Etiologia i znaczenie kliniczne miejsc kruchych w chromosomach człowieka

Transkrypt

1 diagnostyka laboratoryjna Journal of Laboratory Diagnostics 2010 Volume 46 Number Praca poglądowa Review article Etiologia i znaczenie kliniczne miejsc kruchych w chromosomach człowieka The aetiology and clinical significance of the fragile sites in human chromosomes Izabela Łaczmańska, Ryszard Ślęzak Katedra i Zakład Genetyki, Akademia Medyczna we Wrocławiu Streszczenie Miejsca kruche chromosomów to obszary o zwiększonej częstości pęknięć lub złamań w obrębie chromatyd, które mogą występować samoistnie i/lub powstawać w określonych warunkach hodowlanych, pod wpływem substancji chemicznych. Charakterystyka molekularna miejsc kruchych umożliwiła badanie ich patogenności in vivo i określenie ich znaczenia w mechanizmie powstawania aberracji chromosomowych, prowadzących do zaburzeń rozwojowych oraz określenia ich roli w etiologii zmian nowotworowych. Miejsca kruche w chromosomach człowieka dzieli się, w zależności od częstości ich występowania, na: 1) często występujące miejsca kruche i 2) rzadko występujące miejsca kruche. Często występujące miejsca kruche, powszechne w populacji, mogą być zaangażowane w wymianę chromatyd siostrzanych, delecje i translokacje, są też preferencyjnymi miejscami dla integracji plazmidów. Rzadko występujące miejsca kruche obserwowane są u mniej niż 5% populacji. Pierwsza grupa rzadko występujących miejsc kruchych - miejsca wrażliwe na foliany, do której należą np. FRAXA, FRAXE, charakteryzuje się obecnością powtórzeń trójnukleotydowych CGG. Pełna mutacja, czyli zwiększenie liczby powtórzeń powyżej wartości krytycznej, powoduje hipermetylację promotora i inaktywację sąsiedniego genu oraz wystąpienie objawów klinicznych. Ekspresja miejsca kruchego i powstanie pęknięcia może także być przyczyną delecji fragmentu chromosomu, jak w przypadku FRA11B. Punkt złamania znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie regionu powtórzeń trójnukleotydowych CGG, co sugeruje udział FRA11B w powstaniu delecji, która prowadzi do utraty zlokalizowanych tam genów i wystąpienia objawów klinicznych zespołu Jacobsena. Druga grupa rzadko występujących miejsc kruchych - miejsca niewrażliwe na foliany, z której sklonowano dotychczas dwa: FRA16B i FRA10B, zawierają powtórzenia minisatelitarne bogate w pary AT. Uważa się, że ich ekspresja warunkowana jest pojawieniem się mutacji dynamicznej, co może prowadzić do zmian klinicznych, w zależności od utraty funkcji poszczególnych genów w obszarze pęknięcia. Dotychczas opisano istnienie korelacji genotypowo-fenotypowej dla miejsc FRAXA, FRAXE, FRA11B, FRA18C i FRA12A, które związane są z występowaniem cech dysmorficznych i niepełnosprawności intelektualnej oraz FRA3B i FRA16D zaangażowanych w rearanżacje chromosomowe w komórkach nowotworowych. Brak informacji o roli wielu znanych miejsc kruchych w chromosomach człowieka wymaga dalszych prac nad oceną zależności pomiędzy ich ekspresją a cechami fenotypowymi. Summary Chromosome fragile sites are regions sensitive to forming chromatid gaps and breaks under special cell culture conditions, after chemical induction or, in rare instances, spontaneously. The molecular characterization of the fragile sites allowed studying their pathogenicity in vivo and their significance in the origin of chromosomal aberrations that cause congenital defects and development or cancers. The fragile sites in human chromosomes are classified, depending on their induction and frequency within the population, as two groups: 1) common fragile sites, and 2) rare fragile sites. Common fragile sites, which are a natural part of chromosomes may be involved in sister chromatid exchange, deletions and translocations and are preferred sites for plasmid integration. Rare fragile sites are present in less than 5% of the population. The first group: rare folate-sensitive fragile sites like FRAXA and FRAXE include trinucleotide repeats. A full blown mutation causes the promoter hypermetylation and thus loss of the con- 81

