Klinik Nörogenetik

Betül Baykan, Nerses Bebek

 

Son Güncelleştirme Tarihi: 31/12/2008


 

Son yıllarda nörobilim alanındaki en hızlı gelişmeler hiç kuşkusuz nörogenetik alanında yaşanmıştır. Nörolojik hastalıkların çoğunun önemli bir genetik boyutu olması nedeniyle bu ilerlemeler umut vericidir. Gelişmelerin çoğu şu an için araştırma boyutunda ve nadir rastlanan hastalıklarla sınırlı olmakla birlikte; sık rastlanan karmaşık (kompleks) genetik geçişli nörolojik hastalıkların birçoğunun da  genetik temel ve belirteçleri giderek daha fazla ortaya çıkarılmaktadır. Öte yandan, artan sayıda genetik test rutin laboratuarlarda da yapılabilir duruma gelmektedir. Nörologların genetikteki bu dev adımlardan uzak durmaları olası değildir. Bu bölümde klinik açıdan önem taşıyan nörogenetik kavramlar mümkün olduğunca basit bir şekilde ele alınmaya çalışılacaktır. Hastalıklara ait klinik ve moleküler genetik bilgiler ilgili bölümlerde ayrıca ele alınmıştır.

 

Gerek klasik epidemiyolojik çalışmalar gerekse son yıllarda yapılan çok sayıda moleküler genetik çalışma birçok nörolojik hastalığın genetik etyolojisi olduğuna işaret etmektedir.

 

Bu nedenle her klinisyenin genomun yapısı ve fonksiyonu, kalıtım prensipleri ve tipleri ile genotip- fenotip ilişkisi gibi temel ve klinik genetik konularında bilgi sahibi olması gerekmektedir.

 

İNSAN GENOMU VE ORGANİZASYONU

 

Her organizmanın olduğu gibi insanın da türünün canlı bir örneğini oluşturmayı ve hayatını devam ettirmeyi sağlayan tüm biyolojik bilgileri taşıyan bir genomu vardır. Sadece RNA (ribonükleik asid) taşıyan nadir bazı viruslar dışında genomların hemen hepsi gibi insan genomu da DNA’dan (deoksiribonükleik asid) oluşur. Mitokondriyal DNA’nın da kalıtıma katkısı bulunmakla birlikte, her birey için esas genetik bilgi nükleer kromozomal DNA’da kodlanır. DNA, 5 karbonlu bir şeker, nitrojen içeren bir baz ve fosfat grubundan oluşan nükleik asit molekülüdür, çift heliks yapısındadır (Şekil 1 ). İki pürin (Adenin A –Guanin G), iki pirimidin (Timin T-Sitozin C) bazı olmak üzere dört farklı nükleotid grubu bulunur, bunlar baş harfleriyle temsil edilirler. Kural olarak A T’ye ve C G’ye bağlanır. Tek zincirli DNA molekülüne polinükleotid de denir ve nükleotid moleküllerinin dizilmesinden oluşur. DNA’nın iki zincirinin bu bağlanma kuralı nedeniyle, birbirini tamamlayıcı (komplementer) olması gerekmektedir. Bu da DNA’nın tamamen aynı şekilde kopyalanmasının, yani replikasyonunun temelini oluşturur. RNA yapısında ise Timin T yerine Urasil U vardır ve bu küçük farklılık nedeniyle tek zincir olarak kalır, özellikle protein sentezinde rol oynar.

 

Şekil 1. DNA’nın yapısı, komplementerliği yanı sıra transkripsiyon ve translasyon  aşamaları şematik olarak izlenmektedir.

 

İnsan somatik hücreleri 23 çift kromozom içerir, yani diploiddir. 22’si otozom ve diğer çift gonozomdur (X veya Y) (Şekil 2 A ve B). Seks hücreleri ya da gametler ise haploiddir ve sadece 23 kromozomları vardır. Kromozomlar DNA (nükleer) ve yapısal proteinlerden (ör: histon) oluşur, kromozomların uç noktalarına telomer, orta bölgelerine sentromer denir. Kromozomlarda fosfodiester bağı ile bağlı olan yaklaşık 3 milyar baz çifti kadar polinükleotid bulunmaktadır. DNA taşıdığı kimyasal bilgiyi nesilden nesile aktarır.

 

Şekil 2 A ve Şekil 2 B. G Bandlama yöntemi ile elde edilen normal 46,XX yani kadın (A) ve 46,XY yani erkek (B) karyotipleri.

 

Gen; özellikli RNA ekspresyonu için gerekli bilgiyi içeren DNA bölgesidir. İnsanda en çok 1. kromozomda ve en az Y kromozomunda olmak üzere toplam 30-50 bin civarında gen vardır. Her bir genin kodlayan (ekson) ve kodlamayan (intron) sekansları bulunur (Şekil 3). RNA oluştuğunda eksonların arası intronlarla doludur, intronik sekanslar ‘’splicing’’ (kırpılma, uçlarını birbirine eklemek, tutturmak) denen bir işlem sonucu uzaklaştırılınca olgun RNA ortaya çıkar (transkripsiyon aşaması). Her gende çok sayıda ekson vardır ve birçok farklı RNA türü, tek bir genden alternatif ekson kullanılarak ya da uç uca birleştirilerek üretilebilir. İnsan DNA’sının kodlayan sekansı aynı zamanda protein sekansıdır. İnsan genomunun gen dizileri dışında geri kalan çok büyük kısmı ise tekrarlayıcı DNA’dan oluşur, burada hem kodlamayan tekrarlayıcı DNA, hem çok sayıda gen kopyaları ve gen parçaları yer alır.

 

Çocuklar genin, her biri anne ve babadan kalıtılan “allel’’  olarak adlandırılan 2 kopyasını taşırlar. Bir gen ayrıca belli bir RNA transkripti sentezi için gereken tüm DNA sekanslarını da içerir,  promoter (başlatıcı- teşvikçi) ve enhancer (arttırıcı) olarak bilinen transkripsiyon kontrol bölgeleri [3’–cleavage (yarıklanma), poliadenilasyon bölgelerini ve splicing noktalarını belirleyen sekanslar buna örnektir] bulunur. Bu noktalardaki mutasyonlar da RNA ekspresyonunu engelleyerek fonksiyonel polipeptid oluşumunu bozabilir.

 

Şekil 3. Bir genin yapısı şematik olarak gösterilmiştir.

