Large confetti Klinická genetika pro mediky Nové trendy v klinické genetice: genomická medicína Petr Hořín Ústav genetiky FVL VFU Brno, Ceitec VFU Ústav lékařské genetiky LF MUNI Ústav experimentální biologie PřF MUNI [USEMAP] Large confetti Genomická medicína: příspěvek ke konceptu personalizované precizní medicíny Green et al. 2011 Vrchol vaší profesní kariéry [USEMAP] Large confetti Současná představa o budoucnosti [USEMAP] Large confetti Připomenutí Brueghel ü Genetika ü Genomika [USEMAP] Large confetti Genomika a holistický přístup: Genom je víc než souhrn genů • 1atgtgcccgc cgcgcggcct cctccttgtg gccatcctgg tcctcctaaa ccacctggac 61 cacctcagtt tggccaggaa cctccccaca gccacaccag gcccaggaat gttccagtgc 121 ctcaaccact cccaaaacct gctgaggacc gtcagcaaca cgcttcagaa ggccaggcaa 181 accctagaat tctactcctg cacttctgaa gagatcgatc atgaggatat cacaaaagac 241 aagagcagca ccgtggcggc ctgcctcccc ctggaactcg ccccgaacga gagttgcctg 301 gcttccagag agatctcttt cataactaat gggagttgcc tgacccccgg aaaggcctct 361 tctatgatga cgctgtgcct tagcagcatc tatgaggact tgaagatgta ccaggtggag 421 ttcaaggcca tgaatgccaa gctgttgata gatcctcaga ggcagatctt tctggatgag 481 aacatgctga cagccattga caagctgatg caggccctga acttcaacag tgagactgtg 541 ccacaaaagc cctcccttga aggactggat ttttataaaa ctaaagtcaa gctctgcatc 601 cttcttcatg ccttcagaat ccgcgcagtg accatcaaca ggatgatggg ctatctgaat 661 gcttcctaa Strukturní a funkční anotace genomu [USEMAP] Large confetti Genomická medicína: finanční dostupnost [USEMAP] Large confetti Genomická medicína: miniaturizace a automatizace http://www.humgen.nl/SNP_databases.html [USEMAP] Large confetti Genomická medicína v praxi [USEMAP] Large confetti Genomická medicína v praxi [USEMAP] Large confetti Příklad: CGES Clinical Genome and Exome Sequencing [USEMAP] Large confetti Využití genetického testování [USEMAP] Large confetti Doporučení pro lékaře Jedním z těchto doporučení je, aby nejen kliničtí genetici, ale i další poskytovatelé lékařské péče porozuměli výhodám a limitacím CGES natolik, aby dokázali korektně interpretovat klinický význam diagnostikovaných genomických variant Bowdin S et al.: Recommendations for the integration of genomics into clinical practice. Genet Med. 2016 May 12. doi: 10.1038/gim.2016.17. [Epub ahead of print] [USEMAP] Large confetti Odborná interpretace jako základ aplikací ØJednoduchá (mendelistická) 3000 lokusů Ø Komplexní 900 lokusů Dědičná onemocnění [USEMAP] Large confetti Jednoduchý vs. komplexní üStejná mutace v různých genomech üStejný genom v různých prostředích/obdobích vývoje üRůzné genomy v různých prostředích üGenom vs. mikrobiom [USEMAP] Large confetti Různé genomy v různých prostředích ü üRozšifrování komplexního znaku: molekulární disekce üInterpretace a aplikace získaných dat [USEMAP] Large confetti Rozšifrování komplexního znaku: Holistický přístup Cíle Genetické Negenetické Molekulární disekce komplexních znaků [USEMAP] Large confetti Molekulární disekce komplexních znaků DNA Protein TRANSLACEN RNA OD GENOTYPU K FENOTYPU Fenotypový projev OD FENOTYPU KE GENOTYPU Transkripce Transkripce Reversní transkripce [USEMAP] Large confetti GWAS a komplexní znaky [USEMAP] Large confetti ng [USEMAP] Large confetti üPrincip: hledání rozdílů v polymorfních místech genomů (markerech) üMarkery: SNP üPostup: srovnání skupin extrémních fenotypů üVýsledky: kandidátní chromosomální oblasti üDalší postup: mapování oblasti, kandidátní geny GWAS Biologická validace: analýza funkce identifikovaných genů [USEMAP] Large confetti GWAS a molekulární disekce komplexních znaků Fenotyp cDNA microarray 2 1 3 4 5 GWAS Kandidátní geny Kandidátní geny Genové dráhy (custom arrays) Mechanismus vzniku znaku (nemoci) [USEMAP] Large confetti Genové dráhy a mechanismus nemoci (patogeneze) http://www.polygenicpathways.co.uk/ Genes associated with both atherosclerosis/hypercholesterolaemia and Alzheimer's Family Gene Cholesterol and lipoprotein-related A2M, ABCA1, APOA1, APOA4, APOC1, APOC2, APOC3, APOE, CD36, CETP, HMGCR, LDLR, LIPA, LRP1, LRP6, LPA, LPL, OLR1, SREBF1 Cytokines CCL2, CCR2, IL1B, IL1RN, IL6,IL18, TGFB1, TNF Oxidative stress ALDH2, GSTM1, GSTT1, HFE, MPO, NOS3, PON1, PON2 Nuclear receptor and related CYP19A1, ESR1, PPARA Proteases ACE, CST3, MMP1, MMP3, SERPINE1 Miscellaneous BCHE, CBS, CD14, CRP, GNB3, HLA-A2, HTR6, ICAM1, MEF2A, MTHFR, PTGS2, TLR4 [USEMAP] Large confetti HOLISTICKÝ PŘÍSTUP Možnost řešení komplexních problémů PATOGENEZE NEMOCÍ [USEMAP] Large confetti •Nemoc Reakce organismu na patogenní noxu Ovlivněná charakterem noxy, prostředím a aktuálním stavem