Fankoni anemisinin genetik ve moleküler temelleri
advertisement
Çocuk Saðlýðý ve Hastalýklarý Dergisi 2003; 46: 308-316 Derleme Fankoni anemisinin genetik ve moleküler temelleri: Meme kanseri (BRCA1, BRCA2) ve ataksi telanjektazi yolaklarýyla buluþan ilginç birçok genli hastalýk modeli Günay Balta1, Fatma Gümrük2, Çiðdem Altay3 Hacettepe Üniversitesi Çocuk Saðlýðý Enstitüsü 1Moleküler Genetik Doktoru, Týp Fakültesi, 2Pediatri Profesörü, 3Emekli Pediatri Profesörü SUMMARY: Balta G, Gümrük F, Altay Ç. (Department of Pediatrics, Hacettepe University Faculty of Medicine, Ankara, Turkey). Genetic and molecular basis of Fanconi anemia: an interesting model of a multigenic disorder interacting with breast cancer (BRCA1, BRCA2) and ataxia telangiectasia (ATM) pathways. Çocuk Saðlýðý ve Hastalýklarý Dergisi 2003; 46: 308-316. Fanconi anemia (FA) is an autosomal recessive disorder characterized by multiple congenital abnormalities, bone marrow failure, cancer susceptibility and cellular sensitivity to cross-linking agents. To date, at least eight complementation groups (A-C, D1, D2, E-G) have been described and seven FA genes have been cloned. The protein products of these genes interact in a common pathway in response to DNA damage with cross-linking agents or during the S-phase of cell cycle. Five FA proteins (A, C, E, F, G) form a nuclear complex and mediate activation of D2 protein (FANCD2) by monoubiquitination. Activated FANCD2 is targeted to a nuclear DNA repair foci where it interacts with the breast cancer susceptibility (BRCA1, BRCA2) and other DNA repair proteins. Recent studies have revealed that FANCD1 and BRCA2 are in fact the same gene. On the other hand, the ataxia telangiectasia kinase (ATM) phosphorylates FANCD2 protein in response to ionizing radiation. Phosphorylated FANCD2 activates S-phase checkpoint to arrest cell cycle progression and allow time for DNA repair. These findings have indicated that FANCD2 functions at the intersection of two independent signaling pathways of the DNA repair. Key words: Fanconi anemia, genetics, molecular basis, breast cancer, ataxia telangiectasia. ÖZET: Fankoni anemisi (FA) çeþitli konjenital anomaliler, kemik iliði yetmezliði, kansere eðilim ve çapraz baðlayýcý ajanlara hücresel duyarlýlýkla karakterize otozomal çekinik bir kalýtsal hastalýktýr. Bu güne kadar, en az sekiz komplementasyon grubu (A-C, D1, D2, E-G) tanýmlanmýþ ve bunlardan yedisinin geni klonlanmýþtýr. Bu genlerin protein ürünleri, çapraz baðlayýcý ajanlarla oluþan DNA zedelenmesine yanýtta veya hücre döngüsünün S-fazýnda ortak bir yolakta etkileþim içine girerler. FA proteinlerinden beþi (A, C, E, F, G) bir nüklear kompleks oluþturup, monoübikutilasyonla D2 proteininin (FANCD2) aktivasyonuna aracýlýk eder. Aktif FANCD2, meme kanseri duyarlýlýk proteinleri (BRCA1, BRCA2) ve diðer DNA tamir proteinleriyle etkileþime gireceði bir nüklear DNA tamir fokusuna gönderilir. Son araþtýrmalar, FANCD1 ve BRCA2nin gerçekte ayný gen olduðunu göstermiþtir. Öte yandan, iyonize radyasyona yanýtta ise ataksi telenjektazi kinaz (ATM) FANCD2 proteinini fosforile eder. Fosforile FANCD2, S-faz kontrol noktalarýný aktive ederek, ilerleyen hücre siklusunun duraklamasýna ve DNA tamiri için zaman verilmesine olanak saðlar. Bu bulgular, FANCD2 proteininin DNA tamir mekanizmasýnda yer alan iki baðýmsýz sinyal yolaðý arasýnda iþlev gördüðünü göstermektedir. Anahtar kelimeler: Fankoni anemisi, genetik, moleküler temeller, meme kanseri, ataksi telenjektazi. Cilt 46 Sayý 4 Fankoni Anemisinin Genetik ve Moleküler Temelleri Guido Fanconi, ilk kez 1927 yýlýnda, doðuþtan çeþitli anomalileri ve ilerleyici aplastik anemisi olan üç kardeþ tanýmlamýþtýr. O tarihten itibaren literatürde Fanconi anemili pek çok hasta bildirilmiþ ve yüzlerce hastada uluslararasý kayýtlarda araþtýrýlmak üzere toplanmýþtýr. Fanconi anemisi (FA), her ýrk ve etnik grupta oldukça seyrek gözlenen, otozomal