KLİNİKTE GENETİK TERMİNOLOJİ
advertisement
KLİNİKTE KULLANILAN GENETİK TERMİNOLOJİ AMAÇ • Klinikte kullanılan genetik terminolojiler ile ilgili temel bilgilerin sunulması DNA İnsan Genom Projesi 46,XX Glu39X (Q39X) Dizi analiz Genetik Test Mutasyon ve polimorfizm Kromozom Bağlantı Analizi IVS 33 +2T>A D2S1376 46,XY Gen Klonlanması Ekson-İntron GEREKÇE Gen Çevre • Gen teknolojisindeki ilerlemeler, gerek dış etkenlere (bakteri, virüs, toksik madeler) karşı vücudun gösterdiği bir reaksiyon olsun gerekse de sonradan oluşan veya kalıtımla geçen mutasyonlara bağlı olsun bütün hastalıkların bir genetik komponenti olduğunu vurgulamaktadır. • Bu durumda, genlerin hastalıklarla olan ilişkilerini ve tedaviye olası yansımalarını anlamak, gen testlerini yorumlamak ve sınırlarını öğrenmek için genetiğin güncel kavramlarını bilmek gerekmektedir. İÇERİK DNA, Gen ve Yapısı İnsan Genom Projesi Temel Teknolojiler (PCR, dizi analizi) İlkeler Edinilen Bilgiler Hastalıklara Neden Olan Genlerin Tanımlanması Kalıtım Modelleri Bağlantı Analizi (Markörler, Alleller, Pozisyonel Klonlama) Mutasyon ve Polimorfizm Mutasyon Tipleri Mutasyonların Proteinlere Etkileri Fenotipi Etkileyen Faktörler Mutasyon Nomenklatürleri Rutin Moleküler Tanı Hizmetlerimiz DNA is Life’s Code Dört farklı kimyasal baz A denine T hymine C ytosine G uanine T P Base--Sugar--Phosphate DNA nın yapısı P A T P P G C P P A T P P G C P DNA ve Genom Çift Sarmal DNA Kromozom Moleküler Makina Gen ve Yapısı Her kromozom üzerinde, kalıtımın fiziksel ve fonksiyonel ünitesini oluşturan yüzlerce gen bulunur. Genler - Protein yapılarının şifrelendiği özgün DNA dizilerini içerir, - Tüm genomun sadece % 2 sini kapsar, - Yapı bakımından birbirine benzer. GEN yapısı promotor intron ekson 1 2 3 DNA kırpılma noktası ATG donor site (verici) acceptor site (alıcı) TGA 1 2 3 DNA Genden Proteine 1 2 3 DNA transkripsiyon 1 2 3 hnRNA kırpılma 1 BAŞLAMA kodonu 2 3 mRNA DUR kodonu ATG translasyon protein İnsan Genom Projesi İnsan genomunun haritalanması ve dizisinin saptanması için kurulan uluslararası işbirliği NEDEN ? - Genomun yapısını ve genleri tanımlamak - Hastalıklara neden olan genleri saptamak - Yeni tanı kitleri geliştirmek - Karmaşık moleküler mekanizmaları anlamak - Tedaviye yeni strateji imkanları sunmak (gen tedavisi, farmakogenetik) İnsan Genom Projesinde kullanılan temel teknolojiler Polimeraz Zincir Reaksiyonu Seçilen bir DNA parçasını (PCR) birkaç saat içinde milyonlarca defa çoğaltır Dizi analizi DNA daki nükleik asit dizilimini belirler İnsan Genom Projesinde kullanılan iki farklı ilke 1.1. İnsan Genom Projesi (Önce haritala sonra dizile) 2. Celera Genetiği (shot-gun) (kısa dizileri birleştirip haritala) İnsan Genom Projesinden Şimdiye Kadar Neler Öğrendik ? Sayısal bulgular • İnsan genomunda 3164.7 milyon tane nükleotid bulunuyor (A, C, T ve G). • Hepsi birbirinden farklı olmakla beraber, bir gende ortalama 3000 nükleotid var. En büyük insan geni distrofin, genomda 2.4 milyon nükleotidlik bir bölgede bulunuyor. • İnsan genomunda yaklaşık 30,000 to 35,000 arasında gen bulunduğu düşünülüyor. •İki insan arasında nükleotid dizi benzerliği % 99.9 • Saptanan genlerin yaklaşık % 50 sinin henüz fonksiyonları bilinmiyor. Genomun organizasyonu • Genomun % 2 sinden daha azı proteinleri kodluyor. • Genomun % 50 si protein kodlamayan ve ne işe yaradığı bilinmeyen (junk DNA) tekrar dizileri ile dolu. • En çok gen 1inci kromozomda (2968), en