monika ołdak - ipin.edu.pl‚uch_m ołdak_2… · • zespół kid (keratitis-ichthyosis-deafness...
TRANSCRIPT
Monika Ołdak
Jubileusze
Zakład Genetyki IFPS
• 1-4 dzieci /1000 rodzi się z głębokim
niedosłuchem
• 1/300 noworodków ma niedosłuch
średniego lub lekkiego stopnia
• ~ 10% dzieci w wieku szkolnym
• ~ 50% osób starszych
Niedosłuch w liczbach
Czynniki prenatalne
• wrodzona cytomegalia (CMV)
• inne infekcje wrodzone (różyczka,
toksoplazmoza, ospa, kiła itp.)
• leki i substancje ototoksyczne przyjmowane w
trakcie ciąży (np. aminoglikozydy, cytostatyki,
alkohol, rtęć)
• choroby metaboliczne matki – cukrzyca,
niedoczynność tarczycy, hiperlipidemia,
niewydolność nerek
Niedosłuch - etiologia
Czynniki okołoporodowe
• wcześniactwo,
• niska masa urodzeniowa, niedotlenienie
okołoporodowe,
• hiperbilirubinemia
• urazy okołoporodowe
• zakażenia z grupy TORCH
Niedosłuch - etiologia
Czynniki postnatalne
• przyjmowanie leków ototoksycznych antybiotyki aminoglikozydowe, cytostatyki – pochodne platyny,
diuretyki pętlowe oraz salicylany i niesteroidowe leki przeciwzapalne
• świnka
• urazy głowy
• zapalenia uszu
• zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych
• hałas
Niedosłuch - etiologia
Lokalizacja uszkodzenia słuchu
• niedosłuch przewodzeniowy nieprawidłowe mechaniczne przewodzenie bodźców
akustycznych –choroby ucha zewnętrznego i środkowego
• niedosłuch odbiorczy (czuciowo-nerwowy) uszkodzenie dotyczące ucha wewnętrznego, nerwu słuchowego lub kory słuchowej
• niedosłuch mieszany
współwystępowaniem objawów niedosłuchu przewodzeniowego i odbiorczego
Niedosłuch klasyfikacja
Wiek wystąpienia
niedosłuch prelingwalny - 0 do 2-3 rż
niedosłuch perylingwalny 2-3 do 6-7 rż
niedosłuch postlingwalny - po 6-7 rż
Niedosłuch klasyfikacja
Głębokość ubytku słuchu (w dB)
na podstawie badania audiometrycznego
wrażliwości słuchowej na tony czyste
• niedosłuch lekkiego stopnia - ubytek słuchu od 20 dB do
40 dB
• niedosłuch średniego stopnia - ubytek słuchu od 40 dB
do 70 dB
• niedosłuch znacznego stopnia - ubytek słuchu od 70 dB
do 95 dB
• niedosłuch głębokiego stopnia - ubytek słuchu od 90 dB
do 120 dB
• całkowita głuchota - ubytek słuchu powyżej 120 dB
Niedosłuch klasyfikacja
Współistnienie innych objawów
• niedosłuch izolowany
bez innych objawów towarzyszących
• niedosłuch będący jednym z objawów
zespołów uwarunkowanych genetycznie ponad 400 różnych zespołów genetycznie
uwarunkowanych z niedosłuchem (malformacje ucha
zewnętrznego lub innych narządów lub zaburzenie
funkcji innych narządów
Zespół Waardenburga
Zespół Pendreda
Zespół Downa, zespół Turnera….
Niedosłuch klasyfikacja
Niedosłuch genetycznie uwarunkowany
Niedosłuch prelingwalny
1:650 - 1:1000
Czynniki
niegenetyczne 50%
Uwarunkowany
genetycznie 50%
Postać izolowana
70% Zespoły genetycznie uwarunkowane
30%
AR DFNB
75-80%
AD DFNA
15-20%
Sprzężone z płcią
DFNX 1-2%
Mitochondrialne
<1%
DFNB1
GJB2 CX26
50%
Mutacja c.35delG
50%
• prelingwalny
• postlingwalny
• różne typy dziedziczenia
• mutacje konstytutywne
• wszystkie komórki organizmu
• obustronny, czasem asymetryczny
• jednostronny?
Niedosłuch genetycznie uwarunkowany
Page 12
Występowanie niedosłuchu bez
towarzyszących zaburzeń ze strony
innych układów i narządów
Loci chromosomowe związane z
izolowanym niedosłuchem oznaczane
są DFN (ang. deafness)
DFNA – locus chromosomowe dla
niedosłuchu dziedziczącego się
autosomalnie dominująco
DFNB – autosomalnie recesywnie
DFNX – sprzężonego z
chromosomem X
Izolowany niedosłuch może być
również wywołany mutacjami
mitochondrialnego DNA
Loci chromosomowe związane z
niedosłuchem - przykłady
Avraham KB. Hear come more genes! Nat Med. 1998 Nov;4(11):1238-9.
