A molekuláris genetikai analízisek szerepe a genodermatózisok diagnosztikájában

A molekuláris genetikai analízisek szerepe a genodermatózisok diagnosztikájában Széll Márta SZTE ÁOK Orvosi Genetikai Intézet és MTA-SZTE Dermatológiai Kutatócsoport Szegedi Tudományegyetem az MDT XVII. Kozmetológiai Kongresszusa Továbbképző Tanfolyam Debrecen, 2017. június 22-24

A genodermatózisok főbb csoportjai Malignus potenciállal rendelkező kórképek A keratinizáció zavaraival járó kórképek Hólyagképződéssel járó megbetegedések A pigmentáció zavarai Neurokután kórképek Vaszkuláris megbetegedések A kötőszövet zavaraira visszavezethető kórképek X-hez kötött domináns kórképek Ektodermális diszpláziák Theresa Wrigh: The genodermatoses https://www.uptodate.com/contents/the-genodermatoses#h523750890

Hogyan nyerhetünk információt a genom vizsgálata révén a genodermatózisok genetikai hátteréről? A humán genom szerveződése

DNS szekvenálási technológiák fejlődése Sanger-Coulson szekvenálás Kapilláris szekvenálás 1977 1986

DNS szekvenálási technológiák fejlődése Sanger-Coulson szekvenálás Kapilláris szekvenálás Humán Genom Projekt indítása 1977 1986 1990

DNS szekvenálási technológiák fejlődése Sanger-Coulson szekvenálás Kapilláris szekvenálás Humán Genom Projekt indítása Humán Genom Projekt draft Humán Genom Projekt befejezése 1977 1986 1990 2001 2003

DNS szekvenálási technológiák fejlődése Sanger-Coulson szekvenálás Kapilláris szekvenálás Humán Genom Projekt indítása Piroszekvenálás (Pál Nyren és Mostafa Ronaghi, Royal Institute of Technology) MPSS módszer 7 újgenerációs szekvenálás (Lynx Therapeutics) Humán Genom Projekt draft Humán Genom Projekt befejezése 1977 1986 1990 1996 2000 2001 2003

Főbb újgenerációs szekvenálási platformok működési elvük, kémiai reakcióik különböznek párhuzamosan sok mintát lehet velük vizsgálni egyszerre több génszakasz vizsgálatára is alkalmasak fejlett robottechnikát és nagy számítógépes kapacitást igényelnek használatuk révén csökken a DNS alapú vizsgálatok fajlagos költsége és növekszik hatékonyságuk 2007: 1M $ (J. D. Watson genomja) 2015: 1 000 $ / genom

Brooke-Spiegler szindrómában szenvedő család I. II. III. IV. V. VI. VII. (Bajor Klára és Karagity Eliza, Szekszárd)

Klinikai tünetek II/1 III/3 IV/4 (Bajor Klára és Karagity Eliza, Szekszárd)

A CYLD gén szekvenálásának eredménye G Gly G Cys Ala Arg/STOP Arg Leu Leu C T G T G C A N G A A G A C T G C T T c.2806c>t (p.arg936x) Patient DNA sequence (Nagy N, N Rajan et al., 2013)

Brooke-Spiegler szindrómában szenvedő angol család (Nagy N, N Rajan et al., 2013)

Az angol B-S család enyhe klinikai tünetei (Neil Rajan, Newcastle upon Tyne, UK) (Nagy N, N Rajan et al., 2013)

A magyar és az angol B-S családok haplotípus analízise SNP Hungarian BSS Patient V/2 Hungarian BSS Patient V/6 Hungarian BSS Patient V/8 Anglo-Saxon BSS Patient IV/1 Anglo-Saxon BSS Patient IV/2 rs2160683 A/T AT AA AT TT TT rs115042932 C/G GC GC GC CC CC rs117998712 C/T CC CC CC CC CC MUT CM001120 C/T TC TC TC TC TC (Nagy N, N Rajan et al., 2013)

A magyar és az angol B-S családok haplotípus analízise X + = A földrajzilag távoli két családban diagnosztizált azonos mutációk független alapító hatás eredményeképpen jöttek létre. Feltételezhető, hogy a CYLD gén mutációs forrópontja lehet ebben a pozícióban. (Nagy N, N Rajan et al., 2013)

