http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg



Monogenní nemoci
•mendelistická dědičnost
•
•dědičný podklad - velký faktor, tj. je přítomen prakticky u všech nemocných a jedná se
prokazatelně o faktor příčinný (např.  defekty v dystrofinovém genu u muskulárních dystrofií),
k němuž se přidávají  jen jako přídatné další faktory genetické i faktory zevního prostředí
•příčinou těchto nemocí bývají především tzv. vzácné alely
•
oje determinována alelami v jednom lokusu
ovariantní alela, která vznikla mutací někdy v nedávné nebo vzdálené minulosti a je většinou
relativně málo častá, nahrazuje původní „divokou“ alelu na jednom nebo obou chromozomech
omají charakteristický způsob přenosu v rodinách
•
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Monogenní nemoci
•choroby dětského věku
•méně než 10 % z nich se manifestuje po pubertě a pouhé 1 % se objeví po skončení reprodukčního
věku
•často výrazně patologické
•
•v populační studii na 1 milionu živě narozených dětí byla incidence vážných monogenních chorob
odhadnuta na 0,36 %, u  6-8% hospitalizovaných dětí se uvažuje o monogenních chorobách
•doposud známé shrnuje OMIM (On-line Mendelian Inheritance in Man)
–~ 6000 klinicky významných fenotypů
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Monogenní nemoci
–Základní typy dědičnosti:
–
dominantní
recesivní
autozomální
autozomálně dominantní (AD)
autozomálně recesivní (AR)
X-vázaný
X-dominantní (XD)
X-recesivní (XR)
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Monogenní nemoci
•Typy přenosu
•autozomální - geny na obou autozomech aktivní
•
•gonozomální (X-chromozom vázané)
omuži hemizygotní
ou žen 1 X-chromozom inaktivován!!
•
•jiné
oimprinting = aktivita určitého genu regulována v závislosti na tom, od kt. rodiče byl gen zděděn
omozaicizmus = přítomnost dvou (nebo více) buněčných linií s různým karyotypem, pocházejících z
jedné zygoty
-časná ztráta chromozomu z trizomické zygoty může vést i k tzv. uniparentální dizomii
-
•vs.
ochimerismus - oplozením vajíčka a polového tělíska, nebo 2 vajíček - hermafrodit
–
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Monogenní nemoci
•Podle projevu genotypu ve fenotypu
•
•recesivní - nemoc jen u mutovaného homozygota
•
•dominantní - nemoc stejná u heterozygota a mutovaného homozygota
•
•neúplně dominantní - odstupňovaná tíže nemoci u heterozygota a mutovaného homozygota
•
•kodominantní - jak normální tak patologická alela jsou vyjádřeny ve fenotypu
–
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Monogenní nemoci - AD
•nemoci jsou důsledkem jak mutací přenášených mezi generacemi tak vzniklých nově •nemoc se
projevuje v každé generaci - postižený jedinec má postiženého rodiče (a prarodiče), a to matku nebo
otce •riziko pro potomka 0,50 (pokud by byli oba rodiče postižení pak 0,75, ale to je vzácné)
•
•familiární hypercholesterolemie (1/500),
•myotonická svalová dystrofie (1/1000)
•Huntingtonova chorea (1/3000)
•
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Huntingtonova chorea
•fatální neurologické onemocnění s nástupem v dospělosti, projevující se jako demence s
extrapyramidovou poruchou motoriky
•v genu pro huntingtin je repetitivní sekvence (CAG)n, která kóduje úsek bílkoviny tvořený zbytky
glutaminu (polyglutaminový úsek, polyglutamine tract)
•za normálních okolností mají lidé méně než 20 trinukleotidů CAG a tedy i glutaminů v huntingtinu,
kde tyto tvoří důležitou doménu pro interakce s jinými proteiny
•pokud se však mutací toto množství zvětší nad 30 glutaminů, protein nepracuje správně s výsledným
progresivním odumíráním neuronů v nucleus caudatus
•
•choroby
Cross section of a brain showing undulating tissues with gaps between them, there are two large
gaps evenly spaced about the centre http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Huntingtonova choroba
•trinukleotidová expanze
•
•
•
•
•
•
•
ancestral
mutant
DNA
…TAC-GTC-…
…TAC-(GTC-GTC-GTC)20-GTC-…
mRNA
…-AUG-CAG-…
…-AUG-(CAG-CAG-CAG)20-CAG-…
AA
…-met-gln-…
…-met-(gln-gln-gln)20-gln-…
1190134872 http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg
http://img.photobucket.com/albums/v223/Liz-ONBC/House%20of%20Earth/huntington-diagram-1_zpsc86efee4
.png

