UNİPARENTAL DİZOMİ

UNİPARENTAL DİZOMİ
Ezgi Z. N. Ateş, Cemre Çavuşoğlu, Nur Gül, Ebru Şahin, Elmas Tohumoğlu, Ceren Yapar
Danışman: Zerrin Yılmaz Çelik
ÖZET
1980’ li yıllardan beri bilinmekte olan Uniparental Dizomi(UPD), bir homolog kromozom çiftinin
hepsi veya bir parçasının tek ebeveynden aktarılmasıdır. Günümüzde UPD’ ye sebep olan birçok
mekanizma tanımlanmıştır. En yaygın bilinen mekanizma mayotik hatalardır. Mayoz I’de oluşan hata
heterodizomi, Mayoz II’de oluşan hata izodizomiye sebep olmaktadır. Diğer nadir mekanizmalar;
monozomik homoloğun kendini eşlemesi (monozomiden kurtulma), trizomik homologlardan birinin
kaybedilmesi (trizomiden kurtulma), marker kromozomun mitotik düzeltmeleri, Robertson tipi
translokasyonlara bağlı trizomilerin düzeltilmesidir. UPD plasentada sınırlı mozaiklikle birlikte de
gözlenebilir. Robertson tipi translokasyonlar ve izokromozom varlığı UPD için yüksek risk
oluşturmaktadır. Son zamanlarda derivatif kromozomlar ve çift taraflı translokasyonlar da UPD
oluşumu ile ilgili mekanizmalar olarak bildirilmiştir. Günümüzde neredeyse her kromozomun UPD’si
sonucunda oluşabilecek hastalık ve durumlar saptanmıştır. Nedenleri açıklanamayan bazı hastalıkların
UPD’ den kaynaklanabileceği akla gelmelidir. Özellikle karyotipte dengesiz kromozom bozuklukları,
mozaiklik saptanması durumunda UPD ile ilgili detaylı araştırma yapılması önerilmektedir. UPD
şüphesi durumunda kullanılabilen çeşitli tanı yöntemleri geliştirilmiştir ve bu yöntemler, gerektiğinde
genetik danışma verilerek kullanılmaktadır. Bu çalışmada UPD mekanizmaları ve sonuçları ile birlikte
değerlendirilmiştir.
GİRİŞ
Uniparental dizomi(UPD), bir homolog kromozom çiftinin tamamının veya bir parçasının aynı
ebeveynden gelmesi olarak tanımlanmaktadır. Mendel kalıtımına uymayan bu durum, homolog
kromozomların her ikisi de anneden aktarılmışsa anne kaynaklı (maternal) UPD, babadan aktarılmışsa
baba kaynaklı (paternal) UPD olarak adlandırılmaktadır (4).
UPD, ilk kez 1980 yılında Eric Engel tarafından triploidi saptanan gebeliklerde fazla kromozom
setinin anne ya da baba kaynaklı olmasıyla fenotipik değişiklik göstermesi özelliğinden yola çıkarak
imprinting dışında yeni bir genetik mekanizma olarak ileri sürülmüştür (3). 1988 yılında ise sadece
annenin taşıyıcı olduğu belirlenmiş Kistik Fibroz’ lu bir vakada UPD’nin normal karyotiple birlikte de
olabileceği gösterilmiştir (13). X’ e bağlı geçiş gösteren bir hastalığın babadan oğluna aktarıldığının
gösterildiği bir başka vakanın bildirilmesi UPD için güçlü bir kanıt oluşturmuştur (10). UPD, trizomi
mozaisizmi, genomik imprinting otozomal resesif mutasyonların homozigotluğu ya da bunların
kombinasyonu ile birlikte görülebilir. Günümüzde UPD oluşumundan sorumlu birçok mekanizma
tanımlanmış ve klinikteki önemi daha iyi anlaşılmıştır.
UPD TİPLERİ VE OLUŞUM MEKANİZMALARI
UPD ler aktarılan kromozomların içerik olarak aynı ya da farklı olmasına göre izodizomi (UPID) ve
heterodizomi (UPHD) olarak ayrılabilir. Kromozom bütünlüğü açısından incelendiğinde ise tüm
kromozom UPD’ si (komplet UPD) ya da kromozomun bir parçasına ait UPD (segmental UPD) olmak
üzere yine iki tipi mevcuttur. Yalnızca moleküler yöntemlerle anlaşılabilen bu durumların çoğunda
karyotip normaldir (4, 10).
