Genetické vyšetření – klinický přínos a výhledy do budoucna brno 2015...

Prof. MUDr. Jakub Hort, Ph.D.

Neurologická klinika UK, 2. LF a FN Motol

Mezinárodní centrum klinického výzkumu Brno

Genetické vyšetření – klinický

přínos a výhledy do budoucna

• neovlivnitelné genetické rizikové faktory ACH

- mutace zodpovědné za familierní ACH

• ovlivnitelné prostředím a životním stylem

- genetické polymorfismy zvyšující riziko sporadické ACH

Geny a ACH

Autozomálně dominantní

• Autozomálně dominantní přenos (genetické markery)

• Early onset ACH

• Vzácné – méně než 2% všech ACH (x FTLD 30-50%)

• Pozitivní RA neznamená autozomálně dominantní ACH

• Mutace v APP – chromosom 21

• Presenilin -1 (PSEN) – chromosom 14

• Presenilin -2 (PSEN2) – chromosom 1

• Je genetická a sporadická ACH opravdu to samé?

Schipper 2011

Genetické polymorfismy

• Chovají se jako modifikátory

• Predisponují k rozvoji nebo časnější manifestaci ACH

• IL10 promoter

• ABCA1, ABCA2

• GSTM3

• GAPD

• ApoE

• BDNF

• TOMM 40

Epigenetika

• Chemické modifikace DNA

• Určují kdy a do jaké míry bude určitý gen aktivní

• Zapnuté x vypnuté

• Ovlivnitelných 70% genů ve vztahu ke zdraví a délce života

• Zdravotní stav náš i generací kterým gen předáváme

Epigenetika

• Modifikovatelné rizikové faktory - souvislost s ApoE a BDNF

• Hypertenze, hyperlipidemie, diabetes, sedavý styl života

• Výživa

• Kognitivní rezerva a duševní aktivita ve vyšším věku

• Endokrinologie, pohlavní hormony

• Úrazy hlavy

• Stres, anxieta, deprese

• Evidence robustní, ale existují i konfliktní data

McGuinness et al., 2009, Shumaker et al. 2004, Peters et al. 2008, Patterson et al., 2007, Schipper 2011

Interakce ApoE + jiné geny

• Další geny zvyšují riziko ACH nezávisle i závisle na ApoE

• TOMM40 VL/S nebo VL/VL zhoršuje u ApoE3/E3

• Down syndrom – ApoE2 je protektivní, ApoE4 neutrální

• Všechny ztahy gen-gen a gen-pohlaví navíc interagují s

vlivy prostředí a životního stylu a tvoří tak individuální

riziko každého z nás

Lai et al., 1999

The changing role of women Amyloidové plaky versus demence

Sperling R et al. (2011) Alzheimers Dement 7, 280-282

Amyloid precursor protein - APP

Raber et al. , 1998; Raber et al., 2000, Laczó et al., 2011, Corder et al., 1993; Saunders et al., 1993

• Plazmatický protein – transport, skladování a

metabolismus cholesterolu/lipidů, funkce mozku

• Gen pro ApoE (APOE) – 3 varianty alel ε2, ε3 a ε4

• ε2 (8%) a ε3 (78%)

• heterozygoti ε4 (14-16%)

• homozygoti ε4 (1%)

Apolipoprotein E (ApoE)

Polymorfismus ApoE

• Gen pro apolipoprotein E je lokalizován na 19 chromozomu

• Výskyt ve 3 alelách e2, e3, e4, které kódují odpovídající

izoformy proteinu označované E2,E3, E4

• Izoformy se liší složením aminokyselin na pozicích 112 a 158

Alela pozice 112 pozice 158

e3 - E3 Cystein Arginin

e2 - E2 Cystein Cystein

e4 - E4 Arginin Arginin

• Riziko ACH - OR 2-3 (heterozygoti ε4)

- OR 11-12 (homozygoti ε4)

