lekárska genetika Flashcards
lekárska genetika ako odbor
analyzuje podiel dedičnosti, genetických zmien a vlastností prostredia v etiológii a patogenéze chorôb a vrodených vád
metódy v lekárskej genetike
- genomické (početné a štruktúrne zmeny)
- cytogenetické (početné a štruktúrne zmeny)
- molekulárne genetické (mutácie)
rozdelenie genetických ochorení
- genómové - početné aberácie
- chromozómové - štruktúrne aberácie
- génové - mutačné zmeny
cytogenetika
vyšetrenie karyotypu z farbených metafáznych chromozómov
karyotyp
- súbor všetkých chromozómov v jadre bunky
- v rámci druhu je rovnaký ich počet, veľkosť a tvar
- používa sa ako druhový znak
- vyhotovenie vyžaduje kultiváciu buniek v špeciálnom médiu
molekulárna cytogenetika
- FISH, aCGH, M-FISH
- preukázanie malých zmien, ktoré nie sú klasickou cytogenetikou preukázateľné
molekulárna diagnostika
- izolácia DNA zo vzorky (zmes chloroformu a fenolu alebo soľný roztok)
- ale izolácia nám neposkytuje dostatok DNA - PCR
metódy molekulárnej diagnostiky
- restrikčná analýza
- hybridizácia s alelovo špecifickými oligonukleotidmi
- ARMS (PCR s alelovo špecifickými prímermi)
- analýza Tm pomocou real-time PCR
- triplet primed PCR
- MLPA
- jednoreťazcový konformačný polymorfizmus
- denaturačná geadientová elfo
- heteroduplexná analýza
- detekcia skráteného proteínu
- denaturačná vysokotlaková kvapalinová chromatografia
- analýza Tm s vysokým rozlíšením (HRM)
- sekvenovanie
- masívne paralelné sekvenovanie
MPS
- panelové sekvenovanie stoviek génov asociovaných s diagnózou
- exómové sekvenovanie so zameraním na klinicky významné gény
postupy MPS
- amplikónové sekvenovanie - využitie k ultrahlbokému sekvenovaniu
- hybridization-based capture sequencing (Hyb-Seq) - alebo panelové sekvenovanie, využitie k ultraširokému sekvenovaniu
sekvenovanie tretej generácie
- single molecule sekvenovanie
- nevyužíva amplifikačný krok
- skrátený čas prípravy a eliminácia chýb pochádzajúcich z PCR
- nižšia cena
- vyššia flexibilita v dĺžke čítania
- presná kvantifikácia DNA molekúl, pretože je signál zaznamenávaný v reálnom čase
výhody MPS
- presnosť: krátke čítania pre väčšinu aplikácií, priemerné sekvenčné pokrytie spoľahlivé pre detekciu bodových mutácii, dlhé čítania pre štrukturálne variácie, opakované expanzie, ale vysoká miera chýb pre detekciu variácie jednotiek nt
- rýchlosť: krátke čítanie umožňuje sekvenaciu exómu a genómu počas pár dní, je možné osekvenovať tisíce genómov ročne, dlhé čítania stále trvajú dlhšiu dobu
interpretácia genetických analýz
- problematická časť
- len odborník
- výpovedná hodnota sa líši u jednotlivých variant
predikčné programy patogenicity
- CADD
- Eigen
- DANN
- FitCons
- PolyPhen
-SIFT
klasifikácia variant (ACMG-AMP)
- benígna
- pravdepodobne benígna
- varianta nejasného významu
- pravdepodobne patogénna
- patogénna
- zaradenie na základe 28 definovaných kritérií
detekcia mozaicizmu
- je nutné vyšetriť všetky tri zárodočné listy
- ektoderm: izolácia DNA z buláneho steru
- mezoderm: izolácia DNA z periférnej krvi
- endoderm: izolácia DNA z moči
prínosy molekulárnej diagnostiky
- genetický
- diagnostický