 

2001 yılında tüm insan nükleer genomu sekanslanmıştır. İnsan genomunun 3.000.000.000 nükleotidden oluşan nükleer yerleşimli ana parçası dışında çok küçük olan, 16.569 nükleotidden oluşan mitokondriyal genom parçası da vardır. Mitokondriyal genom 37 gen içerir, 24’ü olgun bir RNA ürününü (22 mitokondriyal tRNA molekülü ve 2 mitokondriyal rRNA molekülü) ve kalan 13 gen de mitokondriyal solunum zinciri ve oksidatif fosforilasyon enzimlerinin alt ünitelerini kodlamaktadır. Ancak mitokondriyal polipeptidlerin çoğu da nükleer genlerce kodlanmakta ve sitoplazmik ribozomlarda sentezlendikten sonra mitokondriye taşınmaktadır. Zigot oluşumu sırasında nükleer genomun aksine mitokondriyal genom sadece yumurta hücresinden kalıtılmaktadır. Sonuç olarak erkekler mitokondriyal DNAlarını sonraki kuşaklara aktaramazlar ve bu nedenle mitokondriyal hastalıklar sadece anneden çocuklara kalıtılabilir.

Birçok gendeki DNA daha sonra polipeptid şekline, az bir kısım gen ise farklı fonksiyonları olan olgun RNA şekline dönüşmektedir ve bunlar genelde gen ekspresyonununda görev yapmaktadır. “Moleküler Biyolojinin Santral Dogması’’ diye de isimlendirilen bu süreçte; DNA RNA’nın sentezini ve dizisini denetler, RNA ise polipeptidlerin dizisini ve hem kendinin hem de DNA’nın sentez ve metabolizmasını düzenleyen özel proteinlerin sentezini denetler. Protein sentezi bu şekilde 2 ana basamakta gerçekleşmektedir (Şekil 1):

1) Transkripsiyon (kopyalama uyarlama): çekirdekte DNA’dan haberci RNA (mRNA) oluşumu.

2) Translasyon (çeviri):  mRNA’nın sitoplazmada çevrilerek, özelleşmiş transfer RNA (tRNA)larla doğru aminoasidlerin getirilerek peptid bağları ile bağlanması ve proteinin oluşturulması.

 

Bazı özel, çoğaltıcı ve başlatıcı olarak isimlendirilen DNA bölgeleri RNA transkripsiyonunun başlangıcını yönetirler. Promoter tarafından çalıştırılan RNA polimeraz DNA’nın ucundan ucu yönüne ilerleyerek, ribonükleotiddeki DNA sekansının aynı bazlardan oluşan bir kopyasını sadece timin yerine urasil geçecek şekilde oluştururlar.

DNA’da taşınan genetik bilgi daha sonra polipeptid zincirini oluşturacak aminoasit dizisini tanımlayan bir genetik koda sahiptir. Genetik kod 3 nükleotidden oluşan 64 adet kodon sayesinde doğru şekilde aktarılır. Bu 64 kodon toplam 20 aminoasidi kodlamaktadır. Sadece triptofan ve metyoninin bir tek kodonu vardır, diğerleri ise 2-6 farklı  kodonca kodlanırlar (Şekil 4. ). Bunların dışında dört kodon ise noktalama görevi yapar yani mRNA içinde hangi noktada translasyonun başlayacağı ve biteceğine işaret eder.

 

İnsanların sineklere göre 3 kat fazla proteini varken sadece 2 kat fazla geni vardır. İnsan genomuna has olan bir özellik sayesinde aynı gen farklı proteinler oluşturabilmektedir. Bu RNA splicing ve proteinlerin translasyon sonrası glikozilasyan ya da fosforilasyonu içeren post-translasyonel mekanizmalarla modifiye edilmeleri sayesinde gerçekleşir. Proteomiks, yani protein farklılığı, normal biyolojideki ve hastalık mekanizmalarındaki rolü ile ilgili olan incelemeler, moleküler araştırmalarda yeni gelişen bir alandır. İnsan proteozomu diğer ökaryotlarla karşılaştırıldığında en çarpıcı farklılık nöral gelişme, yapı ve fonksiyon dışında immun fonksiyon, sinyal iletimi, homeostaz ve apoptozla ilgili genlerin ileri derecede çeşitliliğidir. Şu an için proteinlerin %40 kadarının fonksiyonu, henüz bilinmemektedir.

 

Şekil 4. 64 aminoasitin 3’lü nükleotid kodonları ve 21 aminoasidin kodları görülmektedir.

 

MUTASYONLAR

Genetik bilgiyi taşıyan belli bir kromozom bölgesindeki (lokus) gen dizileri bireylerde alternatif şekillerde bulunabilir, bunlar o genetik dizinin allelik formları olarak adlandırılır. Birçok gen için tüm bireylerde o gen dizisi tek bir şekilde bulunur ve (wild-type) doğal tip olarak adlandırılır. Bir toplumda farklı diziler belli bir sıklıkta bulunuyorsa bu durum o lokusun polimorfizmi olarak tanımlanır. Akraba olmayan iki kişi arasında her gende ortalama olarak 500 baz çiftinde bir olmak üzere genomda toplam 6.000.000 farklılık görülür. Bu tek baz çifti değişiklikleri tek nükleotid polimorfizmi (SNP) olarak adlandırılır. SNPler kromozomal bölge işaretleyicisi olarak kullanılabilir. Her ebeveynin kromozom çiftleri farklı SNP’lere sahip olacağından, her çocuğa aktarılan SNP saptanabilir.

 

Mutasyon ise DNA sekansındaki hastalığa neden olan değişiklik olarak tanımlanır. Genomik, kromozomal ve gen mutasyonları olabilir. Gen mutasyonları nokta mutasyonları, delesyonlar, insersiyonlar, çerçeve kayması mutasyonları, duplikasyonlar ve trinükleotid tekrar uzamaları şeklindedir.  Klasik olarak fenotipe olumsuz etkisi olan her tür DNA varyantı  mutasyon kabul edilirken etkisiz ya da benign etkili varyantlar polimorfizm olarak kabul edilmiştir. Ancak multifaktoryal hastalıkların genetiği ile ilgili son çalışmalar polimorfizmlerin de bir araya gelerek ya da çevresel faktörlerle etkileşerek fenotipe etkisi olabileceğini düşündürmektedir. Bir diğer tanımlama ise toplumda az rastlanan allelin sıklığı %1 den sıksa polimorfizm, eğer daha nadirse mutasyon olarak yorumlamanın doğru olduğu şeklindedir.

