się niemal codziennością. jest zależne od rodzaju i specyfiki stwierdzanego zaburzenia. W chorobach uwarunkowanych mutacjami genów kodujących białka strukturalne (np. w zespole Marfana lub wrodzonej łamliwości kości) ogranicza się ono głównie do zapobiegania lub minimalizowania powikłań. W przypadku defektów enzymatycznych (wrodzonych zaburzeń metabolizmu, np. fenyloketonurii lub rodzinnej hipercholesterolemii) stosuje się dietę restrykcyjną i/lub substytucję enzymatyczną, która stała się szeroko dostępna dzięki innowacyjnej technologii produkcji rekombinowanych enzymów. Wielkie nadzieje wiązane są z terapią genową. Choć dotychczasowe próby nie przyniosły oczekiwanych rezultatów, z pewnością jest to obiecująca technologia.

7 Genetyka w praktyce klinicznej 105 Skróty używane w nazwach genów Skrócone nazwy genów pisze się kursywą. Gen LDLR (gen receptora lipoprotein o niskiej gęstości) koduje białko receptorowe o tej samej nazwie. Mutacje w LDLR wywołują rodzinną hipercholesterolemię. W skróconych nazwach genów mysich pierwsza litera jest wielka, pozostałe małe, np. Ldlr. Locus chromosomowe umieszcza się w nawiasie, np. LDLR (19p13). CHOROBY AUTOSOMALNE DOMINUJĄCE Achondroplazja Achondroplazja to najczęstsza genetycznie uwarunkowana choroba układu szkieletowego. Występuje z częstością 1/ / żywo urodzonych noworodków. Główne objawy kliniczne to niskorosłość (średni wzrost osoby dorosłej ok. 120 cm), skrócenie kończyn, nadmierna lordoza lędźwiowa i wielkogłowie (powiększenie obwodu głowy) z wydatnym czołem. W okresie niemowlęcym stwierdza się hipotonię, a także zwiększone ryzyko wystąpienia bezdechu, będącego wynikiem ucisku na pień mózgu lub zwężenia dróg oddechowych. Wśród najczęstszych powikłań wieku dorosłego wymienia się otyłość oraz objawy z ucisku rdzenia kręgowego lub nerwów rdzeniowych, wynikające ze zwężenia kanału kręgowego (stenoza kanału kręgowego). Rozwój intelektualny jest zwykle prawidłowy. W ponad 80% przypadków wywiad rodzinny jest ujemny, a chorobę powoduje mutacja de novo na chromosomie 4, odziedziczonym od ojca. Istnieje związek pomiędzy częstszym występowaniem achondroplazji a zaawansowanym wiekiem ojca. Achondroplazja jest zawsze wywołana mutacją w genie receptora czynnika wzrostu fibroblastów (FGFR3, 4p16), który koduje białko o tej samej nazwie. Osoby chore są heterozygotycznymi nosicielami mutacji. Homozygotyczność to niskorosłość letalna. Prawdopodobieństwo jej wystąpienia u potomstwa dwóch osób chorych wynosi 25%. Białko FGFR3 jest receptorem kinazy tyrozynowej, który wiąże białka czynników wzrostu fibroblastów. W warunkach prawidłowych związanie liganda aktywuje receptor, inicjując kaskady sygnałowe, istotne dla wzrostu i różnicowania komórek. Mutacja odpowiedzialna za wystąpienie achondroplazji skutkuje konstytutywną (niezależną od liganda) aktywacją receptora FGFR3. Szereg innych mutacji w genie FGFR3 powoduje wystąpienie dysplazji szkieletowych, przy czym im większa konstytutywna aktywacja receptora, tym większe nasilenie objawów choroby. kliniczne ustalane jest na podstawie charakterystycznych cech klinicznych i objawów radiologicznych. Dostępna jest też diagnostyka molekularna. Praktycznie u wszystkich chorych z achondroplazją stwierdza się taką samą mutację genową w pozycji Prawdopodobnie jest to najczęściej ulegający mutacjom nukleotyd w genomie człowieka. Stosuje się chirurgiczną korekcję występujących w przebiegu choroby powikłań, np. zwężenia kanału kręgowego. Stymulację wzrostu uzyskuje się poprzez terapię hormonem wzrostu. Można też wykonać ortopedyczne wydłużanie kończyn. Zespół policystycznych nerek typu dorosłych Zespół policystycznych nerek typu dorosłych jest najczęstszą dziedziczną chorobą nerek.

