Genetika mentální retardace - is.muni.cz · Genetika mentální retardace Vladimíra Vallová Odd. genetiky a molekulární biologie UEB P řF MU Odd. léka řské genetiky FN Brno

Genetika mentálníretardace

Vladimíra Vallová

Odd. genetiky a molekulární biologieUEB PřF MU

Odd. léka řské genetikyFN Brno

Osnova

� Definice a klasifikace mentální retardace (MR), etiologie MR� Negenetické příčiny MR� Genetické příčiny MR

• MR a monogenní dědičnost• MR a chromozomové aberace• Úloha lidského genomu při vzniku MR

� Vyšetřovací schéma u pacientů s MR

Definice mentální retardace (MR)

� mental retardation = intellectual disability (mental handicap, mentaldisability, cognitive impairment)

� charakterizovaná signifikantně podpr ůměrnými intelektuálními funkcemi s nástupem před 18 rokem věku s narušenými schopnostmi p řizpůsobit se okolí

� narušené schopnosti u dvou a více z následujících dovedností: komunikace, starostlivost o sebe, plnění běžných domácích úkonů, sociální interakce, sebeovládání, zdraví a bezpečnost, práce a zábava, začlenění do společnosti

� u dětí < 5 let → opoždění vývinu

- založená především na měření IQ (první pokusy o měřenírozumových schopností – Francis Galton na konci 19. století; moderníIQ testy: prostorové a verbální dovednosti, paměť)

Klasifikace MR

Klasifikace MR

� subnormalita s poruchami učení (IQ 85-70)� mírná MR (IQ 50-70)� střední MR (IQ 35-50)� těžká MR (IQ 20-35) � hluboká MR (IQ pod 20)

� anglosaská literatura: lehká a těžká (IQ < 50) MR

Prevalence� postihuje asi 2-3 % populace

� 2,5 % lehký defekt� 0,3 - 0,5 % těžký defekt

� poměr pohlaví 1,3-2M:1F !

Zastoupení MR

84%

10%4%2%

lehkástřední těžkáhluboká

3-4 % 1-2 %

Lehká MR� statisticky významně vyššívýskyt u socio-ekonomicky znevýhodněných skupin� příčina neznámá u 70 % případů

Lehká vs. t ěžká MR

Těžká MR� výskyt rovnoměrně bez ohledu na socio-ekonomický status� 40 % s neznámou příčinou

MR syndromická a nesyndromická

Syndromická� MR různého stupně (častěji těžká)� s přidruženou VVV či komplexem VVV� viditelná stigmatizace� často doprovázena růstovou retardací, neprospíváním

Nesyndromická� MR různého stupně (častěji lehká)� bez přidružených VVV� žádná nebo mírná a nespecifickástigmatizace

Etiologie MRPříčiny MR 30%

15%

55%

faktorygenetické

vlivprostředí

neznámápříčina

Příčina známá

genetická negenetická

� CHA� monogenní syndromy� syndromy s neznámým genetickým podkladem

prenatální perinatální postnatální

� teratogeny� onemocněnímatky

� problémy při porodu � nízká porodníhmotnost� nedonošenost

� infekce � úrazy � intoxikace

Proč hledat p říčinu MR?

� Umožní určit prognózu (především u malých dětí) -stanovení vhodných vyšetření – snížení neefektivních testů

� Umožní stanovit vhodný plán péče a léčbu

� Umožní stanovit riziko pro postiženou rodinu a podklady pro genetické poradenství

přenašeč der(14;21) – teoretické riziko postižení dít ěte D.S. 33 %popula ční studie – 10 až 15 %

Co by jste jim jako genetici řekli?

?