Genetická uniformita
–Science.1983 Jul 29;221(4609):459-62.
–The cheetah is depauperate in genetic variation.
–O´Brien SJ, Wildt DE, Goldman D, Merril CR, Bush M.
•A sample of 55 South African cheetahs (Acinonyx jubatus jubatus) from two geographically isolated
populations in South Africa were found to be genetically monomorphic at each of 47 allozyme
(allelic isozyme) loci. Two-dimensional gel electrophoresis of 155 abundant soluble proteins from
cheetah fibroblasts also revealed a low frequency of polymorphism (average heterozygosity, 0.013).
Both estimates are dramatically lower than levels of variation reported in other cats and mammals
in general. The extreme monomorphism may be a consequence of a demographic contraction of the
cheetah (a population bottleneck) in association with a reduced rate of increase in the recent
natural history of this endangered species.
•
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/28/Tamed_Cheetah_Ancient_Egypt.jpg/180px-Tame
d_Cheetah_Ancient_Egypt.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/15/Cheetah_Feb09_02.jpg/250px-Cheetah_Feb09_0
2.jpg

Monogenní nemoci - AR
•u heterozygotů s 1 mutovanou alelou stačí produkt k udržení normální funkce
•
•velmi často enzymové defekty
•
•postižen je mutovaný homozygot (popř. sourozenci), heterozygotní rodiče jsou přenašeči
(asymptomatičtí) - riziko 0,50 ´ 0,50 = 0,25
•frekvence přenašečů nemoci v populaci >>> frekvence nemocných
•
•nejčastější AR nemocí u bělochů je cystická fibróza (f nemocných 1/2000, f přenašečů 1/22)
•
•konsanguinita (příbuzní rodiče) a geneticky izolované populace (např. Aškenazi židé – Tay-Sachsova
choroba )
–
•
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Monogenní nemoci - AR
•manifestní onemocnění u heterozygota je důsledkem:
ohaploinsuficience - pro normální funkci je potřeba >50 % aktivního genového produktu
•
odominantě negativního efektu - syntéza abnormálního proteinu, který “soutěží” s normálním a
ovlivňuje fenotyp
•
ozesílení funkce (“gain-of-function”) - mutací je posílena přirozená vlastnost proteinu
•
oztráty heterozygotnosti (loss-of-heterozigosity, LOH) v somatické buňce - např. familiární
predispozice k nádorům v důsledku mutací v supresorových genech (např. retinoblastom)
•
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Cystická fibróza
•v zakavkazské populaci s incidencí 1: 3000 živě narozených dětí a frekvencí přenašečů 1:25
•onemocnění multiorgánové, zasahuje různé orgány, plíce, pankreas, trávící trakt, reprodukční
orgány
•více než 30 mutací, které způsobují toto onemocnění
•
•Důvody k vyšetření jsou:
•podezření na klinické onemocnění
•příbuzenský vztah rodičů
•opakované potraty
•léčená neplodnost
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg
http://4.bp.blogspot.com/-iB3efyIUVRg/TzbCWpWB8rI/AAAAAAAALoc/j0_OqLlKvi4/s1600/cleutus+and+brandin
e+the+simpsons+hillbilly+parody.png

Cystická fibróza
•základní fyziologický defekt při tomto onemocnění je porucha v transportu iontů chlóru, sodíku a
vody přes apikální membránu specializovaných epiteliálních buněk, který je regulován chloridovým
kanálem (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator Protein = CFTR)
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg
http://www.epgonline.org/images/tobi/cf-1.jpg

Cystická fibróza
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg
http://www.jci.org/articles/view/37778/files/JCI0837778.f1/medium

Cystická fibróza
•deleční mutací genu produkujícího protein CFTR (chloridový ABC transportér na buň. membráně) →
nefunkční protein
•delece 3 bp v pozici 1652 až 1655 v exonu 10 (delece phe v kodonu 508)
•
ancestral
mutant
DNA
-TAG-AAA-CCA-
-TAA-CCA-
mRNA
-AUC-UUU-GGU-
-AUU-GGU-
AA
-ile-phe-gly-
-ile-gly-
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Metody léčby
•Symptomatická
•substituční terapie - dodání proteinu, který je v daném organismu defektní nebo zcela chybí (př.
enzymopatie hemofilie - dodání faktoru VIII)
•
•karenční terapie - vyloučení nebo omezení složky potravy, která v důsledku defektu enzymu není
odbourávaná (př. fenylketonurie - potrava bez phe)
•
•Kauzální
•genová terapie - náhrada mutovaného, nefunkčního genu standardními, funkčními geny
http://www.ck12.org/flx/render/perma/resource/default/image/user%3Ack12editor/24adf535d7d77cc411ec1
96d84495214.jpg

