HG_Skript2005 - mein
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Humangenetik-Skript - Inhalt: Allgemein ................................................................................................................................................................ 2 Neurofibromatose.................................................................................................................................................... 5 Osteogenesis imperfecta.......................................................................................................................................... 6 Apert-Syndrom ........................................................................................................................................................ 6 Lyon-Hypothese (Mary Lyon, ’62) .................................................................................................................... 7 Formel von Bayes: ............................................................................................................................................. 8 Rot-Grün-Blindheit ................................................................................................................................................. 8 Dystrophinopathien Duchenne & Becker-Kiener ................................................................................................... 8 Mukoviszidose ......................................................................................................................................................... 9 Hardy-Weinberg-Gesetz (gern gefragt) ............................................................................................................ 11 Indirekte Genanalyse für monogene Erkrankungen ......................................................................................... 12 Incontinentia pigmenti Bloch-Sulzberger.............................................................................................................. 12 Autosomale Trisomiesyndrome ............................................................................................................................. 12 Trisomie 21 ...................................................................................................................................................... 12 Trisomie 13 ...................................................................................................................................................... 14 Trisomie 18 ...................................................................................................................................................... 15 Hermaphroditismus verus ..................................................................................................................................... 15 Pseudohermaphroditismus masculinus: ................................................................................................................ 15 Pseudohermaphroditismus femininus: .................................................................................................................. 16 Adrenogenitales Syndrom (AGS) .......................................................................................................................... 16 Ullrich-Turner-Syndrom ....................................................................................................................................... 16 Léri-Weill-Syndrom ............................................................................................................................................... 17 Klinefelter-Syndrom .............................................................................................................................................. 17 Dosis-sensitive Genfunktionen ........................................................................................................................ 18 Wolf-Hirschhorn-Syndrom (WHS) ........................................................................................................................ 19 Cri-du-chat-Syndrom ............................................................................................................................................ 19 Mikrodeletionen ............................................................................................................................................... 19 FISH ................................................................................................................................................................. 20 Angelman-Syndrom (AS) ....................................................................................................................................... 20 Prader-(Labhart-)Willi-Syndrom .......................................................................................................................... 21 Genomisches Imprinting (Prägung) ................................................................................................................. 21 Williams-Beuren-Syndrom .................................................................................................................................... 22 Monosomie 22q11.2 .............................................................................................................................................. 22 Fragiles-X-Chromosom......................................................................................................................................... 23 Myotone Dystrophie .............................................................................................................................................. 24 Friedreich-Ataxie .................................................................................................................................................. 25 Chorea Huntington ............................................................................................................................................... 25 Retinoblastom........................................................................................................................................................ 26 Li-Fraumeni-Syndrom ........................................................................................................................................... 27 Familiäre adenomatöse polyposis coli .................................................................................................................. 27 Lynch-Syndrom – HNPCC .................................................................................................................................... 28 Familiärer Brustkrebs ........................................................................................................................................... 28 Kopplung .......................................................................................................................................................... 30 Zwillinge .......................................................................................................................................................... 30 Paarsiebung / Assortative mating ..................................................................................................................... 31 1-Antitrypsin-Mangel .......................................................................................................................................... 31 Angeborene Schwerhörigkeit (Thema d. Praktikums) ........................................................................................... 31 Marfan Syndrom (Thema d. Praktikums) .............................................................................................................. 