Genetika u psihijatriji

Doc.dr. Alena Buretić-Tomljanović, dipl. inž.

J.Watson F.Crick

50 godina od otkrića strukture DNA do

završenog sekvenciranja humanog genoma

1953.

2003.

humani genom - 3x109 pb: 30 000 – 40 000 gena

Initial Sequencing and Analysis of the Human Genome

International Human Genome Sequencing Consortium

Nature, 409:860-921, 2001

The Sequence of the Human Genome

J. Craig Venter and 273 othersScience, 291:1304-1351, 2001

kompletiranje humanog genoma 2003. godine2.9x 106 kb sekvencirano

3.2 x 106 kb ( heterokromatin ~10%)

Eric Lander

J. Craig Venter

POSTGENOMSKO DOBA I LIJEČENJE DUŠEVNIH BOLESTI?

GENOMIKA

PROTEOMIKA

FARMAKOGENOMIKA

GENOMIKA – znanstvena

disciplina mapiranja,

sekvenciranja i analize genomaPROTEOMIKA

FARMAKOGENOMIKA

POSTGENOMSKO DOBA I LIJEČENJE DUŠEVNIH BOLESTI?

GENOMIKA – znanstvena

disciplina mapiranja,

sekvenciranja i analize genoma

PROTEOMIKA – znanstvena disciplina analize sveukupnih proteina organizma

FARMAKOGENOMIKA

POSTGENOMSKO DOBA I LIJEČENJE DUŠEVNIH BOLESTI?

GENOMIKA – znanstvena

disciplina mapiranja,

sekvenciranja i analize genoma

PROTEOMIKA – znanstvena disciplina analize sveukupnih proteina organizma

FARMAKOGENOMIKA proučava učinke terapije

ovisno o genotipu bolesnika

POSTGENOMSKO DOBA I LIJEČENJE DUŠEVNIH BOLESTI?

CENTRALNA DOGMA MOLEKULARNE BIOLOGIJE

DNA protein mRNATRANSKRIPCIJ

ATRANSLACIJA

INTERINDIVIDUALNA VARIJABILNOST

0,1 % ~ 1 polimorfizam svakih 1500 pb

1. insercije2. duplikacije3. delecije4. polimorfizme jednoga nukleotida –SNP (engl. single nucleotide polymorphism)

INTERINDIVIDUALNA VARIJABILNOST

0,1 % ~ 1 polimorfizam svakih 1500 pb

1. insercije2. duplikacije3. delecije4. polimorfizme jednoga nukleotida –SNP (engl. single nucleotide polymorphism) (1.42x106; Nature 2001;409)

Varijacije u genima – primarni mehanizam nastanka složenih bolesti

SNP-i vodeća snaga genetike u psihijatriji

alel 1 - ...GATTCCTGAACGATGGCCATTCAT...alel 2 - ...GATTCCTGAACGCTGGCCATTCAT...

POLIMORFIZAM JEDNOGA NUKLEOTIDA - SNP

SLOŽENE NASLJEDNE BOLESTI

okoliš? %

genetika? %

Duševne bolesti su složeni nasljedni poremećaji(nasljedna osnova dugo je poznata iz obiteljskih i studija blizanaca)

- međudjelovanje većeg broja genetičkih s čimbenicima okoline

POLIGENSKO NASLJEĐIVANJE

STUDIJE BLIZANACA

MONOZIGOTNI BLIZANCIstopa podudarnosti za shizofreniju: 46% “ “ za ADHD: 75 –81%

DIZIGOTNI BLIZANCIstopa podudarnosti za shizofreniju: 14%“ “ za ADHD: 29%

-zaključak većine studija je da su za ponavljanje psihijatrijskih bolesti u obiteljima više zaslužni nasljedni negoli okolišni čimbenici(npr. studije u obiteljima s usvojenom djecom), iako je nemoguće jasno razdvojiti djelovanje genetičkih od djelovanja okolišnih čimbenika

- pronalaženje genetičkih lokusa markera koji se u pojedinim obiteljima nasljeđuju na isti način kao i bolest koja se ispituje, zbog položaja gena za bolest i lokusa markera na istom kromosomu – OBITELJSKE STUDIJE

Primjer:RFLP polimorfizam koji u obitelji segregira na isti način kao i bolest

RFLP – restriction fragment length polymorphism

1. STUDIJE GENETIČKE POVEZANOSTI (engl. LINKAGE ANALYSES)

ime (engl.)

