Klinická genetika Michael Doubek zakladni_EN Miroslav Barták Proč klinická genetika Ø úloha genomu v diagnostice, terapii a prevenci = aplikace v klinické praxi Do praxe ale mohu aplikovat jen to, co znám a na co myslím Co byste už měli znát Ø Co je to gen - geny strukurní a funkční - housekeepngové geny - exprese genů - exony, introny, netranskribované oblasti, promotory Ø ØInformační makromolekuly Ø ØTranskripce, sestřih, translace Ø ØChromozomy Co je to DNA? studený líh + sůl + saponát na nádobí > 1 m DNA Věda je zábava, Svojtka & Co, 2015 Kočárek, 2013 Churchill College a The Eagle Pub Watson + Crick + Wilkins + Franklinová Image result for dna discovery cambridge Churchill College a The Eagle Pub Watson + Crick + Wilkins + Franklinová Image result for dna discovery cambridge ? Použití výsledků bez svolení Eugneika IQ černochů Pojmy ØGenetika Ø ØGenom Ø ØGenomika Pojmy ØGenetika Ø ØGenom Ø ØGenomika Veškerá DNA v buňce/organismu Pojmy ØGenetika Ø ØGenom Ø ØGenomika Genom je víc než součet genů Pojmy ØGenetika Ø ØGenom Ø ØGenomika - Strukturní (DNA, chromozomy) - Funkční (RNA, genová exprese) - Komparativní Pojmy ØGenetika Ø ØGenom Ø ØGenomika Ø ØMikrobiom Ø ØTranskriptom Co je to genom? 3 Lidský genom: 3,2 x 109 bp, cca 20 tis. genů karyotypes.jpg Co je to genom? 3 Lidský genom: 3,2 x 109 bp, cca 20 tis. genů Variabilita genomu § Nukleotidové polymorfismy - Single Nucleotide Polymorphisms - SNP § Změny v počtu kopií genetického materiálu - Copy Number Variations – CNV - Short Tandem Repeats – STR (2-5) karyotypes.jpg Publikování sekvence lidského genomu v roce 2001 Publikování sekvencí individuálního lidského genomu 2007 a 2008 220px-James_D_Watson_Genome_Image 220px-Craigventer2 J. D. Watson C. Venter Publikování sekvencí individuálního lidského genomu 2007 a 2008 220px-James_D_Watson_Genome_Image 220px-Craigventer2 J. D. Watson Rozdíl v 7648 záměnách aminokyselin C. Venter Publikování sekvencí individuálního lidského genomu 2007 a 2008 220px-James_D_Watson_Genome_Image 220px-Craigventer2 J. D. Watson 1000 genomů publikováno v roce 2010 C. Venter Mooreův zákon (1965): „Počet tranzistorů, které mohou být umístěny na integrovaný obvod, se při zachování stejné ceny zhruba každých 18 měsíců zdvojnásobí.“ Postgenomická éra ØGenomy byly popsány Ø ØProbíhají anotace genomů Genetika dnes Od fenotypu ke genotypu Od genotypu k fenotypu DNA RNA protein fenotyp Moderní metody analýzy genomu Mutace vs. variabilita lidského genomu Mutace vs. variabilita lidského genomu Mutace vs. variabilita lidského genomu Mutace vs. polymorfismus Frekvence vniku mutací je 1,1 – 1,3 x 10-8 Mutace vs. variabilita lidského genomu Mutace spontánní vs. indukované Genové vs. chromozomové Mutace měnící smysl – missense Mutace beze smyslu – nonsense (terminační triplet) Mutace se stejným smyslem – same sense Posuvné mutace – frameshift Mutace vs. variabilita lidského genomu Mutace vs. variabilita lidského genomu Mutace vs. variabilita lidského genomu Mutace vs. variabilita lidského genomu A dále: Leidenská mutace f. V Hemochromatóza Cystická fibróza Pozitivní mutace File:Portulaca grandiflora mutant1.jpg mutace Germinální vs. somatická mutace Germinální vs. somatická mutace Germinální mutace Somatická mutace Kolik lidí žilo na naší planetě? Kolik lidí žilo na naší planetě? ØNa zemi žilo přes 100 miliard lidí Carl Haub: How Many People Have Ever Lived on Earth? 