Τμήμα Ιατρικής
Βιβλιοθήκη Επιστημών Υγείας

2022-01-13

2022

Κελλάρης Γεώργιος

Ελενα Φρυσιρα, Καθηγήτρια, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Ιωαννα-Traeger Συνοδινος, Καθηγήτρια, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Νικολαος Κατσανης, Καθηγητής, Feinberg School, Northwestern
Μαρια Τζετη, Καθηγήτρια, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Νενη Περβανιδου, Αν. Καθηγήτρια, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Χριστινα Κανακα-Gantenbein, Καθηγήτρια, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Περικλης Μακρυθανασης, Επίκουρος Καθηγητής, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ

H γενετική αρχιτεκτονική των εκ γενετής ανατομικών και νευρο-αναπτυξιακών διαταραχών

Ελληνικά

Η γενετική αρχιτεκτονική των εκ γενετής ανατομικών και νευρο-αναπτυξιακών διαταραχών

Εισαγωγή: Οι νευρο-αναπτυξιακές ασθένειες, αποτελούν μια γενική κατηγορία ασθενειών οι οποίες σχετίζονται
με την διαταραχή της ανάπτυξης και εύρυθμης λειτουργίας του εγκεφάλου και έχουν αρνητικές επιπτώσεις στη
νοητική και συμπεριφορική λειτουργία των ασθενών. Οι ασθένειες αυτές εμφανίζουν μεγάλη κλινική και γενετική
ετερογένεια καθώς περιλαμβάνουν συνδρομικές και μη συνδρομικές μορφές, συχνά δυσδιάκριτες που καθιστούν
δύσκολη τη κλινική γενετική εκτίμηση και διάγνωση. Κατά συνέπεια, πολλές από αυτές τις περιπτώσεις
παραμένουν αδιάγνωστες και απαιτούν περαιτέρω διερεύνηση. Η αξιοποίηση των νέων τεχνολογιών όπως ο
Μοριακός Καρυότυπος (array-CGH) αλλά και η αλληλούχιση επόμενης γενιάς έχουν συμβάλει στην ανίχνευση
υποχρωμοσωμικών γενωμικών αναδιατάξεων και σημειακών παραλλαγών και στη ταυτοποίηση νέων γονιδίων
και παραλλαγών που μπορεί να συμβάλουν στο παρατηρούμενο φαινότυπο. Ταυτόχρονα, η αξιοποίηση
πειραματικών ζωικών μοντέλων, όπως το zebrafish, έχει δειχθεί ότι μπορεί να συμβάλλει σημαντικά στη
προσπάθεια για τη κατανόηση των μοριακών και κυτταρικών διαδικασιών που σχετίζονται με την εμφάνιση
συγκεκριμένων φαινοτύπων και το χαρακτηρισμό της παθογένειας των παραλλαγών που ανιχνεύονται στους
ασθενείς.
Σκοπός της μελέτης: Η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στη γενετική διερεύνηση ασθενών με
νευροαναπτυξιακά και συγγενή νοσήματα, με αξιοποίηση των τεχνολογιών όπως ο Μοριακός Καρυότυπος
(array-CGH) και η αλληλούχιση επόμενης γενιάς (Whole Exome Sequencing). Ταυτόχρονα, σε συνεργασία με
διεθνώς αναγνωρισμένα Πανεπιστήμια του εξωτερικού αξιοποιήθηκε το πειραματικό ζωικό μοντέλο zebrafish
για τη μοντελοποίηση σπάνιων περιπτώσεων ασθενών με νευροαναπτυξιακά νοσήματα.
Υλικό και μέθοδος: Υλικό του πρώτου μέρους της μελέτης, αποτέλεσε μια κοόρτη 97 ασθενών με σύνθετα
