Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1

Transkrypt

1 Kurs Neurogenetyka Warszawa IPiN, Jeden gen trzy choroby; efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 Wioletta Krysa, Marta Rajkiewicz Zakład Genetyki Instytut Psychiatrii i Neurologii, Warszawa

2 Charakterystyka genu FMR CGGn 5 3 (CpG) - sekwencje eksonowe niekodujące - sekwencje eksonowe kodujące białko - sekwencje intronowe FMR1 FRAGILE X MENTAL RETARDATION PROTEIN; FMRP Białko FMR (RNA-binding protein) - wchodzi w kompleks mrna i rybonukleoprotein, który łączy się polirybosomami, co sugeruje jego udział w procesie translacji, - ulega ekspresji w mózgu, tk. chrzęstnej i wątrobie płodów, - wykazuje wysoki poziom ekspresji w spermatogoniach u dorosłych mężczyzn Plejotropowe działanie mutacji w genie FMR1 - FraX

3 Charakterystyka genu FMR1 7- (54) 59 CGG ZAKRES PRAWIDŁOWY Allele pośrednie ( intrermediate alleles ) Gray zone alleles (55) CGG PREMUTACJA >200 CGG PEŁNA MUTACJA Region powtórzeń (CGG) n Sekwencja intronowa PR IN GZ (gray zone, borderline alleles)

4 Efekty fenotypowe premutacji/mutacji w genie FMR1 7- (54) 59 CGG ZAKRES PRAWIDŁOWY (55) CGG PREMUTACJA >200 CGG PEŁNA MUTACJA CGG CGG CGG mrna FXTAS FMRP FMRP Mutacja typu RNA gain of function POF FXPOI FraX Mutacja typu loss of function

5 Efekty fenotypowe mutacji w genie FMR1 7- (54) 59 CGG ZAKRES PRAWIDŁOWY (55) CGG PREMUTACJA >200 CGG PEŁNA MUTACJA FraX

6 Fra X (Fragile X syndrome FraX) r. Martin & Bell - Choroba sprzężona z chromosomem X, wykazuje semi-dominujący typ dziedziczenia, dotyczy zarówno kobiet jak i mężczyzn. - Częstość występowania FraX wśród mężczyzn z upośledzeniem umysłowym o nieznanej etiologii wynosi od 0,5 do 3%, (7,5-11%). W populacji kaukaskiej częstość występowania tej choroby określono na 1:3717-1:9818 osób.

7 Zespół kruchego chromosomu X (Fragile X syndrome FraX) Objawy FraX Niepełnosprawnośd intelektualna głębszego stopnia 80%, u 20% chorych IQ (pogranicze normy) Cechy fenotypowe: makroorchidyzm, podłużna twarz, nadmierna ruchomośd stawów, odstające uszy, wysokie podniebienie, wydatna żuchwa, skrzywienie kręgosłupa Zaburzenia budowy tkanki łącznej, m.in - gładka, aksamitna skóra (tzw. velvet skin) - poszerzenie ujścia aorty - wypadanie zastawki mitralnej Inne cechy fenotypowe: otyłośd, okrągła twarz, małe dłonie i stopy, hipogonadyzm Zaburzenia zachowania wynikające głównie z upośledzenia umysłowego: - nadmierna nieśmiałośd i słaby kontakt wzrokowy. W niektórych przypadkach występuje padaczka oraz zmiany w EEG.

8 Efekty fenotypowe premutacji w genie FMR1 7- (54) 59 CGG ZAKRES PRAWIDŁOWY (55) CGG PREMUTACJA >200 CGG PEŁNA MUTACJA POF FXPOI Zakres premutacji obejmuje CGG wg Hagerman CGG wg EMQN Rousseau et al. (1995) reported a population frequency of 1 in 259 for female carriers of an allele of more than 54 repeats. Dombrowski et al. (2002) screened 10,572 independent French Canadian males for premutation-size FMR1 alleles and identified 13 who carried alleles of more than 54 repeats, which corresponded to a population frequency of 1 in 813.