UPID ve UPHD durumu kromozom ayrılma hatasının nerede olduğuna bağlı olarak gelişir (Resim 1).
UPID tipik olarak mayoz II ayrılma hatası ya da bir mitotik hatadan kaynaklanırken, UPHD de hata
mayoz I dedir. Heterodizomi mayoz I’deki bölünme hatası sonucu ebeveynlerden birinin homolog
kromozomlarının her ikisini de (hem annesinden hem de babasından gelen kromozomları) bir gamete,
dolayısıyla çocuğuna aktarmasıdır. Eğer bölünme hatası mayoz II’de olursa ebeveynlerden biri
homolog kromozomlarından birini (ya annesinden ya da babasından gelen kromozomu) iki kromatid
olarak bir gamete, dolayısıyla çocuğuna aktarır. Bu durum ise izodizomi olarak adlandırılır. Segmental
izodizomi ya da segmental heterodizomi ise aynı anda kromozomda birlikte bulunabilir. Bu durum
mayoz I’de homolog kromozomların krossing over sırasında parça değiş tokuşu yapıp yapmaması ile
ilişkilidir.
UPD oluşması için tanımlanmış mayotik kromozom ayrılmaması dışında başka mekanizmalar da
bulunmaktadır (13, 4).Varsayılan oluşum mekanizması mayotik hatalara ek olarak sayısal ve yapısal
kromozom bozukluklarını içerecek şekilde çok çeşitli olabilir (Tablo 1).
Tüm kromozom setinin UPD’ leri
Mayotik hatalar sonucunda tüm kromozom setinin babadan aktarıldığı 46 kromozoma sahip
embriyoda komplet hidatiform mol gelişirken, iki set kromozom babadan bir set kromozom anneden
geçtiğinde triploid (Kromozom sayısı, 69) embriyoda parsiyel mol oluşmaktadır (4).
Komplet UPD
Komplet UPD için bildirilmiş dört mekanizma bulunmaktadır. Bunlar, gametik tamamlama,
trizomiden kurtulma, monozomiden kurtulma ve mitotik hatalardır (Resim 2). Gametik tamamlanma
basit ve klasik bir örnek olmakla birlikte burada UPD çoğunlukla her iki ebeveynede de aynı anda
mayotik hatanın oluşmasını gerektirir (12).
Trizomiden kurtulma, UPD’ lere neden olan en sık mekanizmadır. Trizominin nedeni genellikle
mayotik kromozom ayrılma hatalarıdır. Trizomiden kurtulma genellikle ilk postzigotik bölünmeler
sırasında gerçekleşir. Muhtemelen anafaz gecikmesi sonucunda trizomik kromozomlardan biri
aktarılamaz ve yeni oluşan dizomik hücre tamamen şans eseri trizomiden kurtulur, eğer her ikisi de
aynı ebeveynden aktarılan bir homolog kromozom çiftine sahip olursa UPD ile sonuçlanır.
Düzeltilmiş hücreler, embriyoyu ya da plasental ek dokuları oluşturabilir, bu durum plasentada sınırlı
mozaiklikle sonuçlanır. Diğer bir olasılık ise embriyonun mozaikliğidir. Trizomi riskinin anne yaşı ile
artması nedeniyle bu risk artışı UPD için de geçerlidir.
Monozomiden kurtulmada benzer şekilde kromozom ayrılamamasından kaynaklanmaktadır. Mayozda
nullizomik gamet oluşması ve bu gametin normal gametle döllenmesi gereklidir. Sonra mitotik
düzeltme mekanizmaları ile hücre monozomik kromozomu replikasyonla kopyalayarak dizomik
kromozoma çıkarır. Bu durumda UPID ortaya çıkar.
Dördüncü olasılık normal başlayan embriyonun mitotik hatalar sonucunda trizomik ya da monozomik
hücre serilerine sahip olmasıdır. Sonraki mitotik hatalarla trizomiden kurtulma veya monozomiden
kurtulma ile UPD’ lere neden olmaktadır.
