Belgyógyászati Kötelező Szintentartó Tanfolyam Pancreas betegségek genetikája Rakonczay Zoltán Szegedi Tudományegyetem Székesfehérvár, 2014. március 28.
A pancreas betegségei Pancreatitis (akut, krónikus) Carcinoma Diabetes mellitus
Pancreatitisek
Az exokrin pancreas élettana és kórélettana aktiváló enzimek emésztő enzimek STRESSZ Alkohol 45% Epesav 45% Egyéb 10% GENETIKA folyadék és HCO 3 - ÖNEMÉSZTŐDÉS EMÉSZTÉS GYULLADÁS SEJTHALÁL SEJTPROLIF.
Tripszinogén/tripszin aktivációja és lebontása Trypsinogen PRSS1 cationic trypsinogen Miklós Sahin-Tóth trypsin inhibitor SPINK1 Trypsin chymotrypsin C CTRC PRSS2 Trypsin SPINK1 anionic trypsinogen p T s r i y n Trypsin gátlása Trypsin degradáció
Korai események a pancreatitis pathomechanizmusában Idő előtti tripszinogén akt. NF-κB aktiváció Mitochondrialis károsodás Ca 2+ Inzultus/stressz (pl. alkohol, epeút obstrukció) Szekréciós blokk Zimogének és lizoszómák ko-lokalizációja Tripszinogén aktivációja a katepszin B által Egyéb zimogének aktivációja Acinus sejt károsodás
Krónikus pancreatitis "Primer" Idiopátiás "Szekunder" Alkoholos Család történet + Örökletes Család történet - Sporadikus Familialis 2 elsőfokú rokon vagy 3 másodfokú rokon 2 generáció Yadav, 2013
Krónikus pancreatitis genetikája Chen & Ferec, 2009
Krónikus pancreatitis genetikája A betegek családi anamnézise rendszerint negatív Kivétel: Örökletes PRSS1 Hajlamosító genetikai tényezők komplex, multigénes módon öröklődnek Több génben is hordoznak genetikai rizikót képviselő mutációkat, amelyek hatásukban összeadódva és a környezeti kockázati tényezők (pl. alkoholizmus, dohányzás, gyógyszerek) függvényében vezetnek a betegség kialakulásához
Krónikus pancreatitis genetikája Rizikótényezők SPINK-1, CFTR, CTRC, CASR, CPA1, CLDN2 A betegség családi halmozódása nem igazolható. Következésképpen ezek nem betegséget okozó mutációk, hanem genetikai rizikófaktorok Védőfaktorok PRSS2 (Witt et al., Nature Genetics 2006) 2400 beteg adatainak elemzése: nem volt olyan PRSS2-génvariáns, amely fokozta volna a krónikus pancreatitis kockázatát. A p.g191r-génvariáns viszont kb. 3-szor gyakrabban fordult elő egészséges egyénekben, mint idiopathiás vagy alkoholos krónikus pancreatitisben szenvedô betegekben (védő hatás!)
Örökletes pancreatitis Protease, serine = PRSS Cationic trypsinogen (PRSS1) 50-70 % Anionic trypsinogen (PRSS2) 30-50 % Mesotrypsinogen (PRSS3) 3-10 % 1996
Örökletes pancreatitis Ritka, PRSS1 mutációk (pl. p.r122h, p.n29i) > fokozott autoaktiváció Autoszomális domináns öröklésmenet Inkomplett penetrancia és változó expresszivitás Családtagoknak csak kb. 80%-a betegszik meg FONTOS: Pancreas carcinoma rizikója: 40-50x
Krónikus pancreatitis genetikája ACP TCP ICP HP? pl. SPINK1 SPINK1 SPINK1 PRSS1 CTRC CTRC CTRC (SPINK1) CLDN2 CFTR (CTRC) Alkohol (PRSS1) ismeretlen egyéb? táplálkozás???? környezeti faktorok genetikai faktorok módosítva Witt et al., Gut 2003
Krónikus pancreatitisben előforduló fontosabb génmutációk Sahin-Tóth M et al., Orvosi Hetilap 2008 149:1683 1688.