2011 Jsme Homo sapiens? Jsme Homo sapiens? Reich a kol. Nature 2010 Denisované, 41 000 let. mtDNA Jsme Homo sapiens? https://3c1703fe8d.site.internapcdn.net/newman/gfx/news/hires/2016/aworldmapofn.jpg V Evropě 1 – 3 % genomu Některé nemoci neandrtálské – deprese, kožní nemoci? Analýza pravěkých genomů Broushaki a kol., Science 2017 Genom z mladší doby kamenné a doby železné - Zagros, Irán Broushaki a kol., Science 2017 Dva pravěké genomy u dnešních lidí Slavné pravěké genomy Őtzi Cheddarský muž https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ee/Otzi-Quinson.jpg Původ podle mitochondriální DNA Sedm dcer Evinných Kateřina 16 000 let Tara 17 000 let Helena 20 000 let Velda 17 000 let Uršula 30 – 50 000 let Xenie 25 000 let Jasmína 43 000 let Sedm dcer Eviných Bryan Sykes, 2004 Ø mitochondriální Eva (před 140 000 lety v Etiopii) Ø Ø 7 hlavních mitochondriálních haplotypů v Evropě Ø Ø 29 haplotypů na celém světě Ø Ø Øvyšetření není tak přesné ve srovnání s dalšími metodami, mitochondriální DNA je si na celém světě velmi podobná Potomci součastnic mitochondriální Evy ale mohou žít Sedm dcer Eviných u nás ØHelena 42 % (dominují linie z Polska a evropské části Ruska) ØUršula 18 % (dnes žijí hlavně v Británii a Skandinávii) Ø ØTara 13 % Ø ØJasmína 10 % Ø ØKateřina 6 % (Aškenázové) Ø ØVelda 4 % Ø ØXenie 3 % Sedm dcer Evinných po době ledové Kateřina 16 000 let Tara 17 000 let Helena 20 000 let Velda 17 000 let Uršula 30 – 50 000 let Xenie 25 000 let Jasmína 43 000 let Sedm dcer Evinných po době ledové Kateřina 16 000 let Tara 17 000 let Helena 20 000 let Velda 17 000 let Uršula 30 – 50 000 let Xenie 25 000 let Jasmína 43 000 let Úloha genomu při vzniku nemoci ØMendelovsky dědičná onemocnění 8 % Ø ØMultifaktoriální 90 % Ø ØOstatní 2 % Úloha genomu při vzniku nemoci ØMendelovsky dědičná onemocnění 8 % Ø ØMultifaktoriální 90 % Ø ØOstatní 2 % Ø Ø => Genetické pozadí hraje téměř vždy roli při vzniku nemoci Typy dědičnosti Typy dědičnosti Mendelovská dědičnost (monogenní; jeden gen, jeden znak) Vázaná na pohlavní chromozomy Polygenní (více genů malého účinku, jeden znak) Mitochondriální dědičnost Role prostředí (zevní faktory) Jaký je postup při pátrání po dědičnosti nemocí? Ø Rodinné studie (rodokmeny, studium dvojčat, podíl nadějí „odds ratio“, relativní riziko) Ø Ø Zjišťování výskytu nemoci v populaci Ø Ø Molekulárně biologické metody Ø Ø Vazebné analýzy a funkční testy Rodokmen Mitochondriální dědičnost Dědičnost chromozomu Y Dědičnost chromozomu Y Co dědíme jako chromozom Y? Dědičnost autozomální dominantní Dědičnost autozomální dominantní Dědičnost autozomální recesivní Zevní faktory Beer vepřo2 Bachovy esence a stres Monogenní nemoci Kolik máme monogenně dědičných nemocí? ≈ 1 000 ≈ 10 000 ≈ 100 000 Kolik máme monogenně dědičných nemocí? ≈ 1 000 ≈ 10 000 ≈ 100 000 Kolik máme monogenně dědičných nemocí? ≈ 1 000 ≈ 10 000 ≈ 100 000 Recesivní nemoci Ø hemochromatóza (1:10) Ø Ø mutace faktoru V Leiden (1:20) Ø Ø cystická fibróza (1:25) Ø Ø spinální muskulární atrofie (1:40) Ø Ø hluchota Ø Ø rakovina prsu a vaječníků Ø Původ podle typů mutací genů Øefekt zakladatele Ø Ømalé uzavřené populace (Aškenázové, frankofonní Kanaďané, Island, okolí jezera Maracaibo…) Ø Øsňatky příbuzných http://www.consang.net/images/c/c4/Globalcolourlarge.jpg Mapa konsangvinity http://www.consang.net/images/c/c4/Globalcolourlarge.jpg Mapa konsangvinity Povinné genetické testování partnerů: Bahrajn Saúdská Arábie (Island) České