31 Standardbücher der Humangenetik (laut A.Reis): Strachan & Read, Human Molecular Genetics 3, Garland Science (2004) Tariverdian & Buselmaier, Humangenetik, Springer-Verlag (2004) Passarge, Taschenatlas der Genetik, Thieme-Verlag (2004) Skript basiert auf Informationen aus Vorlesung (6.Semester), TA d. Genetik und Praktikumsskript (7.Semester) nbWuG Mit der Bitte um Überarbeitung! – Stand: WS04/05 Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 1 von 31 HUMANGENETIK += Allgemein Lebenszeitprävalenz für - eine monogene Erkrankung - Chromosomenabberationen - angeborene Fehlbildungen 0,5 – 1,4% 0,6 – 0,9% 2,0 – 5,0% Mutationstypen: 1. Substitution (Austausch) 2. Deletion (Verlust) 3. Insertion (Einschub) Strukturelle Chromosomenabberationen - Deletion, z.B. interstitiell?; partielle Monosomie eines Chromsomenabschnitts - Duplikation: partielle Trisomie dieses Abschnittes - Inversion: parazentrische/perizentrische; wichtig: Ist jedes Gen doppelt vorhanden? - Insertion (balancierte Translokation) s.u. - Translokation: terminaler Anbau mit Austausch, z.B. t(1;3) - Ringchromsom: Endabschnitte zweier Chromosomen fehlen Monogen Defekt innerhalb eines Gens führt zur Erkrankung autosomal rezessiv meist Enzymdefekte autosomal dominant meist Strukturprotein- oder Rezeptordefekte Bsp.: autosomal rezessiv Mucoviszidose, Phenylketonurie, Xeroderma pigmentosum, Pseudocholinesterasemangel, adrenogenitales Syndrom (AGS), Hämochromatose, Galaktosämie, Glykogenosen, Taubstummheit ? Sichelzellanämie, Albinismus, Friedreich Ataxie autosomal dominant Apert-Syndrom, Chorea Huntington, Marfan, Neurofibromatose, Osteogenesis imperfecta (I, IV), Syndaktylie, Myotone Dystrophie ? FAP, Rb (in 5%), Achondroplasie (80% Neumutation), Li-Fraumeni, fam. Hypercholesterinämie (IIa) X-chr. rezessiv Deuteranomalie, fragiles X-Chromosom??, Glc-6-P-DH-Mangel Hämophilie A&B, Muskeldystrophien (DMD) X-chr. dominant Vit.D-resistente Rachitis Polygen: Defekt mehrerer Gene führt zur Erkrankung; häufig Schwellenwerteffekt Bsp.: D.m., Hypertonie, Adipositas Komplex: genetische Faktoren + Umweltfaktoren Zwillingsstudien – Konkordanzraten Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 2 von 31 Bsp.: Klumpfuß (1:200-1:500), Neurodermitis, Psoriasis, Tbc ?? Zytogenetische Auflösung: 500 Bandenniveau ab 5-10Mb 850 Bandenniveau (high resolution), ab 3Mb Bei erhöhtem väterlichen Zeugungsalter steigt das Risiko für genetische Störungen durch dominante Neumutationen (z.B. Achondroplasie) Kopplungs-Disäquilibrium bezieht sich auf Genloci je näher sie beeinander liegen, desto häufiger werden sie miteinander vererbt Rekombination = neue Kombination benachbarter Genloci (weibliche Keimbahn >> männl.) Beobachtete Rekombinationshäufigkeit = Entfernung der Loci in cM (centi Morgan) Kopplungsungleichgewicht: Krankheitslocus bevorzugt gekoppelt mit einem bestimmten Allel; Grund: bei monogenen Erkankungen häufig Gründereffekt Segregationsanalyse mittels genetischer Marker Bsp.: In einer Familie mit einer autosomal-dominant vererbten Krankheit (100% Penetranz) ist das defekte Gen mit dem Allel A eines polymorphen Lokus gekoppelt. Die genetische Distanz beträgt 3 cM. Die molekularbiologische Analyse ergibt, daß ein Erkrankter das Allel A an sein Kind vererbt hat. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit für das Kind, ebenfalls zu erkranken? Multifaktorielles Schwellenwertmodell (Gaußsche Glockenkurve: bei Verwandschaft 1. Grades Verschiebung um +1/2x, bei 2.Grades + 1/4x) KH mit Schwellenwerteffekt: LKG-Spalte, angeborene Hüftgelenksluxation, Pylorusstenose, Spina bifida u. Klumpfuß Unterschiedlicher Schwellenwert-Carter-Effekt bei multifaktorieller Vererbung z.B. niedriger Schwellenwert beim Mann mehr schlechte Allele bei erkrankter Frau Kinder einer erkrankten Frau, öfters erkrankt low liability high Die angeborene Pylorusstenose sowie der Klumpfuß bevorzugen dabei das männliche, die Hüftluxation dagegen das weibliche Geschlecht. Sollte ein betroffenes Elternteil dem weniger häufig betroffenen Geschlecht angehören, erhöht dies das Risiko ebenso wie eine besonders starke Ausprägung der Erkrankung bei einem nahen Verwandten. Söhne betroffener Mütter besitzen in Bezug auf die angeborene Pylorusstenose ein Risiko von 23%, bei betroffenen Vätern beträgt dieses nur 6,5%. Autosomal rezessiv 1:2:1 (Segregation) p(heterozygot) = 0,66 Heterogenie Taubstummheit: autosomal-rezessiv Gene v. Krankheiten mit gleichem Phänotyp können auf verschiedenen Chromosomen lokalisiert sein und unabhängig voneinander vererbt werden. Die Kinder zweier Taubstummer sind somit für beide genotypisch unterschiedlichen Formen der Taubstummheit heterozygot bei voller Hörtüchtigkeit Marfan-Syndrom Punktmutationen (Thema des Praktikums) Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 3 von 31 Assoziation bezieht sich auf die gemeinsame Vererbung von Allelen an verschiedenen Genloci Linkage Disequilibrium (LD) = Assoziation SNP: Single Nucleotide Polymorphism ca. 1 SNP auf 600bp stabil, kaum Neumutationen binär, einfach zu automatisieren Geeignet für Assoziationsstudien selten krankheitsverursachend SNP-Typisierung mittels TAQMAN Die genetisch bedingte Variabilität wird durch die Heritabilität ausgedrückt Amniozentese in der 14.-16. SSW Chorionzottenbiopsie bereits in der 8.SSW Mosaike sind nebeneinander vorliegende Zellreihen mit unterschiedlichen Chromosomensätzen, die nur postzygotisch durch eine mitotische “non-disjunction” oder durch einen Chromosomenverlust entstehen können Durch Mutation entstandene, unterschiedliche Genformen an einem Locus werden als Allele bezeichnet. Als „genetic compound” (compound heterozygot) bezeichnet man das Phänomen, dass unterschiedliche Mutationen auf Schwesterchromosomen an dem gleichen Locus zur Ausprägung rezessiver Erkrankungen führen Antizipation: Zunehmende Verstärkung der Krankheitsmanifestation in aufeinanderfolgenden Generationen. Expressivität:Art der phänotypischen Auswirkung eines genetischen Merkmals. Penetranz: Maß für die Häufigkeit, mit der sich ein bestimmter Gendefekt phänotypisch manifestiert. Genetische Heterogenität: liegt vor, wenn eine Erkrankung durch Defekte in verschiedenen Genen hervorgerufen wird. Mikrodeletion: Verlust von chromosomalem Material auf einem der beiden homologen Chromosomen, der zytogenetisch nicht sichtbar ist und in der Regel mehrere Erbanlagen umfasst. Polymorphismus: Genetisches Merkmal ohne Krankheitsassoziation, das in der Population in verschiedenen Ausführungen vorkommt Wildtyp: „normales“ genetisches Merkmal Bsp. für Karyotypformeln 46,XX,dup(8)(p22p23) = 46,XX,del(8)(p22p23) = 46,XX,inv(8)(p12q21.1) = 46,XX,inv(8)(p22p23) = 46,XY,t(4 ;8)(p15.1;q24.1) = 46,XY,der(4)t(4;8)(p16;p23) = partielle Trisomie 8p partielle Monosomie 8p balanciert, perizentrisch balanciert reziproke Translokation, balanciert unbalancierte Translokation, partielle Monosomie 4p in Kombination mit partieller Trisomie 8p Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 4 von 31 Neurofibromatose 1 : 2500/3000 Neugeborene, damit eine der häufigsten monogenen Erkrankungen, autosomal dominant oder Neumutation (50%, v.a. paternal), in 5% Mikrodeletion in NF1 100% Penetranz, sehr variable Expressivität (Diagnose im frühen Kindesalter nicht eindeutig) Lebenserwartung: – 10-15a peripherer Typ (NF1): syn.: von-Recklinghausen-Krankheit Genlokus: 17q11.2; Genprodukt: Tumorsuppressorprotein: Neurofibromin Funktion: NF1 Bremse für p21 Herunterregulation der GTPase Mutationseffekt: LOF (loss of function) Klinik: periphere Neurofibrome („Klingelknopfphänomen“?) (postpubertär) > 99% Café-au-lait-Flecken (Pigmentanomalien) (Geburt – Pubertät) > 99% Lisch-Knötchen der Iris (ab 3. LJ) 90-95% Freckling? 67% Lernschwierigkeiten 30% Skelettanomalien, Skoliose 30% Gehirntumore (v.a. Optikusgliome) / plexiforme Neurofibrome (Sarkome) 3-5% Makrozephalie Hypertension (Vaskulopathie, Phäochromozytom u.a) [ zentraler Typ (NF2) 1 : 40.000 autosomal-dominant Genlokus: 22q12.2, Genprodukt: Schwannomin typisch doppelseitiges Akustikus-Schwannom; Meningeome ] Diagnostische Kriterien nach Gutmann (´97) bestätigt, wenn größer gleich zwei der folgenden Kriterien vorliegen: › ≥ 6 Café-au-lait-Flecke über 5mm bei präpubertären und über 15mm bei postpubertären Patienten › ≥ 2 Neurofibrome oder 1 plexiformes Neurofibrom › „Freckling“ der axillären oder Inguinalregion › Optikusgliom › ≥ Lisch-Knötchen (melanozytische Irishamartome) › Typische ossäre Läsion wie sphenoidale Dysplasie oder kortikale Verdünnung langer Röhrenknochen mit oder ohne Pseudarthrose › Ein erstgradiger Verwandter mit NF1 entsprechend dieser Kriterien Risiko der Erblindung durch Optikusgliom (jährliche Kontrollen, auch d. anderen Symptome) Risiko für maligne Tumoren erhöht (ca. 10% für maligne Schwannome) Mediane kumulative Lebenserwartung nicht wesentlich vermindert Phakomatosen neurocutane Hyperproliferationssyndrome mit gut- und selten bösartigen Hyperproliferationen v.a. von ektodermalen Gewebebestandteilen Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 5 von 31 Osteogenesis imperfecta 1 : 10.000 – 20.000 Syn: Glasknochenkrankheit autosomal dominant Genotyp-Phänotyp-Korrelation (s.u.) Klinik – Hauptmerkmale: Erhöhte Nochenbrüchigkeit Blaue Skleren Leichte Gelenküberstreckbarkeit - - - Weitere häufige Merkmale Blutungsneigung Dentinhypoplasie, Kariesanfälligkeit spontan auftretende Knochenbrüche, Verformung von Knochen, Minderwuchs, defekte Zahnbildung, Schwerhörigkeit (progressiv wg. Otosklerose), blaue Skleren (weil dünner) Kollagen Typ I bei den meisten defekt, autosomal dominante Mutation im Gen COL1A1 o. 2 (COL1A1: 17q21-22, COL1A2: 7q22); N: (Gly-X-Y)n (X: (Hydroxy-)Prolin; Y: (Hydroxy-)Lysin) Anteil neuer Mutationen ist hoch Lokalisation d. Mutation im Gen beeinflusst den Phänotyp starke Veränderung: Mutation weiter C-Terminal (3’) schwere Form (Positionseffekt) 1. Normales Prokollagen: pro1 (2x), pro2 (1x) 2. verminderte Synthese von Prokollagen 1 3. defektes Prokollagen infolge Mutation Missense-Mutation: (½ normale, ½ veränderte Ketten) ¾ d. Kollagenmoleküle defekt (Substitution im N-Terminal) Restfunktion d. Knochens: milde Form Nonsense-Mutation (1 Allel funktionsunfähig) 1 1-Kette fehlt Knochmatrix aus weniger Prokollagen, aber unverändert Art und Position d. Mutation wichtig - Mutationseffekt: dominant negativ (typisch für Eiweiße in Polymeren) Sehr variabler Krankheitsverlauf: Typeneinteilung I – IV; Typ I kann relativ milde verlaufen, Typ II führt meist zur Rollstuhlpflichtigkeit, Typ III und IV zeigen schwere connatale Manifestation mit connatalen Frakturen bzw. Deformitäten (frühletal) Vrolik-Krankheit: Typ II a, b, c; u.a. starke Verbiegung d. langen Knochen (Pseudomikromelie) Besondere Maßnahmen: Traumen vermeiden, Biphosphonat-Therapie Apert-Syndrom 1 : 130.000 Neugeborene, gehört zu den Akrozephalosyndaktylie-Syndromen* autosomal-dominant, Genlokus: 10q26 ; Genprodukt: Fibroblast growth factor receptor 2- Gen (FGFR2) Klinik: - vorzeitige Schädelnahtverschmelzung (Turmschädel) - multiple Gesichtsdeformierung - komplexe Syndaktylien, Brachydaktylie Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 6 von 31 - geistige Retardierung (in 80%) Mutationseffekt: Gain of function Rezeptor sendet dauerhaft Signale aufgrund der Mutation * + sog. Nicht-Apert-Typen: Saethre-Chotzen-Syndrom, Pfeiffer-Syndrom X-gebundene Vererbung X-gebunden rezessiv X-gebunden dominant X-gebunden dominant mit Letalität Hemizygoter (Incontinentia pigmenti Bloch-Sulzberger) Sonderformen Besonderheiten: - Hemizygotie im männlichen Geschlecht (XY) - weitgehende Inaktivierung eines X-Chromosoms im weiblichen Geschlecht - pseudoautosomale Region (PAR) – nicht inaktiviert im distalen Teil d. Y-Chromosom Region, in der regelmäßig eine Rekombination mit einer homologen Region d. X-Chromosomen eintritt; z.B. Pachytän, End-zu-EndAneinanderlagerung v. X-&Y-Chromosomen, Paarung homologer Sequenzen - Genreichtum (4000) im Vergleich zum Y-Chromosom Lyon-Hypothese (Mary Lyon, ’62) - Inaktivierung eines X-Chromosoms im weiblichen Geschlecht in der frühen Embryonalphase (Blastocystenstadium ~ 12.-16.Tag) - zufällig maternales oder paternales X inaktiviert - Inaktivierungsmuster wird weitergegeben an Tochterzellen (klonale Inaktivierung) - Aufhebung nur bei Keimzellbildung! Gendosiskompensation s.u. (funktionelle Hemizygotie), funktionelles Mosaik Mechanismen: Hypoacetylierung der Histone Methylierung von CpG-Inseln Initiierung durch das Gen XIST auf X, das inaktiviert ist XIST produziert mRNA, die das X-Chromosom umhüllt... (XIST-RNA-Komplex: X-Chromatin-Barr-Körperchen) Bsp.: - Muskelzellen mit geschädigtem Dystrophin gehen zugrunde leichte CK-Erhöhung; aber wegen funktionstüchtigem X kompensiert Bei heterozygoten Frauen in 8% milde klinische Zeichen - weibliche Heterozygote für X-chromosomalen Mangel von HGPRT (HypoxanthinPhosphoribosyltransferase): es finden sich Zellen mit u. ohne HGPRT-Aktivität; s.a. Lesch-Nyhan-Syndrom X-gebunden rezessive Erkrankungen Häufigkeiten: Rot-Grün-Blindheit Muskeldystrophie Duchenne / Becker 1 : 100 1 : 3000 Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 7 von 31 Hämophilie A/B 1 : 10.000 mentale Retardierung (14% aller MR), 20 – 40% mehr Männer mit MR als Frauen: 1,5 : 1 Charakteristika: Heterozygote Frauen sind klinisch unauffällige Konduktorinnen Söhne von Konduktorinnen zu 50% betroffen Töchter von Konduktorinnen zu 50% Konduktorin Söhne betroffener Männer gesund Töchter betroffener Männer Konduktorinnen Formel von Bayes: Errechnung der Wahrscheinlichkeit [p(A/B)], dass das Ergebnis bei positivem Test beim Merkmalsträger eingetreten ist. Bsp. Schwester vierer gesunder Brüder fragt nach dem Risiko für ihre Kinder, an DMD zu erkranken, weil ihre Großmutter Konduktorin ist. Mutter a priori bedingte Wahrscheinlichkeit kombinierte Wahrscheinlichkeit a posterior (Formel v. Bayes) Konduktorin ½ nicht-Konduktorin 1/2 1/16 1 1/32 1/2 1 2 1 32 1 1 1 17 32 2 1 1 32 2 für 4 gesunde Söhne 16 17 Rot-Grün-Blindheit 1 : 100 Defekt in Farbrezeptoren in den retinalen Zapfen nach ungleichem crossing-over Protanomalie/-anopie, Deuteranomalie/-anopie Dystrophinopathien Duchenne & Becker-Kiener Genlokus: Xp21.2, DMD-Gen größtes Gen im Organismus: 2,3 Mio Bp; Genprodukt: Dystrophin: Bindeglied zwischen Actinfilamenten und extrazellulärer Matrix Neumutationsrate bei Duchenne: 33% X-chromsomal rezessive Vererbung Duchenne 1 : 3500 [6000]* Jungen bösartige Beckengürtelform Msk.schwäche progressiv, symmetrisch Kardiomyopathie Manifestation < 5J Rollstuhlabhängig. < 13J Lebenserwartung ~ 20J Creatinkinase* +++ (10[0]fach erhöht) Dystrophin Fehlend (<5%) Häufigkeit Syn. Becker 1 : 20.000 Jungen gutartige Beckengürtelform progressiv, symmetrisch Kardiomyopathie Später, meist > 5 Jahre > 16J ~ 40J (-50J – variabel!) ++ (5-[10]fach erhöht) Reduziert oder abnorm Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 8 von 31 größere Deletionen ~ 60% Duplikationen ~ 5% Punktmutationen 30% überwiegend Nonsense- und Frameshift-Mutation Funktionsverlust schwerwiegend ~ 60% ~ 5% 15% überwiegend Missenseoder Splice-Mutationen ohne Frameshift, sog. „in frame“ Restfunktion * unterschiedl. Angaben in VL u. Praktikum Klinik vergleichbar: Hauptmerkmale: symmetrische Muskelschwäche mit proximaler Betonung Pseudohypertrophie der Waden - Weitere häuige Merkmale: belastungsinduzierte Muskelkrämpfe Entwicklung von Kontrakturen Herzmuskelbeteiligung im Sinne einer DCM Verlauf chronisch progressiv Beginn im Beckengürtel Schwierigkeiten beim Aufrichten („An-sich-hoch-ziehen“) – sog. Gowers-Manöver Pseudohypertrophie bes. der Wadenmuskulatur (Gnomenwadeln) Lendenlordose Übergang auf andere Muskelgruppen Herzmuskelbeteiligung (Dilatative Cardiomyopathie) Geistige Retardierung bei ca. 30% Diagnostische Strategie: Deletionsnachweis mittles Multiplex PCR oder Southern-Blot ~ 60% Punktmutationsscreening oder Muskelbiopsie mit Dystrophin-Nachweis Muskelbiopsie: Morphologie, Immunhistologie, Western-Blot Sequenzierung Dystrophin-Gen ( Routine) Pränataldiagnostik: o direkt: Nachweis der DMD-Mutation o indirekt: Nachweis des gleichen DMD-Allels wie bei einem betroffenen Familienangehörigen Carrierdetektion (s.u.): o FISH-Analyse bei Deletion o Mutationsnachweis durch Sequenzierung o indirekte Analyse Bsp. für X-Inaktivierung: Weibliche Carrier haben zu 30-50% leicht erhöhte CK-Werte (210fach), können leichte Symptome aufweisen wie milde Muskelschwäche, Myaligien/Krämpfe, linksventrikuläre Dilatation oder DCM. Mukoviszidose Syn. Cystische Fibrose, CF 1 : 2000-2500 Neugeborene in Europa (eine der häufigsten angeb. Stoffwechselerkrankungen) Autosomal-rezessiv - Häufigstes monogenes Erbleiden! Genlokus: 7q31.2; Genprodukt: CFTR (cystic fibrosis transmembrane regulator) – Cl- -Kanal 4-5% heterozygote Träger (1 : 25) Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 9 von 31 Populationsgenetik: 72% der F508-Mutationen führen zu „CF“ eine häufig, viele selten! Herkunftsland wichtig: In Ö R1162X immerhin 8,2% v.a. unter der weißen Bevölkerung auftretend! Klinik: pulmonale Manifestation: chron. Obstruktion, zähflüssiger Mukus, rekurrente Infekte... intestinale Manifestation: Pankreasfibrose, exo- & endokrine Insuffizienz, Mekoniumileus Kardinalsymptome: › chronisch obstruktive Lungenerkrankung › exokrine Pankreasinsuffizienz › deutlich erhöhte Kochsalzwerte im Schweiß › männliche Infertilität Manifestation im Erwachsenenalter: zunehmende Degeneration d. Gallengangsepithelien (fibrot. Leberschäden, Gallensteine, biliäre Zirrhose) Männer: Infertilität (Verschlussazoospermie) 1/3 der Patienten erreichen 30. LJ bei umfangreicher Versorgung (Herz-Lungen-TX) 50% d. CF-Patienten sind homozygot (unabh. Vererbung mütt./vät. Allele: ¾ . ¾ ~ 50%) Indikation zur Diagnostik: Neugeborene: Mekoniumileus Säuglinge + Kleinkinder: Gedeihstörung, rezid. Bronchitiden, rezid. Nasenpolypen Erwachsene: unklare Hepatopathie, Infertilität (♂) Methoden: Iontophoretischer Schweißtest: Na+ & Cl- > 60mmol/l (ab 3.Monat) (bei 98% d. CFPatienten gültig!) – wichtigster Test (N: < 40mmol/l) Nasenpotentialdifferenzmessung < 35-40mV Rektumbiopsie (Chloridsekretion) CFTR-Mutationsanalyse (80% d. Mutationen erfasst) Einteilung: Die durch eine CFTR-Mutation ausgelösten Störungen in der CFTR-mRNA und Protein werden in 5 Klassen eingeteilt: Normal I No Synthesis Nonsens Frameshift Splice junction II Block in Processing Missense N1303K DeltaF508 III Block in Regulation Missense G551D IV Altered Conductance Missense R117H R347P V Reduced synthesis Missense A455E Alternative Splicing PAGE-Nachweis von F508 & I507 (F = Phe) Auftrennung d. PCR-Produkte im Polyacrylamid-Gel Mutation und Wildtyp unterscheiden sich um 3bp = 1 AS Homoduplex mut ---------------wt -------------------------------------------------- Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 10 von 31 Heteroduplex ---------------- 95bp ---------------- 98bp zusätzliche Banden in der PCR Neben der Hypridisierung zugehöriger Stränge auch Hypridisierung vom Wildtyp und Deletionsstrang SSCP (Single Strand Conformation Polymorphismus) Suchmethode zum Nachweis einer Mutation, ohne zunächst sequenzieren zu müssen DNA wird erhitzt, die Einzelstränge fixiert und mit radioaktiver Sonde versehen; bei Mutationen in einem Strang führt zu unterschiedlicher Konfirmation? Nachteile: Mutationen ohne Konfirmationsänderungen nicht erkannt keine Polymorphismus-Erkennung ~> begrenzte Sensitivität, nicht für Diagnostik geeignet TGGE (Temperatur gradient gel electrophorese) Auftrennen von Fragmenten, die eine Veränderung haben?? (bei -45 - -60°C) nur Heterozygote nachweisbar, bei Homozygoten kein Unterschied, Mutation nicht nachweisbar Mutationssuche (allgemein) Screening: SSCP, TGGE, dHPLC Nachweis: DNA-Sequenzanalyse, Restriktionsverdauung CBAVD (congenital bilateral absence of vas deferens) – Sonderfall der CF kongenitale Aplasie des Samenleiters geschlechtsspezifische Sonderform der CF CFTR Restfunktion (15-30%) Klasse IV Mutationen: Leitfähigkeitsstörung Klasse V Mutationen: reduzierte Synthese (s.o.) Hardy-Weinberg-Gesetz (gern gefragt) Häufigkeit für Heterozygotie einer autosomal-rezessiven Erkrankung: Ein im homozygoten Zustand zu einer schweren Erkrankung führendes Allel a findet sich in einer Population überwiegend unentdeckbar im heterozygoten Zustand. Nur die Homozygoten (aa) fallen durch Erkrankung auf. p q p = Häufigkeit für intaktes Allel A; q = Häufigkeit für defektes Allel a p p² pq (q + p)² = 1 q² + 2pq + p² = 1 2pq = Heterozygotie q pq q² Häufigkeit für CF in D = 1 : 2500 = q² q = 1/50 p = 1-q = 49/50 ~ 1 ~> 2 . 1/50 . 1 ~ 1/25 = heterozygoter Anteil – Heterozygotenrate: 4% Risiko zweier heterozygoter Partner für ein CF-Kind: 1 : 4 ! Bsp.: In einer Population ist jeder 50. Mensch für ein bestimmtes Gen heterozygoter Genträger. Wie hoch ist die Homozygotenhäufigkeit? (03/96) Eine autosomal-rezessiv erbliche Krankheit tritt mit der Häufigkeit von 1/40 000 auf. Wie groß ist die Häufigkeit p des normalen Allels und die Häufigkeit q des abnormen Allels in der Bevölkerung bei Panmixie? (03/97) Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 11 von 31 Die Geschwister II1 / II2 leiden an einer Krankheit mit autosomalrezessivem Erbgang, die mit einer Häufigkeit von 1:40000 auftritt. Das ratsuchende Ehepaar II3 / II4 ist gesund, und in der Familie des Mannes kommt die Krankheit nicht vor. (siehe Abbildung) Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein Kind des Paares II3/II4 an der Krankheit von Tante und Onkel leidet?(03/98) Indirekte Genanalyse für monogene Erkrankungen häufig verwendete Polymorphismen: RFLP (Restriktionsfragment-Längenpolymorphismus) sog. „Marker“, die nach Mendel’schen Regeln vererbt werden – Rekombinationsvorgänge können Gen und Marker trennen! Kopplungsanalyse mehrerer Generationen bezüglich der Vererbung von Krankheit und Marker nötig alle 100bp Unterschied in Nukleotidsequenz eines DNA-Abschnitts vers. Individuen, Größe eines Restriktionsfragments unterschiedlich Analyse mittels bakterielle Restriktionsendonukleasen und Southern-Blot Analyse hat mit Mutation nichts zu tun, unterscheidet einfach DNA-Fragmente vers. Größe aus der gleichen Region Mikrosatelliten – häufigste Form der repetitiven DNA: (CA)n mit n = 2-10bp das humane Genom enthält ca. 50.000-100.000 polymorphe (CA)n-Blöcke PCR-Analyse? SNPs: Einzel-Nukleotid-Polymorphismus; Unterschied betrifft eine Nukleotidbase, durch Sequenzierung relativ leicht nachgewiesen; alle 600bp ein SNP, ~ 1,8 Mio im Gesamten Genom X-gebunden-dominant mit Letalität Hemizygoter: Incontinentia pigmenti Bloch-Sulzberger ~ 1 : 30.000 Mädchen ektodermales Fehlbildungssyndrom, häufig Neumutationen Stadienhafter Verlauf: I: Vesikuläres Stadium, streifenförmig II: veruköses Stadium III: Kleinkind-Pigmentverschiebung: Zahn-/Nagelanomalien IV: atrophisches Stadium (Alopezie d. Kopfhaut?) Abort bei XY und XXY-Karyotyp (Klinefelder-Syndrom, s.u.) Autosomale Trisomiesyndrome Trisomie 21 Syn.: Down-Syndrom, (Mongolismus) 1 : 1500 Neugeborene (1 : 700-1000); m:w 2:1 Inzidenz korreliert mit Alter der Mutter trisome Imbalance der Region zwischen 21q22.1 & 21q22.3 in 95% klassische, freie Trisomie, d.h. dreifaches Chromosom 21 infolge Non-disjunction während der ersten oder zweiten Zellteilung der Meiose (Karyotyp: 47, XY,+21) oder Mosaiktrisomie in 2% Translokationstrisomie in 3,3% in wenigen, fam. auftretenden Fällen Translokation des zusätzlichen Chromosom 21 o. eines wesentlichen Stücks davon auf ein anderes Autosom (meist 14, 21 o. 22); (Karyotypen: 46,XY,-21,+t(14q;21q) oder 46,XX,-21,+t(21q,21q)) Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 12 von 31 Häufigste Form der Translokationstrisomie ist die unbalancierte Robertson’sche Translokation von Chr. 21 auf ein anderes akrozentrisches Chromosom (13,14,15,21,22); rob(13;21): 46XY,t(13;21)(p10;q10) Achtung: 46 Chr., aber trotzdem unbalanciert! Kann neu entstanden oder aus balanzierter Translokation (sog. balanzierte Robertson’sche Translokation) von einem Elternteil ererbt sein. Daher bei V.a. Down: Chromosomenanalyse des Kindes, bei Translokationstrisomie 21 zusätzliche Elternuntersuchung! Risiko der Tranlokationstrisomien altersunabhängig! Klinik (meist erhebl. aber individuell vers.) Hauptmerkmale: Muskuläre Hypotonie, psychomotorische Retardierung Multiple kleine Anomalien: flaches Gesichtsprofil, mongoloide Lidachse, Epikanthus, breiter, kurzer Nachken, Mikro-Brachycephalie, relativ kleine Ohren, relativ große Zunge, Vierfingerfurche, Sandalenlücke, Klinobrachydaktylie V. Weitere häufige Merkmale: Angeborene Herzfehler (v.a. Septierungsdefekte) Gastrointestinale Fehlbildungen (M.Hirschsprung, Duodenalatrese, u.a.) Hör- und Sehstörungen Transiente neonatale Myelodysplasie Hypothyreose Krankheitsverlauf: Gehäuft Infekte Läukämierisiko Vorzeitige Alterung Mittlere Lebenserwartung 49 Jahre IQ bei jüngeren Patienten meist 25-50 aus der VL: Muskelhypotonus mit Überstreckbarkeit der Gelenke kleiner runder Schädel, flacher Hinterkopf, flaches Gesicht kurzer, breiter Hals mit überschüssiger Haut nach lateral ansteigende Lidachsen = Epikanthus; daher früher Syn.: Mongolismus Makroglossie, geöffneter Mund relativ kleine Ohren 4-Finger-Furche an der Hand (in 60%) – (radiologisch immer Hypoplasie der Mittelphalange des 5. Fingers) Sandalenfurche am Fuß (= weiter Abstand zwischen der 1. und 2. Zehe) Herzfehler in 40%, typisch: AV-Kanal, VSD in 60% Gastrointestinale Fehlbildungen in 12%, v.a. Duodenalatresie, M. Hirschsprung mentale Retardierung (IQ 25-50, Ausnahmen) – häufigster Grund! sozial gut integrierbar und förderbar Frauen fruchtbar, Wiederholungsrisiko empirisch bei 40% 80% erreichen das 30.LJ Beschleunigte Alterung, verkürzte Lebenserwartung (50-60 Jahre) Leukämierisiko bei 1% Polydaktylie, ein kleiner Finger zuviel Lippen-Kiefer-Gaumenspalte Brushfield-Flecken: kleine weiße Flecken der Iris Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 13 von 31 - Nackenödem zw. 11.