Negenetické p říčiny MR


Prenatální období

� Infekce- CMV, toxoplazma, varicella, rubeola, HIV, syfilis- ohrožující jsou zejména primoinfekce

� Ionizující zá ření– efekt závisí na délce a intenzitě působení (dávce)

� Léky– antiepileptika, cytostatika, warfarin, retinal (i vysoké dávky vit. A)

� Návykové látky– alkohol (FAS), kokain, pervitin, nikotin…

� Chronické onemocn ění matky– diabetes, thyreopatie, astma, epilepsie

� Hyperpyrie – teplota > 38,5 ˚C déle než 48h� Špatná výživa – nízká porodní hmotnost

Fetální alkoholový syndrom (FAS)

� incidence 1/1 000 dětí; poškozenínervových buněk alkoholem� chronické užívání alkoholu (2g/kg/den), nárazová nadměrná konzumance� Růstová retardace plodu (novorozenci jsou většinou hypotrofičtí, poruchy růstu často přetrvávají i v dětství, postižené děti celkově neprospívají) � Typická kraniofaciální dysmorfie(různý stupeň mikrocefalie, hypoplastickámaxilla, vyhlazené philtrum, plochástřední část obličeje) � Poškození CNS (různý stupeň mentálníretardace, kognitivní poruchy, poruchy chování)

Negenetické p říčiny MR - Prenatální

FAS

Cytomegalovirus

Negenetické p říčiny MR - Prenatální

� primoinfekce CMV v těhotenství� riziko postižení plodu je ~ 10%� kongenitální CMV infekce - výskyt u 0,5 - 2 % živě narozených dětí� časné projevy, symptomatická infekce:mikrocefalie, encefalitida, křeče, kalcifikace CNS, hydrocefalus, oční postižení, hepatopatie, trombocytopenie, hemolytická anemie� pozdní následky, asymptomatická infekce:chorioretinitida, porucha sluchu, poruchy chování, mentálníretardace� vyšetření - sérologické vyšetření, PCR� léčba - antivirotika (gancyklovir, foscarnet)


Perinatální období

� problémy při porodu - krvácení do mozku, hypoxie� předčasný porod, nedonošenost� nízká porodní hmotnost

– předčasný porod, těhotenství mladistvých, vícečetné porody- špatná výživa- může vést až k 40-60% redukci mozkových buněk


Postnatální období

� infekce (černý kašel, neštovice, meningitida)- můžou způsobit MR, pokud není poskytnuta adekvátní lékařská péče

� úrazy hlavy � intoxikace

- toxiny v životním prostředí- těžké kovy – rtuť, olovo

� špatná výživa


Preventivní opat ření

� včasná diagnostika léčitelných onemocnění, preventivní prohlídky – hypotyreóza� kompenzace některých onemocnění před početím –diabetes, astma, epilepsie, hypertenze� úprava některých onemocnění – např. antikoagulačníléčba� vyvarovat se kontaktu s některými infekcemi, očkování� minimalizovat radiační zátěž

Genetické p říčiny MR

Genetické p říčiny MR

� MR spojená s monogenn ě dědičnými syndromy

� MR podmíněná poruchami chromozom ů

� MR a syndromy s neznámým genetickýmpodkladem

Nesyndromická mentální retardace

� dosud bylo identifikováno cca 100 genů zodpovědných za MR (převážně nesyndromickou)

� především na chromozomu X – cca 70 genů (výzkum byl dosud zaměřen zejména na chromozom X)

� identifikace genů lokalizovaných na autozomech byla dosud obtížná

MR a monogenn ě dědičné syndromyGenetické p říčiny MR

Syndromická mentální retardace

• MR jako příznak je popisována u ~ 1000 syndromů popsaných vdatabázi OMIM

MR a monogenn ě dědičné syndromy

Autosomáln ě

recesivní

metabolické vady:� Fenylketonurie� Smith-Lemli-Opitz sy…

Autosomáln ě

dominantní

� Tuberózní skleróza� Costello syndrom� Cornelia de Lange…

X – vázané

� syndrom fragilního X� Rettův syndrom� Coffin-Lowry…

MR a metabolické poruchy

� AA Aa aa (ztrátové mutace, vadnáfunkce proteinu)

� téměř vždy AR, heterozygoti s 50% reziduální aktivitou alely jsou klinicky normální

� Všechny patofyziologické důsledky enzymopatií mohou být připsány akumulaci substrátu či nedostatku produktu

� Poruchy metabolismu aminokyselin, cukrů, lipidů, purínů, pyrimidínů aj.

