DNA-kwas deoksyrybonukleinowy

Transkrypt

1

2 DNA-kwas deoksyrybonukleinowy Zakodowane repozytorium dziedziczności Watson i Crick-1954 DNA na chromosomach organizmów wyższych, kukurydzy, myszy, człowieka DNA-nagie w bakteriach, wirusach, mitochondriach Taki sam kod we wszystkich żywych organizmach na ziemi

3 Model dwuniciowego DNA z trzema parami zasad

4 Wiązanie wodorowe zasad Para zasad A-T Para zasad G-C Reguła Chargaffa: zawartość A jest równa zawartości T, a zawartość G jest równa zawartości C w dwuniciowym DNA każdego gatunku

5 PRZEPŁYW INFORMACJI GENETYCZNEJ DNA RNA BIAŁKAmechanizm komórkowy DNA 1. REPLIKACJA (SYNTEZA DNA) 2. TRANSKRYPCJA (SYNTEZA RNA) 3. TRANSLACJA (SYNTEZA BIAŁKA)

6 Kod genetyczny Składa się z 64 trypletów (A, G, C, U) 4 3 = 64 Wszystkie kodony biorą udział w syntezie białka 20 aminokwasów 3 kodony terminacyjne (kończące): UAA, UAG, UGA AUG (metionina) jest kodonem inicjującym (używanym również wewnętrznie) Wiele kodonów koduje jeden aminokwas = degeneracja Kod genetyczny ulega zmianie w mitochondriachenergetyczne komórki centra

7 Genom człowieka, który jest przechowywany w DNA, można porównać od instrukcji w książce. Książka (genom) zawierałaby 23 rozdziały (chromosomy). Każdy rozdział zawiera od 48 do 250 milionów liter (A,C,G,T) bez spacji. Zatem książka zawiera ponad 3,2 miliardy liter l. Książka mieści się w jądrze komórki wielkości czubka szpilki. Większość książki zawierałaby pozornie bezużyteczne informacje.

8 Genom człowieka Genom człowieka składa się z około 3 miliardów par zasad. Około 1 miliarda aminokwasów Typowe białko składa się z 500 aminokwasów = 1 gen Wystarczająca ilość DNA dla genów lub białek Posiada zaledwie genów funkcjonalnych, mniej niże niektóre insekty Tym samym występuje duża nadwyżka dodatkowego DNA

9 Polimorfizm pojedynczego nukleotydu (SNP) Jest to różnica jednej zasady w określonym położeniu. np. cytozyna tymina adenina guanina Jedna różnica/1250 par zasad/dwie niepowiązane, pojedyncze Lub w sumie 2,3 miliona różnic milionów SNP w genomie człowieka

10 Efekt SNP 1) Cichy-funkcja białka nie ulega zmianie 2) Funkcja białka ulega zmianie Bezpośrednio : zmianie ulega sekwencja aminokwasu Pośrednio : zmianie ulega funkcja sekwencji regulatorowej

11 Rola SNP w predyspozycjach do chorób Powszechnie występujące choroby są wywoływane przez wiele czynników. Różnice genetyczne pomiędzy populacjami ludzkimi sprawiają, że jedna jest bardziej podatna na daną chorobę niż druga.

12 Polimorfizm pojedynczego nukleotydu SNP, SNiP Zmiana<1% populacji=mutacja Zmiana>1% populacji=polimorfizm

13 Polimorfizm pojedynczego nukleotydu-snp SNiP Różnica jednej zasady w określonym położeniu pary zasad. cytozyna tymina adenina guanina 5-30 milionów SNP w genomie człowieka

14

15 GPL-SNP geny Ponad 1000 SNP Ścieżka metylacji Ścieżka szczawianów DPPIV i peptydy opioidowe Ścieżka cholesterolu Podatność na autyzm Ryzyko choroby Alzheimera Zdolność do detoksykacji Metabolizm neuroprzekaźników Oksytocyna i receptory oksytocyny W tych ścieżkach znajduje się więcej SNP niż w pozostałych testach genetycznych Większość genów często przyczynia się do występowania autyzmu i innych chorób psychicznych

16 SNP

17

18

19 Gen MTHFR Znajduje się na chromosomie 1 (1p36.3). Reduktaza metylenotetrahydrofolianu + NADH q p Metylenotetrahydrofolian + NAD+

20 Reakcja MTHFR THF +seryna SHMT

21 Gen MTHFR SNP C677T, A1298C Powoduje wzrost neurotoksyczności homocysteiny. Chroni DNA przed mutagennymi uszkodzeniami. Podwyższone ryzyko udaru, choroby Alzheimera, raka piersi i płuc, wahania nastrojów, miażdżycy, autyzmu

22 Nieaktywne neuroprzekaźniki COMT Neuroprzekaźniki, dopamina, norepinefryna

23 SHMT/ C1420T (hydroksymetylotransferaza serynowa) Ścieżki/biochemia Hydroksymetylotransferaza serynowa (SHMT), enzym zawierający fosforan pirydoksalu, katalizuje odwracalną przemianę seryny i tetrahydrofolianu w glicynę oraz 5,10-metylenotetrahydrofolian. Mapy genetyczne SHMT1 kluczowego odstępu w zespole Smith-Magenis na 17p11.2. Zasięg genu to około 40 kz. Delecja występuje u wszystkich 26 pacjentów z SMS przebadanych za pomocą PCR, hybrydyzacji fluorescencyjnej in situ i/lub hybrydyzacji Southerna.