2 Etiologia i znaczenie kliniczne miejsc kruchych w chromosomach człowieka FRA16A, FRAXA, FRAXE, FRAXF, FRA16B, FRA10B. Najczęściej występujące w populacji miejsce FRA16B, jest obecne u około 5% Europejczyków (Rys. 1) [10]. Często występujące miejsca kruche uznawane są za swoistą, niepatogenną cechę chromosomów i uważa się, że mogą być obecne u wszystkich członków populacji, przy czym poziom ich ekspresji jest różny u poszczególnych osób. U niektórych osób miejsce kruche może być widoczne w preparacie cytogenetycznym nawet w 30% komórek [1, 3, 8, 10]. Dotychczas u człowieka opisano 89 często występujących miejsc kruchych ulegających ekspresji po indukcji związkami chemicznymi: 1) afidokoliną (np. FRA1E, FRA2G, FRA3B, FRA4F, FRA6E, FRA6F, FRA7E, FRA7G, FRA7H, FRA7I, FRA8C, FRA9E, FRA13A, FRA16D, FRAXB), 2) 5-azacytydyną (FRA1H, FRA1J, FRA9F, FRA19A), 3) bromodezoksyurydyną (FRA4B, FRA5A, FRA5B, FRA6D, FRA9C, FRA10C, FRA13B) w stężeniach hamujących replikację DNA, ale nieprowadzących do zatrzymania cyklu komórkowego [3, 10]. Mianownictwo miejsc kruchych chromosomów jest zgodne z HUGO-GNC (Human Genome Organization Gene Nomenctiguous gene expression, protein deficiency and symptoms of disease. Rare fragile sites expression and a breakage formation may also cause a chromosomal fragment deletion. The break point for FRA11B is localized in the direct vicinity of the CGGrepeat region, which suggests its role in deletion of contiguous genes and clinical features of Jacobsen syndrome. Rare folate-insensitive fragile sites described up to date: FRA16B and FRA10B are composed of AT-rich minisatellite repeats. It is thought that their expression is caused by a dynamic mutation, which can lead to different clinical features dependent on the present genes in breakage region. There has been a genotype/phenotype correlation found for FRAXA, FRAXE, FRA11B, FRA18C, FRA12A which are consistent with dysmorphic features and mental impairment and for FRA3B and FRA16D which play a role in chromosomal rearrangements in cancer cells. The number and variability of fragile sites in human chromosomes suggest that correlation between their expression and phenotype disclosure is still significant. Słowa kluczowe: miejsca kruche, charakterystyka molekularna, FRAXA Key words: fragile sites, molecular characteristic, FRAXA Kruche miejsca w chromosomach Miejsca kruche (łamliwe) (ang. fragile sites FRA) to obszary chromosomów, w których obserwuje się zwiększoną częstość pęknięć lub złamań chromatyd. Zmiany te mogą występować samoistnie i/lub powstawać w określonych warunkach hodowlanych, pod wpływem wybranych związków chemicznych [1, 8, 10]. Miejsca kruche podlegają dziedziczeniu mendlowskiemu i mają charakterystyczne lokalizacje chromosomowe [8]. Są konserwatywne ewolucyjnie a ich ortologi występują u naczelnych oraz myszy [7, 9]. Ze względu na częstość występowania w populacji i wrażliwość na związki chemiczne dzieli się je na: 1. rzadko występujące miejsca kruche: a. wrażliwe na działanie folianów b. niewrażliwe na działanie folianów 2. często występujące miejsca kruche: a. indukowane przez afidokolinę, b. indukowane przez bromodezoksyurydynę (BrdU) c. indukowane przez 5-azacytydynę. Ekspresję miejsc kruchych można obserwować w preparatach cytogenetycznych lub analizować przy użyciu metod diagnostyki molekularnej. W pierwszym przypadku miejsca kruche można obserwować w preparatach uzyskanych w warunkach hodowli z użyciem