genetik hastalıkların moleküler temeli

İstanbul Tıp Fakültesi
Tıbbi Biyoloji AD
Prof. Dr. Filiz AYDIN
 Genetik hastalıkların temeli
Proteinleri kodlayan genlerde (DNA’da) meydana
gelen mutasyonlara dayanır.
(Tek gen hastalıkları)
 Meydana gelen mutasyonlar; hasarlı proteinlerin
sentezine
yada eksik protein üretimine neden olarak hastalık
temelini oluştururlar
 Proteinlerin üretimini etkileyen
mutasyonlar sonucu
görülen hastalıklar patolojilerine göre
farklı şekilde sınıflandırılabilirler.
1- Bir molekülün alt gruplarını oluşturan
proteinlerde meydana gelen mutasyonlar
2- Enzim hasarları
3- Transport proteinlerindeki hatalar
ile ilgili hastalıklar
4- Reseptör proteinlerindeki mutasyona bağlı
hatalar ve eksiklikler
5- Yapısal proteinlere bağlı hastalıklar
1- Bir molekülün alt gruplarını
oluşturan proteinlerde meydana
gelen mutasyonlar
 Örnek Talasemiler
Normal HbA molekülül
 Eritrositlerin yapısında bulunan hemoglobin molekülü
dokulara oksijen taşınması için gerekli moleküldür.
 Molekül 4 protein zincirden meydana gelir.
İnsan organizmasında var olan hemoglobinin %98’i
hemoglobin A’dır . Yapısında iki α iki de β globin
zinciri bulunmaktadır.
 Hemoglobin her polipeptid zinciri oksijen bağlama
kapasitesine sahip bir moleküldür.
 Erişkin hemoglobini (HbA) 2α ve 2β zincirinden meydana
gelir (HbA2- 2α ve 2δ zincirinden oluşmaktadır)
 Fötal dönemdeki hemoglobin (HbF) 2α ve 2γ zincirinden
meydana gelir.
Talasemiler hemoglobin sentezi ile ilgili bir grup hastalıktır.
Mutasyonlar nedeni ile 400’den fazla anormal hemoglobin varlığı
gösterilmiştir.
Talasemik hastalarda hemoglobin A’nın yapısını oluşturan alfa yada
beta zincirlerinin yapısı kaybolmuş ya da azalmıştır.
α- Talasemi (genellikle şiddetli bir seyir izler)
β- Talasemi
Normal eritrosit
hücreleri
β- talasemi
hücreleri
β-talesemide en sık görülen
anomali nedenleri
 Delesyonlar
 Nokta mutasyonlar

mRNA sentezi hataları
 Fonksiyonel olmayan mRNA sentezi
Hücre bütünlüğü ve denge bozulur,
eritrositlerde erken ölüm,
yani eritrositler normal yaşam sürelerini
tamamlayamazlar ve yıkılırlar
Bu klinik durumun
ağırlığını belirleyen globin zincirinin ne kadarının
yapılamadığıdır.
.
Talasemi-Akdeniz anemisi
Ağırlıklı olarak ;
Akdeniz bölgesinde, Afrikanın bazı bölgelerinde
ve güney Asya’da
görülür.
Hiç beta globin zinciri yapılamayan bir hastanın kliniği
ile bu globinin çok az yapılamadığı bir taşıyıcı arasında
ciddi farklar vardır.
Taşıyıcılar çoğu kez sağlıklı bireyler ile eşdeğer bir yaşam
sürerken ağır talasemi hastaları sık kan veya kemik iliği
kök hücre nakline ihtiyaç gösteren bir tabloya sahipler.

α- Talasemi
majör
β- Talasemi
Türkiye’de en sık görülen talasemi tipidir.
Eritrositlerde β-globin üretiminde eksiklik/azalma,
Olgunlaşmamış eritrosit oluşumu, hasarlı membran oluşumu.
β- talasemi
hücreleri
Talasemi,
Hemoglobin molekülünün otozomal resesif geçiş
gösteren kalıtsal bir hastalığı.
Talasemi Minör:
Tek allelde de mutasyonun varlığını ifade eder
(Heterozigot).
Talasemi Majör:
Her iki allelde de mutasyonun varlığını ifade eder
(Homozigot).
β0; HbA tayin edilemiyorsa, (β -zinciri yokluğu)
β+; HbA çok az tayin edilebiliyor
Beta thalassemia Major
Hepatosplenomegali, büyüme geriliği,
iskelet bozuklukları beta talaseminin (homozigot)
en iyi bilinen özellikleri

Alfa talasemi klinik ve moleküler düzeyde çok
heterojendir
 1-Sessiz taşıyıcılar
 2-Ağır Alfa talasemi taşıyıcılar
 3-HbH hastalığı
 4-Hb Barts Hidrops fetalis sendromu
Alpha-thalassemia;Renzo Galanello,Antonio Cao; Genetics in Medicine; Volume 13; Number 2;February 2011
Kromozom 16 üzerinde toplanan alfa globin genlerinin yapısı
Delesyon
Konumu
Fenotip
3.7 tek gen
delesyonu
4.2 tek gen
delesyonu
20.5 kb çift gen
delesyonu
MED çift gen
delesyonu
SEA çift gen
delesyonu
FIL çift gen
delesyonu
α2
α+
α2
α+
α 1/α 2
α0
α 1/α 2
α0
α 1/α 2
α0
α 1/α 2
α0
Orak hücre anemisi
DNA seviyesindeki etkiler
Protein seviyesindeki etkiler
β polipeptid zincirinin 6. pozisyonunda bulunan
glutamik asitin yerine valin geçer
Orak hücre anemisi
β polipeptid zincirinin 6.