Genová terapie
•zahrnuje všechny postupy, které využívají přenosu genetického materiálu do buněk pacienta k
léčebným účelům
•
•metodologie GT je uplatnitelná tam, kde je známa molekulární podstata nemoci
•
•vzhledem k tomu, že poznatků o patogenezi chorobných stavů na molekulární úrovni přibývá,
rozšiřuje se i okruh indikací pro GT
•
•v nejbližších letech změní zásadním způsobem léčbu mnoha lidských nemocí
•
http://www.ck12.org/flx/render/perma/resource/default/image/user%3Ack12editor/24adf535d7d77cc411ec1
96d84495214.jpg http://biomed.brown.edu/Courses/BI108/BI108_2004_Groups/Group10/gene.therapy.jpg

Genová terapie
•Využití při léčbě
•vrozených chorob – korekce abnormality (nemoci monogenní i polygenní)
•i  získaných chorob - jakákoliv manipulace s DNA, která příznivě ovlivní průběh nemoci (zhoubné
nádory, léčba kardiovaskulárních a metabolických chorob, degenerativních nervových onemocnění,
AIDS, v transplantační medicína)
•
•Principy
•nahrazení nefčního genu fčním (homologní rekombinace)
•oprava nefčního genu (cílené mutace)
•přenesení nového genu (terapeutický gen)
http://www.ck12.org/flx/render/perma/resource/default/image/user%3Ack12editor/24adf535d7d77cc411ec1
96d84495214.jpg

Genová terapie
•Postup při genové terapii
•vytvoření genetické informace určené pro transport do buněk
•vytipování cílových buněk
•vpravení vektoru (vektory = nosiče pro vpravení genetické informace do cílových buněk)
•
•Vlastnosti ideálního vektoru
•průnik do velkého počtu cílových buněk
•přenos genu v transkripčně aktivním stavu
•netoxický pro cílové buňky
•
•plazmidy, virové částice, liposomy
http://www.ck12.org/flx/render/perma/resource/default/image/user%3Ack12editor/24adf535d7d77cc411ec1
96d84495214.jpg

Genová terapie
•Virové vektory
•interakce s receptory na povrchu cílových buněk
•vybavení regulačními elementy zajišťujícími účinnou expresi transgenů
•integrace transgenu do buněčného genomu
•
•náročnější příprava (mimo jiné se musí se zbavit všech virových genů, aby nebyly infekční)
•malý rozměr částic
•vyšší biologická rizika (hrozí nebezpečí rekombinace a vzniku viru schopných replikace)
•nejčastěji používané virové vektory – retroviry (dělící se bb.), adenoviry (začlení se i do
nedělících se bb.), poxviry, adeno-asociované viry (AAV) a herpetické viry
http://www.ck12.org/flx/render/perma/resource/default/image/user%3Ack12editor/24adf535d7d77cc411ec1
96d84495214.jpg

Genová terapie
•Co je třeba znát před začátkem genové terapie?
•kompletní informace o defektním genu - umístění, mechanizmus patologického účinku
•
•znalost přesné sekvence zdravého genu
•
•volba vhodného vektoru, vytipování cílových buněk
•
•souhlas pacienta
http://www.ck12.org/flx/render/perma/resource/default/image/user%3Ack12editor/24adf535d7d77cc411ec1
96d84495214.jpg

Genová terapie
•opravu, vložení, vyřazení genu lze provádět in vivo a ex vivo
•
•odběr bb. z pacienta -> kultivace in vitro> modifikace DNA -> selekce -> proliferace selektovaných
bb. -> přenos zpět do pacienta
•
•geny lze do genomu začlenit v časné embryogenezi (léčba v zárodečné linii)
•
•gen může být začleněn pouze do somatických bb., které jsou nejvíce poškozené (v tomto případě se
geneticky opravená DNA nepředává následujícím generacím potomků)
http://www.ck12.org/flx/render/perma/resource/default/image/user%3Ack12editor/24adf535d7d77cc411ec1
96d84495214.jpg

http://3.bp.blogspot.com/-X16wEVksqL8/UXVbszD79LI/AAAAAAAAAAo/AyjyOr70VH4/s1600/how+it+works-gene+t
herapy.gif
http://www.ck12.org/flx/render/perma/resource/default/image/user%3Ack12editor/24adf535d7d77cc411ec1
96d84495214.jpg