selektywnych podłoży z dodatkiem takich związków chemicznych jak np. dystamycyna-a, 5-azacytydyna, BrdU lub w hodowlach z obniżoną zawartością folianów, z wyjątkiem miejsc FRA16B i FRA17A, których ekspresja jest spontaniczna [8,10]. Diagnostyka miejsc kruchych przy użyciu technik cytogenetycznych jest jednak czasochłonna i generuje wiele problemów technicznych, jednocześnie pozwalając na obserwację zmian jedynie na poziomie chromosomów. Wprowadzenie do diagnostyki technik molekularnych i poznanie podłoża molekularnego miejsc kruchych pozwala na ich detekcję na poziomie sekwencji nukleotydowej, bez konieczności uzyskania preparatów cytogenetycznych [8, 10]. Rzadko występujące miejsca kruche obserwowane są w mniej niż 5% populacji. Dotychczas opisano około 30 takich obszarów a sklonowano np.: FRA10A, FRA11A, FRA11B, FRA12A, Rycina 1. FRA16B - pęknięcie w chromosomie 16 widoczne w preparacie cytogenetycznym. 82

3 I. Łaczmańska i R. Ślęzak lature Commitee) np. zapis FRA16B oznacza: FRA - miejsce kruche (ang. fragile), 16 - chromosom 16, B - miejsce B. Do dokładnej lokalizacji miejsc kruchych stosowany jest zapis według ISCN (ang. An International System for Human Cytogenetic Nomenclature (2009)) z użyciem skrótu fra (ang. fragile kruchy) oraz określeniem chromosomu i miejsca złamania: regionu, prążka i podprążka w tym chromosomie, np. fra(x)(q27.3) lub fra(16)(q22.1) [3, 11]. Z wyjątkiem miejsc spontanicznie ulegających ekspresji, do których należą FRA16B i FRA17A, specyficzna ekspresja wszystkich opisanych do tej pory miejsc kruchych następuje wskutek indukcji podczas hodowli tkankowej [8]. FRA16B jest też jedynym znanym obszarem, którego ekspresja występuje w 100% komórek po indukcji w określonych warunkach (indukcja berenilem) [12]. W badaniach in vitro wykazano, że pojawiające się po indukcji miejsca kruche częściej niż inne obszary chromosomów mogą być zaangażowane w delecje i translokacje, wymianę chromatyd siostrzanych (SCE Sister Chromatid Exchange), amplifikacje genów oraz integrację plazmidów. Charakterystyka molekularna miejsc kruchych umożliwiła badania patogenności tych miejsc in vivo i określenie ich znaczenia dla powstawania aberracji chromosomowych, istotnych dla rozwoju wad wrodzonych lub zmian nowotworowych [3, 8, 10]. Wykazano, że wiele miejsc kruchych zlokalizowanych jest w punktach złamań, zaangażowanych w te aberracje. Opisano także zależność pomiędzy obecnością często występujących miejsc kruchych i miejscami złamań charakterystycznymi dla nowotworów [10] oraz rzadko występujących miejsc kruchych i niepełnosprawnością intelektualną [3]. Struktura molekularna miejsc kruchych Rzadko występujące miejsca kruche Molekularne podłoże powstawania rzadko występujących miejsc kruchych jest ściśle związane z ich sekwencją nukleotydową. W przypadku miejsc wrażliwych na foliany są to powtarzające się sekwencje trójnukleotydowe CGG a w przypadku miejsc niewrażliwych na foliany - powtórzenia minisatelitarne - motywy powtarzalne bogate w pary AT (VNTR - variable number of tandem repeats). Oba typy sekwencji charakteryzują się zdolnością do tworzenia specyficznych drugorzędowych struktur, takich jak struktura spinki do włosów czy struktura tetrahelikalna. Cechuje je wysoka elastyczność, która wpływa na dynamikę replikacji i oddziaływania z białkami histonowymi, a co za tym idzie na dekondensację materiału genetycznego, która może być widoczna w preparacie cytogenetycznym jako miejsce kruche [8]. Większość rzadko występujących miejsc kruchych należy do grupy wrażliwych na foliany. Miejsca te ulegają ekspresji in vitro w mediach hodowlanych z obniżona zawartością folianów lub dodatkiem inhibitorów metabolizmu folianów [3]. Wszystkie sklonowane dotychczas miejsca kruche wrażliwe