çekinik bir çocukluk çaðý hastalýðýdýr. Dünyada hastalýðýn sýklýðý milyonda 1-5, taþýyýcý sýklýðý ise %0.3-1 olarak bildirilmektedir 1 . Türkiyede akraba evliliklerinin sýklýðý nedeniyle bu prevalansýn daha yüksek olduðu tahmin edilmektedir. Çok erken yaþlarda kemik iliði yetmezliðinin geliþmesine baðlý komplikasyonlar ve baþta AML olmak üzere çeþitli kanser türlerinin ortaya çýkmasýna yatkýnlýk nedeniyle, bu hastalarda ortalama yaþam uzunluðu 20 yýl civarýndadýr (daðýlým 0-50 yýl)2. Fanconi anemisi klinik ve genetik olarak son derece heterojen bir hastalýktýr. Þu ana kadar, en az sekiz komplementasyon grubunun olduðu bildirilmiþ ve bunlardan yedisinin geni belirlenmiþtir (Tablo I). Son yýllarda, bu genlerin ürünü proteinlerin karakterizasyonuyla bu hastalýðýn moleküler temelleri konusunda çok önemli bulgular elde edilmeye baþlanmýþ, FA yolaðýnýn DNA zedelenmesi sonrasý normal hücresel yanýtta gerekli olduðu ve bu yolaðýn DNA tamir mekanizmasýna katýlan diðer yolaklarla sýradýþý iliþkiler içinde bulunduðu anlaþýlmýþtýr. Bu makalenin amacý, son yýllarýn çok yanký uyandýran bilimsel buluþlarýnýn yapýldýðý ilginç bir multigen hastalýðý olan Fanconi anemisinin genetiði ve moleküler biyolojisi üzerine yapýlan çarpýcý geliþmeleri derleyerek okuyucuya sunmaktýr. 309 Klinik özellikler Hastalýðýn en belirgin klinik özelliði ortalama 6-8 yaþ civarýnda ilerleyici aplastik aneminin baþlamasýdýr. Hastalar arasýnda bazý farklýlýklar gösterse de, aplastik anemi sýrasýyla trombosit ve nötrofil sayýsýnda düþme, hemoglobinde azalma ile kendini belli eder. Fetal özellik gösteren makrositik eritrositlerin sayýsýnda, fetal hemoglobin ve alfa-fetoprotein düzeyinde artýþ söz konusudur. Tüm kan elemanlarýnda meydana gelen ve zaman içerisinde hýzlanarak devam eden azalma, daha 10lu yaþlarýn baþýnda transfüzyona baðlý aneminin geliþmesine kadar götürebilir. Bu hastalýkta, hematolojik anomalilerin yanýnda, çeþitli konjenital fiziksel anomalilerde sýklýkla gözlenir. Büyümede gerilik ve üst ekstremitelerde malformasyonlar en yaygýn gözlenen fiziksel anomalilerdir. Hastalarýn yaklaþýk %50sinde, bazen radius hipoplazi ya da yokluðunun da eþlik ettiði baþparmak anomalisi veya yokluðu gözlenir. Ayný zamanda, hastalar baþ, yüz, boyun, omurga ve alt ekstremiteler gibi iskelet anomalileri veya böbrek, erkek üreme organý, idrar yollarý, gastrointestinal sistem, kalp, kulak, santral sinir sistemi gibi organ anomalileriyle de doðabilirler. Ayrýca, hastalarda özgün yüz þekli, küçük gözler (mikroftalmi), düþük yerleþimli kulak ve hiperpigmentasyon, hipopigmentasyon, café-aulait lekeleri gibi deri pigmentasyonunda anomaliler de sýklýkla gözlenmektedir. Buna karþýn, hastalarýn yaklaþýk üçte birinde belirgin hiçbir fiziksel anomaliye rastlanmaz3. Bu hastalýkta çeþitli tip kanser geliþme riski oldukça yüksektir. Saðlýklý bireylerle karþýlaþtýrýldýðýnda, akut myeloblastik lösemi (AML) geliþme riski 15.000 kat daha fazla, 40 yaþ öncesi MDS veya AML geliþme risk de %52 Tablo I. Fanconi anemisi komplemantasyon gruplarý, genleri ve özellikleri Grup Gen Kromozom bölgesi Ekzon Patolojik mutasyon Amino asit Moleküler aðýrlýk FA-A FA-B FA-C FA-D1 FA-D2 FA-E FA-F FA-G FANCA FANCB FANCC FANCD1/BRCA2 FANCD2 FANCE FANCF FANCG/XRCC9 16q24.3 9q22.3 13q12.3 3p25.3 6p21.3 11p15 9p13 43 14 27 44 10 1 14 ~100 10 5 3 6 18 1455 558 3418 1451 536 374 622 163 kD 63 kD 384 kD 155/162 kD 60 kD 42 kD 70 kD 310 Balta ve ark. civarýndadýr. Bazý hastalarda, diðer hematolojik belirtiler ortaya çýkmadan önce miyelodisplastik sendrom (MDS) veya AML geliþtiði gözlenebilir. Bütün bu hematolojik problemler, hastalarýn kýsa ömürlü olmasýna neden olur2,4. FA hastalýðýnda baþ, boyun, deri, aðýz mukozasýnda skuamoz hücreli karsinom, gastrointestinal ve jinekolojik sistemlerde solid tümor geliþme riski de yüksektir. Kemik iliði yetmezliðinde uygulanan androjen tedavisi, sýklýkla karaciðer tümörü ve peliozis hepatika geliþmesine