1

Genomika klinikai alkalmazásai

1.

Falus András

TUMORCARDIOVASC/OBESITÁS

ASTHMANEUROPSYCHIATRIA

2

Genomika az onkológiában

3

Ígéretes eredmények microarray génexpresszió mérés klinikai

alkalmazásában

• Hisztológiailag hasonló tumorok elkülönítése

• Leukémia• Melanoma• Emlőrák

– Jobb prognózis– Betegek szubtipizálása– Metasztázis kialakulásának jóslása– Gyógyszerérzékenység jóslása– Áttétes tumorok eredetének kiderítése

4

Melanoma progression

Autocrine and paracrine regulations in melanoma

Lazar et al, 2000

Pos, et al

7

8

9

10

Diffúz nagysejtes B sejt lymphoma

•Szövettani•Immunológiai•PCR (egyes gének) módszerrel

Eddig nem voltdiff. diagnózisa:

11

12

lymphochip

Rheum.arthritisspecifikus “signature”

(202 RA beteg limfocitái)

Immungenom:az emberi genom 6%-a

13

A melanoma máj metastasis prediktor génkészlete

Bittner et al, Nature, August, 2000Saghatelian et al, PNAS, 2004

14

15

16

The most frequent chromosomal alterations in prostate cancer are deletions of parts of chromosome arms 6q, 8p, 10q, 13q, 16q and 17p, and amplification of 8q (Trapman et al. 1994; Van Alewijk et al. 1999 for chromosome arm 8p). Some chromosomal alterations can already be recognized in pre-cancerous lesions. However, chromosomal alterations are most frequent in tumor metastases. In a subset of endocrine-therapy resistant prostate cancers, amplification of the androgen receptor gene, which is located on the X chromosome, has been found (Koivisto et al. 1997). Out of the many known traditional oncogenes and tumor suppressor genes, inactivation of P53 at 17p and PTEN at 10q contribute most frequently to prostate cancer growth (Vlietstra et al., 1998).

17

18

19

20

21

22

J Clin Invest. 2004 March 15; 113 (6): 913–923DOI: 10.1172/JCI200420032

Gene expression profiling predicts clinical outcome of prostate cancerGennadi V. Glinsky,1 Anna B. Glinskii,1 Andrew J. Stephenson,2 Robert M. Hoffman,3 and William L. Gerald2

1Sidney Kimmel Cancer Center, San Diego, California, USA. 2Department of Pathology, Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, New York, New York, USA. 3AntiCancer Inc., San Diego, California, USA.

12,625 transcripts in prostate tumors from patients with distinct clinical outcomes after therapy as well as metastatic human prostate cancer xenografts in nude mice

23

24

25

Hunt Nurse Hartwell

Orvosi Nobel-dij, 2001

26

IL6sIL6RIL6+sIL6R

Expression of some genes of HepG2 is highly enhanced by sIL6R

proh

ibitin

fos-rel

CD

C25A

cy clin A

cyclin D

1

kin

ase 4 inh

cyclin E

C-1

CD

C25B

IL2R

b

Hd

GF

0

* ***

Holub, 2001

27

28

MicroRNA (miRNA):

•miRNA first discarded as junk or unwanted breakdown products, first example of miRNAs was described in C. elegans in 1993.

•Small (~21nucl), non-coding RNAs that are encoded in the genomes of plant and animals. They regulate the expression of genes by binding to the 3´-untranslated region (3´-UTR) of specific mRNAs.

•Over 250 miRNAs detected in humans, nearly 80% of which areconserved in mammals.

•Each miRNA is thought to regulate multiple genes, and about 1/3 of the human genome has been proposed to be regulated by miRNAs. The role of miRNA in regulating gene expression could be as important as that of transcription factors.

•A number of miRNAs, are encoded in introns of primary mRNA transcripts.

29

The process of miRNA

1. TranscriptionmiRNA are initially expressed as part of transcripts called primary miRNAs (pri-miRNA) – long with multiple hairpins. They are transcribed by RNA Polym II and include 5´-cap and 3´-poly A tails. The miRNA portion of the pri-mRNA forms a hairpin structure.

2. Hairpin release in the nucleusDrosha (dsRNA-specific ribonuclease) digests the pri-miRNA to release the hairpin, precursor miRNA (pre-miRNA) – about 70nt.

