A nem szerepe az öröklődésben Dr habil

A nem szerepe az öröklődésben ? Dr. habil. Kőhidai László SE, Genetikai, Sejt-és Immunbiológiai Intézet 2015.

Aut Rec. Dom. nő: ffi / 1: 1 X- Dom. nő: ffi / 1: 1 X- Rec. nő: ffi / nő> nő: ffi / <ffi

X krsz kötött domináns öröklődés Általános jellemzés § Érintett férfi (X’Y) és egészséges nő (XX): fiai egészségesek (XY) leányai mind érintettek (X’X) § Egy érintett anya (X’X vagy X’X’) fiai és leányai 50%-ban hordozzák a domináns X allélt § A fiúk érintettsége fenti esetben súlyosabb § Ffi : 2 x Nő

X krsz kötött recesszív öröklődés Általános jellemzés § Autoszómális formához hasonlóan, nőkben csak homozigóta (X’X’) formában expresszálódik § Hemizigóta férfiak (X’Y) esetében a női homozigóta forma súlyosságához hasonló mértékben jelentkezhet § Érintett apa (X’Y) leányai heterozigóta (X’X) „hordozók” § Érintett apa esetében fiúunokáiban ismét megjelenik a jelleg – „criss-cross” öröklődésmenet § Ffi >> Nő

X krsz-hoz kötött jellegek/betegségek gyakorisága Vörös-zöld színtévesztés /10. 000 800 Fragilis X 5 Duchenne izomdisztrófia 3 Hemofília A 2 Hemofília B 0. 3 X-kötött ichtyosis 2 X-kötött agammagglobulinaemia 0. 1

Amelogenesis imperfecta X – Domináns Fogzománc képződése érintett Heterozigota nők – oszlopos mintázat (X’X) Homozigóta nők és hemizigóta férfiak – súlyosabb formák

Érintett gének: Kóros fehérjék a zomácban AMELX AMELY Xp 22. 3 -1 Yp 11 amelogenin ENAM MMP 20 KLK-4 g 4 q 13. 3 11 q 22. 3 19 q 13. 4 enamelin (5%) zománc metalloproteinase kallikrein-related peptidase 4 WDR 72 15 q 21. 3 FAM 83 H 8 q 24. 3 TUFT 1 1 q 21 4 q 21 WD repeat-containing protein 72 family with sequence similarity 83, member H tuftelin ameloblastin

Incontinentia pigmenti (X-Dom. ) -A bőrben vezikulumok - Szabályzalan pigmentáció - Kopaszság - Fogképződési zavarok - Mentális retardáció 30% - Látászavarok (retina) 30% - A hemizigótákra letális - A betegek döntő hányada nő

Hipofoszfatémia (D-vitamin rezisztens angolkór) (X-Dom) PHEX gén Xp 21 -22 PHEX = Phosphate-regulating neutral endopeptidase - Csont , dentin mineralizáció - Foszfát reabszorpció (vese) - Lelassult növekedés - Gyermekkori angolkór -Se P csökkent Frekvencia: 1/20. 000

PTN – phosphatonin ~ a – aktív ~ i – inaktív NPT 2 – Na/PO 3 kotranszporter Marc K Drezner, Kidney Internations

Véralvadás mechanizmusa

Hemofília (X-Rec) Véralvadási zavar Hemofília A VIII. faktor hiány 26 exon 9 kb 45% inverzió (F 8 A) LINE-1 szekvencia beépülése (LINE = Long Interspersed Elements) 6% ellenanyagok képződése a VIII f. ellen Xq 28 Hemofília A 1 in 5, 000 ffi

Hemofília (X-Rec) Véralvadási zavar Hemofília B IX. faktor hiány (proteáz prekurzor) 2% deletio 8 exon 34 kb Xq 26. 3 -27. 1 Insertio (ALU szekv. ) Állat-modell: írszetter kutya 1/20, 000 -30, 000 ffi

Hemofília

Vörös-zöld színtévesztés (X-Rec) A retina csapjai érzékelik a három alapszínt All trans retinal Opsin 3 D szerkezete megváltozik Fényérzet

Opsin gének: BCP RCP GCP 7 q 31 -35 Xq 28 GCP – RCP 96%-os homológia 6 exon Xq 28 GCP – BCP 43%-os homológia

RCP elégtelenség GCP elégtelenség BCP elégtelenség PROTANOPIA DEUTERANOPIA TRITANOPIA

