genomiális imprinting és az emberi kromoszóma 15
GABRIELA M. REPETTO
Department of Pediatrics, Facultad de Medicina, P. Universidad Cat Ceclica de Chile, Santiago
megfelelő Szerző: Gabriela Repetto. Osztály. gyermekgyógyászat, Orvostudományi Kar, P. Universidad Cat Caclica de Chile. Szállásfoglalási rendszer _ 2017.évi
absztrakt
a genomikus lenyomat reverzibilis jelenség, amely befolyásolja a gének expresszióját szülői eredetüktől függően. A legjobban jellemezhető emberi rendellenességek, amelyek a lenyomatfolyamat megváltozásából erednek, az Angelman és a Prader-Willi szindrómák. Ennek oka az aktív anyai vagy apai gének hiánya a 15q11q13 kromoszóma régióból. A legtöbb eset intersticiális törlések útján merül fel. Áttekintjük a bizonyítékokat arra vonatkozóan, hogy a régió egyéb gyakori citogenetikai változásai, az intersticiális és a számfeletti duplikációk lehetnek a deléciók kölcsönös termékei, és a lenyomat jelenség is befolyásolja őket, tekintettel az anyai eredetű duplikációk túlsúlyára azoknál a betegeknél, akiket a fejlődési késések vagy az autista jellemzők miatt állapítottak meg.
kulcsfogalmak: 15. kromoszóma; 15. kromoszóma törlések / duplikációk; genomi lenyomat
genomi lenyomat
a genomi lenyomat egy epigenetikus jelenség, amely az allélek differenciális expresszióját eredményezi szülői eredetüktől függően. Bár ezt a tulajdonságot a biológusok évek óta jól ismerik különböző állatmodellekben és különösen a pronukleáris transzplantációs kísérletekben, klinikai következményei az emberekben csak a közelmúltban kezdtek tisztázni (Hoppe and Illmensee 1977, Sapienza and Hall 1995). Becslések szerint az emberi genom kevesebb mint 1% – A Van lenyomva, és számos lenyomott géncsoportot azonosítottak. Bizonyíték van arra, hogy az allélok preferenciális elnémításának folyamata a meiózis során történik, a DNS-metiláció, valamint az allél-specifikus replikációs időzítési különbségek révén közvetítik, és minden generációban “visszaállítják” (Nicholls 1994, Knoll et al 1994, Ledbetter and Engel 1995). A folyamat imprinting és a változások ma már ismert, hogy részt vesz számos emberi rendellenességek, beleértve bizonyos típusú rák; ez a felülvizsgálat csak a 15q11q13 lenyomott kromoszóma régióra összpontosít.
humán kromoszóma 15q11q13 régió
az egyik legjobban jellemzett emberi lenyomatú régió a 15.kromoszóma proximális hosszú karjában található. Számos gént azonosítottak ebben a régióban, és legalább hét gén és átirat ismert, hogy csak az apai másolatból aktív: ZNF127, NDN, SNURF, SNRPN, IPW, PAR1 és PAR5 (Robinson et al 1997, Cassidy et al 2000). Ebben a régióban csak egy gént, az UBE3A-t mutattak ki kizárólag az anyai allélból (Kishino et al 1997, Matsuura et al 1997), és ez a differenciális expresszió különösen nyilvánvaló az agyban (Rougeulle C et al 1997, Vu and Hoffman 1997). Egérkísérletek kimutatták az UBE3A anyai expresszióját az agy bizonyos részeiben, például Purkinje sejtekben, a hippokampusz régióiban és a szaglóidegben (Albrecht et al 1997). Ezenkívül a kis törlésekkel vagy transzlokációkkal rendelkező betegek vizsgálata kimutatta a cisz-hatású imprinting központ jelenlétét (Ohta et al 1999). Ebből a régióból egy nem nyomott gén, a P gén, amely részt vesz a melanin bioszintézisében, érdemes megemlíteni a pigment rendellenességek miatt, amelyeket egyes betegeknél észleltek citogenetikai változások ebben a régióban (lásd alább) (Lee et al 1994).