organismu a jeho genetickým založením [USEMAP] Large confetti Jeden příklad za všechny: genetika vnímavosti k infekcím Ramsay FEBS Lett 2012 [USEMAP] Large confetti Vnímavost k infekci jako komplexní znak Baker, Antonovics 2012 [USEMAP] Large confetti Význam definice fenotypu •*Resistence: schopnost omezit replikaci patogena v hostitelském organismu •vs. •Tolerance: schopnost udržet homeostázu za přítomnosti patogena v organismu Susceptibilita Tolerance, nosičství Resistence Negenetické vlivy, přírodní a umělá selekce [USEMAP] Large confetti Genetická odolnost/vnímavost (resistence/susceptibilita) k onemocněním ü Geny ovlivňující zdravotní stav (v interakci s prostředím) ü Jejich polymorfismy nejsou příčinou onemocnění, ale ovlivňují reakci na (environmentální) patogenní faktory ü Evoluční kontext a význam ü V praxi většinou relativní pojem ü [USEMAP] Large confetti [USEMAP] Large confetti Infekční nemoc jako výsledek interakce hostitele a patogena üNemoc jako obranná reakce üČasto jedinečná kombinace hostitele a patogena üIndividuální rozdíly v použití různých imunologických mechanismů v reakci na téhož patogena üSymptomatologie určena převážně patogenem nebo převážně hostitelem [USEMAP] Large confetti Infekční nemoc jako výsledek interakce hostitele a patogena „The infection must be seen in the context of the countermeasures produced by the parasite, and judged as a dynamic interaction of host and parasite rather than the clearance of an inert antigen by the host immune response“ Riffkin et al., 1996 [USEMAP] Large confetti Nejednoznačný význam variability v imunitní odpovědi: silná nebo slabá? Protektivní imunita Resistence k infekci Autoimunita, alergie Zánět •Skylla and Charybda odolnosti/vnímavosti k nemocem [USEMAP] Large confetti •Geny obranyschopnosti Imunogenom: 5% genomu [USEMAP] Large confetti Imunogenom: definice üGeny účastnící se obrany organismu, geny imunitní odpovědi, IR geny ü Imunom: soubor produktů IR genů ü Geny stejného biologického významu, ale mnoha různých funkcí [USEMAP] Large confetti Genomická analýza imunogenomu üImunitní funkce jako jednoduché nebo komplexní znak(y) üImunitní funkce jako základ obrany proti infekčním nemocem [USEMAP] Large confetti Typy dědičnosti vnímavosti k infekcím Casanova, Abel EMBO J 2007 [USEMAP] Large confetti Mendelistická dědičnost Picard et al Curr Opin Immunol 2006 [USEMAP] Large confetti Komplexní dědičnost: GWAS a infekce u lidí De Bakker, Telenti 2010 [USEMAP] Large confetti Netranslatovaný genom a vnímavost k infekcím üVětšina hitů GWAS mimo protein kódující oblasti üŘada SNPs v regulačních oblastech genů üVliv na expresi a nemoci, včetně infekcí [USEMAP] Large confetti Netranslatovaný genom a vnímavost k infekcím [USEMAP] Large confetti Mechanismy nemocí ü Infekce ü Alergie ü Autoimunita ü Komplexní imunopatologie ü [USEMAP] Large confetti Příklady üNoroviry, rotaviry (FUT2) üAIDS (CCR5) üMalárie (Duffy) üCOVID 19 (AB0, IFN typ 1) [USEMAP] Large confetti [USEMAP] Large confetti Variabilita antiinfekční imunitní odpovědi u člověka [USEMAP] Large confetti Vakcinace a genetika üIndividuální variabilita imunitní odpovědi po vakcinaci ü ü Využití genetických principů při produkci nových vakcín, farmakogenomika [USEMAP] Large confetti Postvakcinační imunitní odpověď: Gaussovská distribuce gauss_kurve [USEMAP] Large confetti [USEMAP] Large confetti Genetics of vaccination [USEMAP] Large confetti • •Imunogenom a precision medicine [USEMAP] Large confetti üKlinická: definice genů a alel zodpovědných za individuální vnímavost k infekci: PIDs • üEpidemiologická:definice genů a alel zodpovědných za vnímavost populace k infekci: asociace, GWAS • üEvoluční: studium genů selektovaných předchozími infekcemi: evoluce/speciace, diverzita populací Genetika infekčních nemocí u lidí (Quintana-Murci et al. Nature Immunology 8, 2007: 1165-1171 [USEMAP] Large confetti Vývoj člověka, imunogenom, selekce http://ancients-bg.com/wp-content/uploads/2016/04/0021.jpg üMigrace a sympatrie hominoidních populací, odlišné infekce üNižší diversita genomu i většiny IR genů u Neandrtálců üVyšší diversita MHC üArchaické neandrtálské haplotypy TLR6-TLR1-TLR10 üBalancovaná selekce v lokusech OAS [USEMAP] Large confetti Odborná interpretace jako základ aplikací Etická východiska: jak naložit s informacemi získanými genomickými metodami [USEMAP] Large confetti Využitelnost v praxi Minimální varianta üKdy a kam referovat pacienta ke genetickému vyšetření - indikace a interpretace üKdy nereferovat pacienta ke genetickému vyšetření [USEMAP]