9 Przedwczesne klimakterium (Premature ovarian failure POF) X-associated primary ovarian insufficiency (FXPOI) Wyodrębniono dwa gorące regiony ściśle związane z występowaniem wczesnego klimakterium - POF1 - obszar obejmujący gen FMR1 Xq26 - q28 - POF2 - Xq q nieznany mechanizm przedwczesnego wygasania jajników prawdopodobnie patogenny wpływ występującego w nadmiarze transkryptu z premutacją - brak owulacji poniżej 40 r.ż., podwyższony poziom gonadotropin, FSH > 40 IU/L,

10 Przedwczesne klimakterium (Premature ovarian failure POF) X-associated primary ovarian insufficiency (FXPOI) Szacunkowo u 5-6% kobiet z wczesnym klimakterium podłoże genetyczne stanowi premutacja w genie FMR1, ryzyko to wzrasta do 14%-20% gdy w wywiadzie rodzinnym stwierdzony został Zespół Kruchego Chromosomu X POF dotyczy dziesięciokrotnie częściej kobiet, które allel z premutacją odziedziczyły od ojca nadmierne piętnowanie genomowe? Liczba powtórzeń CGG w zakresie premutacji nie wpływa na wiek wystąpienia wczesnego klimakterium nieznany mechanizm POF, prawdopodobny patogenny wpływ transkryptu występującego w nadmiarze

11 Efekty fenotypowe premutacji w genie FMR1 7- (54) 59 CGG ZAKRES PRAWIDŁOWY (55) CGG PREMUTACJA >200 CGG PEŁNA MUTACJA FXTAS

12 Zespół drżenia i ataksji związany z kruchym chromosomem X (Fragile X tremor ataxia syndrome FXTAS) - FXTAS po raz pierwszy opisany przez Hagerman i wsp r. - Częstość występowania tego neurodegeneracyjnego zespołu szacuje się na 1:3000 mężczyzn po 50 r.ż. (Butcher, 2004) - Częstość występowania FXTAS w grupie osób > 55 r.ż., nosicieli premutacji wynosi od 37% (Kalifornia) do 42% (Australia) (Jaquemont 2004, Loesch 2005) - 17% lat, - 75% u osób 80 r.ż.

13 Zespół drżenia i ataksji związany z kruchym chromosomem X (Fragile X tremor ataxia syndrome FXTAS) SPEKTRUM OBJAWÓW Drżenie zamiarowe Ataksja Nietypowe formy parkinsonizmu Spowolnienie ruchowe/bradykinezja Sztywność Otępienie, zaburzenia funkcji poznawczych Parapareza spastyczna Neuropatia obwodowa Zaburzenia neuropsychiczne Zaburzenia funkcjonowania pęcherza Impotencja lub zaburzenia erekcji Osłabienie siły kończyn dolnych, utrata słuchu, dysfagia

14 Zespół drżenia i ataksji związany z kruchym chromosomem X (Fragile X tremor ataxia syndrome FXTAS) Neuroobrazowanie wykazuje uogólniony zanik mózgowia, u połowy chorych w badaniu MRI stwierdza się ogniska o zwiększonej intensywności sygnału w obrębie konarów móżdżku. Badanie neuropatologiczne mózgu wykazuje obecność eozynofilnych, ubikwityno-pozytywnych wtrętów w jądrach neuronów i astrocytów. Największe skupienie tych inkluzji obserwuje się w hipokampie (40% neuronów) i korze czołowej, nie stwierdza się ich obecności w komórkach Purkinjego.