Niedosłuch izolowany - definicja
Page 13
60 genów związanych z izolowanym niedosłuchem dziedziczacym się
autosomalnie recesywnie
http://hereditaryhearingloss.org
..i 25 loci chromosomowe – geny nieznane
DFNB – dziedzicznie autosomalne recesywne
Page 14
32 geny związane z izolowanym niedosłuchem dziedziczacym się
autosomalnie dominująco
http://hereditaryhearingloss.org
…i 21 loci chromosomowe – geny nieznane
DFNA – dziedzicznie autosomalne dominujące
4 geny związane z izolowanym niedosłuchem sprzężonym z płcią
http://hereditaryhearingloss.org
…i 2 loci chromosomowe w obrębie chromosomu X,
i 1 locus w obrębie chromosmu Y – geny nieznane
DFNX – dziedzicznie sprzężone z płcią
Około 25 nowych genów powiązanych z niedosłuchem zidentyfikowano dzięki WES
http://hereditaryhearingloss.org
Gen
odpowiedzialny Zastosowana metoda Badana grupa Refencje
FAM65B sekwenjonowanie eksomowe (Agilent SureSelect Human
All Exon 50 Mb Kit ); Illumina HiSeq 2000 rodzina z Turcji Diaz-Horta et al., 2014
ADCY1 sekwencjonwanie eksomowe (Roche NimbleGen SeqCap EZ
Human Exome Library) Illumina HiSeq rodzina z Pakistanu Santos-Cortez et al., 2014
TBC1D24 sekwencjonwanie eksomowe (Illumina TruSeq Exome
Enrichment Kit) Illumina HiSeq 2000 rodzina z Chin
Azaiez et al., 2014; Zhang et al., 2014
NARS2 sekwencjonowanie eksomowe (Illumina TruSeq Exome
Enrihment Kit; Roche NimbleGen SeqCap EZ Exome Library v2.0 ) Illumina HiSeq 2000
pakistańska i kaukaska rodzina
Simon et al., 2015
TMEM132E sekwencjonowanie eksomowe (Roche SureSelect Human
All Exon Kit) Illumina HiSeq 2000 rodzina z Chin Li et al., 2015
HOMER2 sekwencjonowanie eksomowe (Agilent SureSelectXT
Human All Exon V4) Illumina HiSeq 2000 rodzina z Europy Azaiez et al., 2015
MCM2 sekwencjonowanie eksomowe (Illumina TruSeq 62 Mb
Exome Enrichment kit); Illumina HiSeq 2000 rodzina z Chin Gao et al., 2015
Sekwencjonowanie nowej generacji odkrycie nowych genów
Autosmalne recesywne – 85 loci (60 geny i 25 loci)
Autosmalne dominujące – 53 loci (32 geny i 21 loci)
Sprzężone z X – 6 loci (4 geny i 2 loci)
Sprzężone z Y – 1 locus
http://hereditaryhearingloss.org
2016
Heterogeność locus – różne loci niedosłuch izolowany
Heterogenność alleliczna – różne warianty alleliczne/mutacje tego
samego genu mogą powodować niedosłuch izolowany
Heterogenność fenotypowa mutacji w tym samym genie
120 loci chromosomowych związnych z niedosłuchem
izolowanym
Miedzy narodowe Konsorcjum Fenotypowania Myszy (IMPC) szacuje udział łącznie około 1000 genów w procesie słyszenia U człowieka zidentyfikowano ponad 90 genów:
- 32 dominujących - 60 recesywnych - 4 sprzężone z chromosomem X - genom mitochondrialny
(http://hereditaryhearingloss.org) (http://deafnessvariationdatabase.org)
https://www.mousephenotype.org/
Genetyczne podłoże niedosłuchu
• Zespół KID (keratitis-ichthyosis-deafness syndrome) - zespół zapalenia rogówki, rybiej łuski i głuchoty
• Zespół Vohwinkla (keratoderma hereditaria mutilans) – odmiana dziedzicznego, rozlanego rogowca dłoni i stóp; niedosłuch w stopniu lekkim do umiarkowanego. Wokół paliczków tworzą się zaciskające pierścienie (pseudoahnum), doprowadzające do samoistnej amputacji palców (częściej małych palców stóp)
Różne mutacje – różne fenotypy
MYO7A – miozyna 7A, składnik cytoszkieletu
DFNA11, DFNB2 i zespół Ushera
GJB2 – koneksyna 26, białko połaczeń szczelinowych
DFNB1, DFNA3, zespół Vohwinkela, zespół KID
CDH23 – kadheryna 23, składnik błon komórkowych
DFNB12, zespół Ushera
SLC26A4 – pendryna, niezależny od Na+ transporter
chlorkowo/jodkowy
DFNB4, zespół Pendreda
TECTA – alpha-tektoryna, białko macierzy
zewnąrzkomórkowej
DFNA8/12, DFNB21
Matsunaga T. Value of genetic testing in the otological approach for sensorineural hearing loss. Keio J Med. 2009 Dec;58(4):216-22.
