Ugrás a tartalomhoz

Molekuláris diagnosztika

Dr. Balogh István, Dr. Kappelmayer János, Dr. Tőzsér József (2011)

Debreceni Egyetem

5. fejezet - 5. DNS ismétlődések okozta betegségek - dinamikus mutációk

5. fejezet - 5. DNS ismétlődések okozta betegségek - dinamikus mutációk

Tartalom

A klasszikus mendeli öröklődésmenetet mutató monogénes genetikai betegségeken túl van még egy olyan csoport, mely esetében bizonyos, meiotikusan instabil DNS ismétlődések a kóroki tényezők. Ezekben a betegségekben megfigyelhető az anticipáció, azaz, hogy az egymást követő generációkban a fenotípus egyre súlyosabb, vagy egyre fiatalabb korban bekövetkező lesz. Ezek az ismétlődések alkotják a dinamikus mutáció kategóriát. Az ismétlődések számának általában el kell érnie egy bizonyos határértéket ahhoz, hogy a betegség kialakuljon. Jelenleg majdnem 30 ilyen betegség ismert (5.1.) ábra.

5.1. ábra - 5.1. ábra. DNS ismétlődések miatt kialakuló genetikai betegségek.

5.1. ábra. DNS ismétlődések miatt kialakuló genetikai betegségek.

A legtöbb esetben triplet expanzióról van szó, de lehet tetranukleotid, pentanukleotid, sőt dodekanukleotid expanzió is. Ezek az instabil repeat-ek az adott gén speciális területén fordulhatnak elő, okozhat betegséget az 5’ le nem fordított szekvencia régióban, a kódoló régióban, a 3’ le nem fordított szekvencia régióban, az intronban és a promoterben levő mutáció is. A betegséget okozó mechanizmus nagymértékben attól függ, a gén mely területén történt a repeat expanzió:

  • - Az 5’ le nem fordított régióban bekövetkező expanzió a fragilis X szindróma esetén a promoterben metilációt okoz, így a gén transzkripcióját blokkolja,

  • - a 3’ le nem fordított régióban bekövetkező CTG expanzió a dystrophia myotonica esetében CUG-kötő splicing faktorok lekötését indukálja az mRNS-ben, ami néhány független gén korrekt splicing folyamataival interferál,

  • - a kódoló régióban bekövetkező mutáns fehérjetermék toxikus lesz a CAG expanzió által okozott Huntington kórban.

Az 5.1 ábra rövidítései (a betegségek) angolul:

EPM1: progressive myoclonic epilepsy 1, FRAXA: fragile X syndrome, FRAXE: fragile X mental retardation associated with FRAXE site, FXTAS: fragile X tremor and ataxia syndrome, SCA: spinocerebellar ataxia, DRPLA: dentatorubral-pallidoluysian atrophy, HD: Huntington’s disease, SBMA: spinal and bulbar muscular atrophy, FRDA: Friedreich ataxia, DM: myotonic dystrophy, BPES: blepharophimosis, CCD: cleidocranial dysplasia, CCHS: congenital central hypoventilation syndrome, HFG: hand-foot-genital syndrome, HPE5: holoprosencephaly 5, ISSX: X-linked infantile spasm syndrome, MRGH: mental retardation with isolated growth hormone deficiency, OPMD: oculopharyngeal muscular dystrophy, SPD: synpolydactyly, HDL2: Huntington’s disease-like 2.

A DNS ismétlődések száma rendkívüli változatosságot mutat. A FRAXA génben a normál CGG repeat szám 6 és 54 között változik, míg az instabil repeat szám 200-tól 1000-ig, vagy még tovább is terjedhet. Hasonló a dystrophia myotonica esete is, ahol az egészségesekben található 5-37 CTG mintázat a betegekben 50-től 10000-ig terjedhet. Ezek az igen nagymértékű változások diagnosztikai szempontból nagy nehézséget okozhatnak. Az alkalmazott mutáció kimutatási módszertan speciális PCR tesztektől a Southern blotting technikáig terjedhet.

A kódoló régiókban bekövetkező expanziók általában nem olyan hosszúak, mint a fenti, szabályozó elemeket érintők. A Huntington-kór esetén az eredetileg 6-34 CAG repeatszám az instabil esetekben 36-tól 100 fölé terjedhet, de az egyik spinocerebellar ataxia típius esetén (SCA6) a 4-17-ig terjedő tartományban levő CAG ismétlődés csak 33-as repeat számig nő.

Nagy kérdés, hogy melyek lehetnek azok a molekuláris mechnizmusok, mely az instabil ismétlődések kialakulásában szerepet játszhatnak. Ami jelenleg ismert, az az, hogy a ismétlődések instabilitása a DNS replikáció, javítómechanizmusok és a rekombináció rendszereinek zavarai miatt alakul ki.

Az instabilitásra hajlamos DNS ismétlődések számos szokatlan struktúrát alakíthatnak ki (5.2. ábra).

5.2. ábra - 5.2. ábra. Az instabil ismétlődések által okozott szokatlan DNS szerkezetek.

5.2. ábra. Az instabil ismétlődések által okozott szokatlan DNS szerkezetek.

Az ábrán látható a (CNG)n ismétlődések által okozott tökéletlen hajtű szerkezet (a), a (CGG)n ismétlődések által okozott quadruplex-jellegű szerkezet (b), a (CTG)n•(CAG)n ismétlődések által okozta szerkezet (c), a H-DNS és sticky DNS struktúrák, melyet (GAA)n•(TTC)n ismétlődések okozhatnak (d), és az (ATTCT)n•(AGAAT)n ismétlődések által okozott szerkezet (e).

Az olyan ismétlődések, melyek nem hajlamosak szerkezetet alkotni, genetikailag sokkal stabilabbak. A szokatlan DNS szerkezetek nagymértékben hozzájárulnak a repetitív DNS instabilitásához, így az általuk okozott betegségekhez.