� fenylketonurie, alkaptonurie, galaktosemie

Genetické p říčiny MR – Monogenn ě dědičné – AR

http://sfm.gynpor.cz/kozich.htm

Fenylketonurie (PKU)

� první důkaz genetického defektu jako příčiny mentálních retardací (Fohling, 1934)

� porucha metabolismu fenylalaninu způsobenámutacemi v genu pro fenylalaninhydroxylázu(PAH) – přeměna fenylalaninu na tyrozin

� 1/7-10 000 živě narozených dětí� u pacientů s PKU dochází k hromadění

toxického fenylpyruvátu v organizmu – neléčenéonemocnění vede k poškození vyvíjejícího se mozku

� fenotyp: mírná stigmatizace, světlé vlasy, modréoči

� léčba: speciální dieta s omezeným množstvím fenylalaninu

� nedodržování diety v graviditě může vést k hyperfenylalaninémii a následnému poškozeníplodu


http://learn.genetics.utah.edu/content/disorders/whataregd/pku/index.html

Mutace gen ů u PKU

• 400 různých mutantních alel

• 6 z nich - 80 % mutací

Smith-Lemli-Opitz syndrom (SLOS)


� deficit 7-dehydrocholesterol reduktázy (DHCR7)� 1/10 000 � velmi variabilní fenotyp - od mírných obtíží až po život ohrožující stavy a těžkou mentální retardaci� fenotyp: hypocholesterolémie, mikrocefalie, hypotonie, mentální retardace, vývojové vady vnitřních orgánů, poruchy imunity, poruchy sluchu, osteoporóza, skolióza, syndaktylie, polydaktylie, typická tvář� léčba: dodávání cholesterolu může zmírnit některé příznaky, reální léčba neexistuje

http://www.jlr.org/content/52/1/6.full

� incidence 1: 4000 chlapců, 1:7000 dívek� mentální postižení (IQ 20-60)� ženy - méně postižené, ale 25% má MR -

IQ<70, většina 75-90� X-vázaný dominantný přenos� velká hlava, dlouhý obličej, prominující čelo a

brada, velké uši, nízký svalový tonus� některé rysy autistického chování –

nedostatečný oční kontakt,mávání rukama, úzkostná porucha

� těžké opoždění vývoje řeči a jazykových dovedností

MR a syndrom fragilního X

Genetické p říčiny MR – Monogenn ě dědičné – X-vázané

� gen FMR1; Xq27.3

� příčina: zmnožení repetice CGG

� 6 – 54 opakování - zdraví� 52 – 200 opakování - premutace� nad 200 - plná mutace

� efekt ANTICIPACE (růst počtu repetic při předávání do dalších generací, dřívější nástup onemocnění)

MR a syndrom fragilního X

Chromozomové aberaceGenetické p říčiny MR

� Početní změny chromozomů (aneuploidie) – 50 %� Strukturn í změny chromozomů:

� Mikroskopicky viditelné� delece/duplikace

� translokace, komplexní přestavby

většina nebalancovaných chromosomálních aberací je prenatálněletální

� Submikroskopické� mikrodelece/mikroduplikace - 10 %

� subtelomerické přestavby - 7 %








AneuploidieGenetické p říčiny MR - CHA








Syndrom ko čičího k řiku (Cri du chat)

� 1 : 50 000� delece 5p, kritická oblast 5p15� 10 – 15 % potomci přenašečů

translokace� typický křik novorozence -

laryngomalacie� mikrocefálie, kulatý obličej PMR,

srdeční vady, mikrognátie, hypotonie

Jerome LeJeune, 1963

http://www.youtube.com/watch?v=TYQrzFABQHQ

Genetické p říčiny MR – CHA

Genetické p říčiny MR – strukturní CHA

Wolf-Hirschorn ův syndrom

� incidence ~ 1/50 000� delece 4p, kritická oblast 4p16.3, tíže postižení závisí na rozsahudelece� faciální fenotyp - vzhled „Řecké helmy“ - mikrocefalie,hypertelorismus, kapří ústa, krátké filtrum, mikrognacie, rozštěpyrtu a patra, abnormity ušních boltců� mentální retardace, postnatální růstová retardace, hypotonie, záchvatové onemocnění, neprospívání