na foliany są zależne od obecności powtórzeń CGG [3]. Liczba tych powtórzeń, zależnie od miejsca, waha się od 2 do kilkudziesięciu u zdrowych osób. Zwiększenie liczby kopii ponad normę, ale bez ekspresji miejsca kruchego, określa się mianem premutacji [10]. Przejście od premutacji do pełnej mutacji może wystąpić podczas oogenezy, nie występuje natomiast podczas spermatogenezy. Zwiększenie liczby powtórzeń trójnukleotydowych powyżej wartości krytycznej (np. dla FRAXA powyżej 200 powtórzeń) warunkuje ekspresję miejsca kruchego. Następuje wtedy metylacja przyległych wysp CpG a co za tym idzie wyciszenie transkrypcji sąsiadującego genu [10]. Dotychczas sklonowano tylko dwa rzadko występujące miejsca kruche niewrażliwe na foliany: FRA16B i FRA10B. Wykazują one wysokie podobieństwo powtórzeń mikrosatelitarnych bogatych w pary AT. Prawidłowe allele FRA16B zawierają od 7 do 12 powtórzeń sekwencji zbudowanych z 26 do 33 par zasad. FRA16B jest z pokolenia na pokolenie w sposób dominujący lub kodominujący, zawsze z pełną penetracją. Dziedziczenie jest niezależne od płci, chociaż niektórzy badacze opisywali częstsze przekazywanie nieprawidłowego allelu przez kobiety [5]. Uważa się, że ekspresja FRA16B jest warunkowana pojawieniem się mutacji dynamicznej w powtórzeniach mikrosatelitarnych bogatych w pary AT, tak, że sekwencja może zawierać do 2000 powtórzeń charakterystycznej sekwencji o długości 33 pz: [p(atatattatatatatatctaataata- TATC/ATA)n], w wyniku czego powstają allele wielkości kpz [8, 10]. Ekspansja powtórzeń i skłonność do łamliwości zależna jest prawdopodobnie od obecności struktury typu spinki do włosów. Liczba powtórzeń jest różna w rodzinach, w których zdiagnozowano FRA16B, aczkolwiek w obrębie jednej rodziny długość badanej sekwencji jest podobna. Z powodu wielkości allelu z mutacją dynamiczną (co najmniej pz) nie jest możliwe wytypowanie grupy alleli z premutacją, warunkującą predyspozycję do pojawienia się pełnej mutacji i obecności kruchego miejsca w chromosomie 16 [8, 14]. Molekularny mechanizm generowania złamań poprzez zwielokrotnienie liczby powtórzeń AT w miejscach kruchych niewrażliwych na foliany może wynikać z: 1) błędów replikacyjnych warunkowanych występowaniem takiej sekwencji, obejmujących także sekwencje z nimi sąsiadujące; 2) możliwości formowania struktury spinki do włosów przez sekwencje bogate w odwrócone powtórzenia AT, co może zaburzać replikację tych sekwencji i wpływać na ich dalszą ekspansję; 3) obserwowanego w obecności BrdU opóźnienia replikacji zwielokrotnionych sekwencji bogatych w pary AT, co może hamować formowanie się nukleosomów i kondensację chromatyny [8]; 4) zaburzeń w formowaniu się i organizowaniu nukleosomów w obecności dystamycyny A przyłączającej się do mniejszej bruzdy DNA w sekwencjach bogatych w powtórzenia AT; efekt ten ulega pogłębieniu wraz ze wzrostem długości sekwencji allelu FRA16B [10]. 83

4 Etiologia i znaczenie kliniczne miejsc kruchych w chromosomach człowieka Tabela I. Wybrane miejsca kruche i ich chromosomowa lokalizacja [wg. Lukusa i Fryns 2008]. Miejsce kruche Grupa Lokalizacja FRAXA Rzadko występujące, wrażliwe na foliany Xq27.3 FRAXE Rzadko występujące, wrażliwe na foliany Xq28 FRA11B Rzadko występujące, wrażliwe na foliany 11q23.3 FRA12A Rzadko występujące, wrażliwe na foliany 12q13.1 FRA18C Rzadko występujące, wrażliwe na foliany 18q22.1 FRA16B Rzadko występujące, wrażliwe na dystamycynę A/BrdU 16q22.1 FRA17A Rzadko występujące, wrażliwe na dystamycynę A/BrdU 17p12 FRA3B Często występujące, wrażliwe na afidokolinę 3p14.2 FRA16D Często występujące, wrażliwe na afidokolinę 16q23.2 Często występujące miejsca kruche Często występujące miejsca kruche zbudowane są z sekwencji bogatych w AT, aczkolwiek, w przeciwieństwie do