Neurogenetika: a gyermekkori

epilepszia genetikai vonatkozásai

Semmelweis Egyetem Budapest

I. sz. Gyermekgyógyászati Klinika

Medico Uno Rt.

2008. május 8.

2

TARTALOM

1. Gyermekkori migrén genetikai vonatkozásai

Dr. Farkas Viktor 3 2. Klinikai genetika, 2008

Prof.Dr. Sasvári Mária

SE Orvosi Vegytani, Molekuláris Genetikai

Laboratórium (Budapest) 13

3. Fabry-kór

Dr. Farkas Viktor 20

4. Lissencaphalia. Epilepszia – migrációs zavar

Dr. Mandola Amarilla 25

5. Kálium csatorna betegségek:

Long QT-szindróma, újszülöttkori görcsök

Dr. Müller Katalin 31

3

1. Gyermekkori migrén genetikai vonatkozások Dr. Farkas Viktor

aattttaacckk

aaddoott tt ggeennoott iippuuss

vvééggssıı kköözzööss

ppaatthhwwaayy

XX YY ZZ

MMiiggrréénn ::

•• vvááll ttoozzóó ppeenneettrraanncciiaa

-- KKoommpplleexx ggeenneett iikkaa

-- EEggyyéébb ffaakkttoorrookk •• hhoorrmmoonnááll iiss •• ppsszziicchhoollóóggiiaaii

•• ttööbbbb ggéénn

MMiiggrréénn :: kkoommpplleexx nneeuurroollóóggiiaaii bbeetteeggsséégg,, ggeenneett iikkaaii && eeppiiggeenneett iikkaaii kkoommppoonneennsseekkkkeell

•• kköörrnnyyeezzeett ii .. ........

Preventiv Rp.

Acute Rp.

4

A migrén „ gének”

Gének

Monog énes alcsoportok “Severe” mutations

High penetrance Simple” analysis ”

FHM, CADASIL & “Új” altipúsok

Multifa ktoriális “Mild” mutációk

alacsony penetrancia Komplex analizis

GeneGeneGeneGene

Szokványos migrénformák: MA és MO

• Poligénes öröklıdés

• Egyéb faktorok pl. Környezet

5

Allelic variation of serotonin transporter gene

Nature Neuroscience 10, 1103 - 1109 (2007)

Serotonin transporter gene: VNTR regions

Deletion/insertion polymorphism of the promoter region of the serotonin transporter gene (5HTTLPR) is associated with differential transcriptional efficiencies:

the basal and stimulated activity of the long allele (l) is approx. twice that of the short allele (s).

6

Familiáris Hemiplégiás Migrén (FHM)

• A migrén aurával betegség monogénes formája

• Identikus aura & fejfájás tünetek

• Aura során hemiparesis: tartama órák - napok

+ + +

+ + +

+?+

+

+ +

Alternativ megoldás

I: Gén identifikálás: monogénes migrénformák

keresése: FHM II. monogénes szindrómák

keresése, melyek gyakran társulnak

migrénnel

7

Familiáris Hemiplégiás Migrén

• Attackot triggerelhet enyhefokú koponyatrauma • Kombinálódik “normal” migrénnel (65%; risk 8x) • Progressziv cerebellaris ataxia és atrophia (> 20%) • Gyakori konfúzió: epilepszia • Identifikált gének száma: eddig 3

(továbbiak várhatóak)

CACNA1A #19p13

FHM-1 (az FHM betegek

50-70%-a)

Feszültségfügg ı Neuronális P/Q tipusú Cav2.1 Ca2+ csatorna

αααα1A Neurotransmitter Release

Ophoff RA, et al. Cell 1996

8

I: Monogénes migrénformák

• FHM - I. CACNA1A gén funkció: a glutamát neurotraszmitter felszabadulásának kontrolja

Glutamát ↑

kálium ↑

Cav2.1 (CACNA1A) mutatiók és a társuló klinikai spektrum

FHM EA-2

FHM + Ataxia EA-2 + hemiplegia EA-2 / ataxiás migraine

SCA-6 / EA-2

Extracellular

Intracellular

Domain I II III IV

N

C

CAG

CAG

EA-2 / epilepsy

Sporadi kus HM

FHM + fatal is coma

Progressziv Ataxia

• Cerebellar atrófia • ataxiás epizódok (órák) • Migrén • Acetazolamidra reagál

9

Monogénes migrénformák II.