emberi rendellenességek a 15. kromoszóma lenyomatai miatt
“hiányzó aktív gének”: Angelman és Prader-Willi szindrómák
az imprinting folyamat klinikai következményeit és hibáit először Angelman (AS) és Prader-Willi (PWS) szindrómában szenvedő betegeknél írták le, a mentális retardáció két fenotípusosan elkülönülő oka (MR). Az AS-ben szenvedő betegeknél súlyos MR, hiányzó vagy minimális beszéd, rohamok, ataxiás járás, túlzott nevetés, mikrognathia és bizonyos esetekben hypopigmentáció (Williams et al 1995). Ezzel szemben a PWS-ben szenvedő betegek újszülöttkori központi hipotóniával, enyhe kognitív károsodással, gyermekkori hiperfágiával járnak, ami elhízást, hipogonadotróf hipogonadizmust, kis kezeket és lábakat, jellegzetes arcvonásokat és néhányuknak hypopigmentációja is van (Holm et al 1993). Mindkét szindróma, amelyek fenotípusos jellemzőikben egyértelműen különböznek egymástól, közös etiológiával rendelkeznek: a betegek körülbelül 70% – ánál van 15q11q13 deléció, általában kimutatható olyan technikák alkalmazásával, mint a fluoreszcencia in situ hibridizáció (FISH) (Cassidy et al 1996, 2000). A törlések magukban foglalják a maternálisan örökölt másolatot az AS-ben szenvedő egyéneknél, míg a PWS-ben szenvedőknél az apai allél deléciói vannak (Knoll et al 1989). Úgy gondolják, hogy a P gén deléciója okozza a hipopigmentációt. A deléciók molekuláris analízise azt mutatta, hogy a legtöbb beteg közös törölt régiója körülbelül 4 MB, proximális töréspontokkal a d15s18 és a D15S541 markerek között, vagy a D15S541 és a D15S543 között, valamint a d15s12 és a D15S24 közötti disztális töréspontokkal (Kuwano et al 1992, Christian et al 1995, Amos-Landgraf et al 1999). A töréspontok ilyen csoportosítása a régió instabilitására utal.
a PWS-ben szenvedő betegek közel 30% – ánál és az AS-ben szenvedők 10% – ánál van a 15.kromoszóma uniparental diszómiája (UPD), amely mindkét homológus öröksége ugyanazon szülőtől (Nicholls 1993, Cassidy et al 2000). Úgy tűnik, hogy ez a rendellenesség a triszómia vagy a monoszómia megmentéséből származik, és a gének normális biparentális hozzájárulásának hiányához vezet ebben a régióban (Ledbetter and Engel 1995). Az Uniparental diszómiát a klinikai laboratóriumokban rutinszerűen értékelik mikroszatellit analízissel, vagy a metilációs állapot értékelésével, akár Déli blot, akár metiláció-specifikus PCR-rel (Cassidy et al 1996, Kubota et al 1996).
mindkét mechanizmus, a mikrodeléciók és az UPD, szórványos eseményeknek tűnnek, amelyek alacsony kiújulási kockázattal járnak az érintett betegek testvérei számára. A családokban visszatérő AS és PWS esetekről számoltak be. A mögöttes mechanizmusok vagy központi mutációkat vagy deléciókat nyomtattak a PWS – ben (Buiting et al 1994 és Ohta et al 1999), és valójában az ube3a anyai példányának mutációi AS esetekben (Kishino et al 1997, Matsuura et al 1997) összhangban vannak azzal a gondolattal, hogy ez utóbbi monogén állapot. Amikor az anya mutációs hordozó, az utódok kockázata az AS-nek 50%. Mint fentebb említettük, az ube3a, amely az ubiquitinációban részt vevő fehérjét kódolja, az egyetlen ismert gén a régióból, amelyet kizárólag az anyai másolatból fejeznek ki. Nem világos, hogy a PWS fenotípus egy vagy több gén hiányának köszönhető-e; a jelenlegi gondolat az, hogy egy összefüggő gén szindrómának felel meg. Összefoglalva, az apai gének hozzájárulásának hiánya a régióban PWS-t eredményez, az anyai aktív gének hiánya AS fenotípust eredményez, és számos mechanizmus magyarázhatja ezeket a jelenségeket.