• MCI – zhoršení paměti a prostorové navigace

• ε4 spojeno i s rizikem srdečních chorob

• ε 2 chrání před ACH, spojován s dlouhověkostí

• Avšak 10-20% homozygotů ε2/ε2 má hyperlipoproteinémii

III. typu riziko předčasné manifestace aterosklerózy

Genotyp ApoE4 a riziko ACH

Raber et al. , 1998; Raber et al., 2000, Laczó et al., 2011, Corder et al., 1993; Saunders et al., 1993

Roses (1998)

ApoE genotyp a riziko ACH

• Kognitivní schopnosti u nedementních seniorů

• Post-traumatická epilepsie

• Horší rekonvalescence po úrazech hlavy (boxeři)

• Kognitivní deficit po srdečním by-passu

• Kognitivní deficit po chemoterapii

• Relativní riziko a/nebo věk nástupu CJD, VaD, FTLD, LBD,

schizofrenie, Huntington, Parkinson, důsledky sleep apnoe

Další vliv ApoE genotypu

• Czech Brain Aging Study - CBAS

• Praha od r. 2008 - 800 pacientů, z toho bylo jen 37

homozygotů ApoE4 (méně než 5%)

• Brno od r. 2012 – 400 pacientů, z toho 11 homozygotů

ApoE4 (3%)

• V současnosti sledujeme cca celkem 24 pacientů,

(ostatní zemřeli nebo se ztratili ze sledování)

• 16 z 31 dostupných MRI – těžké cévní změny – Fazekas 3

Literatura vs. česká populace

Sheardová et al., in preparation

CBAS - Brno norma SMC a MCI na MCI AN demence jiné dg. celkem

E3/E3 7 103 52 33 18 11 2 113

E2/E2

0

E2/E3 1

22 12 5 1 1 4 23

E2/E4

1 3 4

E3/E4 3

47 30 13 3 1 52

E4/E4

7 1 3 2 1 11

nebyli vyšetřeni 2 1 1 4

celkem 11 182 99 55 24 13 7 391

Literatura vs. česká populace

Sheardová et al., in preparation

CBAS - ApoE4 u různého kognitivního postižení

Literatura vs. česká populace

Sheardová et al., in preparation, Crean S, 2011, Wikipedia

Alely SMC a MCI na MCI AN jiné dg.

Výskyt APOE4 alely 30% 34% 29% 21% 10%

ApoE4 heterozygot 26% 33% 23% 12% 5%

ApoE E4/E4 4% 1% 6% 9% 5%

alela v populaci

ApoE E2 7%

ApoE E3 79%

ApoE E4 14%

ApoE4/E4 1%

alela AN

Meditarian/Asia 40%

North America 58%

North Europe 64%

Riziko ACH při APOE4 se liší dle regionů

• ACH

– zastoupení APOE 4 nižší než udává literatura

– Nejsou však normativní data pro českou populaci

• Jiné dg, které zřejmě nemají ACH

– zastoupení APOE4 obdobné jako se uvádí

• Skupina SMC – zajímavá!!! Bez objektivního postižení

– Zastoupení APOE4 obdobné jako u ACH patologií

Literatura vs. česká populace

Sheardová et al., in preparation

ApoE a fyzická aktivita

• Ochrana před aterosklerosou a endoteliální dysfunkcí

• Zvýšená sekrece BDNF

• Zvýšená neuroplasticita a udržení kognitivní rezervy

• Menší obsah amyloidu v mozku

• Vazba na další sociální faktory

• CAIDE – Finsko 1449 pacientů – ochranný vliv cvičení

větší u nosičů ApoE4

Rovio et al., 2005, Schipper 2011

Celoživotní fyzická aktivita a amyloid

Head D et al. (2012) Arch Neurol 69, 636-643

ApoE a diabetes/prediabetes

• Diabetes

• Pre-diabetes (gluk tolerance, insulin rezistence)

• Populační studie 2574 Honolulu-Asia –riziko ACH

- diabetes (RR:1.8, 95% CI: 1.1-2,9) VaD (2.3, 1,1-5,0)

- diabetes a ApoE4 (RR:5.5, 95% CI:2,2-13,7)

Pelia et al., 2002

• Zvýšené riziko ACH u diabetiků o 50-100%

• Zejména studie s podtypy demence a počínajícím diabetem

• ACH - větší výskyt diabetu a elevace glykemie (až 81%)

ACH – diabetes 3. typu?