15 Molekularne metody analizy genu FMR1 Izolacja DNA metodą fenolową lub automatycznie Reakcja łaocuchowa polimerazy PCR (polymerase chain reaction) Rozdział na żelach: agarozowych poliakrylamidowych Analiza Southern Blot RP-PCR (Repeat Primed PCR)

16 Materiał - grupa pacjentów z objawami ataksji 1385 pacjentów skierowanych z rozpoznaniem ataksji rdzeniowomóżdżkowych u których przebadano geny warunkujące: SCA1, 2, 3, 6, 7, 8, 17 oraz DRPLA SCA1 225 SCA2 56 SCA8 33 SCA17 4 Niepotwierdzone przypadki choroby pacjentów poddanych analizie pod kątem występowania premutacji w genie FMR1 50 lat 323 pacjentów (145, 178 ) < 50 lat 120 pacjentów (28, 91 ) u 84 pacjentów brak wywiadu rodzinnego (31, 53 )

17 Materiał - grupa pacjentek z objawami POF 40 kobiet wiek od 17 do 40 lat (średni wiek wystąpienia objawów 28,0 lat) skierowane przez lekarzy ginekologów lub endokrynologów z powodu zaobserwowanych objawów wczesnego klimakterium (przed 40 r.ż.) o nieznanej etiologii

18 Wyniki pacjenci z objawami ataksji W analizowanej grupie wykryto premutację w genie FMR1 warunkującą FXTAS u jednego mężczyzny l.72 (91 powtórzeń CGG). rozpoznanie: zespół móżdżkowy i neuropatia Drżenie rąk i głowy, zaburzenia równowagi, trudności w chodzeniu (67 r.ż.), niewielkiego stopnia zaburzenia funkcji wykonawczych, myślenia abstrakcyjnego i wnioskowania MRI: w tylnej części mostu obszar o podwyższonym sygnale rozciągający się wzdłuż obu konarów móżdżku, zmiany naczyniopochodne w istocie białej obu półkul mózgu Wywiad rodzinny: drżenie rąk u matki i córki probanda, drżenie głowy u brata i siostry probanda Częstość występowania FXTAS w grupie mężczyzn 0,37%. Wśród mężczyzn 50 r.ż. - 1/178 (0,56%); Wśród mężczyzn w wieku 70 lat - 1/19 (5,25%)

19 Wyniki pacjentki z POF Wykryto występowanie premutacji w genie FMR1 u trzech spośród 38 kobiet. Analiza cytogenetyczna wykazała dwa przypadki wzajemnych translokacji zrównoważonych obejmujących chromosom X i jeden z autosomów: 1) 46XX, t(x;5)(p13.1;q22.3), 2) 46XX, t(x;14)(q22;q24). Częstośd występowania premutacji w badanej grupie, po wykluczeniu dwóch wymienionych pacjentek, wynosi 3/38 (7,9%.) częstość % 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 rozkład liczby powtórzeń CGG w genie FMR1 5,0 0, zakres powtórzeń CGG

20 Analiza rodowodów * DNA * DNA CGG 1941 * DNA /29 CGG * DNA FraX > 200 CGG

21 Analiza rodowodów drżenie głowy * DNA * DNA * DNA Józef CGG zespół móżdżkowy FX TAS Helena P oznańska /29 CGG drżenie głowy W ładysław 64 CGG * DNA Janusz A nna Hemmerich 1967 NP /25 CGG drż S ławomir * DNA ednarek A neta Hemmerich 22 l upośl.umysł. FraX 21 l 17 l 5 l

22 Algorytm postępowania Diagnozując neurodegeneracyjne choroby genetyczne należy wziąć pod uwagę częstości ich występowania w Polsce. Zestaw badań podstawowych obejmuje SCA1, SCA2 i SCA3, w następnej kolejności uwzględniane są SCA6, SCA7, SCA8, SCA17 i DRPLA, a u pacjentów, u których objawy choroby wystąpiły po 50 r.ż. także FXTAS.

23 [Według Maddalena et al 2001, Sherman et al 2005] III 2009, IPiN Warszawa