Instytut Genetyki i Biotechnologii, Wydział Biologii UW i IBB PAN Geny i testy Ewa Bartnik Instytut Genetyki i Biotechnologii, Wydział Biologii UW i IBB PAN

Przed DNA testowano fenotypy i/lub metabolity a także oglądano chromosomy. Słony pot/skóra -mukowiscydoza Czarny mocz - alkaptonuria Zielony pierścień wokół źrenicy – nagromadzanie miedzi, choroba Wilsona Test wysokiego poziomu fenyloalaniny w krwi Chromosomy – zespół Downa, trisomie chr. 13 i 18; XO, XXY)

10/30/071,464 testów genetycznych (www.genetests.org) Obecnie 2039 plus 265 To obejmuje: Testy biochemiczne – oznaczenie enzymów lub metabolitów Testy cytogenetyczne – nie tylko liczba chromosomów, także drobne zmiany Testy DNA/RNA – czy są obecne mutacje

Badania cytogenetyczna Coraz mniejsze rzeczy można wykrywać Delecje Inwersje Translokacje Zmiana liczby chromosomów Zespół Downa

Typy testów Predykcyjne Diagnostyczne Nosicielstwo Prenatalne Preimplantacyjne Skrining noworodków

Testy Genetyczne = choroba Huntingtona ? ? Diagnostyczne Przedobjawowe Prenatalne ?

Choroba Huntingtona Ruchy Psychiatryczne zaburzenia Zaburzenia poznawcze

Categories of CAG Repeat Sizes 26 27 35 36 39 40 …CAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAG… “Reduced Penetrance” Unaffected “Mutable” Unaffected Affected Repeat may be unstable when larger than 26 repeats

Służy potwierdzeniu diagnozy u osoby z objawami choroby Diagnostyczne Służy potwierdzeniu diagnozy u osoby z objawami choroby Czasem tylko wiedza, jeśli choroby nie można leczyć; czasem dopasowane leczenie, choć czasem dość archaiczne (hemochromatoza) Wykrycie mutacji u osoby może mieć konsekwencje dla całej rodziny

Osoby bez objawów, ale obciążający wywiad rodzinny Testy predykcyjne Osoby bez objawów, ale obciążający wywiad rodzinny Dwa typy Przedobjawowe – rozwój choroby jest pewny jeśli jest obecna mutacja (HD) Predyspozycji – rozwój choroby jest możliwy (różne prawdopodobieństwa) (rak piersi, TP53, HNPCC) Parę problemów: nieletni – HD, rak piersi, rak tarczycy może wpływać na wiele rzeczy może być bardzo trudne do zniesienia (psycholog itp.)

Badanie nosicielstwa Choroby o recesywnym sposobie dziedziczenia – 1 mutacja nie daje efektu ale może być przekazywana potomstwu Proponuje się osobom, z rodzin w których wystąpiła taka choroba Jeśli testuje się oboje przyszłych rodziców – można określić ryzyko urodzenia chorego dziecka (lub jeśli badana osoba nie jest nosicielem – wykluczyć) WYMAGA PORADNICTWA GENETYCZNEGO BY WYNIK BYŁ ZROZUMIANY

Prenatalne Kobiety powyżej pewnego wieku (na ogół 35 lat); osoby z rodzin z obciążonym wywiadem; czasem po badaniu przesiewowym (genetyczne USG, testy potrójne itp.) Płyn owodniowy lub kosmki

Badania przesiewowe noworodków Wczesne wykrywanie potencjalnych problemów Kropla krwi z pięty niemowlaka Rodzice informowani tylko przy wyniku dodatnim Dodatni wynik nie przesądza, że dziecko chore; wymagane dalsze testy Od kilku do kilkudziesięciu chorób

A więc do czego można wykorzystać sekwencjonowanie Medycyna Sekwencjonowanie de novo całych genomów Sekwencjonowanie eksomów Resekwencjonowanie Poznanie genetycznych podstaw chorób Badania ewolucyjne, kryminalistyka, badanie pokrewieństwa

Przykład bardzo dobry Fenyloketonuria Niemowlęta na całym świecie Wczesne wykrycie i dieta chronią przed niepełnosprawnością umysłową

Przykłady marker zastosowanie Mukowiscydoza CFTR-G551D I 8 innych wariantów Lek skuteczny tylko u pacjentów z tymi mutacjami HIV HLA-B*5701 Unikać abcavir; inny mniej toksyczny lek Czerniak – BrAF V600E/K Lek skuteczny tylko u pacjentów z tymi wariantami Rak płuca EGFR Lek skuteczny tylko u pewnych pacjentów

Biobanki Świadoma zgoda – ale co jeśli badania trwają 20 lat? Albo pojutrze ktoś wymyśli nowy test?

Biobanki Poufność danych 23andMe Sprzedaż firmom Nastolatek znalazł ojca który wcale tego nie planował bo był anonimowym dawcą spermy

Zbieranie próbek i danych Kto ma dostęp? Gymrek et al. – 10% zidentyfikowano Niszczyć, trzymać, zabezpieczać?

