Genetyka oraz objawy kliniczne najczęstszych zespołów przedwczesnego starzenia. Prof. dr hab. med. Monika Puzianowska-Kuznicka Zakład Geriatrii i Gerontologii, Centrum Medyczne Kształcenia Podyplomowego Zespół Kliniczno-Badawczy Epigenetyki Człowieka, Instytut Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej PAN
W literaturze medycznej opisano kilkadziesiąt częściowych zespołów progeroidalnych. Żaden z nich nie posiada wszystkich cech naturalnego starzenia (dlatego częściowe ). Najwięcej cech podobnych do naturalnego starzenia posiada zespół Wernera. Najbardziej medialna jest progeria Hutchinsona-Gilforda.
Progeria związana z mutacjami w genie laminy A
Progeria Hutchinsona-Gilforda (HGPS): klinika 1. Pierwszy pacjent opisany w 1886 roku przez dr Jonathana Hutchinsona; w 1886 i 1904 roku dr Hastings Gilford opisał dwa przypadki i stworzył nazwę progeria (z greckiego przedwcześnie stary). 2. Powoduje przedwczesne starzenie się i zgon średnio w 13.4 roku życia. 3. Poza pojedynczymi przypadkami nie ma rodzeństw chorych na tę chorobę.
Progeria Hutchinsona-Gilforda (HGPS): klinika
Progeria Hutchinsona-Gilforda (HGPS): klinika 1. Makrocefalia. 2. Rozszerzenia żylne na czaszce. 3. Łysienie już w 2 roku życia, brak brwi i rzęs. 4. Wąska, ptasia twarz. 5. Pomarszczona skóra, zmiany podobne do sklerodermii. 6. Brak warstwy tłuszczowej w tkance podskórnej. 7. Duże, wypukłe oczy. 8. Brak płatków ucha. 9. Opóźnienie w rozwoju zębów lub ich brak. 10. Karłowatość. upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/...
Progeria Hutchinsona-Gilforda (HGPS): klinika 11. Szybko nasilająca się miażdżyca. 12. Zawały serca. 13. Udary. 14. Nie ma cech starzenia ośrodkowego układu nerwowego. 15. Nie ma zwiększonego ryzyka choroby nowotworowej. http://home.ccr.cancer.gov/inthejournals/hernandez.asp
Progeria Hutchinsona-Gilforda (HGPS): podłoże molekularne W 90% przypadków genetyczną przyczyną progerii Hutchinsona-Gilforda jest powstająca de novo dominująca mutacja punktowa w genie LMNA (1q21.2-q21.3), kodującym laminę A i laminę C. Mutacja C1824T nie powoduje zmiany aminokwasu (G608G). Nature. 2003, 423:293-298 Science. 2003, 300:2055
Progeria Hutchinsona-Gilforda (HGPS): podłoże molekularne Mutacja C1824T powoduje powstanie nowego miejsca splicingu. Wskutek tego ekson 11 laminy A jest krótszy o 150 pz, a białko lamina A jest skrócona o 50 aminokwasów. Lamina C nie jest zmieniona.
Progeria Hutchinsona-Gilforda (HGPS): podłoże molekularne Opisano przypadki z dominującymi missensownymi mutacjami Laminy A: S143F, E145K, K542N, G608S, T623S, etc. Nature Rev Mol Cell Biol. 2007, 8:394-404
Progeria Hutchinsona-Gilforda (HGPS): podłoże molekularne LMNA+/+ LMNA-/- J Clin Invest. 2004, 113:370-378 Iniekcja wyznakowanego fluorescencyjnie dekstranu do komórek LMNA-/- (bez laminy A) wykazuje, że błona jądrowa jest nietrwała, barwnik wycieka do cytoplazmy.
