Genetische Disposition für Infektion und Sepsis

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Genetische Disposition
für Infektion und Sepsis
Martijn van Griensven
TRAUMA
Forschungszentrum für Traumatologie der AUVA
Ludwig Boltzmann Institut für experimentelle und klinische Traumatologie
AUVA
Lorenz Böhler Unfallkrankenhaus
Gene
Umgebung
Krankheit
Polymorphismus
Different alleles, none of which is
predominant in the population
Alberts, Molecular Biology of the Cell, 4th Edition
Genetische Varianz, ohne das normale Leben zu stören
Polymorphismus 1 Umgebung
Risiko
Polymorphismus 2
Risiko
Trauma:
Polymorphismus
oder
Umgebung?
Welche Menschen erleiden ein Trauma?
d.h.: wer sind diese Patienten im
genetischen Sinne?
Trauma
Posttraumatischen Verlauf
genetische
Polymorphismen
bland
Komplikationen
Leben
tot
outcome
Welche Gene untersuchen?
TRAUMA
SIRS/Sepsis
n
i
e
t
o
r
MODS
P
†
Überleben
Trauma vs. Zytokine
Welche Zytokine?
Assoziiert mit dem Outcome?
Bestehende Polymorphismen?
Assoziation Polymorphismen und Outcome?
Zytokinverlauf nach Sepsis
primär
PRO-INFLAMMATORISCHE
REAKTION
TNF-α
IL-1
Problem: Niedrige Halbwertzeit
Undulierende Spiegel
sekundär
PRO
ANTI
INFLAMMATORISCHE INFLAMMATORISCHE
REAKTION
REAKTION
IL-6
IL-10
IL-8
IL-1RA
Gute Halbwertzeit
Stabiles Niveau
Interleukin-6
12000
[IL-6] (pg/ml)
10000
*
+MODS
-MODS
8000
MODS
*
6000
*
4000
*
*
*
*
2000
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tage nach Trauma
10 11 12 13 14
IL-6
Sepsis
1200
*
[IL-6] (pg/ml)
1000
+Sepsis
-Sepsis
800
600
400
200
* *
*
6
8
*
*
0
0
1
2
3
4
5
7
9
10 11 12 13 14
Zeit nach Trauma (Tage)
IL-10
MODS
90
[IL-10] (pg/ml)
80
70
+MODS
-MODS
60
50
MODS
40
*
30
20
*
*
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14
Zeit nach Trauma (Tage)
IL-10
Sepsis
100
90
[IL-10] (pg/ml)
80
70
60
+Sepsis
-Sepsis
50
*
40
*
30
*
20
10
*
*
*
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14
Zeit nach Trauma (Tage)
IL-10
80
IL-10 in pg/ml
70
60
*
50
Verstorben
Überlebt
*
40
30
20
*
*
*
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
Tage
8
9 10 11 12 13 14
Zytokine
Posttraumatischen Verlauf
Trauma
Gene
Zellaktivität
Immunzellen
Endothelzellen
Zytokine
Organe
Dysfunktion
Villar et al. Crit Care. 2004; 8: 180–189
LBP
SIRS vs. Sepsis
140
[LBP] (µg/ml)
120
*
100
Sepsis
* *
*
* *
*
*
80
*
*
*
* *
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14
Zeit nach Trauma (Tage)
+SIRS-Sepsis
+Sepsis
Holmes, C. L. et al. Chest 2003;124:1103-1115
Untersuchte Polymorphismen
Gen
Marker
Assoziation
BPI
Lys-Glu (216)
-
BPI
Noncoding PstI
-
BPI
Synonymous TaqI (545)
-
LBP
Cys-Gly (98)
+ (male)
LBP
Leu-Pro (436)
-
LBP
Synonymous HpaII (291)
-
CD14
-260 (-159) promoter
-
TLR-4
Asp-Gly (299)
+
TLR-4
Thr-Ile (399)
-
TLR-4
Rare coding mutations
+
TLR-2
Arg-Gln (753)
+
TLR-2
Rare coding mutations
Villar et al. Crit Care. 2004; 8: 180–189
Weitere Faktoren
Gen
Marker
Assoziation
Plasminogen
activator
inhibitor-1
Promoter single base indela
+
Tissue-type
plasminogen
activator
Noncoding indela
-
IL-1 receptor
antagonist
Noncoding microsatellite
+
IL-1β
Synonymous TaqI (297)
-
IL-6
-174 promoter
-
IL-10
-1082 promoter
+
TNF-α
-308 promoter
+
TNF-β (LTA)
Noncoding NcoI
+
Villar et al. Crit Care. 2004; 8: 180–189
Sepsis Experiment
Gram-
Gram+
6h und 24h
Geweben für RNA
Identifizierte Gene