8 106 Genetyka medyczna Występuje u 1/500 1/1000 osób. Dziedziczy się w sposób autosomalny dominujący. Niewydolność nerek jest wynikiem postępującego zwyrodnienia torbielowatego. Torbiele mogą tworzyć się także w innych narządach, m.in. w wątrobie. Często spotyka się również anomalie pozanerkowe: tętniaki, uchyłkowatość, przepukliny i wady zastawkowe serca. Wczesnym objawem jest nadciśnienie tętnicze. Około 85% przypadków zespołu wynika z mutacji w genie PKD1 (16p13.3), który koduje policystynę 1. Znaczenie tego białka nie jest znane. Wiadomo, że stanowi receptor błonowy rzęsek nabłonka nerkowego i występuje w kompleksie z innymi białkami. Większość mutacji PKD1 to mutacje typu utraty funkcji. Znaczną część pozostałych przypadków zespołu policystycznych nerek wywołuje mutacja w genie PKD2 (4q13-23) kodującym policystynę 2. Białko to jest częścią napięciowozależnego kanału wapniowego i jednocześnie homologiem strukturalnym policystyny 1. Wykazano interakcję policystyny 2 z policystyną 1 na poziomie komórkowym, szczególnie w obrębie rzęsek nabłonka nerkowego. Początek i przebieg choroby są szybsze i bardziej dramatyczne u pacjentów z mutacją w genie PKD1 w porównaniu z nosicielami mutacji PKD2. Podstawą rozpoznania klinicznego jest stwierdzenie charakterystycznych torbieli w badaniu ultrasonograficznym nerek. Liczba torbieli wzrasta z czasem. Dotychczas zidentyfikowano prawie 100 mutacji w genach PKD1 i PKD2. Komercyjnie dostępne testy diagnostyczne pozwalają potwierdzić chorobę na poziomie molekularnym u 75% chorych z mutacją w genie PKD1. Czułość badania jest jeszcze większa w przypadkach uwarunkowanych mutacjami w genie PKD2. Ponad 75% sekwencji genu PKD1 zduplikowane jest w innej lokalizacji na chromosomie 16. Badanie w kierunku mutacji w tym genie wymaga więc szczególnej uwagi, aby zidentyfikować defekt w genie PKD1, a nie w jego kopii. Bliższe poznanie ubytku czynnościowego, który prowadzi do rozwoju tego zespołu, pozwoli zapewne w przyszłości na opracowanie metod leczenia. Niemal u połowy pacjentów do 50. roku życia rozwija się niewydolność nerek. Wymagają oni dializoterapii lub przeszczepu. Choroba Charcot-Marie-Tooth typu 1 i 2 (dziedziczne neuropatie czuciowo-ruchowe, HMSN) Grupa chorób Charcot-Marie-Tooth (CMT, od nazwisk lekarzy francuskich żyjących w XIX wieku) charakteryzuje się w badaniu neurologicznym: postępującym osłabieniem siły mięśniowej, zanikami dystalnych mięśni kończyn, osłabieniem głębokich odruchów ścięgnistych, osłabieniem czucia w obrębie kończyn oraz obecnością stopy wydrążonej (pes cavus). Choroby te występują z częstością około 1/2500 osób. CMT typu 1 i 2 dziedziczą się w sposób autosomalny dominujący. Początek choroby przypada zwykle pomiędzy okresem dzieciństwa a 30. rokiem życia. Na podstawie wyników badań elektroneurograficznych, molekularnych i analizy sposobu uwarunkowania wyróżnia się liczne podtypy CMT. CMT1A jest najczęstszym podtypem CMT. Spowodowana jest obecnością duplikacji wielkości 1,5 Mpz w obrębie chromosomu 17 (17p11), która skutkuje m.in. obecnością trzech kopii genu PMP22 kodującego obwodowe białko mieliny 22. Stwierdza się zwolnienie przewodnictwa nerwowego. CMT1A jest zatem przykładem choroby demielinizacyjnej. Zanik