neden olur. FAya baðlý tümörler genelde 13 yaþýndan sonra (ortalama 23 yaþýnda) geliþir. Kemoterapi, radyoterapi gibi DNA zedelenmesi oluþturan ajanlara aþýrý duyarlýlýk nedeniyle, bu hastalýkta kanser tedavisi çoðunlukla baþarýsýzlýkla sonuçlanýr2. Tedavi Hayati tehlikeyi hematolojik bulgular oluþturduðundan, tedavi daha çok hastalýðýn bu yönüyle ilgilidir. Hastalýkta düþük kan sayýmý, androjen tedavisi ve/veya kan transfüzyonuyla düzeltilmeye çalýþýlýr. Androjen tedavisi baþlangýçta iyi yanýt vermesine karþýn, zaman içerisinde direnç geliþebilir. Tedavi destekleyici olmakla beraber, kemik iliði yetmezliðinin bugün için tek kesin tedavisi, doku grubu uyan aile bireylerinden kemik iliði veya kord kaný transplantasyonunun yapýlmasýdýr. Verilen iliðinin tutmama (graft failure) riski bulunmakla beraber, aile bireylerinden yapýlan kemik iliði transplantasyonunun baþarý þansý bazý merkezlerde oldukça yüksektir (%70). Buna karþýn, doku grubu uyan aile dýþý bireylerden yapýlan kemik iliði transplantasyonunun baþarý þansý son derece düþüktür (%20) 3 . Son yýllarda, uygun donor bulma sorununu aþabilmek amacýyla, gen tedavi protokollarýný kullanan klinik uygulamalar baþlatýlmýþtýr. Hücresel özellikler Kromozomal dengesizlik (instability): FA hücrelerinin en önemli özelliði, kromozomlarda kendiliðinden (spontan) oluþan bir takým bozukluklarýn gözlenmesidir. Baþlýca kýrýk, aralýk ve parça deðiþimleri gibi kromatitlerdeki zedelenmeleri içeren bu bozukluklar, genelde hücre siklusunun DNA replikasyonu sýrasýnda oluþurlar. Metafaz fazýnda mikroskop altýnda incelenen hücrelerde, tipik kromatit kýrýklarý görülür. Farklý kromozomlarýn kýrýlma noktalarýnda, kromatitler arasý oluþan rastgele Çocuk Saðlýðý ve Hastalýklarý Dergisi Ekim - Aralýk 2003 hibridizasyonlar, mikroskop altýnda ilginç yapýlý (kuadriradial) kromozomlarýn görülmesine neden olabilir. Hastalýkta gözlenen yüksek kanser riski, bu þekilde kendiliðinden oluþan kromozom kýrýklarýna baðlanmaktadýr5. Bu tür kromozomal kararsýzlýk, FA hastalýðýna özgün olup, diðer hastalýklarda gözlenenlerden farklýdýr. Çapraz baðlayýcý ajanlara aþýrý duyarlýlýk: Mitomisin C (MMC) ve diepoksibutan (DEB) gibi çapraz baðlayýcý (cross-linking) ajanlarýn normal hücrelerde etkisiz olan konsantrasyonlarý, FA hücrelerinde fazla sayýda kromozom kýrýðýnýn oluþmasýna neden olmaktadýr. Hücrelerin yaklaþýk %50sinde hücre baþýna 13 kýrýk gözlenir. Bu ajanlar, DNAnýn iki zinciri arasýnda ve ayný zincirde bitiþik bazlar arasýnda çapraz bað oluþturarak, buralarda DNA replikasyonunun sonlanmasýna neden olurlar6. Hücre siklusu ve hücresel büyüme: Hücre siklusunda duraklama (arrest), G2 fazýnda uzama ve G2 fazýnda çapraz baðlayýcý ajanlarla uyarýlan duraklama, FA hücrelerinin ortak özelliðidir7. Atmosferik oksijen, FA hücrelerinde yüksek oranda kromozom kýrýklarýnýn oluþmasýna neden olur. Bu nedenle, FA kültür hücreleri %20lik atmosferik oksijen yerine, %5lik atmosferik oksijende daha iyi çoðalýrlar8. Tanýsal testler Fanconi anemisinin kesin tanýsýnda, çapraz baðlayýcý ajanlara aþýrý duyarlýlýk özelliðinden yararlanýlmaktadýr. DEB veya MMCnin düþük konsantrasyonlarýnda, FA hücrelerinde pek çok kromozomal kýrýk gözlenirken, normal hücrelerde bu tür dramatik deðiþiklikler gözlenmez. FAnin ayýrýcý tanýsýnda en güvenilir test olarak kabul edilen bu DEB veya MMC kromozomal kýrýlma testleri, prenatal taný amacýyla da kullanýlmaktadýr3,9. Genetik heterojenlik Fanconi anemisi klinik olduðu kadar, genetik olarak da son derece heterojen bir hastalýktýr. Hastalýkta bugüne kadar en az sekiz farklý komplementasyon grubunun ve buna baðlý olarak sekiz farklý genin bulunduðu bildirilmiþtir10. Bu nedenle, bir hastanýn fenotipinden sorumlu mutasyonun hangi gende olduðunun belirlenebilmesi için öncelikle o hastanýn komplementasyon grubunun bilinmesi gerekmektedir. Cilt 46 Sayý 4 Komplementasyon analizinde iki hastanýn kültür hücreleri, seçicilik kazandýran