Gram+ und Gram-
Gram-
4
65
22
Gram+
Funktionskategorien
Protein processing
9%
Nucleic acid Processing
8%
Cytoskeleton organization
9%
Cell proliferation
6%
Cell communication
3%
Transport function
7%
Energy pathway
6%
Signal transduction
9%
Detoxification
3%
Immune response
7%
Metabolism
19%
Acute phase protein
2%
ROS/Stress response
12%
DNA chips
RNA
SSH-Libraries
Clone-Set I + II
cDNA Microarrays
Identifikation von
dysregulierten Genen
Validierungskriterien
Power der Studie
prospektiv vs. retrospektiv
Genetik der Familie
genetische Assoziationen/Epiphenomene
genetische Konstellation der Population
Reproduzierbarkeit (2. Kohort)
Medline
sepsis AND
polymorphism
492
AND cytokines
163
TNF-α, IL-1β, IL-6,
IL-10, IFN-γ
104
Polymorphismen
TNF -308
TNF1
TNF2
TNF NcoI
TNFB1
TNFB2
IL-1β TaqI
klein
groß
IL-6 –174G/C
GG
IL-10 Rx/Gx
IFNγ-receptor 1 D6S471
GC
CC
TNF -308
TNF2 allel anwesend
TNF-α ↑ nach LPS Stimulierung
Louis, Clin.Exp.Immunol. 113 (1998)
mehr
Sepsis
Inzidenz der Sepsis und † nach Trauma ↑
TNF2:
↑
Inzidenz derOutcome
postoperativen Sepsis
O‘Keefe, J.Trauma 52 (2002)
Tang, Crit.Care Med. 28 (2000)
Inzidenz der Sepsis interne ITS ↑
Mira, JAMA 282 (1999)
TNF -308
Keine Assoziation gefunden mit TNF1 oder TNF2:
TNF2
Inzidenz der Sepsis
TNF-α Produktion nach LPS
Stüber, J.Inflamm. 46 (1995)
TNF NcoI
TNFB2 homozygote
Inzidenz der schwere Sepsis nach Trauma ↑
Majetschak, Ann.Surg. 230 (1999)
mehr Sepsis
TNFB2:
Mortalität in postoperative
schwere Sepsis ↑
Outcome
Ex vivo TNF-α ↑ in posttraumatische Sepsis
Flach, Cytokine 11 (1999)
Stüber, Crit.Care Med. 24 (1996)
Inzidenz von MODS nach post-OP schwere Sepsis ↑
Stüber, Crit.Care Med. 24 (1996)
IL-1β TaqI
Großes Fragment (13.4 kb) allel
+
In vitro: mehr IL-1β Produktion
-
Pociot, Eur.J.Clin.Invest. 22 (1992)
keine Assoziation mit Outcome nach post-OP sepsis
Fang, Crit.Care Med. 27 (1999)
IL-6 –174G/C
CC homozygote
IL-6 bei Inflammation ↓
IL-6 ↓
LPS Stimulation: IL-6 Sekretion ↓
IL-6 –174C:
Outcome
Mortalität nach post-OP
schwere sepsis ↑
Osiri, Genes Immun. 1 (1999)
Fishman, J.Clin.Invest. 102 (1998)
Schlüter, Crit.Care Med. 30 (2002)
SIRS Inzidenz nach Trauma ↑
Hildebrand, van Griensven, Shock 24 (2005)
IL-6 nach Typhus Impfung
Bennermo et al. Clin Chem 2004; 50:2136-2140
IL-10 Rx/Gx
IL-10 R3/G7 niedrigste IL-10 Sekretion
IL-10 R2/G14 höchste IL-10 SeKretion
Eskdale, PNAS 95 (1998)
Bedeutung bei Trauma/Sepsis?
IFNγ-receptor 1 D6S471
AA homozygote
starke Korrelation mit Infektion bei stumpfem Trauma
Davis, Surgery 128 (2000)
n=38
TLR4 Asp299Gly und Thr399Ile
Humane endotoxinämie
Marsik, C. et al. Clin Chem 2005;51:2178-2180
Grenzen
Genetische Abhängigkeiten nicht untersucht
Keine Vergleiche mit der Normalbevölkerung
Reproduzierbarkeit nicht untersucht
Häufig kleine Patientenzahlen
Gibt es genetische Prädisposition
beim (posttraumatischen) Sepsis?
TNF2
„JA“
TNFB2
IL-6 –174 CC
Offene Fragen
Kombination „schlechte“ Polymorphismen?
Andere Gene?
Welche Endpunkten sollte man untersuchen?
Kosten?
Durchführbarkeit in der Routine?
Ethische Bedenken?
Und dann?!
Risiko-Abschätzung
Timing der Operation
Art der chirurgischen Prozedur (?)
Verabreichung von Modulatoren?
Polymorphismus
Gene
Zellaktivität
Immunzellen
Endothelzellen
Trauma
Zytokine
Organe
Dysfunktion
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