νευρο-αναπτυξιακά και συγγενή νοσήματα, όπως αλλαγές στο μέγεθος της κεφαλής (μικροκεφαλία, ή
μακροκεφαλία), σε συνδυασμό με άλλα νευρο-αναπτυξιακά συμπτώματα. Για το πρώτο μέρος της μελέτης
αξιοποιήθηκαν o Μοριακός Καρυότυπος (array-CGH) και η αλληλούχιση επόμενης γενιάς (Whole Exome
Sequencing). Υλικό του δεύτερου μέρους της μελέτης, αποτέλεσαν 2 αδέλφια αρσενικού γένους με νοητική
υστέρηση, μακροκεφαλία και πρόβλημα στην άρθρωση. Για το δεύτερο μέρος της μελέτης αξιοποιήθηκε το
πειραματικό ζωικό μοντέλο zebrafish για τη μοντελοποίηση των παραλλαγών που ανιχνεύθηκαν στους δύο
ασθενείς. Υλικό του τρίτου μέρους της μελέτης, αποτέλεσαν 7 ασθενείς από τρεις διαφορετικές οικογένειες,
κλινικά χαρακτηριστικά όπως εντερική δυσλειτουργία και νευρολογικά συμπτώματα που παραπέμπουν σε
διάγνωση μιτοχονδριακής νευρο-εντερικής εγκεφαλο-μυοπάθειας. Για το τρίτο μέρος της μελέτης, αξιοποιήθηκαν
το πειραματικό μοντέλο zebrafish και κυτταρολογικές μεθοδολογίες για τη μελέτη της λειτουργικότητας των
μιτοχονδρίων για τη ταυτοποίηση ενός νέου υποψήφιου γονιδίου που σχετίζεται με την εμφάνιση των
φαινοτύπων στους ασθενείς.Αποτελέσματα: Στο πρώτο μέρος της μελέτης, η χρωμοσωμική ανάλυση μικρο-συστοιχειών οδήγησε στην
ανίχνευση παθολογικών και άγνωστης κλινικής σημασίας CNVs σε 31/75 άτομα που εξετάσθηκαν (41%). Από
το σύνολο των 45 CNVs που ανιχνεύθηκαν τα 29/45 (64%) αφορούσαν ελλείματα (deletions), τα 15/45 (33%)
αφορούσαν διπλασιασμούς (duplications), ενώ παρατηρήθηκε και ένας τριπλασιασμός 1/45 (2%). Σε 13/75
άτομα (17%) τα CNVs χαρακτηρίστηκαν ως παθογενή και σε 18/75 άτομα (24%) χαρακτηρίστηκαν ως άγνωστης
κλινικής σημασίας και χρήζουν περαιτέρω διερεύνησης. Ταυτόχρονα, η αλληλούχιση επόμενης γενιάς ανίχνευσε
παθολογικές ή πιθανώς παθολογικές παραλλαγές σε γονίδια που σχετίζονται με την εμφάνιση κάποιου
νευροαναπτυξιακού σύνδρομου, σε 39/95 άτομα (40.43%), ενώ σε 2/95 άτομα (2.13%) παρατηρήθηκαν
παραλλαγές που άγνωστης κλινικής σημασίας σε γονίδια που προκαλούν κάποιο νευρο-αναπτυξιακό σύνδρομο.
Από την άλλη πλευρά, σε 27/95 άτομα (28.7%) δεν ανιχνεύθηκε παραλλαγή σε κάποιο γονίδιο που έχει
καταγραφεί ως τη προετοιμασία της παρούσας εργασίας να οδηγεί σε κάποιο γνωστό νευρο-αναπτυξιακό
σύνδρομο και καταγράφηκαν ως αρνητικά (negative).
Στο δεύτερο μέρος της μελέτης, αξιοποίηση της τεχνολογίας αλληλούχισης επόμενης γενιάς (Quad-based
wholeexome sequencing) επέτρεψε την ταυτοποίηση της μη-συνώνυμης παραλλαγής p.R79K στο γονίδιο
DDX3X. Η παραλλαγή ανιχνεύθηκε στο δείγμα και των δύο ασθενών, ενώ η γενετική ανάλυση επιβεβαίωσε ότι
