8. 11. 2018 1 Imunogenom Imunogenom  Imunitní funkce jako komplexní znak(y)  Imunitní funkce jako základ obrany proti infekčním nemocem  Imunogenom jako funkční celek v evolučním kontextu Imunogenom  Imunitní funkce jako komplexní znak(y)  Imunitní funkce jako základ obrany proti infekčním nemocem  Imunogenom jako funkční celek v evolučním kontextu New drug targeting „Molecular biology is teaching us that many, if not all diseases have a genetic basis. To understand the pathways and the genetic programs that cause disease or that dispose an individual for disease must be central to drug research“. Jürgen Drews: Strategic trends in the drug industry, Drug Discovery Today 8, 2003: 411-420. 8. 11. 2018 2 Molekulární disekce imunity a patogeneze infekčních onemocnění  Cílená analýza (kandidátní geny)  Celogenomová analýza (GWAS) Identifikace molekulárního markeru Molekulární disekce komplexních znaků DNA ProteinTRANSLACEN RNA OD GENOTYPU K FENOTYPU Fenotypový projev OD FENOTYPU KE GENOTYPU Transkripce Transkripce Reversní transkripce Molekulární disekce komplexních znaků Fenotypizace Genome wide association study (GWAS) Analýza genové exprese: RNA, proteiny Analýza drah (pathway analysis) 8. 11. 2018 3 Molekulární disekce komplexních znaků Fenotypizace Genome wide association study (GWAS) Analýza genové exprese: RNA, proteiny Analýza drah (pathway analysis)  Princip: hledání rozdílů v polymorfních místech genomů (markerech)  Markery: SNP  Postup: srovnání skupin extrémních fenotypů  Výsledky: kandidátní chromosomální oblasti  Další postup: mapování oblasti, kandidátní geny GWAS Biologická validace: analýza funkce identifikovaných genů GWAS and infections in humans 8. 11. 2018 4 Molekulární disekce komplexních znaků Fenotypizace Genome wide association study (GWAS) Analýza genové exprese: RNA, proteiny Analýza drah (pathway analysis) Lloyd et al. Curr Opin Genet Develop 2013 Genové dráhy (regulační, signální metabolické etc.) http://www.polygenicpathways.co.uk/ Molekulární disekce komplexních znaků Fenotyp cDNA microarray 21 3 4 5 GWASKandidátní geny Kandidátní geny Genové dráhy (custom arrays) Mechanismus vzniku nemoci 8. 11. 2018 5 Molekulární disekce imunity  Identifikace genů a drah  Mechanismy nemocí  Farmakogenetika, farmakogenomika  Genetika vakcinace, vakcinomika Molekulární disekce imunity  Identifikace genů a drah  Mechanismy nemocí  Farmakogenomika  Genetika vakcinace, vakcinomika Mechanismy nemocí  Infekce  Alergie  Autoimunita  Komplexní imunopatologie  Klinická: definice genů a alel zodpovědných za individuální vnímavost k infekci: PIDs  Epidemiologická:definice genů a alel zodpovědných za vnímavost populace k infekci: asociace, GWAS  Evoluční: studium genů selektovaných předchozími infekcemi: evoluce/speciace, diverzita populací Genetika infekčních nemocí u lidí (Quintana-Murci et al. Nature Immunology 8, 2007: 1165-1171 8. 11. 2018 6 Infekční onemocněníInfekční onemocněníInfekční onemocnění VARIABILITA VARIABILITA PATOGENPATOGENPATOGEN HOSTITELHOSTITEL NEMOCNEMOC Manifestace onemocnění v populaci Adaptors survive, survivors adapt (Nejen) biologický princip MUTACE - EVOLUČNÍ NÁSTROJ PATOGENŮ Rozdíly v generačním intervalu Rozdíly v dlouhodobých a krátkodobých účincích mutací UMĚNÍ PŘEŽÍT: PATOGEN Potenciál genetické variability využitý k: úniku imunitním mechanismům indukci imunosuprese aktivní modulaci imunitních reakcí hostitele 8. 