Biessels et al., 2006, Kopf a Folich, 2009, Janson et al., 2004, Yang a Song, 2013

Perlmutter D 2013

Strava lovců a sběračů Současná doporučení

Proč ACH a diabetes? A proč nyní?

Perlmutter D 2013

68

55

71

54

55

Glykemický index

ApoE a pohlavní hormony

• 1980 – 2000 optimismus

• Heart and Estrogen/Progestin Replacement Study

(HERS), Women´s Health Initiative memory study

(WHIMS) - není doporučeno užívat

• Avšak ApoE4 ženy menší hipokampální volum x muži (3)

• Estrogeny snížily riziko ACH u žen nad 65 let o 41% ale

pouze u ApoE4 negativních! (4)

Cauley et al., 2001, Shumaker et al., 2004, 3- Fleisher et al., 2005, 4- Yaffe et al., 2000

ApoE a výživa

• Antioxidanty

• Ryby a omega -3 – mastné kyseliny

• alkohol

ApoE a hyperlipidémie

ApoE a úrazy hlavy

• 30 boxerů s 12 a více zápasy – 16 x větší riziko

kognitivního deficitu

Jordan et al., 1997

• Donepezil a vit E u MCI

• Rosiglitazon

• Bapineuzumab

• Aducanumab

ApoE4 a farmaka

Sotio 12.5. 2015

Vakcinace

• Limity vývoje vakcín:

- bezpečnost

- účinnost

- spolehlivá diagnostika

Strategie Výhody Nevýhody

Aktivní

imunoterapie s

fragmenty Aβ42

• Vyhýbá se

problémům v

souvislosti s

odpovědí T-

lymfocytů

• Levnější

• Tvorba protilátek

může být nízká

• Riziko APP cross-

reactivity

(encephalitidy)

• Ireversibilní

Pasivní

imunoterapie s

monoklonálními

protilátkami proti

Aβ

• Obchází

nutnost

imunitní

odpovědi

organismu

• Vazogenní edém

• Microhemorrhages

• Potřeba

opakovaných infusí

• Dražší

Srovnání aktivní a pasivní imunizace

skupina: 1.0 mg/kg; ApoE4 pozitivní,

(asymptomatický)

Před léčbou 7 týden 13 týden 19 týden

Vazogenní edém po bapineuzumabu

Cíl

p<0,05

Kdo je E3/E3 nemá vyhráno

• Gen na 11 chromozomu – produkce proteinu BDNF

• Duální působení:

1) růstový faktor - nové neurony, přežití neuronů (hl.

dopamin), pohyblivost neuroblastů, navádění axonů

2) kotransmiter a regulátor synaptické plasticity (zvířata)

• ACH – snížená hladina BDNF v plasmě a mozku

• Expresi genu pro BDNF zapíná: pohyb, životní styl, příjem

kalorií, ketogenní dieta, kurkumin, kyselina dokosahexanová

BDNF – Brain Derived Neurotrophic Factor

• Častý polymorphism iBDNF (V66M) - spojený s různými kognitivními fenotypy

• Molekulární biologie BDNF velmi komplikovaná

• Existuje mnoho funkčních polymorfismů a mnoho způsobů jak ovlivňují strukturu a funkci mozku

BDNF

• Ovlivňuje activity-dependent secretion of BDNF

• Ovlivňuje:

– Deklarativní paměť

– Osobnostní rysy a inteligenci

– Kognici a odpovídavost na léčbu u deprese

– Výskyt obsedantně-kompulzivních poruch

– Riziko ACH, schizofrenie, Parkinsonovy nemoci

BDNF V66M polymorfismus

• V66M

– existuje mnoho neurogenetických studií zaměřených

na paměť a objem hipokampu

– Mnoho dalších souvislostí (oproti jiným genům

nedostatečně prostudováno)