Progeria Hutchinsona-Gilforda (HGPS): podłoże molekularne Zmiana architektury jądra komórkowego (barwienie na laminę A) fibroblastów pacjenta z progerią Hutchinsona-Gilforda po 6 (a), 13 (b) i 26 (c) pasażach w hodowli. (d) kontrolne jądro normalnych, starzejących się fibroblastów. Proc Natl Acad Sci USA. 2004, 101:8963-8968
Progeria Hutchinsona-Gilforda (HGPS): podłoże molekularne Pasaż 6 Pasaż 24 Lamina A, nukleoporyna W starzejących się komórkach pacjentów rozmieszczenie porów w błonie jądrowej staje się nieregularne. Proc Natl Acad Sci USA. 2004, 101:8963-8968
Progeria Hutchinsona-Gilforda (HGPS): podłoże molekularne a b c (a) 26 pasaż komórek pacjenta z progerią Hutchinsona-Gilforda nieregularne, płacikowe jądro komórkowe. (b) błona jądrowa tych samych komórek w dużym powiększeniu: brak heterochromatyny, gruba lamina związana z wewnętrzną stroną błony jądrowej. (c) normalna błona jądrowa zdrowego fibroblastu: normalna heterochromatyna, prawie niewidoczne struktury laminy. Proc Natl Acad Sci USA. 2004, 101:8963-8968
Progeria Hutchinsona-Gilforda (HGPS): podłoże molekularne Zaburzenie mechanooporności laminy jądrowej i jej struktury są przyczyną zmiany w strukturze chromatyny, to zaś powoduje zaburzenie kontroli transkrypcji genów.
Progerie związane z mutacjami w genach kodujących helikazy
Funkcja helikazy Helikaza DNA rozkręca dwuniciowe DNA (oraz bierze udział w ponownym jego skręcaniu), dzięki temu umożliwia: 1. Transkrypcję DNA. 2. Replikację DNA. 3. Naprawę DNA.
Zespół Wernera (WS): klinika 1. WS po raz pierwszy opisany został w 1904 roku przez dr Otto Wernera (Uniwersytet w Kijowie) jako choroba rodzeństwa, charakteryzująca się zmianami twardzinowymi na skórze i zaćmą. 2. Autosomalna recesywna. 3. Pacjenci z WS zaczynają się szybko starzeć po okresie pokwitania. Zgon zwykle w 5 dekadzie życia. 15 lat 48 lat
Zespół Wernera (WS): klinika 1. Wywiad rodzice często spokrewnieni, posiadanie rodzeństwa z WS. 2. Charakterystyczny ptasi wygląd twarzy. 3. Obustronna zaćma. 4. Zmiany skórne: sztywna, atroficzna skóra, przebarwienia, owrzodzenia, hiperkeratoza, miejscowa atrofia tkanki podskórnej. 5. Przedwczesne siwienie i utrata owłosienia głowy. 6. Brak skoku pokwitaniowego niski wzrost. 37 lat http://content.nejm.org/cgi/content/extract/337/14/977
Zespół Wernera (WS): klinika 7. Cukrzyca 2 typu. 8. Przedwczesna miażdżyca (nietypowa lokalizacja w tętniczkach; zawały mięśnia sercowego). 9. Częste nowotwory (w tym rzadko występujące mięsaki). 10. Osteoporoza (nietypowa lokalizacja). 11. Hipogonadyzm (z wtórnym niedorozwojem płciowym i upośledzoną płodnością). 12. Zwapnienia w końcach palców, zwapnienia tkankach miękkich. 13. Owrzodzenia wokół kostek i łokci. Olbrzymie podobieństwo fenotypów.
Zespół Wernera (WS): podłoże molekularne 8p12 - p11.2 Gen WRN, znajdujący się na chromosomie 8 w pozycji 8p12-p11.2, którego mutacje wywołują WS sklonowano w 1996 roku. Science. 1996, 272:258-262
Zespół Wernera (WS): podłoże molekularne 1. Gen WRN składa się z 35 eksonów. 2. Koduje białko składające się z 1432 aminokwasów. 3. Posiada domeny i aktywności: 3-5 egzonukleazy, 3-5 DNA-helikazy. 4. Białko WRN bierze udział w naprawie dwuniciowych pęknięć DNA, w naprawie uszkodzeń genów aktywnych transkrypcyjnie (TC-NER) i w mechnizmie BER (base excision repair). 5. Bierze udział w utrzymywaniu integralności telomerów.
Zespół Wernera (WS): podłoże molekularne Mutacje powodują powstanie skróconego białka, które traci sygnał lokalizacji jądrowej i po syntezie w cytoplazmie nie może przedostać się do jądra komórkowego. Istnieją pojedyncze przypadki zespołu Wernera spowodowane mutacjami missensownymi.