24 MTR-syntaza metioninowa Syntaza metioninowa (MTR) katalizuje ponowną metylację homocysteiny w metioninę zużywając metylokobalaminę (metylo-b12). MTR utrzymuje stężenie wewnątrzkomórkowe metioniny, która jest prekursorem do S-adenozylometioniny (SAM). SAM jest istotnym dawcą grupy metylowej i bierze udział w setkach reakcji metylacji, łącznie z metylacją DNA. Obecność reduktazy syntazy metioninowej (MTRR) jako białka opiekuńczego może być konieczna do prawidłowego funkcjonowania MTR. Zbyt mała dostępność grup metylowych lub nadmierna metylacja DNA antyonkogenu lub promotorów genu może przyczynić się do selektywnego wzrostu lub transformacji komórek. Około 50% komórek rakowych jest zależnych od metioniny; niska czynność MTR, przy podwyższonym stężeniu homocysteiny w osoczu, obniża stężenie dostępnej metioniny; może to wywierać wpływ na ryzyko zachowania na raka lub wzrost guza.

25 Reduktaza syntazy metioninowej (MTRR) Reduktaza syntazy metioninowej (MTRR) jest jednym z dwóch enzymów biorących udział w regeneracji metioniny (wraz z MTR) z homocysteiny. MTRR regeneruje syntazę metioninową (MTR) poprzez reakcję metylacji, do której używa S- adenozylometioninę (SAM) jako dawcę. MTRR dalej wspomaga działanie syntazy metioninowej (MTR) poprzez przetwarzanie witaminy B12. W badaniach wykazano, że MTRR jako białko opiekuńcze może być konieczne do prawidłowej funkcji syntazy metioninowej (MTR)

26 Metylotransferaza betaina-homocysteina (BHMT) Metylotransferaza betaina-homocysteina (BHMT) katalizuje przeniesienie grupy metylowej z betainy na homocysteinę w celu wytworzenia metioniny i dimetyloglicyny. Znajduje się ona praktycznie tylko w tkankach wątroby i nerek; reakcja ta zachodzi podczas utleniania choliny oraz metylacji homocysteiny.

27 Poważny niedobór MTHFR Gen znajduje się na chromosomie 1 (1p36.3). Poważny niedobór MTHFR występuje rzadko (około 50 przypadków na świecie) i powodują go mutacje, których rezultatem jest szczątkowa aktywność enzymatyczna w wysokości 0-20%. Pacjenci wykazują opóźnienie w rozwoju, zaburzenia ruchowe i zaburzenia chodu, drgawki i zaburzenia neurologiczne. U pacjentów występuje bardzo wysokie stężenie homocysteiny w osoczu krwi i moczu, a stężenie metioniny w osoczu waha się między niskim a prawidłowym.

28 Gen MTHFR Powszechne SNP: C677T, A1298C Chroni DNA przed uszkodzeniami mutagennymi. Zmniejszone ryzyko wystąpienia w dzieciństwie ostrej białaczki limfoblastycznej (ALL).

29 Nierozpoznane choroby genetyczne Objawy kwasicy metylomalonowej W normie przy narodzinach, a następnie regresja Odwodnienie Opóźnienie w rozwoju Brak przyrostu masy ciała Ospałość Nawracające infekcje grzybicze Drgawki Wymioty Objawy autyzmu Takie same Zazwyczaj nie występuje Takie same Czasami Czasami Bardzo powszechne Bardzo powszechne Czasami

30 Opis przypadku-kwasica metylomalonowa Pacjent skonsultował się z neurologiem, który zauważył niskie stężenie aminokwasów w próbce moczu Zalecana dieta wysokobiałkowa wywołała ostre wymioty i kwasicę metaboliczną Dieta wysokobiałkowa może doprowadzić do śmierci w przypadku choroby genetycznej Badania kwasów organicznych w Great Plains ujawniły znaczne wydzielanie się kwasu metylomalonowego Zastosowano u dziecka dietę niskobiałkową oraz bardzo wysokie dawki witaminy B12

31 glutation tauryna cysteina 2-hydroksy butan cystationina metylo-b12 brak enzymu Estry fosforanowe pestycydy homocysteina tiolakton