“Extra gének”: számfeletti és intersticiális duplikációk
Egyéb átrendeződések befolyásolhatják ezt a kromoszómális régiót, a leggyakoribbak a duplikációk, amelyek lehetnek számfelettiek vagy intersticiálisak. A számfeletti duplikációk gyakran biszatellizált dicentrikus 15.kromoszómaként (dic (15)) találhatók. Ezek az egyik leggyakoribb számfeletti markerek, amelyek a rutin kariotipizálás során tapasztaltak 50% – át teszik ki (Webb 1994). A közös AS/PWS régióból származó gének jelenléte vagy hiánya alapján ezek a markerek kis és nagy dic (15)s-be sorolhatók, amelyek klinikai következményeikben is különböznek (Webb 1994). A kis dic (15)lehet családias, és a legtöbb esetben normális fenotípussal társul, de a nagy dic (15)általában fejlődési késéssel és autizmussal vagy autista jellegű jellemzőkkel rendelkező betegeknél fordul elő, általában más megállapításokkal, például hipotóniával, görcsrohamokkal és jellegzetes arckifejezéssel. Ezeknek a markereknek a molekuláris elemzése azt mutatta, hogy a kis dic (15) töréspontjai hasonlóak a fent leírt proximális deléciós törésponthoz, a D15S18 és a D15S541 vagy a D15S541 és a D15S543 között. Általában nem tartalmaznak extra másolatokat a lenyomott génekről, lehetnek anyai vagy apai eredetűek. Ezzel szemben a nagy dic (15)S mérete szélesebb, némelyik a d15s12 és a D15S24 közötti közös disztális deléciós töréspontig terjed, de néhány még nagyobb kiterjedésű markerrel (Cheng et al 1994). Ez azt jelenti, hogy ezeknek a betegeknek tetrasómiája van a lenyomott régióból származó gének számára. Meglepő módon a jelentett betegek többségének dic (15) s-je az anyai kromoszómákból származik, a többség mindkét homológból származik, ami arra utal, hogy az I. meiózisból származnak (Wolpert et al 2000). A génexpressziós vizsgálatok hiányoznak, valószínűleg a kizárólag anyai aktív gének hiánya miatt, amelyeket vérben vagy más mintákban lehet értékelni. Egy nemrégiben végzett, RT-PCR-t használó tanulmány kimutatta az SNRPN transzkriptumának nyilvánvaló feleslegét egy nagy dic-vel (15) és autista tulajdonságokkal rendelkező egyénnél a kontrollszekvenciákhoz képest, ami arra utal, hogy a felesleges gének képesek lehetnek elkerülni a lenyomatfolyamatot (Muralidhar et al 1999). Ennek a megállapításnak a kognitív fenotípushoz való viszonya nem világos.
az intersticiális duplikációkkal rendelkező egyének vizsgálata, amelyek a régió génjeinek triszómiáját eredményezik, szintén olyan töréspontokat mutatnak, amelyek hasonlóak a deléciókhoz. Az anyai eredetű duplikációjú betegeket a fejlődési késések értékelése során azonosították, és úgy tűnik, hogy az apai duplikációk tünetmentesek (szakács et al 1997, Repetto et al 1998).
a maternálisan örökölt duplikációk túlsúlya arra utal, hogy a duplikációkhoz vezető események vagy gyakoribbak a női meiózis során, vagy hogy van egy elfogultság megállapítás, amely oka lehet egy normális vagy enyhébb fenotípus vagy az apai eredetű duplikációk korai letalitása. A betegek elfogulatlan vizsgálata, például a prenatális diagnózis során, segít tisztázni a megfigyelések jelentőségét.