Mutasyonlar edinsel veya kazanılmış olabilir, edinsellerin özelliği tüm hücrelerde bulunmasıdır, kazanılmış mutasyona ise belli bir dokuda kimyasal, biyokimyasal ve fiziksel faktörler sebep olur. Eğer mutasyon mitoz açısından aktif bir hücrede ortaya çıkarsa, bu hücreden köken alanlarda mutasyon görülür ancak bu hücreden bağımsız olarak normal hücreler de olabilir ve mozaik denen durum gerçekleşir. Eğer mutasyon embriyogenez sırasında gerçekleşirse çok sayıda mutant hücre oluşur ve fenotip ortaya çıkar. Eğer mutasyon farklılaşmış bir dokuda ortaya çıkarsa sınırlandırılmış bir mozaisizm olabilir ve bu durum tümörlerde görülür. Sadece somatik doku tutulmuşsa mutasyon sonraki kuşaklara aktarılamaz ama germ hücrelerinde bir mutasyon olursa bu mutasyon çocuklara aktarılır.

 

Mutasyon Tipleri

 

Mutasyonlar yapılarına ve yaygınlıklarına göre isimlendirilirler. Kromozomal bozukluklar kromozomların sayısını etkileyebilir (poliploidi, trizomi, monozomi). Bazen de bozukluk sayısal değil yapısal özellikte olabilir (örneğin, translokasyon, delesyon, duplikasyon, halka kromozom). Kromozom bozukluklarına neden olan moleküler veya fizyolojik faktörler tam olarak bilinmemektedir. Kromozom düzensizliklerinin yani, inversiyon, delesyon ve translokasyonların homolog olmayan tekrarlayıcı sekansların çaprazlaşması sırasında ortaya çıktığı düşünülmektedir. Birçok kromozomal bozukluk de novo olarak ortaya çıkar ve ağır bir fenotipe neden olur. İnversiyon ve dengeli translokasyon gibi durumlarda ise genetik geçiş söz konusu olabilir.

 

Mutasyonların farklı etkileri olabilir, kimi o birey için avantaj kimi dezavantaj oluşturabilir veya tarafsız olabilir. Oluşan mutasyonun çevresel etkenlerle de etkileşmesi fenotipi etkiler. Mutasyonların bazı tipleri ölümcülken bazıları iyi koşullarda normal yaşamla, olumsuz koşullarda ise hasta fenotipin belirmesiyle sonuçlanır. İki ana mekanizma vardır. (Loss-of-function) fonksiyon kaybettiren tipte bir mutasyon sonucu gen ürünü işlevsiz hale gelmiştir. Bunlar genelde resesiftir,  (Gain-of-function) mutasyonu daha nadirdir, genelde otozomal dominanttır ve ortaya çıkan proteinin anormal bir işlev kazandığı veya gerekenden fazla arttığı anlaşılır. Bunlar genelde kodlayan bölümden çok düzenleyici bölümlerde yer alır. Olmaması gereken bir dokuda ve zamanda aktifleşen bir protein, aşırı çalışan bir iyon kanalı örneğindeki gibi epilepsiye neden olabilmektedir.

 

Gen mutasyonları belli bir genin fonksiyonunu etkiler, bunu mRNA transkripsiyonunu, protein ürününün yapısı ve sabitliğini değiştirerek meydana getirir. Nokta mutasyonu ya da tek baz çifti mutasyonu tek bir nukleotid bazı başka biri ile yer değiştirdiğinde ortaya çıkar. Eğer bir pürin bazı (A, T) bir diğer pürin bazının veya tersi bir pirimidin diğer bir primidinin yerine geçerse (C, G) buna transizyon denir. Oysa pürin bazı primidinle değişirse ya da tam tersi olursa transversiyon denir.

 

Tek bir baz çiftini değiştiren mutasyonlar tamamen sessiz olabilir ya da büyük hastalıklara sebep olur. Mutasyon genin kodlanma bölgesindeyse dört farklı sonuç olabilir.

  1. Sessiz mutasyon baz çiftini değiştirir ancak, kodonla belirtilen amino asiti değiştirmez, bazı aminoasidlerin farklı kodonlarla kodlanması nedeniyle bu durum görülebilir.
  2. Nokta mutasyonları protein sekasında belli bir aminoasid değişikliğine neden olurlarsa buna “missense” mutasyon denir.
  3. Eğer değişiklik bir stop kodonu ortaya çıkarıyorsa ve protein zamansız sonlanıyorsa buna “nonsense” mutasyon denir.
  4. Son olarak da çerçeve kayması mutasyonu baz çiftini ya ekleyerek veya eksilterek ribozomun çerçeve okumasında kaymayla sonuçlanır.

 

Kodlamayan bölgelerde görülen mutasyonlar genellikle sessizdir, ancak genin kodlamayan sekanslarında mutasyon olan bölge eğer mRNA transkripsiyonunu veya uç uça birleşmeyi (splicing) düzenliyorsa gen fonksiyonu etkilenebilir. İntronların mRNA oluşumu için uçuca eklenmesi gerekmektedir. Bu işlemin çok düzgün yapılması önemlidir ve ek yerlerindeki nukleotidlerce düzenlenir. Bu bölgenin mutasyonları bu nedenle tipik olarak bu nukleotidlerin sinyallerini değiştirir ve sonuçta mRNA yapısı değişerek farklı bir proteine neden olur. İntronlardaki mutasyonlar sonucunda ortaya çıkan anormal ‘’splicing’’e bağlı ataksi telanjiektazi, nörofibromatozis 1, frontotemporal demans (FTDP-17) gibi nörolojik hastalıklar görülebilir.

 

İnsersiyon ve delesyon baz çiftlerinin bir gen sekansına eklenmesi veya eksilmesidir; birkaç baz çiftinden binlerceye kadar değişen boyutlarda olabilir. DNA delesyonları ya da insersiyonları ya genin kodlama sekansını bozabilir ya da geni tamamıyla silebilir. Örneğin Distrofin genindeki delesyonlar okuma kalıbını bozarsa kısaltılmış, sorunlu bir proteinle sonuçlanır ve ağır Duchenne Musküler Distrofisi fenotipine neden olur; okuma çerçevesini koruyan internal gen delesyonu ise, genelllikle ılımlı Becker Musküler Distrofisine neden olabilir. Distrofin geni 2 milyondan fazla baz çifti (bp) içerir ve 40'dan fazla ekzonu olması ile bilinen en geniş genlerdendir (Bakınız: Kas ve Nöromüsküler Kavşak Hastalıkları). Eğer delesyon veya insersiyon 3 ve katları sayıda olursa amino asid değişiklikleri olur ama tüm okuma kalıbı değişmez.