pozisyonunda bulunan glutamik
asitin yerine valinin geçmesi ile
bu zincir (HbA) HbS’ye dönüşür anormal
bir protein sentezlenir.
Mutant hemoglobini taşıyan alyuvarlar
oksijensiz kaldıkları zaman, normalde
olmaları gereken yuvarlak şekillerini kaybeder
ve orağa benzer bir şekil alırlar
HbS (Orak hücre hemoglobini) anormal bir
hemoglobindir
Bu hemoglobin heterozigot durumunda
HbAS -Orak hücre karakteri
Homozigot olma durumunda
HbSS -Orak hücre hastalığı-anemisi
olarak ifade edilir.
2- ENZİM HASARLARI
 Hücresel bir enzimin eksikliği
yada
hasarı nedeni ile ortaya çıkan genetik
hastalıklardır
2- Enzim hasarları
“Tay-Sacs” hastalığı,
 Fenilketonüri,
Mukopolisakkoridozlar,
 Hemofili A ve B
2- Enzim hasarları
Genellikle resesif kalıtımsal özellik gösterirler.
Heterozigot özellikte;
Normal gen yeterli enzim üretimini sağlar, klinik
semptomlar ortaya çıkmaz,
genellikle “normal” kabul edilir.
Klinik semptomlar Homozigotlarda ortaya çıkar.
Fenilalanin hidroksilaz (PAH) geni
12. kromozomun üzerinde (12q 24.1 bölgesinde)
bulunmaktadır. PAH geni yalnızca karaciğerde ifade
edilir
Bu gen 90 kb uzunluğunda
13 ekzonu var.
2400 nükleotidlik mRNA sentezlenir.
Otozomal resesif geçişi olan
bir gendir
Fig.1-2. PAH geni (Bu şekil “GENES IN MEDICINE,
Chapmen&Hall 1995” kitabından alınmıştır)
Hastalık ilk defa 1934 yılında
Norveçli
Doktor Asbjorn Folling tarafından
tanımlanmıştır.
Protein
Fenilalanin
Tirozin
CO2 + H2O
Fenilhidroksilaz
Fenilalanin enzimi karaciğerde
fenilalaninin tirozine çevrilmesi için gereklidir.
 Fenilketonüri
kalıtsal metabolik bir hastalıktır
Fenilhidroksilaz enzimi (PAH) kodlayan gende mutasyon var,
Protein
Fenilalanin
Tirozin
Fenilhidroksilaz
CO2 + H2O
Fenilalanin kanda ve diğer dokularda birikir.
Bu hastalığa sahip çocukların gelişmekte olan
beyinleri haraplanır.
İleri derecede zeka geriliği ve sinir sistemi ile
ilgili belirtilerin ortaya çıkmasına neden olur
Erken tanı ve tedavi
mümkün
Türkiye fenilketonüri hastalığının en sık görüldüğü
ülkeler arasında yer almaktadır.
Doğan her 4.500 çocuktan biri fenilketonürilidir.
Bu oranın yüksek olması akraba evliliklerinin sık olması
ile ilgilidir.
Şili'de kistik fibrozis hastası 14 yaşındaki
Valentina Maureira, ötenazi istedi.
CFTR proteini epitel hücrelerin apikal
yüzeyinde fosforilasyon ile düzenlenen
klor iyon kanalı oluşturmaktadır
3- Transport proteinlerindeki
hatalar ve ilgili hastalıklar
Kistik fibrozis (CF)
Otozomal resesif bir hastalık
Solunum ve sindirim sisteminin yüzeyini kaplayan
hücrelerde sodyum ve klor iyonlarının taşınmasını
sağlayan proteini üreten CFTR genindeki
mutasyonlar sonucu ortaya çıkar.
Kistik fibroz geni (CF) 7. kromozomun
uzun kolunda (7q31) yerleşmiştir.
CFTR
“Kistik fibroz transmembran iletim
düzenleyicisi”
olarak ifade edilir.