következtetések
az Imprinting egy összetett jelenség, amely módosítja az egyszerű Mendeli örökséget. Az emberekre gyakorolt hatásait csak a közelmúltban ismerik fel, különösen a biparental öröklés normális folyamatának rendellenességeiből eredő betegségek vizsgálata révén. Figyelemre méltó, hogy a 15q11q13 kromoszóma régió leírt változásai közös töréspontokkal rendelkeznek, ami arra utal, hogy ezeknek a rendellenességeknek közös mechanizmusa lehet. Lehetséges, hogy a változások a meiózis egyenlőtlen keresztezési eseményeiből származnak, és hogy a törlések és duplikációk kölcsönös termékek. Ezt más rendellenességekre is leírták, mint például a Charcot-Marie-Tooth Ia típusú és az örökletes neuropátia, amely felelős a 22. kromoszómában a nyomáspalsiákkal szemben (Chance et al 1994). Az ismétlődő szekvenciák klasztereit a 15. kromoszóma közös töréspontjaiban írták le, így ez hihető hipotézis (Amos-Landgraf et al 1999).
az is nyilvánvaló, hogy ezek a rendellenességek különböző fokú kognitív diszfunkcióval rendelkeznek, bár a specifikus fenotípusok meglehetősen eltérőek. Ennek oka lehet a neurotranszmitter receptorokat kódoló gének csoportosítása, mint pl gamma amino-vajreceptor alegységek (Greger et al 1995, Cassidy et al 2000). A 15. kromoszóma citogenetikai rendellenességei az autista rendellenesség leggyakoribb ismert okai. Ezen túlmenően, az ezzel és más kapcsolódó rendellenességekkel rendelkező, citogenetikai rendellenességek nélküli egyéneken végzett kapcsolódási vizsgálatok pozitív eredményeket mutattak a markerek esetében ebben a régióban, ami érzékenységi gének jelenlétére utal (szakács et al 1998). Nyilvánvaló, hogy sokkal többet kell megtudni az imprinting folyamatról, annak az emberi betegségekre gyakorolt hatásairól, különösen az itt leírt rendellenességekről, amelyek a kognitív fogyatékosság okainak jelentős részét teszik ki.
ALBRECHT U, SUTCLIFFE JS, CATTANACH BM, Beechey CV, ARMSTRONG D, EICHELE G, BEAUDET AL (1997) az egér Angelman-szindróma génjének, az Ube3a-nak a hippokampális és Purkinje neuronokban történő expresszióját nyomta le. Nat Genet 17:75-78
AMOS-LANDGRAF JM, JI Y, Gottlieb W, DEPINET T, WANDSTRAT AE, CASSIDY SB, DRISCOLL DJ, ROGAN PK, SCHWARTZ S, NICHOLS RD (1999) kromoszóma törés a Prader-Willi és Angelman szindrómákban magában foglalja a nagy, átírt ismétlések rekombinációját proximális és disztális töréspontokban. Am J Hum Genet 65: 370-386
BUITING K, SAITOH S, GROSS S, DITTRICH S, SCHWARTZ S, NICHOLLS RD, HORSTHEMSKE B (1994) Az Angelman és a Prader-Willi szindrómák öröklött mikrodeléciói meghatározzák az emberi 15.kromoszóma lenyomatközpontját. Nat Genet 9:395-400
CASSIDY SB, BEAUDET AL, KNOLL JHM, LEDBETTER DH, NICHOLLS RD, SCHWARTZ S, BUTLER MG, WATSON M (1996) a Prader-Willi és Angelman szindrómák diagnosztikai vizsgálata: az ASHG/ACMG teszt-és technológiaátadási Bizottság jelentése. Am J Hum Genet 58:1085-1088
