Генетика глазных болезней Марианна Евгеньевна Иванова к м

Генетика глазных болезней Марианна Евгеньевна Иванова, к. м. н. , офтальмолог, руководитель компании «Офтальмик» 25 сентября 2013, Москва

Офтальмология Наука о глазах Ophthalmos (греч. ) – глаз Oculus (лат. ) – глаз офтальмолог = окулист

План лекции: 1. Строение глаза Анатомия и оболочки Оптические среды Угол передней камеры (УПК) Сетчатка Кровоснабжение Передача зрительного сигнала 1 а. Некоторые глазные болезни 2. Генетика Основные понятия Методы секвенирования Базы данных Биоинформатика 3. Зачем офтальмологу генетика? 4. Что нового в диагностике и лечении? 5. Заключение

Строение глаза Глаз состоит из трех оболочек: • Наружняя: склера • Средняя: сосудистая (хориоидея) • Внутренняя: сетчатка

Оптические среды глаза 1 3 4 5 2 Изображение на сетчатке перевернуто 1. Слезная пленка 2. Роговица 3. Влага передней и задней камеры 4. Хрусталик 5. Стекловидное тело

Строение угла передней камеры

свет 1. БМ 3. НСФ 5. НЯС 7. ВЯС 9. СГК 10. СНВ 4. НПМ 8. ВПС 6. НПС 2. ПЭС Строение сетчатки 11. ВПМ

Строение сетчатки 1. базальная мембрана (мембрана Бруха) 2. пигментный эпителий (ПЭ) 3. слой наружных сегментов фоторецепторов 4. наружная пограничная мембрана 5. наружный ядерный слой (фотор-ры) 6. наружный плексиформный слой 7. внутренний ядерный слой (биполяры, амакриновые, мюллеровы и горизонтальные клетки) 8. внутренний плексиформный слой 9. слой ганглиозных клеток 10. слой нервных волокон 11. внутренняя пограничная мембрана (ВПМ) Стрелкой показан ход световых лучей. ПЭ – пигментный эпителий; К – колбочка; П – палочка; Б – биполярная клетка; Г – ганглиозная клетка; А – амакриновая клетка, Го – горизонтальная клетка (эти два вида клеток относятся к вставочным нейронам, которые обеспечивают связи между клетками на уровне слоев сетчатки), М – клетка Мюллера (опорная, поддерживающая функция, ее отростки формируют наружную и внутреннюю пограничную мембрану сетчатки).

Фототрансдукция (биохимия зрительного восприятия) - это процесс превращения кванта света в нервный импульс свет сигнал подробнее на www. sfe. ru/v_book_zritsignal. php

Фототрансдукция (биохимия зрительного восприятия)

Особенности кровоснабжения сетчатки и ее центральной области - макулы a. ophthalmica центральная артерия сетчатки, a. centralis retinae

Некоторые глазные болезни 1. Аномалии рефракции (миопия, гиперметропия, астигматизм, анизометропия, кератоконус) 2. Катаракта – помутнение хрусталика 3. Глаукома - слепота вследствие высокого давления в глазу 4. Конъюнктивиты 5. Цветоаномалии (дейтеранопия, протанопия, ахромазия) 6. Кератит, кератоконъюнктивит 7. Дакриоаденит, дакриоцистит 8. Косоглазие 9. Демодекоз, 10. Ячмень, халязион 11. Синдром сухого глаза 12. Ирит, иридоциклит 13. Деструкция стекловидного тела 14. Болезни сетчатки (отслойка сетчатки, разрывы, ретиношизис, ПВХРД, ЦХРД (центральные и периферические витреохориоретинальные дистрофии) 15. ВМД – возрастная макулярная дегенерация 16. Сахарный диабет (диабетическая ретинопатия) 17. РПН – ретинопатия недоношенных 18. ЭОП – эндокринная офтальмопатия

Генетика (от греч. genesis — происхождение), наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.

Хранение генетического материала 23 пары хромосом у человека В ядре клетки в виде хромосом

«Упаковка» ДНК в ядре 3 млрд пар нуклеотидов Частота ошибок копирования ДНК 1 на 100 000 пар нуклеотидов МУТАГЕНЕЗ

Виды мутаций геномные хромосомные генные 1. Делеция 2. Инсерция 3. Инверсия 4. Транслокая 5. Однонуклеотидная замена

проявление (симптом) Альтернативные механизмы функция белка Взаимодействие Регулирование Экспрессия Сплайсинг белок ген

Основные понятия генетики Ген - структурно-функциональная единица генетического материала, наследственный фактор, который можно условно представить как отрезок молекулы ДНК, включающий нуклеотидную последовательность, в которой закодирована первичная структура полипептида (белка), синтез которого контролируется этим геном. Обусловливая первичную структуру конкретного белка, ген тем самым определяет формирование отдельного признака организма или клетки. Аллель - различные формы состояния генов, занимающих в гомологичных хромосомах идентичные локусы; аллельная пара генов образуется при оплодотворении и может состоять из идентичных или неидентичных аллелей Экзон - (от англ. ex(pressi)on — выражение, выразительность), участок гена (ДНК) эукариот, несущий генетич. информацию, кодирующую синтез продукта гена (белка). Соответствующие Э. участки ДНК, в отличие от интронов, полностью представлены в молекуле информац. РНК, кодирующей первичную структуру белка. Интрон - участок ДНК, который является частью гена, но не содержит информации о последовательности аминокислот белка. После транскрипции последовательности нуклеотидов, соответствующие интронам, вырезаются из незрелой м. РНК (пре-м. РНК)