- prediktívny
- prognostický
- preventívny s minimalizáciou vedľajších účinkov
- terapeuticko indikačný
Huntingtonova choroba
- neurodegeneratívne AD ochorenie
- polyglutamínová porucha
- poruchy motoriky, zmeny osobnosti, demencia, smrť
- gén HTT kódujúci proteín huntingtín
Huntingtín
- exprimovaný najmä v CNS
- interakcia s TF
- pravdepodobne má význam pri vývoji CNS
- dôležitý pre normálny priebeh mitózy v CNS
podstata HD
- zmnoženie tripletov CAG (glutamín)
- normálne jedince 9 - 35 repetícií
- postihnutí majú viac ako 40 repetícií
- čím viac repetícií tým ochorenie nastupuje skôr
- expandovaná repetícia sa dedí od postihnutého rodiča, častejšie muži
- mutácia de novo u 25 % pacientov
diagnostika HD
- genetické testovanie na prítomnosť expanzie
- prenatálne
- preimplantačné
- liečba neexistuje
CF
- najčastejšie AR ochorenie v Európe
- multiorgánové ochorenie
- nadmerné množstvo soli v pote
- postihuje pľúca a DC, pankreas
- mužská sterilita
- príčina: mutácia v géne CFTR (chloridový kanál, na apikálnej strane epiteliálnych buniek)
- najmä germinálne mutácie (missese)
- nerovnováha iónového prostredia, porucha transportu vody, abnormálne viskózny hlienovitý sekrét na epiteloch
- CFTR gén ma 2000 patologických variant
triedy CF
- narušená syntéza proteínu
- abnormálne spracovanie a intracelulárny transport proteínu
- porucha regulácie proteínu
- narušenie vodivosti chloridového kanálu
- redukovaná syntéza a zhoršený intracelulárny transport proteínu
- znížená stabilita proteínu
diagnostika CF
- analýza Tm pomocou real-time PCR
- fluorescenčná multiplex ARMS
liečba CF
- ivafactor - mutácia triedy 3 (aktivuje nefunkčný kanál na povrchu buniek a otvára ho)
- lumafactor- ak chloridový kanál chýba, korektory proteínu CFTR (uľahčuje transport proteínu na bunkovú membránu a interferuje s procesom skladania)
srdcové kanálopatie
- dedičné arytmigénne ochorenia
- defektné iónové kanály, ich podjednotky alebo asociované proteíny
- syndrómy: long QT syndromes, catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia, brugada syndrome
- manifestácia: krátka pauza v srdcovom teple, chvenie srdca, závraty, náhla smrť
- diagnostika: kardiologické a genetické vyšetrenie
- genetické: NGS, Sanger
- terapia: beta-blokátory, pacemaker, implantable cardioverter defibrilator
zdroje fetálnej DNA pri invazívnom prenatálnom vyšetrení
- amniové fibroblasty
- choriové klky
- fetálne krvné bunky
zdroje fetálnej DNA pri neinvazívnom prenatálnom vyšetrení
- voľná DNA (cfDNA)
- fragmenty DNA pochádzajúce z odumretých a rozpadnutuch buniek
- detské fragmenty tvoria asi 10 % všetkých voľných fragmentov
- detekcia MPS
neinvazívny prenatálny screening
- Rh faktor
- pohlavie
- monogénne choroby
- detekcia pomocou MPS
riziko veku rodičov
- žena: DS, chromozómové aberácie, kvôli porucham kohezínov a hormonálnej nerovnováhe (najmä poruchy segregácie)
- muži: neuropsychiatrické poruchy (schizofrénia a autizmus), achondroplázia, detské rakoviny, vrodené vady srdca (mutačné zmeny v dôsledku vysokého počtu delení)
- 80 % de novo mutácií je od otca
achondroplázia
- AD
- mutácie v transmembránovej doméne FGFR3