Komplet UPD’ ye neden olan daha nadir mekanizmalar da bulunmaktadır, bunlar: 3:1 segregasyon
sonrası oluşan “interchange” trizominin veya “interchange” monozominin düzeltilmesi, izokromozom
oluşumu, marker kromozoma bağlı dengesizliğin düzeltilmesi olarak bildirilmektedir (7, 8, 1,5). Birey
Robertson tipi translokasyon taşıyıcısı ise, gametlere kromozomların dağılımı (segregasyon) sırasında
bir gamete translokasyon kromozomu veya kromozomları ile birlikte normal homolog kromozomun
aktarımı zigotta “interchange” trizomiyle sonuçlanabilir. Postzigotik bölünmelerdeki düzeltme ile
homologlardan birinin kaybı dizomiyle sonuçlanırken, kalan kromozomlar tek ebeveyne ait olması
durumunda düzeltme UPD ile sonuçlanır. Ya da akrosentrik bir kromozom için nullizomik olan gamet
normal gametle döllendiğinde, düzeltme sırasında izokromozom oluşabilir (1). Fazladan marker
kromozomuna sahip 47,+marker karyotipte bireylerde de hücrelerin düzeltilmesi sırasında marker
kromozom ve kaynaklandığı homolog kromozom kalarak diğer eşten gelen homoloğun kaybı ile UPD’
ye neden olabilir (4).
Koryon villus örneğinden kromozom analizi sonucunda elde edilen veriler doğrultusunda UPD’ nin
plasentada sınırlı mozaiklikle birlikte olabileceği ve bunun fetusta gelişme geriliğiyle kendini
gösterebileceği bildirilmiştir (5). Akrosentrik kromozomların yeniden düzenlenmesi (Robertson tipi
translokasyonlar ve izokromozomlar) yüksek anöploidi riskiyle ilişkilidir. Birçok çalışmada
akrosentrik yeniden düzenlemeyle ilgili olan UPD vakaları bildirilmiş ancak taşıyıcılar açısından UPD
için kesin bir risk belirlenememiştir (1). Bir çalışmada biri 13. kromozom için UPD gösteren 168
homolog olmayan Robertson tipi translokasyon vakasında tahmini UPD riski %0,6 olarak
bildirilmiştir. İki homolog akrosentrik kromozomu içeren yeniden düzenlenmelerde ise tahmini olarak
%66 UPD riski göstermektedir (1). Prenatal tanıda belirlenen Robertson tipi translokasyonlar ve
izokromozomların UPD için yüksek riskli olması nedeniyle UPD açısından inceleme yapılması
önerilmektedir (1).
Segmental UPD
Segmental UPD’ ler postzigotik maternal ve paternal homologlar arasındaki somatik
rekombinasyonlar sonucunda meydana gelebilir (Resim 2). Kromozomun sadece bir parçası aynı
ebeveynden aktarılmıştır ve karyotip normaldir. Mayotik hata sonucu trizomik başlayan bir zigotta
sonraki bölünmelerde oluşan maternal ve paternal homolog kromozomlar arası parça değiş tokuşunu
takiben trizomiden kurtulma da nadir bir olasılık olarak bildirilmiştir (8). Segmental UPD’ ler mozaik
olarak ya da hücrelerin tümünde bulunabilmektedir. Ayrıca Beckwith-Wiedemann sendromu (BWS),
Silver-Russell sendromu (SRS), ve geçici neonatal diyabet (TNDM) vakalarında da bildirilmiştir. Bu
durum segmental UPD’ lerin, ilgili kromozom parçasının imprint özellikte gen içerip içermemesine ya
da mutasyon taşıyıp taşımaması durumuna bağlı olarak fenotipe etki edebileceğini göstermektedir (4).
UPD ve KLİNİK ETKİLERİ
UPD fenotipik etkisiyle birlikte nerdeyse her kromozom için tanımlanmıştır (9,12). Kromozom sayısı
göz önüne alındığında 47 UPD olasılığı vardır; 22 otozomal kromozom, upd(X)mat, upd(X)pat,
upd(XY)pat.