Funkční BDNF polymorfismus

Pruunsild et al 2007

BDNF – struktura a splice varianty

BDNF - epigenetika

• Aktivace při kalorické restrikci, doporučuje se minus 30%

• Vyšší hladina BDNF navíc snižuje chuť k jídlu

• Nanašli plasmatické změny BDNF, ale CNS nedělali

BDNF a kalorie

Stěhování za kaloriemi (a ACH)

BDNF a vyšší obsah triglyceridů

BDNF a fyzická aktivita

• Fyzická aktivita – tlumí zánět, zvyšuje citlivost na INZ,

zlepšuje regulaci glykemie, zvyšuje objem hipokampu,

zvyšuje tvorbu BDNF

• Role laktátu?

• Literatura není konzistentní

• Publikace i proti

BDNF a stres a deprese

BDNF a meditace

BDNF a kurkumin a DHA

• Kurkumin – antioxidační, protizánětlivé, antimykotické,

antibakteriální, BDNF

• Epidemiologie – méně demence ve společenstvích

užívajících kurkumu

• DHA – dokosahexaenová kyselina

• 2/3 suchého mozku tuk a z toho ¼ DHA

• Membrány neuronů, synaptická část

• Regulace zánětu

• Regulace exprese BDNF

BDNF a kurkumin a DHA

• Jak zvýšit hladinu DHA?

• CNS si v malé míře můře sám vytvářet z omega-3 tuku

• Potřebujeme 200-300 mg DHA denně, ale ve stravě je

asi 25%

• Ryby, avokádo, mateřské mléko

BDNF a ApoE

• Oddělení klinické genetiky

• ApoE – PCR metodika 1500-3000 Kč ( min. 700 Kč)

• TOMM40 700-1000 Kč (dlouhá, krátká)

• BDNF 1000-5000 Kč

• Preseniliny – sekvenování (PCR based) – 1 sekvenace

2000-3000 Kč – není tam standardní mutace, screenují

se vš. geny a hledají ty mutace – 1 sekvenace 300-500 Kč

• C9orf72 – zavedení metodiky 30 tis, pak 1 pac 1-5 tis Kč

Kolik to stojí?

EFNS guidelines 2010

• Autozomálně dominantní není synonymum pro pozitivní RA

• Rizikové faktory, vliv prostředí a životního stylu, epigenetika

• Fyzická aktivita, dieta, diabetes, hypertenze, meditace

• Důležité u ApoE4, vliv na expresi BDNF

• Rutinní vyšetření ApoE se zatím v primární prevenci nedoporučuje, to se nejspíše změní

• Sekundární prevence – mají amyloid nebo klinické obtíže

závěr

Poděkování

spolupracovníkům

ICRC Brno

Lékaři Kateřina Sheardová - neurolog

Daniel Hudeček - geriatr

Olga Hromková – psychiatr

Psychometrici Marie Dobiášková

Michaela Urbanová

Lenka Koťátková

Rafal Marciniak

Koordinátorky

Studijní sestry

Daria Hudspeth

Monika Kurečková

Barbora Dvořáková

Tamara Kotalová

PhD student Rastislav Šumec

Kognitivní cenrum FN

Motol

Lékaři Jakub Hort

Jan Laczo

Martin Vyhnálek

Zuzana Nedělská

Psychologové Tomáš Nikolaj

Hana Marková, Adéla Mazancová

Koordinátorka Vlaďka Fulínová

PhD studenti Ivana Gažová

Ivana Mokrišová

Hana Marková

Jiří Cerman

technik Kamil Vlček

Zahraničí

Mayo Clinic Petr Telenský (translační výzkum)

South Florida Ross Andel (metodika, statistika)

Karolinska

instituten

Pavla Čermáková