• FHM - II. ATP1A2 gén a glia sejtek Na-K ATP-ase pumpa α-alegységét kódolja: a szinaptikus résbıl a K+ visszavételt szabályozza glutamát kálium

Glia sejt Na +, K+-ATPase pumpa mechanizmusa

ATP1A2 #1q23

FHM-2 (az FHM betegek

10-20% -a)

10

Monogénes migrénformák

• FHM - III. SCN1A gén a neuronális Na1.1. feszültségfüggı Nátrium csatorna α-alegységét kódolja: a neuronális akciós potenciál inicializálását és propagálását szabályozza Glutamát ↑ kálium ↑

Neuronális akciós potenciál generálása &

propagációja Dichgans M, et al; Lancet

2005

Neuronális feszültségfügg ı Nátrium csatorna (Na v1.1)

FHM-3

SCN1A #2q24

11

Monogénes neurovasculáris betegségek, melyek gyakran társulnak migrénnel I.

• CADASIL Cerebral autosomal dominant arteriopathy with subcortical infarcts and leucoencephalopathy OMIM #125310

Monogénes neurovascularis betegségek, melyek gyakran társulnak

• Angiopathia : COL4A1 GÉN funkció: IV. collagént, mely a vasculáris

bazálmembrán komponense Infantilis hemiparesis, retinalis arteriolaris tortuositas leucoencephalopathia Gould et al, Science 2005, 308:1167-71

12

Monogénes neurovascularis betegségek, melyek gyakran társulnak

• AD-RVCL Autosomális domináns retinális vasculopathia cerebralis leukodystrophiával OMIM#192315 Richards Nat Genet 2007, 39:1068-70.

Összegzés

• FHM gének üzenete: Migrénben a neuronális és gliális anyagcsere érintett

a migrén : cerebrális ionopathia kóros centrális jelátvitellel

• NOTCH3, COL4A1 és TREX1 gének üzenete

a migrén cerebrális és meningeális vasculopathia endotheliális diszfunkcióval

13

2. Klinikai genetika, 2008 Prof. Dr. Sasvári Mára Semmelweis Egyetem , Orvosi Vegytani, Molekuláris Genetikai Laboratórium, Budapest

GTCCGGTCCC GGGACCCCCT GCCCAGGGTC AGAGGGGCGC CTACCTAGCT CACGGTCTTG GGCCGGAGGG AATGGAGGAG GGAGCGGGGT CGACCGCTCA GCTGTCCGCC CAGTTTCGGA GGCGGCCACG CGAGGATCAA CTGTGCAACG GGTGGGGCCG CGGCTGACCG TGGTGGTCGC GGGGGCTGAG GGCCAGAGGC TGCGGGGGGG GGGCGGCGGG ATGAGCTAGG CGTCGGCGGT TGAGTCGGGC GCGGAGTCGG GGGCAGGGGG AGCGGGCGTG GAGGGCGCGC ACGAGGTCGA GGCGAGTCCG CGGGGGAGGC GGGCAGAGCC TGAGCTCAGG TCTTTCTGCG TCTGGCGGAA CGGGCCTGGG AGGGAGGTTT TGCCAGATAC CAGGTGGACT AGGGTGAGCG CCCGAGGGCC GGGACGCACG CACGGGCCGG GTAGGATGGC GCTGGCGTCG ATGCCCGCGC GCTTCAGGGC CTGGTCTGGC CGCCCCTCCA TCCTTGTCGG TTTCTCGGGT CGCGGACCCC GCGCGGCGCC GGGCGATGCT GGCCTGCCCG TGGCCACCAC CTCGCTTCAT TCCCGTCTCT TTGGGCCGCC GCATTCGTCC ACGTGCCCGT CTCTCCCTGC GCAAAATTCC AAGATGAGCA AATACTGGGC TCACGGTGGA GCGCCGCGGG GGCCCCCCTG AGCCGGGGCG GGTCGGGGGC GGGACCAGGG TCCGGCCGGG GCGTGCCCGA GGGGAGGGAC TCCCCGGCTT GCGACCCGGC GTTGTCCGCG