 

Çok geniş bölgelerin delesyonları ve duplikasyonları özel bazı sendromlarla ilişkilidir. Örneğin periferik miyelin protein-22'yi (PMP-22) kodlayan gendeki nokta mutasyonu demiyelinizan periferik nöropatiye (Charcot-Marie-Tooth herediter nöropati tip 1 CMT1A) neden olur. CMT1A'nın en sık nedeni ise PMP22 genini içeren kromozom 17p bölgesinin 1.5 megabazlık (Mb) (1.5 milyon bp) duplikasyonudur. Bununla birlikte aynı PMP-22 geninin 1.5 Mb'lik bölge delesyonu, basınca duyarlı herediter nöropati (HNPP) ile sonuçlanmaktadır (Bakınız: Polinöropatiler).

 

Genetik heterojenite farklı genetik mutasyonların benzer klinik fenotipler oluşturması durumunu ifade eder. Örneğin Charcot-Marie-Tooth herediter nöropati tip 1 (CMT1) en az beş farklı gendeki (PMP22, MPZ, SIMPLE/LITAF, EGR2, NEFL) farklı mutasyonların sonucu oluşabilir (Bakınız: Polinöropatiler). Aynı şekilde dominant şekilde mutasyona uğramış 28’den fazla gen herediter ataksi formlarına neden olabilir (Bakınız: Ataksiler). Klinik muayene genellikle hangi genin etkilendiğini belirleyemez.  Eğer aynı gende farklı mutasyonlar klinik bozukluk ortaya çıkarırsa bu durum allelik genetik heterojenite olarak adlandırılır. Farklı genlerdeki farklı kromozomal lokuslardaki mutasyonların her biri benzer bozukluğa sebep olduğunda ise (örneğin kromozom 1, 17 ve X mutasyonları ile CMT sendromu) nonallelik genetik heterojenite olarak adlandırılır.

 

Trinükleotid Tekrar Hastalıkları

 

Üçlü nükleotid tekrar uzamaları nörolojik hastalıkların bazılarında ortak bir mekanizma olrak dikkati çekmektedir. Bu hastalıklarda, normalde belli bir sayıda tekrarı bulunan, CAG, CTG veya GAA gibi üçlü nükleotidler bir gen içinde anormal olarak artar. Trinükleotid tekrar uzamaları kuşaktan kuşağa aktarılırken tekrar sayılarında artış görülür ve bazı hastalıklarda anneden veya babadan kalıtıma göre bu tekrarlar artar. Sonuç olarak hastalık bulgularında artış ve daha erken başlangıç yaşı gösterir. Bu duruma antisipasyon denir ve hastalığın şiddeti artan ekspansyonun büyüklüğüne bağlıdır.  Örnek olarak Huntington hastalığı, miyotonik distrofi, frajil X, spinoserebellar ataksi, Kennedy hastalığı verilebilir. Genetik antisipasyon fenomeni nörolojik hastalıklar açısından önem taşımaktadır. Tarihsel olarak bu terim ilk önce otozomal dominant miyotonik distrofide sonraki jenerasyonlarda gözlenen klinik ağırlaşmayı tarif etmek için kullanılmıştır. Tipik olarak bu gene sahip babalarda sadece erken yaşta katarakt ortaya çıkabilir. Kız çocuklarında ılımlı kas güçsüzlüğü ve miyotoni, kızların çocuklarında ise mental retardasyon, miyotoni ve ağır güçsüzlük olabilir. Klinik olarak iyi bilinen, jenerasyonlar boyunca hastalık şiddetinin artması durumunun artık biyolojik temeli bulunmuştur. Kromozom 19 üzerindeki distrofia miyotonika protein kinaz (DMPK) geninin kodlamayan bölgesindeki trinükleotit tekrar genişlemesi sonucu miyotonik distrofi oluşur. Genel popülasyonda normalde 5 ile 34 arası CTG trinükleotid tekrarı vardır. 100 tekrardan fazla genişleme miyotonik distrofi hastalığına neden olur. Tekrar sayısının artması, binlerce tekrarlama daha ağır hastalık formu ile ilişkilidir. Genişleme boyutu babadan oğula değişebilir ve jenerasyonlar arasında artma, antisipasyon denen bu klinik fenomene neden olur (Ayrıca bakınız: Kas ve Nöromüsküler Kavşak Hastalıkları).. Son çalışmalar DNA replikasyon çatalının yönünün tekrar instabilitesinde kritik faktör olduğunu göstermektedir.

 

Kennedy'nin X'e bağlı spinobulber müsküler atrofisi, frajil X mental retardasyon sendromu, Huntington hastalığı, herediter ataksilerin bir çok formu (spinoserebellar ataksi SCA-1, -2, 3,-6, -7, -8, -12 ve -17 ve Friedreich ataksisi) ve dentatorubropallidoluysiyan atrofinin (DRPLA) nadir bir formu gibi bir çok nörogenetik hastalığa instabil üçlü tekrarların neden olduğu gösterilmiştir. Şekil 5’de tekrar artışına bağlı ortaya çıkan genetik hastalıklar ve gen üzerindeki yerleşimleri gösterilmiştir.

 

Şekil 5. Tekrar artışına bağlı nörolojik hastalıklar ve gen üzerindeki yerleşimleri

 

 

Çoğu hastalık, genin kodlayan bölgesindeki CAG tekrarlarının genişlemesi sonucu görülür. CAG tekrarının okuma çerçevesi bir glutaminler grubunu kodlar ve sonrası protein ürününde uzun bir poliglutamin alanı üretir. Poliglutaminlerin ekspansiyonu istenmeyen fonksiyon kazanımına yol açar. Bu hastalıkların bazılarında; hastalık oluşmasına katkıda bulunan anormal nükleer inklüzyona poliglutamin alanının neden olduğu gösterilmiştir. 

 

Bir genişlemenin varlığı, hastanın hastalığı oluşturabilen mutasyonu kalıttığı anlamına gelir, ancak sonuçların yorumu karmaşık olabilir. Genişleme bulunması ile hastalık semptomlarının gelişmesi her zaman aynı anlama gelmeyebilir. Örnek olarak Huntington Hastalığı’nda (HH) mutant allelerde tekrar sayısı 36’dan fazladır. Normal HH allelleri 10-26 CAG tekrar  sayısı arasındadır. Bir kişide normal ve etkilenmiş kişiler arasındaki gri bir alanda genişleme saptanabilir (örneğin Huntigton genindeki 27-35 tekrar gibi). Bu durumda hastalık belirtilerini taşımayan bu bireydeki premutant form gelecek kuşağa aktarılırken tekrar sayısı artabilir ve hastalığa yol açar. Yani yeni mutantlar premutasyondan full mutasyona dönüşürler. Hastaların % 3’ü yeni mutasyon, % 97’si ebeveynden kalıtılır.