UPD’ ler ve fenotip etkileri birçok kromozom için tanımlanmıştır (4). En iyi bilinen durumlar,
üzerinde imprint özelliği taşıyan genlerin bulunduğu kromozomların UPD’ sidir. Aynı genetik içeriğin
anneden ya da babadan aktarımına bağlı ifadelenme özelliğinin değişiklik göstermesine neden olan
imprint özelliği, UPD sonucu her iki homolog kromozomunda aynı ebeveynden aktarılması ile
bozularak fenotipik etkilenme ile sonuçlanır. Prader-Willi sendromu (PWS),
Angelman
sendromu(AS), Beckwith-Wiedemann sendromu, Silver-Russell sendromu, Geçici neonatal diyabet
bunlara örnek verilebilir (Tablo 2). Özellikle UPID’ nin neden olduğu diğer bir etki ise resesif bir gen
için mutasyon açısından homozigotluğun sağlanması ile hastalık oluşumudur. Klinik bulgular UPD'ye
aday olan vakaların seçiminde önemlidir. İntrauterin büyüme geriliği (IUGR) ve mental retardasyon
bu açıdan önemli bir kategoridir. UPD' yi tanımlayabilecek araştırmalar, sayısal veya yapısal
kromozom anomalisi veya tek ebeveynin taşıyıcı olduğu resesif bir hastalık ya da babadan oğla geçiş
gösterilmiş X’ e bağlı resesif hastalıklarda yapılmalıdır (9, 12). UPD sonucunda büyümeyi kontrol
eden genlerin ifadelenme bozuklukları kanserlere neden olabilmektedir.
Kromozom 12, 18, 19 ile ilgili UPD henüz tanımlanmamıştır, bu durum belirtilen kromozomlarda
imprint özelliği olan gen olmadığını veya fenotipik etki yaratmadığını düşündürebilir. Diğer
kromozomlar için segmental veya komplet UPD’ ler bildirilmiştir. Kromozom 1, 2, 3, 4 ve 5 için
bildirilen tek vaka bazında fetal gelişme geriliği dışında önemli bir fenotipik etki gözlenmemiştir.
Birçok kromozom için anne ya da baba kaynaklı UPD’ nin klinik önemi olmadığı belirlenmiştir. Bu
olay genomik esnekliğin (plastisite) önemli bir göstergesidir.
Şimdiye kadar çift UPD gözlenen tek vaka bildirilmiştir. 47,XXY/46,XX,upd(X)mat, upd(16)mat
karyotipi saptanan bu vakada dismorfik yüz ve gerçek hermafroditizm saptanmıştır. Rastlantısal olarak
48,XXY,+16 olarak başlayan zigotun post zigotik bölünme hataları sonucunda mozaik karyotipe sahip
olduğu düşünülmüştür (4).
Kliniğe başvuran hastanın UPD taşıdığı şüphesi uyanırsa çeşitli incelemeler yapılmaktadır. Öncelikle
başvurulacak olan öykü alma ve fiziki muayenedir. Bu muayenede dikkat edilmesi gereken hususlar
hasta şikâyetleri, anne ve baba yaşı, akrabalık ilişkisi ve bilinen genetik hastalık olup olmadığıdır.
Ardından belirli takiplerin yapılması gerekmektedir. Prenatal ve perinatal takipler, mental ve bedensel
gelişimin takibinin ardından dismorfik özellikler not edilmelidir. Önceden yapılmış tetkik sonuçları
varsa onların da not edilmesi gerekmektedir.
Her genetik danışmada olduğu gibi pedigri analizi en önemli yöntemlerdendir. Pedigri analizi en az üç
kuşak içermeli, eğer varsa akraba evlilikleri, tekrarlayan gebelik kayıpları, anomalili bebekler, bebek
ölümleri, bilinen hastalıklar, infertilite gibi durumlar gösterilmelidir. Genetik danışma verilirken UPD
taşıma riskini düşündüren durumlar Tablo 3’ de bildirilmiştir.
Günümüzde UPD tanısında genetik materyalin incelenmesi gerekmektedir. Bu genetik incelemelerde
kullanılan yöntemler karyotipleme, FISH (in situ hibridizasyon) ve moleküler teknikleri içermektedir
(Tablo 4). Karyotipleme, kromozomların bantlama esasına dayanarak sayısal ve yapısal olarak analiz
edilmesidir. UPD durumunda karyotipik dengesizlik beklenmemekle birlikte, kromozomlardaki
polimorfik değişikliklerin varlığında, aynı polimorfik özellikte iki homoloğun gözlenmesi UPD için
bir gösterge olabilir. FISH, UPD’nin de sebep olduğu iki sendromun (PWS ve AS) tanısında kullanılır.