A klinikai fenotípust meghatározó módosító genetikai faktorok azonosítása? III/3

DNS szekvenálási technológiák fejlődése Sanger-Coulson szekvenálás Kapilláris szekvenálás Humán Genom Projekt indítása Piroszekvenálás (Pál Nyren és Mostafa Ronaghi, Royal Institute of Technology) MPSS módszer 7 újgenerációs szekvenálás (Lynx Therapeutics) Humán Genom Projekt draft Humán Genom Projekt befejezése 1977 1986 1990 1996 2000 2001 2003

DNS szekvenálási technológiák fejlődése Sanger-Coulson szekvenálás Kapilláris szekvenálás Humán Genom Projekt indítása Piroszekvenálás (Pál Nyren és Mostafa Ronaghi, Royal Institute of Technology) MPSS módszer 7 újgenerációs szekvenálás (Lynx Therapeutics) Humán Genom Projekt draft Humán Genom Projekt befejezése 1977 1986 1990 1996 2000 2001 2003

Teljes exom szekvenálás (WES) = a fehérjéket kódoló összes gén megszekvenálása Közös genetikai variánsok Kizárólag az enyhe fenotípust mutató angol családban azonosított genetikai variánsok ~30.000 ~35.000 ~30.000 Kizárólag az erős fenotípust mutató magyar családban azonosított genetikai variánsok Filterezés (https://www.illumina.com)

A variánsokat hordozó gének szűrése Irodalmi adatokon alapuló szűrések TP53 PTEN NFIB MLH1 AXIN2 CDKN2A ATM MYCN MSH6 CTNNB1 PIK3CA PTCH1 PPP6C NFKB2 MAP3K7 CASP8 SMO STK19 NFKB1 MAPK8 NOTCH1 SUFU LATS1 NFKBIA MAPK14 NOTCH2 GLI1 ERBB2 RELA KDM5A NSD1 GLI2 PTPN14 LTBR KDM6A AJUBA GLI3 BRD2 CHUK SNAI1 FAT1 NRAS CHD2 TRAF2 TGFB1 TRAF3 KRAS ARID1A TRAF6 ARID1B TP63 HRAS SMARCA2 IKBKG ARID5B SOX2 BRAF STAT5B TBK1 CREBBP NFE2L2 NFKBIA CRNKL1 BCL2 NTRK3 KMT2D NLRC5 NEBL BCL3 DDX58 HLA-A SF3B1 CCND1 MIB2 PLK1 TGFBR2 TSC1 MED12L JAG2 AURKB FBXW7 SPEN TNFAIP3 MYC HDAC6 RB1 FGFR2 EP300 RIPK1 LCK PIK3R1 FGFR3 KMT2C DKK2 ZAP70 CUL3 MYB TRPA1 DVL HLA-A X4 TNS1 X24 KALRN X34 EPB41L4A X21 POM121L2 X1 ABCA13 X3 TYW1B X9 DECR1 X7 LAMB1 X4 TLE1 X12 Adatbázisokon alapuló bioinformatikai szűrések A legvalószínűbb módosító genetikai variánsok rs1059563 rs140104262 rs78202770 rs17266567 rs61736098 rs74790141 Rs181240185 rs550991042 position: chr10:107638858 rs761679442

Köszönöm a figyelmet!

Fenotípusbeli és genetikai különbségek és azonosságok a Papillon-Lefévre és a Haim-Munk szindróma között Nagy Nikoletta, Sulák Adrienn, Farkas Katalin, Tripolszki Kornélia, Széll Márta SZTE ÁOK Orvosi Genetikai Intézet és MTA-SZTE Dermatológiai Kutatócsoport Szegedi Tudományegyetem az MDT XVII. Kozmetológiai Kongresszusa Továbbképző Tanfolyam Debrecen, 2017. június 22-24

A 39 éves nőbeteg klinikai diagnózisa: Haim-Munk szindróma Sulák et al., Clin & Exp Derm, 2016

A 25 éves éves férfi beteg klinikai diagnózisa: Papillon-Lefévre szindróma Sulák et al., Clin & Exp Derm, 2016

A molekuláris genetikai diagnózis eredménye Exon 5 Ser Pro Val STOP Asn Gln Gly c.748 C/T p.arg250stop Homozygous mutant DNA mindkét beteg a katepszin C gén (CTSC) ugyanazon kóroki mutációját hordozza Sulák et al., Clin & Exp Derm, 2016

A fenotípusbeli különbségekért felelős módosító genetikai faktorok azonosítása Módszer: teljes exom szekvenálás (WES) Ritka, feltételezhetően kóroki variánsok azonosítása a HLA-DQA1, HLA-DQB1, HLA-DRB1 and HLA-DRB5 génekben, amelyek felelősek lehetnek az erősebb fenotípus kialakulásáért a H-M szindrómás nőbetegben (https://www.illumina.com)

Köszönöm a figyelmet!