3 x 109 bető megfejtése

14

GTCCGGTCCC GGGACCCCCT GCCCAGGGTC AGAGGGGCGC CTACCTAGCT CACGGTCTTG

GGCCGGAGGG AATGGAGGAG GGAGCGGGGT CGACCGCTCA GCTGTCCGCC CAGTTTCGGA

GGCGGCCACG CGAGGATCAA CTGTGCAACG GGTGGGGCCG CGGCTGACCG TGGTGGTCGC

GGGGGCTGAG GGCCAGAGGC TGCGGGGGGG GGGCGGCGGG ATGAGCTAGG CGTCGGCGGT

TGAGTCGGGC GCGGAGTCGG GGGCAGGGGG AGCGGGCGTG GAGGGCGCGC ACGAGGTCGA

GGCGAGTCCG CGGGGGAGGC GGGCAGAGCC TGAGCTCAGG TCTTTCTGCG TCTGGCGGAA

CGGGCCTGGG AGGGAGGTTT TGCCAGATAC CAGGTGGACT AGGGTGAGCG CCCGAGGGCC

GGGACGCACG CACGGGCCGG GTAGGATGGC GCTGGCGTCG ATGCCCGCGC GCTTCAGGGC

CTGGTCTGGC CGCCCCTCCA TCCTTGTCGG TTTCTCGGGT CGCGGACCCC GCGCGGCGCC

GGGCGATGCT GGCCTGCCCG TGGCCACCAC CTCGCTTCAT TCCCGTCTCT TTGGGCCGCC

GCATTCGTCC ACGTGCCCGT CTCTCCCT TCCCCGGCTT GCGACCCGGC GTTGTCCGCG

Craig Venter (Celera)Craig Venter (Celera)Craig Venter (Celera)Craig Venter (Celera); Francis Collin (HGP); Francis Collin (HGP); Francis Collin (HGP); Francis Collin (HGP)

HGP: 1989-ben alapította J. Watson 1992-es becslés: 1$/bp, 100,000 bp/év HGP: 30,000 év, $3 billió ???

A “hasznos információ” - hány génünk van? Kb. 20 ezer – kb. a genom 2 %-a

Mi van a maradék „extra” DNS-ben? ISMÉTLİDİ SZEKVENCIÁK (LINE, SHINE – retrovírusok)

15

Átlagos genetikai különbség :

0.1%

(kb. 3 x 106 bp különbség)

GAGGGAGCGC

GAGGGAGCGC GAGGGAGCGC

GAGGGTGCGC

GAGGGTGCGC

GAGGGTGCGC

0.5 %

(kb. 15x 106 bp

különbség)

Mutációk

-hibák

-ritkák

-prediktív érték

Polimorfizmusok - rizikó/protektív faktor - gyakori variáns - komplex hatás

16

G C A C T A C C C G T G A T G G

G C A T T A C C C G T A A T G G

SNP

Egypontos nukleotid variációk Single Nucleotide Polymorphism

2 ismétlıdés

3 ismétlıdés

4 ismétlıdés

5 ismétlıdés

VNTR

Változó számú ismétlıdések Variable Number of Tandem Repeats

nagyok

kicsik

létra

PCR termékek elválasztása

szájnyálkahártya sejtek

szájnyálkahártya sejtek

Nem-invazív mintavétel

PCR felsokszorosítás

17

PCR diagnosztika :

CFTR gén

DF 508: 3 bp deléció (Phe kiesik)

normál termék

mutáns termék

gél elektroforézis

+

-

1. 2. 3. 4.

