Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Átírás

1 Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A

2 Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A Szerkesztette: Nagy László és Bálint Bálint László Írták: Bálint Bálint L., Meskó Bertalan, Nagy László, Lányí Árpád, Scholtz Beáta, Széles Lajos és Varga Tamás MOLEKULÁRIS MEDICÍNA ALAPJAI

3 TÁMOP /1/A A projekt az Európai Unió támogatásával az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. TÁMOP /1/A Bevezetés a molekuláris medicinába: Alapok Nagy László

4 Mérföldkövek a molekuláris medicína kialakulásában TÁMOP /1/A I. Alapok felfedezése 1869 F. Miescher svájci orvos savas anyagot izolált sejtek magjából elnevezte nukleinnek 1944 O. Avery A Pneumicoccus DNS-e tartalmazza a genetikai Információt 1950 E. Chargaff A-T, G-C ekvivalencia 1953 R. Franklin, M. Wilkins, J. Watson, F. Crick DNS kettőshelix szerkezete 1956 A. Kornberg DNS polimeráz Később mrns, plazmidok,bakteriális genetika, DNS manipulációk V. McKusick Mendelian Inheritance in man (genetikai betegségek katalógusa) H. Temin és D. Baltimore Reverz transzkripció

5 Mérföldkövek a molekuláris medicína kialakulásában TÁMOP /1/A II A módszertan kidolgozása 1960-as évek restrikcós endonukleázok, DNS ligáz H. Smith, D. Nathans, W. Arber 1972 P. Berg rekombináns DNS molekula 1976 első eukarióta gén (beta globin) klónozása T. Maniatis DNS szondák, hibridizáció= a DNS két szála szétválasztható és visszailleszthető 1975 szilárd fázisú hibridizáció E. Southern, Southern blot 1977 DNS szekvenálás F. Sanger, W. Gilbert 1978 Split genes W. Gilbert, P. Sharp, R. Roberts 1980 D. Botstein DNS polimorfizmus mint marker, emberi gén- Térkép 1987 R. Conn mitdns az ember eredete Afrikából

6 Mérföldkövek a molekuláris medicína kialakulásában TÁMOP /1/A III. Modern éra ( ) Funkcionális klónozás (fehérjét használják a klónozásalapjául) talasszémiák Pozícionális klónozás (nem kell fehérje hozzá) 1986 Krónikus granulomatózis betegség S. Orkin 1987 Duchenne muszkuláris disztrófia 2001 Humán genom megszekvenálása

7 Pozícionális klónozással megtalált gének Cisztikus fibrózis Nuerofibromatózis 1,2 Tesztisz meghatározó faktor Fragilis X Familiáris Adenomatózus Polipózis Miotóniás disztrófia Huntington betegség DNS repair defektus, ataxia teleangiektázia Bloom szindróma Emlő tumor gének családi halmozódású esetekben Hemokromatózis

8 Polimeráz Láncreakció PCR 1985 K. Mullis, R. Saiki Cetsu Corporation, Kalifornia Nobel prize 1993 DNS amplifikációnak nincs határa. Humán Genom Program HUGO HGP

9 A Genom információja szabadon hozzáférhető

10

11 TÁMOP /1/A A projekt az Európai Unió támogatásával az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. TÁMOP /1/A A Genom Scholtz Beáta

12 Genetikai anyag lokalizációja TÁMOP /1/A Cirkuláris DNS a mitokondriumban Kromoszómák a magban

13 A humán kromoszómák

14 A kromatin szerkezete a sejtben 30X X X

15 A DNS nem lineáris szerkezetű TÁMOP /1/A myglassshallnotpersuademeiamoldsolongasyouthandthouareofo nedatebutwhenintheetimesfurrowsibeholdthenlookideathmydays shouldexpiateforallthatbeautythatdothcovertheeisbuttheseemlyr aimentofmyheartwhichinthybreastdothliveasthineinme:howcanit henbeelderthanthouartothereforelovebeofthyselfsowaryasinotfo rmyselfbutfortheewillbearingthyheartwhichiwillkeepsocharyaste ndernurseherbabefromfaringillpresumenotonthyheartwhenminei sslainthougavstmethinenottogivebackagain AZACYTIDINE TSA, BUTYRATE, Valproic acid HP1 H3K9 MET MBP JMJ ACTIVATORS, Pargyline My glass shall not persuade me I am old, So long as youth and thou are of one date; But when in thee time's furrows I behold, Then look I death my days should expiate. For all that beauty that doth cover thee, Is but the seemly raiment of my heart, Which in thy breast doth live, as thine in me: How can I then be elder than thou art? O! therefore love, be of thyself so wary As I, not for myself, but for thee will; Bearing thy heart, which I will keep so chary As tender nurse her babe from faring ill. Presume not on thy heart when mine is slain, Thou gav'st me thine not to give back again HP1 H3K9 MET MBP