Moleküler teknikler ise günümüzde tanı amaçlı kullanılan ve kabul gören yöntemlerdir. Polimeraz
zincir reaksiyonu (PCR) DNA’da hedeflenen bölgenin çoğaltılması esasına dayanır. Burada hedef
bölge Kısa Tekrar Dizileri(STR) gibi DNA polimorfizmleridir. Kısa tekrar dizisi analizi yapılarak
STR profili anneden ve babadan elde edilen profillerle karşılaştırılmaktadır. Yeni geliştirilen
tekniklerle, tüm genomda polimorfik markerlara bakarak UPD tespiti mümkündür. Son çalışmalar,
mikroarray yöntemleri ile gen ekspresyonundaki kaybın veya fazlalığın hangi bölgeden olduğunu
ortaya koyabilmekte, rutin alanda bu analizlerin kullanılabilmesine olanak sağlamaktadır.
SONUÇ
UPD, günümüzde hücre bölünmesi sırasında kromozom dağılımı olasılıklarına bağlı olarak farklı
şekillerde karşımıza çıkmaya devam eden önemli genetik mekanizmalardan biridir. İmprintlenmiş
genlerin kromozom lokalizasyonunu araştırmak için iyi bir kaynak, resesif genlerin haritalanması için
bir fırsat oluşturmasıyla genetik biliminde önemini korumaktadır. Büyüme gelişme geriliği, mental
retardasyon ve UPD ile de oluşabilecek klinik sendromlarda genetik danışma sırasında verilecek
tekrarlama risklerinin belirlenmesinde var olup olmadığını belirlemek gerekmektedir. Özellikle
dengesiz kromozom bozuklukları ve mozaiklik saptanması durumunda UPD ile ilgili detaylı araştırma
yapılması önerilmektedir. UPD çok çeşitli mekanizmalarla oluşmasına rağmen günümüzde moleküler
tanı yöntemleri ile belirlenebilmektedir. Bu yöntemler UPD şüphesi halinde genetik danışma verilerek
kullanılmalıdır. Her yönüyle tam olarak açıklanamamakla birlikte yeni vakaların bildirilmesi ve UPD’
yi belirleyebilen başka nedenle yapılmış moleküler yöntemlerin kullanımının yaygınlaşması ile UPD
sıklığı ve klinik önemi ileride daha iyi anlaşılacaktır.
KAYNAKLAR
1. Berend S. A., Horwitz J., McCaskill C. et. al. Identification of Uniparental Disomy Following
Prenatal Detection of Robertsonian Translocations and Isochromosomes. Am. J. Hum. Genet.
2000; 66: 1787–1793
2. Di Meco A. M., Grati F. R., Grimi B. et. al. Confirmation of mosaicism and uniparental
disomy in amniocytes, after detection of mosaic chromosome abnormalities in chorionic villi
European Journal of Human Genetics. 2006; 14, 282–288
3. Engel E. A New Genetic Concept: Uniparental Disomy and Its Potential Effect, Isodisomy.
Am J Med Genet. 1980; 6: 137-143
4. Gardner M, Sutherland GR. Chromosome Abnormalities and Genetic Counseling, 3rd edition,
Oxford Press, 2004.
5. Grati F R, Grimi B, Frascoli G. Confirmation of mosaicism and uniparentaldisomy in
amniocytes, after detection of mosaicchromosome abnormalities in chorionic villi. European
Journal of Human Genetics 2006; 14: 282–288
6. Greig G. M., Perciaccante R. G., Spence J. E. et. al. Uniparental Disomy as a Mechanism for
Human Genetic Disease. Am J Med Genet. 1988; 42: 217-226
7. Kotzot D. Supernumerary marker chromosomes (SMC) and uniparental disomy (UPD):
coincidence or consequence? J Med Genet 2002; 39: 775–778
8. Kotzot D. Complex and segmental uniparental disomy updated. J. Med. Genet. 2008; 45:
545-556
9. Ledbetter and Engel. Uniparental disomy in humans: development of an imprinting map
and its implications for prenatal diagnosis. Hum Mol Genet. 1995; 4: 1757- 64.