Egy új szuszceptibilitási gén CPA1 carboxypeptidase A1 2013
Carboxypeptidase A1 (CPA1) variánsok krónikus pancreatitisben - Korai kialakulású idiopátiás betegséggel asszociált (~10%) - Nagyszámú ritka patogenikus variáns - Komoly rizikófaktor, PRSS1 variánsokhoz hasonló? - Nincs interakció a CFTR, SPINK1 és CTRC génekkel - Korlátozott hatás alkoholos krónikus pancreatitisben
Miért növekszik meg a krónikus pancreatitis rizikója a CPA1 defektusa esetén? CPA1 - egyik legnagyobb mennyiségben előforduló protein a pancreas szekrétumban - kimotripszinek és az elasztázok által exponált C-terminális aminosavakat bontja - variánsok gyakori hatása: fehérje misfolding > szekréciós defektus > ER stressz
Pancreas cc
Pancreas tumorok felosztása Exocrin mirigy daganatai (adenocarcinoma) 95% Endocrin mirigy daganatai
Rizikófaktorok/etiológia Dohányzás Előrehaladott életkor Etnicitás (afro-amerikai) Herediter pancreatitis Chronicus pancreatitis Felnőttkorban jel. diabetes mellitus Diéta (zsír- és hús-dús) Fokozott BMI Örökletes hajlam (min. 2 családtag, fokozott cc rizikóval járó syndromak)
Pancreas cc Veleszületett és szerzett mutációk miatt alakul ki Precursor léziók jól elkülöníthető, de átfedő génalterációk: Mucinosus cysticus neoplasia Intraductalis papillaris mucinosus neoplasia (IPMN) Pancreaticus intraepithelialis neoplasia (PanIN) PanIN-1A, 1B (hyperplasia) - PanIN-2 PanIN-3 vagy carcinoma in situ
PanIN léziók és a társuló genetikai elváltozások Ghaneh et al., Gut 2007.
Genetikai változások pancreas cc-ban Onkogén aktiváció: K-ras mutáció (90%) EGFR coexpresszió Tumorszuppresszor gén inaktiváció: CDKN-2A (95%), p53 (60%), DPC4 (55%), BRCA2 DNS hibajavító gének hibái: MLH1, MLH2 (5%)
Genetikai változások pancreas cc-ban Átlag: 63 Jones et al., Science 2008
Jelátviteli útvonalak pancreas cc-ban Jones et al., Science 2008
Driver gének klinikai jelentősége KRAS, CDKN2A, TP53, SMAD4 1 gén: 1% 2 gén: 18% 3 gén: 44% 4 gén: 37% Yachida S et al., Clin Cancer Res 2012
Fokozott pancreas cc rizikóval járó örökletes syndromák Gloria M. Petersen: Toward Pancreatic Cancer Prevention http://www.nypcancerprevention.com/archive_newsletter/issue/12/ cancer_prevention/feature/petersen.shtml
European Registry of Hereditary Pancreatitis and Familial Pancreatic Cancer (EUROPAC) http://www.europacorg.eu/aboutus/default.html Adatbázis, vérminták Cél: Rizikócsoportba tartozó személyek azonosítása Szűrőprogram kidolgozása
Diabetes mellitus
Diabetes: genetika Konkordancia egypetéjű ikrekben: 1-es típusú: ~40% 2-es típusú: ~90% Minél nagyobb a konkordancia érték, annál fontosabb a gének szerepe Konkordancia kétpetéjű ikrekben: 1-es típusú: ~10% 2-es típusú: ~40%