Основные понятия генетики (2) Гетерозигота - диплоидные или полиплоидные ядра, клетки или многоклеточные организмы, копии генов которых в гомологичных хромосомах представлены разными аллелями (Аа) Гомозигота - диплоидный организм или клетка, несущий идентичные аллели гена в гомологичных хромосомах (АА или аа) Сплайсинг - (от англ. splice — сращивать или склеивать концы чего-либо) — процесс вырезания определенных нуклеотидных последовательностей из молекул РНК и соединения последовательностей, сохраняющихся в «зрелой» молекуле, в ходе процессинга РНК. Геном – совокупность всех генов организма. Экзом – совокупность всех экзонов организма SNP - single nucleotide polymorphism SNV - single nucleotide variant

Пробанд – исследуемый носитель признака Сбор семейного анамнеза Генеалогическое древо

Методы секвенирования (определения последовательности нуклеотидов) Секвенирование по Сенгеру (Sanger) Секвенирование нового поколения – next generation sequencing - NGS

Секвенирование по Сенгеру

Результаты секвенирования по Сенгеру

Next generation sequencing Illumina flowcell

Step 1

Step 2

Step 3

Step 4

Step 5

Step 6

Step 7

Step 8

Step 9

Step 10

Step 11

Step 12

3. Получение сиквенса последовательности @EAS 100 R: 136: FC 706 VJ: 2: 2104: 15343: 197393 1: Y: 18: ATCAG GATTTGGGGTTCAAAGCAGTATCGATCAAATAGTAAATCCATTTGTTCA + !*((((***+))%%%++)(%%%%). 1***-+*))**55 CCF» » » CCC 65 а ) л (! ай ГБ р ф 5 е зм а р @EAS 100 R: 136: FC 706 VJ: 2: 2104: 15343: 197393 1: Y: 18: ATCAG GATTTGGGGTTCAAAGCAGTATCGATCAAATAGTAAATCCATTTGTTCA + !*((((***+))%%%++)(%%%%). 1***-+*))**55 CCF» » » CCC 65

Базы генетических данных

pubmed. com

ensembl. org

Биоинформа тика — совокупность методов и подходов, включающих в себя: 1. математические методы компьютерного анализа в сравнительной геномике (геномная биоинформатика). 2. разработку алгоритмов и программ для предсказания пространственной структуры белков (структурная биоинформатика). 3. исследование стратегий, соответствующих вычислительных методологий, а также общее управление информационной сложности биологических систем

Зачем офтальмологу генетика? Для нахождения причины развития заболевания Для понимания патогенеза развития заболевания Для назначения лечения, которое будет направлено на устранение причины и последствий болезни

На сентябрь 2013 г. описано 585 генов, мутации в которых приводят к проявлению глазных симптомов из 25 000 генов в организме человека

Что думает пациент: Технологии позволили мне получить доступ ко всей информации о моем здоровье, как это и должно быть. Сейчас я могу наблюдать наглядную картину изменений в своем организме, как никогда прежде. Но я не понимаю, что все это значит? Супер, просто смотреть на все эти картинки и графики. Ну а мне-то что делать?

Около 25 000 генов у человека

Карта взаимодействия генов (hairballs)

Что нового в диагностике и лечении?

Оптогенетика

Глаукома и генетические подходы к ее лечению Доказана связь между мутациями в генах и развитием глаукомы: • миоцилин (MYOC), • оптиневрин (OPTN), • цитохром P 450 (CYP 1 B 1), • WD повторяющийся домен 36 (WDR 36) и • нейротрофин 4 (NTF 4) Довольно хорошо понятен патогенез «миоцилиновой глаукомы»

Генетическое лечение глаукомы, вызванной мутацией в гене миоцилина

Способ доставки новой генетической информации в клетку Вирусный вектор (напр. , аденовирус) Липосомный вектор (напр. , PAMAM) полиамидоамин четвертого поколения (G 4 PAMAM)

Заключение: 1. Строение глаза Анатомия и оболочки Оптические среды Угол передней камеры (УПК) Сетчатка Кровоснабжение Передача зрительного сигнала 1 а. Некоторые глазные болезни 2. Генетика Основные понятия Методы секвенирования Базы данных Биоинформатика 3. Зачем офтальмологу генетика? 4. Что нового в диагностике и лечении? 5. Заключение

Марианна Евгеньевна Иванова, к. м. н. , офтальмолог, руководитель «Офтальмик» 8 -903 -758 -66 -19 info@oftalmic. ru www. oftalmic. ru vk. com/oftalmic vk. com/glazabuddoctor