miejsc rzadko występujących, nie zawierają motywów powtarzalnych i nie wykazują tendencji do ekspansji [3]. Ze względu na układ par AT w postaci wysp zwiększających elastyczność sekwencji, ich DNA może także formować charakterystyczne struktury drugorzędowe, co prawdopodobnie zaburza proces replikacji oraz wysokorzędową organizację chromatyny [8]. Większość z nich indukowana jest afidokoliną inhibitorem polimerazy DNA lub, mniejsza grupa, BrdU lub 5-azacytydyną inhibitorem metylacji DNA [3]. Konsekwencje kliniczne występowania miejsc kruchych Ocena korelacji między genotypem a fenotypem w przypadku większości miejsc kruchych jest trudna. Obecność niektórych miejsc kruchych jest ściśle powiązana z zaburzeniami obserwowanymi klinicznie, w przypadku innych nie obserwuje się bezpośredniej zależności genotypowo-fenotypowej [3]. Do pierwszej grupy należy miejsce kruche FRAXA [fra(x) (q27.3)], którego ekspresja warunkuje najczęstszą rodzinną formę niepełnosprawności intelektualnej, występującej u 1:4000 mężczyzn oraz 1:6000 kobiet, określaną klinicznie jako zespół łamliwego chromosomu X [8]. Choroba jest dziedziczona w sposób recesywny w sprzężeniu z chromosomem X. Ekspansja premutacji do pełnej mutacji odbywa się w mejozie, wyłącznie w żeńskich komórkach rozrodczych. Niepełnosprawność intelektualną obserwuje się głównie u mężczyzn oraz u niewielkiej liczby kobiet nosicielek pełnej mutacji. W pełnoobjawowym zespole, klinicznie najczęściej stwierdzana jest niepełnosprawność intelektualna w stopniu umiarkowanym lub głębokim (IQ zwykle ok ), zachowania o typie autystycznym, nadaktywność psychoruchowa, zaburzenia uwagi, opóźnienie i zaburzenie rozwoju mowy oraz cechy dysmorficzne w postaci wydłużonej twarzy, dużych uszu i powiększenia jąder u mężczyzn [2]. U mężczyzn, u których stwierdza się premutację, obserwuje się niecharakterystyczne objawy w postaci zespołów lękowych, a w późniejszym okresie życia, u prawie 30% nosicieli, objawy ataksji pochodzenia móżdżkowego (FXTAS-fragile X tremor ataxia syndrome). U kobiet nosicielek premutacji istnieje podwyższone ryzyko zespołu przedwczesnego wygasania czynności jajnika i czasami zespoły lękowe. Powtórzenia CGG w obszarze FRAXA zlokalizowane są w regionie 5 UTR genu FMR1 (fragile X mental retardation 1). U zdrowych ludzi liczba powtórzeń trójnukleotydowych w tym miejscu waha się od 6 do 54. Triplety CGG przerywne są często tripletami AGG, których liczba ma istotny wpływ na stabilność tego obszaru. Występowanie od 55 do 200 powtórzeń CGG określa się jako premutację [2, 3]. Występowanie powyżej 200 powtórzeń, czyli pełna mutacja, warunkuje hipermetylację promotora FMR1 i zahamowanie ekspresji tego genu, czyli brak produktu białkowego - FMRP (fragile X mental retardation 1 protein). FMRP jest białkiem wiążącym RNA (RNA-binding protein), wchodzącym w interakcje z licznymi cząsteczkami mrna oraz różnymi białkami, z którymi tworzy kompleksy oddziałujące z polirybosomami. FMRP ulega wysokiej ekspresji w neuronach, gdzie uczestniczy w syntezie białek oraz w gonadach [2, 3]. Diagnostyka zespołu łamliwego chromosomu X polega na ustaleniu liczby powtórzeń trójnukleotydowych w miejscu FRAXA przy użyciu technik hybrydyzacyjnych (hybrydyzacja z radioaktywnie znakowanymi sondami lub sondami znakowanymi biochemicznie), lub poprzez genotypowanie krytycznego fragmentu genomu [2]. U nosicieli premutacji w miejscu FRAXA obserwuje się prawidłowy lub nieznacznie obniżony poziom białka FMRP, co samo nie stanowi przyczyny powstania niepełnosprawności intelektualnej, jednakże u osób tych mogą pojawić się objawy neurologiczne zespołu FXTAS (fragile X tremor ataxia syndrome) objawiającego się drżeniem, ataksją, otępieniem, parkinsonizmem i zaburzeniami autonomicznymi w starszym wieku [6]. Miejsce kruche FRAXE [fra(x)(q28)] jest przyczyną występowania niepełnosprawności intelektualnej w stopniu umiarkowanym przy braku specyficznych cech dysmorficznych. Częstość występowania FRAXE w populacji wynosi 1: do 1: Powtórzenia CGG zlokalizowane są w 5 UTR genu FMR2 i u zdrowych ludzi liczba powtórzeń waha się od 4 do 39. Wykazano, że FMR2 ulega silnej ekspresji w mózgu a jego produkt białkowy może działać jako aktywator transkrypcji [3]. Obecność więcej niż 200 powtó- 84