16 A humán genom szervezôdése Humán genom TÁMOP /1/A Sejtmagban > 3000 Mb Mitokondrium 16 kb Gének egyedi v. repetitív Nem-gén régiók egyedi v. repetitív 45-50% 1-5% Ismert funkció Funkció?? Kódoló Nem kódoló Intron, UTR Szabályozó Strukturális Nagyon sok repetitív szekv.

17 Repetitív szekvenciák: Pszeudogének TÁMOP /1/A DNS exon intron Transzkripció mrns Reverz transzkripció DNS

18 TÁMOP /1/A A projekt az Európai Unió támogatásával az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. TÁMOP /1/A A humán genom vizsgálata Bálint Bálint L.

19 A Sanger szekvenálás TÁMOP /1/A Fred Sanger A, G, T, C

20 Hierarchikus shotgun szekvenálás TÁMOP /1/A Kromoszóma: > 250 millió bp 2. DNS fragmentek: 150 ezer bp 3. Klónozás bakteriális 4. Az inszertek kromoszómákba = kromoszomális DNS könyvtár helyét megállapítják 5. A nagy inszerteket 6. A kis fragmenteket 7. A szekvenciák átfedésébôl elôbb tovább fragmentálják, is klónozzák, majd a nagy inszertek, majd a kromoszóma szekvenálható méretûvé szekvenálják szekvenciája megállapítható

21 Alkossunk Jobbat, Egyszerűbbet! *Hagyjuk ki a baktériumokat! *Sokszorozzunk DNS-t csupán enzimekkel!

22 454 szekvenálási technológia TÁMOP /1/A DNS könyvtár 1 DNS/ golyó Olaj/viz mikroareaktoros amplifikálás Golyók szétpakolása Millió szekvenálás párhúzamosan

23 TÁMOP /1/A A projekt az Európai Unió támogatásával az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. TÁMOP /1/A Gének és betegségek Nagy László

24 A gének mindkét szálon kódolódhatnak

25 Mozgó genetikai elemek 1. TÁMOP /1/A

26 Mozgó genetikai elemek 2. TÁMOP /1/A

27

28 Duchene és Becker féle muszkuláris disztrófia

29

30

31 A kollagén rostok kialakulása és a mutációk hatása

32 A mutációk osztályozása Deléció Inszerció Egy bázispár helyettsítés missense non-sense splice site framshift dynamic

33 Loss of function= funkcióvesztő mutáns Gain of function= funkciónyerő mutáns Haplo inszufficiencia Domináns negatív Null allele / amorph Hypomorph Hypermorph Neomorph Antimorph

34 Hogyan rontható el egy gén? TÁMOP /1/A Deléció: teljes gén a gén egy része Inszerció A gén szerkezetének megváltoztatása transzlokáció inverzió A promoter aktivitásának a megváltozása mutáció metiláció mrns destabilizálása polia hely mutációja non-sense mediated decay Frame shift a transzlációban Kódon --- stop kódon Esszenciális aminosav csere Poszttranszlációs processzálás Megakadályozása A helyes celluláris elhelyezkedés gátlása Splicing megakadályozása: donor hely inaktiváció akceptor hely inaktiváció splicing enhancer változtatása kriptikus splice site aktiválása

35 TÁMOP /1/A A projekt az Európai Unió támogatásával az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. TÁMOP /1/A Magreceptorok: túl a vízválasztón Széles Lajos

36 A magreceptorok működésének általános mechanizmusa I. N A/B AF-1 C DNA D E Ligand TÁMOP /1/A AF-2 F C 5 - AGGTCA -3 DR n Közvetlen ligand sejtmag Ligand metabolizmus üres receptor RXR endogén ligand citoplazma

37 A magreceptorok csoportosítása TÁMOP /1/A Endokrin receptorok ER PR AR GR MR Nagy affinitású hormonok RAR TR VDR EcR adoptált árva (orphan) receptorok Alacsony affinitású, pl. metabolitok RXR PPAR LXR FXR PXR/SXR CAR árva (orphan) receptorok ismeretlen SF-1 LRH-1 SHP TLX NGFI-B ROR ERR HNF-4 COUP-TF