- inhibícia proloferácie chondrocytov v rastovej platničke a diferenciácie progenitorových buniek kosti
- 80 - 90 % je de novo
- riziko stúpa s vekom otca
- diagnostika: vyšetrenie fetálnej DNA z krvi matky, HRM
prístupy vyšetrení v molekulárne genetickej diagnostike
- nepriame (gene tracing)
- priame (direct testing)
direct testing
- musíme poznať sekvenciu mutovanej aj wt alely
- detekcia známych mutácií (scoring) - detekcia kauzálnej mutácie (ARMS, MLPA, sondy)
- detekcia neznámych mutácií (scanning), (analýza Tm, sekvenovanie)
fragmentačná analýza
- veľkostná separácia molekúl DNA
- podobná elfo, ale miesto gélu sa využíva polymér a značí sa fluorescenčne (produktov aj hm. štandardu)
- umožňuje analyzovať produkty predchádzajúcich reakcií
- hm. štandard obsahuje fluorescenčne značené fragmenty o definovanej veľkosti
- zistená veľkosť sa odčítava od markeru
MLPA
- založená na kvantitatívnej multiplexnej PCR
- princíp: amplifikácia sond závislá na ligácii
- účel: kvantifikácia počtu kópií úsekov, identifikácia genómových zmien, najmä rozsiahlejších delécií, duplikáciím tiež stanovenie SNP a metylácie v promótorovej oblasti
- postup: denaturácia, hybridizácia, ligácia, amplifikácia, fragmentačná analýza, vyhodnotenie
- amplifikujú sa sondy a nie DNA
- fragmentačná analýza prebieha tak, že fluorescenčne značené produkty sú separované na kapilárnej elfo
- software coffalyser
výhody MLPA
- dokáže analyzovať až 50 rôznych sekvencií
- vyžaduje minimum DNA
- dokáže odhaliť zmenu aj v jednom nt
- rovnaký protokol sa dá použiť pre rôzne aplikácie
nevýhody MLPA
- deteguje len relatívne množstvo, takže nedokáže rozlíšiť diploídiu od triploídie
- musí byť aspoň 50 % buniek nesúcich danú prestavbu
- vysoká citlivosť ku kontaminácii
- vysoká náročnosť na zostavenie sond
- SNP v mieste ligácie môžu viesť ku falošne pozitívnym výsledkom (preto sa výsledok overuje inou metódou alebo sekvenovať)
Duchennova svalová dystrofia
- progradujúca svalová slabosť (kostrové svalstvo, dýchacie svaly, srdcový sval)
- postihnutými sú muži
- nástup príznakov okolo 2. - 6. roku
- rok - vozík
- rok - smrť
- diagnostika: MLPA
príčiny DMD
- defetky v géne pre dystrofín (rozsiahly gén)
- dystrofín sprostredkúva interakciu medzi aktínom a ECM
- XR (Xp21)
- delécie/duplikácie menia čítací rámec a dochádza k nonsens mutáciám
ARMS
- PCR s alelovo špecifickými primermi
- princíp: mismatch primerov na 3’ konci znemožňuje amplifikáciu
- 2 x forward primer (pre wt a mutantnú alelu)
- 1 x reverse primer
- metóda rozdelená do dvoch PCR (wt + R a mt + R)
- hodnotí sa prítomnosť/neprítomnosť produktov
- môžeme robiť aj multiplexné reakcie (viacej trojíc)
expanzia trinukleotidových repetícií
- môže sa jednať o prekladané aj neprekladané oblasti
- nestabilita závisí na dĺžke repetície a type sekvencie
- ak sú vnútri ORF: narušujú štruktúru proteínov (HD)
- ak sú mimo ORF (v 3’ alebo 5’ UTR): narušujú expresiu proteínov (syndróm fragílneho X)
- vznikajú skĺznutím polymerázy, repetície vytvárajú sekundárne útvary (vlásenky), ktoré sú neskôr odstránené, ale oblasť repetície sa rozšíri