Zespół Wernera (WS): podłoże molekularne Mutacje genu WRN skutkują upośledzeniem różnych mechanizmów naprawy DNA (akumulacja mutacji), zaburzeniem funkcji telomerów, nadmierną rekombinacją i innymi defektami genetycznymi prowadzącymi do niestabilności genomu. Fuzje chromosomów Pęknięcia chromosomów PNAS. 2007, 104:2205-2210
Zespół Wernera (WS): podłoże molekularne Delecja Translokacja PNAS. 2007, 104:2205-2210
Zespół Cockayne (CS): klinika 1. CS opisany po raz pierwszy przez dr Edwarda Cockayne w 1936 roku. 2. Autosomalna recesywna. 3. Niejednorodny obraz kliniczny. 4. Komórki pacjentów z CS są nadwrażliwe na promieniowanie ultrafioletowe i działanie niektórych czynników chemicznych. 5. Postacie kliniczne: a. CS typu 1 (CSA), objawy pojawiają się u kilkulatków. Zgon w 2 lub 3 dekadzie życia (średnio w 12 r.ż.). b. CS typu 2 (CSB), objawy mózgowo-twarzowo-szkieletowe obecne już przy urodzeniu. Zgon w 1 dekadzie życia. c. CS3, z kserodermą (XP-CS).
Zespół Cockayne (CS): klinika 1. Wzrost poniżej piątego percentyla. 2. Opóźnienie rozwojowe (w tym brak lub opóźnienie charakterystycznych cech dojrzewania układu nerwowego, demielinizacja, mikrocefalia, depozyty wapniowe).
Zespół Cockayne (CS): klinika Depozyty wapniowe w móżdżku Wodogłowie i depozyty wapniowe w jądrach podstawy mózgu
Zespół Cockayne (CS): klinika 3 lata 7 lat 9 lat www.cockayne-syndrome.net/.../us_what_is_cs.htm
Zespół Cockayne (CS): klinika 3. Charakterystyczny wygląd twarzy: duże uszy ( uszy Myszki Miki ), mała żuchwa i duży nos (twarz ptasia ), niedobór podskórnej tkanki tłuszczowej (twarz szkieletu ), zapadnięte oczy. Twarz stara, mała głowa (wskutek mikrocefalii). 4. Zaćma lub barwnikowe zwyrodnienie siatkówki, powodujące ślepotę. 5. Czuciowo-nerwowa głuchota. 6. Poważne zaburzenia rozwojowe zębów, próchnica. 7. Nadwrażliwość na UV-C, ale nie ma zwiększonej zapadalności na nowotwory. 8. Zgon wskutek zaburzeń neurologicznych lub infekcji.
Zespół Cockayne (CS): podłoże molekularne CSA (CKN1, ERCC8) CSB (CKN2, ERCC6) Gen CSA zlokalizowany na chromosomie 5 Cell. 1995, 82:555-564 Gen CSB zlokalizowany na chromosomie 10 Genomics. 1992, 12:745-749; Cell. 1992, 71:939-953
Zespół Cockayne (CS): podłoże molekularne 1. Mutacje CSB są przyczyną 75% CS (CSB), mutacje CSA przyczyną pozostałych 25% CS (CSA). 2. Gen CSA koduje 396-aminokwasowe białko z rodziny WD repeat protein. 3. Gen CSB koduje 1493-aminokwasowe białko zawierające domeny helikazy, posiada też właściwości ATPazy DNA. 4. Białko CSA tworzy kompleksy i współdziała z białkiem CSB i czynnikiem TFIIH (podjednostką polimerazy RNA II) w procesie regulacji transkrypcji. 5. Biorą udział w naprawie DNA w mechanizmie TC-NER.
Zespół Cockayne (CS): podłoże molekularne mutacje w genie CSA www.xmutations.org/figurecsa.html
Zespół Cockayne (CS): podłoże molekularne mutacje w genie CSB www.xmutations.org/figurecsb.html
CS z xerodermą (XPB-CS, XPD-CS, XPG-CS) Objawy zespołu Cockayne niekiedy towarzyszą Xeroderma pigmentosum spowodowanej mutacjami w genach XPB, XPD lub XPG.
CS z xerodermą (XPB-CS, XPD-CS, XPG-CS) Xeroderma pigmentosum występuje u ludzi z mutacjami w genach kodujących białka biorące udział w naprawie DNA. Promieniowanie ultrafioletowe (słoneczne) uszkadza DNA, a defekt genetyczny uniemożliwia jego naprawę. Główne objawy XP: 1. Wybitna nadwrażliwość na światło słoneczne. 2. Wczesne występowanie nowotworów skóry (1000x większe ryzyko).