38

39 A magreceptorok működésének általános mechanizmusa III. TÁMOP /1/A Több mint 300 különböző kofaktor létezik HDAC gátlók új típusú antitumor gyógyszerek lehetősége (epigenetikai terápia) SAHA (Vorinostat=suberoylanilide hydroxamic acid, CTCL (T sejt lymphoma)

40 A microarray technológia alkalmazása a magreceptorok funkciójának tanulmányozásában TÁMOP /1/A

41 RxR heterodimer magreceptorok TÁMOP /1/A RXR a RAR a RXR a PPAR g RXR a LXR a RXR a VDR Retinoidok Módosított zsírsavak Oxysterolok Vitamin D ATRA 9-cis RA 9-cis RA, rexinoids 9-cis RA, rexinoids differentáció differentáció Lipid metabolizmus Gyulladás Diabétesz (T2D) Cholesterol metabolism Gyulladás érelmeszesed és differentáció Csont anyagcser csontritkulás immundeficiencák

42

43 TÁMOP /1/A A projekt az Európai Unió támogatásával az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. TÁMOP /1/A Személyreszabott genetika Meskó Bertalan

44 ApoE és Alzheimer kór? Apolipoprotein E két SNP 4 génvariáns (E1-4) egy aminósav cseréjét jelentik E4 hajlamosít E2 kevésbé hajlamosít

45 Génjeink Egy gén által öröklött betegség Több gén által örökített hajlam Pl. színtévesztés vagy vérzékenység Pl. szívbetegség vagy cukorbetegség

46 Az első lépések Syncumar (Warfarin, Coumadin): véralvadásgátló Lényegében két gén befolyásolja a szervezetben a hatását: CYP2C9: két SNP lassítja a szer lebontását. VKORC1 : érzékennyé teszi az egyént a warfarinra. USA: évente 30 millió ilyen gyógyszer, 43,000 sürgősségi beavatkozás

47

48

49 Az Immunrendszer, fekete doboz TÁMOP /1/A Környezet Immunrendszer Tolerancia Saját Non-self Veszelyes, Patogén Immune válasz

50 TÁMOP /1/A A projekt az Európai Unió támogatásával az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. TÁMOP /1/A Immundeficienciák Lányi Árpád

51

52 IMMUNODEFICIENCIÁK KOR ÉS EGÉSZSÉG FÜGGŐ IMMUNOSZUPPRESSZÍV GYÓGYSZEREK TÁMOP /1/A ÖRÖKLÖTT Az immunrendszer génjeinek funkció vesztéses mutánsai Fokozott érzékenység a fertőző betegségekkel szemben Adott típusú patogénekkel szembeni érzékenység függően a gén defektustól 1950 óta ismerik, az antibiotikumok alkalmazása derített fényt a kórképek létezésére SZERZETT Fertőző betegségek AIDS Más vírus fertőzések Alultápláltság Mesterséges immunszuppresszió Gyógyszerek Radioaktív besugárzás

53 ÖRÖKLÖTT IMMUNODEFICIENCIÁK TÁMOP /1/A A LEGTÖBB EGY ADOTT GÉN RECESSZÍV MUTÁCIÓJA A domináns öröklött immundeficienciák eliminálódtak a populációból Autoszomális gén defektus A betegség a homozigóta gyerekekben jelentkezik A heterozigóták hordozók X-kromoszómához kapcsolt gének defektusai Egy gén defektusa a férfiakban betegséget okoz Egy gén defektusa a nőkben hordozóként jelentkezik Az IFNγ receptor mutációja a citokin kötés mellett az intracelluláris jelátvitel hiányát eredményezi - domináns Kontrollálatlan fertőzés a Mycobacterium ártalmatlan, vakcinációra használt törzsével szemben is (BCG oltás)

54

55

56

57

58 AZ ÖRÖKLÖTT IMMUNODEFICIENCIÁK TÍPUSAI B-SEJT DEFICIENCIA -Extracell. Bakt. fertőzés B sejt fejlődés (XLA, IgA hiány) B T sejt együttműködés CD40 ligand, hiper IgM T SEJT DEFICIENCIA SCID, fertőzés opportunista patogénekkel T sejt fejlődés IL-7/Jak3 Citoszkeleton Tímusz epitél sejtek fejlődése DiGeorge szindróma Purin lebontás zavara DNS helyreállító enzim defektus MHC II szintézis gátolt

