molekulārā Ģenētika

Molekulārā ĢenētikaCilvēka Genoms: Bioloģija un Medicīna

• Ievads

• Molekulārās Ģenētikas Pamati

• Gēnu Aktivitātes Regulācija

• Cilvēka Genoma Projekts

• Tests I

• Cilvēka Genoms I

• Cilvēka Genoms II

• Genoma Variācijas

• Tests II

• Gēni un Slimības

• Farmakoģenētika (& koronārā sirds slimība)

• [Imunoglobulīnu gēni]

• [Vēža molekulārā bioloģija]

• Tests III

• Parādi (vai eksāmens)

• Laimīgu Jauno Gadu!

http://priede.bf.lu.lv - Studiju materiāli / MolekularasBioloģijas / MolGen / LV


http://priede.bf.lu.lv/


Nature Rev. Genetics (2006) 7, 163

Koronārā sirds slimība (KSS)

KSS - hroniska slimība, kas rodas, ja sirds vainagartēriju aterosklerozes dēļ samazinās vai tiek pārtraukta asins piegāde miokardamAteroskleroze - hronisks artēriju (sieniņas) iekaisums ar holesterīna akumulāciju, saistaudu savairošanos un pangas veidošanos

Iekaisums

Holesterīns++

Endotēlija Bojājums

HRONISKS IEKAISUMS

ATEROSKLEROTISKĀPANGA

‘Response-to-Injury’ hipotēze

Paaugstināts lipoproteīnu (holesterola) līmenisPaaugstināts asinsspiediens (hipertensija) Paaugstināts homocisteīna līmenisAGEs (Advanced Glycosilation End products)

ROS (Reactive Oxigen Species)

Infekcijas u.c. ... tai skaitā:

Ģenētiskie ‘defekti’

Iekaisums

Holesterīns++

Endotēlija Disfunkcija

HRONISKS IEKAISUMS

ATEROSKLEROTISKĀPANGA

Iespējamie cēloņiIespējamie cēloņi

‘Response-to-Injury’ hipotēze

Endotēlija disfunkcija

Ross R (1999) Atherosclerosis – An Inflammatory Disease. The New England Journal of Medicine, 340, 115-126.

Modificēts no Li AC & Glass CK (2002) Nature Medicine, 8, 1235-1242.

L-selektīns Integrī

ni

PECAM-1

VCAM-1: vascular cell-adhesion moleculeICAM-1: intracellular cell-adhesion moleculePECAM: platelet-endothelial cell adhesion moleculeMCP-1: monocyte-chemoattractant protein 1CCR-2: MCP1 receptorsM-CSF: monocyte colony-stimulating factor

Leikocītu infiltrācija

Ateroskleroze un ģimenes hiperholesterinēmijaLDL - ZBL [zema blīvuma lipoproteīns]

Life The Science of Biology, 7th Edition

Autosomāli dominanta: heterozigoti (1/500) – 2-3 reizes paaugstināts ZBL, homozigoti (1/1000000) – 6-10 reizes.

Lipoproteīni un daži to metabolisma ģenētiskie defekti

Tauku plankuma (‘fatty-streak’) veidošanās


Steinberg D (2002) Nature Medicine, 8, 1211-1217.

Putu šūnu (‘foam-cell’) paradokss un oksidatīvās modifikācijas hipotēze


Izteiktas, komplicētas pangas veidošanās

panga

Un tas jau varētu izskatīties šādi,

Modificēts no Libby P & Aikawa M. (2002) Nature Medicine, 8, 1257-1262.

bet vispār pangas mēdz stipri vien atšķirties. Kāpēc? Dievs vien to saprot...

nestabila stabila

panga

plīsusi panga

Nestabilās viegli plīst un tad ir AKS: Akūts Koronārais Sindroms

Koagulācijasfaktori Plīsums

Trombs

MMP(matriksa metalloproteināzes)

PANGA

Artērijaslūmens

Piemēram, Miokarda Infarkts

Modificēts no Benitez RM (1999) Hosp Pract. 34, 79.Modificēts no Benitez RM (1999) Hosp Pract. 34, 79.