-14.SSW als Hinweis auf Chromosomenabberation (13, 18, 21) evtl. pränatale Diagnosestellung durch Amniozentese oder Chorionzottenbiopsie unsicherer, aber nicht invasiv: Ultraschall + Triple-Test, erniedrigte AFP-Werte (Triple aus Serum: AFP, HCG, unkonjugiertes freies Östradiol) Besondere Maßnahmen: › Primäre Herzultraschalluntersuchung bei Erstdiagnose › Kontrolle der entsprechenden Organsysteme › Im Säuglings- und Kleinkindesalter regelmäßige Kontrolle der Schilddrüsenwerte › Fördermaßnahmen Gametogenese: Meiotische non-disjunction in der 1. meiotischen Teilung: Monosomie ( Abort) Trisomie Trisomie 16: häufigste autosomale Trisomie Abort Trisomie 13/18/21: Fehlgeburt alle autosomalen Monosomien Abort! Vorgang der Chromsomenpräparation Wiederholungsrisiko o freie Trisomie (de novo) empirisch: o Translokationstrisomie 21 - de novo: - vererbt: o Balancierte 21/21 45,XX,-21,-21,+t(21q;21q) Mutter < 38J. Mutter > 38J. theoretisch : empirisch: theoretisch: empirisch: ~ 1% 2 – 5% (pränatale Diagnostik empf.) 0% ? 25% 4%, wenn Vater Träger der Transl. 10%, wenn Mutter Trägerin 100% - (50% monosomale Gameten Abort) Translokationstrisomie Trisomie 13 Syn.: Pätau-Syndrom 1 : 6.000 Lebendgeborene, pränatale Selektion, nur 5% werden ausgetragen Karyotyp: 47,XY,+13, 47,XX,+13 w: m: 1:1 freie Trisomie 13 durch meiotische Nondisjunction in ~ 75% Translokationstrisomie in 40% familiär Klinik: - LKG-Spalte, doppelseitig (60-80%) - Hexadaktylie - Mikrophthalmus (‚Monstrum sine occulis’) - ZNS-Fehlbildungen: Holoprosenzephalie o. Arhinenzephalie, Monoventrikel, ein Telencephalonbläschen, Anfälle - Skalpdefekte - Herzfehler in 80% - mittlere Lebenserwartung: 4 Monate! (Mortalität im 1.LJ > 90%) Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 14 von 31 Trisomie 18 Syn.: Edwards-Syndrom 1 : 3000 w : m: 3-4 : 1 Karyotyp: 47,XX,+18 o. 47,XY,+18, seltener Mosaiktrisomie 18 Klinik: - Untergewicht - «typische Fazies», tiefsitzende, dysplastische Ohren - Beugekontrakturen der Finger (z.B. Zeigefinger über Mittelfinger) - ungenügende cerebrale Differenzierung - Herzfehler in über 50%, hoher VSD typisch - sehr geringe Lebenserwartung, nur einige Tage (Mortalität im 1.LJ > 90%) Trisomie 18 – Mosaik: - mitotische non-disjunction - meiotische non-disjunction und „trisomic zygote rescue“: Fehler während der Meiose, überzähliges Chromosom geht verloren Proliferationsvorteil Bsp.: Eineiige Zwillinge: Kind 1: Down-Syndrom als Mosaik (in 60% im Blut) Kind 2: phänotypisch gesund genetischer Unterschied! Geschlechtsdifferenzierung - Testisdeterminierender Faktor SRY = TDF sex determing region y - PAR: pseudoautosomale Region mit regelmäßiger Rekombination mit homologer Region des X-Chromosoms - HMG-Box (high mobility group): mutationsanfällig Unterbrechung der männlichen Fetalentwicklung mit unvollständig ausgebildeten weiblichen Phänotyp Transkriptionsfaktor (TF) am Anfang einer Signalkaskade (SRY SOX9 DMRT1 DMRT2 ATRX) - Hermaphroditismus: Intersexualität, sex. Merkmale beider Geschlechter Hermaphroditismus verus 45,X / 46,XY 46,XX/X,Y Mosaike, beide Chr. gemischt Männliche und weibliche Strukturen existieren nebeneinander Pseudohermaphroditismus masculinus: 46,XY; Syn.: Swyer-Syndrom 1 : 100.000 w Gonaden männlich, äußere Genitale u. sek. Geschlechtsmerkmale vorwiegend weibl. Minimalform: Hypospadie (untere Harnröhrenspalte) Differenzierungsebene stimmt nicht überein, ferner: ‚Brain imprinting’ durch Testosteron Gonaden einheitlich, jedoch äußere Genitale intersexuell reduzierte Schambehaarung Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 15 von 31 1. Testikuläre Störung: Mutation auf 9p24 46,XX del(9)(p24) normal weiblich 46,XY del(9)(p24) intersex. Genitale 2. Störung der Androgen-Biosynthese im Cholesterol-Stoffwechsel 3. Störung der Androgen-Wirkung - Androgenrezeptordefekt (Testosteron-BS ungestört) - Xq11-12 - Testikuläre Feminisierung Malignomgefahr (kein Ovar, stattdessen Testis bei 37°C!) erhöhte Testosteronspiegel – X-chromosomal rezessive Vererbung - „Hairless-Woman“ Pseudohermaphroditismus femininus: 46,XX; Gonaden weiblich, äußerer Habitus vorwiegend männlich 1 : 10.000 m Heterozygotenfrequenz 1 : 40 Ursache meist Translokation mit Gewinn der SRY-Genregion durch illegetimes Crossingover zwischen X- und Y-Chromosom in der väterlichen Keimzellreifung Androgeneinwirkung in der Schwangerschaft, z.B.: Exogen: z.B. Medikamente (Hormonbehandlung), NNR-Tumoren der Mutter (während Grav) Störungen der Cortisol-Biosynthese - v.a. 21-Hydroxylase-Defekt (AGS: Adrenogenitales Syndrom) - CYP21B, Chr.6, autosomal rezessiv - Heterozygotenfrequenz: 1 : 40 Klinik: - Virilisierung mit Klitorishypertrophie - Minderwuchs - männliche Behaarung Adrenogenitales Syndrom (AGS) autosomal rezessiv, Enzymdefekt d. Cortisolproduktion (21-Hydroxylase-Mangel) 3 Formen: - 21-OH-Mangel ohne Aldosteronmangel: Virilisierung, Kleinwuchs; 1 : 10.000 ACTH-Ausschüttung NNR-Hyperplasie Cortisolvorstufen u. Androgene Bei Mädchen: Pseudohermaphroditismus femininus Bei Jungen: Pseudopubertas praecox, Penishypertrophie - 21-OH-Mangel mit Aldosteronmangel: Salzverlustkrise, Virilisierung, Kleinwuchs kongenitales AGS + Störung der Mineralokortikoidbiosynthese - Spät-manifestierende Form: Hyptertrichose, Menstruationsstörungen Ullrich-Turner-Syndrom Monosomie X 1 : 2500 w (Gonosomenstörung im weiblichen Geschlecht) postmitotischer Chromosomenverlust, kein Barr-Körperchen, schwache Mosaike kein Bezug zum mütterlichen Alter!! Für Turner-Phänotyp ist die Monosomie Xp verantwortlich. In 20% Mosaik mit zweiter Zelllinie mit normalen Chromsomensatz (45,X/46,XX usw.) Gefahr der Gonadoblastomentstehung (Bei Mosaik mit Zelllinien, die Y-Material enthalten) Hauptmerkmale: Kleinwuchs Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Fehlende Pubertätsentwicklung (Gonadendysgenesie) Kongentiales Lymphödem Stand: WS04/05 – Seite 16 von 31 weitere häufigere Merkmale: Nierenanomalien (Hufeeisenhiere u.a.) Herzfehler (Aortenisthmusstenose u.a) Schildthorax (breiter, flacher Thorax mit weitem Mamillenabstand) Multiple kleine Anomalien: breiter Hals (auch Pterygium colli), tiefe, inverse Haarlinie, abstehende Ohren, Ptose, Epikanthus, „Sphinx-Gesicht“, Brachymetakarpalie IV, V, Hörstörungen Klinik: - Kleinwuchs (< 150cm) - Gonadenagenesie (rudimentäre Streak-Ovarien), ausbleibende Pubertät, primäre Amenorrhoe - angeborene Herzfehler (oft Aortenisthmusstenosen) - Schildthorax - Nierenfehlbildungen (Hufeisennieren, einseitige Niere) - Lymphödem an Hand- & Fußrücken, bildet sich i.d.R. spontan zurück - Intelligenz normal (Mittlerer IQ 90) - kleine morphologische Besonderheiten: Sphynxgesicht: breiter Nacken, Flügelfell [Pterygium colli], Brachydaktylie [Verkrümmung Metacarpale], Brachymesophalangie - 95% d. Turner-Anlagen führen zum Abort (bei jedem 3. Abort festgestellt) – Hydrops fetalis Therapie: - Wachstumshormonbehandlung - Pubertätseinleitung durch Geschlechtshormonbehandlung - früh diagnostizieren! Diagnose: Chromosomenanalyse aus Blutzellen (postnatal; nach Mosaik forschen: PCR-Diagnostik Ychromosomaler DNA) SHOX-Gen in Xp22.3 Skelettfehlbildung, Kleinwuchs bei Deletion (kurzer Arm) Pat. mit Turner zu klein (Deletion im SHOX-Gen) idiopathischer Kleinwuchs bei Punktmutation im SHOX-Gen Léri-Weill-Syndrom Syn.: Dyschondrosteosis; mesomeler Minderwuchs, Rumpfdeformitäten... autosomal-dominant, Karyotyp: ♀ 46,X,del(X)(p22.3), ♂ 46,Y,del(X)(p22.3) m:w=1:4 Klinefelter-Syndrom Karyotyp: 47,XXY, seltener auch: 48,XXXY, 49,XXXXY 1 : 1000 mütterliches Altersrisiko! in 80% reiner 47,XXY-Karyotyp Mosaike 20% Neumutation, meiotische Non-Disjunction, X-Chromosom vom Vater nicht vererbbar, da Pat. i.d.R. steril Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 17 von 31 Klinik: - Infertilität durch Hodenatrophie Orchidometer; Hypergonadotroper Hypogonadismus (Leibliche Nachkommen u.U. durch ICSI möglich) - Gynäkoider Habitus: Gynäkomastie, femininer Habitus, hohe Stimme (Mammakarzinomrisiko bei Gynäkomastie erhöht) - Hochwuchs mit Dysproportion (Armspanne > Körperhöhe; „verminderte Ratio oberes/unteres Segment“) - fehlende, verminderte Ausprägung der sekundären Geschlechtsmerkmale (Pubertas tarda) - IQ –10 - 15 Pkt. Lernschwierigkeiten, aber IQ im Normbereich - antriebsarm, müde Substitution d. Testosteronspiegels Dosis-sensitive Genfunktionen - Genprodukte, die Teil eines quantitativen Signalsystems sind, deren Funktion abhängig ist von der partiellen oder variablen Bindung an einem Rezeptor, DNA-Bindungsstelle... - Genprodukte, die