1,2: hordozó (szülık) 3: index (beteg) 4: egészséges

Cisztás Fibrózis

A testvér relatív rizikója

allélgyakoriság

Wright AF, Hastie ND. Genome Biol. 2001;2(8)

18

Elıvizsgálatok Bizonyítási fázis

Populációk vizsgálata

ASSZOCIÁCIÓ VIZSGÁLAT

Kandidáns gének Teljes genomra kiterjedı (DNS chip vizsgálatok)

Kromoszómális lokalizáció

transzporter receptor

dopamin

noradrenalin szerotonin

receptorok transzporterek metabolizmus

enzimei

rendszer génjei

12

19

Hairi AR et al, Science 297: 400-402 (2002) fMRI válasz - AMYGDALA

A félelmi reakció és a szerotonin transzporter polimorfizmusa

Akiknek ”rövid” alléljuk van Akiknek „hosszú” alléljuk van

10x nagyobb aktivitás

20

3. Fabry - kór Dr. Farkas Viktor Fabry kór: Történeti áttekintés

� 1898: A klasszikus fenotípus leírása

� Johannes Fabry Németország � William Anderson Anglia

� Angiokeratoma corporis diffussum universale,

Morbus Fabry, ill. Anderson-Fabry

Arch Dermatol Syph 43:187, 1898 Ein Beitrag zur Kenntnis der Purpura haemorrhagica nodularis (Purpura papulosa haemorrhagica Hebrae)

Dr. med. Joh. Fabry (Dortmund) Brit J Dermatol 10:113, 1898 A Case of “Angio-keratoma” By William Anderson, F.R.C.P (London) Fabry-betegség Kb. 40 évvel késıbb identifikáltak:

� egy testszerte (multiorgan érintettség)

� a vascularis endothelben deponálódó zsírszerő anyagot: globotriaosylceramide

21

Fabry-betegség

� Öröklött, lizoszómális tárolási betegség

� enzim hiány: α-galaktozidáz A (1960-as évek)

� Enzim funkció: makromolekula komplexek lebontása Következmény: intra-lizoszomális breakdown: tárolási betegség

Metabolic Pathway

Természetes lefolyás, genetika

� Progresszív betegség: életkorhoz kötött klinikummal !!!

� beteg férfiak kezelés nélküli várható élettartam: 41 év

� X-hez kötött recesszív � nincs férfiról – férfira transzmisszió � nık: hordozók / változó mértékő tünetekkel

� Minden etnikumban elıfordul

� Becsült incidencia 1: 40 000 – 60 000 férfi

22

Fabry kór: α-Galactosidase Deficiencia Genetika: 1986-tól > 245 különbözı mutáció

o Missense pont mutáció: 75% � Két fı típusa ismert:

o Active site: az enzim aktivitás ↓ ; mutációs hotspot

o Folding: α-Galactosidase stabilitás ↓ o (a hydrofób egység károsodott)

o Deléció / Inserció: 15% o Splice site mutációk: 5%

o A legtöbb családnak „saját” mutációja van!!!

Fabry-betegség Residuális enzimaktivitás 1% - 17% gyakran < 1%

� A betegség súlyossága korrelál: a reziduális enzim aktivitással

� Magas residuális enzim aktivitás esetén (>5%): asymptomás esetek, szelektív cardiális érintettség

Természetes lefolyás

0

Acroparesthesia vese

KIR

szív

Jellegezetes klinikai tünetek

Quality of Life

Életkor: évek 40+

23

Multiorgan betegség A GL-3 progresszív felszaporodása több szervrendszer progressziv betegsége: Idegrendszer

Bır Vese Szem Szív

Gyomor-bél rendszer

Klinikum

� Gyermekkorban: � Fáradékonyság � Idınként fájdalom tünetek / krízis � Meleg és hideg intolerancia � Hipohidrózis � Szaruhártya és lencse homány � Ismétlıdı láz (ismeretlen eredettel) � Pszihés zavarok, tanulási zavarok � bırtünetek

Klinikum: Polyneuropathia Elsı vezetı tünet:

• Égı fájdalom: tenyereken ill. talpakon precitipál: láz, meleg víz, fizikai terhelés, pszichés stressz, alkohol

• Az átlagos életkor a diagnózis felállitásakor: 21 év Gyermekkor: láz esetén alsóvégtagi (láb) fájdalom !