CS z xerodermą (XPB-CS, XPD-CS, XPG-CS) 1. Ciężki niedobór wzrostu z brakiem tkanki podskórnej. 2. Atrofia skóry. 3. Rzadkie włosy. 4. Postępujące zmiany degeneracyjne w ośrodkowym układzie nerwowym: mikrocefalia, demielinizacja, depozyty wapniowe. 5. Atrofia siatkówki i zaćma. 6. Utrata słuchu. 7. Nadwrażliwość na światło. 8. Nowotwory.
Zespół Blooma: klinika 1. Po raz pierwszy opisany przez Blooma w 1954 roku. 2. Autosomalna recesywna. 3. Niewielkie skrócenie długości życia. Zgon zwykle wskutek nowotworu. www.bio.davidson.edu/.../baxter/blmgene.html
Zespół Blooma: klinika 1. Niedobór wzrostu. 2. Nadwrażliwość na światło słoneczne. 3. Wąska twarz, mała żuchwa, wydatny nos, duże uszy. 4. Teleangiektazje, zaburzenia pigmentacji skóry. 5. Zaburzenia odporności (niedobór IgA i IgM) i nawracające infekcje dróg oddechowych i przewodu pokarmowego. 6. Cukrzyca typu 2. 7. Niepłodność u mężczyzn, upośledzona płodność u kobiet. 8. 100-300x zwiększone ryzyko nowotworzenia (często białaczki i nowotwory pochodzenia nabłonkowego).
Zespół Blooma: podłoże molekularne 1. Spowodowany mutacją w genie kodującym białko podobne do WRN BLM (15q26.1). 2. Nadmierna homologiczna rekombinacja. 3. Komórki chorego charakteryzują się niestabilnością chromosomalną i nagromadzeniem uszkodzeń DNA. normalny kariotyp kariotyp chorego na zespół Blooma
Zespół Blooma: podłoże molekularne W większości przypadków białko traci sygnał lokalizacji jądrowej.
Zespół Blooma: podłoże molekularne Białko BLM w jądrach komórek zdrowych Brak białka BLM w jądrach komórek chorego
Zespół Rothmunda-Thomsona: klinika 1. Po raz pierwszy opisany przez Rothmunda w 1868 roku. 2. Normalna długość życia.
Zespół Rothmunda-Thomsona: klinika 1. Początek w 3-6 miesiącu życia. 2. Wady rozwojowe kończyn górnych, np. niedorozwój lub brak kciuków lub/i kości przedramion. 3. Nadwrażliwość na światło słoneczne. 4. Polikiloderma, teleangiektazje, hiperkeratoza, atrofia skóry, przebarwienia. 5. Zaćma. 6. Siwienie i łysienie. 7. Hipogonadyzm. 8. Niski wzrost. 9. Nowotwory głównie osteosarcoma i raki skóry. 10. Normalna długość życia.
Zespół Rothmunda-Thomsona: podłoże molekularne 1. Spowodowany mutacją w jeszcze jednym białku z rodziny helikaz RecQL4 (8q24.3).
Zespół Gen Białko Funkcja Hutchinson- Gilford Podsumowanie LMNA Lamina A struktura jądra, mechanotransdukcja Werner WRN WRN DNA helikaza naprawa DNA, rekombinacja Bloom BLM BLM DNA helikaza naprawa DNA, rekombinacja Rothmund- Thomson Cockayne RECQL4 DNA helikaza nieznana CSA, CSB, XPB, XPD, XPG CSA WD-repeat protein CSB DNA helikaza XPB DNA helikaza XPD DNA helikaza XPG egzonukleaza naprawa DNA związana z transkrypcją, transkrypcja
Podsumowanie i wnioski 1. Choroby powodujące przedwczesne starzenie najczęściej są skutkiem mutacji upośledzających funkcję kodowanych białek, niezbędnych dla prawidłowego przebiegu transkrypcji, replikacji i naprawy uszkodzonego DNA. 2. Pomagają poznać mechanizmy naturalnego starzenia. 3. Na obecnym poziomie wiedza na ten temat nie ma jeszcze przełożenia na praktyczne opóźnianie procesu starzenia (ale będzie mieć).
Dziękuję za uwagę