5 I. Łaczmańska i R. Ślęzak rzeń CGG powoduje hipermetylację promotora FMR2 i wyciszenie genu. Ekspresja miejsca kruchego FRA11B może być związana z występowaniem zespołu Jacobsena, cechującego się charakterystycznymi wadami budowy twarzoczaszki, trombocytopenią, wadami serca, niepełnosprawnością intelektualną i niskim wzrostem. Częstość tego zespołu w populacji wynosi 1: Zespół Jacobsena wywołany jest delecją w obszarze ramienia długiego chromosomu 11 w locus 11q23.3. Punkt złamania znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie regionu powtórzeń trójnukleotydowych CGG, co sugeruje udział FRA11B w powstaniu delecji, która prowadzi do utraty zlokalizowanych tam genów i wystąpienia objawów klinicznych zespołu [12]. Występowanie niepełnosprawności intelektualnej skorelowano także z obecnością miejsca kruchego FRA12A. Powtórzenia CGG zlokalizowane są w tym przypadku w obszarze 5 UTR genu DIP2B (disco-interacting protein 2 homolog B), którego produkt białkowy zawiera domenę wiążącą bialko DMAP1 (DNA methyltransferase 1 associated protein 1), co może wskazywać na jego istotną rolę w procesie metylacji DNA. U osób chorych obserwowano zwiększenie liczby powtórzeń CGG oraz metylację promotora genu DIP2B. U osób zdrowych, u których obserwuje się ekspresję FRA12A, region promotorowy może być metylowany lub niemetylowany, ale ekspresja genu DIP2B jest wyższa niż u chorych. Uważa się, że zaburzenia ekspresji DIP2B w mózgu mogą być przyczyną niepełnosprawności intelektualnej związanej z występowaniem miejsca kruchego FRA12A [13]. Analiza molekularna innych rzadko występujących miejsc kruchych u człowieka nie pozwala na określenie jednoznacznych korelacji genotypowo-fenotypowych [12]. Dotychczas znane jest tylko jedno miejsce z grupy często występujących miejsc kruchych - FRA18C, związane z niepełnosprawnością intelektualną. Miejsce to, zawierające regiony bogate w pary AT, opisano u ojca pacjenta z zespołem Beckwitha-Wiedemanna, warunkowanego zmianami genetycznymi i epigenetycznymi w regionie 11p15.5. U dziecka zdiagnozowano delecję regionu 18q22-qter, związaną z utratą genu DOK6 (docking protein 6). Punkt złamania był zlokalizowany w regionie występowania miejsca kruchego FRA18C u ojca, co sugeruje, że FRA18C może uczestniczyć in vivo w złamaniach chromosomu, jednak jego rola w powstaniu zmian klinicznych jest niejasna. [4]. Często występujące miejsca kruche biorą także udział w rearanżacjach chromosomowych komórek nowotworowych, prowadzących do powstania delecji lub translokacji, często z inaktywacją sąsiadujących genów. FRA3B zlokalizowano w locus 3p14.2, w regionie gdzie znajduje się gen supresorowy FHIT (fragile histidine triad gene), ulegający delecji w nowotworach przewodu pokarmowego, płuc, piersi i szyjki macicy. FRA16D natomiast zlokalizowano w locus 16q23.3 w regionie genu supresorowego WWOX (WW domaincontaining oxidoreductase). Opisano korelacje pomiędzy występowaniem FRA16D a utratą heterozygotyczności (LOH loss of heterozygosity) w różnych typach nowotworów, np. piersi, prostaty, płuc oraz płaskonabłonkowym raku przełyku [3]. Podsumowanie Duża różnorodność i liczba miejsc kruchych w chromosomach człowieka, opisana dotychczas, dowodzi, że są one istotną częścią naszego genomu. Ich