24

Diagnózis és terápia

� Feltételezett diagnózis: � Klinikum, labor értékek � Családi anamnézis

� Definitiv diagnózis:

� Enzimaktivitás mérés: • Könny, leukocyta, plasma, biopsziás anyag

� Genetikai diagnosztika: mutáció analizis

� Korábban: Bır-biopszia ------ incluziós testek

� Terápia: ERT

25

4. Lissencephalia Epilepszia - migrációs zavar Dr. Mandola Amarilla , Dr. Szeberényi Júlia, Dr. Farkas Viktor

Corticalis fejlıdés rendellenességei

� Ritka betegségek

� Terápiarezisztens epilepsziával és mentális retardációval járó többféle fenotípusos megjelenés

� Kórfolyamat: a cytoarchitektura disorganizációja

A corticogenesis fejlıdési rendellenességei: genetikai és fejlıdéstani klasszifikáció

I. KÓROS NEURON ÉS GLIAPROLIFERÁCIÓ VAGY APOPTÓZIS A. Csökkent proliferáció/fokozott apoptózis vagy fokozott proliferáció/csökkent apoptózis - kóros agyméret 1. Microcephalia normális, ill. vékony agykéreggel 2. Microlissencephalia (extrém microcephalia vaskos agykéreggel) 3. Microcephalia extenzív polymicrogyriával 4. Macrocephaliák B. Kóros proliferáció (kóros sejtformákkal)

II. KÓROS NEURONMIGRÁCIÓ III. AZ AGYKÉREG KÓROS ORGANIZÁCIÓJA IV. NEM KLASSZIFIKÁLHATÓ FORMÁK

26

Újszülöttkori microcephaliák

� Primaer � Genuin csoport

� Méretbeli eltérések: lényegi strukturális eltérés nélkül

� Más társuló eltéréssel járó microcephalia csoport � Központi idegrendszeri fejlıdési rendellenesség

� Migrációs zavar pl.: Lissencephalia ( corticalis agyria és pachygyria)

� Secundaer

� Fertızés – rubeola, toxoplasmosis, CMV; sugárzás, kémiai behatás, gyógyszerhatás, vérzés, metabolikus betegségek…

LISSENCEPHALIA – SIMA AGY

Vastag kéreg, cerebralis convolutiók hiánya A fissura Sylviin kívül sulcus nem látható

27

28

Anamnézis

� 24 hónapos microcephal (fejkörfogat <3pc ) leány / phenotipus, sloping forehead, therapiarezisztens epilepszia: infantilis spasmusok /

� Consanguin szülık � 34. terhességi héten: perinatalis UH → microcephalia dg. � 36. terhességi hét: fenyegetı iu. asphyxia miatt sectio � Iu. hypotrophia tünetei, Szs.: 2380gramm, Szh.: 45cm, 9/10 Apgar

� Születéskori fejkörfogat: 27cm (<3pc, -2,8SD)

� 1. élethónaptól – West szindróma tünetei

29

Terápia

� Konvencionális antiepileptikus gyógyszeres terápia: � valproát, karbamazepin, levetiracetam, topiramát, vigabatrin…….

•• TTáágg ssuubbaarraacchhnnooiiddeeaalliiss ttéérr ééss kkaammrráákk

•• HHyyppooppllaassiiááss kkiissaaggyy,, aaggyyttöörrzzss ééss bbaassaalliiss ggaanngglliioonnookk

30

31

5. Kálium csatorna betegségek: Long QT- szindróma, újszülöttkori görcsök Dr. Müller Katalin , Dr. Orosz Irén, Dr. Farkas Viktor Esetbemutatás Epilepszia kivizsgálás Status

1. Min. grad. mentalis retardatio 2. Infantilis cerebralis paresis, tetraspasticus forma 3. Scoliosis

Anamnézis 4 éves, leány Perinatalis anamnézis: sürgıs s.c. 37. gest.héten � CTG-n bradycardia, majd beszőkült oscillaciok Érett újszülött, cardiorespiratorikus adaptatio zavartalan 6 hónaposan: Motoros retardatio 4 évesen: Láztalan állapotban, alvásban jelentkezı, generalizált tónusos clonusos roham miatt jelentkezik klinikánkon

