Greining á hreyfitauga sjúkdómum með rannsókn á erfðaefni

MND-félagið	MS-félagið	MND-félagið	MND-félagið	MND-félagið	MND-félagið
Alþjóða-MND	MND-Svíþjóð	HSP í USA	MND í USA	ALS Therapy	MND-félagið

  

 

  Alþjóðleg miðstöð rannsókna á hreyfitauga sjúkdómum

International Center for Research on Motor Neuron Diseases

ICRon-MND

  

  

Greining á hreyfitauga sjúkdómum

með rannsókn á erfðaefni



07. október 2012.

 
Loftur Altice Þorsteinsson.

Talið er að hreyfitauga sjúkdómar (MND) séu einungis að litlum hluta arfgengir (familial). Stærsti hluti MND-sjúklinga (90%) flokkast sem tilfallandi (sporadic), þar sem ekki er kunnugt um ættartengsl þeirra við aðra MND-sjúklinga. Samt er talið líklegt, að tilfallandi tilvik sjúkdómsins séu einnig tengd erfðaefni (DNA) og mörg slík tilvik hafa fundist. Um er að ræða stökkbreytingar (mutations) í próteinum og ef slíkar stökkbreytingar finnast hjá MND-sjúklingum er nærtækt að kenna breytingunum um sjúkdóminn.

DNA (deoxyribonucleic acid) er erfðaefni sem varðveitt er í öllum frumum líkamans. DNA er gert úr fjórum svipuðum efnasamböndum, sem nefnd eru basar og eru þeir endurteknir í pörum. Basarnir nefnast: Adenine (A), Cytosine (C), Guanine (G) og Thymine (T). DNA er formað sem hringstigi, þar sem basa-pörin mynda þrep stigans.

 

Myndin sýnir bút af DNA sem gerður er af 4 heilum aðsetrum (condon) sem ná yfir 12 basa-pör. Alls sjáum við 13 basa-pör á myndinni. Takið eftir að A myndar einungis par með T og hins vegar myndar G einungis par með C. Spegilmyndir paranna teljast einnig pör, þannig að möguleg pör í DNA keðju eru fjögur.

Þrjú basa-pör sem standa saman eru nefnd aðsetur (codon) og eru aðsetrin á hverju gena-pari (Chromosome pair) númeruð í hlaupandi röð. Hvert gen stjórnar ákveðnu verkefni, til dæmis samsetningu próteina úr aminosýrum. Prótein getur verið gert úr fáeinum aminosýrum, eða mörgum þúsundum.

Möguleg basa-pör eru fjögur, þegar spegilmyndir eru einnig taldar.

Genin eru bundin saman í ákveðna klasa sem nefnast litninga-pör (chromosome pairs). Gena-mengi frumanna er geymt í litninga-pörum og í frumum manna eru 22 pör samlitninga og eitt par kynlitninga (X,Y). Litninga-pörin eru frá sitt hvoru foreldri og sama gildir því um genin, að þau koma hvort um sig frá föður og móður.

 

Fjöldi gena í litninga-pörum og basa-pörum er mismunandi.

 

MND er hugsanlega afleiðing stökkbreytinga í genum. Erfðaefni (DNA) er lykill að gerð og starfsemi sérhverrar frumu í líkamanum. Sérhver fruma geymir allt erfðaefnið og ef um ættgenga stökkbreytingu (familial mutation) er að ræða, er hana að finna í sérhverri frumu einstaklings. Hins vegar er huganlegt, að tilfallandi stökkbreytingu (sporadic mutation) sé ekki að finna í öllum frumunum, heldur einungis í sumum þeirra. (Þetta atriði hefur ekki verið rannsakað nægilega.)

Stökkbreytingar í mörgum prótínum hafa verið tengd MND (Motor Neuron Disease) og hér er listi yfir heldstu genin sem  forrita þessi prótín. Nöfn genanna koma fremst, en í svigum eru prótínin sem genin forrita:

1.     SOD1 (Cu-Zn Superoxide Dismutase)

2.     TDP-43 (TAR DNA-binding protein 43)

3.     PFN1 (Profilin 1)

4.     C9ORF72 (Chromosome 9 Open Reading Frame 72)

5.     FUS (FUsed in Sarcoma)

6.     OPTN (Optineurin)

7.     VCP (Valosin-Containing Protein)

8.     DCTN1 (Dynactin subunit 1)

9.     SQSTM1 (Sequestosome 1)

10. ANG (Angiogenin)

11. ATXN2 (Ataxin-2)

12. SETX (Probable Helicase Senataxin)

13. UBQLN2 (Ubiquilin-2)

14. VAPB (Vesicle-associated membrane protein-associated protein B/C)

15. FIG4 (Sac3)

16. CHMP2B (Charged multivesicular body protein 2b)

17. DAO (D amino acid oxidase)

18. NEFH (neurofilament, heavy polypeptide)

 

2002	2012
Framfarir í rannsóknum á erfðafræði ættgengs MND.  Fyrir tilfallandi MND: 10% C9ORF72 + 4% SOD1, TDP-43, FUS. Heimild: Bradley Turner Ástralíu.