znaczenie dla fenotypu jest różne i zależy od lokalizacji oraz typu miejsca kruchego. W przeprowadzonych badaniach wykazano udział różnych mechanizmów w powstawaniu miejsc kruchych w chromosomach. Najczęściej stwierdzanym zaburzeniem było tworzenie obszarów, zawierających zwielokrotnioną liczbę powtórzeń sekwencji dwu lub trójnukleotydowych. Nie wszystkie powtórzenia trójnukleotydowe prowadzą jednak do powstania miejsc kruchych. Dotychczasowe obserwacje wskazują, że w powstaniu niestabilnych sekwencji chromosomowych, prowadzących do zaburzeń replikacji DNA i organizacji chromatyny oraz tworzenia nieprawidłowych struktur drugo- i trzeciorzędowych, a w konsekwencji prowadzących do pęknięcia materiału chromosomowego, biorą udział sekwencje powtarzalne, złożone z zasad tworzących trójki CGG lub ACG, ale nie np. CAG. Podobny mechanizm występuje w sekwencjach minisatelitarnych, w których dochodzi do powielenia powtórzeń dwunukleotydowych zawierających sekwencję AT. Zaburzenia te mogą prowadzić do zmian klinicznych, w zależności od obecności genów w obszarze pęknięcia, których delecja lub inaktywacja, np. przez zmianę wzoru metylacji, prowadzi do utraty lub zaburzenia ich funkcji i w konsekwencji powstania objawów chorobowych. Jest wysoce prawdopodobne, że kolejne badania z użyciem nowych technik, umożliwiające dokładną, molekularną charakterystykę miejsc kruchych pozwolą na określenie ich znaczenia klinicznego oraz odkrycie korelacji pomiędzy ekspresją niektórych miejsc kruchych a cechami fenotypowymi [3]. Piśmiennictwo 1. Arlt MF, Durkin SG, Ragland RL, Glover TW. Common fragile sites as targets for chromosome rearrangements. DNA Repair 2006; 5: Bardoni B, Davidovic L, Bensaid M, Khandjian EW. The fragile X syndrome: exploring its molecular basis and seeking a treatment. Expert Rev Mol Med 2006; 8: Debacker K, Kooy F. Fragile sites and human disease. Hum Mol Genet 2007; 16: Debacker K, Winnepenninckx B, Ben-Porat N, i wsp.. FRA18C: a new aphidicolin-inducible fragile site on chromosome 18q22, possibly associated with in vivo chromosome breakage. J Med Genet 2007; 44: Felbor U, Feichtinger W, Schmid M. The rare human fragile site 16B. Cytogenet Genome Res 2003; 100: Hagerman RJ, Leavitt BR, Farzin F, i wsp. Fragile-X-associated tremor/ataxia syndrome (FXTAS) in females with the FMR1 premutation. Am J Hum Genet. 2004; 74: Krummel KA, Denison SR, Calhoun E, i wsp. The common fragile site FRA16D and its associated gene WWOX are highly conserved in the mouse at Fra8E1. Genes Chromosomes Cancer 85

6 Etiologia i znaczenie kliniczne miejsc kruchych w chromosomach człowieka 2002; 34: Lukusa T, Fryns JP. Human chromosome fragility. Biochim Biophys Acta 2008; 1779: Ruiz-Herrera A, Garcia F, Frönicke L, i wsp. Conservation of aphidicolin-induced fragile sites in Papionini (Primates) species and humans. Chromosome Res 2004; 12: Schwartz M, Zlotorynski E, Kerem B. The molecular basis of common and rare fragile sites. Cancer Lett 2006; 232; Shaffer L, Slovak ML, Campbell LJ. An International System for Human Cytogenetic Nomenclature. Switzerland: Karger Sutherland GR, Baker E. The clinical significance of fragile sites on human chromosomes. Clin Genet 2000; 58: Review. 13. Winnepenninckx B, Debacker K, Ramsay J, i wsp. CGG-repeat expansion in the DIP2B gene is associated with the fragile site FRA12A on chromosome 12q13.1. Am J Hum Genet 2007; 80: Zlotorynski E, Rahat A, Skaug J, i wsp. Molecular basis for expression of common and rare fragile sites. Mol Cell Biol 2003; 23: Adres Autorów: Katedra i Zakład Genetyki, Akademia Medyczna we Wrocławiu ul. Marcinkowskiego 1, Wrocław tel.: fax: lacz@gen.am.wroc.pl, slezak@gen.am.wroc.pl (Praca wpłynęła do Redakcji: ) (Praca przekazana do opublikowania: ) 86