miteinander um einen Entwicklungs- oder metabolischen Schalter kompetieren (Entwicklungsgene!) - Genprodukte, die miteinander in festen stochiometrischen Verhältnissen kooperieren (z.B. -&-Globuline oder Strukturproteine) – milde Form der Osteogenesis imperfecta - Einige dosis-sensitive Gene entkommen der X-Aktivierung - unbalancierte Karyotypen führen zu Phänotyp Balancierte und unbalancierte Strukturanomalien Unbalancierte Translokation: partielle Trisomie 9p (Überschuss eines Chr.abschnitts) partielle Monosomie 1p (Fehlen eines Chr.abschnitts) Häufigkeit einer balancierten reziproken Translokation: 1 : 1000 Erhöht das Risiko für unbalancierte Karyotypen bei den Nachkommen (Karyogramm) Unbalancierte, strukturelle Chromsomenaberrationen beachte folgende Trias: - Entwicklungsretardierung, primär (ggf. Anfälle) - mehr oder weniger typische faziale Anomalien oder körperliche Stigmata - Fehlbildungen („Wetterecken“ wie LKG-Spalte, Herzfehlbildungen...) - Wachstumsstörungen (meist kinderlos) Korrelation mit Lage, Größe und Art der Veränderung meist sporadisches Auftreten Balancierte Translokation (Insertion) - zytogenetisch kein Überschuss oder Mangel chromosomalen Materials - oft normaler Phänotyp, aber Risiko für einen unbalancierten Karyotyp bei Nachkommen - auffälliger Phänotyp möglich durch: submikroskopische Deletion im Bruchbereich Disruption eines einzelnen Gens im Bruchbereich (monogene Erkrankung) Haploinsuffizienz: Hälfte der Gendosis nicht mehr ausreichend „contigous gene“-Syndrom: Fehler ist auf Schädigung mehrerer Gene zurückzuführen Definierte Syndrome mit struktureller Chromosomenabberration Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 18 von 31 Übersicht aus Praktikumsskript: Syndrom Klinik Deletierte Bande Verantw. Gen Wolf-HirschhornSyndrom Cri-du-chat Syndrom Williams-BeurenSyndrom Prader-WilliSyndrom AngelmanSyndrom Miller-DiekerSyndrom Smith-MagenisSyndrom DiGeorge Syndrom Dystrophie, MR, Anfallsleiden, Facies 4p16.3 ? Dystrophie, MR, Katzenschrei, Facies 5p15 ? Kleinwuchs, MR, Gefäßstenosen, Facies 7q11 Kleinwuchs, MR, Adipositas, Facies 15q12 paternal Elastingen u. a. ? Dystrophie, MR, Anfallsleiden, Lachattacken, Facies Lissencephalie, Facies 15q12 maternal UBE3A 17p13 LIS-1 MR, Aggressivität, nächtliche Unruhe 17p11.2 RAI Hypoparathyreoidismus, konotrunkale Thymusaplasie, Herzfehler, Facies Kleinwuchs, Lernbehinderung, konotrunkale Herzfehler, Gaumenspalten, Facies 22q11.2 TBX1 22q11.2 TBX1 Retentionshyperkeratose mit grobfeldriger Schuppung Xp22.3 STS (SteroidSulfatase) Velo-CardioFaziales (Shprintzen) Syndrom X-gebundene Ichthyose Wolf-Hirschhorn-Syndrom (WHS) del4p – (WHSCR: WHS critical region: 4p16.3) 1 : 50.000; w:m 2:1 in 80% denovo; in 20% unbalancierte familiäre Translokation! - Gedeihstörung Mikroenzephalie schwere mentale Behinderung Anfallsleiden - typische Facies: „greek helmet“ dicke Nasenwurzel LKG-Spalte Cri-du-chat-Syndrom Syn.: Katzenschreisyndrom 1 : 50.000 Neugeborene, w:m 1:1 erhöhtes Wiederholungsrisiko bei entspr. Translokation bei d. Eltern del5p – (partielle Monosomie) in 90% de novo, in 10% unbalancierte familiäre Translokation! - Mikrozephalie - geistige Behinderung - variable Fehlbildungen - (typische) Facies, Hypertelorismus (vergrößerter Augenabstand, verbreiterter Nasenrücken) - Verlauf, Phänotyp u. Retardierung abhängig von Größe der Deletion Mikrodeletionen - variable Bruchpunkte - häufige Beziehung zwischen Deletion und Ausprägungsgrad Klassische Mikrodeletionen - ungleiches crossing-over zwischen Repeatsequenzen Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 19 von 31 - typischerweise keine terminale sondern interstitielle Deletion, häufig in Regionen erhöhter chromosomaler Instabilität, z.B. in der Nähe perizentromerischer Repeat-DNA relativ häufig: 1 : 4.000 gezielte Darstellung nötig rekurrente Bruchpunkte in homologen Regionen, die kurz hintereinander liegen z.B. DiGeorge / Shprintzen-Syndrom; Williams-Beuren- oder Prader-Willi / Angelman-S. Nachweismethoden für Mikrodeletionen: - FISH: Fluoresenz-in-situ-Hybridisierung – mit Sonde markierter Fluoreszenzfarbstoff Fish-Analyse 1) Präparation der Proben-DNA 2) Markierung der DNA-Sonde (indirekt) 3) Denaturierung von Proben- & Sonden-DNA 4) Applikation und Hypridisierung der Sonde auf das Präparat 5) Posthybridisierungswaschungen 6) Fluoreszenz-Detektion - “FISH-Screening“ nur auf subtelomerische Rearrangements - Mikrosatelliten: sog. STR – short tandem repeats = CA-Marker = Mikrosatelliten Marker für AS: D15S63, D15S122 FISH Einsatz: - zum Nachweis von Mikrodeletionen - zur physikalischen Genkartierung - zur Identifizierung von unbekannten Chromsomensegmenten (z.B. Marker-Chromosom) - zum Nachweis von nummerischen Abberationen in Zellkernen beim pränatalen Schnelltest - Gen-amplifikation- bzw. –Verlust in Tumoren Es kann nur das beobachtet bzw. analysiert werden, was durch die Sonde erfasst wird. Angelman-Syndrom (AS) Harry Angelman (1915-1996): „happy pupet syndrom“ Deletionen von 15q11-q13 maternalen Ursprungs 1 : 15-20.000 Neugeborene - Verlust von ca. 4 Mio. Basenpaaren - fast immer Neumutationen - ungleiches crossing-over in der Meiose - mit 60-80% häufigste Ursache von AS Genprodukt: UBEA3-Gen (Ubiquitin-Protein-Ligase), durch Imprinting nur maternale Kopie aktiv Klinik: - verlangsamte motorische Entwicklung - Extremitäten-Hypertonie & Rumpf-Hypotonie - fehlender Spracherwerb - Ataxie - Epilepsie & EEG-Veränderungen - Mikrozephalie (Kopfumfang < 10. Percentile) - Brachyzephalie (flacher Hinterkopf) - Progenie/Prognathie (überstehender Unterkiefer) & Makrostomie, Zahnlücken; offener Mund Speichelfluss Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 20 von 31 - unmotivierte Lachepisoden Prader-(Labhart-)Willi-Syndrom Das Allel der Prader-Willi-Region ist paternal aktiv, maternal inaktiv (Prägung) Deletion dieser Region führt zur Ausbildung des Syndroms, da das entsprechende andere Allel durch Prägung inaktiviert ist. Stammen beide Chromsomen 15 von ein und demselben Elternteil, z.B. als Folge einer Non-disjunction, ist dies der Deletion eines Chromsoms gleichzusetzen. Gleiche Mikrodeletion im proximalen Abschnitts des langen Arms (q) eines väterlichen/paternalen Chromosoms 15 wie AS (15q11-q13) in 75% in 25% maternale UPD 15 Genprodukt: SNRPN, durch Imprinting nur paternale Kopie aktiv 1 : 1000 ? 1 : 25.000 Klinik: - neonatale Muskelhypotonie „floppy infant“ - Hyperphagie & Fettsucht (Adipositas per magna) - Hypogonadismus - mäßige geistige Behinderung - Kleinwuchs - kleine Hände & Füße - Hypopigmentierung - Diabetes mellitus Genomisches Imprinting (Prägung) - nur ein elterliches Allel wird exprimiert - fehlt dieses aktive Allel (Deletion o.ä.), ist der Patient funktionell nullisom - elternspezifische Methylierung der DNA (epigenetische Modifikation) Methylierungstest – DNA-Spaltung sensitiv auf Methylgruppe - Dosisregulierung bei Wachstumsfaktoren Etwa 2-8% des Genoms von Säugern ist imprinted Weitere Beispiele für elterliche Genprägung sind der Wilms-Tumor, das Osteosarkom. und das Beckwith-Wiedemann-Syndrom... uniparentale Disomie?? Imprinting Mutationen - mütterliches und väterliches Chromosom vorhanden - falsche chromosomale Signale elterlichen Ursprungs - Methylierung des mütterlichen Chromosoms ist, als ob es väterlichen Ursprungs wäre. - führt zu Inaktivierung des mütterlichen Allels - Ursache sind Mutationen im regulatorischen Element (imprinting center) ~ 40% Verlust d. Genfunktion eines elterlich imprinteten Gens: PWS: ■ AS: ▲ Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 21 von 31 p m │ ■ │ │ │ □ │ ▲ │ normal p │ ■ │ │ m │ ┴ ┬ │ Deletion p p p m │ ■ │ │ │ ■ │ │ │ ■ │ │ │ ■ │ │ uniparentale Disomie isodisomie imprinting Defekt UBE3A-Mutation heterodisomie Williams-Beuren-Syndrom Mikrodeletion 7q11.23 (1Mb) – bruchanfällige Region ungleiches crossing-over fast immer Neumutationen Genprodukt: Elastin-Gen (ELN) 1 : 10.000 Neugeborene gemeinsames Fehlen mehrer benachbarter Gene Klinik: - „Elfengesicht“: kraniofaziale Dysmorphie (sog. Gnomen- od. Faunsgesicht) - Supravalvuläre Aortenstenose (Leitsymptom) - Kleinwuchs - leichtere mentale Retardierung - sprachlich & sozial kompetent Monosomie 22q11.2 1 : 4000 häufigste Mikrodeletion sporadisch, genetisch zentromernah, crossing over-Fehler an nahestehenden repetitiven Sequenzen gestörte Entwicklung v.a. der 3. und 4. Kiemenbogenarterie ( Embryo) Klinik: - CATCH: Cardiac defect, abnormal