Genová terapie
•Monogenně podmíněná onemocnění teoreticky vhodná pro genovou terapii
•Parkinsonova choroba (gen pro dopamin -> do bb. subst. nigra)
•cystická fibróza (gen CFTR -> epitel v plicích, pankreatu aj.)
•fenylketonurie (gen pro phenylalanin hydroxylázu - > hepatocyty)
•hemofilie A, B (gen pro faktor VIII a IX -> hepatocyty)
•Duchennova svalová dystrofie (gen pro dystrophin -> svaly)
•α-,β-talasemie (gen pro α-,β-globin -> ery)
•srpkovitá anémie (gen pro β-globin -> ery)
•
http://www.ck12.org/flx/render/perma/resource/default/image/user%3Ack12editor/24adf535d7d77cc411ec1
96d84495214.jpg

Genová terapie
•Cystická fibróza
•genová terapie i v prenatálním období
•
http://www.ck12.org/flx/render/perma/resource/default/image/user%3Ack12editor/24adf535d7d77cc411ec1
96d84495214.jpg http://genetics.thetech.org/sites/default/files/GeneTherapyCF.gif

Monogenní nemoci - X-vázané
•ženy 3 genotypy, muži pouze 2
•
•X-vázané nemoci se manifestují u všech mužů, kteří zdědili mutaci, a pouze u homozygotních žen
•
•hemofilie A
•Duchenneova muskulární dystrofie
•Wiskott-Aldrichův syndrom (imunodeficience)
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Duchennova svalová dystrofie
•„frameshift“ mutace = posun čtecího rámce v genu pro protein dystrofin
•
•
ancestral
mutant
DNA
-CAC-TGT
-CAC-TTG-T..-
mRNA
-GUG-ACA-
-GUG-AAC-A..-
AA
-val-thr-
-val-asn-
http://ap-biology-lab.wikispaces.com/file/view/byr10494_fm-1.gif/200083672/byr10494_fm-1.gif
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Duchennova svalová dystrofie
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg Fig 1 full size


Komplexní nemoci
•multifaktoriální, multigenní
•roli hrají kombinace určitých genů a určitých faktorů zevního prostředí
•v klinické praxi  často kolísá názor na výsledky genetických studií, které se snaží odhalit
genetický podklad komplexních nemocí, od neodůvodněného očekávání nad nalezenými geny velkého
účinku až po velkou skepsi  vzhledem k existenci  genetického podkladu  v populaci četných nemocí
(nad 1 %),  jako je v kardiologii např. esenciální hypertenze
•pokud  choroba má prokazatelně familiární výskyt, musíme očekávat podíl genetického podkladu na
její manifestaci
•své genetické pozadí mají i tak relativně vzdálené proximální fenotypy, jako je např. kvalita
života  u nemocných s chronickým kardiovaskulárním onemocněním
•
• Každá choroba má nějaké  genetické pozadí, jehož podíl na manifestaci dané choroby je různý.
•
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Komplexní nemoci
•neúplná penetrance patologického fenotypu
ou určité části osob, přestože zdědí nevýhodný genotyp (zde ve smyslu souboru vícero genů) se
patologický fenotyp nerozvine
•existence fenokopií
opatologický fenotyp může být přítomen u lidí, kteří nejsou nosiči zmíněného genotypu
•genetickou heterogenitou (lokusovou a alelickou)
oklinický obraz není specifický, ale může se rozvinout v důsledku záměn v genech ležících na
různých lokusech (= lokusová heterogenita), v jednotlivých genech může být přitom vícero mutací či
polymorfizmů (= alelická heterogenita)
•polygenní dědičností
opredispozice k rozvoji patologického fenotypu se zvyšuje pouze při simultánním výskytu určitého
souboru alel
•vysokou populační frekvencí alel zodpovědných za rozvoj patologického fenotypu
okaždá jednotlivá predisponující alela pravděpodobně není sama o sobě výrazně patogenní
•spolupůsobením dalších mechanizmů přenosu
omitochondriální dědičnost, imprinting
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Komplexní choroby
•choroby, na jejichž vzniku a progresi se podílí „komplex“ genetických, epigenetických a vnějších
faktorů
ofenotyp nevykazuje klasickou mendelistickou dominantní či recesivní dědičnost jako důsledek změn
v jediném lokusu (tzv. jednolokusových)
•predisponující “geny” zvyšují pravděpodobnost onemocnění, ale nedeterminuje jednoznačně jeho
přítomnost
oje nutné spolupůsobení negenetických faktorů (prostředí) = dieta, fyzická aktivita, kouření, …. a
interakcí genů mezi sebou
•nejčastější komplexní nemoci
odiabetes (1. i 2. typu)
odyslipidémie
oesenciální hypertenze
oalergie
Complex Diseases http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Komplexní nemoci
•Obezita – Hypotéza typu „thrifty genotype“
•V současné populaci jsou selektovány alely, které favorizují přírůstek váhy a skladování tuků, aby
byl zajištěn dostatek živin pro častá období nedostatku potravy.
•Při konstantně vysoké nabídce potravy a poklesu fyzické aktivity tato predispozice vede k pandemii
obezity v rozvinutých zemích.
http://www.harcovka.cz/ckfinder/userfiles/images/hubnuti/pl%C3%AD%C5%BEiv%C3%A1-obezita.jpg
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg




Genetické studie
•Základní debata nad genetickým podkladem nemocí logicky začíná  od strategie výběru tzv.
kandidátních genů. Tato otázka je podstatně jednodušší u mendelisticky děděných nemocí, kde se
změněná funkce jednoho genu snadněji identifikuje.
•
•Celogenomové asociační studie (GWAS = Genome-Wide Association Study) vyhledávají polymorfizmus
jednotlivých nukleotidů nebo běžné genové variace, které se typicky chovají jako ukazatelé genových
oblastí s malým efektem u stoupajícího rizika nemocí.
•
•Dalším významným momentem je výběr statistické metodologie, která zhodnotí sílu asociace genů
s chorobami. Možnosti jsou v zásadě dvě: linkage (vazebná) analýza a asociační studie. K detekci
specifických genetických oblastí a genů, které se účastní v transmisi nemoci, je v principu možné
použít  obě metody.
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Genetické studie
•Kandidátní geny
•s intermediálním fenotypem
•s klinickou manifestací nemoci
•s klinickou závažností nemoci
•s odpovídavostí nemoci na léčbu
•
•
•Linkage (vazebná) analýza
•testuje kosegregaci genového markeru a fenotypu nemoci v rodině
•marker a nemoc se v dané rodině mají vždy vyskytovat spolu
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Genetické studie
• Asociační studie
•vyšetřují souvýskyt markeru a nemoci na populační úrovni, tj. u nepříbuzných jedinců, obvykle
srovnáním frekvencí markerů u nepříbuzných nemocných a kontrolních subjektů (studie case-control)
•
•statistickou sílu asociace je možno dále zvýšit obohacením o další kritéria, jako např.:
oklinické subtypy nemoci (studie case-case)
ozávažnost nemoci
očasný začátek nemoci
orizikové faktory pro nemoc včetně pohlaví
ovhodné biologické znaky (např. plasmatické hladiny cytokinů při asociaci genetických polymorfizmů
v cytokinových genech; studie genotyp-fenotyp).
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Klinická genetika
•zabývá se diagnostikou, léčením a prevencí genetických nemocí
•
•genetické poradenství
•vrozené vady - poruchy utváření orgánů, které vznikly v období nitroděložního života, i poruchy
funkční (např. duševní opoždění) a poruchy na úrovni biochemické a molekulární (např. vrozené vady
metabolizmu)
•
•
•
•
Skupina
Příčina
Zastoupení
Primárně (geneticky)

chromozomální aberace
10 %
monogenní dědičnost
20 %
Sekundárně (prostředí)


léky, infekce, záření
5 %
porodní poranění
12 %
infekce po narození
7 %
Neznámé (multifaktoriální)
geny + prostředí
46 %
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Klinická genetika
•Prenatální diagnostika
•zahrnuje vyšetřovací postupy směřující k vyhledávání statisticky významné odchylky ve struktuře
nebo funkci, která přesahuje hranice fenotypové variability
•umožňuje v závažných případech ukončení gravidity, u dalších je možno v předstihu plánovat
optimální perinatální péči
•
•Rizikové faktory:
•věk matky v době porodu je vyšší jak 35 let nebo součet věku rodičů nad 70 let
•pozitivní biochemický screening  z krve matky
•ultrazvukový nález, který zvyšuje riziko přítomnosti chromozomální aberace (nahromadění tekutiny v
podkoží, nepřítomnost nosní kůstky, srdeční vada plodu aj.)
•přítomnost chromozomální aberace v rodině
•
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Klinická genetika
•Vyšetření karyotypu plodu
•invazivní metody - amniocentéza, biopsie choriových klků, kordocentéza
•cytogenetické vyšetření - karyotypizace
•FISH – fluoresceční hybridizace in situ
ovazba denaturované sDNA se specifickou sondou
•AmnioPCR – genetické vyšetření  plodu
oporovnání DNA markerů  matky  i plodu → stanovení počtu jednotlivých chromozomů u plodu
ovýsledek je následně potvrzen klasickým cytogenetickým vyšetřením
ok dispozici je v současné době vyšetření 21. chromozomu - amnioPCR, nebo sada vyšetřující
chromozomy 13, 18, 21, X a Y - tzv. multiamnioPCR.
•
•
•
http://www.mojebrisko.cz/wp-content/uploads/2011/10/odber-plodove-vody.jpg
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Klinická genetika
•Stanovení pohlaví plodu
•volné fetální DNA kolující v krvi matky
•neinvazivní s přesností ~98 %
•od 10. týdne těhotenství
•DNA plodu z venózní krve matky
•z klinického hlediska je určení pohlaví plodu důležité v případě rizika nějaké genetické choroby
vázané na určité pohlaví (např. hemofilie)
•
•Preimplantační diagnostika
•metodu časné prenatální diagnostiky, která je vázána na techniky umělého oplodnění, za účelem
minimalizace chyby genetického vyšetření je třeba k oplozování vajíček použít metody
intracytoplazmatické injekce spermie
•buňky pro genetické vyšetření jsou odebírány z embrya nejčastěji ve stadiu 8 buněk nebo
blastocysty
•
•Postnatální diagnostika
•např. trombofilie, celiakie, cystická fibróza…
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