59 A komplement rendszer és a fagocita rendszer különbségei KOMPLEMENT RENDSZER Extracelluláris bacteriális fertőzés Oldott és sejtfelszíni faktorok C3 C1 C4 Komplement gátló faktorok FAGOCITA RENDSZER CD18 adhézió NADPH oxidáz Vezikuláris fúzió

60 TÁMOP /1/A A projekt az Európai Unió támogatásával az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. TÁMOP /1/A A daganatképződés molekuláris mechanizmusai 1. Varga Tamás

61 Élet során létrejövő daganatok valószínűsége férfiakban, * Hely Risk Összes 1 / 2 Prosztata 1 / 6 Tüdő 1 / 13 Colon, rectum 1 / 18 Hólyag 1 / 27 Melanoma 1 / 41 Non-Hodgkin/ lymphoma 1 / 46 Vese 1 / 59 Leukemia 1 / 67 Szájüreg 1 / 71 Gyomor 1 / 88

62 Trendek az öt éves túlélésben Hely Összes Női emlő Colon Leukemia Tüdő Melanoma Non-Hodgk/ lymphoma Petefészek Pancreas Prostata Rectum Hólyag

63 Rank Halálok Mortalitás USA, 2005 TÁMOP /1/A Esetszám % 1. Szív és érrendszer 652, Daganat 559, Stroke 143, COPD 130, Baleset 117, Diabetes 75, Alzheimer 71, Léguti 63, Nephritis 43, Sepsis 34,

64

65

66 TÁMOP /1/A A projekt az Európai Unió támogatásával az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. TÁMOP /1/A A Daganatképződés molekuláris mechanizmusai 2. Varga Tamás

67

68

69

70

71

72

73 TÁMOP /1/A A projekt az Európai Unió támogatásával az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. TÁMOP /1/A Elhízás molekuláris mechanizmusai Bálint Bálint L.

74

75

76

77 Felmenő szignálok 1. Ízlelő bimbók 2. Gasztrointesztinális peptidek 3. Leptin 4. Vércukor szint A központi szabályozó 1. Medialis hypothalamus 2. Histamin, szerotonin, dopamin, norepinefrin. 3. Neuropeptid Y, Agouti related peptid, ghrelin, orexin és opioids növelik az étvágyat 4. A-MSH, kokain, amfetamine és kortikotropin releasing hormon csökkentik az étvágyat

78 Efferens szignálok 1. Növekedési hormon, tesztosteron és ösztrogén szabályozza a zsír eloszlását 2.Glukokortioidok szabályozzák a zsír differenciációt 3. Inzulin szükséges a zsír differenciációt és a lipolízist

79

80 Gyógyszeres célpontok 1. Pajzsmirigy kivonat Dinitrophenol Amphetamine Thyroid+digitalis+diuretics+amphetamine=Rain-bow pill (hirtelen halál) 5. Aminorex 1970= pulmonary hypertension 6. Alacsony kalória tartalmú diéta - halál 7. Fenfluramine/phentermine: valvulopathies 8. Phenyl propranolamine: stroke nőkben

81 LIPID RECEPTOR Hatás TÁMOP /1/A PPARg Ox LDL uptake, Cholesterol efflux (CD36, LXR) OH OH 27-hydroxycholesterol LXRa Cholesterol efflux (ABCA1, ABCG1) CHO All-trans Retinoic Acid RARa Cholesterol oxidation, LXR ligand production (CYP27)

82 TÁMOP /1/A A projekt az Európai Unió támogatásával az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. TÁMOP /1/A A zsíranyagcsere kapcsoltsága Bálint Bálint L.

83 PPARγ Ligandok

84

85

86

87

88 PPAR Ligand rezisztencia szindróma TÁMOP /1/A PPARg2 zsírmáj N=3 PPARg1 A/B DBD LBD Dyslipidaemia N=8 Lipodystrophia N=8 Inzulin rezisztencia N=8 8 páciens 3 férfi 5 nő Magas vérnyomás N=6 PCOS N=4 Preeclampsia N=1 M. Gurnell and K. Chatterjee University of Cambridge

89 A magreceptorok hálózatban működnek TÁMOP /1/A

90 Differenciációs útvonalak kapcsolódási pontjai TÁMOP /1/A