Vörös-zöld színtévesztés Férfiak Nők

Rett syndróma (1) § Csak nőkben jelenik meg § Normális fejlődés 6 -18 hónapos korig § Beszéd és célirányos kézmogzások zavara § Mikrokefália, ataxia, autizmus átmeneti hiperventilláció § Később stabilizálódik és megérik a felnőtt kort

Rett syndróma (2) § Az érintett lókusz Xp 28 § Mutációk az Me. CP 2 génben § Az érintett fehérje: methyl cytosine binding protein 2 §A fehérje a metilált DNS Cp. G bázisaihoz kötődik § A metiláció gátolja a gén transzkripcióját § A metilációs mintázat a krsz. egyes régióira korlátozódik § A metilációs mintázat osztódáskor továbbadódik § A Me. CP 2 mutációja következtében a metilálandó gének derepressziója módosul

Duchenne izomdisztrófia § § § X - Recesszív A leggyakoribb izomdisztrófia Duchenne típus - 6 éves kor előtti kezdet - fokozatosan súlyosbodó izomgyengeség - szívizom érintettsége - ascendáló jelleg - szellemi visszamaradottság - kóros EKG és EMG - Se creatinin fokzott (izom pusztulás) § Becker típus - 20 -30 éves korban kezdődik - descendaló jelleg

Duchenne izomdisztrófia

Duchenne izomdisztrófia Incidencia per 5000 élveszületett fiú Spontán Öröklött Női Incidencia öröklött spontán

Születés Átmeneti fázis Gyakori elesés Izomgyengeség funkcióvesztés Mozgásképtelenség Végstádium Légzési problémák Fertőzések Szívmegállás „Gower-manőver”

Duchenne izomdisztrófia (2) § Dystrophin gén mutációja okozza 75 exon Xp 21 - a legnagyobb ismert gén – 2. 300. 000 bázis (12 x VIII. faktor; 15. 000 x b globulin) - a mutácók 70%-a deléció 20%-a pontmutáció 5%-a duplikáció - kb. 15 -25% új mutáció – korábbi családi előfordulás nélkül - a mutációk jellege a kórlefolyást befolyásolhatja

Dystroglycan Sarcospan Sarcoglycan-ok Izomrost membránja Dystrophin/ Utrophin Pseudohypertrophia Syntrophinok Actin Protein cluster Izomrost membrán

Izomrost membrán Dytrophin Béta-dystroglycan Cytoskletális protein dystrophin utrophin Az utrophin potenciálisan pótolhatja a hiányzó dystrophint !

Fragilis X szindróma (1) § A mentális retardatio leggyakoribb öröklött okozója § Klinikai tünetek: - nagy fej, megnyúlt arc, nagy fülek - enyhe – súlyos mentalis retardatio - az érintett nők 1/3 -a mentalisan retardalt § Xq 27. 3 –fokozott törékenysége Xq 27. 3 X fra(X) Y

§ A mutáció az Xq 28 FRAXA génje CGG trinukleotid-repeatjének következménye § Az expanzió az „anyai-átvitelnél” történik § A gén 5’ nem-átíródó régiója érintett § A kóros megnyúlást az expressziót gátló metiláció kíséri § FMR-1 proteinje egy RNS-kötő fehérje

5 -50 repeat FMR-1 gén Egészséges CGG 50 -200 repeat ‘Pre-mutáció’ CGG ‘Teljes mutáció’ 200 - repeat CGG

Fragilis X szindróma Prevalencia: 1/200 ffi; 1/2500 nők Inkomplet penetrancia Anticipáció

(huntingtin)

Y krsz. Kapcsolt öröklődés + Guppi (Poecilia reticulata) Szexuális attraktivitás vs. Fokozott kiszolgáltatottság mint zsákmány állat

A nem kialakulása

A nem kialakulása Szex-kromoszómák jellemzése Szex-kromoszómákhoz kötött öröklődés fő típusai § Kóros formák § § §

A nem meghatározottsága § Környezeti tényezők - méretfüggő (tengeri gyűrűsférgek) - hőmérsékletfüggő (hüllők) § Genetikai - allélikus + környezet (darazsak) - kromoszómális X krsz és autoszómák aránya autonóm ld. Drosophila NEM autonóm ld. ember

X kromoszóma általános jellemzése § § § A haploid genom 5%-át teszi ki House-keeping és specializált gének Konzervált NEM kódol szex determináló faktort 1961 – nőben az egyik X krsz inaktiválódik

Y kromoszóma általános jellemzése § Az evolúció korábbi szakaszában az X krsz homológ párja volt § Testi sejtek fenotípusát a testicularis hormonok szabályozzák § Az Y krsz a TDF révén hat a testis kialakulására § 1990 SRY gén terméke = TDF § Zn-ujjas transzkripciós faktort kódol § SRY exprssziója CSAK: - a gonád-szövetben - a testis kialakulásakor - NEM feltétele az ivarsejtek megléte