kuabain ve G418 gibi farklý ilaçlara dirençlilik genleri ile iþaretlenir. Bu iki hücrenin füzyonu ve her iki ilaca direnç gösteren hibrid hücrelerin seçiminden sonra, hibrid hücrelerin MMC/DEB duyarlýlýklarý tesbit edilir. Hibrid hücrelerin MMC/DEBe duyarlýlýklarý devam ediyorsa, baþlangýçtaki iki hücre ayný gende mutasyon taþýyor, yani hastalar ayný komplementasyon grubunda demektir. Buna karþýn, hibrid hücreler MMC/DEBe karþý artýk dirençli hale gelmiþ, hatasý düzelmiþ veya "tamamlanmýþ" (complemented) ise, baþlangýçtaki hücreler farklý genlerde mutasyon taþýyor, yani hastalar farklý komplementasyon grubunda demektir (Þekil 1). Bu þekilde belli bir komplementasyon grubunda olduðu belirlenen FA hastasý veya kültür hücresinin alttipi, FA-A, FA-B, FA-C gibi belirtilmektedir11. Bugüne kadar literatürde, FA-A, FA-B, FA-C, FA-D1, FA-D2, FA-E, FA-F, FA-G olarak adlandýrýlan sekiz komplementasyon grubunun bulunduðu bildirilmiþtir 10 . Ancak, henüz Fankoni Anemisinin Genetik ve Moleküler Temelleri 311 yayýnlanmamýþ son çalýþmalarda, FA-I ve FA-J gruplarýnýn bulunduðu da anlaþýlmýþtýr. Dünyada hastalarýn yaklaþýk %65-70i FA-Ada, %13ü FA-Gde ve %7si FA-Cde yer almakta, diðer gruplar ise dünya çapýnda beþden az hasta ile temsil edilmektedir12. Komplementasyon gruplarýnýn dünyada daðýlýmý etnik gruplara göre farklýlýk gösterebilir. Örneðin, kurucu etki (founder effec) nedeniyle, yerli dili konuþan Güney Afrikalý FA hastalarýnda FA-A yaygýn olarak gözlenirken, Askenazi Yahudilerinde FAC en yaygýn gözlenen komplementasyon grubudur13,14. Komplementasyon grup analizi ülkemizde yapýlamadýðý için, Türk hastalarý konusundaki bilgi, bu tür çalýþmalarýn araþtýrma amaçlý yapýldýðý merkezlere gönderilen kýsýtlý sayýdaki hastaya dayanmaktadýr. Gruplarý tesbit edilebilen 21 Türk FA hastasýnýn %66sý FAAda, %14ü FA-Gde, %10u FA-Ede, %5i FAFde ve %5inde FA-A veya FA-Gde olduðu belirlenmiþtir. Bugüne kadar FA-Cde hasta saptanamamýþ olmasý, bu grubun ülkemizde bulunmadýðýnýn bir iþareti olabilir. Þekil 1. Fankoni anemisinde komplementasyon grubu analizi. Verilen örnekteki FA-1 ve FA-2 hastalarýnda olduðu gibi, iki hastanýn lenfoblast kültür hücrelerinin füzyonu ile oluþan hibrid hücrelerin MMC/DEB duyarlýlýklarý devam ederse, bu hastalar ayný komplementasyon grubunda, FA-3 hastasýnda olduðu gibi hibridizasyon sonrasýnda hatalarý düzeltilerek (complemented) duyarlý özelliðini kaybedip, artýk dirençli hale gelirse farklý komplementasyon grubundadýr. 312 Balta ve ark. Fanconi anemisi genleri ve mutasyonlarý Fanconi anemisinden sorumlu genlerin saptanmasý pek çok nedenden dolayý önemlidir. FA fenotipine neden olan eksikliðin anlaþýlmasý, öncelikle sorumlu genler ve onlarýn proteinlerinin bilinmesiyle mümkün olabilir. Genlerin bilinmesi, prenatal taný ve genotip/ fenotip korelasyonunun yapýlmasýna olanak saðlayacaðý için hasta ailelerine büyük yarar saðlamaktadýr. Bunun yanýnda, hastalýktan sorumlu gen biliniyorsa, gen tedavisi olanaðý doðmaktadýr. Ayrýca, FA genlerinin AML ve bazý tümörlerin geliþmesinde rolü olabileceði düþünülmektedir. Böyle bir durumda, genler konusundaki bilgi sayesinde bu tür malignansilerin tanýsý ve tedavisinin daha iyi yapýlmasý olanaðý doðabilir. Bugüne kadar, sekiz FA geninden yedisi tanýmlanmýþtýr (Tablo I). Genom boyunca daðýlmýþ olan bu genlerin her hangi bir ortak özelliði bulunmamaktadýr. Bir (FANCF) ile 44 (FANCD2) arasýnda deðiþen genlerin ekzon sayýlarý, sentezlenen proteinin büyüklüðü ile orantýlýdýr. FA-D grubunda bulunan bazý hastalarýn bu gruptan sorumlu bulunan gende (FANCD2) mutasyon taþýmadýðý anlaþýlmýþ ve bu hastalarýn geni FANCD1 olarak adlandýrýlan farklý bir komplementasyon grubunu oluþturduðu bildirilmiþtir12,15. Yakýn geçmiþte yapýlan çalýþmalarda da, bu hastalarýn göðüs kanserine neden olan BRCA2 geninde iki allelli mutasyon taþýdýðý gösterilerek, FANCD1 geninin BRCA2 geni ile ayný olduðu ortaya çýkarýlmýþtýr16. Bu güne kadar, grup