Komplexní chromozomové p řestavby

� vrozené komplexní p řestavby se vyskytují z řídka� jsou charakterizovány 3 nebo více zlomy

lokalizovanými na dvou nebo více chromozomech� možná asociace s

- mentální retardací- vrozenými anomáliemi- opakovanými spontánními aborty

46,XY,t(1;14),(p34;q24),t(4;6)(q25;p23)pat






� Submikroskopické� intersticiální mikrodelece/mikroduplikace - 10 %


Submikroskopické p řestavby a MR

Genetické p říčiny MR – CHA

� nedetekovatelné metodami klasické cytogenetiky� metody detekce:

� FISH – cílené vyšetření, ověřování nálezů z MLPA a aCGH, mozaiky� MLPA – skrínink subtelomerických přestaveb a známých mikrodelečních/duplikačních syndromů, detekce delecí/duplikacív známých genech (MECP2, DMD)� aCGH – celogenomový skrínink u vybraných pacientů

� skupina geneticky podmíněných chorob, jejichž příčinou jsou drobné delece/duplikace DNA segmentů, které nejsou detekovatelné klasickými cytogenetickými metodami

� řada popsaných aberací je asociována s jasně definovanýmfenotypem, tyto aberace jsou považovány za kauzální

� s rozvojem nových metod byly popsány desítky novýchmikrodelečních/mikroduplikačních syndromů, často s málospecifickým fenotypem, nejasnou kauzalitou

Intersticiálnímikrodele ční/mikroduplika ční syndromy

Nejznámější mikrodele ční syndromy

Mikrodelece 22q11 DiGeorge ův/VCFS syndrom� kritická oblast 22q11.2� četnost 1/4000 - 1/6000 živě narozených dětí� přibližně 90 % probandů má de novo deleci 22q11, asi u 6 % se

jedná o familiální přenos

Klinické projevy mikrodelece 22q11

Frekvence jednotlivých typ ů vrozených vad v souboru:

75% vývojové srde ční vady

60% hypokalcémie

49% otolaringologické malformace (9% rozšt ěp patra, 32% velofaryngeální insuficience)

38% poruchy vývoje psychomotoriky

36% konstitu čně nízký vzr ůst pod 3 percentil

36% urogenitální anomálie

17% malé anomálie kostry

8% letalita do 6. m ěsíců věku postnatáln ě

8% neurologické anomálie

� incidence ~ 1/10000� delece 7q11.23 (90 - 95% pacientů s klinickými příznaky WBS)� rozsah ~ 1.5Mb, ohraničena 2 homologními úseky DNA, mezi nimikromě elastinového genu i další geny, některé malé delece postihují jen

elastinový gen

Williams-Beuren syndrom

Fenotyp:malý vzrůst, mikrocefalie, mentální retardace, hyperaktivita, VCC faciální stigmatizace - antevertované nostrily, dlouhé filtrum, prominence rtů s otevřenými ústy, modré duhovky s hvězdicovitou kresbou

� kritická oblast 15q11q13� klinicky naprosto odlišné syndromy!

Syndrom Prader-Willy a Angelman

Syndrom Prader-Willy

� incidence ~ 1/10000 - 1/25000� paternální alela : 70% delece paternální

alely, 25% maternální uniparentálnídisomie, 2-5% porucha imprintigovéhocentra

� projevy v novorozeneckém věku: nízká porodní hmotnost, těžká hypotonie,

závažné neprospívání� projevy v pozdějším věku: obezita, hyperfagie, neukojitelný hlad, MR,

hypogenitalismus, hypogonadismus, deficit růstového hormonu, problémy s chováním

Syndrom Angelman

� incidence ~ 1/12000 - 1/40000� maternální alela : 70% delece

maternální alely, 25% paternálníuniparentální disomie, 2-5% porucha imprintigového centra