1-es típusú DM Második leggyakoribb krónikus gyerekkori betegség Jellemzően pubertáskorban alakul ki Pancreas -sejtek pusztulása Abszolút inzulinhiány Következményes hyperglycemia, ketoacidosis Inzulin kezelés elengedhetetlen Diagnózis felállításakor megfigyelhető szezonalitás Eset-kontroll tanulmányok szerinti rizikófaktorok Újszülött/csecsemőkori diéta Vírusok akár in utero expozíció Hormonok Stressz Higénia D vitamin
Genetikai rizikófaktorok fontossága T1D-ban Konkordancia egypetéjű ikrekben nagyobb, mint kétpetéjű ikrekben Az elsőfokú rokonokban 15-szer nagyobb rizikó 30 éves korig ~6% A rizkó biz. gének jelenléte esetén fokozott A betegséggel összefüggésbe hozható génrégiók - MHC locus (>50% genetikai rizikó) - Insulin - Egyéb (pl. PTPN22)
MHC Regió 6p21 kromoszóma
A T1D predispozíciót a haplotípusok determinálják A DRB1-DQB1 haplotípus pontosabban meghatározza a T1D rizikót A szűrés mindkét génre drágább A szűrések többnyire a DQA1-DQB1-re fókuszálnak Magas rizikójú T1D haplotípusok DQA1*0501-DQB1*0201 DQA1*0301-DQB1*0302
T1D rizikó fokozódás a magas rizikójú haplotípusok számának növekedésével Magas rizikójú DQA1- DQB1 haplotípusok száma Etnicitás Kettő Egy Kaukázusi 16 4 Afro-amerikai 45 7 Azsiai 11 4
TD1 betegek gyerekeinek abszolút T1D rizikója Magas rizikójú DQA1- DQB1 haplotípusok száma T1D kialakulásának rizikója Kettő Egy Nulla 25% 8.3% 1%
T1D és egyes génrégiók kapcsolata LOCUS KROMOSZÓMA GÉN vagy mikroszatellita IDDM1 6p21 HLA-DQ/DR IDDM2 11p15 INS VNTR IDDM3 15q26 D15s107 IDDM4 11q13 MDU1, ZFM1, RT6, FADD/MORT1, LRP5 IDDM5 6q24-27 ESR, MnSOD IDDM6 18q12-q21 D18s487, D18s64, JK (Kidd locus) IDDM7 2q31 D2s152, IL-1, NEUROD, GALNT3 IDDM8 6q25-27 D6s264, D6s446, D6s281 IDDM9 3q21-25 D3s1303 IDDM10 10p11-q11 D10s193, D10s208, D10s588 IDDM11 14q24.3-q31 D14s67 IDDM12 2q33 CTLA-4, CD28 IDDM13 2q34 D2s137, D2s164, IGFBP2, IGFBP5 IDDM14? NCBI # 3413 IDDM15 6q21 D6s283, D6s434, D6s1580 IDDM16? NCBI # 3415 IDDM17 10q25 D10s1750-D10s1773... egyéb
2-es típusú diabetes mellitus (T2D) A diabetesesek ~90%-a T2D Genetikailag heterogén metabolikus betegség, ami glükóz intoleranciával jár Károsodott inzulin szekréció és inzulin hatás Megfontolások Kezelhető életmódbeli változtatásokkal (diéta/fizikai aktivitás) vagy orális antidiabetikumokkal T2D egyének évekig tünetmentesek maradhatnak A betegségnek komoly hosszú-távú szövődményei vannak Poligénes és multifaktoriális Több gén interakciójának következményeképpen alakul ki A genetikai tényezők mellett fontosak a környezeti faktorok is
Genetika és a T2D Magasabb konkordancia monozigóta vs dizigóta ikrekben A pozitív családtörténettel rendelkező egyénekben 2-6-szor gyakrabban alakul ki T2D Rizikó: ~40% 1 T2D szülő esetén, ~80% 2 T2D szülő esetén A T2D-ben involvált gének azonosítása nehéz Késői betegségkezdet Poligénes öröklődés Multifaktoriális hatások