Adan sorumlu FANCA geninde 100e yakýn mutasyon tanýmlanmýþtýr. Bu mutasyonlarýn çoðu bulunduðu hastaya özgün olup, baþka bir hastada bulunmamaktadýr. Mutasyonlarýn büyük bir kýsmý (üçte biri), genin bulunduðu bölgede sýkça rastlanan Alu tekrar bölgelerinin neden olduðu delesyonlardýr. Çerçeve kaymasý (frameshift) ve anlamsýz (nonsense) mutasyonlar diðer önemli grubu oluþturur. Bu gende protein sentezine olanak saðlayan bir kaç yanlýþ anlamlý (missense) ve mikrodelesyon mutasyonlarý da tanýmlanmýþtýr17,18. FANCA geninin aksine, grup Cden sorumlu FANCC geninde yaygýn olarak gözlenen iki mutasyon bulunmaktadýr. Örneðin, Askenazi Yahudisi FA-C hastalarýnýn %80i homozigot IVS4+4A>T mutasyonunu, Hollandalý FA-C hastalarýnýn çoðu homozigot Çocuk Saðlýðý ve Hastalýklarý Dergisi Ekim - Aralýk 2003 322delG çerçeve kaymasý mutasyonu taþýmaktadýr 14 . Benzer durum FA-G için de söz konusudur. Almanyadaki FANCG mutasyonlarýnýn %44ünü, pozisyon 105 deki glutamik asidi dur (stop) kodona çeviren E105X mutasyonu oluþturmaktadýr19. Türk FA hastalarýnýn mutasyonlarý hakkýndaki bilgi oldukça kýsýtlýdýr. Þu anda dünyada yapýlan bu tür çalýþmalar henüz araþtýrma düzeyinde olduðundan, elimizdeki bilgiyi çoðu zaman bir komplementasyon grubundan sorumlu genin bulunmasý aþamasýnda tanýmlanan mutasyonlar oluþturmaktadýr. Bugüne kadar literatürde Türk hastalarýnda tanýmlanmýþ; FANCA geninde ekzon 43de 4262-4404del17, ekzon 37de 37603761del18 ve bizim tarafýmýzdan tanýmlanan 3639delT20 homozigot mutasyonlarý, FANCG geninde ekzon 13de yer alan 1649delC ve C1642T, ekzon 3de T212C, intron 5de IVS5+1G/T homozigot mutasyonlarý19, FANCE geninde ekzon 2de C355T ve intron 5de IVS58G/A homozigot mutasyonlarý21 bulunmaktadýr. Son yýllarda, Hacettepe Üniversitesi'ndeki laboratuvarýmýzda FA üzerine moleküler genetik çalýþmalar baþlatýlmýþtýr. Þu an için bu çalýþmalarda, "linkage" analizi kullanýlarak hastalarýmýzýn A, G, E komplementasyon gruplarýndan birinde olup olmadýklarý belirlenmeye çalýþýlmakta, grup Ada olduðu anlaþýlanlar 43 ekzonlu FANCA geninde mutasyon analizine alýnmaktadýr. Bu çalýþmalarýn zaman içerisinde geniþletilmesi planlanmýþtýr. Genotip-fenotip iliþkisi Farklý grupta bulunan hastalarýn analizleri, komplementasyon grubunun klinik bulgular üzerinde çok güçlü bir etkisinin bulunmadýðýný ortaya çýkarmýþtýr 22. Grup Cde büyümede gerilik, baþ ve radius anomalilerinin grup A ve Gye kýyasla daha az gözlendiði, grup D, E ve Fde ise yüksek oranda somatik anomali gözlendiði bildirilmektedir. AMLnin daha sýk ve erken yaþta gözlenmesi nedeniyle, FA-G hastalarýnýn FA-A ve C hastalarýndan daha kýsa ömürlü olduðu bildirilmiþtir. Gen ürünü proteinin yokluðuyla sonuçlanan "null" mutasyon taþýyan FANCA hastalarýnýn, null taþýmayanlara göre daha aðýr hematolojik bulgularýnýn olduðu ve AML geliþtirmeye daha yatkýn olduklarý bildirilmiþtir. Grup Gde bulunan ve FANCA null mutasyonlarýný taþýyan hastalarýn nispeten daha aðýr hematolojik Cilt 46 Sayý 4 bulgularýnýn olmasý, bu hastalarýn daha agresif tedaviye aday olduklarýný düþündürebilir22. Þu ana kadar bilinen üç FA-D2 hastasýnda iki allelli null mutasyona rastlanamamýþ olmasý, bu durumun ölümcül olabileceðinin bir iþareti olabilir. Fanconi anemisi yolaðý ve modeli Tanýmlanan yedi FA proteinin FA yolaðý olarak adlandýrýlan ortak bir hücresel yolda birlikte iþlev gördükleri bildirilmektedir (Þekil 2). Normal hücrelerde, FANCA, FANCC, FANCE, FANCF ve FANCG proteinleri bir araya gelerek multisubunit bir nüklear kompleks oluþturur23,24. Bu kompleks, DNAda çapraz bað oluþturan ajanlarla karþý kalýndýðý veya DNA replikasyonu sýrasýnda, FANCD2 proteinine bir ubikutin molekülünün baðlanmasýna (monoubikutilasyon) aracýlýk ederek, onu FANCD2-S (kýsa) þeklinden Fankoni Anemisinin Genetik ve Moleküler Temelleri 313 FANCD2-L (uzun) þekline dönüþtürür24. Bu þekilde aktive olan FANCD2 proteinin, meme kanseri duyarlýklýk proteinleri BRCA1 ve BRCA2/FANCD1ýn