 

Bazen hastalık fenotipi ile tekrar sayısı arasındaki ilişki açık değildir. Bu belirsizlik hasta ve hekim için zorluk yaratabilir. Özet olarak, tekrar boyutunun direkt olarak test edilebilmesi çok önemlidir. Ancak bu kalıtımsal sendromlarda riskli olan kişileri tespit edebilmek, yani bu bilginin prediktif tanı amaçlı kullanılmasında pratik, etik zorluklar ve öğrenilmesi gereken çok şey vardır.

 

TIBBİ GENETİK

 

Tıbbi genetik tek gen mutasyonları, kromozom anomalileri, multifaktöryel hastalıkların tanısı, kalıtım özellikleri ve tedavisi ile ilgilenen bilim dalıdır. Genetik danışmanlık ve tarama da konuları arasında yer alır. Klinik genetik klinik sorunları olan birey ve ailelere genetiğin uygulanmasını içerir.

Tıbbi genetik açısından genetik hastalıkların ana tipleri şu şekilde gruplandırılabilir:

1.       Tek gen hastalıkları (Mendelyen veya monogenik): Bir tek gen veya gen çiftinin etkisiyle oluşan, basit kalıtım paternine sahip hastalıklar,

2.       Kromozom anomalileri: Down veya Turner sendromlarındaki gibi sayısal ve yapısal kromozom bozuklukları,

3.       Multifaktöryel hastalıklar: Genetik ve genetik dışı etkilerin bileşimi sonucu oluşur. Demans, epilepsi, migren, kanserler, aterosklerotik kalp hastalığı örnek olarak verilebilir.

 

Toplumdaki hastalıkların çoğu bir veya daha fazla gen ile çevresel faktörlerin etkileşimini içeren karmaşık (kompleks) etyolojiye bağlı olarak gelişir. Bu hastalıklarda bazen tek bir gen hastalığı oluşturabilir, bazen de diğer genler veya çevresel faktörler genetik yatkınlığa eklendiği zaman aynı hastalık gelişir. Toplumda sık görülen diğer hastalıklar gibi nörolojik hastalıkların bazıları Mendel tipi ya da Mendelyen kalıtım özelliği, çoğu ise kompleks kalıtım özelliği gösterir. Etyolojik bakış açısıyla tek gen hastalıkları, otozomal veya X’e bağlı (% 9), poligenik, multifaktöryel (çevresel etmenler ile birlikte mültipl genlerin etkisi- %90), kromozom anomalileri (% 0.5-7) ve belirsiz olanlardan oluşur.

 

Farklı nörolojik bulguların bir arada olduğu 200’den fazla kalıtsal nörolojik tek gen hastalığı bilinmektedir. Bunlar içinde Huntington Hastalığı, kas distrofileri en sık karşılaşılan ve iyi bilinen örneklerdir. Kalıtsal bozukluklar klasik nörolojik hastalıklardaki gibi direkt olarak veya metabolik, inme, kranyal malformasyon gibi nedenlerle indirekt olarak sinir sistemini etkileyebilir.

 

Ailesel özellik gösteren çoğu hastalıkta kalıtım şeklini tanımlamak kolay olmamaktadır. Bu olgularda birden fazla gen aynı hastalığa yol açabilmekte (poligenik), edinsel ve çevresel faktörler birlikte rol oynayabilmektedir (mültifaktöryel). Ayrıca aynı hastalığa birden fazla genin neden olması (genetik heterojenite) ve bir genin birbirinden farklı hastalık fenotiplerine yol açması (fenotipik heterojenite) da genetik temelin aydınlatılmasını güçleştiren özelliklerdir.

 

Kompleks kalıtım, genetik heterojenite ve fenotip değişkenliği hastalıkların genetik etiyolojinin az bilinmesine yol açmıştır. Basit ve kompleks kalıtım paterninin saptanması moleküler genetik araştırmalar açısından son derece önemlidir. Kompleks kalıtım paterni gösteren hastalıklarda bağlantı analizini yapmak ve sorumlu geni saptamak daha güçtür.

 

Genetik temeli henüz bilinmeyen klinik durumlarda aile çalışmaları önem taşımaktadır. Nedeni ne olursa olsun herhangi bir özelliğin, o özelliği taşıyan bireyin akrabalarında genel topluma göre daha sık görülmesi ailesel özellik veya hastalığa işaret eder. Bu durumlarda fenotipin tanımlanması, aile bireylerini değerlendirilmesi, aile ağacı çalışmaları ile kalıtım modeli belirlenebilir. Kalıtım paterninin anlaşılması klinik açıdan riskin belirlenmesi ve seçilecek genetik incelemeler açısından önem taşır.

 

İnsan genom haritalaması sorumlu genin saptanmasını teorik olarak kolaylaştıran bir yol olarak kabul edilir. Rekombinant DNA teknolojisindeki gelişmeler ile pozisyonel klonlama, polimeraz zincir reaksiyonu (PZR) ile mutasyon taraması ve bağlantı analizi çalışmaları daha kolay hale gelmiştir. Hayvan modelleri ve memelilerde yapılan genom çalışmaları aday gen çalışmaları için önemli bir adım oluşturmaktadır. Bu bilgilerin en önemli katkısı DNA’ya dayalı tanı imkânını sağlamasıdır. Bu da genetik danışmanlık ve presemptomatik testi kolaylaştırır. Ancak genin keşfinden nörogenetik pratiğinde test olarak kullanılmasına kadar geçen süre uzundur.

 

1953’te DNA’nın çift sarmal yapısının gösterilmesi, 1985’te polimeraz zincir reaksiyonunun (PZR) kullanıma girmesi ve 1990’larda insan genom projesi ile nöroloji genetiğindeki gelişmeler hız kazanmıştır. 1961’de yenidoğanda ilk metabolik bozukluk (Fenikketonüri) tanımlanmış, 1983’te ilk genetik hastalığın haritalanması (Huntington) gerçekleştirilmiş, ve ilk moleküler tanı uygulanan hastalık distrofin geni ile Duchenne müsküker distrofisi olmuştur.