9 Genetyka w praktyce klinicznej 107 mięśni łydek i stóp skutkuje osłabieniem mięśni kostki i obustronnym opadaniem stóp. Kończyny dolne przyjmują charakterystyczny kształt, przypominający odwróconą butelkę szampana. Mimo to chorzy zwykle chodzą samodzielnie. Przewidywana długość życia w CMT1A nie odbiega od normy dla populacji ogólnej. CMT1B, o podobnym do CMT1A obrazie klinicznym, spowodowana jest obecnością mutacji w genie MPZ kodującym białko mielinowe zero. Fenotyp CMT2 jest łagodniejszy od obserwowanego w CMT1, a wyniki badań szybkości przewodzenia w nerwach obwodowych są prawidłowe. Opisano wiele podtypów CMT2 i zidentyfikowano siedem genów, w których mutacje odpowiedzialne są za wystąpienie tej choroby. CMT1A jest zespołem mikroduplikacyjnym. Podobnie jak w zespołach mikrodelecyjnych [patrz str. 101], homologiczne sekwencje DNA (duplikony) flankujące region krytyczny na chromosomie 17 predysponują do nierównego crossing-over w trakcie mejozy. Efektem jest m.in. duplikacja genu PMP22. Jego dodatkowa kopia powoduje zwiększenie poziomu specyficznego mrna, co prowadzi, w nieznanym mechanizmie, do uszkodzenia mieliny nerwów obwodowych i zwyrodnienia aksonalnego. Dalsze zwiększenie liczby kopii PMP22 zarówno u ludzi, jak i u myszy, skutkuje cięższym efektem fenotypowym. Poważniejszy obraz kliniczny CMT1A stwierdza się także u nosicieli mutacji punktowych w genie PMP22, których patogenność wynika prawdopodobnie ze zmniejszenia aktywności lub eliminacji prawidłowego białka eksprymowanego z allelu dzikiego [patrz str. 111, Mutacje dominujące negatywne ]. Co ciekawe, o ile duplikacja genu PMP22 powoduje fenotyp CMT, jego delecja odpowiada za ujawnienie innej choroby, dziedzicznej neuropatii z nadwrażliwością na ucisk (HNPP), którą charakteryzuje obecność porażeń nerwów obwodowych, np. strzałkowego z opadaniem stopy, po stosunkowo niewielkim urazie. Opis mechanizmów, które wywołują CMT, a wynikają z mutacji w innych genach, przekracza zakres tej książki. Podejrzenie kliniczne CMT powinno zostać zweryfikowane badaniem elektroneurograficznym. Identyfikację duplikacji genu PMP22 umożliwiają technika FISH i metoda Southerna obie powszechnie dostępne. Rzadkie przypadki CMT1A uwarunkowane mutacjami punktowymi w genie PMP22 wykrywa się poprzez sekwencjonowanie całego genu w poszukiwaniu defektu molekularnego. Analiza mutacji w innych genach, które również wywołują CMT, możliwa jest jedynie w wybranych laboratoriach. Prawdopodobnie odkryte zostaną także kolejne geny, których mutacje skutkują wystąpieniem choroby. Opisano bowiem rodziny dotknięte CMT, ale niebędące nosicielami mutacji w znanych dotychczas genach. Leczenie CMT jest objawowe. Ze względu na autosomalny dominujący tryb uwarunkowania większości podtypów wskazane jest badanie neurologiczne i molekularne krewnych pierwszego stopnia osób chorych. Wyniki badań na modelach zwierzęcych z mutacją lub duplikacją genu PMP22 mogą w przyszłości pomóc w poznaniu mechanizmu procesu demielinizacyjnego. Dodatkową metodą leczenia, zapobiegającą obumieraniu aksonów, może być podawanie czynników neurotroficznych. Rodzinna hipercholesterolemia Rodzinna hipercholesterolemia (FH, ang. familial hypercholesterolaemia) jest najczęstszą cho-

