İstanbul Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji AD Prof. Dr. Filiz AYDIN Genetik hastalıkların temeli Proteinleri kodlayan genlerde (DNA’da) meydana gelen mutasyonlara dayanır. (Tek gen hastalıkları) Meydana gelen mutasyonlar; hasarlı proteinlerin sentezine yada eksik protein üretimine neden olarak hastalık temelini oluştururlar Proteinlerin üretimini etkileyen mutasyonlar sonucu görülen hastalıklar patolojilerine göre farklı şekilde sınıflandırılabilirler. 1- Bir molekülün alt gruplarını oluşturan proteinlerde meydana gelen mutasyonlar 2- Enzim hasarları 3- Transport proteinlerindeki hatalar ile ilgili hastalıklar 4- Reseptör proteinlerindeki mutasyona bağlı hatalar ve eksiklikler 5- Yapısal proteinlere bağlı hastalıklar 1- Bir molekülün alt gruplarını oluşturan proteinlerde meydana gelen mutasyonlar Örnek Talasemiler Normal HbA molekülül Eritrositlerin yapısında bulunan hemoglobin molekülü dokulara oksijen taşınması için gerekli moleküldür. Molekül 4 protein zincirden meydana gelir. İnsan organizmasında var olan hemoglobinin %98’i hemoglobin A’dır . Yapısında iki α iki de β globin zinciri bulunmaktadır. Hemoglobin her polipeptid zinciri oksijen bağlama kapasitesine sahip bir moleküldür. Erişkin hemoglobini (HbA) 2α ve 2β zincirinden meydana gelir (HbA2- 2α ve 2δ zincirinden oluşmaktadır) Fötal dönemdeki hemoglobin (HbF) 2α ve 2γ zincirinden meydana gelir. Talasemiler hemoglobin sentezi ile ilgili bir grup hastalıktır. Mutasyonlar nedeni ile 400’den fazla anormal hemoglobin varlığı gösterilmiştir. Talasemik hastalarda hemoglobin A’nın yapısını oluşturan alfa yada beta zincirlerinin yapısı kaybolmuş ya da azalmıştır. α- Talasemi (genellikle şiddetli bir seyir izler) β- Talasemi Normal eritrosit hücreleri β- talasemi hücreleri β-talesemide en sık görülen anomali nedenleri Delesyonlar Nokta mutasyonlar mRNA sentezi hataları Fonksiyonel olmayan mRNA sentezi Hücre bütünlüğü ve denge bozulur, eritrositlerde erken ölüm, yani eritrositler normal yaşam sürelerini tamamlayamazlar ve yıkılırlar Bu klinik durumun ağırlığını belirleyen globin zincirinin ne kadarının yapılamadığıdır. . Talasemi-Akdeniz anemisi Ağırlıklı olarak ; Akdeniz bölgesinde, Afrikanın bazı bölgelerinde ve güney Asya’da görülür. Hiç beta globin zinciri yapılamayan bir hastanın kliniği ile bu globinin çok az yapılamadığı bir taşıyıcı arasında ciddi farklar vardır. Taşıyıcılar çoğu kez sağlıklı bireyler ile eşdeğer bir yaşam sürerken ağır talasemi hastaları sık kan veya kemik iliği kök hücre nakline ihtiyaç gösteren bir tabloya sahipler. α- Talasemi majör β- Talasemi Türkiye’de en sık görülen talasemi tipidir. Eritrositlerde β-globin üretiminde eksiklik/azalma, Olgunlaşmamış eritrosit oluşumu, hasarlı membran oluşumu. β- talasemi hücreleri Talasemi, Hemoglobin molekülünün otozomal resesif geçiş gösteren kalıtsal bir hastalığı. Talasemi Minör: Tek allelde de mutasyonun varlığını ifade eder (Heterozigot). Talasemi Majör: Her iki allelde de mutasyonun varlığını ifade eder (Homozigot). β0; HbA tayin edilemiyorsa, (β -zinciri yokluğu) β+; HbA çok az tayin edilebiliyor Beta thalassemia Major Hepatosplenomegali, büyüme geriliği, iskelet bozuklukları beta talaseminin (homozigot) en iyi bilinen özellikleri Alfa talasemi klinik ve moleküler düzeyde çok heterojendir 1-Sessiz taşıyıcılar 2-Ağır Alfa talasemi taşıyıcılar 3-HbH hastalığı 4-Hb Barts Hidrops fetalis sendromu Alpha-thalassemia;Renzo Galanello,Antonio Cao; Genetics in Medicine; Volume 13; Number 2;February 