Gen Genetički lokus

Stupanj udruženosti (0 do 5)

COMT catechol-o-methyl transferase 22q11 4

DTNBP1 dysbindin 6p22 5

NRG1 neuregulin 1 8p12-21 5

RGS4 regulator of G-protein signalling 4

1q21-22 3

GRM3 glutamate receptor, metabotropic 3

7q21-22 3

DISC1 deleted in shizophrenia 1 1q42 3

G72 G72 13q32-34

3

DAAO D-amino acid oxidase 12q24 2

PPP3CC protein phosphatase 3, catalytic subunit, gamma isoform

8p21 1

CHRNA7 cholinergic receptor, neuronal nicotinic, alpha polypeptide 7

15q14 1

PRODH2 proline dehydrogenase 2 22q11 1

Akt1 v-akt murine thymoma viral oncogene homolog 1

14q22-32

1

ZDHHC8  

zinc finger DHHC domain-containing protein 8

22q11.21

1

Gen Genetički lokus

Stupanj udruženosti(0 – 5)ime gena (engl.)simbol

GENI PODLOŽNOSTI ZA SHIZOFRENIJU

usporedba uzoraka DNA zdravih osoba s uzorcima DNA

bolesnika kako bi se utvrdilo da li bolesne osobe

češće imaju određene genetičke varijacije –

polimorfizme jednoga nukleotida – negoli zdrave

osobe)- te se studije mogu provoditi u

obiteljima, ali i općoj populaciji, a moraju

uključiti što veći broj ispitanika, razl. populacije,

etničke skupine...

2. STUDIJE GENETIČKOG UDRUŽIVANJA (engl. DISEASE ASSOCIATION STUDIES)

Spektar shizofrenih bolesti

OBITELJSKE I STUDIJE BLIZANACA

NEPOTVRĐENE GENOMSKESTUDIJE

POTVRĐENE GENOMSKESTUDIJE

PRONAĐENI GENI RIZIKA

Spektar shizofrenih poremećaja

Bipolarni poremećaj

Unipolarna depresija

Ovisnost o alkoholu

Panični poremećaj

Fobije

ADHD

Anorexia nervosa

Bulimia nervosa

Demencija Alzheimerova tipa

Sand P, Eichhammer P, Hajak G. Psychiatrische Genetik-gegenwart und Perspektiven. Nervenheilkunde 2004

EVALUACIJA ENDOFENOTIPA

1. KOGNITIVNI DEFICITI

2. ABNORMALNOSTI ELEKTROENCEFALOGRAMA

ENDOFENOTIP-pojedina mjerljiva osobina koja je moguće bliža patogenomgenotipu negoli sam klinički fenotip

- povećava snagu studija genetičkog udruživanja, te može dati rezultate i

na manjim uzorcima ispitanika

CILJ:proniknuti u mehanizme

funkcioniranja mozga i povezati ih s

nasljednom osnovom

EVALUACIJA ENDOFENOTIPA – 3.“NEUROIMAGING”fMRI - functional magnetic resonance

imaging)

Met158Val polimorfizam, 22q11

Nature Neuroscience online, April 2005

- prefrontalnu aktivnost mozga regulira razina dopamina u srednjem

dijelu mozga, a razina dopamina regulirana je dvjema varijantama COMT gena - u osoba s obje val varijante nađe

se smanjena aktivnost dopamina i postoji mali rizik za pojavu simptoma SCH

Gen COMT – funkcijski polimorfizam

22q11

COMT alel 1 ...X-X-X-Val-X-X...

COMT alel 2 ...X-X-X-Met-X-X...

FUNKCIJSKI POLIMORFIZAM GENA COMT I TERAPIJSKI ODGOVOR

Bertolino et al. 2004; Am J Psychiatry 161:10

N-back working memory task performance after 4 and 8 weeks of olanzapinetreatment in patients with schizophrenia, by COMT genotype

COMT genotip pridonosi varijabilnom terapijskom odgovoru nakon primjene olanzapina: - poboljšanje radne memorije, prefrontalnih kortikalnih aktivnosti i negativnih simptoma najizraženije je u osoba s Met –alelom; učinak terapije ovisan je o genskoj dozi

Weickert et al.2004; Biol Psychiatry; 56:677-682

FUNKCIJSKI POLIMORFIZAM GENA COMT I TERAPIJSKI ODGOVOR

Relationship between COMT Val158Met genotype and treatment (antipsychotic vs. placebo) in patients with schizophrenia during the

N-back working memory task

Val-Val Met-MetVal-Met

Bro

j to

čn

ih o

dg

ovora

x

x

x

ZAKLJUČCI

1. polimorfizmi gena COMT, ali i mnogih drugih gena moduliraju kognitivne funkcije, ali ne

predstavljaju primarni uzrok bolesti

2. genske varijante rizične za psihijatrijske bolesti nađu se i u mnogih zdravih osoba

3. “snaga” povezanosti otkrivenih genskih polimorfizama i bolesti procjenjuje se

relativno slabom

? ? ?