Marenberg M. E. et al. (1994) Genetic Susceptibility to Death from Coronary Heart Disease in a Study of Twins. N Engl J Med 1994; 330:1041-1046.

Background A family history of premature coronary heart disease has long been thought to be a risk factor for coronary heart disease. Using data from 26 years of follow-up of 21,004 Swedish twins born between 1886 and 1925, we investigated this issue further by assessing the risk of death from coronary heart disease in pairs of monozygotic and dizygotic twins. Conclusions Our findings suggest that at younger ages, death from coronary heart disease is influenced by genetic factors in both women and men. The results also imply that the genetic effect decreases at older ages.

Kurš no ģenētiskajiem riska faktoriem ir visizplatītākais?

dzīvosiet ilgāk (un laimīgāk); varbūt

Starp citu: mācieties precieties

KSS-riska kandidātgēni - vēlīnas slimības attīstības stadijas

Pastāv uzskats, ka koronārās sirds slimības (KSS) patoģenēzi varētu ietekmēt > 100 gēnu

+ citi

ADR [Adverse Drug Reaction] – nevēlama pacienta reakcija pret zālēm [blakne]

ReceptoriFermenti

Jonu kanāliu.c.

Ar slimību saistītiekomponenti

Ar slimību saistītiekomponenti

ABSORBCIJAABSORBCIJA METABOLISMSMETABOLISMS

SADALĪJUMSSADALĪJUMSELIMINĀCIJAELIMINĀCIJA

Zāļu Metabolisma FermentiMedikamentu Transportieri

Medikamentu‘MĒRĶI’

Medikamentu‘MĒRĶI’

zāles

Farmako-KINĒTIKAFarmako-KINĒTIKA

Farmako-DINAMIKAFarmako-DINAMIKA

IndividuālāREAKCIJA

IndividuālāREAKCIJA

Nevēlamaisefekts (ADR)Nevēlamaisefekts (ADR)

Vēlamaisefekts

Vēlamaisefekts

.

One of the most striking features of modern medicines is how often they

fail to work.Even when they do work, they are

often associated with serious adverse reactions.

Goldstein DB (2003) Pharmacogenomics in the Laboratory and the Clinic. NEJM 6, 553.

One of the most striking features of modern medicines is how often they

fail to work.Even when they do work, they are

often associated with serious adverse reactions.

Goldstein DB (2003) Pharmacogenomics in the Laboratory and the Clinic. NEJM 6, 553.

1.FARMAKOĢENĒTIKAGENOMIKA

Lielai daļai pacientu terapija izrādās neefektīva,

Adverse Drug Reaction (ADR) - any noxious, unintended, and undesired effect of a drug, which occurs at doses used in humans for prophylaxis, diagnosis, or therapy (WHO definition)

Lazarou J et al. (1998) Incidence of Adverse Drug Reactions in Hospitalized Patients. A Meta-analysis of Prospective Studies. JAMA 279, 1200-1205.

ADR-In: an ADR occurring in patients while in the hospital ADR-Ad: an ADR causing admission to the hospital

bet daudziem vēl sliktāk – toksiska vai pat letāla.

Hospitalizētiem pacientiem: nopietnas blaknes vērojamas 6,7%; fatālas – 0,32%

Fatālās: 4-6 nāves iemesls pēdējo 30 gadu laikā (uz 1998) Izmaksas: 1,5-4 miljardi $ / gadā

Visi dati - par ASV

JAMA (2001) 286, 2270-2279.

Nevēlamas blaknes raksturīgas virknei plaši pielietotu zāļu

Arī pašiem medikamentiem to toksiskie efekti var izrādīties ‘letāli’

un daudzi citiNeed AC et al. (2005) Priorities and standards in pharmacogenetic research. Nature Genetics 37, 671-681.

FARMAKOĢENĒTIKAGENOMIKA

Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 2001. 2, 9-

39.