da bulunduðu DNA tamir proteinlerini içeren özgün nüklear DNA tamir odaðýna transfer edildiði ve buradan DNA tamir mekanizmasýna katýldýðý bildirilmektedir24,25. Bu yolakta meydana gelen bir eksiklik veya bozukluðun ise karakteristik FA fenotipini ortaya çýkardýðý düþünülmektedir. FA-B hücrelerinde FA nüklear kompleksinin (A/ C/E/F/G) oluþmadýðýnýn gözlenmesi, FANCB proteininin, kompleksi oluþturan proteinlerin biraraya gelmesi veya kararlýlýðý (stability) için gerekli olduðunu ve bu proteinin de FANCD-2 proteininin monoubikutilasyonundan önce iþlev gördüðünü düþündürmektedir 24 . FA-D1 dýþýndaki diðer komplementasyon grubu hücre hatlarýnda (A, B, C, E, F, G), FA nüklear Þekil 2. Fankoni anemi yolaðýný, meme kanseri (BRCA1, BRCA2) ve ataksi telenjektazi yolaklarýyla buluþturan modelin þematik olarak gösterilmesi. Çapraz baðlayýcý ajanlarla oluþan DNA hasarýna hücresel yanýtta veya DNA replikasyonu sýrasýnda, FA protein kompleksi tarafýndan ubikutin baðlanan FANCD2 proteini, BRCA1, BRCA2/ FANCD1 ve diðer proteinlerle birlikte DNA tamir mekanizmasýna katýlýr. Ýyonize radyasyona yanýtta ise, ATM tarafýndan fosfor grubu baðlanan FANCD2 proteini, hücre döngüsü kontrol noktalarýný active ederek, sentez fazýnda DNA tamiri için zaman verilmesine olanak saðlar. 314 Balta ve ark. kompleksi oluþamadýðýndan, FANCD2 proteinine ubikutin baðlanamaz. Bu durum, son zamanlarda standart DEB/MMC testine alternatif yeni bir tanýsal testin geliþmesine olanak saðlamýþtýr. Çapraz baðlayýcý ajanlarla (DEB/MMC) karþý karþýya býrakýlan hasta hücrelerinde FANCD2-L proteininin bulunmadýðýnýn gösterilmesiyle FA tanýsý konulabilmektedir26. Ancak FA-D1 hücrelerinde FA nüklear kompleksi ve FANCD2 ubikutilasyonunun normal olduðunun gösterilmesi, FANCD1 proteininin FANCD2 monoubikutilasyonundan sonra veya FA yolaðýndan baðýmsýz olarak iþlev gördüðü sonucunun çýkarýlmasýna yol açmýþtýr24. Bu nedenle, bu testte FANCD2L proteini gözlenen bir hastanýn FANCD1 grubunda bulunan FA hastasý olma olasýlýðý bulunmaktadýr. Bu durumda, kesin taný için standart DEB/MMC testi kullanýlmalýdýr. Yapýlan son çalýþmalar, FANCD2 proteininin iki sinyal yolaðý arasýnda iþlev gördüðünü ortaya çýkarmýþtýr. Bunlardan biri yukarýda açýklanan, MMC/DEBle muamele edildiðinde, FA nüklear kompleksi tarafýndan ubikutin baðlanarak aktive edilen FANCD2 proteininin, DNA tamir mekanizmasýna katýlmasýdýr. Diðeri ise, iyonize radyasyonla karþýlaþýldýðýnda, ataksi telenjektazi kinazýn (ATM) FANCD2 proteinini fosforile etmesi, bu þekilde aktive olan FANCD2 proteini de hücre siklisu kontrol noktalarýný aktive ederek, DNA tamirine olanak saðlamak amacýyla sentez fazýnda (S-faz) duraklamaya neden olmasýdýr (Þekil 2) 27 . Ancak ATMe baðlý FANCD2 fosforilasyonu ve FA yolaðýna baðlý FANCD2 monoubikutilasyonu farklý hücresel sinyal yolaklarýnýn kontrolunda, birbirlerinden tamamen baðýmsýz modifikasyonlardýr. Þöyleki, komplementasyon grubu A, C, G, F olan hücrelerde iyonize radyasyondan sonra FANCD2 proteini normal olarak fosforile olurken, bu hücrelerde FANCD2 proteinine ubikutin baðlanamaz. Öte yandan, ATM geninin homozigot mutant olduðu hücrelerde FANCD2 ubikutilasyonu, nüklear fokus oluþumu ve MMC direçliliði normal olmasýna karþýn, bu hücrelerde FANCD2 fosforilasyonu ve S-faz kontrolu bulunmaz24,27. Somatik mozaiklik Somatik mozaiklik bir kiþide farklý genetik yapýya sahip iki veya daha fazla hücre populasyonunun bulunmasý olarak tanýmlanmaktadýr. FA hastalarýnýn yaklaþýk %10-25inin kanlarýnda Çocuk Saðlýðý ve Hastalýklarý Dergisi Ekim - Aralýk 2003 mozaiklik gözlenmektedir15. Bu hastalarda, FA özelliðine sahip yüksek oranda kromozomal kýrýk içeren T hücrelerle birlikte, artýk bu özelliðini kaybetmiþ MMC/DEBe dirençli T hücreler de bulunmaktadýr28. Ölümsüz hücre kültürleri MMC/DEBe dirençli olan bu hastalarda komplementasyon grup analizi yapmak mümkün deðildir12. Bu hücrelerde gözlenen fenotipik geri dönüþüm, hastalýk