11. 2018 7 UMĚNÍ PŘEŽÍT: HOSTITEL  Lymfocyt jako konkurenceschopný „organismus“, schopný genetické proměnlivosti v průběhu života  Prométheovo prokletí imunitního systému na úrovni organismu a buněk https://1gr.cz/fotky/lidovky/16/012/lnorg/ELE5f7be2_HIV_infected_T_cell_6813384933.jpg OBRANNÉ MECHANISMY HOSTITELE  Neimunitní: bariéry, receptory, metabolismus, morfologie, etologie atd.  Imunitní: přirozená imunita, specifická imunita Nemoc, selekce, adaptace, evoluce: Genetická variabilita reakce na patogeny je výsledkem evolučních interakcí mezi hostitelem a patogenem Biologický princip Infekční nemoc jako výsledek interakce hostitele a patogena  Nemoc jako obranná reakce  Často jedinečná kombinace hostitele a patogena  Individuální rozdíly v použití různých imunologických mechanismů v reakci na téhož patogena  Symptomatologie určena převážně patogenem nebo převážně hostitelem 8. 11. 2018 8 Nemoc Reakce organismu na patogenní noxu Ovlivněná charakterem noxy, prostředím a aktuálním stavem organismu a jeho genetickým založením 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 Faktory ovlivňující riziko vzniku a průběh onemocnění  Aktuální stav – výživa, stress atd.  Medikamentózní léčba  Vakcinace  Hygiena prostředí, DDD  Geneticky podmíněná vnímavost/odolnost Genetic resistance and tolerance as defined by Doeschl/Wilson & Kyriazakis (2012) *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 8. 11. 2018 9 Genetika resistence/tolerance Glass et al. Vet Immunol Immunopathol 2012 Skylla and Charybda odolnosti/vnímavosti k nemocem Věčné dilema: Silná nebo slabá imunitní odpověď? Protektivní imunita Resistence k infekci Autoimunita, alergie Zánět Genetika vnímavosti k infekcím Ramsay FEBS Lett 2012 Vnímavost k infekci jako komplexní znak Baker, Antonovics 2012 8. 11. 2018 10 Imunogenom a infekce Alcaïs et al. J Clin Investig 2009 Quintana-Murci et al. 2007 Dědičnost vnímavosti k infekci Typy dědičnosti vnímavosti k infekcím Casanova, Abel EMBO J 2007 Mendelistická dědičnost Nízkočetné varianty s velkým účinkem Picard et al Curr Opin Immunol 2006 8. 11. 2018 11 Power of GWAS Komplexní dědičnost: GWAS a infekce u lidí De Bakker, Telenti 2010  Interferon-induced members of the dynamin superfamily of large GTPases  Key mediators of innate antiviral resistance induced in cells by type I (a/b) and type III (l) interferons  They inhibit a wide range of viruses by blocking an early stage of the replication cycle  Present in most vertebrate species Příklady kandidátních genů: chřipka a Mx (Haller et al. Microbes Infect 2007)  Coding for 2’ - 5’ - oligoadenylate synthase, activated by dsRNA  Identified in mice as flavivirus resistance gene  Exon 4 mutation leading to a STOP codon causes susceptibility to infection  In the horse, SNPs within the gene associated with anti-WNV antibody production (Rios et al., 2009) Příklady kandidátních genů: flaviviry a OAS1 8. 11. 2018 12 Cave: Příklady kandidátních genů: NRAMP1 a TB Coronaviry jako model proměnlivých patogenů Coronavirové infekce lidí a zvířat: SARS, MERS Kočičí model komplexní etiopatologie Ke všem příkladům: viz Modelové nemoci Příklady: FCoV/FIP Imunogenom  Imunitní funkce jako komplexní znak(y)  Imunitní funkce jako základ obrany proti infekčním nemocem  Imunogenom jako funkční celek v evolučním kontextu