NDB1
NDB2
Regülatör ( R)
CFTR proteini:
Çok geçişli transmembran proteinidir, klor iyonu iletimi
düzenleyicisi olarak bilinir
CFTR, epitelyal hücre zarları üzerindeki klorür (ve su)
taşımasını düzenler
Akciğer,Pankreas,Tükrük ve ter bezleri
Üreme ve Gastrointestinal sistem kanallarının epitel
hücreleri tarafından ifade edilir
Kistik fibroz mutasyonları
1. Hatalı protein üretimi
2. GER ve Golgide üretilen proteinin yanlış
katlanmaları
3. Nükleotid bağlanma bölgesinde anomali
4. Membrana yerleşmeleri
Mutasyonlar;
- CFTR proteininin normalden küçük ya da
yetersiz miktarda üretilmesine yol açar
- Proteinin regülasyonunu ya da hücre
zarındaki lokalizasyonunu engellerler.
 Kistik fibroz hastalarının en sık rastlanan
mutasyon CFTR’nin pozisyon ΔF 508’deki bir
fenilalanin kalıntısının atılması (deletion) dır
 Bu tek kalıntının yokluğu proteinin
stabilizasyonunu bozar destabilize eder ve bu
yüzden protein GER’de yavaş katlanır;
 GER’de muhafaza edilir ve parçalanır
 Mutasyonlar;
 Mukus tabakasının yoğun bir hal almasına,
 Akciğerlerin tıkanmasına ve enfeksiyon
gelişmesine,
Pankreasın tıkanarak enzimlerinin sindirim
boşluğuna ulaşmasının engellenmesine
neden olur
 CFTR geninde oluşan
bazı mutasyonların
 Erkeklerde kısırlığa neden olduğu
gösterilmiştir..
 Bu mutasyonlar testislerden sperm taşıyan kanalların
birinin (CUAVD: Congenital Unilateral Absence of Vas
Deferens)
veya
 Her ikisinin de (CBAVD: Congenital Bilateral Absence
of Vas Deferens) gelişmemesine neden olur.
 Testisler normal gelişmiş ve cinsel fonksiyonlar normal
olmasına karşın vas deferens gelişmemiş olması
nedeniyle erkek üreme sistemindeki spermler meniye
taşınamaz.
4- Reseptör proteinlerindeki
mutasyona bağlı hatalar ve
eksiklikler
Örnek:Ailesel Hiperkolesterolomi
Otozomal Dominant kalıtım özelliği
gösterir
LDL, endositoz yoluyla hücre içine alınmaktadır.
Bu işlem başlıca karaciğer hücrelerinde olmak üzere ( kan
dolaşımındaki LDL'nin %70'i karaciğer tarafından emilir) tüm
çekirdekli hücrelerde gerçekleşir.
Ateroskleroz kardiyovasküler hastalıkların çoğunun kökeninde
yer alır.
LDL reseptör geni ile ilgili
mutasyonlar
Sınıf I
Mutasyon etkisi
Sınıf II
Sentezlenen reseptörler ER’da birikir
Sınıf III
Reseptör zardaki yerini alır, LDL’ye
bağlanamaz
Sınıf IV
Reseptörün sitoplazmik domaininin
yapısında meydana gelen değişiklik
nedeni ile örtülü vezikül yapısı oluşamaz
Sınıf V
Endozom içindeki LDL serbestleşemez
(recycling bozukluğu)
‘null-allel’
5- Yapısal proteinlere bağlı hastalıklar
Dominant kalıtım resesif kalıtımdan farklılık
göstermektedir.
Genelliklel yapısal proteinlerdeki bozukluklar
dominant özellik gösterir.
Bir normal, bir bozuk gene sahip olan hetorozigotlarda
da hastalık semptonları görülür.
Örnek;
“Huntington” hastalığı ve “Nörofibromatozis”
Nörofibromatozis
Otozomal dominant kalıtım gösteren
(Tek bir genin neden olduğu)
en sık görülen,
nöroektodermal bir
hastalıktır.
Nörofibromatozis
NF1 ve NF2 olmak üzere iki grupta
sınıflandırılır. Bunlara farklı kromozomlar
üzerinde bulunan farklı genler neden olur.
 NF1 geni 17q11.2 bölgesinde yer
alır.
 NF2 geni 22q12 üzerinde bulunur.
NF1 geni
 Nörofibromin proteinini kodlamaktadır.
 Bu protein hücre içi sinyal iletimine rol oynar
Hücre büyümesini kontrol eden bir geni
baskılayarak düzenlenmesini kontrol eder.
 NF1 Mutasyonu hücre
büyümesinin kontrolünün kaybına
ve
dolayısı ile küçük tümörlerin
oluşmasına neden olur
NF1 hastalarında uygulanan genetik testler
Gen
NF1
Test
Mutasyon tipi
DNA dizi analizi (mRNA ve genomik DNA)
Nokta mutasyonlar ve
küçük del&dupl.
Delesyon/duplikasyon analizi (MLPA veya Ekzon
FISH)
delesyonu/duplikasyonu
Mutasyon
saptanma oranı
(%)
~90
~5
Delesyon/duplikasyon analizi (MLPA)
Büyük (total gen)
delesyonları
~1
Sitogenetik Analiz
Büyük yeniden
düzenlenmeler
<1
Teşekkürler