� projevy:těžká MR, těžká porucha vývoje řeči,

trhavé pohyby, špatná rovnováhaporucha chování - hyperaktivita, častý

smích, veselost, mikrocefalie, křeče, epilepsie, u některých pacientů hypopigmentace








� Telomery - fyzické konce chromozomů

� úplné konce tvořeny proteiny a tandemovými repeticemi DNA (TTAGGG) 3-20 kb (společnépro všechny chromozomy)

� TAR – doprovodné repetitivnísekvence subtelomerickéoblasti 100-300 kb

Subtelomerické p řestavby

� ochrana konců chromozomů před působením exonukleáz� párování homologních chromozomů v meióze� udržují architekturu interfázního jádra� replikace konců lineární DNA (telomeráza)

Význam telomer

� stárnutí buněk – zkracovánídélky telomer

� pokud chybí→ přestavby chromozomů (např. translokace, fúze, kruhové či nestabilnídicentrické chromozomy)

Klinický význam p řestaveb telomer

� subtelomerické oblasti na chromozomech – největší hustota genů v genomu

� aberace v této oblasti - příčina spontánních abortů, VVV a MR� většinou neexistuje výrazná korelace genotyp-fenotyp� jsou však i specifické syndromy:

� delece 1p36 (Slavotinek)� delece 9q34� delece 22q13 (Phelan-McDermid)

Mikrodele ční syndrom 1p36

� incidence 1/5000 – 1/10 000 � více než 70 % terminální delece 1p, kritická oblast 1p36

Fenotyp:• mikrocefalie, hypoplázie střední části obličeje, dlouhé filtrum, malá brada, nízko posazené boltce, rovné obočí• hypotonie, epilepsie, VVV CNS, růstováretardace a neprospívání (v kojeneckém věku), později obezita, srdečnívady,poruchy zraku, poruchy sluchu, porucha funkce štítné žlázyMetody detekce:MLPAArray-CGHFISH

FISH: del(1)(p36)

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

Yq1

1 1p 3p 5p 7p 9p 11p

ô13p

ö

ô15p

ö

17p

19p

ô21p

ö

X/Y

p

2q 4q 6q 8q 10q

12q

14q

16q

18q

20q

22q

MLPA: del(1p)

Delece 1p36

aCGH

Nově objevenémikrodele ční/mikroduplika čnísyndromy

Genetics of Mental Retardation, 2010, Editor: S.J.L.Knight

Záchyt chromozomových abnormalit u pacient ů s MR závisí na:

A) selekčních kritériích výběru pacientů

B) volbě a citlivosti použitých metod

Literární údaje: 4 až 28 %

Doporu čená kritéria ur čená pro klinickou preselekci pacient ů s MR (de Vries et al. 2001)

Výskyt MR v rodin ě 1

Prenatální r ůstová retardace 2

Postnatální r ůstové abnormality 2

Mikrocefalie, krátké kon četiny,Makrocefalie, dlouhé kon četiny

po 1 bodu (max.2)

Faciální dysmorfie – dva a více p říznaků, zejména hypertelorismus, anomalie nosu, uší

2

Jiné vrozené abnormality, zejména srde ční vady, hypospadie

po 1 bodu(max.2)

skóre ≥ 3, senzitivita = 1.00, specificita = 0. 27

Jakou úlohu hraje architektura lidského genomu p ři vzniku MR?

Submikroskopické přestavby u pacientů s MR

Náhodné (non-recurrent)- nacházené u jednotlivců- i když se najdou u různých pacientů, liší se velikostí a místy zlomu na chromozomech- můžou vznikat několika různými mechanizmy – např. nehomologním spájením konců (NHEJ)

Opakovan ě se vyskytující (recurrent)- nacházené u vícero pacientů- stejná velikost a stejné místa zlomů na chromozomech- vznikají díky specifické architektuře genomu

Jakou úlohu hraje architektura lidského genomu p ři vzniku MR?