η παραλλαγή κληρονομήθηκε από την ασυμπτωματική μητέρα (μητρικής προέλευσης), ενώ δεν ταυτοποιήθηκε
κάποιο άλλο παθολογικό εύρημα. Στη συνέχεια, για να εξεταστεί η πιθανή συσχέτιση της παραλλαγή με τον
φαινότυπο των ασθενών, αξιοποιήσαμε το πειραματικό μοντέλο danio rerio (zebrafish). Μελέτη της
λειτουργικότητας της DDX3X με το zebrafish έδειξε ότι η παραλλαγή p.R79K οδηγεί σε απώλεια λειτουργίας
(Loss of function) και είναι υπομορφική (hypomorphic).
Στο τρίτο μέρος της μελέτης συμμετείχαν 7 ασθενείς από τρεις διαφορετικές οικογένειες, με κλινικά ευρήματα
όπως εντερική δυσλειτουργία και νευρολογικά συμπτώματα που παραπέμπουν σε διάγνωση μιτοχονδριακής
νευρο-εντερικής εγκεφαλο-μυοπάθειας. Ανάλυση των κωδικών περιοχών του γενωμικού DNA με αλληλούχιση
επόμενης γενιάς (Whole exome sequencing), ανίχνευσε παραλλαγές σε ένα νέο γονίδιο, LIG3, το οποίο δεν έχει
χαρακτηριστεί ως υπεύθυνο για την εμφάνιση κάποιας ασθένειας. Αξιοποίηση in vitro μεθοδολογιών με χρήση
κυττάρων απομονωμένα από ασθενείς έδειξε μειωμένα επίπεδα της πρωτεΐνης LIG3 ενώ μειωμένη ήταν και η
ενεργότητα της λιγάσης. Παράλληλα, η δυσλειτουργία του LIG3 είχε αρνητική επίδραση στη συντήρηση του
μιτοχονδριακού DNA, με αποτέλεσμα την μείωση των επιπέδων μιτοχονδριακού DNA, χωρίς την παρουσία
πολλαπλών ελλείψεων που είναι χαρακτηριστικό άλλων μιτοχονδριακών ασθενειών. Έτσι, είναι πιθανό η
παρατηρούμενη μιτοχονδριακή δυσλειτουργία να είναι υπεύθυνη για τη παρατηρούμενη παθολογία στους
ασθενείς. In vivo λειτουργικές μελέτες με χρήση του πειραματικού μοντέλου danio rerio (zebrafish) έδειξαν ότι η
δυσλειτουργία του lig3 μπορεί να οδηγήσει σε παθολογικούς φαινοτύπους του εγκεφάλου και του εντέρου, σε
αντιστοιχία με αυτούς που παρατηρήθηκαν στους ασθενείς.Συζήτηση/συμπεράσματα: Η αξιοποίηση των σύγχρονων τεχνολογιών όπως o Μοριακός Καρυότυπος και η
αληλούχιση επόμενης γενιάς (Whole Exome Sequencing) επιτρέπουν τη γρήγορη και ακριβέστερή διάγνωση και τη καλύτερη συσχέτιση φαινοτύπου/γονοτύπου και κατά συνέπεια την ορθότερη και πιο ολοκληρωμένη γενετική
συμβουλευτική. Όταν είναι δυνατό, η αξιοποίηση in vitro μεθοδολογιών για τη περαιτέρω διερεύνηση των
μοριακών μηχανισμών που σχετίζονται με το παρατηρούμενο φαινότυπο αλλά και πειραματικών ζωικών
μοντέλων όπως το zebrafish μπορεί να συμβάλλει στη ταυτοποίηση νέων γονιδίων και το χαρακτηρισμό των
παραλλαγών που ανιχνεύονται σε αυτά.

Επιστήμες Υγείας

Νευροαναπτυξιακές ασθένειες, Γενετική

Όχι

0

Ναι

616

240

Δεν επιτρέπεται η πρόσβαση στο αρχείο. H πρόσβαση επιτρέπεται μόνο εντός του δικτύου του ΕΚΠΑ.

https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/2968633