10 108 Genetyka medyczna robą monogenową z grupy zaburzeń przemiany lipidów. Zwykle spowodowana jest obecnością mutacji w genie LDLR kodującym białko receptorowe lipoprotein niskiej gęstości (LDL). Około 1 na 500 osób jest heterozygotą FH, nosicielem mutacji w jednym allelu genu LDLR. Wiąże się z tym podwyższone stężenie cholesterolu LDL w surowicy krwi i wyższe od populacyjnego ryzyko wczesnego wystąpienia choroby niedokrwiennej serca. Homozygoty FH (około 1 na milion osób) charakteryzuje bardzo wysokie stężenie LDL w surowicy krwi oraz oporna na leczenie miażdżyca naczyń, pojawiająca się już w dzieciństwie. FH jest uwarunkowana w sposób autosomalny dominujący. Obecność dwóch kopii zmutowanego genu skutkuje cięższym obrazem klinicznym niż tylko jednej. Wolny cholesterol nie jest rozpuszczalny w wodzie, dlatego we krwi przenoszony jest z udziałem nośników. Z jednym z nich tworzy tzw. kompleks LDL. Większość tak dostarczonego do tkanek cholesterolu wykorzystywana jest do budowy błon komórkowych i syntezy steroli. Kompleks LDL jest rozpoznawany przez układ receptorowy LDLR, po czym cholesterol zostaje wchłonięty w procesie receptorowo swoistej endocytozy. Receptor dla LDL jest białkiem przezbłonowym, składającym się z szeregu funkcjonalnych podjednostek, z których każda odgrywa istotną rolę w wiązaniu cholesterolu. Jego defekty skutkują podwyższonym stężeniem tej lipoproteiny w surowicy krwi, co prowadzi do rozwoju miażdżycy. Dotychczas zidentyfikowano kilkaset różnych mutacji w genie LDLR (19p13), prowadzących do utraty lub obniżenia funkcji receptora (np. poprzez utratę zdolności jego syntezy lub zaburzenie transportu cząsteczek receptora na powierzchnię komórki). Podstawową rolę w rozpoznaniu choroby odgrywają: dokładna analiza rodowodu, także ewentualnych przypadków podwyższonych wartości cholesterolu u innych członków rodziny, obecność lub brak żółtaków oraz wynik lipidogramu na czczo. Stężenie całkowitego cholesterolu między 9 a 13 mmol/l występuje u heterozygot, zaś mmol/l u homozygot FH, przy czym najwyższe odchylenie od normy osiąga cholesterol LDL. Z uwagi na dużą liczbę różnych mutacji w genie LDLR, z których większość identyfikowana jest jedynie w pojedynczych rodzinach, analizę molekularną wykonuje się w warunkach klinicznych rzadko. Farmakoterapia heterozygot FH obejmuje podawanie inhibitorów reduktazy HMGCoA (statyny) i/lub żywic jonowymiennych, które zapobiegają wchłanianiu egzogennego cholesterolu z przewodu pokarmowego. Efekt takiej terapii u homozygot jest niewielki. Chorzy ci uzyskują znaczną poprawę kliniczną dopiero po transplantacji wątroby. Obecnie prowadzone są badania nad zastosowaniem terapii genowej z użyciem prawidłowej kopii genu LDLR. Dziedziczna telangiektazja krwotoczna Dziedziczna telangiektazja krwotoczna (HHT, ang. hereditary haemorrhagic telangiectasia), znana także jako choroba Rendu- -Oslera-Webera, jest zaburzeniem procesu waskulogenezy. Częstość jej występowania szacuje się na około 1/ osób. Główne objawy choroby nasilają się z wiekiem i zawsze ujawniają się przed 40. rokiem życia. Zaliczamy do nich rozszerzenia naczyń krwionośnych w obrębie skóry i błon śluzowych (telangiektazje niewielkie anastomozy tętniczo-żylne), które predysponują