2011 Kromozom 16 üzerinde toplanan alfa globin genlerinin yapısı Delesyon Konumu Fenotip 3.7 tek gen delesyonu 4.2 tek gen delesyonu 20.5 kb çift gen delesyonu MED çift gen delesyonu SEA çift gen delesyonu FIL çift gen delesyonu α2 α+ α2 α+ α 1/α 2 α0 α 1/α 2 α0 α 1/α 2 α0 α 1/α 2 α0 Orak hücre anemisi DNA seviyesindeki etkiler Protein seviyesindeki etkiler β polipeptid zincirinin 6. pozisyonunda bulunan glutamik asitin yerine valin geçer Orak hücre anemisi β polipeptid zincirinin 6. pozisyonunda bulunan glutamik asitin yerine valinin geçmesi ile bu zincir (HbA) HbS’ye dönüşür anormal bir protein sentezlenir. Mutant hemoglobini taşıyan alyuvarlar oksijensiz kaldıkları zaman, normalde olmaları gereken yuvarlak şekillerini kaybeder ve orağa benzer bir şekil alırlar HbS (Orak hücre hemoglobini) anormal bir hemoglobindir Bu hemoglobin heterozigot durumunda HbAS -Orak hücre karakteri Homozigot olma durumunda HbSS -Orak hücre hastalığı-anemisi olarak ifade edilir. 2- ENZİM HASARLARI Hücresel bir enzimin eksikliği yada hasarı nedeni ile ortaya çıkan genetik hastalıklardır 2- Enzim hasarları “Tay-Sacs” hastalığı, Fenilketonüri, Mukopolisakkoridozlar, Hemofili A ve B 2- Enzim hasarları Genellikle resesif kalıtımsal özellik gösterirler. Heterozigot özellikte; Normal gen yeterli enzim üretimini sağlar, klinik semptomlar ortaya çıkmaz, genellikle “normal” kabul edilir. Klinik semptomlar Homozigotlarda ortaya çıkar. Fenilalanin hidroksilaz (PAH) geni 12. kromozomun üzerinde (12q 24.1 bölgesinde) bulunmaktadır. PAH geni yalnızca karaciğerde ifade edilir Bu gen 90 kb uzunluğunda 13 ekzonu var. 2400 nükleotidlik mRNA sentezlenir. Otozomal resesif geçişi olan bir gendir Fig.1-2. PAH geni (Bu şekil “GENES IN MEDICINE, Chapmen&Hall 1995” kitabından alınmıştır) Hastalık ilk defa 1934 yılında Norveçli Doktor Asbjorn Folling tarafından tanımlanmıştır. Protein Fenilalanin Tirozin CO2 + H2O Fenilhidroksilaz Fenilalanin enzimi karaciğerde fenilalaninin tirozine çevrilmesi için gereklidir. Fenilketonüri kalıtsal metabolik bir hastalıktır Fenilhidroksilaz enzimi (PAH) kodlayan gende mutasyon var, Protein Fenilalanin Tirozin Fenilhidroksilaz CO2 + H2O Fenilalanin kanda ve diğer dokularda birikir. Bu hastalığa sahip çocukların gelişmekte olan beyinleri haraplanır. İleri derecede zeka geriliği ve sinir sistemi ile ilgili belirtilerin ortaya çıkmasına neden olur Erken tanı ve tedavi mümkün Türkiye fenilketonüri hastalığının en sık görüldüğü ülkeler arasında yer almaktadır. Doğan her 4.500 çocuktan biri fenilketonürilidir. Bu oranın yüksek olması akraba evliliklerinin sık olması ile ilgilidir. Şili'de kistik fibrozis hastası 14 yaşındaki Valentina Maureira, ötenazi istedi. CFTR proteini epitel hücrelerin apikal yüzeyinde fosforilasyon ile düzenlenen klor iyon kanalı oluşturmaktadır 3- Transport proteinlerindeki hatalar ve ilgili hastalıklar Kistik fibrozis (CF) Otozomal resesif bir hastalık Solunum ve sindirim sisteminin yüzeyini kaplayan hücrelerde sodyum ve klor iyonlarının taşınmasını sağlayan proteini üreten CFTR genindeki mutasyonlar sonucu ortaya çıkar. Kistik fibroz geni (CF) 7. kromozomun uzun kolunda (7q31) yerleşmiştir. CFTR “Kistik fibroz transmembran iletim düzenleyicisi” olarak ifade edilir. NDB1 NDB2 Regülatör ( R) CFTR proteini: Çok geçişli transmembran proteinidir, klor iyonu iletimi düzenleyicisi olarak bilinir CFTR, epitelyal hücre zarları üzerindeki klorür (ve su) taşımasını düzenler Akciğer,Pankreas,Tükrük ve ter bezleri Üreme ve Gastrointestinal