57 genów American College of Medical Genetics and Genomics 57 – Alzheimer, BRCA1, inne nowotwory, nawet nieletnim Lepsze pomysły – parę opcji przy teście

Testy DTC – direct to consumer Większość genów daje niewielkie ryzyko Bada się kilka – a wpływ może mieć wiele

Problemy z DTC Genetyka jest trudna Dla ogromnej większości chorób nie znamy genów – a dokładniej nie wszystkie (cukrzyca) Nie należy badać nieletnich chyba że to coś wnosi (nie badać nieuleczalnych chorób/chorób które ujawnią się dużo później u dorosłych) Geny otyłości i dieta

Nieletni W diagnostyce i w opiece zdrowotnej, przesiewowe badanie genetyczne i testy osób niepełnoletnich i dorosłych, które nie są w stanie wyrazić zgody, będą na ogół tylko wtedy do zaakceptowania pod względem etycznym, gdy będą miały poważne znaczenie dla stanu zdrowia danej osoby i gdy będzie brany pod uwagę jej nadrzędny interes.

IVF itd

Definicja Niemożność zajścia w ciążę przez rok 10-15% populacji 15-20 % z tej grupy – nie wiadomo dlaczego

Przyczyny bezpłodności u kobiet Jajnik Jajowody Macica Szyjka macicy Hormony Chromosomy

Dlaczego zależy od wieku? Mniej komórek jajowych Gorsza jakość

Inne Chromosomy Zespół Turnera (XO) Niewrażliwość na androgeny (XY)

Mężczyźni - plemniki Produkcja Funkcja Niedrożność

Ile trzeba plemników do zapłodnienia Naturalne 20000000 Intra-uterine insemination 1000000 In-vitro fertilization (IVF) 10000 Intra-cytoplasmic sperm injection (ICSI) 1

Wstępna ocena Komórki jajowe Plemniki Owulacja (Progesteron) Jakość kom jajowych(FSH, Estradiol) Plemniki Obecność Jakość

Historia IVF 1978 Louise Joy Brown, first IVF baby 1981 Elizabeth Carr, first IVF baby in USA 1983 First birth after egg donation 1985 First birth from cryopreserved embryo 1985 Transvaginal ultrasound for follicle monitoring 1990 First report of births after PGD 1990 First report of egg donation to older mothers 1992 First human birth after ICSI

IVF - kiedy Inne terapie nieskuteczne Uszkodzone jajowody Problemy z plemnikami Brak macicy Nosiciele chorób genetycznych Osoby chore na raka “Nietradycyjne” “lifestyles”

Nadmiarowe zarodki Zamrożone Przeznaczone do badań/komórek macierzystych Do adopcji Wyrzucane

Dodatkowe procedury Intracytoplasmic sperm injection (ICSI) Preimplantation genetic diagnosis (PGD) Zamrażanie Dawstwo kom. Jajowych Matki zastępcze

Dawczynie kom jajowych 21-35 lat Zdrowa

Komu? Premature ovarian failure Niewydolne jajniki (e.g. FSH>15 ) Menopauza Wiek ponad 43 lata Nieudane IVF

Matki zastępcze - surogatki Brak macicy Nienormalna macica Przeciwskazania do ciąży Nieudane ciąże lub IVF

Surogatki Przyjaciółki lub rodzina Agencje Wiek nie taki ważny Już rodziły i mają dzieci Ocena pod kątem psychologicznym

Kiedy jest się za starą? Ryzyko dla kobiety Ile jeszcze pożyje matka Jaka jest „granica fizjologiczna” Kiedy jest się za starą?

PGD Pierwszy opis Handyside, Winston, Hughes 1990 Do 2003, około >1000 narodzin po PGD (ESHRE Task Force, 2003)

PGD – wskazania kliniczne Monogeniczne choroby Translokacje zrównoważone Wiek kobiety – aneuploidia

Liczba ur B def Total 308974 17546 5.8% IVF 6163 513 8.3 % PO KOREKCIE IVF 1.07 ICSI 1,57 ART. BEZ I VITRO 1.24 SUFERTILE BEZ INGERENCJI 1.29

Figure 1 Mitochondrial genome replacement techniques. (A) Spindle transfer involves isolation and transfer of a nuclear genetic material (spindle-chromosomal complex) from an unfertilized oocyte containing mutated mitochondrial DNA (mtDNA) to the cytoplasm of another enucleated oocyte containing healthy mtDNA. The reconstructed oocyte is then fertilized and transplanted. (B) Pronuclear transfer takes place after fertilization, at the one-cell embryo stage containing male and female pronuclei (zygote). Both pronuclei are isolated and transplanted into a cytoplasm of another enucleated zygote. Trends in Endocrinology & Metabolism 2014 25, 5-7DOI: (10.1016/j.tem.2013.09.001) Copyright © 2013 Elsevier Ltd Terms and Conditions

Gene Therapy

Types of viral vectors Retrovirus Lenti-virus Adenovirus Adeno-Associated virus (AAV) Herpes virus

In vivo and ex vivo gene therapy

Clinical trial stages I – safety and dose evaluation 100-200 healthy volunteers II side effects, effectiveness– 2 years 200-300 patients-volunteers III – effectiveness, long-term effects,– 3 years ; 1000-3000 patients-volunteers

Poza terapią genową RNA, które powodują degradację RNA „złych” genów Białka itp. przeciw konkretnemu białku (Gleevec przy pewnej formie białaczki, w której przez translokację powstaje gen, dający nieobecny w normalnych komórkach produkt białkowy) Monoklonalne przeciwciała przeciw niepożądanym białkom