10. Robert MD Nussbaum, Roderick R. McInnes, Huntington F. Willard. Thompson & Thompson
Genetics in Medicine, 7th edition, Elsevier Press, 2007.
11. Sanches JJ, Borsting C, Morling N.Multiplex PCR, amplicon size and hybridization efficiency
on the NanoChip electronic microarray. Int J Legal Med. 2004; 118: 75-82.
12. Shaffer, L. G., McCaskill, C., Adkins, K. and Has-sold, T. J. Systematic search for uniparental
disomy in early fetal losses: the results and a review of the literature. Am. J. Med. Genet.
1998: 79: 366-372.
13. Spence E. Ronald G., Greig GM et al. Uniparental Disomy as a Mechanism for Human
Genetic Disease. Am. J Med. Genet. 1988; 42: 217-226
14. Talebizadeh Z, Bittel DC, Kibiryeva N, Butler MG. Microarray analysis of gene/ transcript
expression in Prader-Willi syndrome: deletion versus UPD. J Med Genet. 2003; 40: 568-574.
Resim 1: Mayoz hataları sonucu İzodizomi ve Heterodizomi oluşumu
Resim 2: Komplet ve segmental UPD oluşumundaki bazı mekanizmalar
Tablo 1: UPD oluşumunda bildirilmiş mekanizmalar
UPD Oluşturan Genetik Mekanizmalar
1. Gametik tamamlama
2. Trizomiziden kurtulma
3. Monozomiden kurtulma
4. Mitoz hatası ve düzeltme
5. Somatik rekombinasyon ve düzeltme
6. Ekstra Marker kromozomu düzeltme
7. İnterchange trizomiyi düzeltme
8. İnterchange monozomiyi düzeltme
9. İzokromozom formasyonu
Tablo 2: Genomik imprinting yoluyla fenotipik bulgu veren UPD
Kesin:
İhtimal:
UPD tipi
6 pat
7 mat
11 pat
14 mat
14 pat
15 mat
15 pat
Sendrom
Geçici Neonatal Diyabet
Silver-Russel Sendromu
Beckwith- Wiedeman Sendromu
Büyüme geriliği- Erken puberte
Dwarfizm-kostal kafes hipoplazisi
Prader-Willi Sendromu
Angelman Sendromu
2 mat
16 mat
20 mat
Büyüme geriliği, bronkopulmoner displazi
Büyüme geriliği, Konjenital kalp hastalığı
Büyüme geriliği, hiperaktivite
Tablo 3: UPD düşünülmesi gereken durumlar
UPD Riskinin yüksek olduğu durumlar
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Homolog kromozomlar arasında translokasyon varlığı
Ailesel ya da “de novo” dengeli translokasyonun eşlik ettiği dengeli translokasyon
Resesif genlerin ya da nadir mutasyonların homozigot olduğu durumlar
Plasentada sınırlı mozaiklik
İleri yaş annenin çocuğunda konjenital anomali/Mental retardasyon ve büyüme geriliği olması
Otozomal trizomi ve UPD fenotipinin birlikte bulunması
Bir bireyde iki resesif fenotipin birlikte bulunması
Mozaik trizomi saptanması
Karyotipte homolog kromozomlarda benzer polimorfik yapı saptanması
Tablo 4: UPD tanısında kullanılan genetik testler ve kullanım amaçları
Yöntem
Sitogenetik
-GTG (550-800 bant)
bantlama
-C bantlama
- NOR bantlama
FISH
(Floresan in situ Hibridizasyon)
-Tek gen probu ile delesyon
tarama
Moleküler genetik
-Metilasyon PCR
-STR analizi
-Mikroarray
Amaç
-Kromozomal heteromorfinin
belirlenmesi
-Yapısal ve/ veya sayısal anormalliklerin belirlenmesi
-PWS, AS tanısı
-PWS, AS, BWS, SR tanısı
-Parental kaynağın belirlenmesi
-Metilasyon kalıplarının belirlenmesi
-İfadelenme kalıplarının belirlenmesi