sistem kanallarının epitel hücreleri tarafından ifade edilir Kistik fibroz mutasyonları 1. Hatalı protein üretimi 2. GER ve Golgide üretilen proteinin yanlış katlanmaları 3. Nükleotid bağlanma bölgesinde anomali 4. Membrana yerleşmeleri Mutasyonlar; - CFTR proteininin normalden küçük ya da yetersiz miktarda üretilmesine yol açar - Proteinin regülasyonunu ya da hücre zarındaki lokalizasyonunu engellerler. Kistik fibroz hastalarının en sık rastlanan mutasyon CFTR’nin pozisyon ΔF 508’deki bir fenilalanin kalıntısının atılması (deletion) dır Bu tek kalıntının yokluğu proteinin stabilizasyonunu bozar destabilize eder ve bu yüzden protein GER’de yavaş katlanır; GER’de muhafaza edilir ve parçalanır Mutasyonlar; Mukus tabakasının yoğun bir hal almasına, Akciğerlerin tıkanmasına ve enfeksiyon gelişmesine, Pankreasın tıkanarak enzimlerinin sindirim boşluğuna ulaşmasının engellenmesine neden olur CFTR geninde oluşan bazı mutasyonların Erkeklerde kısırlığa neden olduğu gösterilmiştir.. Bu mutasyonlar testislerden sperm taşıyan kanalların birinin (CUAVD: Congenital Unilateral Absence of Vas Deferens) veya Her ikisinin de (CBAVD: Congenital Bilateral Absence of Vas Deferens) gelişmemesine neden olur. Testisler normal gelişmiş ve cinsel fonksiyonlar normal olmasına karşın vas deferens gelişmemiş olması nedeniyle erkek üreme sistemindeki spermler meniye taşınamaz. 4- Reseptör proteinlerindeki mutasyona bağlı hatalar ve eksiklikler Örnek:Ailesel Hiperkolesterolomi Otozomal Dominant kalıtım özelliği gösterir LDL, endositoz yoluyla hücre içine alınmaktadır. Bu işlem başlıca karaciğer hücrelerinde olmak üzere ( kan dolaşımındaki LDL'nin %70'i karaciğer tarafından emilir) tüm çekirdekli hücrelerde gerçekleşir. Ateroskleroz kardiyovasküler hastalıkların çoğunun kökeninde yer alır. LDL reseptör geni ile ilgili mutasyonlar Sınıf I Mutasyon etkisi Sınıf II Sentezlenen reseptörler ER’da birikir Sınıf III Reseptör zardaki yerini alır, LDL’ye bağlanamaz Sınıf IV Reseptörün sitoplazmik domaininin yapısında meydana gelen değişiklik nedeni ile örtülü vezikül yapısı oluşamaz Sınıf V Endozom içindeki LDL serbestleşemez (recycling bozukluğu) ‘null-allel’ 5- Yapısal proteinlere bağlı hastalıklar Dominant kalıtım resesif kalıtımdan farklılık göstermektedir. Genelliklel yapısal proteinlerdeki bozukluklar dominant özellik gösterir. Bir normal, bir bozuk gene sahip olan hetorozigotlarda da hastalık semptonları görülür. Örnek; “Huntington” hastalığı ve “Nörofibromatozis” Nörofibromatozis Otozomal dominant kalıtım gösteren (Tek bir genin neden olduğu) en sık görülen, nöroektodermal bir hastalıktır. Nörofibromatozis NF1 ve NF2 olmak üzere iki grupta sınıflandırılır. Bunlara farklı kromozomlar üzerinde bulunan farklı genler neden olur. NF1 geni 17q11.2 bölgesinde yer alır. NF2 geni 22q12 üzerinde bulunur. NF1 geni Nörofibromin proteinini kodlamaktadır. Bu protein hücre içi sinyal iletimine rol oynar Hücre büyümesini kontrol eden bir geni baskılayarak düzenlenmesini kontrol eder. NF1 Mutasyonu hücre büyümesinin kontrolünün kaybına ve dolayısı ile küçük tümörlerin oluşmasına neden olur NF1 hastalarında uygulanan genetik testler Gen NF1 Test Mutasyon tipi DNA dizi analizi (mRNA ve genomik DNA) Nokta mutasyonlar ve küçük del&dupl. Delesyon/duplikasyon analizi (MLPA veya Ekzon FISH) delesyonu/duplikasyonu Mutasyon saptanma oranı (%) ~90 ~5 Delesyon/duplikasyon analizi (MLPA) Büyük (total gen) delesyonları ~1 Sitogenetik Analiz Büyük yeniden düzenlenmeler <1 Teşekkürler