32 Podsumowanie przyczyn nadmiaru homocysteiny Żywienie Niedobór folianu Niedobór kwasu lewomefoliowego Niedobór witaminy B12 Niedobór metylokobalaminy Niedobór betainy Niedobór witaminy B6 Niedobór witaminy B2 Genetyczne SNP RFC1 TCII MTR MTRR MTHFR BHMT

33 Centralne SNP w ścieżce metylacji 1. RFC1-zmniejszona ilość nośnika kwasu foliowegotransportuje kwas foliowy 2. TCII-transkobalamina II-transportuje B12 3. MTR-syntaza metioniny 4. MTRR-reduktaza syntazy metioninowej 5. MTHFR-reduktaza metylenotetrahydrofolianu 6. BHMT-metylotransferaza betaina-homocysteina 7. CBS-beta-syntaza cystationinowa 8. PON-paraoksonaza- detoksykuje metabolity homocysteiny i estry fosforanowe pestycydów

34 Journal of American Physicians and Surgeons Volume 9: , 2004

35 Journal of American Physicians and Surgeons Volume 9: , 2004

36 Journal of American Physicians and Surgeons Volume 9: , 2004

37 Journal of American Physicians and Surgeons Volume 9: , 2004 Jedynie u 2% dzieci z ASD w przedstawionym przez nas badaniu nie występował nawet jeden przypadek polimorfizmu genu MTHFR.

38 Polimorfizmy COMT Deaktywuje neuroprzekaźniki takie jak dopamina, norepinefryna i epinefryna Deaktywuje niektóre estrogeny Deaktywuje niektóre substancje chemiczne Deaktywuje niektóre substancje chemiczne występujące w środowisku poprzez strukturę pirokatechinową

39 Katecholo-O-metylo transferaza COMT

40 Co dzieje się przy niedoborze COMT Neuroprzekaźniki takie jak epinefryna i dopamina potrzebują więcej czasu do deaktywacji, co początkowo prowadzi do nadmiernej stymulacji neuronów, która w końcu może doprowadzić do ich zmęczenia Jednym z najczęstszych zaburzeń związanych z polimorfizmem COMT jest choroba afektywna dwubiegunowa

41

42 Polimorfizm COMT Ataki paniki L/L 19,6% vs. prawidłowe 2,2% Zaburzenia obsesyjno-kompulsywne (OCD) - osoba z L/L jest narażona 8 X bardziej niż osoba H/H 64% pacjentów cierpiących na schizofrenię z L/L zachowywało się agresywnie 20% z H/H zachowywało się agresywnie Częstsza choroba afektywna dwubiegunowa w przypadku L/L Częstsze zaburzenia lękowe w przypadku L/L

43 COMT

44 VMA w monoaminooksydazie (MAO) A niedobór 2,5 2 Mocz VMA mmol na mol 1 kreatynina MAO deletion 1,5 Female carriers 0,5 delecja MAO mężczyźni Zdrowi mężczyźni 0

45 X-Linked Borderline Mental Retardation with Prominent Behavioral Disturbance Am.J. Hum. Genet. 52: , 1993 MAO A niedobór Nosiciele Zdrowi mężczyźni Serotonina Serotonina Metab. 1,4 0,8 5,2 2,8 3,6 4,4 5-HIAA mmol/mol kreatynina

46 Objawy delecji 8 MAO A mężczyźni Upośledzenie na pograniczu funkcjonowania intelektualnego 85 najwyższe IQ Wycofanie, nieśmiałość 2 podpalaczy Napady agresji Anormalne zachowania seksualne 2 przypadki próby gwałtu Ekshibicjonizm Voyeryzm Jedna osoba dźgnęła strażnika więziennego widłami w trakcie odsiadywania wyroku za zgwałcenie siostry Kolejny próbował przejechać szefa samochodem

47

48 Stwierdzono różnice w istotnych genach w częstotliwości alleli i/lub ważnych interakcjach gen-gen: Zredukowany nośnik kwasu foliowego (RFC 80G>A) Transkobalamina II (TCN2 776G>C) Katecholo-O-metylotransferaza COMT Reduktaza metylenotetrahydrofolianowa (MTHFR 677C>T and 1298A>C Transferaza glutationu (GST M1).

49 glutation tauryna (TMG) cysteina cystationina

50 pg/ml krew witam mina B Wpływ drogi podawania przy wchłanianiu metylo-b12 Donosowo 1000 mcg Doustnie 5000 mcg Doustnie 2400 mcg *podskórnie 5500 mcg Donosowo 1000 mcg *Wartości podczas podawania podskórnego przekroczyły najwyższą normę i dlatego też są wyższe niż te na wykresie Czas - godziny po podaniu

51 Podsumowanie wariantów genetycznych w autyzmie Znacząca liczba wariantów genetycznych, w których następuje transport lub interkonwersja pochodnych kwasu foliowego i B12, występuje częściej w autyzmie niż u osób zdrowych. Ponadto warianty genetyczne biorące udział w detoksykacji występują częściej u osób cierpiących na autyzm niż u osób zdrowych. Zwiększona częstość występowania PON1 SNP w autyzmie, która poddaje detoksykacji estry fosforanowe jest bardzo istotna.