32

Családi anamnézis: Mater: Long QT szindróma � Implantálható cardioverter defibrillator (ICD) Anyai nagymama: Váratlan exitus 40 évesen, alvás közben Long-QT szindróma (LQTS): Szívizomsejtek megnyúlt repolarizációja következtében létrejövı aritmia EKG: QT intervallum: megnyúlás

Vizsgálatok I. Neurológia

� EEG: 4-5 sec ideig tartó nagy amplitúdójú többes tüske paroxizmusok

Diagnózis: Generalizált epilepszia

Terápia: Valproat

Klinikailag rohammentes

�Koponya MRI: Negatív

Klinikum

33

Klinikum: ROHAMSZERŐ tünetek

• palpitáció • szédülés • eszméletvesztéses rosszullét

• syncope • görcsroham

Provokáció:

• emocionális stressz • fizikai terhelés • nyugalom

Következmény:

• polimorf kamrai tachycardia („ torsade de pointes”), • fatális aritmia • hirtelen szívhalál

� Szív UH: Negatív

� EKG (Nyugalmi, terheléses, Holter monitorizálás): Megnyúlt QT idı

Diagnózis: Long QT szindróma

Terápia: ß-receptor blokkoló

Vizsgálatok II. Kardiológia

Klinikum + családi anamnézis

34

Kálium csatorna: • sejt hiperpolarizáció • depolarizálódott sejt repolarizáció

Vizsgálatok III. Molekuláris genetika

KCNH2 (=HERG) gén „frameshift” mutáció kimutatása IKr mőködés zavara

(Kifelé vezetı, rektifikáló, gyors kálium csatorna)

Long QT2 szindróma

Módszer: DHPLC (Denaturing High Performance Liquid Chromatography)

35

LQTS-t okozó gének többsége a szív kálium- és nátriumcsatornáit felépítı fehérjéket kódol. Genetikailag hét altípusa van → mindegyik az akciós potenciál repolarizációjának idejét növeli → QT megnyúlás

Vizsgálatok IV.: Családszőrés

� Autoszomális domináns öröklésmenet Romano-Ward szindróma (Long QT 1-7)

� Autoszomális recesszív

öröklésmenet Jervell és Lange-Nielsen szindróma (Long QT 1, 5 + congenitalis süketség)

� Spontán mutáció

QTc407

†

QTc:421

†

QTc:403 †

QTc471

QTc500

† QTc439

† ††

Herg -

Herg -

Herg +

Herg +

IV.

III.

II.

I.

36

Terápia: I. Gyógyszeres Béta-receptor blokkoló K szupplementáció II. Nem gyógyszeres Implantálható cardioverter defibrillator (ICD)

Életviteli javaslatok

• Emocionális terhelés Fizikai terhelés (versenyszerő sport) K deficit pótlása (hányás, hasmenés) 2. QT megnyúlást okozó gyógyszerek (Erythromycin, Clarytromycin,

Cisapride,...)

37

Benignus familiaris neonatalis convulzió (BFNC) rövid ideig tartó generalizált tonusos-klonusos roham (GTCS)

• szem tünetek • motoros automatizmusok

Kezdet: 2-4 napos kór Vége: 1-3 hónapos kór 11-16 % roham a késıbbi életévekben incidencia: 1: 100.000

Következtetés

Epilepszia és Long QT együttes el ıfordulása � KCNH2 (=HERG) gén mutációja

Komplex kálium ioncsatorna betegség? Klinikailag multiorgan betegség (szív+agy)

Új terápiás lehet ıségek: szelektív kálium csatorna nyitók

Long QT2 Gerinces agyban, fıleg hippocampusban, cortexben növeli a neuronok ingerelhetıségét.

38

Retigabine (RTG): activates K+ current (KCNQ2/Q3)

EK

Em - 70 mV

- 90 mV

Retigabine

-100 -80 -60 -40 -20 0-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Q2 + Q3 Q2 + Q3 + 100µM Rtg

norm

aliz

ed c

urre

nt

V (mV)

-50 mV +RTG

-RTG

-80 -60 -40 -20 0 20-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Q1 + 100µM Rtg Q1

norm

aliz

ed c

urre

nt

V (mV)

agy szív