Nincs X krsz. homológ Y krsz. Van aktív X krsz homológja Housekeeping Testis Egyéb helyek

? § § § Az Y kromoszóma ismert génjei SRY – sex region of X (bőveben ld. alább) ZFY – egy Zn-ujjas fehérjét kódol ! AZY – sprermium képzésért felelős gén (AZ=azospermia) H-Y – sejtfelszíni antigén férfiak minden sejtjén MSY – krsz. q karján hosszú palindrom szekvenciák

A korai szex-differenciálódás génjei § SF-1 ‘Steroidogenic’ faktor, nukleáris receptor a steroid hidroxilázok expresszióját szabályozza § WT 1 Wilm’s tumor lókusz determinált krsz 11 p 13 § SOX 9 ‘SRY-releated HMG-box’, krsz 17 q 24. 3 -25. 1 kb. 14 gén együtt § MIS Sertoli-sejtek; krsz. 19 p 13. 3 szabályozó domainje SF-1 -et köti promotere SRY-t köti § DSS ‘Dosage Sensitive Sex reversal’, Duplikáció a krsz Xp 21. 2 -p 22. 2 -n § DAX-1 nuklearis hormon receptor, expresszió: testis és mellékvese § SRY ‘Sex-determining region Y gén, terméke transzkripciós faktor

SRY gén § Yp 11. 3 § egyetlen 850 bp exonból áll § nagyon konzervált § 79 aminosavból álló HMG box ( ‘Highly Mobile Group of proteins)

DAX 1 Ovárium WNT 4 SF 1 Bipotenciális WT 1 gonád LHX 9 SRY SOX 9 Testis Follikuláris sejtek Follikulus Theca sejtek Ösztrogén Sertoli- SF 1 AMH sejtek Leydig sejtek SF 1 Testosteron

Genotípus inaktív DAX 1 SRY DAX 1 2 kópia DAX 1 Gonádok Fenotípus Testis Férfi Ovárium Nő Gonád disgenesis Nő Ref. : Genetics Review Group (1995)

Szexuálisan nem differenciálódott Férfi Nő Ref. : Langman (1981)

4 hét Testis 6 hét 8 hét Ovárium 8 hét Ref. : Langman (1981)

Testis Ovárium 16 hét 20 hét Ref. : Langman (1981)

X kromoszóma DAX 1 Y kromoszóma SRY SF 1 WNT 1 Ref. : Aberger F. OVÁRIUM SOX 9 TESTIS

Sox 9 Promoter Amh Wt-1 Sox 9 SF 1 Gata Ref. : Arango et al. (1999) Amh

Human szex kromoszómák evolúciója (1) Szex krsz. kialakul SRY (NRY) gátolja a rekombinációt 290 -350 Mév Autoszómák madarak rekomb. Az NRY expanziója (SMCY, UBE 1 Y) (RBMY, RPS 4 Y) 230 -300 Mév 130 -170 Mév XY tojásrakó emlősök X-krsz. spec. XY erszényesek nem rekomb.

Human szex kromoszómák evolúciója (2) Translokáció PARp-ra expandál 80 -130 Mév NRY expanziója (CASKP, DBY) 80 -130 Mév NRY expanzió (AMELY, KALP) 30 -50 Mév X-Y translokáció PCDHY 3 -4 Mév XY Ember rekomb. XY Nem-anthropoid emlősök XY Nem-ember anthropoidok X-krsz. spec. Protocadherin X/Y nem rekomb.

X kromoszóma Ember Macska Konzervált lókuszok emlős X és Y krsz esetében Y kromoszóma Ember Macska

Testicularis feminisatio Genotípus: XY Szérum testosteron norm. Herék hasüregben Női fenotípus OKA lehet: - hiba a differenciálódásban a tesztoszteron utáni lépésekben - tesztoszteron hat a Wolff-cső differenciálódására is Az ok a TESZTOSZTERON RECEPTOR MUTÁCIÓJA volt

Enhancer Promoter Inaktív gén Start Hormon-Rec komplex Promoter Aktív gén Aktivált enhancer m. RNS szintézis OK: Xq 11 -12 mutációja – androgén recptor

Hermafroditizmus Valódi hermafroditizmus - A testben fellelhető mind a két nemre jellemző ivarszerv/szövet - A külső nemi szervek közül megjelenésben általában az egyik dominál - Formái 46 XX – SRY transzlokáció vagy 46 XXY –Y vesztéssel 46 XY – Y pontmutációja miatt 46 XX/46 XY mozaicizmus (A hermafroditizmus gerinctelenek és növények esetében gyakori)