Geny odpowiedzialne za izolowane postaci niedosłuchu –
ekspresja w ślimaku – dysfunkcja ślimaka
tworzą połączenia szczelinowe
zwane koneksonami (ang. gap
junctions)
Inne nazwy to połączenia
komunikujące, połączenia typu
nexsus
każdy konekson zbudowany jest z
tych szcześciu podjednostek
leżących w błonach komórkowych, w
jego środkowej części znajduje się
kanał
przepływ jonów i związków
drobnocząsteczkowych – różnice w
potencjałach elektrycznych między
komórkami
Schemat połączenia szczelinowego
Kemperman MH, Hoefsloot LH, Cremers CW. Hearing loss and connexin
26. J R Soc Med. 2002 Apr;95(4):171-7.
Koneksyny – GJB2, GJB3, GJB6
koneksyna 26
DFNB1A
DFNA3A
Zespoły z niedosłuchem i
zmianami skórnymi (AD)
Rogowiec dłoni i stóp z
niedosłuchem
Zespół KID (zespół
zapalenia rogówki,
rybiej łuski i głuchoty)
zespół HID (zespół
rybiej łuski
przypominającej postać
jeżastą i głuchoty)
Zespół Vohwinkla
Zespół Barta i
Pumphreya
GJB2 13q12
koneksyna 30
DFNB1B
DFNA3B
Clouston's hidrotic
ectodermal dysplasia
(Alopecia congenita with
keratosis palmoplantaris
(AD))
GJB6 13q12
koneksyna 31
DFNB91
DFNA2B
Erythrokeratodermia
variabilis et progressiva
(EKVP) (AD, AR)
GJB3 1p35.1
Koneksyny - niedosłuch izolowany
locus DFNB1
GJB2 i GJB6 w odległości ok. 35 kb
koneksyna 26 i koneksyna 30 mogą razem
tworzyć koneksony
delecje GJB6 (delGJB6-D13S1830 i delGJB6-
D13S1854) rzadko identyfikuje się w postaci
homozygotycznej, znacznie częściej
występują one u pacjentów z
heterozygotyczną mutacją w genie GJB2
mechanizm powstawania niedosłuchu
dziedziczenie dwugenowe GJB2 i GJB6
zaburzenie ekspresji genu GJB2
GJB2 i GJB6
GJB2 13q12 GJB6 13q12
http://hereditaryhearingloss.org
Z wyjątkiem komórek rzęsatych, koneksyna 26 jest obecna w koneksonach
łączących wszystkie typy komórek ślimaka
Ekspresja GJB2 i GJB6 w ślimaku
Stymulacja falą dźwiękową układu
kosteczek w uchu środkowym - wibracja
endolimfy w ślimaku - jony potasu
wchodzą do komórek rzęsatych
dochodzi na konwersji drgań
mechanicznych na impuls nerwowy.
System odnawia się przez uwalnianie
jonów potasu z komórek rzęsatych do
komórek podporowych. Jony potasu
przepływają z komórki do komórki
poprzez koneksony i dostają się do
endolimfy.
Krążenie jonów K+
nabłonek czuciowy
komórki podporowe
więzadło spiralne, prążek naczyniowy
bruzda spiralna wewnętrzna
rąbek blaszki spiralnej
Krążenie jonów potasu w ślimaku
Ekspresja koneksyny 26
Kemperman MH, Hoefsloot LH, Cremers CW. Hearing loss and connexin 26. J R Soc Med. 2002 Apr;95(4):171-7.
Koneksyna 26 udział w recyrkulacji jonów potasu
• niedosłuch odbiorczy, obustronny
• początek w okresie prelingwalnym (rozpoznanie nierzadko jest opóźnione)
• uszkodzenie słuchu od lekkiego do głębokiego
• zwykle dotyczy wszystkich częstotliwości
• zróżnicowanie niedosłuchu w rodzinach
• niepostępujący charakter
• ponad 380 mutacji GJB2
• najczęstsze mutacje w populacji polskiej
– c.35delG, c.313_326del, c.334_335delAA, c.-23+1G>A (mutacja intronowa) oraz c.269T>C
• Inne częste mutacje:
– c.167delT – Żydzi aszkenzyjscy; c.235delC – Japonia, Chiny; R143W – Afryka
http://davinci.crg.es/deafness/index.php
Mutacje genu GJB2
Główna przyczyna izolowanego niedosłuchu
dziedziczącego się autosomalnie recesywnie -
rasa kaukaska
50% mutacji GJB2 to c.35delG (p.Gly12Valfs)
Delecja 1 z 6 guanin, wprowadzenie
przedwczesnego kodonu stop po 38
nukleotydzie
homozygoty c.35delG i złożone heterozygoty
1/30-1/35 nosicielstwo - rasa kaukaska (ok.