facies, thymic hypoplasia, cleft palate, hypocalcemia) - DiGeorge-Syndrom: Aortenbogendefekt, Immundefekt, Hypoparathyreoidismus ([Ca2+]) - Shprintzen-Syndrom: kein Herzfehler - velokardiofaziales Syndrom - schmale Mundspalte, flache Nasenwurzel - leichte Ohrmuscheldysplasie - Herzfehler - Fallot-Tetralogie: 1. Pulmonalstenose 2. Ventrikelseptumdefekt 3. nach rechts verlagerte, über dem VSD reitende Aorta 4. Rechtsherzhypertrophie - häufige Infektionen (Thymushypoplasie) Gaumenspalte, Rhinopathie oder velopharyngeale Insuffizienz („Näseln“) Sprachentwicklungsverzögerung, Lernschwäche, psychomotorische Retardierung Kleinwuchs, Mikrozephalie Hypoparathyreoidismus hohe Letalität im frühen Lebensalter, 30% normale Entwicklung multiple kleine Anomalien: enge Lidspalten, Röhrennase, kurze Mundspalte, kleine, quadratische Ohren mit breiter Helixfaltung, schmale Hände u. Füße Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 22 von 31 Krankheitsverlauf: Bei nur leichter Infektanfälligkeit i.d.R. spontane Besserung im Kleinkindesalter Neigung zu Autoimmunerkrankungen Neigung zu psychiatrischen Erkrankungen (Schizophrenie, u.a.) Bei ca. 2/3 d. Patienten Lernstörungen, gelegentlich bis hin zur geistigen Behinderung Besondere Maßnahmen: bis zum Ausschluss eines relevanten Immundefektes Lebendimpfung kontraindiziert Ultraschalluntersuchung von Herz und Nieren, Hörtest Fördermaßnahmen Krankheiten mit genetischer Antizipation und/oder beteiligten Trinukleotidsequenzen: Fragiles-X-Chromosom Syn.: Marker-X-Syndrom, Martin-Bell-Syndrom 1 : 4000 Neugeborene, [~ 1:2000 Jungen] I.d.R. CGG-Repeatexpansion (Triplett!) einer Prämutation (>50) zur Vollmutation (>200) im Promotor des FMR1-Gens (Xq27.3) Frauen, wenn überhaupt, leichter betroffen Vererbung: - X-gebunden dominant, aber reduzierte Penetranz! - Expression im weiblichen Geschlecht abhängig vom Inaktivierungsstatus des normalen XChromsoms - Repeat-Expansion möglich in der maternalen Oogenese (z.B. Expansion der Prä- zur Vollmutation) - Männer geben Prämutation unverändert weiter „Gesunde Männer mit fragilem X-Chromosom übertragen das Gen ohne Krankheitsrisiko an ihre Kinder; Töchter werden aber Risikoüberträgerinnen. Frauen mit einer Prämutation sind immer symptomfrei, mit einer Vollmutation können sie unterschiedl. Intelligenzminderungen aufweisen.“ (Pschy) Klinik: - variabler Phänotyp - IQ 30-50: eine der häufigsten X-chromosomalen geistigen Retardierungen o v.a. im männlichen Geschlecht o Variable Ausprägung im weiblichen Geschlecht - Hyperaktivität, autistische Züge, Wegschautendenz (gestörte Sozialadaptation) - relativ große Ohren, langes, ovales Gesicht, prominentes Kinn (Progenie) - postpubertärer Makroorchismus - Hyperextensibilität der Fingergelenke, Pes planus - normale Lebenserwartung weitere häufige Merkmale: Epilepsie Relativ großer Kopfumfang Periorbitale Fülle Früher Beginn der Wechseljahre bei weiblichen Prämutationsträgern, insb. bei paternaler Vererbung Neurologische Symptome (Ataxie, Tremor) bei älteren männlichen Prämutationsträgern Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 23 von 31 Sherman-Paradox Steigende Penetranz in aufeinanderfolgenden Generationen – Antizipation Zunahme der Erkrankungsschwere Ursache: Ausschaltung des FMR1-Gens (fragile X mental retardation-gen) – vorgeschaltete (CGG)n Sequenz: Erhöhte Gefahr der Methylierung an ausgedehnten Trinuleotidrepeats n=10-50: normal n=50-100: Prämutation in der Oogenese(!) n>200 bei Vollmutation (Erkankten): ♂ 100% betroffen, ♀ 50% normal Methylierung bei C nichtreguliert, spontan! FMR1-Gen ausgeschaltet FMR1-Funktion - bindet an Transkripte - Transport vom Kern zu Ribosomen - Rolle bei der Translation von mRNAs - humanspezifisch Bsp. Vererbung: Mutter: Konduktorin, Trägerin einer Vollmutation Söhne zu 50% betroffen (Vollmutation) Töchter in ca. 25% betroffen (50% der Vollmutationsträgerinnen) Mutter: Konduktorin, Trägerin einer Prämutation mit 135 repeats, pVollmut. durch Expansion: 100%?, weiter s.o. Sohn einer Konduktorin Träger einer Prämutation mit 83 repeats Söhne 100% gesund Töchter 100% Prämutationsträgerinnen Molekulargenetische Diagnostik bei Fragilem-X-Chromosom: Methode detektierte Mutation Anteil PCR-basierte Repeat-Analyse Prä- & Vollmutationen > 99% Prä- & Vollmutationen, Southern Blot Methylierungsstatus Punktmutationen, direkte DNA-Analyse < 1% Deletionen d. FMR1-Gens Verfügbarkeit klinisch Forschung FRA-X-Fragmentanalyse Myotone Dystrophie Syn.: Curschmann-Steinert-(Batten-)Syndrom 1 : 8000 häufigste autosomal-dominant erbl. degenerative Muskelerkrankung des Erwachsenenalters – nicht letal Genlokus: 19q13.3, Genprodukt: DMPK-Gen (Mutation in Triplett-Repeat und intragen!) Klinik: sehr variabel mit Antizipation Klassische adulte Form: - Myotonie, Muskelschwäche (verwaschene Sprache...), von distal progrediente Muskeldystrophie Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 24 von 31 - präsenile Katarakt testikuläre Aspekte vorzeitige Glatzenbildung selten: Niereninsuffizienz; Hyperinsulinismus; HRST; Demenz, v.a. bei kongenitaler Form Pathogenese: - (CTG)n -Repeat-Verlängerung in der 3’-UTR (50 bis >1000) im DMPK-Gen - exakte Ursache unbekannt: Mangel d. Genprodukts? Effekte auf benachbarte Gene? Veränderte Funktion durch die expandierte DMPK-mRNA Friedreich-Ataxie Syn.: spinozerebellare Heredoataxie autosomal-rezessive erbliche Form der spinozerebellaren Ataxie, einzige autosomal-rez. Trinukleotid-Erkrankung, daher keine Antizipation 1 : 85 Heterozygotenfrequenz Genlokus: 9q13 – GAA-repeat (intronisch!) Klinik: Besonders in 2. Lebensdekade; late-on-set-typ möglich - Ataxie - Verlust von Tast- & Vibrationssinn - „Friedreich-Fuß“ - Dysarthrie - Cardiomyopathie wg. Pleiotropie des Frataxin-Gens - Diabetes mellitus - Degeneration v.a. der Hinterstränge, Hinterwurzeln & spinocerebellären Bahnen Frataxin-Gen: - Intronische GAA-repeat-Verlängerung (vs. extronische Repeatverlängerung bei Chorea) - reduzierte Expression - Frataxin-Mangel mitochondriale Fe-Akkumulation Chorea Huntington sog. Veitstanz 1 : 10.000 – damit häufigste erbliche neurodegenerative Erkrankung autosomal-dominant mit 100%iger Penetranz; Neumutationsrate nur 1% Antizipation! – keine andere Mutation außer CAG-Repeatverlängerung (extronisch!) bekannt tendenziell früherer Erkrankungsbeginn, je höher die Repeat-Zahl ist. (PolyglutaminSchwanz) 4p16.3 Klinik: Hauptmerkmale: Chorea Rigidität Demenz Wesensveränderung weitere häufige Merkmale: Epilepsie Hyperreflexie Neurodegenerative Erkankung mit Untergang der Neurone im Nucleus caudatus & Putamen Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 25 von 31 (Striatum) – Manifestationsalter: ~35-45. Lj. Beginn: Später: Zuletzt: Koordinationsstörungen, kleine unwillkürliche Bewegungen, Gemütsveränderungen Zunehmende Schwierigkeiten der willkürlichen Bewegung, Choreatische Hyperkinesien, Dysarthrie und Dysphagie schwere motorische Störungen, aggressives Verhalten, Änderungen der Persönlichkeit, Demenz Prädiktiv: bekannte familiäre Belastung für HD (Huntington disease) DD: insbesonders bei Kombination von Bewegungsstörungen, Demenz und Wesensveränderungen ! Pathogenese: CAG-Repeats in Spermiogenese (Pathologisch ab 40 Repeats) Glutamin-Expansion im Protein Polyglutamine aggregieren Einschlusskörperchen („nuclear inclusions“) zytotoxische Effekte Neurodegeneration gemeinsame Pathogenese von Erkrankungen mit CAG-Repeats, z.B. spinozerebellärer Ataxie Antizipation: Zunahme der Erkrankungsschwere in der Generationenfolge (v.a. bei paternaler Vererbung der Erkrankung Homozygote gleichermaßen betroffen wie Heterozygote! Hemizygotie resultiert nicht in HD. Richtlinien für prädiktive Diagnostik: Kinder sind ausgeschlossen, vohergehende genetische Beratungsgespräch, ausreichende Bedenkzeit (mind. 4 Wochen), mögliche Konsequenzen für weitere Familienangehörige diskutieren – Testergebnis wird nur persönlich mitgeteilt! Tumorentwicklung Second-Hit-Theorie von Knudson, z.B. 1.Hit = Mutation über Keimbahn, 2nd hit = Mutation über somatischen Weg Retinoblastom Genlokus: 13q14.1-14.2 1 : 15.000 60% spontane somatische Mutation, meist einseitig (kein erhöhtes Risiko für kontralateral) (zufällige somatische Neumutation beider RB-Allele innerhalb derselben konstitutionell zunächst normalen Retinazelle) in 40% genetische Mutation: meist beidseitig o. mehrere unabh. Tumoren in einem Auge autosomal-dominant vererbt mit reduzierter Penetranz u. erhöhtem Risiko für 2. Auge. auch