az gen Y kromozomunda (231) bulunuyor. • mRNA transkriptlerinin kırpılmalarından ve kimyasal modifikasyonlardan dolayı, insanlarda sinek ve solucanlara göre üç misli daha fazla protein çeşitliliği bulunuyor. • İnsan genomunda, 1.4 milyon adet tek nükleotidlik polimporfizm (SNP) olduğu saptandı. Hastalıklara neden olan genlerin saptanması - Kalıtım modeli - Kromozom bölgelerinin saptanması (bağlantı analizi) - Klonlama ve mutasyon analizi Kalıtım Modelleri 1. Otozomal dominant Kalıtım Modeli 2. Otozomal resesif 1 7 2 3 4 8 9 10 11 12 13 5 6 14 15 16 17 18 19 20 Kalıtım Modeli 3. X e bağlı Diğer Kalıtım Modeli Non Mendelien kalıtım: - Mitokondrial kalıtım - Imprinting - Gonadal Mozaisizm Multifaktöryal Hastalıklar Birden fazla genin bir arada ve çevre faktörlerinin etkisiyle ortaya çıkan hastalıklardır. (Kanser, diabet, yüksek tansiyon, Alzehimer ve bir çokları) Canlı doğumların ~ % 5 sinde görülür. 25 yaş sınırına kadar prevalansı ~ % 5, Popülasyon prevalansı ~ 80 dür. Hastalıkla kromozom bölgesi arasındaki bağlantı nasıl kuruluyor? - Bağlantı analizi 1 3 6 4 7 8 2 5 10 15 11 17 16 18 19 12 20 21 22 9 23 24 13 25 28 26 27 14 29 Hastalıkla kromozom bölgesi arasındaki bağlantı nasıl kuruluyor? - Bağlantı analizi 5 10 15 11 17 16 18 19 12 20 21 22 9 23 24 13 25 28 26 27 14 29 - Markörler ve alleller 1. 2. allele 1 2 D9S100 2 4 D9S200 2 3 D0S300 Otozomal resesif non-sendromik duyma kaybı olan bir Türk ailesinde sağırlığa neden olan gen kromozomda 3p22-p23 bölgesine bağlantılandı Hastalıkla ilgili bir genin pozisyonel olarak klonlanması D3S1289 Genin tanımlanması D3S809 İnsan Genom Projesinden elde edilen bilgilerin bilgisayar ortamında (biyoinformatik) değerlendirilerek kritik bölgelerdeki genlerin tanımlanması Yeni gen tanımlamaları ile ilgili araştırma projelerimiz Non-sendromik duyma kaybı Aritmogenik Sağ Ventriküler Kardiyomiyopati Kardiyak Aritmiler İki Yeni Sendrom SAĞLIKLI KALMAK • Genetik hastalıklar açısından sağlıklı kalmak için, vücudumuzun ihtiyacı olan bütün gen ürünlerinin doğru yerde, doğru zamanda ve yeterli (~ 35.000 adet) düzeyde sentezlenmesi gerekir. Mutasyon ve Polimorfizm • Genetik hastalıklara yol açan DNA farklılıklarına MUTASYON, yol açmayanlara POLİMORFİZM denir. Ancak, araştırmalar polimorfizmlerin de bazı hastalıklar için yatkınlık faktörü olduğunu göstermektedir. MUTASYON Kalıtsal Cinsiyet hücrelerinde oluştuğu için nesilden nesile aktarılır Kazanılan Somatik hücrelerde yaşam boyu oluşan mutasyonlardır. Gen Mutasyon Tipleri Nokta mutasyonları Delesyonlar ve insersiyonlar Gen Mutasyon Tipleri Nokta mutasyonları, substitution DNA da bir bazın çıkarak yerine başka bir bazın girmesi. Nelere yol açar ? - Yanlış anlamlı mutasyonlar, missense - Anlamsız mutasyonlar, nonsense - RNA kırpılma mutasyonları, splicing - Düzenleyici mutasyonları, regulatory Gen Mutasyon Tipleri Yanlış anlamlı mutasyonlar, missense Fonksiyonun değişmesine neden our. SEN BİR ODA BUL• SEN BİR ADA BUL• Genetik hastalıklara neden olan mutasyonların > % 50 si bu mutasyonlardan kaynaklanır. Gen Mutasyon Tipleri Anlamsız mutasyonlar, nonsense • Translasyonda erken “dur” kodonuna ve premature protein sentezine neden olur. Bu proteinler genellikle stabil değildir ve hücre içinde kısa sürede yıkıma uğrar. SEN SEN HEM KOŞ HEM HEM COŞ• Dur kodonu COŞ• Dur kodonu ? • Hastalıklara neden olan mutasyonların ~%12 si bu tip mutasyonlardan kaynaklanır. Gen Mutasyon Tipleri RNA kırpılma