3%)
Gorące miejsce mutacji vs. efekt założyciela
analiza markerów mikrosatelitarnych i
polimorfizmów (SNP) – ok. 10 000 lat
temu, 500 pokoleń
przewaga heterozygot c.35delG?
c.35delG – najczęstsza mutacja
Kokotas H et al.. Hypothesizing an ancient Greek origin of the GJB2 35delG mutation: can science meet history? Genet Test Mol Biomarkers. 2010 Apr;14(2):183-7.
Mutacja c.35delG w genie GJB2
Placeholder for your own subheadline
Mahdieh N, Rabbani B. Statistical study of 35delG mutation of GJB2 gene: a meta-analysis of carrier frequency. Int J Audiol. 2009;48(6):363-70.
Najwyższa: Grecja, Włochy, Estonia, Wenezuela
Najniższa: wschodnia Azja, Ghana, pd Egipt
Rozkład częstości nosicielstwa mutacji c.35delG w
genie GJB2
YOUR LOGO
Tsukada et al. Ann Otol. Rhinol. & Laryng. 2015
p.M34T i p.V37I
Gypsy Migrations according to Haywood
Indie Czechy Polska
c.313_326del14
Mikstiene et al. BMC Genetics 2016
Litwa Polska Białoruś Rumunia Rosja Czechy Słowacja
c.-23+1G>A
Barashkov N. et. al PLoS One. 2014
Jakucja- Izolowana populacja północno-wschodniej Syberii. Polska Czechy Węgry
c.167delT
Żydzi aszkenazyjscy – endogamia- migracje XI-XIX wiek
Węgry
Czechy
Polska Rosja
Podsumowanie
• Pochodzenie etniczne pacjenta powinno być brane pod uwagę przy wykonywaniu molekularnych badań diagnostycznych
• Przesiewowe, molekularne testy diagnostyczne powinny być dostosowane do badanej populacji
Meyer CG, Amedofu GK, Brandner JM, Pohland D, Timmann C, Horstmann RD. Selection for deafness? Nat Med. 2002 Dec;8(12):1332-3.
Common JE, Di WL, Davies D, Kelsell DP. Further evidence for heterozygote advantage of GJB2 deafness mutations: a link with cell survival. J Med Genet. 2004 Jul;41(7):573-5.
D'Adamo P, Guerci VI, Fabretto A, Faletra F, Grasso DL, Ronfani L, Montico M, Morgutti M, Guastalla P, Gasparini P. Does epidermal thickening explain GJB2 high carrier frequency and heterozygote advantage? Eur J Hum Genet. 2009 Mar;17(3):284-6.
Nosiciele mutacji GJB2 – przewaga fenotypowa równoważąca niedosłuch ?
gen liczba
pacjentów % (n=34) MYO15A 6 17,6 SLC26A4 5 14,7 LOXHD1 3 8,8
ILDR1 2 5,9 POU3F4 2 5,9
C14orf105 1 2,9 CCDC164 1 2,9
CIB2 1 2,9 CLCNKA 1 2,9 EPPK1 1 2,9 EYA2 1 2,9 GIPC3 1 2,9 OTOF 1 2,9
PCDH15 1 2,9 PDZD7 1 2,9 PRKRA 1 2,9 TECTA 1 2,9
TMPRSS3 1 2,9 TRIOBP 1 2,9 USH2A 1 2,9
mutacje sprawcze – 34 /54 pacjentów (63%)
Sekwencjonowanie całoeksomowe Niedosłuch recesywny
• zmapowany w roku 1998 w locus 17p11.2
• analiza sprzężeń w dużej rodzinie z głębokim
niedosłuchem czuciowo-zmysłowym .
• 66 eksonów.
• koduje niekonwencjonalną miozynę 15A
• występuje w miejscach polimeryzacji
aktyny w ilościach wprost proporcjonalnych
do długości syntetyzowanych filamentów
aktynowych.
• wspólnie z innymi miozynami pełni rolę w
mechanizmie regulacji długości
stereociliów w komórce rzęsatej.
• Nieprawidłowe funkcjonowanie tego genu
jest przyczyną powstawania stereociliów o
przypadkowej długości.