CASSIDY SB, DYKENS E, WILLIAMS CA (2000) Prader-Willi és Angelman szindrómák: nővér lenyomott rendellenességek. Am J Med Genet 97: 136-146
esély PF, ABBA SN, LESCH MN, PENTAO L, ROA BB, PATEL PI, LUPSKI JR (1994) két autoszomális domináns neuropátia a 17.kromoszómán lévő régió kölcsönös DNS-duplikációjából/deléciójából származik. Hum Molec Genet 3: 223-228
CHENG S-D, SPINNER N, ZACKAI E, KNOLL JHM (1994) az invertált duplikált 15.kromoszóma citogenetikai és molekuláris jellemzése 11 betegből. Am J Hum Genet 55:753-759
CHRISTIAN SL, ROBINSON WP, HUANG B, MUTIRANGURA a, MR vonal, NAKAO M, SURTI U, CHAKRAVARTI A, LEDBETTER DH (1995) két proximális deléciós töréspont Régió molekuláris jellemzése proximális mind a Prader-Willi, mind az Angelman-szindrómás betegeknél. Am J Hum Genet 57: 40-48
szakács EH, LINDGREN V, LEVENTHAL BL, COURCHESNE R, LINCOLN a, SHULMAN C, LORD C, COURCHESNE E (1997) autizmus vagy atipikus autizmus anyai, de nem apai eredetű proximális 15Q duplikációban. Am J Hum Genet 60:928-934
szakács EH, COURCHESNE RY, COX NJ, LORD C, GONEN D, GUTER SJ, LINCOLN A, NIX K, HAAS R, LEVENTHAL BL, COURCHESNE E (1998) kapcsolat-az autista rendellenesség egyensúlyhiány-feltérképezése 15q11q13 markerekkel. Am J Hum Genet 62:1077-1083
GREGER V, KNOLL JH, WOOLF E, GLATT K, TYNDALE RF, DELOREY TM, OLSEN RW, TOBIN AJ, SIKELA JM, NAKATSU Y (1995) a gamma-amino-vajsav receptor gamma-3 alegység gén (GABRG3) szorosan kapcsolódik az alfa-5 alegység génhez (GABRA5) az emberi kromoszómán 15q11-Q13 és ugyanabban a tájolásban van átírva. Genomika 26:258-64
HOLM V, CASSIDY SB, BUTLER MG, HANCHETT JM, GREENSWAG LR, WHYMAN by, GREENBERG F (1993) Prader-Willi szindróma: konszenzus diagnosztikai kritériumok. Gyermekgyógyászat 91: 398-402
HOPPE PC, ILLMENSEE K (1977) mikrosebészeti úton előállított homozigóta-diploid egyszülős egerek. Proc Natl Acad Sci USA 74: 5657
KISHINO T, LALANDE M, WAGSTAFF J (1997) az UBE3A/E6AP mutációk Angelman-szindrómát okoznak. Nat Genet 15:70-73
KNOLL JHM, NICHOLLS RD, MAGENIS RE, GRAHAM Jm Jr, LALANDE M, LATT SA (1989) Angelman és Prader-Willi szindrómák közös 15-ös kromoszóma delécióval rendelkeznek, de a deléció szülői eredetében különböznek. Am J Med Genet 32: 285-90
KNOLL JH, CHENG SD, LALANDE M (1994) a DNS-replikáció időzítésének allél specifitása az Angelman / Prader-Willi szindróma nyomott kromoszómális régióban. Nat Genet. 6:41-6
KUBOTA T, SUTCLIFFE JS, ARADHYA S, GILLESSEN-KAESBACH G, CHRISTIAN SL, HORSTHEMKE B, BEAUDET AL, LEDBETTER DH (1996) az SNRPN metiláció validációs vizsgálata a Prader-Willi szindróma diagnosztikai tesztjeként. Am J Med Genet 66: 77-80
KUWANO a, MUTIRANGURA A, DITTRICH B, BUITING K, HORSTHEMSKE B, SAITOH S, NIIKAWA N, LEDBETTER SA, GREENBERG S, CHINAULT AC, LEDBETTER DH (1992) a Prader-Willi/Angelman szindróma Régió molekuláris boncolása (15q11q13) YAC klónozással és HALELEMZÉSSEL. Hum Molec Genet 1: 417-425