 

KROMOZOM BOZUKLUĞU SONUCU GELİŞEN NÖROLOJİK HASTALIKLAR

 

Giderek daha detaylı kromozomal bantlama tekniklerin kullanılmaya başlaması mikroskobik düzeyde kromozomal değişikliklerin saptanmasına olanak sağlamıştır. Bu gelişme flurokroma bağlanmış biotin antikorlarının kullanımını ile floresans in situ hibridizasyon (FISH) olarak adlandırılan teknik sayesinde gerçekleşmiştir. Kromozomal bozuklukların çoğu sporadiktir ve çok nadiren bir sonraki çocukta tekrarlama riski vardır.

 

Büyük çaplı kromozomal bozukluklar karyotipleme sırasında gözlenebilen yapısal değişikliklerle sonlanır. Bu gibi bozukluklara örnekler: trizomiler, delesyonlar, duplikasyonlar, insersiyonlar, inversiyonlar, izokromozomlar, halka kromozomlar ve translokasyonlardır. Bu bozukluklar oldukça geniş gen segmentleri içerdiklerinden birçok geni bozabilirler ve spontan abortus, neonatal ölüm,  ileri mental retardasyon ya da çeşitli doğumsal aykırılıklar gibi ağır klinik bulgularla sonuçlanabilirler. Bu tablolarda eşlik eden nörolojik problemler sıktır. En iyi bilinen trizomi 21 ya da Down sendromu nöbet prevelansı %5 olan bir mental retardasyon nedenidir. Nörolojik açıdan önemli diğer özelliği ise etkilenmiş bireylerde Alzheimer hastalığının oldukça erken olarak 40 yaşından sonra sık ortaya çıkmasıdır.  Başka trizomi sendromlarında da (13, 18 ya da 22. kromozom trizomisi) ve Wolf- Hirschhorn sendromunda (4. kromozomun kısa kolu kısmi delesyona uğramıştır) nöbetler görülmektedir, oysa diğer bir kısa kol delesyon sendromunda (cri du chat sendromu kedi ağlaması) nadiren nöbet görülür. XXX sendromlu kadınlarda da mental retardasyon görülür.

 

Imprinting kromozomların ve genetik materyalinin özellikli bir değişikliğine yani anne veya babadan kalıtılmaya göre değişikliğe dayanır. Onbeşinci kromozomun aynı tarafı üzerindeki küçük bir delesyonun, eğer hasta delesyonu annenin 15. kromozomundan alırsa Angelman sendromu, babanın 15. kromozomundan alırsa Prader-Willi sendromu ortaya çıkmasına neden olması bu tablonun en iyi bilinen örneğidir. Her iki hastalıkta da mental retardasyon ortak olmasına rağmen nöbetler daha çok Angelman sendromunda görülür.

 

Her bir kromozom çiftinin biri anneden, diğeri ise babadan kalıtılır. Kromozom çiftinin ikisi de sadece bir ebeveynden kalıtılırsa bu kalıtım şekline uniparental dizomi denilir. Bu bulgu otozomal resesif spinal musküler atrofide bildirilmiştir (Bakınız: Motor Nöron Hastalıkları)

 

Nörogenetikteki gelişmeler hastalıkların fizyopatolojisinin aydınlatılmasının yanı sıra, nörogenetik hastalıkların tanısı (klinik ve laboratuar yetersiz kalabilir), prenatal tanı ve taşıyıcıların tanınması, sağlık ve hastalıkta genetik faktörlerin rolü, diğer faktörlerin etkileşimi, hastalıklardan korunma, kalıtsal hastalıklara yatkınlıkların ortaya konulması, ilaçlara direnç ve cevap, hastalıkların sınıflandırılması, farklı tanı yöntemleri ve  yeni tedavi stratejilerinin geliştirilmesini sağlamaktadır.

Nöroloji Genetiği klinisyen ve moleküler genetikçinin ortaklaşa yürüttüğü titiz ve ayrıntılı bir çalışmadır. Tanı veya araştırma amaçlı olsa da uyulması gereken belirli basamaklar vardır. Bunlar indeks olgunun fenotipinin değerlendirilmesi, etkilenen ve etkilenmeyen aile bireylerinin incelenmesi, aile ağacının şekillendirilmesi ve yorumlanması, kalıtım modelinin anlaşılmasını takiben, moleküler genetik incelemelerin planlanmasıdır. Bu incelemeler genetik bağlantı analizi, gen haritalaması ve mutasyonların belirlenmesi, gen ürünlerinin ve hücresel görevlerinin tanımlanması gibi çeşitli olabilir, genetik mutasyonun bilinmesi, hastalık doğası ve incelenen materyel gibi özelliklere göre belirlenir. Tüm bu aşamalar genellikle uzun sürelidir ve titiz bir çalışmayı gerektirir. Örneğin 10 kişilik bir ailenin değerlendirilmesi ortalama 1 yıllık bir süreyi gerektirebilir.

 

I- Fenotipin tanımlanması: Fenotip; o bireyde gözlenen biyokimyasal, fizyolojik ya da klinik karakteristiklere işaret eder. Genotip ise o bireyin genetik yapısına özellikle de bir kromozomal  lokus üzerindeki alele işaret eder. Bir gen mutasyonunun klinik ekspresyonu bu mutasyonun herhangi bir fenotipik belirtisini ifade eder.  Bu manifestasyonlar nöbet, mental retardasyon, deri lezyonları, elektroensefalografi (EEG) bozuklukları, hareket bozukluğu, demans, ya da yavaş sinir ileti hızlarını içerebilirler. Öncelikle indeks olgunun çok ayrıntılı değerlendirilmesi gerekir. Hastanın özgeçmişinin değerlendirilmesine antenatal dönem ile başlanmalıdır. Hastalık bulgularının başlangıç yaşı, bulguların detaylı tanımlanması, nörolojik ve kognitif bulgular, nörogörüntüleme, elektrofizyoloji (EEG, EMG), nöropsikolojik özellikleri dokümante edilmelidir. Bu bilgilerle sendrom tanımlanmaya çalışılmalıdır. Söz konusu tablonun genetik kökenli mi olduğunun yanıtı her zaman kolay verilemez. Dikkatli aile öyküsü ve aile ağacı çalışması hastalığın kalıtım şeklini ortaya koymaya yardımcı olabilir. Ancak geç başlangıçlı hastalıklarda belirlemek zor olabilir. Aile öyküsünün olmamasının genetik hastalık olmadığı anlamına gelmediği akılda tutulmalıdır.      Gen penetrasyonu geni taşıyanlar içinde klinik herhangi bir belirti olanların oranına işaret eder. Örneğin 100 bilinen mutasyon taşıyıcısının 80’i bazı klinik belirtiler gösterir. 20’si ise göstermez, bu durumda genin %80 penetrans gösterdiği söylenir. Penetrans yaşa ve uygulanan teste göre değişebilir.  Huntington hastalığına neden olan gen 20 yaşında %10 penetrans gösterirken, 80 yaşında %90 penetrans gösterebilir. Ayrıca genin kaydedilen penetransı ayrıntılı test ve muayene ile artabilir. Örneğin tuberosklerozis gen penetransı; dikkatli cilt muayenesi ve riskli kişilerde beyin magnetik rezonans incelemesi (MRI) ile artar.  Benzer şekilde asemptomatik epilepsi gen taşıyıcılarında klinikte nöbet olmadan sadece EEG bozuklukları olabilir. Taşıyıcı terimi sadece resesif bir hastalık için bir mutant aleli (geni) olan asemptomatik kişiyi bildirmek için kullanılır. Son zamanlarda ise resesif veya dominant anormal bir geni olan semptomatik veya asemptomatik herkes için de kullanılabilmektedir.