• opisano 181 mutacji głównie wśród pacjentów
pochodzenia pakistańskiego, hinduskiego i
tureckiego
Niedosłuch recesywny - gen MYO15A (DFNB3)
https://mutagenetix.utsouthwestern.edu/phenotypic/phenotypic_rec.cfm?pk=986
Niedosłuch recesywny - gen MYO15A (DFNB3)
• 42/3000 mieszkańców głuchych – „wioska głuchych”
http://www.vice.com/read/theres-a-village-in-bali-where-everyone-knows-sign-language-511
Pn. Bali-Bengkala-kata kolok
• Gen SLC26A4 (7q22-q31)
• 21 eksonów
• ekspresja ucho wewnętrzne (ślimak - regiony
biorące udział w resorpcji endolimfy, tarczyca, nerki
• koduje białko – pendrynę
• przezbłonowy transporter jonów chloru i jodu.
• nieprawidłowo działająca pendryna zaburza
homeostazę jonową w uchu wewnętrznym.
• Mutacje w genie SLC26A4 mogą być przyczyną
• niedosłuchu izolowanego
• zespołu Pendreda. • Wrodzony głęboki niedosłuch, występowanie nieprawidłowości
w budowie ucha wewnętrznego (zespół poszerzonego
wodociągu przedsionka (EVA) lub malformacja Mondiniego)
• w drugiej dekadzie życia u większości pacjentów rozwija się
wole, w 50% przypadków pojawia się niedoczynność tarczycy.
• Opisano około 516 różnych mutacji SLC26A4
Niedosłuch recesywny - SLC26A4
• OTOF zmapowany w roku 1999 (locus 2p23.1), 48 eksonów.
• koduje otoferlinę
– zakotwiczona w błonie komórkowej,
– wiąże jony Ca2+.
– uczestniczy w procesie egzocytozy w niedojrzałych synapsach komórek rzęsatych, jest sensorem stężenia jonów wapnia.
• niezbędna do rozwoju komórek ślimaka.
• uszkodzenia w genie OTOF u człowieka powodują neuropatię słuchową
• w genie OTOF opisano 132 patogenne mutacje
NEUROPATIA PRESYNAPTYCZNA
Niedosłuch izolowany AR - OTOF (DFNB9)
Mutacje wielu różnych genów,
żadna nie jest wyraźnie częstsza niż pozostałe
również geny GJB2 i GJB6 (DFNA3)
pre- lub postlingwalny, stopień niedosłuchu od umiarkowanego do
znacznego, zwykle charakter postępujący i dotyczy wysokich tonów
mutacje w genie WFS1 (DFNA6/14/38)
identyfikuje się u 75% rodzin z dominującym wrodzonym niedosłuchem,
głównie niskie częstotliwości bez wpływu na słyszenie w zakresie
wysokich tonów
mutacje w genie KCNQ4 (DFNA2)
symetryczny niedosłuch obejmujący głównie wysokie tony, postępujący w
zakresie wszystkich częstotliwości
zwykle wykrywany w czasie badań słuchu u dzieci w wieku szkolnym,
prawdopodobnie jest od urodzenia
Niedosłuch – dziedzicznie autosomalne dominujące (AD)
Wyniki – analiza sprzężeń
Analiza sprzężeń wykazała
kilka potencjalnych loci dla
niedosłuchu w badanej
rodzinie
(LOD> 1,5; chromosom 3,
4, 8, 9, 11 i 19)
Linkage analysis using Affy 10K chip
Wyniki - NGS
Analiza danych sekwencjonowania
egzomowego wykazała obecność nowej
mutacji p.N714H genu WFS1 jako
potencjalnej przyczyny wystąpienia
niedosłuchu.
Gen WFS1 był także jednym z loci
kandydatów (pozycja chromosomowa 4p16.1)
wynikających z analizy sprzężeń.
Wynik sekwencjonowania eksomowego pacjenta III.1
AD (WFS1)
Wyniki- patogenność
Predykcja patogenności:
SIFT PREDICTION: damaging
PROVEAN PREDICTION
(punkt odcięcia = -2,5): deleterious
PROVEAN Prediction
(punkt odcięcia = 0,05): probably
damaging
Mutacja WFS1 p.N714H jest zlokalizowane w egzonie 8,
zawierającym konserwowany C-koniec białka. Biorąc pod
uwagę fakt, że większość mutacji genu WFS1
powodujących głuchotę zidentyfikowano właśnie w egzonie
8, domena ta wydaje się odgrywać istotną funkcję w
ślimaku.