lokusunda meydana gelen genetik geri dönüþümle saðlanmaktadýr. Genetik geri dönüþüm, gen içi rekombinasyon, yeni bir geri mutasyon, gen konversiyonu gibi mekanizmalarla gerçekleþebilir12,15,28. Mozaik hastalarda, düzelmiþ kan hücreleri oranýnýn zaman içerisinde artýyor olmasý, bu hücrelerin seçici bir avantaja sahip olduðuna iþaret edebilir. Hasta hücrelerin nispeten daha düþük çoðalma hýzýna ve/veya düzelmiþ hücrelerin seçici çoðalma avantajýna sahip olmalarý bu durumun ortaya çýkmasýnda rol oynayabilir. Mozaikliðin hastaya verdiði yarar ve zararlar henüz tam olarak bilinmemekle beraber, bazý mozaik hastalarýn daha hafif hematolojik bulgulara sahip olduðu ve yaþlarý hastalýkta beklenilenden daha ileri olan bazý FA hastalarýnýn mozaik olduðu bildirilmektedir12,28. Bu nedenle, mozaiklik doðal gen tedavisi olarak düþünülebilmektedir. Buna karþýn, FAne özgü konjenital anomalileri olan, ancak, hematolojik bulgularý olmamasý ve MMC/DEB testi negatif olmasý nedeniyle FA olmadýðý düþünülen bazý hastalarýn, aslýnda tamamen düzelmiþ lenfosit veya tam kan hücre populasyonuna sahip mozaik hasta olma olasýlýðý bulunmaktadýr. Ek olarak, mozaiklik kemik iliði transplantasyonu yapýlmasýnda da karýþýklýk yaratabilir. Þu anda ünitemizde tedavi gören iki mozaik hasta bulunmaktadýr. Gen tedavisi Doku grubu uygun donör bulma sorununu aþmak amacýyla, son yýllarda, gen tedavi protokollerini kullanan klinik uygulamalar baþlatýlmýþtýr. Bu uygulamalarda, hastanýn hematolojik progenitor veya kök hücreleri toplanmakta, genin cDNAsýný içeren viral vektörlerle bu hücrelere canlý dýþýnda (in vitro) saðlam gen transferi yapýlmaktadýr. Transfer edilen saðlam cDNA ekspresyonunun hasta kültür hücrelerinin karakteristik FA fenotipini düzelttiði gösterilmiþtir29. Bu þekilde saðlam gen transferi yapýlan hücrelerin, hastaya 315 Cilt 46 Sayý 4 Fankoni Anemisinin Genetik ve Moleküler Temelleri verildikten ve kan yapýmýna baþladýktan sonra hayatta kalma ve kendini yenileme kapasitelerinin daha iyi olacaðý düþünülmektedir. Mozaik hücrelerde gözlenen durum da bu sanýyý desteklemektedir. Ancak hemapoietik kök hücrelere gen transfer verimliliðinin düþük olmasý ve transfer edilen genin uzun süreli ekspresyonunun saðlanamamasý gibi teknik sorunlar henüz aþýlamamýþtýr. Bunun yanýnda, verilen düzelmiþ hücreler tarafýndan sentezlenen bir proteine karþý immün atak oluþturulmasý veya residual mutant hücreler tarafýndan sitogenetik anomaliler geliþtirilmesi nedeniyle normal hematopoietik fonksiyonun engellenmesi veya lösemi geliþtirilmesi gibi komplikasyonlarýn ortaya çýkmasý da mümkündür. Bütün bu sorunlara raðmen, gen tedavi uygulamalarýndan ilk ümit verici sonuçlar elde edilmeye baþlanmýþtýr. Örneðin, FA-Ada bulunan bir hastada, gen transferinden iki buçuk yýl sonra iyileþmenin devam ettiði ve normal FANCA genini taþýyan kan hücrelerinin sayýsýnda zaman içerisinde artýþ gözlendiði bildirilmiþtir30. 7. Dutrillaux B, Aurias A, Dutrillaux AM, Buriot D, Prieur M. The cell cycle of lymphocytes in Fanconi anemia. Hum Genet 1982; 62: 327-332. Son yýllarda, FAnýn moleküler patolojisinin aydýnlatýlmasý, FA genlerine ait proteinlerin tanýmlanmasý ve iþlevlerinin anlaþýlmasý ile multigenik bir hastalýðýn sýrrý büyük oranda çözülmüþtür. Bunun yanýnda, bir model olarak ele alýndýðýnda, bu çalýþmalar, genlerin ve ürünü olan proteinlerin hücre savunmasýndaki rollerine, birbirleriyle olan sýradýþý iliþkilerine ve kanser oluþumuna katýlým mekanizmalarýna kadar ýþýk tutmaktadýr. 8. Joenje H, Arwert F, Eriksson AW, de Koning H, Ostra AB. Oxygen-dependence of chromosomal aberrations in Fanconis anaemia. Nature 1981; 290: 142-143. 9. Auerbach AD. Fanconi anemia diagnosis and diepoxybutane (DEB) test. Exp Hematol 1993; 21: 731733. 10. Joenje H, Oastra AB, Wijker M, et. al. Evidence for at least eight Fanconi anemia genes. Am J Hum Genet 1997; 61: 940-944. 