 

II- Ailenin değerlendirilmesi: İndeks olgunun işbirliği ile tüm aile bireyleri,   özellikle aile bilgilerine hakim olmaları nedeniyle yaşlı kadınlar dinlenmelidir. Ulaşılamayanlara telefon, mektup, meslektaş yardımı ile ulaşılmalıdır. Mümkünse o bölgeye gidilmesi birçok bilgiye ulaşılmayı sağlayabilir. Etkilenen ve etkilenmeyen her bireye ulaşılmalıdır. Ailede her birey indeks olgu ile aynı fenotipi göstermeyebilir. Örneğin idyopatik jeneralize epilepsilerde fenotipik değişkenlikler görülebilir, aynı ailede jüvenil miyoklonik epilepsi ve çocukluk çağı absans epilepsili bireylerle karşılaşılabilmektedir. Bu arada beyin sarsıntısı sonrası parsiyel epilepsi gelişmesi gibi ailesel olgulardan tamamen bağımsız fenotipik  özellikler gösteren bireyler de bulunabilir.

 

III- Aile ağacı: Hastanın diğer bireyler ile ilişkisini anlaşılır bir şema halinde göstermesi açısından önemlidir. Tüm bu bilgilerle aile ağacı hazırlanmalı, ayrıntılı olmalı, her bireyden alınan bilgi ile hazırlanmalıdır. Tüm bilgiler işaretlenmelidir (İsim, doğum tarihi, ölü doğumlar, düşükler, akraba evlilikleri, evlat edinmeler). Belirli aralıklarla doğumlar, yeni etkilenen bireyler yenilenmelidir. Sonuç olarak hastalığın kalıtım paterni belirlenebilir ve moleküler genetik incelemelere daha sağlıklı olarak karar verilebilir. Aile ağacı hazırlanmasında kullanılan semboller Şekil 6’da  gösterilmiştir.

 

Şekil 6. Aile ağacı çiziminde kullanılan bazı semboller örnek bir aile ağacı (pedigri) üzerine yerleştirilmiştir.

 

 

IV- Kalıtım paterni:

 

Kalıtım paterni seçilecek genetik incelemeler ve risk belirlenmesi açısından önem taşır. Ancak aynı sendromun farklı ailelerde değişik kalıtım paternleri gösterebildiği de bilinmektedir.

 

1- Otozomal dominant (OD) kalıtım modeli:

22 otozomdan herhangi birinde tek bir mutant (hasta) allelin olması hastalığın görülmesi için yeterlidir. (Şekil 7a). Bu kalıtım şeklinin özellikleri:

 

  1. Etkilenen bireyin her bir çocuğunun % 50 hasta olma olasılığı vardır
  2. Heterozigot olan anne veya babadan kalıtılabilir
  1. Tüm çocukların, cinsiyete bakılmaksızın etkilenme riski aynıdır. Hastalık sonraki çok sayıda kuşakta ortaya çıkar (vertikal yayılma).
  2. Azalmış penetrans özelliği gösterebilir, yani bazı bireyler mutant alleli taşır ama hastalanmaz. Fakat kendi çocuğuna aktarma riski aynıdır (kuşak atlama).

 

Nörofibromatozis, tuberoz skleroz, Huntington hastalığı, herediter ataksilerin çeşitli formları ve CMT tipI, miyotonik distrofi, benign neonatal konvulziyonlar, ailesel Alzheimer hastalıklarının bazı formları ve frontotemporal demanslar (FTD)  otozomal dominant kalıtımla geçen nörolojik bazı hastalıklara örnektir.

 

Bazı dominant mutasyonlar için heterozigot taşıyıcılar hafif hastalık bulguları gösterebilir. Kromozom çiftindeki aynı lokustaki mutant genin homozigot taşıyıcıları ise daha ağır klinik manifestasyonlar gösterebilir. Herediter hiperkolesterolemide olduğu gibi heterozigot taşıyıcılarda 48 yaşında miyokard infarktüsü, homozigotlarda ise (her iki ebeveynden de mutasyonu kalıtmış olan)  12 yaşında koroner oklüzyon görülebilir. Bu durum dominant ve resesif hastalıkları ayırt etmeyi güçleştirir. Huntington hastalığı örneğinde ise homozigot form heterozigot formlardan kötü değildir.

Şekil 7 A,B,C. Farklı kalıtım şekilleri gösteren aile ağacı örnekleri görülmektedir

A: Otozomal dominant, B: Otozomal resesif,  C: X’e bağlı resesif kalıtım

 

2- Otozomal resesif (OR) kalıtım modeli:

Bu kalıtım şeklinde mutasyonlu çift allel taşıyan birey hasta olmaktadır. Akraba evliliği özellikle OR kalıtılan hastalıklarda riski arttırmaktadır (Şekil 7b)  Ancak akraba evliliği şart değildir, ebeveynlerin aynı bölgeden olması, hastalığın o bölgede sık görülmesi de yeterli olabilmektedir.

  1. Bir mutasyonlu allel, bir normal allel taşıyan birey ‘’ taşıyıcı’’ olarak tanımlanır. Heterozigot taşıyıcılar genellikle klinik olarak normaldirler Nadiren bazı klinik bulgular görülebilir (manifest heterozigot).
  2. Taşıyıcının çocuğuna mutant geni aktarma olasılığı % 50’dir.
  3. Hasta bireyin çocuklarının hepsi taşıyıcı olacaktır.
  4. Kalıtım anne-baba ve cinsiyete göre etkilenmez.
  5. Her iki ebeveynin de taşıyıcı olması durumunda:

% 25 olasılıkla ebeveynlerin ikisinden de (homozigot) mutasyon kalıtımı olan kişiler hastalığın klinik manifestasyonlarını gösterir.