Wyniki
Częstość mutacji p.N714H wśród polskich pacjentów z
niedosłuchem oraz w grupie kontrolnej
wt/wt pN714H
HI patients (n=2404) 2404 0
controls (n= 677) 677 0
wt/wt pN714H
Pacjenci z niedosłuchem (n=2404) 2404 0
Populacyjna grupa kontrolna (n= 677) 677 0
Wyniki- fenotyp
patient ID 1st Prediction 2nd Prediction 3rd Prediction
III.1 DFNA6/14/38 DFNA22 DFNA2notAnotB
III.3 DFNA2A DFNA20/26 DFNA2notAnotB
IV.1 DFNA6/14/38 DFNA44 DFNA8/12
IV.2 DFNA8/12 DFNA6/14/38 DFNA44
Wyniki analizy audiogramów z użyciem narzędzia
AudioGene w rodzinie z mutacją WFS1 p.N714H
DFNA6/14/38 - WFS1
DFNA2A - KCNQ4 (DFNA2A)
DFNA8/12 - TECTA
prediction of genes involved in pathogenesis of HI based on PTA analysis
(http://audiogene.eng.uiowa.edu)
Wyniki- fenotyp
Audiogramy członków rodziny z mutacją p.N714H genu WFS1
Rodzaj niedosłuchu
Idiopatyczny Niegenetyczny Genetyczny
50-60%
Izolowany 70%
Związany z chromosomem X
2-3%
gen POU3F4 50%
Inne 50%
Autosomalny dominujący
Autosomalny recesywny
Syndromiczny 30%
Przyczyny niedosłuchu prelingwalnego
1-2%
Koduje czynnik transkrypcyjny z rodziny POU,
Dwie wysoce konserwowane domeny wiążące DNA: Bliżej końca aminowego domena specyficzna POUS
Przy końcu karboksylowym homeodomena POUHD
Ekspresja m.in. w fibrocytach przewodu ślimakowego
Funkcje białka POU3F4 warunkowanie prawidłowego procesu unerwienia narządu słuchu w trakcie rozwoju płodowego
regulacja sygnałów odpowiedzialnych za rozwój ucha środkowego
regulacja sygnałów epigenetycznych, które powodują różnicowanie się neuronów ciała prążkowego z ich prekursorów.
Dokładna fizjologia działania POU3F4 nie jest znana.
Gen POU3F4 (DFNX2, Xq21.1)
Malformacje strzemiączka
Dysplazja ślimaka • Brak części wierzchołkowej • Spłaszczone schody bębenka • Rozciągnięta błona Reissnera
Hipoplazja ślimaka • Zmniejszona liczba skrętów ślimaka • Zmiany mogą być niesymetryczne
Phippard et al., J Neuroscience. 1999:19(14):5980-5989.
Delecja genu POU3F4
badania na zwierzętach
• Wrodzone unieruchomienie strzemiączka i wypływ perylimfy (Nance et al., 1971)
• Poszerzony przewód słuchowy wewnętrzny (Glasscock et al. 1973)
• Brak lub niedorozwój wrzecionka ślimaka, ubytek podstawy wrzecionka ryzyko komunikacji przestrzeni podpajęczynówkowej ze ślimakiem
• Zniekształcony przedsionek, poszerzenie wodociągu przedsionka
• Identyfikacja genu POU3F4 (De Kok et al., 1995 )
Cystic cochleovestibular malformation
Mondini deformity
X-linked deafness
Poprzednio: Niedosłuch mieszany postępujący lub zmysłowo-nerwowy, początkowo wiązany
z zesztywnieniem strzemiączka.
Teraz: obecność odruchu z m. strzemiączkowego i ruchome strzemiączka w trakcie zabiegów
operacyjnych. Komponentę przewodzeniowa tłumaczy się tzw. efektem trzeciego okna
DFNX2 - Malformacje ucha wewnętrznego
W grupie badanych 1831 mężczyzn z niedosłuchem oraz w populacyjnej grupie kontrolnej (n~500) nie wykryto obecności mutacji p.Ala116fs141* , p.Glu187*, p.Leu217*. U wszystkich pacjentów z mutacjami POU3F4 odnotowano głęboki, obustronny niedosłuch oraz malformacje ucha wewnętrznego (IP t. III)
a
a
a
b
b
c
c
c
d
d
da c db
Wyniki
p.Ala116fs141* p.Glu187* p.Leu217* p.Gln275*
Wiek wystąpienia
niedosłuchu wrodzony 1.5 rż 2 rż wrodzony
Głębokość ubytku słuchu głęboki głęboki głęboki głęboki
Gusher/płynotok podczas
operacji + nie dotyczy + +
Poszerzony przewód
słuchowy wewnętrzny + + + +
Brak lub niedorozwój
wrzecionka kostnego
ślimaka + + + +
Zniekształcony przedsionek + + + +
Poszerzenie wodociągu
przedsionka + + + +
Efekt trzeciego okna + + + +
Podsumowanie
• Mutacje genu POU3F4 nie są częstą przyczyną niedosłuchu w grupie mężczyzn z populacji polskiej
• Mutacje genu POU3F4 wiążą się z: • charakterystycznymi malformacjami ucha
wewnętrznego: incomplete partition typ 3 (IP t.3) • predysponują do wystąpienia nagłego, obfitego
wypływu perylimfy w trakcie zabiegów otochirurgicznych
• U pacjentów z niedosłuchem płci męskiej należy rozważyć
możliwość wystąpienia mutacji POU3F4
• Z uwagi na heterogeniczność locus należy sekwencjonować cały gen
Podsumowanie i wnioski
Kyriakouli Dset al... Progress and prospects: gene therapy for mitochondrial DNA disease. Gene Ther. 2008 Jul;15(14):1017-23.