11 Genetyka w praktyce klinicznej 109 do nawracających krwawień z nosa (obserwowanych już w dzieciństwie) i przewodu pokarmowego. Często występują też duże malformacje tętniczo-żylne, zwykle w płucach, wątrobie i mózgu. Wady naczyniowe w obrębie płuc, w wyniku mieszania się krwi tętniczej z żylną, mogą prowadzić do wystąpienia objawów nietolerancji wysiłku i sinicy. Nierzadko są także przyczyną krwotoku z płuc oraz ropnia lub udaru mózgu. Malformacje naczyń mózgowych powodują bóle głowy, przemijające napady niedokrwienne (TIA), udar oraz krwotok mózgowy. Chorobę Rendu-Oslera-Webera warunkują mutacje w dwóch genach. Za większość przypadków odpowiedzialne są defekty w genie endogliny (ENG, 9q34.1), które powodują tworzenie wadliwego, skróconego produktu białkowego. Ilość prawidłowej endogliny jest wtedy niewystarczająca [patrz Haploinsuficjencja białka, str. 103]. Fenotyp choroby znakomicie odzwierciedla jej mysi model (myszy z knock-outem genu). Endoglina jest białkiem błonowym zlokalizowanym w endotelium naczyniowym, gdzie wiąże się z transformującym czynnikiem wzrostu β (TGF-β). Uważa się, iż obniżenie jej aktywności zakłóca w nieznanym mechanizmie funkcjonowanie kaskady sygnałowej TGF-β, co przyczynia się do rozwoju patologii naczyniowych. Mutacje w innym genie kodującym receptor aktywiny A (ACVRL1, 12q11-14) są odpowiedzialne za 20% przypadków choroby. Produktem genu ACVRL1 jest białko homologiczne do TGF-β, którego wpływ na rozwój HHT również nie został poznany. kliniczne choroby Rendu- -Oslera-Webera opiera się na stwierdzeniu trzech z następujących objawów: telangiektazje, nawracające krwotoki z nosa, obciążony wywiad rodzinny, malformacje tętniczożylne. Diagnostyka molekularna polega na poszukiwaniu mutacji w genach ENG i ACVRL1 z wykorzystaniem metody sekwencjonowania fragmentów kodujących genów, wspomaganej techniką ilościowego PCR, szczególnie przydatną w identyfikacji delecji. W przypadku nawracających krwawień stosuje się suplementację preparatami żelaza, a w poważnych przypadkach przetoczenia krwi. Nieprawidłowe połączenia tętniczo- -żylne zamykane są techniką embolizacji. Stworzenie modelu zwierzęcego choroby (myszy z knock-outem genu) może przyczynić się do lepszego poznania jej patomechanizmu oraz przyspieszyć rozwój nowych metod terapeutycznych. Zespół Marfana Zespół Marfana występuje z częstością 1/5000 osób. Stwierdza się zaburzenia układu mięśniowo-szkieletowego: względną wysokorosłość z nieproporcjonalnie długimi kończynami i palcami (w porównaniu ze zdrowymi krewnymi), skoliozę (skrzywienie kręgosłupa) oraz deformacje mostka. Objawy ze strony układu sercowo-naczyniowego mogą być względnie łagodne: wypadanie płatka zastawki mitralnej; lub zagrażające życiu: poszerzenie łuku aorty, tętniaki (miejscowe osłabienie ściany naczynia z jego odcinkowym poszerzeniem, z lub bez rozwarstwienia ściany naczynia). Występują też różnego rodzaju defekty oka, od krótkowzroczności po podwichnięcie soczewki. W około 75% przypadków cechy kliniczne zespołu Marfana stwierdza się także u jednego z rodziców pacjenta. Pozostałe przypadki uwarunkowane są mutacjami de novo.