3. Export to the cytoplasmExportin-5 exports the pre-miRNAfrom the nucleus to the cytoplasm.

4. Dicer processingDicer cleaves the pre-miRNA into mature miRNA – the resulting double stranded RNA is 21-25 nucl long and has 1-4 nt 3´-overhangs at each end.

5. Strand selection by RISC (RNA-induced silencing complexes)

exportin-5

30

microRNA expression profiles classify human cancers

Lu et al. Nature 435: 834, 2005

31

32

Cardiovascularis betegségekgenomikája

33

Apolipoprotein E

• ApoE, 19q13.2, chylomicron-remnant, VLDL, IDL része, májban és a bélben szintetizálódik, 3 gyakori variáció: E2, E3, E4 (affinitásuk a receptorhoz sorrendje is), gyakoriságuk: E3: 0,77; E4: 0,15; E2: 0,08.

• E2 hordozók 10%-kal alacsonyabb plazma koleszterin, E4 hordozók 5%-kal magasabb, mint az E3 homozigóták.

34

ApoE három fő izoformájaSH csoport véd az oxidáció ellen

Kötődés erőssége az apoE

receptorhoz

Gyenge

Közepes

Erős

Két SH csoport

Egy SH csoport

Nincs SH csoport

35

A dohányzás apoE 3/3 genotípusúakban 1,49x kockázatot jelent koronária betegségre, míg E4 allélal rendelkezőkben 2,79x-t.

Smokers

36

ApoE4 és dohányzás egymásra hatásának magyarázata

• ApoE4 hordozókban a kisebb sűrűbb LDL részecskék vannak, amelyek hajlamosabbak az oxidációra: oxLDL nagyon atherogén.

• Dohányzás tovább növeli az oxidatív stresszt: még könnyebben oxidálódnak az LDL részecskék.

37

Koleszterinszint befolyásolása diétával

• Önkéntes férfiakat etettek koleszterinben gazdag diétával. 9%-uk egyáltalán nem reagált (hyporesponders), 9%-uknak az átlagosnál sokkal jobban megemelkedett a szérum koleszterinszintje (hyperresponders). Ez egy reprodukálható jellemzőnek bizonyult.

• ApoE2: hyporesponders• Koleszterinszint csökkentő diétára legjobban

reagáltak a apoE 3/4 genotípussal rendelkezők (23% csökkenés).

38

Monogénes hiperkoleszterinémiák

• Familiáris hiperkoleszterinémia, Autoszomális kodomináns, LDL receptor mutáció

• LDLR, 19p13.2, >900 mutáció, 1/500 prevalencia• Homozigóta: extrém magas LDL-C, normális TG,

tendon xanthoma, CAD már gyermekkorban, gyakorlatilag nem függ környezeti hatásoktól, LDL apheresis

• Heterozigóta: 2-3x LDL-C, fenotípus függ az egyéb kockázati tényezőktől, betegség statin (HMG-CoA reduktáz gátló), ezetimibe (koleszterin felszívódás gátló) gyógyszerekkel kezelhető.

39

Többszörösen telítetlen omega-3 zsírsavakban gazdag táplálkozás (halolaj fogyasztása) a variáns homozigótákban

megakadályozta a karotisz média intima vastagságának növekedését: a halolaj fogyasztása a homozigóta hordozókban

csökkenti a karotisz szűkület kialakulásának esélyét. Feltehetőleg a halolaj eltolja a kevésbé aktív leukotrién B5 felé

a szintézist, és gyulladásellenes mediátorok szintézisét is indukálja.

40

Alkohol és a kardiovaszkuláris betegségek

• Kis mértékű alkoholfogyasztás (kb. napi egy korsó sörnek, vagy pohár bornak megfelelő alkohol) csökkenti a kardiovaszkuláris betegségek kockázatát: J alakú görbe

41

Alkohol dehidrogenáz (ADH)

• 3 izoenzim: ADH1, ADH2, ADH3• ADH3: 2 gyakori allél: 1 (40%

allélgyakoriságú, gyors metabolizmus); 2 (60%, lassú (2,5x-es különbség)

22 hajlamos alkoholizmusra, alkohol okozta szervkárosodásra

42

Azokban, akik ADH3 genotípusúak, és naponta legalább 14g alkoholt ittak, kb.1 pohár sör)de nem alkoholisták, az MI kockázata 0,14 re csökkent, azaz 7,1x kisebb esélyük volt az MI kialakulására A vizsgálatban 40-84 éves USA férfi orvosok vettek részt.