mtDNA – 13 białek mitochondrialnych,
22 rodzaje tRNA i 2 typy rRNA Objawy mutacji mtDNA – dominują w tkankach
wrażliwych na deficyt energetyczny, tj. tkanka nerwowa, mięśniowa, gruczoły wewnątrzwydzielnicze
Mutacje mtDNA – niedosłuch
zespoły z niedosłuchem
niedosłuch izolowany
niedosłuch po ekspozycji na aminoglikozydy
niedosłuch związany z wiekiem
Dwa geny odpowiedzialne za izolowany niedosłuch
MTRNR1 koduje podjednostkę 12S rRNA
MTTS1 koduje tRNASer
Mitochondrialne DNA (mtDNA)
12S rRNA
tRNASer
Mutacje MTRNR1 (12S rRNA) – zwiększają podobieństwo mitochondrialnego rRNA do bakteryjnego rRNA
Niedosłuch poaminoglikozydowy występuje u 25% pacjentów po podaniu tych leków
Różnorodny fenotyp
mtDNA - niedosłuch związany z podaniem aminoglikozydów
http://hereditaryhearingloss.org
Izolowany niedosłuch - mtDNA
Zespoły mitochondrialne
• Dziedziczenie autosomalne dominujące • Zespół Waardenburga • Zespół skrzelowo-uszno-nerkowy • Zespół Sticklera • Nerwiakowłókniakowatość typu 2
• Dziedziczenie autosomalne recesywne • Zespół Ushera • Zespół Pendreda • Zespół Jervell-Lange-Nielsena • Deficyt biotynidazy • Choroba Refsuma
• Dziedziczenie sprzężone z X
• Zespół Alporta • Zespół Mohra-Tranebajaerga
• Dziedziczenie mitochondrialne
Zespoły genetycznie uwarunkowane z niedosłuchem
Page 60
Interakcja czynników genetycznych i środowiskowych
Predyspozycja do choroby wieloczynnikowej – udział kilkudziesięciu lub więcej wariantów genetycznych, z których każdy wywiera słaby efekt (niska penetracja).
Badania genetyczne w chorobach wieloczynnikowych - intensywne, ale najczęściej mają charakter podstawowy
Przykłady:
przewlekły katar/zapalenie zatok – powiązane z genem filagryny
uszkodzenie słuchu związane z wiekiem – presbyacusis – wariant NAT2*6A, SNP w genie KCNQ4 i GRHL2
otoskleroza (poza przypadkami dziedziczenia AD FOXL1) - COL1A1, TGFB1, BMP2, BMP4, ACE, AGT i RELN
Niedosłuch uwarunkowany wieloczynnikowo
Page 61
Ryzyko nawrotu zależy od przyczyny
Jeśli etiologia niedosłuchu nieznana
Jedno dziecko z niedosłuchem, wywiad rodzinny w kierunku niedosłuchu negatywny 18%
Jeżeli wykluczono mutacje GJB2 i GJB6 14%
Jeżeli rodzice są ze sobą spokrewnieni 25%
Jeden z rodziców ma niedosłuch & drugi słyszący 10%
Oboje rodzice z niedosłuchem (wykluczono dziedziczenie dominujące) 15%
Jeżeli niedosłuch u rodziców powodowany mutacjami GJB2 100%
Etiologia niedosłuchu nieznana
http://www.reuters.com/article/2015/07/08/us-health-deafness-genetherapy-idUSKCN0PI29J20150708; http://www.dailymail.co.uk/home/search.html?offset=0&size=50&sel=site&searchPhrase=deafness+gene+therapy&sort=recent&type=article&authornamef=Ellie+Zolfagharifard+For+Dailymail.com&authornamef=Ellie+Zolfagharifard&days=all https://www.sciencenews.org/article/gene-therapy-restores-hearing-mice?tgt=nr
• Modele mysie (P0-P2)
– delecja genu Tmc1 - DFNB7/11
– dominująca mutacja punktowa Tmc1 - DFNA36
• Wektory AAV (adeno-associated virus) – wirusy towarzyszące adenowirusom (komórki rzęsate - AAV2/1 )
• In vitro (hodowle organotypowe) i in vivo (iniekcja przez błonę okienka okrągłego)
Mechanotransdukcja w komórkach rzęsatych
Funkcja TMC1 - ? Przepuszczalność kanałów jonowych w procesie transdukcji mechanoelektrycznej w komórkach rzęsatych; prawdopodobnie tworzą kanały Wibracje mechaniczne odginają stereocilia, znajdujące się na powierzchni wierzchołkowej komórek rzęsatych
Powstają naprężenia na białka łączące wierzchołki stereociliów „tip links” – połączenia szczytowe
Pociąganie przez białka łączące powoduje otwarcie kanału na wierzchołku niższego sterocilium
Moser T, Sci Transl Med. 2015 Jul 8;7(295):295fs28.