DNA fingerprinting
DNAfingerprintfamily http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg


Lidský genom
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg Theoretical migration map for
anatomically modern humans (AMH)
http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/images/news/mitochondrialdna.gif

Lidský genom
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg
http://40.media.tumblr.com/tumblr_lthsroonOi1r3zvpuo1_1280.jpg

Klinická genetika
•Celiakie
•celoživotní autoimunitní onemocnění způsobené nesnášenlivostí lepku (glutenu)
•
•lepek mění povrch sliznice tenkého střeva, mizí zde mikroklky a klky, povrch tenkého střeva
snižuje, s tím se zmenšuje jeho schopnost trávení a vstřebávání živin
•
•příznaky: průjem, plynatost, křeče, pokles hmotnosti nebo únava, anémie z nedostatku železa,
zvracení, snížená chuť k jídlu, osteoporóza, zvýšená kazivost zubů, bolesti kloubů, deprese
•
•od dětství, nebo později - po zátěži (nemoc, těhotenství)
•
•bezlepková dieta
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Celiakie
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg
http://bnljceliacdisease.files.wordpress.com/2010/11/celiac-disease.jpg
http://gastro.ucla.edu/images/newsletters/Celiac2.jpg

Celiakie
•Diagnostika
•stanovení autoprotilátek k tkáňové transglutamináze v krevním séru
•při pozitivním výsledku je indikována biopsie sliznice dvanáctníku u nemocného, který konzumuje
stravu s obsahem lepku
•
•Cílený screening
•pro osoby s rizikovými chorobami
•s podezřelými nebo nespecifickými symptomy
•s autoimunními chorobami asociovanými s celiakií (T1DM…)
•u příbuzných jedinců s celiakií
•
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Celiakie
•AD s neúplnou penetrancí
•Genetické vyšetření predispozičních HLA alel II. třídy kódujících
oheterodimer DQ2 (DQA1*0501/DQB1*0201 nebo DQA1*02:01/DQB1*02:02)
oa heterodimer DQ8 (DQA1*0301/DQB1*0302)
•Heterodimer HLA-DQ2 se vyskytuje asi u 95 % pacientů s celiakií (jen ve 20 % u kontrolních osob)
•Riziko pro jednotlivce spojené s přítomností heterodimeru HLA-DQ2 je 50× zvýšeno oproti průměrnému
riziku v populaci.
•Menšina pacientů, kteří jsou HLA-DQ2 negativní, bývají pozitivní na HLA-DQ8, často ještě ve
spojení s alelou HLA-DRB1*04.
•Genetické vyšetření má vysokou negativní prediktivní hodnotu, nepřítomnost predispozičních alel
DQ2/DQ8 téměř s jistotou (99%) vylučuje diagnózu celiakie.
•Oproti sérologickému vyšetření protilátek vykazuje menší výskyt falešně negativních výsledků,
zejména u dětí mladších 2 let a u pacientů na bezlepkové dietě.
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Farmakogenetika
•zabývá se hledáním vztahu mezi metabolizmem, případně efektivitou léčiva a přítomností
polymorfizmů genů, které se na absorbci, distribuci, metabolismu, eliminaci podílejí
•procesy spojené se vstřebáváním léků
•jejich vazbou na proteiny
•distribucí v organismu
•přenosem přes buněčnou membránu
•interakce s buněčnými receptory
•biotransformace i vylučování z organismu
•
•pro určení, který dostupný lék bude mít u konkrétního pacienta největší terapeutický benefit,
zatímco nežádoucí účinky budou minimální
•volba nejefektivnější a nejbezpečnější způsobu léčby
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Farmakogenomika
•zkoumá vztah účinku léku na úrovni celého genomu, resp. transkriptomu
•screening známých genových polymozfismů
•účelná farmakoterapie, minimální nežádoucí účinky
•
•identifikace a genetické určení tzv. „drug targets“ (cílových struktur léčiva)
•stanovení genetických polymorfizmů, které mohou tyto cílové struktury pozměňovat i polymorfizmů
asociovaných s rozvojem choroby a lékovou odpovědí
•vývoj účinnějšího léčiva s menším počtem nežádoucích účinků
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Farmakogenetika a genomika
•Kandidátní geny
•enzymy lékového metabolismu
•membránové transportní přenašeče
•receptorové proteiny
•proteiny iontových kanálů
•
•
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg leky

