KLİNİKTE KULLANILAN GENETİK TERMİNOLOJİ

AMAÇ Klinikte kullanılan genetik terminolojiler ile ilgili temel bilgilerin sunulması 46,XX Mutasyon ve polimorfizm İnsan Genom Projesi IVS 33 +2T>A Glu39X (Q39X) Ekson-İntron DNA Genetik Test Bağlantı Analizi Gen Klonlanması D2S1376 Dizi analiz Kromozom 46,XY

GEREKÇE Gen Çevre Gen teknolojisindeki ilerlemeler, gerek dış etkenlere (bakteri, virüs, toksik madeler) karşı vücudun gösterdiği bir reaksiyon olsun gerekse de sonradan oluşan veya kalıtımla geçen mutasyonlara bağlı olsun bütün hastalıkların bir genetik komponenti olduğunu vurgulamaktadır. Bu durumda, genlerin hastalıklarla olan ilişkilerini ve tedaviye olası yansımalarını anlamak, gen testlerini yorumlamak ve sınırlarını öğrenmek için genetiğin güncel kavramlarını bilmek gerekmektedir.

İÇERİK DNA, Gen ve Yapısı İnsan Genom Projesi Temel Teknolojiler (PCR, dizi analizi) İlkeler Edinilen Bilgiler Hastalıklara Neden Olan Genlerin Tanımlanması Kalıtım Modelleri Bağlantı Analizi (Markörler, Alleller, Pozisyonel Klonlama) Mutasyon ve Polimorfizm Mutasyon Tipleri Mutasyonların Proteinlere Etkileri Fenotipi Etkileyen Faktörler Mutasyon Nomenklatürleri Rutin Moleküler Tanı Hizmetlerimiz

A denine T hymine C ytosine G uanine DNA is Life’s Code P Dört farklı kimyasal baz A denine T hymine C ytosine G uanine T P Base--Sugar--Phosphate

DNA nın yapısı T P A C G

DNA ve Genom Kromozom Çift Sarmal DNA

Moleküler Makina

Gen ve Yapısı Her kromozom üzerinde, kalıtımın fiziksel ve fonksiyonel ünitesini oluşturan yüzlerce gen bulunur. Genler - Protein yapılarının şifrelendiği özgün DNA dizilerini içerir, - Tüm genomun sadece % 2 sini kapsar, - Yapı bakımından birbirine benzer.

GEN yapısı ekson promotor intron DNA 1 2 3 kırpılma noktası donor site acceptor site (verici) (alıcı) ATG TGA DNA 1 2 3

Genden Proteine protein ATG DNA 1 2 3 transkripsiyon 1 2 3 hnRNA kırpılma 1 2 3 mRNA DUR kodonu BAŞLAMA kodonu ATG translasyon protein

İnsan Genom Projesi NEDEN ? İnsan genomunun haritalanması ve dizisinin saptanması için kurulan uluslararası işbirliği NEDEN ? Genomun yapısını ve genleri tanımlamak Hastalıklara neden olan genleri saptamak Yeni tanı kitleri geliştirmek Karmaşık moleküler mekanizmaları anlamak Tedaviye yeni strateji imkanları sunmak (gen tedavisi, farmakogenetik)

İnsan Genom Projesinde kullanılan temel teknolojiler Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PCR) Seçilen bir DNA parçasını birkaç saat içinde milyonlarca defa çoğaltır DNA daki nükleik asit dizilimini belirler Dizi analizi

İnsan Genom Projesinde kullanılan iki farklı ilke 1. İnsan Genom Projesi (Önce haritala sonra dizile)

2. Celera Genetiği (shot-gun) (kısa dizileri birleştirip haritala)

İnsan Genom Projesinden Şimdiye Kadar Neler Öğrendik ? Sayısal bulgular İnsan genomunda 3164.7 milyon tane nükleotid bulunuyor (A, C, T ve G). Hepsi birbirinden farklı olmakla beraber, bir gende ortalama 3000 nükleotid var. En büyük insan geni distrofin, genomda 2.4 milyon nükleotidlik bir bölgede bulunuyor. İnsan genomunda yaklaşık 30,000 to 35,000 arasında gen bulunduğu düşünülüyor. İki insan arasında nükleotid dizi benzerliği % 99.9 Saptanan genlerin yaklaşık % 50 sinin henüz fonksiyonları bilinmiyor.