Kiindulólétszám: 14.916, követési idő: 12 év; 396 kapott MI-t

43

A napi több, mint egy italt (14g alkohol) elfogyasztó, ADH3 genotípusú férfiaknak (nőknek is) volt a legmagasabb a HDL szérumszintjük

Az alkohol részben a HDL szint emelésével csökkenti az MI kockázatát, A lassabban lebontó izoenzimekkel rendelkezőkre erőteljesebb ez a hatás. Statisztikai elemzések alapján az alkohol más mechanizmussal is csökkenti a CAD kialakulását

44

Monogénes obezitások

• Leptin: 7q31.3; Kongenitális leptin hiány: ritka, 5 család a világon, ob/ob egér

• korai obezitás, nagy ételbevitel, hiperinzulinémia, T sejt szám és funkció zavara, hypogonadotropic hypogonadismus

• G133: rövid leptin, nem hajtogatódik jól, nem expresszálódik

• Missense mutáció: Arg105Trp (BMI:55,8)• heterozigóták is kövérebbek (23%-kal

magasabb testzsír)

45

46

Melanocortin 4 receptor (MC4R)

• 18q22• Mutációja a leggyakoribb oka a morbid

obezitásnak (BMI>40). Az extrém kövér betegeknek 6%-a hordoz MC4R mutációt

• Kodomináns. Bizonyos etnikumokban 100% a penetrancia a heterozigótákban is. Korai manifesztáció. Haploinsufficiency.

• 70 féle mutáció. Magas zsírtömeg de a sovány tömeg is magas, magas éhgyomri inzulin, hiperfágia (de nem olyan súlyos, mint leptinhiányban, felnőttkorban enyhülnek a tünetek.

47

PPARG

• 3p25, peroxisome proliferator-activated receptor-gamma, transzkriciós faktor magreceptor, zsírsejtek differenciálódásában van szerepe

• 15 hivatkozás• Funkcióvesztést okozó mutációja: obezitás, 2DM,

inzulinrezisztencia, magasvérnyomás (is)• PRO115GLN mutáció: súlyos obezitást okoz• 161C-T polimorfizmus: kövérekben magasabb

leptinszint• Több tanulmányban BMI-vel asszociált• Pro12Ala (gyakori) metaanalízis: obezitás BMI>27

páciensekben p = 0.0006, 19.136 összes beteg. Ala homozigótaság véd az obezitás ellen

48

Uncoupling protein 2 (UCP2)• 11q13, szétkapcsolja a mitokondriumban a

hőtermelést az egyéb energiafogyasztó folyamatoktól: testhőmérséklet, glükóz metabolizmus

• 11 hivatkozás• -866G-A promóter polimorfizmus, gyakori (kb. 60%),

emelkedett expresszió, csökkent kockázata az obezitásnak. Becslések szerint az obezitások 15%-áért felelős a gyakoribb (G) allél

• 2 kapcsolt polimorfizmus (alanin/valin szubsztitúció exon 4-ben és egy 45-bp inzerció/deléció polimorfizmus az exon 8-nak a 3’ nem átíródó régiójában(UTR)) Pima indiánokban az alvás közbeni anyagcsere sebességgel volt kapcsolatban.

49

Az UCP2 gén genomszerveződése és néhány polimorfizmusának elhelyezkedése. A két

obezitással kapcsolatba hozott polimorfizmus a -866G/A, és a 8-as exon 3’ UTR-ben található 45nt-

del/ins.

50

UCP3 genomszerveződése és polimorfizmusainak elhelyezkedése. Az obezitás szempontjából fontosak a V102I (3-as exon) és a 6-os exonban található splice-donor stop (GgtGat, ahol G az exonhoz tartozik, gt az intronhoz. A gt szekvencia az intron elején a splice donor szekvencia. Létfontosságú ahhoz, hogy az mRNS-ből az intron kivágódjon. Mutációja esetén torz, működésképtelen fehérje keletkezik.

51