Farmakogenetika
•Mendelistická dědičnost
•deficience glukózo-6-fosfatázy (favismus) - GR - hemolytický sy po podání analgetik, sulfonamidů,
antimalarik, antibakt. léků, vit. K, chininu. Země s endemickou malárií.
•
•deficience glutathion reduktázy - AD - spojení s glukózo-6-fosfatázou hemolytická anémie po podání
fenylbutazonu a léků jako při favismu
•
•hemoglobinopatie se zvýšenou citlivostí k lékům u lidí s nestabilními typy hemoglobinu: Hb-Zürich,
Hb-Torino při podání léků s oxidačními vlastnostmi - jako při favismu
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Farmakogenetika
•Mendelistická dědičnost
•polymorfizmus acetyltransferázy - AR – inaktivace léků v játrech - pomalí inaktivátoři x rychlí
inaktivátoři – INH, sulfamethazin, prokainamid, hydralazin – periferní neuropathie - prevence:
pyridoxin
•
•↑ nitrooční tenze po apl. glukokortikoidů - AR - 50 % bělochů - 100x vyšší riziko glaukomu u
reces. homozygotů - enzymatický defekt není znám
•
•deficience methemoglobion-reduktázy - AR - odbourávání methemoglobinu po podání léků, které jej
zvyšují - methemoglobinémie s cyanózou stejné léky jako u favismu
•
•atypická pseudocholinesteráza - AR - přecitlivělost na suxamethonium - protrahovaná apnoe po
myorelaxans antidotum - čerstvá plasma nebo čistý enzym
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Farmakogenetika
•Mendelistická dědičnost
•maligní hypertermie - AD
oporucha Ca mtb svalové b.
ohypertemie až 44,4˚C po inhal. narkotikách – halothan, éther, methoxyfluran, suxamethonium
otachykardie, hypoxie, hyperkalémie, acidóza – antidotum: prokain, Dandrolen (myorelax.)
o
•rezistence na kumarin - AD
orezistence na p.o. antikoagulancia
oodchylný typ receptorů v jaterních buňkách
ozvýšená afinita k vit. K
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Farmakogenetika
•Protinádorová terapie
•Azathioprin
•je antimetabolit purinových bází, který se používá při léčbě HEMONK onemocnění u dětí, k terapii
AI onemocnění nebo střevních zánětů u pacientů rezistentních k jiné léčbě
•pro odbourávání je zásadní enzym thiopurinmethyltransferáza (TPMT)
•u evropského obyvatelstva je TPMT polymorfní, s výskytem přibližně 11 % jedinců, kteří mají jednu
funkčně deficitní alelu v genomu → snížení katalytické aktivity enzymu → myelotoxicita po podání
azathioprinu
•analýza genotypu TPMT je před zahájením podávání azathioprinu doporučována zejména u dětských
pacientů s akutní lymfoblastickou leukemií, protože v případě deficitu TPMT je u pacientů nutné z
důvodu toxicity odložit cyklus chemoterapie a tudíž je u nich potom horší prognóza
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Farmakogenetika
•Polygenní dědičnost
•digoxin, nortryptylin, fenylbutazon, prokainamid, salicyláty, propanolol – zvýšené riziko trombózy
po HAK
•odchylná reakce na léky u různých etnických skupin – zpomalená inaktivace etanolu u severoam.
Indiánů a Eskymáků
•
•
•
•
•
•vyšší aktivita ADH vede k vyšší tvorbě acetaldehydu – nevolnost
•nízká aktivita a ALDH u asiatů „asijský flush“
•polymorfizmy v genech pro enzymy - 50-60% podíl na alkoholismu
•mtb tolerance - mikrosomální oxidace (MEOS), p450, kataláza
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg
↑NADH→zhoršená přeměna laktátu na pyruvát→mtb acidóza

