KOMPLEXNÍ CHOROBY 25. 11. 2005 Genetika onemocnění s komplexní dědičností l Dědičnost se podílí na většině běžných onemocnění l U téměř 2 ze tří jedinců způsobuje během života morbiditu a předčasnou mortalitu nemoci, jako jsou IM, rakovina, duševní choroby, diabetes apod. l Dědičný znak nebo postižení, které buďto je nebo není přítomno TH diskrétní (kvalitativní) znak l Měřitelné vlastnosti (fyziologické nebo biochemické veličiny -- TK, výška, hladina cholesterolu, BMI) TH kvantitativní znaky Pochopení dědičné podstaty variability kvantitativních znaků je základem pro porozumění tomu, jak se geny podílejí na vzniku komplexních nemocí. Problémy, kterými se budeme zabývat l Jak zjistit, zda určité geny přispívají ke vzniku častých nemocí a k variabilitě v kvantitativních fyziologických znacích l Popíšeme metody studia těchto chorob l Vysvětlíme metody, které se používají k určení, kolik genů se na vzniku určitého fenotypu podílí a metody, jimiž je zjišťována lokalizace těchto genů v genomu l Nakonec si ukážeme řadu příkladů komplexních nemocí Spektrum lidských chorob Familiární výskyt nemocí Familiární agregace l Je charakteristikou nemocí s komplexní dědičností, protože příbuzní sdílejí větší podíl genů navzájem mezi sebou než s nepříbuznými osobami l Obráceně to platit nemusí -- FA neznamená, že se na chorobě musí podílet dědičnost TH rodina nesdílí jenom stejné geny, ale i vnější prostředí, kulturní návyky, vzorce chování apod. l Nutno posoudit podíl genetických a negenetických faktorů Konkordance a diskordance l Mají-li 2 příbuzní jedinci v rodině stejnou nemoc -- konkordantní l Je-li jeden postižený a druhý ne -- diskordantní TH lze vysvětlit jiným vlivem dalších faktorů nutných k nastartování patologického procesu l Naopak -- konkordantní fenotyp může vzniknout i při rozdílných predisponujících genotypech TH nemoc u jednoho z nich je genokopií nebo fenokopií druhého Konkordance a sdílení alel mezi příbuznými l Čím blíže jsou si 2 rodinní příslušníci, tím více alel zděděných od společných předků mají totožných l Pokud geny přispívají ke vzniku onemocnění významně, stoupá konkordance pro dané onemocnění s rostoucím stupněm příbuznosti - extrémní případ: MZ dvojčata - příbuzní 1. řádu: rodič + dítě (společná 1 alela s každým z rodičů) pár sourozenců vč. fraternálních (DZ) (25% má stejnou dvojici alel nebo žádnou alelu, 50% má stejnou 1 alelu) TH s každým lokusem je tedy průměrný počet mezi sourozenci sdílených alel 0,25 (2 alely) + 0.5 (1 alela) + 0.25 (alel) = 1 alela [l ] Pokud tedy geny k nemoci predisponují, lze očekávat, že l [r] bude nejvyšší pro MZ dvojčata, nižší pro příbuzné 1. stupně a dále klesá úměrně počtu sdílených alel Podíl relativního rizika (l[r]) TH vyjadřuje, kolikrát vyšší pravděpodobnosti onemocnění čelí definovaný příbuzný nemocného jedince ve srovnání s obecným rizikem populace prevalence nemoci u příbuzných "r" postižené osoby l [r] =[ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ ] prevalence nemoci v populaci r -- znamená obecně příbuzný ("relative"), v praxi se měří např. l[s] ("sibs"), l[p] ("parents") Studie dvojčat l "experiment přírody na lidech" l Základním přístupem je tradičně stanovení stupně fenotypové shody u MZ a DZ dvojčat (r) minimalizace relat. vlivů zevního prostředí ß čím vyšší