whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

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Whole-Genome Sequencing in a Patient with Charcot- Marie-Tooth Neuropathy James R. Lupski, M.D., Ph.D. By: Daniel Estrada Muñoz Universidad Pontificia Bolivariana Facultad de Medicina

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Daniel Estrada

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Page 1: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Whole-Genome Sequencing in a Patient with Charcot-Marie-Tooth

NeuropathyJames R. Lupski, M.D., Ph.D.

By: Daniel Estrada Muñoz

Universidad Pontificia BolivarianaFacultad de Medicina

Page 2: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

IntroductionA genetic study of disease based in the genetic

sequencing, allows to know the problem at the

source, looking to raise an specific solution or at

least a better way to treat people with the disease.

Charcot-Marie-Tooth disease has no cure, but

knowing the sequence of it in the patients, allows to

identify clinical variables for a better patient care.

Page 3: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Peripheral NeuropathyThis Comes from the Greek words, “neuro” that means nerves and “pathy” that means abnormal.

There are 2 types of nerves, the ones that relay information from the CNS to the periphery, and the nerves that relay information from the periphery to the CNS

Page 4: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Peripheral Neuropathy

Peripheral neuropathy occurs when these nerves don’t work properly, and this can cause several symptoms like pain, loss of sensation, inability to control muscles and others.

Page 5: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Charcot-Marie-Tooth DiseaseGroup of inherited disorders that affect the peripheral nerves. It has been detected at least in 14 genes, causing different types of disease.

Symptoms usually begin in the lower limb

Page 6: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Charcot-Marie-Tooth DiseaseCMT has two forms:Type I

Involves damage to the myelin sheath around the axon, in some cases the total destruction of this sheath.

Type II In this type the axon of the neuron wears away

Page 7: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Sequencing

Detailed analysis of the genetic

structure to determine the order of

nucleotides (A, T, G and C) in a DNA

sequence.

Page 8: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Relation Sequencing/CMT

The DNA of patients with Charcot-Marie-

Tooth was sequenced to note what

mutation in the genetic material made

possible the development of the disease.

Page 9: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

General Objective Show the results of the sequencing of

CMT to understand the manifestation

in patients.

Page 10: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Materiales y Métodos

Page 11: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Pacientes

El estudio se realizo en una familia de 10

integrantes.

Madre, padre 4 hermanos afectados y 4

hermanos no afectados con CMT tipo I.

Page 12: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Diagnostico

El diagnostico del paciente control y de sus

tres hermanos afectados se realizo por

examen físico y estudios electrofisiológicos.

Page 13: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Examen físico

Debilidad y atrofia de músculos distales

Pes cavus

Ausencia de reflejos osteotendinosos

Page 14: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Estudios de Conducción Nerviosa

Respuesta motora del nervio mediano, ulnar,

tibial y peroneo con latencias de ondas F.

Potencial sensitivo ortodrómico del nervio

mediano ulnar y sural.

Reflejos H tibiales bilaterales.

Page 15: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

SecuenciaciónSOLiD

Sequencing by oligonucleotide ligation a

detection.

Es una secuenciación por ligación de

octámeros marcados de secuencia conocida a

la cadena de DNA con posterior detección de

la señal fluorescente emitida tras caga

ligación.

Page 16: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Hibridación

Para una hibridación genómica comparativa

basada en matrices y un análisis de el numero

de copias variantes en el paciente estudiado

se compara con las variantes que posee un

hombre control.

Page 17: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

SNP-Single Nucleotide Polymorphism

El paciente estudiado tiene un total de

3.420.306 SNP de los cuales en los cuales

hay 121 mutaciones sin sentido y 27

mutaciones en las cuales se cambia el codón

Stop por cualquier otro codón.

Page 18: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Polymerase Chain Reaction. PCRPor medio de PCR se amplificaron los exones 5

y 11 del gen SH3TC2 y se secuenciaron

directamente en todos los miembros de la

familia en estudio.

Para verificar la mutación de aminoácidos

Arg954ter (R954X) que corresponde a una

mutación de GA en el DNA genómico en el

exón 11 del gen SH3TC2 en el cromosoma 5.

Page 19: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Polymerase Chain Reaction. PCRSe generó también un fragmento de PCR de

312 Pb que se incubo con la enzima de

restricción TaqI. La mutación del nucleótido

resulta en la eliminación del punto de

restricción para esta enzima.

Esta enzima hace cortes pegajosos entre T y

C.

Page 20: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

RESULTADOS

Page 21: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

En adicion al fenotipo de CMT se encontro por medios electrofisiologicos una neuropatia axonal en un padre y un abuelo del individuo estudiado.