Deletion des langen Arms (q) v. Chromosom 13 Beispiel für herabgesetzte Penetranz! Klinik: im Kinder- u. (seltener) Jugendalter auftretender Netzhauttumor amaurotisches Katzenauge Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 26 von 31 Rb1 = 1. Tumorsuppressorgen Nachweis einer Punktmutation – Codon 575 C T = Stopp-Codon Nonsense-Mutation G575X 1. Lichtmikroskop 2. Haplotyp-Analyse: indirekte DNA-Untersuchung mittels Segregationsanalyse gekoppelter polymorpher DNA-Marker (Hapolotyp: Satz eng gekoppelter Gene) 3. Sequenzanalyse Somatische und germinale Mutation (von den Keimblättern ausgehend) Zygote somat. Mutation ▒ ▒ ▒▓ ▒▓ durch Transmission vom betroffenen Elternteil neue Mutation germinale Mutation (alle Zellen sind prädisponiert) prädisponierte Zelle Verlust von Heterozygotie im Tumor (loss of heterocygoty) Southern Blot Sonde für Tumor-prädisponierendes Gen durch Nachweis von LOH kann das mutante Allel identifiziert werden Li-Fraumeni-Syndrom seltenes, familiäres Tumorleiden (auch < 45Lj.) autosomal-dominanter Erbgang Gehirn: 12%, Weichteil-Sarkom 12%, Brustkrebs 25%, Knochen/Knochenmark (je 6%), NNR 1% & andere Tumoren u.a. Keimbahn-Mutation in Codon 248: CGG (Arg) TGG (Trp) familiäre (FA!!) multiple Tumoren durch Mutation im p53-Gen Normal: p53 inaktiv („Hüter des Genoms“) DNA-Schaden Zelle aktiviert p53 Arrest der geschädigten Zell DNA-Reparatur erfolgreich oder Reparatur nicht erfolgreich Apoptose DNA-Schaden p53 mutant Schaden der Zelle verdoppelt mutante Zellen Tumor defekte Mitosen Aneuploidie (Akkumulation anderer Mutationen) – Familiäre adenomatöse polyposis coli 1 : 8300 Neugeborene autosomal-dominant Mutation im APC-Gen auf Chromosom 5q21-22 > 95% APC-Mutationen somatische Mutation isoliertes Colon-Ca (in 80%) APC germinale Mutation FAP + LOH Tumor-Suppressor-Gen geht in beiden Allelen verloren! Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 27 von 31 Klinik: Manifestation bei > 90% zw. 10. u. 20.LJ, maligne Kolontumore vor 45.LJ in 60-70% obligate Präkanzerose > 100 kolorektale adenomatöse Polypen oder < 100 Polypen, aber erstgradiger Verwandter mit FAP (Weichteiltumore, Desmoidtumore [semimaligner Weichteiltumor], Zahnanomalien) Hypertrophie in der Retina in 90% sog. CHRPE Protein-Trunkationstest? Mehrschritt-Modell der Tumorgenese nach Vogelstein normals Hyperprolif. Early intermediale late Carcinoma Metastasis Epithelium Epithelium adenoma adenoma adenoma DNAk-ras DCC loss APC loss p53 Hypomethylierung activation loss (familiär) 17p 12p 18q (somatisch) Ätiologie Coloncarcinom: sporadisch > 90% HNPCC ~5-6% FAP ~1% andere Lynch-Syndrom – HNPCC Syn.: hereditary non-polyposis colorectal carcinoma syndrom vermutlich häufigste familiäre Tumorerkrankung autosomal-dominante vererbte Erkrankung mit Entwicklung eines kolorektalen Karzinoms gehäuftes Vorkommen von Zweikarzinomen in: Uterus, Magen, Ovar, Duodenum, Urintrakt 50% mutationspositiv in den mismatchrepair-Genen (MLH1, MSH2, MSH6, PMS1, PMS2) Gentest veranlassen: - Mikrosatelliten-Instabilität - Immunhistochemie Coloncarcinom-Risiko: FAP bis 50.LJ 93% HNPCC Colon Dünndarm Uterus MLH1 80% 80% 42% MLH2 80% 80% 61% Korrelation von Tumorinzidenz und Alter (Hauptrisikofaktor für sporadische Tumoren) Familiärer Brustkrebs autosomal dominat mit reduzierter Penetranz Gene: BRCA1 u. BRCA2 u. weitere unbekannte für ca. 5-10% der Brustkrebsfälle verantw. BRCA1 17q21; BRCA2 13q12.3 Tumorrisiko für Mutationsträgerinnen (50-85%) - Zunahme mit dem Alter. (Abschätzung durch bestimmte Scores – z.B. Manchester-Score) Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 28 von 31 Unvollständige Penetranz häufig in „dominanten“ Stammbäumen: erste Allelmutation schon in Keimbahn, 2. somatische Mutation bleibt aus, s. second hit-Theorie männliche Mutationsträger(!) Prostatakarzinomrisiko erhöht Hauptmerkmale: Brustkrebs und/oder Ovarialkarzinom mit frühem Erkankungsalter, beidseitiges o. multifokales Auftreten weitere häufige Merkmale (Karzinomlokalisationen): Insbes. bei BRCA2: Prostata, Pankreas, Larynx, Ösophagus, Colin, Magen, Gallenblase, Gallengänge, Hämatopoese Besondere Maßnahmen: Intensive Vorsorge, Mastektomie, Ovarektomie, hormonelle Therapie s.a. CHEK2 (Checkpont Kinase) – keine BRCA1/2-Mutation Thema d. Praktikums Transformation einer normalen Zelle in eine Tumorzelle - Mutation in ca. 6 Genen erforderlich - typische Mutationsrate = 10 –7 1 auf 10 Mio. Zellen fehlerhaft - Organismus besteht aus 1013 Zellen - Wahrscheinlichkeit = 10 –42 . 10 13 = 10 –29 Tumorentstehung begünstigende Mechanismen: Theorien: I) - im Zellverband ist eine Zelle mutiert diese kann sich schneller Teilen 2. Mutation 3. Mutation Selektionsvorteil Mutationen verursachen Zellproliferation, die dann ein Ziel für weitere Mutationen ist - Kontrolle der Zellteilung durch Wachstumsfaktoren – Inhibition durch Antagonisten Aktivierung eines Wachstumsfaktor-Rezeptors, Tyrosin-Kinase (z.B. durch EGF) Mutationen in der Tyrosinkinase oder im ras-Gen (Ras-Proteine als Signalüberträger) Aktivierung bleibt unkontrollierte Zellteilung - Mechanismen der Protoonkogen-Aktivierung genetische Veränderung, gestörte Kontrolle der Zellteilung vermehrte Proliferation 1 Punktmutation, 2 Gen-Amplifikation, 3 Translokation double minutes: zusätzliche kleine extrachromosomale Fragmente HSR: homogeneously staining region (homogen-färbende Regionen) (MedullablastomZelllinie) – 100fache Kopien von z.B. Wachstumsfaktoren Bsp.: Ph1-Translokation [t(9;22)(q34;q22)] Philadelphia-Chromosom somatische Translokation: 9q+ 22q führt zur Fusion von 2 Genen (bcr-/abl-Gen): Chr.22: BCR-Gen Chr.9: ABL-Gen (Wachstumsfaktorgen) Promotor von bcr (ubiquitäre Expression); Kontrolle für ABL-Gen Leukämie ALL ~> CML II) - Mutationen stören Stabilität des ganzen Genoms - auf DNA-Niveau oder Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 29 von 31 - auf chromosomalen Niveae Mutationsrate wird dadurch erhöht Tumorgenetik - Tumorentstehung ist ein genetischer Prozess, der in vielen Schritten erfolgt - familiäre Tumoren – Keimbahn-Mutationen – immer auch somatische Mutationen - gleiche Veränderungen: - Tumorsuppressorgene – Verlust der Zellzykluskontrolle - Onkogenaktiverung – Wachstumssteigerung - gestörte DNA-Reparatur – Mutationssteigerung FAMILIENANAMNESE Kopplung Lod-Score - Logarithmus des odds-ratio - statistisches Maß für Kopplung - Wahrscheinlichkeit, dass Kopplung vorliegt geteilt durch die Wahrscheinlichkeit, dass keine Kopplung vorliegt: N = 1000/1 Lod-score > 3 Lod-score < -2 Ausschluss von Kopplung (= 1/100) Konsanguinität und identity by descent (IBD) Blutsverwandtschaft in Deutschland ~ 1% Zwillinge Tag d. Spaltung Stadium d. Entwicklung Plazenta Chorion Amnion Anteil 2.-4./5. Tag 2 – 4 Zellstadium doppelt doppelt doppelt ~30% 4./5.-7. Tag Morula-Stadium einfach einfach doppelt ~70% 7.-13. Tag Amnion voll ausgeb. einfach einfach einfach ~2% s. Waldeyer Abb. 3.35 Häufigkeit: 1,2% aller Kinder (1 : 85), 2/3 dizygot, 1/3 monozygot (0,3%) Zahl der 2eiigen Zwillinge durch invitro Fertilisation angestiegen Konkordanzraten: Phänotyp Atopie Klumpfuß Neurodermitis Psoriasis Tbc MZ 50 23 77 61 52 DZ 4,4 2,3 15 13 22 MZ/DZ 11 10 5,1 4,7 2,3 starker Indikator für genetische Komponente Genetik vs. Umwelt – Daten aus einer Adoptionsstudie – zum Verständnis.... alles Adoptivkinder Schizophrenie in der biologischen Familie Schizophrenie in der Adoptivfamilie Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 30 von 31 Schizophrene Adoptivpersonen Nicht-schizophrene Adoptivpersonen 44/279 (15,8%) 2/111 (1,8%) 5/234 (2,1%) 2/117 (1,7%) biologische Grundlage Hauptfaktor für Schizophrenie Paarsiebung / Assortative mating 1-Antitrypsin-Mangel Angeborene Schwerhörigkeit (Thema d. Praktikums) „Zwei Taube paaren sich:“ Wenn Taubheit durch Defekt im gleichen Gen(lokus?) nächste Kind zu 100% taub Wenn Taubheit durch Defekt in unterschiedlichen Genen Kind wahrscheinlich hörend Marfan Syndrom (Thema d. Praktikums) Autosomal dominate Mutationen in Fibrillin 1 (FBN1, 15q21.1) ca. 1:5000 Bindegewebserkrankung Regelmäßige kardiologische Kontrollen (Risiko d. Aortendissektion) Sequenzierung des Marfan-Gens mit 70 Exons 6000-8000€ es fehlen noch VL-Aufzeichnungen zur Pränataldiagnostik! Wäre schön, wenn sich jemand findet, der Ordnung in dieses Skript bringt! Fürs Erste sollt’s reichen. Viel Erfolg und Glück mit der Humangenetik... Mitschrift Humangenetik-VL/Praktikum 6./7. Semester - ds Stand: WS04/05 – Seite 31 von 31