11. Joenje H, Lo ten Foe JR, Oostra AB, et al. Clasification of Fanconi anemia patients by complementation analysis: evidence for a fifth genetic subtype. Blood 1995; 86: 2156-2160. 12. Joenje H, Patel KJ. The emerging genetic and molecular basis of Fanconi anemia. Nat Rev Genet 2001; 2: 446457. 13. Tipping AJ, Pearson T, Morgan NV, et al. Molecular and genealogical evidence for a founder effect in Fanconi anemia families of the Afrikaner population of South Africa. Proc Natl Acad Sci USA 2001; 98: 5734-5739. 14. Whitney MA, Saito H, Jakobs PM, et al. A common mutation in the FACC gene causes Fanconi anemia in Ashkenazi Jews. Nat Genet 1993; 4: 202-205. 15. Tischkowitz MD, Hodgson SV. Fanconi anemia. J Med Genet 2003; 40: 1-10. 16. Howlett NG, Taniguchi T, Olson S, et al. Biallelic inactivation of BRCA2 in Fanconi anemia. Science 2002; 297: 606-609. 17. Wijker M, Morgan NV, Herterich S, et al. Heterogeneous spectrum of mutations in the Fanconi anemia group A gene. Eur J Hum Genet 1999; 7: 5259. KAYNAKLAR 18. Levran O, Erlich T, Magdalena N, et al. Sequence variation in the Fanconi anemia gene FAA. Proc Natl Acad Sci USA 1997; 94: 13051-13056. 1. Auerbah AD, Buchwald M, Joenje H. The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease. New York: McGraw-Hill Press, 2001: 753-768. 19. Demuth I, Wlodarski M, Tipping AJ, et al. Spectrum of mutations in the Fanconi anemia group G gene, FANCG/XRCC9. Eur J Hum Genet 2000; 8: 1-8. 2. Alter BP. Fanconis anemia and malignancies. Am J Hematol 1996; 53: 99-110. 20. Balta G, Winter JP, Kayserili H, Pronk JC, Joenje H. Fanconi anemia A due to a novel frameshift mutation in hotspot motifs: lack of FANCA protein. Hum Mutat 2000; 15: 578. 3. Young NS, Alter BP. Clinical features of Fanconis anemia: pathophysiology of Fanconis anemia. In: Young NS, Alter BP (eds). Aplastic Anemia Acquired and Inherited. Philadelphia: WB Saunders, 1994: 275-324. 4. Auerbach AD, Allen RG. Leukemia and preleukemia in Fanconi anemia patients: a review of the literature and report of the International Fanconi Registry. Cancer Genet Cytogenet 1991; 51: 1-12. 5. Schroeder TM, Kurth R. Spontaneous chromosomal breakage and high incidence of leukemia in inherited disease. Blood 1971; 37: 96-112. 6. Sasaki MS, Tonomura A. A high susceptibility of Fanconis anemia to chromosome breakage by DNA cross-linking agents. Cancer Res 1973; 33: 1829-1836. 21. Winter JP, Leveille F, van Berkel CG, et al. Isolation of a cDNA representing the Fanconi anemia complementation group E gene. Am J Hum Genet 2000; 67: 1306-1308. 22. Faivre L, Guardiola P, Lewis C, et al. Association of complementation group and mutation type with clinical outcome in Fanconi anemia. Blood 2000; 96: 40644070. 23. Medhurst AL, Huber PA, Waisfisz Q, de Winter JP, Mathew CG. Direct interactions of the five known Fanconi anemia proteins suggest a common functional pathway. Hum Mol Genet 2001; 10: 423-429. 316 Balta ve ark. 24. Gregory RC, Taniguchi T, DAndrea AD. Regulation of the Fanconi anemia pathway by monoubiquitination. Semin Cancer Biol 2003; 13: 77-82. 25. Garcia-Higuera I, Taniguchi T, Ganesan S, et al. Interaction of Fanconi anemia proteins and BRCA1 in a common pathway. Mol Cell 2001; 7: 249-262. 26. Shimamura A, de Oca RM, Svenson JL, et al. A novel diagnostic screen for defects in the Fanconi anemia pathway. Blood 2002; 100: 4649-4654. 27. Taniguchi T, Garcia-Higuera I, Xu B, et al. Convergence of Fanconi anemia and ataxia telangiectasia signaling pathways. Cell 2002; 109: 459-472. Çocuk Saðlýðý ve Hastalýklarý Dergisi Ekim - Aralýk 2003 28. Loe Ten Foe JR, Kwee MI, Rooimans MA, et al. Somatic mosaicism in Fanconi anemia: molecular basis and clinical significance. Eur J Hum Genet 1997; 5: 137148. 29. Liu JM. Gene transfer for eventual treatment of Fanconi anemia. Semin Hematol 1998; 35:168-169. 30. Walsh C. Gene therapy for group A FA patients: current update and future trials. FA Research Fund, Science Letter 2002; 32: 2, 8.