Genomun organizasyonu Genomun % 2 sinden daha azı proteinleri kodluyor. Genomun % 50 si protein kodlamayan ve ne işe yaradığı bilinmeyen (junk DNA) tekrar dizileri ile dolu. En çok gen 1inci kromozomda (2968), en az gen Y kromozomunda (231) bulunuyor. mRNA transkriptlerinin kırpılmalarından ve kimyasal modifikasyonlardan dolayı, insanlarda sinek ve solucanlara göre üç misli daha fazla protein çeşitliliği bulunuyor. İnsan genomunda, 1.4 milyon adet tek nükleotidlik polimporfizm (SNP) olduğu saptandı.

Hastalıklara neden olan genlerin saptanması Kalıtım modeli Kromozom bölgelerinin saptanması (bağlantı analizi) Klonlama ve mutasyon analizi

Kalıtım Modelleri 1. Otozomal dominant

Kalıtım Modeli 2. Otozomal resesif 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Kalıtım Modeli 3. X e bağlı

Non Mendelien kalıtım: Diğer Kalıtım Modeli Non Mendelien kalıtım: - Mitokondrial kalıtım - Imprinting - Gonadal Mozaisizm

Multifaktöryal Hastalıklar Birden fazla genin bir arada ve çevre faktörlerinin etkisiyle ortaya çıkan hastalıklardır. (Kanser, diabet, yüksek tansiyon, Alzehimer ve bir çokları) Canlı doğumların ~ % 5 sinde görülür. 25 yaş sınırına kadar prevalansı ~ % 5, Popülasyon prevalansı ~ 80 dür.

Hastalıkla kromozom bölgesi arasındaki bağlantı nasıl kuruluyor? - Bağlantı analizi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Hastalıkla kromozom bölgesi arasındaki bağlantı nasıl kuruluyor? - Bağlantı analizi 5 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

- Markörler ve alleller 1. 2. allele 2 D9S100 4 D9S200 3 D0S300

olan gen kromozomda 3p22-p23 bölgesine bağlantılandı Otozomal resesif non-sendromik duyma kaybı olan bir Türk ailesinde sağırlığa neden olan gen kromozomda 3p22-p23 bölgesine bağlantılandı

Hastalıkla ilgili bir genin pozisyonel olarak klonlanması D3S1289 Genin tanımlanması D3S809

İnsan Genom Projesinden elde edilen bilgilerin bilgisayar ortamında (biyoinformatik) değerlendirilerek kritik bölgelerdeki genlerin tanımlanması

Yeni gen tanımlamaları ile ilgili araştırma projelerimiz Non-sendromik duyma kaybı Aritmogenik Sağ Ventriküler Kardiyomiyopati Kardiyak Aritmiler İki Yeni Sendrom

SAĞLIKLI KALMAK Genetik hastalıklar açısından sağlıklı kalmak için, vücudumuzun ihtiyacı olan bütün gen ürünlerinin doğru yerde, doğru zamanda ve yeterli (~ 35.000 adet) düzeyde sentezlenmesi gerekir.

Mutasyon ve Polimorfizm Genetik hastalıklara yol açan DNA farklılıklarına MUTASYON, yol açmayanlara POLİMORFİZM denir. Ancak, araştırmalar polimorfizmlerin de bazı hastalıklar için yatkınlık faktörü olduğunu göstermektedir.

MUTASYON Cinsiyet hücrelerinde oluştuğu için nesilden nesile aktarılır Kalıtsal Cinsiyet hücrelerinde oluştuğu için nesilden nesile aktarılır Kazanılan Somatik hücrelerde yaşam boyu oluşan mutasyonlardır.

Gen Mutasyon Tipleri Nokta mutasyonları Delesyonlar ve insersiyonlar

Gen Mutasyon Tipleri Nokta mutasyonları, substitution DNA da bir bazın çıkarak yerine başka bir bazın girmesi. Nelere yol açar ? - Yanlış anlamlı mutasyonlar, missense - Anlamsız mutasyonlar, nonsense - RNA kırpılma mutasyonları, splicing - Düzenleyici mutasyonları, regulatory

Gen Mutasyon Tipleri Yanlış anlamlı mutasyonlar, missense Fonksiyonun değişmesine neden our. SEN BİR ODA BUL• SEN BİR ADA BUL• Genetik hastalıklara neden olan mutasyonların > % 50 si bu mutasyonlardan kaynaklanır.