Á 10 ára tímabilinu 2002 – 2012 hafa greinst stökkbreytingar í mörgum genum MND-sjúklinga, sem ekki hafði áður verið vitað að tengdust MND. Árið 2002 voru 20% ættgengra MND-tilvika tengd ákveðnum stökkbreytingum, en árið 2012 voru 70% ættgengra tilvika tengd ákveðnum stökkbreytingum. Þessi þróun bendir til, að eftir önnur 10 ár verði allir MND-sjúklingar með örugga sjúkdóms-greiningu, sem byggir á rannsókn á erfðaefni þeirra og sem tengir sjúkdóminn við ákveðna stökkbreytingu í genum.

 

Gena-mengi frumanna er geymt í litninga-pörum (chromosome pairs) og í frumum manna eru 22 pör samlitninga og eitt par kynlitninga (X,Y). Litninga-pörin eru frá sitt hvoru foreldri og sama gildir því um genin, að þau koma hvort um sig frá föður og móður.

Algengasta erfða-mynstrið fyrir MND nefnist “jafnkynja ríkjandi” (autosomal dominant), sem merkir að stökkbreyting erfist jafnt til beggja kynja og að einungis eitt stökkbreytt gen þarf til að valda sjúkdómnum. MND-sjúklingur er því venjulega með eitt stökkbreytt gen og annað óbreytt. Barn foreldris með MND hefur 50% líkur að erfa hið gallaða gen og jafn miklar að erfa það ekki. Hins vegar er ekki öruggt að MND komi fram hjá einstaklingi, þótt hann sé með stökkbreytt gen, vegna þess að erfða-myndstur þess gens kann að vera annað en “jafnkynja ríkjandi”.

Leit að stökkbreyttum genum í próteinum sem tengd hafa verið MND, er því aðferð til að greina MND. Fram að þessu hefur leitin takmarkast við ættgeng afbrigði af MND, en sú mynd er að breytast. Jafnframt hafa flestar stökkbreytingar fundist í hvata (enzyme) sem nefnist SOD1 (Copper-Zink Superoxide Dismutase). Fundist hafa nær 200 stökkbreytingar í SOD1 og engin ástæða er til að ætla að leitinni sé lokið.

Í heilbrigðu ástandi er SOD1 mjög gagnlegt, því að það er kraftmikið andoxunarefni, sem breytir Superoxide í  minna skaðlegt vetnis-peroxide (H2O2) og súrefni (O2). Önnur enzyme eins og til dæmis Catalase eða Glutathione Peroxidase (GPx) taka síðan við verkinu og breyta peroxíðinu (H2O2) í skaðlaus efnasambönd vatns (H2O) og súrefnis (O2).


 

SOD1-genið er samsett úr fimm svæðum sem nefnd eru exon. Stökkbreytingar sem tengjast MND hafa fundist í þeim öllum, en í mismunandi mæli. SOD1-G93S er eina stökkbreytta genið sem fundist hefur á Íslandi. Hér stendur G fyrir amino-sýru sem nefnd er Glycine, 93 er númerið á aðsetri (codon) breytingarinnar og S stendur fyrir aðra amino-sýru Serine. G93S merkir því, að á aðsetri 93 hefur orðið stökkbreyting, þannig að Glycine amono-sýra hefur breytst í Serene amino-sýru.

Afleiðingar stökkbreytinganna eru þær, að nytsamlegt SOD1 breytir um eðli og gefur frá sér eiturefni, sem er banvænt fyrir hreyfitaugarnar. Athyglisvert er, að það virðist vera stökkbreytt SOD1 í frumum sem nefnast stjörnufrumur (Astrocytes) sem gefur frá sér efni sem er banvænt fyrir hreyfitaugafrumur (Motor neurons), en ekki SOD1 í hreyfitaugafrumunum sjálfum.

Nokkrar aðferðir eru tiltækar til að greina stökkbreytingar í SOD1 og eru þær hver annari flóknari (virðist mér), nema High-Resolution Melting (HRM) (sem ég skil að einhverju leyti). Japanskur hópur vísindamanna hefur nýlega notað HRM til að greina stökkbreytingar í SOD1 hjá sjúklingum með tilfallandi MND.

Greining með HRM er fólgin í samanburði á ferlum “eðlilegs” og stökkbreytts SOD1. Skoðað er birtumagn sem fall af  “bráðnunar”-hitastigi. Menn notfæra sér að ákveðin litarefni dofna við að erfðaefni klofnar við hitun.

 

Greining á G93S stökkbreytingu í SOD1 geni. Japan er eini staðurinn í heiminum þar sem SOD1-G93S hefur greinst, fyrir utan Ísland. Heimild: Mitsuya Morita, Japan.
  

                                                 ><<>>< 

Eldri greinar mínar um MND:

10.12.2011: Núna er rétti tíminn til að hefja MND-rannsóknir á Íslandi.

07.10.2011: Astrocytes - hatusfullt árásarlið eða fórnfúsir verjendur ?

04.07.2010: Fjögur afbrigði hreyfitaugalömunar.

08.04.2010: Hreyfitaugalömun (MND) og Elliglöp (FTD).




                                                 ><<>><