genetické nemoci Syndrom Nijmegen breakage, syndrom Seemanové, NBS NBS1 gen pro nibrin na 8q21 Heterozygoti 1:130-150 Společný předek Seemanová, 1985 Česká dysplázie COL2A1 gen typický obličej, ploché nohy, porucha růstu 3. a 4. prstu na nohou Neumann, 2003 Jak objevujeme genetické nemoci? Molekulárně biologické metody Ø Analýzy známých genů a jiných sekvencí DNA Ø Ø Srovníní zdravých a nemocných členů rodiny Ø Ø Hledání nových změn a „nových“ genů Ø Ø Ověření funkčními testy Změny DNA a nemoci Ø geny i nekódující oblasti Syndrom Li-Fraumeni Poruchy oprav DNA Imunodeficity NBS, BS, AT, SDS, CMMRD Epigenetická dysregulace Sotos, RSTS, Weaver Chromozomální aberace +21, +8 (mosaika), rob. t(15;21) RASopatie syndrom Noonanové Poruchy transkripčních faktorů IKZF, PAX5, ETV6, CEBPA, RUNX1, GATA2 Studium dvojčat Ø Genetické vs. negenetické vlivy - MZ dvojčata 100 % shodných alel - DZ dvojčata/sourozenci 50 % shodných alel Role genetických vlivů (konkordance MZ a DZ dvojčat): cukrovka, schizofrenie, lupénka, rozštěpy rtů, roztroušená skleróza Jsou si jednovaječná dvojčata zcela geneticky podobná? Příklad z praxe Příklad z praxe Bioinformatická a biostistická analýza - mapování na referenční sekvenci (BWA-mem) - vytvoření dvou souborů variant (Samtools mpileup): 1. skupina – probandi s nemocí 2. skupina – probandi bez nemoci vyloučení populačních (a rodinných) variant (VarScan): vybrány varianty přítomné pouze ve skupině trombocytopenie identifikace potenciálně kauzálních variant: anotace variant Annovarem; filtry: coverage > 20 ponechány varianty v exonech, ncRNA exonic, downstream a upstream vynechány synonymní mutace odstraněny varianty anotované v dbSNP dtb. s rsXXXXX ID Thr20 Lys26 Asn32 His19 Fe CYCS: p.T20I Co by měl umět klinický genetik? Ø Komplexní vyšetření Ø Indikace analýz genů - celoexomové sekvenování - celogenomové sekvenování - funkční testy Ø Interpretace výsledků (od praktických lékařů až po klinické genetiky) Ø Návrh léčebných nebo preventivních opatření s ohledem na přání nemocných a etické aspekty Co by měl umět klinický genetik? Ø Komplexní vyšetření Ø Indikace analýz genů - celoexomové sekvenování - celogenomové sekvenování - funkční testy Ø Interpretace výsledků (od praktických lékařů až po klinické genetiky) Ø Návrh léčebných nebo preventivních opatření s ohledem na přání nemocných a etické aspekty ANALYZOVAT INFORMACE JAKO CELEK - CELEK JE VÍC NEŽ SOUHRN ČÁSTÍ Proč tedy genetika? Ø Diagnostika nemocí (vč. prenatální, preimplantační, genetické poradenství) Ø Terapie – framakogenetika a farmakogenomika, imunogenetika Ø Prevence Ø Genová terapie, editování genomu Proč tedy genetika? Co vás čeká v tomto předmětu Ø Monogenní nemoci (CF) Ø Chromozomální aberace Ø Genetika nádorových nemocí Ø Genetika krevních nemocí, genetika neuromuskulárních nemocí Ø Genetické syndromy Ø Forensní genetika Ø Genetika v reprodukční medicíně Ø Onemocnění s komplexní dědičností Ø Terapie a výhled do budoucnosti Co vás čeká v tomto předmětu Ø Monogenní nemoci (CF) Ø Chromozomální aberace Ø Genetika nádorových nemocí Ø Genetika krevních nemocí, genetika neuromuskulárních nemocí Ø Genetické syndromy Ø Forensní genetika Ø Genetika v reprodukční medicíně Ø Onemocnění s komplexní dědišností Ø Terapie a výhled do budoucnosti Inikace, klinické využití i etické aspekty! CRISPR-Cas9 Děti na objednávku? Přípitek genetiků Přípitek genetiků Až do DNA! Karel Plíhal: Jako COOL v plotě