Gen Mutasyon Tipleri Anlamsız mutasyonlar, nonsense Translasyonda erken “dur” kodonuna ve premature protein sentezine neden olur. Bu proteinler genellikle stabil değildir ve hücre içinde kısa sürede yıkıma uğrar. SEN HEM KOŞ HEM COŞ• SEN HEM COŞ• Hastalıklara neden olan mutasyonların ~%12 si bu tip mutasyonlardan kaynaklanır. Dur kodonu ? Dur kodonu

Gen Mutasyon Tipleri RNA kırpılma mutasyonları, splicing mRNA nın maturasyonunda önemli olan kırpılma noktalarını değiştiren mutasyonlardır. A L İ ‘ N İ N ATI A L İ Ş ‘ İ N ATI Hastalıklara neden olan mutasyonların ~%10 u bu tip mutasyonlardan kaynaklanır. ekson intron ekson

Gen Mutasyon Tipleri Düzenleyici mutasyonlar, regulatory DNA dizisinde transkripsiyon faktörünün bağlanmasına, transkripsiyonel kontrole ya da gen ekspresyonuna etki eden mutasyonlardır.

Gen Mutasyon Tipleri Delesyonlar ve insersiyonlar DNA dizisine bir veya birden fazla bazın eksilmesi veya eklenmesi sonucu oluşur. - Küçük delesyonlar ve insersiyonlar - Büyük delesyonlar ve insersiyonlar

Gen Mutasyon Tipleri Küçük delesyonlar ve insersiyonlar Hastalıklara neden olan mutasyonların ~%25 i bu tip mutasyonlardan kaynaklanır. Çerçeve kaymasına (frame shift) neden - OLANLAR - OLMAYANLAR

Gen Mutasyon Tipleri. Küçük delesyonlar ve insersiyonlar Gen Mutasyon Tipleri Küçük delesyonlar ve insersiyonlar Çerçeve kaymasına neden OLANLAR Delesyon veya insersiyona uğrayan baz 3 veya 3 ün katları değilse oluşur. Bütün protein dizisi etkilenir. SEN ÖNE GİT YER BUL• SEN NEG İTY ERB UL

Gen Mutasyon Tipleri. Küçük delesyonlar ve insersiyonlar Gen Mutasyon Tipleri Küçük delesyonlar ve insersiyonlar Çerçeve kaymasına neden OLMAYANLAR Delesyona veya insersiyona uğrayan baz 3 veya 3 ün katları ise protein ürününde bir amino asit eksikliğine veya fazlalığına neden olur. SEN ÖNE GİT YER BUL. SEN ÖNE KOŞ GİT YER BUL.

Gen Mutasyon Tipleri Büyük delesyonlar ve insersiyonlar Gen delesyonları SEN GİT YER BUL . ........................................... Duplikasyonları SEN GİT YER BUL. SEN GİT YER BUL. SEN GİT YER BUL. İnversiyonları SEN ÖNE KOŞ GİT YER BUL. SEN LUB REY TİG ŞOK ENÖ Füzyonları Sen oda koş. SEN BİR ODA BUL. ......................SEN Sen oda koş SEN BİR ODA BUL. Psödogen

Gen Mutasyon Tipleri Büyük delesyonlar ve insersiyonlar Gen Mutasyon Tipleri Büyük delesyonlar ve insersiyonlar Dinamik mutasyonlar Gen bölgesine giren üçlü tekrar dizileri bir jenerasyondan diğerine artarak geçiyor.

Dinamik mutasyonun görüldüğü hastalıklara örnekler Huntington Hastalığı: -CAG- (glutamin) artışı genin kodlanan bölgesinde. (N=<36) Frajil-X Sendromu: -CGG- artışları proteinin transkribe olan ancak translasyona uğramayan bögesinde bulunuyor. (N=<60) Myotonik Distrofi: -CTG- artışları genin translasyona uğrayan 3’ bölgesinde yer alıyor. (N=<30) Friedreich ataxia: -AAG- artışları genin intron bölgesinde yer alıyor. (N=<34)

Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri İşlevin azalması veya ortadan kalkması İşlevin artması Farklı bir işlev kazanma Yanlış zamanda ve yanlış yerde bulunma

Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri İşlevin azalması veya ortadan kalkması Loss of function Genin fonksiyonel veya düzenleyici bölgesinde kritik dizilerde oluşan mutasyonlardır. Örnek: -Alfa ve beta talasemiler, -Fenilketonüri

Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri. İşlevin artması Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri İşlevin artması Gain of function 1. Fonksiyonun artması, missense 2. Miktarın artması, duplication

Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri. İşlevin artması Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri İşlevin artması Gain of function 1. Fonksiyonun artması, missense Örnek, Akondroplazi: FGFR3 (fibroblast büyüme faktör reseptör 3) ligand (FGF) yokluğunda bile aktif kalır ve kondrosit proliferasyonunu inhibe eder.

Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri. İşlevin artması Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri İşlevin artması Gain of function 2. Miktarın artması, duplication Örnek, Charcot-Marie-Tooth tip 1: Periferik sinir dejenerasyonu hastalığı. PMP22 (periferal miyelin protein 22) geninin duplikasyonu sonucu ortaya çıkıyor.

Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri. Farklı bir işlev kazanma Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri Farklı bir işlev kazanma Missense Örnek, Orak hücre anemisi: Hemoglobin oksijen taşıyor ancak, oksijeni boşalttığında agrege olarak eritrositleri deforme ediyor.

Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri Mutasyonların proteinlerin işlevine etkileri Yanlış zamanda ve yanlış yerde bulunma Genin düzenleyici bölgesini etkileyen mutasyonlar Gama globin gen ekspresyonunun post natal dönemde de devam etmesi (Hereditary persistence of fetal hemoglobin) Onkogenler: Normalde hücre proliferasyonu için gerekli onkogenler yanlış hücrede eksprese olmaya başladığında kansere neden oluyorlar.

Fenotipi etkileyen faktörler Allelik heterojenite Lokus heterojenitesi Modifiye edici genler

Fenotipi etkileyen faktörler Allelik heterojenite 1. Aynı gende oluşan farklı mutasyonlar farklı hastalıklara neden olabilir Örnek, Tirozin Kinaz Reseptör genindeki farklı mutasyonlar Hirschchsprung hastalığı Tiroid ve adrenal bezlerinin kanseri

Fenotipi etkileyen faktörler Allelik heterojenite 2. Aynı gende oluşan farklı mutasyonlar hastalığın farklı şiddetlerde görülmesine neden olabilir Beta talasemi (beta globin geni) gln39X mutasyonu ߺ talasemi (gln dur) (CAG UAG) IVS1 110G>A mutasyonu ß+ talasemi

Fenotipi etkileyen faktörler Lokus heterojenitesi Birden fazla gen tek başına benzer klinik fenotipten sorumlu olabilir. Bu durumda, aynı hastalık OD, OR, X e bağlı, mitokondrial kalıtım gibi farklı geçişler gösterebilir. Retinitis pigmentosa Sağırlık

Fenotipi etkileyen faktörler Modifiye edici genler İki kişi bir hastalık için aynı mutasyonları taşısa da hastalığın şiddeti farklı olabilir. Bu durumda çevre faktörlerinin yanı sıra modifiye edici genlerin varlığı düşünülmektedir. Bu genlerin bazı polimorfik yapıları diğer mutant genin varlığında hastalığın ortaya çıkmasına neden olabilir.

Aynı mutant genotip Neden farklı fenotip ? ? ? Bu konuda iki farklı oluşumdan söz ediliyor - Penetrans azlığı - Ekspresivite değişkenliği (Aile ağacı çizimlerini zorlaştıran, risk hesaplamalarını karmaşıklaştıran bir durum).

Aynı mutant genotip Neden farklı fenotip ? ? ? Penetrans Belli bir genotipte olan bireylerin bu genotipten beklenen fenotipi yansıtma oranına penetrans denir. Genotipten beklenen fenotipi yansıtmama nedenleri: Modifiye edici genlerin varlığı Süpresör genlerin varlığı Çevre faktörlerinin etkisi

Aynı mutant genotip Neden farklı fenotip ??? Ekspresivite Belli bir genotipin fenotipe yansıma ölçüsüne ekspresivite denir. Nedenleri Allelik heterojenite Çevre faktörleri

Bazı Mutasyonların Nomenklatürleri gDNA= Genomik DNA cDNA= Komplementer DNA “del”= küçük delesyonlar (Δ ) - Δ F508 = CFTR geninde 3 bazlık delesyon, proteinin 508 inci pozisyonundaki fenilalaninin ortadan kaybolması “ins”= küçük insersiyonlar ins143+4 = cDNAda 143. nükleotidin yanına 4 baz eklenmesi Missense mutasyonlar (yanlış anlamlı mutasyonlar) Translasyonda ilk amino asit (metionin) 1 olarak numaralandırılır. Glu6Val (E6V) Nonsense mutasyonlar (anlamsız mutasyonlar) Gln39X (Q39X) (Glutamin dur kodonu)

Tıbbi Genetik Bilim Dalı Laboratuarımızda Uyguladığımız Rutin DNA Testleri Frajil-X Sendromu (FMR 1) Konjenital Adrenal Hiperplazi (CYP-21) Uzun QT Sendromu (KCNQ1, HERG, KCNE1, KCNE2, SCN5A) Brugada Sendromu (SCN5A) Kalıtsal Sağırlık Testleri (Cx 26) Waardenburg Sendromu (PAX 3) CADASIL sendromu (Notch 3) Alkaptonuri (HGO)