LEDBETTER DH, ENGEL E (1995) egyszülős diszómia az emberekben: imprinting térkép kidolgozása és annak következményei a prenatális diagnózisra. Hum Mol Genet 4:1757-1764
LEE S-T, NICHOLLS RD, STRUNK KM, BUNDEY S, LAXOVA R, MUSARELLA M, SPRITZ RA (1994) A P gén mutációi a II.típusú oculocutan albinizmusban, Prader-Willi plusz Albinizmus és “autoszomális recesszív albinizmus” N Engl J Med 330:529-534
MATSUURA T, SUTCLIFFE js, Fang p, galjaard rj, Jiang YH, Benton CS, ROMMENS JM, Beaudet al (1997) de novo csonka mutációk az E6-AP ubiquitin-fehérje ligáz génben (Ube3a) Angelman-szindrómában. Nat Genet 15:74-77
MURALIDHAR B, MARNEY a, BUTLER MG (1999) a Prader-Willi szindrómában és a 15.kromoszóma rendellenességekben szenvedő alanyok lenyomatolt génjeinek elemzése. Genetika az orvostudományban 1: 141-145
NICHOLLS RD (1993) genomikus lenyomat és uniparental disomy Angelman és Prader-Willi szindróma: áttekintés. Am J Med Genet 46: 16-25
NICHOLLS RD (1994) Az új felismerések komplex mechanizmusokat tárnak fel a genomi lenyomatokban. Am J Hum Genet 54:733-740
OHTA T, szürke TA, ROGAN PK, BUITING K, GABRIEL JM, SAITOH S, MURALIDHAR B, BILIENSKA B, KRAJEWSKA-WALASEK M, DRISCOLL DJ, HORSTHEMSKE B, BUTLER MG, NICHOLLS RD (1999) lenyomat-mutációs mechanizmus Prader-Willi szindrómában. Am J Hum Genet 64: 397-413
REPETTO GM, fehér LM, BADER PJ, JOHNSON D, KNOLL JH (1998). A 15q11q13 kromoszóma régió intersticiális duplikációi: klinikai és molekuláris jellemzés. Am J Med Genet 79:82-8
ROBINSON WP, HORSTHEMSKE B, LEONARD S, MALCOLM S, MORTON C, NICHOLLS RD, RITHCHIE RJ, ROGAN PK, SCHULTZ R, SHARP J, TRENT R, WEVRICK R, WILLIAMSON N, KNOLL JHM (1997) jelentés a harmadik nemzetközi workshop az emberi kromoszóma 15 feltérképezése 1996. Cytogenet sejt Genet 76: 1-13
ROUGEULLE C, GLATT H, LALANDE M (1997) az Angelman-szindróma génje, az UBE3A/E6AP, az agyban van nyomva. Nat Genet 17: 14-15
SAPIENZA C, HALL JG (1995) genetikai lenyomat és emberi betegség. A: SCRIVER CR, BEAUDET AL, SLY WS, VALLE D (eds) az örökletes betegségek metabolikus és molekuláris alapjai. 7. kiadás. MC Graw-Hill. pp: 437-458
VU TH, HOFFMAN AR (1997) az Angelman-szindróma gén, az UBE3A lenyomata az agyra korlátozódik. Nat Genet 17: 12-13
WEBB T (1994) Inv dup (15) számfeletti marker kromoszómák. J Med Genet 31: 585-594
WILLIAMS CA, ANGELMAN H, CLAYTON-SMITH J, DRISCOLL DJ, HENDRICKSON JE, KNOLL JH, MAGENIS RE, SCHINZEL A, WAGSTAFF J, WHIDDEN EM (1995). Angelman-szindróma: konszenzus a diagnosztikai kritériumokhoz. Angelman Szindróma Alapítvány. Am J Med Genet 56:237-8
WOLPERT CM, MENOLD MM, PASS MP, QUMSIYEH MB, DONNELLY SL, RAVAN SA, Vance JM, GILBERT JR, ABRAMSON RK, WRIGHT HH, CUCCARO ML, PERICAK-VANCE MA (2000) három probands autista rendellenesség és izodicentrikus kromoszóma 15. Vagyok J Med Genet 96: 365-372