T2D molekuláris genetikája Jelöltgén-kutatás Pancreas beta sejt funkció Inzulin hatás / glükóz metabolizmus Energia bevitel / felhasználás Lipid metabolizmus Teljes genom szűrés Betegség etiológiáját és pathomechanizmusát nem vesszük figyelembe Asszociációs tanulmányok Adott marker- (vagy gén-) allél gyakrabban fordul-e elõ a betegekben? Nagyszámú beteg és kontroll vizsgálata Több, mint 70 azonosított locus alacsony RR Kapcsoltság elemzés Van-e bizonyíték az elméleti kromoszomális hely (locus) és jelölõhely (markerlocus) alléljeinek együttes kapcsolt átmenetére (öröklődésére)? Többtagú családok vizsgálata (legalább 2 beteg gyermek)
A T2D kandidáns génjein leírt eltérések Korányi és Pánczél, LAM 2004
T2D-ben érintett gének, mint gyógyszer célpontok PPARγ, ABCC8 (sulfonylurea receptor) és KCNJ11 egyben terápiás célpontok is Orális antidiabetikumok hatásossága az egyén genotípusától függhet Farmakogenetikai hatások Genetikai szűrés Azonosíthatja a magas rizikójú T2D betegeket Terápiás konzekvencia? Individualizált terápia
A T2D prevenciója és genetikája A T2D megelőzhető Megfelelő testsúly tartása Fizikai aktivitás Sok kihívás a genetikai szűrésekkel kapcsolatban, pl.: A legtöbb teszt prediktív értéke alacsony Hogyan kell közölni a rizikó információt? A teszteredmény ad-e elég motivációt a betegnek az életmódváltoztatásra? Az egészségügyi személyzet nem feltétlen tudja megfelelően interpretálni az eredményeket A genetikai szűrés aggodalomhoz vezethet Biztosítási és foglalkoztatási problémák Diszkréció és stigmatizáció Genetikai szűrés marketing Az új gének azonosítása az etiológiaban is segít
Maturity Onset Diabetes of the Young (MODY) Diabetes mellitus esetek ~ 1-2%-a Egyedi gének defektusa Autoszomális domináns öröklődésmenet Több generáció is érintett Kezdet korai életkorban (< 25 év) Nincs obesitas, ketosis, és beta-sejt autoimmunitás Egyes esetekben a hyperglycemia diétával korrigálható Szigetsejt autoantitestek negatívak MODY valószínűség kalkulátor: http://diabetesgenes.org/
MODY gének Típus Gén Locus Protein MODY1 HNF4A 20q12-q13.1 Hepatocyte nuclear factor 4-alpha Mutációk száma MODY % 12 ~5 MODY2 GCK 7p15-p13 Glucokinase ~200 ~15 MODY3 HNF1A 12q24.2 Hepatocyte nuclear factor 1-alpha >100 ~65 MODY4 IPF1 13q12.1 Insulin promotor factor-1 kevés MODY5 HNF1B 17cen-q21.3 Hepatocyte nuclear factor 1-beta MODY6 NEUROD1 2q32 Neurogenic differentiation factor 1 kevés <3 kevés
Gének azonosításának nehézségei Elégtelen elemszám Multiplex családok Esetek és kontrollok Fenotípus definiálásából adódó problémák Csökkent penetrancia Környezeti faktorok befolyása Gén-gén interakciók Betegség kezdete variábilis Etnikai különbségek Staisztikai számítási problémák Eredmények replikációja olykor problémás Azonosított géneknek csak kis hatásunk van
ORSZÁGOS PANKREÁSZ REGISZTER Magyar Hasnyálmirigy Munkacsoport 2011 www.pancreas.hu
Köszönetnyilvánítás SZTE ÁOK I. sz. Belgyógyászati Klinika Miklós Sahin-Tóth