Důležitou úlohu u rekurentních přestaveb hrají segmentálníduplikace (SD) (opakovaní s nízkým počtem kopií)

� tvoří asi 5% lidského genomu� bloky DNA (1-500 kb), které jsou si z více než 95% sekvenčněpodobné� lokalizovány v různých oblastech genomu� mohou být intrachromozomálnínebo interchromozomální

Nealelická homologní rekombinace (NAHR) – vznik delecí/duplikací

Díky velikosti a sekvenční homologii, mohou být SD příčinou přestaveb díky nealelické homologní rekombinaci .

SD spojená s delecemi/duplikacemi: velikost >10 Mb, sekvenční homologie >95%, oddělené 50 kb -10 Mbúsekem DNA, v přímé orientaci

Rekombinan ční hotspots

- preferenční místa rekombinace - oblast v rámci SD mající 100% sekvenční homologii (1-3 oblasti, o velikosti 300 bp - >2kb)- nalezeny pro několik známých syndromů (Williams-Beuren, Smith-Magenis, Sotos sy, atd.)- ovliv ňuje rekombinaci polymorfizmus v po čtu kopií SD blok ů u rodi čů?

Nealelická homologní rekombinace (NAHR) – inverze

-další rys lidského genomu, který hraje důležitou roli při vzniku chromozomových přestaveb- např. Williams-Beuren, Angelman sy – rodiče přenašeči mají inverzi zahrnující deletovanou oblast- inverze může způsobovat NAHR

Nová mikrodelece 17q21.31

Vyšet řovací schéma u pacient ů s MR

?

Postupy p ři vyšet řování p říčin MR


Klinická část : rodinná a osobní anamnéza, důkladné fyzické i mentální vyšetření

� genealogická analýza – solitární výskyt vs. suspektní X-vázané, AR, AD onemocnění, nemendelovský výskyt onemocnění

� osobní analýza – hledání možných příčin MR – od prenatálních po postnatální vlivy

� fyzické zhodnocení - zhodnocení fenotypu, přidružených VVV, dalších anamnestických dat

Klinická diagnóza


Laboratorní část :„Cílené“ genetické vyšet ření� při klinickém podezření na konkrétní jednotku� karyotypizace, cílené vyšetření mikrodelečních syndromů (FISH,MLPA), cílené molekulárně-genetické vyšetření, FRAX„Necílené“ genetické vyšet ření� karyotypizace, necílená detekce submikroskopických přestaveb u

pacientů splňujících indikační kritériaSpecializovaná vyšet ření:� Vyšetření metabolických vad � Zobrazovací vyšetření a antropologické vyšetření� Další odborná vyšetření

Konečná diagnóza

3D modelování faciální dysmorfie


Pomoc databáz p ři identifikaci p říčin MR

Fenotyp:� Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM)� London Dysmorphology Database (LDDB)� DECIPHER� ECARUCA� POSSUM web

Chromozomové zm ěny:� Database of Genomic Variant (DGV)� DECIPHER� ECARUCA

Mutační změny:� Locus-specific Mutation Database

Podpora rodin ě:� Mencap� Unique� GeneReviews� Orphanet

Genetické p řesahy u pacient ů s MR, autismem a schizofrénií

� etiologie mentální retardace je stále nedořešený problém apředstavuje výzvu nejen pro genetické poradenství� množství příčin způsobujících MR svědčí o komplexnosti lidskéinteligence - je proto poměrně snadné její vývoj poškodit geneticky i negeneticky� se vzrůstajícím rozlišením moderních metod prudce roste početnalezených variant� moderní technologie „předběhly“ naše klinické znalosti, často tedy nejsme schopni získané výsledky správně interpretovat� pouze v případě prokázané asociace je možno poskytnout rodiněcílené genetické poradenství

Záver

Ďakujem za pozornos ť

Documents

Genetika mentální retardace - is.muni.cz · Genetika mentální retardace Vladimíra Vallová Odd. genetiky a molekulární biologie UEB P řF MU Odd. léka řské genetiky FN Brno