SKRIVEN GENETIČKI KOD: EPIGENETIČKE MODIFIKACIJE - REGULIRAJU EKSPRESIJU GENA I MODULIRAJU FENOTIP

EPIGENETIKA proučava modifikacije genoma koje ne mijenjaju primarni DNA slijed, ali određuju kada će se geni uključiti ili isključiti:1. METILACIJA CITOZINA u CpG (utišavanje gena)2. REMODELIRANJE KROMATINA acetiliranjem histona (uključivanje gena)

EPIGENOMIKA MOŽE OBJASNITI NEPOTPUNU FENOTIPSKU PODUDARNOST MZ BLIZANACA:

monozigotni blizanci imaju jednake gene, ali ne moraju imati jednake genske modifikacije

Epigenetičke modifikacije djeluju poput prekidača u kontroli genske aktivnosti – “utišaju” gene čija ekspresija nije potrebna;tako stvaraju “memoriju” genske aktivnosti koja se prenosi tijekom st.diobe ali i TRANSGENERACIJSKI

PRIMARNI DNA SLIJED: relativno stabilna komponenta fenotipa

EPIGENETIČKI UZORAK: podložan promjenama tijekom života pojedinca, ali i kroz generacije

Feil R. 2006; Mutat Res 600:46-57

zadržavanje epigenetičkog uzorka

gubitak represivne modifikacije

stvaranje nove represivne modifikacije

okolišprehrana

EPIGENETIČKI UZORAK JE RELATIVNO NESTABILNA KOMPONENTA FENOTIPA

The British Journal of Psychiatry (2004) 184: 216-222

Finska 40-godišnja

longitudinalna studija

GENI KOJI NE KODIRAJU PROTEINE (engl. non-protein coding genes) IMAJU VAŽNU

NEURORAZVOJNU ULOGU (stvaranje sinapsi i neuroplastičnost)

PROŠIRENJE CENTRALNE DOGMENon-protein coding RNA – nc RNA:

miRNA i dr.čine 3 – 4% genoma

KONTROLIRAJU RAZINU EKSPRESIJE PROTEINA(degradiraju mRNA, smanjuju stabilnost mRNA,

umanjuju učinkovitost translacije)

RNomika

MEHANIZAM DJELOVANJA miRNA MOLEKULA

DNA mRNATRANSKRIPCIJ

A

miRNA

ncDNATRANSKRIPCIJA

Hipoteza:

Brojne inaktivirane mRNA “čekaju” u sinaptičkim dijelovima neurona djelovanje vanjskog signala: neurohormona ili BDNF-a da ih “oslobodi” inhibicije i omogući translaciju u protein

LIPIDOMIKA CNS-a: MOLEKULARNI POTPIS STANIČNIH SIGNALNIH PUTOVA I SLOŽENIH

BOLESTI - proučava signalne putove lipida u organizmu i njihovu ulogu u razvoju mozga i ponašanju radi razvoja novih strategija liječenja

LIPIDI I NJIHOVI MEDIJATORI OBILNO ZASTUPLJENI U MOZGU:

- dugolančane nezasićene masne kiseline AA i DHA (određuju dinamičke osobine membrana neurona, reguliraju ionske kanale i prijenos signala, aktiviraju transkripcijske faktore i reguliraju gensku ekspresiju)

- endokanabinoidi (reguliraju ponašanje, sedaciju, euforiju, apetit, memoriju)

- steroli (kolesterol) (reguliraju dinamiku lipidnih splavi – prijenos signala)

- sfingolipidi (mijelin)

- gangliozidi (vitalno važni, ali nepoznate uloge)

ULOGA BIOAKTIVNIH LIPIDA U PRIJENOSU SIGNALA

(AA i DHA su prekursori bioaktivnih lipida)

Enzimi koji metaboliziraju membranske fosfolipide kolokaliziraju s monoaminergičkim receptorima u membranama neurona, ključni su

za neurotransmisiju, stvaranje memorije i LTP.

GENOMIKA

PROTEOMIKA

LIPIDOMIKA

FARMAKOGENOMIKA

EPIGENOMIKA

RNOMIKA

POSTGENOMSKO DOBA I LIJEČENJE DUŠEVNIH BOLESTI?

MULTIDISCIPLINARNI PRISTUP RAZVOJNOJ

NEUROZNANOSTI NEOPHODAN JE KAKO

BISMO USPOSTAVILI DOBRE KORELACIJE

GENOTIPA I FENOTIPA, TE POVEZANOST

UZROKA I POJAVE BOLESTI

HVALA NA PAŽNJI