Papillon-Lefévre syndrome (PLS; OMIM 245000) Rare, autosomal recessive inheritance Palmoplantar keratoderma Severe periodontitis and gingivitis Prevalence of 1-4 cases per million persons Males and females are equally affected Selvaraju et al., BMC Medical Genetics, 2003

Haim-Munk syndrome (HMS; OMIM 245010) Overlapping clinical symptoms with PLS Specific features of HMS: pes planus, arachnodactyly, acroosteolysis and onychogryphosis Severe hyperkeratosis of palms Onychogryphosis Pes planus Janjua SA et al., J Am Acad Dermatol, 2008

Patient I: a 39-year old Hungarian woman Patient I. presented with a typical HMS phenotype. Mild hyperkeratotic plaques were observed symmetrically on her palms and soles. Onychogryphosis and arachnodactyly were noted on her fingers and pes planus on her soles. The patient lost all permanent teeth and uses a permanent dental prosthesis. Sulák et al., Clin & Exp Derm, 2016

Patient II: a 25-year old Hungarian man Patient II. presented with the classical PLS phenotype. The hyperkeratosis on his palms and soles was more severe than the symptoms of Patient I. Onychogryphosis, arachnodactyly and pes planus were not present. He was also missing all permanent teeth and using a permanent dental prosthesis. Sulák et al., Clin & Exp Derm, 2016

Cathepsin C (CTSC ) gene Both PLS and HMS develop as the consequence of mutations in the cathepsin C (CTSC) gene. CTSC gene: human chr 11q14.2 7 exons cdna: 1392 bp Encodes cathepsin C protein CTSC gene

Cathepsin C protein CTSC is a lysosomal enzyme expressed in several tissues including the skin, where it is thought to play a major role in epithelial differentiation and desquamation via activation of serine proteases. CTSC is also highly expressed in the immune cells including both the myeloid and lymphoid lineages. (http://en.wikipedia.org/wiki/cathepsin_c ) Cathepsin C protein structure signal peptide propeptide heavy chain domain light chain domain exclusion domain

Mutations of the CTSC gene 5 UTR c.-55c>a Exon 1 c.21delg c.72c>a c.90c>a c.96t>g c.113delcctg c.116g>c c.145c>t Exon 3 c.322a>t c.380a>c c.386t>a c.415g>a c.436delt c.444-445insatgt c.458c>t Intron 3 IVS3-1G>A Exon 5 c.704g>a c.706g>t c.711del14 c.739a>c c.745g>t c.748c>t c.755a>t c.756_757ins130 Exon 7 c.890g>t c.898g>a c.899g>a c.901g>a c.901g>t c.902g>t c.910t>a c.912c>a c.923g>a c.935a>g c.947t>g c.956a>g c.984delttctcca c.1015c>t c.1019a>g c.1028-1029delct c.1040a>g c.1047dela c.1056delt c.1131t>g c.1141delc c.1156g>c c.1213c>a c.1214a>g c.1213-1215delcat c.1235a>g c.1268g>c c.1269g>a c.1286g>a c.1287g>c c.1340a>g c.1357a>g ATG Exon 2 c.199-222del c.203t>g c.205c>t c.267-268delgg Translated exonic region Untranslated exonic region Exon 4 c.555g>a c.566-572delcatacat c.587t>c c.622-623insc c.628c>t c.629-630 delga c.681delcatacat detected in PLS and HMS detected in PLS and agressive periodontitis type1 detected in HMS detected in PLS polymorphism described as a causative variant in PLS Exon 6 c.778t>c c.815g>c c.815g>a c.851g>a c.854 C>T c.856c>t c.857a>g c.872g>a c.880t>c TAG Nagy et al., MGGM, 2013