Farmakogenetika
•Proteiny iontových kanálů
•geny kódující proteiny Na a K iontových kanálů (geny skupiny LQTS)
•nalezeno v nich bylo přinejmenším 35 SNPs
•
•některé nalezené polymorfizmy vedou k dramatické redukci hustoty kanálů nebo ke změně jejich
elektrofyziologie, tj. ke změnám v aktivaci, inaktivaci a regeneraci kanálu
•tyto mutantní změny pak mohou vyústit až v patologickou arytmii
•
•mutace v genu pro Na kanál a souvislosti s rozdílnou odpovědí pacientů na antikonvulziva, rovněž
jako s dědičnou dispozicí k epilepsii (sledovány jsou především oblasti vazebných domén)
•
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Farmakogenetika
•Cytochrom p450
•mtb xenobiotik (zvýšení polarity, konjugace s glutathionem, kys. glukuronovou)
•pomalí, střední, rychlí a ultrarychlí metabolizátoři – farmkinetika
•CYP 3A4, 2C9 a 2D6…
•CYP 3A4
•55 % léčiv, mtb: statiny, blokátory Ca kanálu, makrolidová ATB, steroidy či některá antiarytmika a
cytostatika
•indukce → selhání p.o. kontraceptiv
•inhibice : antiulcerózum cimetidin, řada makrolidových ATB, metronidazol, methylprednisolon,
antimykotika, některé blokátory Ca kanálu (diltiazem a verapamil) či grapefruitová šťáva, i některé
flavonoidy z vína
•indukce:dexamethason, fenobarbital, omeprazol, antidiabetika glitazonové řady či třezalka
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg
↑c p.o. podávaných léčiv až 300krát, kofeinu o 31%
image001m
https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQKwhaYtJcc6iKq5sSpPmzKYMFKKL4yeGj0TNI0URKOEKZ
egIxq1WwzF-A

Farmakogenetika
•Geneticky podmíněné choroby se změněnou citlivostí na léky
•dna – alkohol zhoršuje vylučování kys. močové ledvinami porucha mtb purinů, krystalky kys. močové
v kloubech → zánět a degenerace
•alkohol - kompetice s tubulární sekrecí kys. močové
•podobný účinek chlorothiazidu či furosemidu
•
•
•
•hepatální porfyrie – zvýšení syntézy kys. delta-amino-levulinové exacerbace této AD choroby po
barbituranech, sulfonamidech, estrogenech (HAK), etanolu, hydantoinu, sedativech
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg



Farmakogenetika
•Geneticky podmíněné choroby se změněnou citlivostí na léky
•krvácivé stavy – nemocní s von Willebrandovou chorobou a část hemofiliků
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg
Figure 4.
Catella-Lawson et al.
ASA
•ireverzibilní inhibice agregace destiček (přenosem acetylové skupiny z molekuly ASA na koenzym) →
krvácení
• John Robert Vane – 1992 NP

•
http://www.remedicajournals.com/Acute-Coronary-Syndromes/BrowseIssues/Volume-10-Issue-2/ImageOpen.a
xd?aaid=7650

Farmakogenetika
•Geneticky podmíněné choroby se změněnou citlivostí na léky
•osteogenesis imperfecta – suxamethonium a halothan způsobují horečnatý stav bez maligní
hypertermie
•
•familiární dysautonomie AR - sy Riey-Dayův – přecitlivělost na parasympatomimetika – labilní TK
při narkóze
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Farmakogenetika
•Limity
•nezbytnou předchozí identifikací významných genových polymorfizmů na základě dlouhodobých
klinických výzkumů
•variabilita lékové odpovědi není obvykle dána jen variabilitou jednoho genu (monogenní
variabilita) ale variabilitou mnoha genů (multigenní variabilita)
•všechno dohromady to pak vytváří „individuální lékovou odpověď“
•
•negenetické faktory, tj. faktory vnějšího prostředí znemožňují předpovědět účinnost nebo
bezpečnost léčiva POUZE na základě farmakogenetické informace
•genotyp sice není citlivý na vnější faktory, ovšem interakce drug-drug (léčivo s léčivem) a léková
odpověď pacienta mohou být těmito vnějšími faktory ovlivněny.
•geneticky podmíněné rozdíly nejsou jen mezi jednotlivými osobami, ale i mezi celými populacemi
•
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg

Farmakogenetika
•Výhody individualizace farmakoterapie
•maximální účinnost léčby (efektivita farmakoterapie i z hlediska finančního pohledu)
•minimální nežádoucí účinky léčby (ochrana zdraví a prevence závažných komplikací)
http://www.thecureisnow.org/depimages/genetics/genetherapy.jpg
http://www.gyngroup.com/portals/0/img/pharmacogenomics1.jpg