Izvairīties no ADRBio-ekvivalentas

devas

Industrijai: izvairīties no ADR-tendētu medikamentu izstrādes

J Mol Med (2003) 81, 154.

PM [Poor Metabolism] – vājš zāļu metabolisms (abās homologajās hromosomās ‘defektīvi’ varianti ) IM [Intermediate Metabolism] – vidējs metabolisms (tikai vienā no hromosomām ‘defektīva’ alēle)EM [Extensive Metabolism] – normāls metabolisms (nav defektu zāļu metabolisma fermentu gēnos)

Metabolisms konvertē zāles• Hidrofīl(āk)os savienojumos -

vieglāk izvadāmi no organisma• Medikamentu neaktīvo formu -

terapeitiski aktīvos komponentos

Farmakologi to klasificē• I fāze – struktūras transformācija

– ox, red, hidrolīze u.c.

• II fāze - konjugācijas reakcijas– acetilēšana, metilēšana u.c.

Ref.: Weinshilboum R (2003) NEJM 348, 529.

Defektīva medikamentu metabolisma sekas

(normāls metabolisms)

Molecular interventions (2003) 3, 194-204.

deva

deva

(vājš metabolisms)

The AAPS Journal (2006) 8, E101.

Atsevišķu fermentu (sistēmu) īpatsvars

pašreiz pielietojamo zāļu metabolismā

• 57 gēni (~ tik pat pseidogēnu); CYP3A4, CYP2D6 utml• inducējami (izņemot CYP2D6)

• sterolu, vitamīnu, taukskābju metabolisms

• ksenobiotiķu metabolisms (15) (organisma detoksifikācija, ti, aizsardzība pret indēm)

• monooksigenāzes (hidroksilāzes)• hēmu saturoši fermenti• raksturīga īpatnība – S• lokalizēti gk aknās

RH + O2 + 2H+ + 2e- ROH + H2O

Citohromi P450

Pirmās fāzes metabolisms un galvenie P450

Molecular Interventions (2003) 3,194-204.

Weinshilboum R (2003) NEJM 348, 529.

Klīniski nozīmīgākie citohromi P450

Ingelman-Sundberg M et al (1999) TiPS 20, 342-349.

un to ietekme uz medikamentu metabolismu

CYP2D6 genotipu/fenotipu korelācija (‘debrisoquine’ polimorfisms)

UM – ultraātrs metabolisms

CYP2D6 / psihiatrija; potenciāli

Bet reāli: “35-50 million people in Europe could be considered as ‘forgotten’ with respect to 20-30% of all drugs

that are metabolized by CYP2D6”

Modificēts no Ingelman-Sundberg M et al (1999) TiPS 20, 342-349.

Farmakoģenētiski nozīmīgo alēļu frekvencēm raksturīgas izteiktas atšķirības starp populācijām

Tiopurīnu S-Metiltransferāzes (TPMT) farmakoģenētika

• Tiopurīnu medikamenti– vēža ķīmijterapija– imūnsupresanti– TPMT substrāti

• TPMT– inaktivē tiopurīnus – fermenta aktivitāte variē– autosomāli kodominanta iedz.– 1/300 ‘nulles’ alēļu homozigoti

• Diagnostiskie testi– TPMT aktivitāte eritrocītos– DNS analīzes


Farmakoģenētiskie testi būtu prioritāri medikamentiem ar šauru terapeitisko indeksu (vēža ārstēšana)

JAMA (2001) 286:, 2270-2279

Evans WE & McLeod HL NEJM (2003) 348, 538.

Yeghiazarians Y et al. (2000) Unstable Angina Pectoris. NEJM 342, 101-114.

Fibrinogēna receptors - GPIIb/IIIa [GPIIIa gēna PlA1/A2 polimorfisms (C1565T; Leu33Pro)]

e.g., abciximab

Evans WE & McLeod HL NEJM (2003) 348, 538.