- klinická anticipácia - postupné rozširovanie repetícií a zhoršovanie prejavu ochorenia
choroby asociované s expanziou trinukleotidov
- HD
- fragílne X
- myotonická dystrofia
- Kenedyho choroba
- spinicerebrálna ataxia 1
syndróm fragílneho X
- druhá najčastejšia MR
- XD, neúplná penetrancia
- znížené IQ, hyperaktivita, retardácia vývoja, pretiahnutá tvár s veľkou bradou a veľkými odstávajúcimi ušami, veľké semenníky
- nekontrolovateľná triaška (pripomína PD), nedokonalá funkcia vaječníkov (sterilita)
- efekt anticipácie
príčiny FXS
- zúženie chromozómu X v distálnej časti
- toto zúžené miesto tvoria 3-nt repetície narúšajúce štruktúru chromatínu
- plná mutácia je nad 200 repetícií, dochádza k metylácii úseku a potlačeniu expresie génu FMR1
diagnostika FXS
- triplet primed PCS
- analýza kriviek topenia
- využitie anterkalačného farbiva SybrGreen
triplet primed PCR
- prvý primer nasadá na hranicu opakovania (P1)
- druhý primer do vnútra repetície (P4)
- P4 má nekomplementárny koniec, na ktorý sa viaže P3
- P1 a P3 amplifikujú produkty P4
- potvrdenie prítomnosti repetície ale nevieme jej dĺžku
qPCR
- kvantifikácia PCR produktu v priebehu reakcie
- princíp: detekcia a kvantifikácia fluorescenčného signálu (závisí na množstve PCR produktu)
- značenie: interkalačné farbivá, fluorescenčné sondy, fluorescenčne značené primery
interkalačné farbivá pre qPCR
- SybrGreen
- väzba nezávislá na sekvencii
- fluo signál po väzbe na DNA rastie až 1000 x
- nevýhody: nepoužiteľné pre multiplexné reakcie, nemožno odlíšiť nešpecifické produkty
- výhody: jednoduchý návrh oligont, lacnejšie
fluorescenčne značené sondy
- viažu sa do strednej časti amplifikovaného produktu
- dva typy:
1. hydrolizačné (TaqMan) - ukončenie zhášania exonukleázovou aktivitou
2. hybridizačné (FRET) - prenos energie od donora k akceptoru
kvantifikácia qPCR
- absolútna - vzhľadom k štandardu
- relatívna - vzhľadom k housekeepingovým génom, vzniká normalizovaný pomer (ale tie v niektorých prípadoch nemusia byť konštantné)
HRM
- analýza kriviek topenia s vysokým rozlíšením
- so zvyšujúcou sa teplotou sa reťazce DNA od seba oddeľujú a uvoľňujú interkalačné farbivo alebo FRET sondy, nastáva pokles fluo
- vznikajú krivky topenia na základe poklesu fluo
- dokáže zachytiť aj 1nt zmenu
teplota topenia (Tm)
- teplota, pri ktorej u polovice dsDNA dôjde k denaturácii za vzniku ssDNA
- závisí na: sekvencii, obsahu CG a dĺžke fragmentu
využitie HRM
- scanning - interkalačné farbivo, porovanie kriviek wt a testovanej vzorky, ak sa odlišujú - sekvenácia
- scoring - sekvenčne špecifické fluorescenčné sondy, porovnanie kriviek wt a mt - genotypizácia
-diagnostika CF
DNA polymorfizmy
- niekoľko možných alel
- rozdielnosť jedincov
- SNP
- VNTR
- STR
SNP
- jeden SNP na 1000 báz
- ľudský genóm asi 1,5 milióna SNP
- v intrónoch, extraexónových oblastiach
- detekcia: analýzy restrikčných fragmentov, sekvenácia, čipy, qPCR analýza Tm
STR = mikrosatelity
- základná repetícia: 2 - 6 bp
- dĺžka opakovania: 2 - 100 bp
- rovnomerne rozptýlené
- ležia v intrónoch, nie sú translatované
- tvoria vzorce bez vzťahu k fenotypu
- nie sú príčinou chorôb
- medzi jednotlivcami sa značne líšia