mutasyonları, splicing • mRNA nın maturasyonunda önemli olan kırpılma noktalarını değiştiren mutasyonlardır. ekson intron ekson A L İ ‘ N İ N ATI A L İ Ş ‘ İ N ATI • Hastalıklara neden olan mutasyonların ~%10 u bu tip mutasyonlardan kaynaklanır. Gen Mutasyon Tipleri Düzenleyici mutasyonlar, regulatory • DNA dizisinde transkripsiyon faktörünün bağlanmasına, transkripsiyonel kontrole ya da gen ekspresyonuna etki eden mutasyonlardır. Gen Mutasyon Tipleri Delesyonlar ve insersiyonlar DNA dizisine bir veya birden fazla bazın eksilmesi veya eklenmesi sonucu oluşur. - Küçük delesyonlar ve insersiyonlar - Büyük delesyonlar ve insersiyonlar Gen Mutasyon Tipleri Küçük delesyonlar ve insersiyonlar Hastalıklara neden olan mutasyonların ~%25 i bu tip mutasyonlardan kaynaklanır. Çerçeve kaymasına (frame shift) neden - OLANLAR - OLMAYANLAR Gen Mutasyon Tipleri Küçük delesyonlar ve insersiyonlar Çerçeve kaymasına neden OLANLAR • Delesyon veya insersiyona uğrayan baz 3 veya 3 ün katları değilse oluşur. • Bütün protein dizisi etkilenir. • SEN ÖNE GİT YER BUL• SEN NEG İTY ERB UL Gen Mutasyon Tipleri Küçük delesyonlar ve insersiyonlar Çerçeve kaymasına neden OLMAYANLAR • Delesyona veya insersiyona uğrayan baz 3 veya 3 ün katları ise protein ürününde bir amino asit eksikliğine veya fazlalığına neden olur. SEN SEN ÖNE ÖNE GİT KOŞ YER GİT BUL. YER BUL. Gen Mutasyon Tipleri Büyük delesyonlar ve insersiyonlar Gen delesyonları SEN GİT YER BUL . ........................................... Duplikasyonları SEN GİT YER BUL. SEN GİT YER BUL. SEN GİT YER BUL. İnversiyonları SEN ÖNE KOŞ GİT YER BUL. SEN LUB REY TİG ŞOK ENÖ Füzyonları Psödogen Sen oda koş. SEN BİR ODA BUL. ......................SEN Sen oda koş SEN BİR ODA BUL. Gen Mutasyon Tipleri Büyük delesyonlar ve insersiyonlar Dinamik mutasyonlar • Gen bölgesine giren üçlü tekrar dizileri bir jenerasyondan diğerine artarak geçiyor. Dinamik mutasyonun görüldüğü hastalıklara örnekler • Huntington Hastalığı: -CAG- (glutamin) artışı genin kodlanan bölgesinde. (N=<36) • Frajil-X Sendromu: -CGG- artışları proteinin transkribe olan ancak translasyona uğramayan bögesinde bulunuyor. (N=<60) • Myotonik Distrofi: -CTG- artışları genin translasyona uğrayan 3’ bölgesinde yer alıyor. (N=<30) • Friedreich ataxia: -AAG- artışları genin intron bölgesinde yer alıyor. (N=<34) Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri – İşlevin azalması veya ortadan kalkması – İşlevin artması – Farklı bir işlev kazanma – Yanlış zamanda ve yanlış yerde bulunma Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri İşlevin azalması veya ortadan kalkması Loss of function • Genin fonksiyonel veya düzenleyici bölgesinde kritik dizilerde oluşan mutasyonlardır. • Örnek: -Alfa ve beta talasemiler, -Fenilketonüri Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri İşlevin artması Gain of function 1. Fonksiyonun artması, missense 2. Miktarın artması, duplication Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri İşlevin artması Gain of function 1. Fonksiyonun artması, missense Örnek, Akondroplazi: FGFR3 (fibroblast büyüme faktör reseptör 3) ligand (FGF) yokluğunda bile aktif kalır ve kondrosit proliferasyonunu inhibe eder. Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri İşlevin artması Gain of function 2. Miktarın artması, duplication Örnek, Charcot-Marie-Tooth tip 1: Periferik sinir dejenerasyonu hastalığı. PMP22 (periferal miyelin protein 22) geninin duplikasyonu sonucu ortaya çıkıyor. Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri Farklı bir işlev kazanma Missense • Örnek, Orak hücre anemisi: Hemoglobin oksijen taşıyor ancak, oksijeni boşalttığında agrege olarak eritrositleri deforme ediyor. Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri Yanlış zamanda ve yanlış yerde bulunma • Genin düzenleyici bölgesini etkileyen mutasyonlar Gama globin gen ekspresyonunun post natal dönemde de devam etmesi (Hereditary persistence of fetal hemoglobin) Onkogenler: Normalde hücre proliferasyonu için gerekli onkogenler yanlış hücrede eksprese olmaya başladığında kansere neden oluyorlar. Fenotipi etkileyen faktörler • Allelik heterojenite • Lokus heterojenitesi • Modifiye edici genler Fenotipi etkileyen faktörler Allelik heterojenite 1. Aynı gende oluşan farklı mutasyonlar farklı hastalıklara neden olabilir Örnek, Tirozin Kinaz Reseptör genindeki farklı mutasyonlar • Hirschchsprung hastalığı • Tiroid ve adrenal bezlerinin kanseri Fenotipi etkileyen faktörler Allelik heterojenite 2. Aynı gende oluşan farklı mutasyonlar hastalığın farklı şiddetlerde görülmesine neden olabilir Beta talasemi (beta globin geni) gln39X mutasyonu (gln dur) (CAG UAG) ߺ talasemi IVS1 110G>A mutasyonu ß+ talasemi Fenotipi etkileyen faktörler Lokus heterojenitesi • Birden fazla gen tek başına benzer klinik fenotipten sorumlu olabilir. Bu durumda, aynı hastalık OD, OR, X e bağlı, mitokondrial kalıtım gibi farklı geçişler gösterebilir. Retinitis pigmentosa Sağırlık Fenotipi etkileyen faktörler Modifiye edici genler • İki kişi bir hastalık için aynı mutasyonları taşısa da hastalığın şiddeti farklı olabilir. Bu durumda çevre faktörlerinin yanı sıra modifiye edici genlerin varlığı düşünülmektedir. • Bu genlerin bazı polimorfik yapıları diğer mutant genin varlığında hastalığın ortaya çıkmasına neden olabilir. Aynı mutant genotip Neden farklı fenotip ? ? ? •Bu konuda iki farklı oluşumdan söz ediliyor - Penetrans azlığı - Ekspresivite değişkenliği (Aile ağacı çizimlerini zorlaştıran, risk hesaplamalarını karmaşıklaştıran bir durum). Aynı mutant genotip Neden farklı fenotip ? ? ? Penetrans • Belli bir genotipte olan bireylerin bu genotipten beklenen fenotipi yansıtma oranına penetrans denir. • Genotipten beklenen fenotipi yansıtmama nedenleri: • Modifiye edici genlerin varlığı • Süpresör genlerin varlığı • Çevre faktörlerinin etkisi Aynı mutant genotip Neden farklı fenotip ??? Ekspresivite • Belli bir genotipin fenotipe yansıma ölçüsüne ekspresivite denir. • Nedenleri • Allelik heterojenite • Çevre faktörleri Bazı Mutasyonların Nomenklatürleri • gDNA= Genomik DNA • cDNA= Komplementer DNA • “del”= küçük delesyonlar (Δ ) - Δ F508 = CFTR geninde 3 bazlık delesyon, proteinin 508 inci pozisyonundaki fenilalaninin ortadan kaybolması “ins”= küçük insersiyonlar ins143+4 = cDNAda 143. nükleotidin yanına 4 baz eklenmesi • Missense mutasyonlar (yanlış anlamlı mutasyonlar) – Translasyonda ilk amino asit (metionin) 1 olarak numaralandırılır. Glu6Val (E6V) • Nonsense mutasyonlar (anlamsız mutasyonlar) – Gln39X (Q39X) (Glutamin dur kodonu) Tıbbi Genetik Bilim Dalı Laboratuarımızda Uyguladığımız Rutin DNA Testleri • Frajil-X Sendromu (FMR 1) • Konjenital Adrenal Hiperplazi (CYP-21) • Uzun QT Sendromu (KCNQ1, HERG, KCNE1, KCNE2, SCN5A) • Brugada Sendromu (SCN5A) • Kalıtsal Sağırlık Testleri (Cx 26) • Waardenburg Sendromu (PAX 3) • CADASIL sendromu (Notch 3) • Alkaptonuri (HGO)