je fenotypová shoda MZ oproti DZ dvojčatům, tím vyšší je relativní genetický příspěvek studovaného komplexního znaku l Výhody: umožňují abstrahovat od variability prostředí Porovnání konkordance u MZ a DZ dvojčat l Vyšší konkordance u MZ dvojčat oproti DZ dvojčatům je silným argumentem pro přítomnost genetických faktorů (zejména u onemocnění s časným výskytem) Omezení studií dvojčat l MZ dvojčata i přes totožný genotyp nemají stejnou genovou expresi (např. náhodná X-inaktivace u žen) l Ve skupinách lymfocytů se MZ budou lišit díky somatickým chromozomálním přestavbám v lokusech pro Ig a T-buněčný receptor l Nitroděložní prostředí nemusí být pro obě stejné l Expozice faktorům zevního prostředí nemusí být stejná (zejména u chorob s pozdní manifestací) l Posun zjištění -- 1 postižené dvojče přivede 2. (volunter based ascertainment = zjištění na základě dobrovolnosti) místo toho, aby byla nejprve zjištěna jako dvojčata a pak vyšetřena (population based ascertainment - Odhad heritability ze studií dvojčat l Rozptyl hodnot fyziologických měření u množiny párů MZ dvojčat (100% genů) je porovnán s rozptylem hodnot měření u dvojic DZ dvojčat (50% genů) rozptyl u DZ dvojčat -- rozptyl u MZ dvojčat h^2 = ----------------------------------------------------------------- rozptyl u DZ dvojčat l Je-li variabilita znaku určena zejména prostředím, je rozptyl u DZ dvojčat blízký rozptylu u MZ a čitatel a tím i hodnota h^2 se bude blížit 0. l Pokud je variabilita dána pouze genetickým složením, rozptyl u MZ dvojčat je nulový a h^2 je rovno 1. Heritabilita běžných komplexních nemocí (znaků) Molekulární základ komplexních nemocí u člověka Metodologie genetického mapování komplexních znaků (nemocí) Asociace je principem zcela odlišná od vazby Linkage (vazba) - je vztah mezi lokusy Asociace -- je statistický údaj o společném výskytu alel či fenotypů (vztah mezi alelami či fenotypy) ß Alela A je asociována s chorobou D, když osoby, které trpí D mají A více (nebo méně často) než lze předpokládat z výskytu frekvencí D a A v populaci. !!! Problematika výběru kontrolní skupiny!!! l Posun zjištění (ascertainment bias) - tj. rozdíl v pravděpodobnosti, s jakou budou nahlášeni postižení příbuzní pacientů ve srovnání s postiženými příbuznými kontrol l Posun hlášení (recall bias) - větší motivace příbuzných probanda k vyplnění dotazníku, protože je jim dané onemocnění bližší Interakce faktorů Kandidátní geny a patogeneze astmatu Gen pro ADAM33 (A Disintegrin And Metalloproteinase 33) Gen pro DPP10 ( DiPptidyl Peptidase 10) l Allen et al (2003) - vazebnou analýzou na chromozomu 2q l Potvrzení TDT analýzou 144 rodin l Sekvenování oblasti o 1,5 MB (r) 105 SNP ß nejsilnější asociace s WTC122 nejběžnější alela asociována s astmatem a fenotypy (také haplotypy s touto alelou) l Case-control studie 1047 dětí z Mnichova ß asociace s prick testy, atopií a astmatem l Funkce: - modulace zánětlivého procesu v dýchacích cestách ? - regulace neuronální (parasymatická ganglia) ? Gen pro PHF11 ( Plant Homodomain (PHD) Finger protein-11) l Cookson et al. (2003) identifikovali PHF11 na chromozomu 13q ß podobným přístupem jako u DPP10 l 49 SNP, 4 del/ins a (GGGC) repetice (r) 3 (intron 5, 9 a 3´oblast) ß associace s Ln IgE a astmatem l Funkce: - negativní regulace transkripce ?