Hermafroditizmus Pszeudohermafroditismus - Az egyik nemre jellemző gonád és ellentétes nemi /anatómiai megjelenés - Pszh masculinus *Kedvert gonáddiszgenezis (45 X/46 XY – csíkgonád/here) *Tesztikuláris feminizáció (46 XY – Y pontmutáció – here ösztrogént termel; receptorok nem kötik a ligandot) - Pszh femininus *Adrenogenitális szindróma (androgén kezeléssel indukált kórkép)

X kromoszóma inaktiválódása A „géndózis kompenzáció” kifejeződése Számfeletti X krsz. esetében csupán 1 aktív X krsz. marad aktív n. Barr = n. X – 1 X recesszív mutáció esetében nők egyes sejtjei „funkcionális hemizigóták” és ezért betegek lehetnek A dóziskompenzáció másik módja: X aktivitásbeli eltérése a két nemben

XY XX ‘Dobverő’ Barr-testek

Nukleoláris asszociációs – g. v. -i motoneuronokban XX XY Barr, M. L. , & Bertram, E. G. A morphological distinction between neurones of the male and female, and the behaviour of the nucleolar satellite during accelerated nucleoprotein synthesis. Nature 163, 676– 677 (1949)

X kromoszóma inaktiválódása (1) Xist expressziója gátló faktor Gátló faktor LINE segít a hatás kiterjesztésében Xist RNS általi fedés

X kromoszóma inaktiválódása (2) Transzkripcionális „silencing” Aszinkron replikáció időzítése Macro. H 2 A szaporulat H 3 és H 4 hipoacetilálódás

Xist transzkripciója embrionális őssejtben Mindkét X krsz. Xist-je aktív RNS fedi az inaktiválódott X krsz. -át Csak az inaktív „RNS-fedett” X-krsz. látható

XY XX > Mary F. Lyon X XY =

X kromoszóma inaktiválódása § Egészséges nőkben a fejlődés korai szakaszában az egyik X krsz. random módon inaktiválódik § Az utódsejtekben is u. a. az X krsz. inaktíválódik § Az inaktiválódás az Xq 13 termékétől (Xist) függ § Látszólag az összes X krsz gén gátolt (kivétel az inaktivációban részt vevő gének) § A nők mozaikok, mivel apai és anyai krsz. egyaránt inaktiválódnak Férfiak: Nők: konstitucionális hemizigóták funkcionális hemizigóták

PAR régiók PAR = pszeudo autoszomális régió § § § Soha nem inaktiválódnak A két nemi krsz. karjainak végén található Szakaszok PAR 1 – 2. 6 Mb; PAR 2 – 320 kb Lehetőség a részleges meiotikus X-Y párosodásra „Kötelező crossing over” PAR 1 -ben (pl. Xg vércsoport, IL-3 receptor)

X krsz PAR 1, PAR 2 Y krsz AR: Androgen receptor CSF 2 RA: Colony-stimulating factor 2 receptor alpha AZF: azoospermia factor ATRX: Alpha-thalassemia/mental retardation syndrome X-linked IL 3 RA: Interleukin 3 receptor alpha DAZ: Deleted in azoospermia DAX 1: DSS-AHC critical region X chromosome gene 1 SHOX: Short stature homeo box HY: Histocompatibility antigen Y FRA-X: Fragile X syndrome IL 9 R: Interleukin 9 receptor RBMY: RNA-binding motif protein Y chromosome DMD: Duchenne muscular dystrophy SRY: Sex-determining region Y chromosome GK: Glycerol kinase USP 9 Y: Ubiquitin-specific protease 9 Y chromosome Kal 1: Kallmann syndrome 1 ZFY: Zinc finger protein Y-linked POLA: DNA polymerase alpha XIST: X inactivation-specific transcript ZFX: Zinc finger protein X-linked

Nemi differenciálódás zavarait okozó gyakori elváltozások § SRY mutációi § Androgén bioszintézis zavara § Androgén receptor mutációi § AMH hibái § XY/XO mozaicizmus § Wnt és WT-1 mutációi (gononefrotom differenciálódásának zavara)

www. bbc. co. uk/health/genes/disorders/xlinked_2. shtml www. biology. arizona. edu/mendelian_genetics/problem_sets/ www. wwnorton. com/cdly/genetics/ch 13 quiz. htm www. endotext. org/pediatrics 7/pediatrics 7. html