52 Skutki powszechnego SNP w autyzmie Warianty genetyczne, które mają wpływ na metabolizm kwasu foliowego i B12, transport oraz funkcję detoksykacji występują powszechnie w autyzmie. Suplementacja kwasem foliowym, B12, trimetyloglicyną (TMG) oraz innymi substancjami, które pomagają w detoksykacji jak glutation, chelaty i acetylocysteina mogą pomóc w zrównoważeniu podatności genetycznej na uszkodzenia toksyczne.

53 Metabolitos de Neurotransmisores Glándula adrenal Nervios périfericos CNS epinefrina COMT norepinefrina Ácido Vanil mandélico VMA CNS dopamina COMT Ácido Homovanílico HVA Tracro digestivo Plateletas MAO-A serotonina Ácido 5-hiroxi indoleacético (5-HIAA)

54

55 COMT HVA MHPG VMA

56 Acta psychiatr belg 80: ,1980 Główny metabolit dopaminy HVA mmol/mol kreatynina Osoby zdrowe p<0,01 Autyzm

57 Toksyczność nadmiaru dopaminy Kwas homowanilinowy (HVA) Kwas dihydroksyfenylooctowy (DOPAC) 4-S-glutationyl-5, 6- dihydroksyindol Cykl zachodzący tysiące razy

58 Istotny wpływ bakterii jelitowych na neuroprzekaźniki znajdujące się w mózgu Badanie kwasów organicznych Badanie kwasów organicznych Badanie kwasów organicznych

59 Przypadek 1 - wszystkie przeważające prawidłowe SNP Prawidłowe (najbardziej przeważające) SNP dla: Monoaminooksydazy (MAO) - - Katecholo-O-metylotransferazy (COMT) - - Normalne Clostridia : HPHPA, krezol Brak nadmiaru żelaza, miedzi, manganu Nieznaczny nadmiar dopaminy lub toksycznych metabolitów dopaminy

60 Miedź Żelazo Mn Dopamina Betahydroksylaza norepinefryna

61 Przypadek 2 - niska aktywność MAO Mniej przeważające SNP dla: Monoaminooksydazy (MAO) + - lub + + Prawidłowy SNP dla katecholo-ometylotransferazy - - Prawidłowe Clostridia lub HPHPA Niewielka toksyczna ilość metabolitów dopaminy

62 Dopamina Betahydroksylaza X Norepinefryna X

63 Przypadek 3 - dwa geny z niekorzystnym SNP Mniej powszechny SNP dla obu genów Monoaminooksydazy (MAO) + - lub + + Katecholo-O-metylotransferazy + - lub + + Prawidłowe Clostridia i 4-krezol lub HPHPA Tworzy się bardziej toksyczny aminochrom, zwłaszcza jeżeli poziom metylenotetrahydrofolianu jest niski, ponieważ metylofolian musiał wyprodukować S- adenozylometianię dla COMT Autyzm umiarkowany

64 Dopamina Betahydroksylaza X X norepinefryna X X

65 Przypadek 4 - Niekorzystne SNP + Clostridia + nadmiar metali Mniej powszechny SNP dla genu MAO Monoaminooksydazy (MAO) + - lub + + Pacjent ma wysoki 4-krezol lub HPHPA, który blokuje konwersję dopaminy na norepinefrynę Wysoki poziom miedzi, żelaza, manganu Ekstremalnie wysoka ilość toksycznego aminochromu-ekstremalnie głęboki autyzm Można wyrównać poziom HVA, jeżeli 4-krezol lub HPHPA jest bardzo wysoki

66 Clostridia hamuje Dopaminę Betahydroksylazę norepinefryna X X +-

67 Przypadek 5 - Niekorzystne SNP + Clostridia + nadmiar metali Mniej powszechny SNP dla genów COMT Katecholo-O-metylotransferaza + - lub + + Pacjent ma wysoki 4-krezol lub HPHPA, który blokuje konwersję dopaminy na norepinefrynę Wysoki poziom miedzi, żelaza, manganu, toksyczne sole Ekstremalnie wysoka ilość toksycznego aminochromu-ekstremalnie głęboki autyzm Można wyrównać poziom HVA, jeżeli 4-krezol lub HPHPA jest bardzo wysoki

68 Miedź Żelazo Mn Dopamina Betahydroksylaza X norepinefryna X

69 Dziękuję za uwagę!