Terapia genowa tmc
• Model recesywny – delecja Tmc1 (DFNB7/11) – Wprowadzenie do komórek rzęsatych genu Tmc1 albo Tmc2 (in vitro i in vivo) –
zmiany natężenia przewodnictwa czuciowego wywołanego przemieszczeniem pęczków stereocyliów – badanie fizjologii pojedynczych komórek rzęsatych
– Transgeniczna ekspresja Tmc1 lub Tmc2 u myszy – aktywność słuchowa,
• rejestracja słuchowych potencjałów wywołanych pnia mózgu (ABR) w połowie badanej grupy; odpowiedzi obecne, ale słabsze w porównaniu do myszy wt
• częściowe przywrócenie słuchu – transdukcja zwłaszcza (65%) IHC i tylko 5% OHC; brak różnic w badaniu DPAOE w porównaniu do zwierząt z mutacją
• odruch wzdrgnięcia (test behawioralny) obecny u wszystkich myszy z ABR (+) transdukowanych Tmc1 i 40% Tmc2
• Model dominujący – mutacja punktowa Tmc1 (DFNA36)
– Wprowadzenie genu Tmc2 u myszy z mutacją punktową Tmc1 – myszy Bth (DFNA36) rejestracja ABR- efekt Tmc2 słabszy w porównaniu do myszy z delecją Tmc1; brak odruchu wzdrgniecia
– DFNA36 – inne podejście, supresja allelu z mutacją dominującą
Terapia genowa Tmc
• Przywrócenie funkcji słuchowych ograniczone do komórek rzęsatych wewnętrznych (IHC)
– Zachowanie właściwości mechanosensorycznych IHC -
warunek wstępny do funkcji słuchowych – Iniekcja przez okienko okrągłe do perylimyfy –
ograniczony dostęp wirusa do komórek rzęsatych zewnętrznych
– Inny sposób podania wektorów wirusowych bez uszkodzenia granicy endolimfy i perylimfy
• Zakażenie AAV nie powodowało utraty komórek rzęsatych;
utrzymywały się one nawet do 60 dni - czas na interwencję terapeutyczną
• Dopracowanie metodyki
– Inne wektory – Inne promotory genów, – Inny sposób i miejsce podania – Dłuższa obserwacje (wzór ekspresji, zdolność do
przywracania funkcji słuchowych, czas na interwencje terapeutyczną u osób z mutacją TMC1) http://www.zmescience.com/medicine/genetic/gene-therapy-restores-hearing-in-deaf-mice-
paving-the-way-for-human-treatment-876599/
ATOH1 – badania kliniczne
Parker Mark A et al. Human Gene Therapy Methods. February 2014, 25(1): 1-13.
ATOH1 – „master switch” główny regulator dojrzewania komórek rzęsatych
ATOH1 – czynnik transkrypcyjny zaangażowany w determinowanie losu komórek, proces różnicowania, cykl komórkowy, apoptozę
Aktywny w okresie zarodkowym, w tkankach dojrzałych ekspresja zahamowana epigenetycznie
Utrata komórek rzęsatych u myszy z delecją Atoh1
Wymuszona ekspresja Atoh1 prowadzi do ektopowego tworzenia komórek rzęsatych zdolnych do przyciągania zakończeń nerwowych zwoju spiralnego ślimaka
W modelach zwierzęcych głuchoty, wprowadzenie Atoh1 przy pomocy adenowirusa do dojrzałego ucha wewnętrznego indukuje regenerację komórek rzęsatych i poprawia słyszenie
Strategie przywracania słuchu Implanty ślimakowe Terapia genowa
genetycznie uwarunkowany niedosłuch (Tmc1/Tmc2, Vglut3, GJB2, USH1C i inne)
niedosłuch nabyty – ATOH1 dla neuronów zwoju spiralnego ślimaka
(BDNF – czynnik neurotroficzny pochodzenia mózgowego; NT-3 – neurotrofina 3)
Terapie wykorzystujące komórki macierzyste wytworzenie komórek rzęsatych wytworzenie neuronów słuchowych
Terapie molekularne wytworzenie nowych komórek rzęsatych w genetycznie uwarunkowanym
niedosłuchu