Ademas se encontro mononeuropatia del nervio mediano en la muñeca MMM en todos los abuelos y ambos padres sin embargo con un patron de herencia poco claro.

Estudios de Conducción Nerviosa

Page 22: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Estudios de Conducción NerviosaSe hayan tres tipos de MMM. El Abuelo carpintero con un fenotipo normal pero MMM severa.

Abuela y madre con una MMM leve.Y una MMM severa asociada con una

polineuropatía axonal.Esta ultima es similar a la neuropatía heredada

atribuida a la haploinsuficienda de PMP22.La duplicación de este gen causa CMT tipo IA, la

forma mas comun.

Page 23: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Variación Genética

Se encontraron 3.420.206 SNPs

Se usaron dos enfoques para determinar el

numero de copias variantes.

Se identificaron 234 variantes en un rango de

tamaño de 1690 pb a 1.627.813 pb pero

ninguna con relacion a neuropatias.

Page 24: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Variación Genética

Se observo entonces los SNP no-sinonimos detectados

por la secuencia completa comparados con una base

de datos de mutaciones previamente observadas.

De las 174 SNP no sinomimos 159 tenian rasgo

hereditario.

De estas, 21 causaban enfermedades mendelianas.

De estas 16 eran heterocigoticas.

Page 25: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Variación Genética

Las 5 homocigoticas que sobraron eran

errores de asignacion de mutaciones de

enfermedad lo que explica porque 4 de ellos

son homocigoticos en el examen pero no

estaban afectados.

Page 26: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Variación Genética

Se examinaron mutaciones en 40 genes

relacionados con neuropatias. Esto dio como

resultado 3148 SNPs de los cuales 54 codificaban.

De estas 54, 2 estaban en el locuas de SH3TC2 y

eran una mutacion con cambio de sentido y una

mutacion sin sentido.

Page 27: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Variación Genética

La mutacion sin sentido R954X ya se habia

implicado con CMT

La mutacion con cambio de sentido (AG en el

cromosoma 5 en el nucleotido 148.402.474)

corresponde a la mutacion del aminoacido

Tyr169His (Y169H)

Page 28: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Relacion Genotipo/Fenotipo

Se analizaron las mutaciones por separado pero se comprobo

que solo los hijos (4) que presentaban los dos alelos mutados

poseian CMT.

Se encontro Tambien que los que poseian la mutacion Y169H

tenian una neuropatia axonal.

Mientras que la mutacion R954X se asocia con el sindrome

del tunel del carpo sin importar si estaba solo o con el otro

alelo mutante.

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Page 30: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

A Representa el Familiograma, se muestra de

color negro los individuos afectados con CMT y de color gris los que tienen neuropatía axonal.Solo los individuos con los dos alelos mutados presentan la enfermedad. Los que tienen solo el alelo Y169H presentan neuropatia axonalLos que tienen solo el alelo R954X presentan sindrome del Tunel del Carpo.

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B Muestra el resultado de la enzima de

restriccion TaqI. La mutacion elimina el sitio de corte de la enzima. Los individuos no mutados presentan dos bandas mientras que los individuos que tienen la mutacion R954X presentan tres bandas de las cuales la de arriba representa el DNA no cortado.

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Page 33: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

C Muestra la representacion de aminoacidos de

la proteina SH3TC2 en varias especies.

Se muestra el lugar donde ocurre la mutacion Y169H.

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DISCUSIÓN

Page 35: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Arnaud E, Zenker J “Mice lacking SH3TC2 have abnormal organization of

the node of ranvier.”

Yes

Lupo V, Galindo M “is the finding thah SH3TC2 mutations result in

disruption of the enodcytic and membrane recycling

pathways.”

Yes

Lupski JR, de Oca-Luna MR, Sñaigenhaupt S

“The whole-genome sequencing approach thatwe describe here contrasts with other diagnosticapproaches. A clinical-testing panel that screensfor a copy-number variant that commonly causesCharcot–Marie–Tooth disease”

Yes

Verny C, Revisé N, Leutenegger AL

“There is also a report of mutations in two gens

related to Charcot-Marie-Tooth disease segregating

in the same family as either a recessive trait or a

sporadic trait

No

Page 36: Whole genome sequencing in a patient with charcot-marie-tooth neuropathy

Conclusions 1. There are cases when 2 different mutations combine to develop

a disease.

2. The protein SH3TC2 is necessary to the order of ranvier nodes

without this the patient present malfunction conduction.

3. Sequencing diseases can help to the diagnosis of the primer

cause of the disease, so the tratment can be more effective.

4. Although the mutations are the same, the fenotype in each

patient is different, one could be harder than another one.