HMG-CoAreduktāzeHMG-CoAreduktāze

Acetil-CoAAcetil-CoA

HMG-CoAHMG-CoA

MevalonātsMevalonāts

MembrānasMembrānas SteroīduhormoniSteroīduhormoni

ŽultsskābeŽultsskābe AterosklerozeAteroskleroze

HolesterolsHolesterols

Holesterola biosintēze

vairāk kā 30 fermentu

HMG-CoA 3-hidroksi-3-metil-

glutaril-CoA

HMG-CoA reduktāze

ātrumu limitējošais ferments

Statīni inhibē HMG-CoA reduktāzi

Tā resultātā Samazinās holesterola

bisosintēze Inducējas ZBL

receptors




glutaril-CoA

HMG-CoA reduktāze



Tā resultātā Samazinās holesterola

bisosintēze Inducējas ZBL

receptors

Cholesterol biosynthesis

more than 30 enzymes

HMG-CoA 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-

CoA

HMG-CoA reductase rate-limiting enzyme

Statins inhibit HMG-CoA reduktase

Results decreased cholesterol

biosynthesis induction of LDL receptor

Cholesterol biosynthesis

more than 30 enzymes

HMG-CoA 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-

CoA

HMG-CoA reductase rate-limiting enzyme

Statins inhibit HMG-CoA reduktase

Results decreased cholesterol

biosynthesis induction of LDL receptor




glutaril-CoA

HMG-CoA reduktāze



Tā rezultātā samazinās holesterola

biosintēze

inducējas ZBL receptors




glutaril-CoA

HMG-CoA reduktāze



Tā rezultātā samazinās holesterola

biosintēze

inducējas ZBL receptors

HMG-CoAreduktāzeHMG-CoAreduktāze

Acetil-CoAAcetil-CoA

HMG-CoAHMG-CoA

MevalonātsMevalonāts

MembrānasMembrānas SteroīduhormoniSteroīduhormoni

ŽultsskābeŽultsskābe AterosklerozeAteroskleroze

HolesterolsHolesterols

STATĪNI

CETP gēna B1/B2 polimorfismsB1>CETP un <HDL-C kā B2B1 - veicina aterosklerozi un labi reaģē uz statīniemB2 - nē un sliktāk, attiecīgi

FARMAKOĢENĒTIKAGENOMIKAEtioloģij-specifiskas

zāles

Industrijai: jaunu un efektīv(āk)u medikamentu izstrāde

KSS-riska kandidātgēni - agrīnas slimības attīstības stadijas

Pastāv uzskats, ka koronārās sirds slimības (KSS) patoģenēzi varētu ietekmēt > 100 gēnu

Individuālā reakcija pret medikamentiem ir kompleksa pazīme

CYP2C9 / SCN1A

3*/ 3* + G/G – 250mg

1*/3* + A/G – 297mg

1*/ 1* + A/A – 377mg

PNAS (2005) 102, 5507-5512

Farmakoģenētiskie profili

Phenytoin – antiepileptiķis

CYP2C9 3* alēle – izmaiņa substrāta rekognīcijas saitā

SCN1A – kodē Na kanāla -subvienību; polimorfisms alternatīva eksona 5’ splaisinga saitā

Vogel and Motulsky’s Human Genetics 4th Edition (2010)

(FDA – US Food and Drug Administration)

Vogel and Motulsky’s Human Genetics 4th Edition (2010)

Molekulārā ĢenētikaCilvēka Genoms: Bioloģija un Medicīna

• Ievads

• Molekulārās Ģenētikas Pamati

• Gēnu Aktivitātes Regulācija

• Cilvēka Genoma Projekts

• Tests I

• Cilvēka Genoms I

• Cilvēka Genoms II

• Genoma Variācijas

• Tests II

• Gēni un Slimības

• Farmakoģenētika (& koronārā sirds slimība)

• [Imunoglobulīnu gēni]

• [Vēža molekulārā bioloģija]

• Tests III

• Parādi (vai eksāmens)

• Laimīgu Jauno Gadu!





molekulārā Ģenētika

Documents