% 50 olasılıkla taşıyıcı olur. Bir mutant bir normal allel aktarılır.

% 25 olasılığında normal alleller aktarılır ve çocuk normal olur.

 

OR hastalıklar genellikle tek jenerasyonda, tipik olarak kardeşlerde  görülür (yatay yayılım) ancak küçük ailelerde otozomal resesif hastalıklar izole ya da sporadik vakalar olarak görülebilir. OR hastalıklar bazen aynı soydan evlenen ailelerde çok sayıda kuşakta da görülebilir. Fenilketonüri, Tay-Sachs hastalığı, Lafora Hastalığı, Unverrricht-Lundborg hastalığı, infantil spinal musküler atrofi, Wilson hastalığı, Friedreich ataksisi otozomal resesif  nörolojik hastalıklara örneklerdir.

 

3- X’e bağlı resesif kalıtım modeli:

X’e bağlı kalıtılan hastalıklarda mutasyon X kromozomu üzerinde bir gendedir. Heterozigot kadınlar genellikle klinik olarak normaldirler. Bazen hafif hastalık bulguları vardır (manifest taşıyıcı). Etkilenen erkeklere hemizigot denir. X’e bağlı geçişli hastalıklarda hemen hemen normal fenotipli taşıyıcı kadınlardan geçen çok sayıda kuşaklarda etkilenmiş erkekler görülür, ve asla erkekten erkeğe geçiş yoktur (Şekil 7C) Menkes’in “kinky” (kıvırcık, dolaşık) saç sendromu, Pelizaeus- Merzbacher hastalığı, frajil X mental retardasyon sendromu, Kennedy’nin spinal-bulber müsküler atrofisi, Duchenne ve Becker müsküler distrofisi ve adrenolökodistrofi X’e bağlı kalıtılan hastalıklara örnektir .

  1. X’e bağlı resesif mutasyonu taşıyan her kadın taşıyıcıdır ve genellikle klinik bulgu göstermez.
  2. Mutasyonu taşıyan her erkek hasta olacaktır (Tek bir X kromozomu olduğu için)
  3. Taşıyıcı annenin tüm çocuklarının mutasyonu kalıtma olasılığı % 50’dir (kızlar bu oranda taşıyıcı, erkekler ise bu oranda hasta olacak şekilde).
  4. Etkilenmiş babanın kız çocuklarında taşıyıcı (otomatik olarak anormal X kromozomunu kalıtırlar) olma riski %100’dür.
  5. Erkek çocukların ise mutasyonu ve hastalığı kalıtma riski yoktur (çünkü otomatik olarak babadan Y kromozomunu alırlar).

 

X’e bağlı kalıtılan hastalıklarda bazen heterozigot kadın taşıyıcılar, rastlantısal X inaktivasyonu fenomeni (liyonizasyon olarak da adlandırılır) nedeniyle klinik bulgular gösterebilir. Herhangi bir hücrede sadece bir X aktiftir.  Bu nedenle kadınlar X kromozomu için mozaiktir. Az sayıda taşıyıcı kadında hücrelerinin çoğunda aktif olan X kromozomu mutasyonu taşıyor olabilir ve bu nedenle hastalık belirtilerini  gösterirler.

 

4- X’e bağlı Dominant Kalıtım

X’e bağlı otozomal dominant kalıtım da görülebilir. Bu durumda heterozigot kadınlar da genellikle hastalığı eksprese ederler. Ancak erkekten erkeğe geçiş burada da yoktur. X’e bağlı kalıtılan CMT (CMTX) bu duruma bir örnektir.

  1. Tek bir mutant kopyayı taşıyan kadın veya erkek etkilenecektir, ancak bu durum genellikle hemizigot erkeklerde daha şiddetlidir
  2. Etkilenen annenin erkek veya kız çocuklarının % 50’sine mutasyonu kalıtma riski vardır.
  3. Etkilenen babanın tüm kız çocukları hastadır.
  4. Oysa erkek çocukları etkilenmez.

 

Y kromozomu testis-belirleyici faktör gibi sadece birkaç gen içerir ve hiçbir nörolojik hastalık Y kromozom geni ile ilişkili değildir. XYY karyotipli erkeklerde, davranış problemleri görülür ancak mental retardasyon yoktur.

 

5- Mitokondriyal kalıtım

Daha önce anlatıldığı gibi mitokondriyal DNA anne yumurtasının sitoplazmasından kalıtılır, ancak spermden kalıtılmaz. Etkilenmiş annenin çocuklarının her birinde farklı sayıda DNA mutasyonlu mitokondri mevcuttur. Mitokondriyal DNA nokta mutasyonları kadınlar aracılığı ile kalıtılma eğilimindedir, buna karşın mitokondriyal DNA delesyonları kalıtılmaz, bireylerde sporadik olarak görülür.  Primer mitokondriyal hastalıklar “ragged red’’ liflerle seyreden miyoklonik epilepsi  (MERRF) sendromunu, mitokondriyal ensefalomiyopati, laktik asidoz ve strok (MELAS) sendromunu, Leber’in herediter optik nöropatisini (LHON), Kearns-Sayre sendromunu (miyopati, retinopati, kardiyomiyopati) içerir.          Mitokondriyal makromoleküllerin çoğu ise, mutasyonları tipik Mendelyen şekilde kalıtılan nükleer genler tarafından kodlanılır. Nükleer mitokondriyal gen mutasyonları sekonder mitokondriyopatilerden sorumludur.  Progresif eksternal oftalmoplejinin bazı formları buna örnektir.

Kalıtım normal ve mutant mitokondriyal (mt) DNA oranına göre değişir.

 

  1. Primer mitokondriyal hastalıklar sadece maternal kalıtılır, paternal kalıtılmaz (sitoplazmik kalıtım).
  2. mtDNA mutasyonu taşıyan annenin tüm çocukları etkilenebilir veya asemptomatik taşıyıcı olabilir.
  3. Eğer mutant mtDNA miktarının yüzdesi eşik değeri aşarsa birey klinik olarak etkilenecektir.
  4. Mutant olan ve olmayan mitokondri oranı etkilenmiş kişide hücreden hücreye oldukça değişiklik gösterir (heteroplazmi).  Bu nedenle mitokondriyal hastalıklar aile içinde ve aileler arasında çok farklılıklar gösterir.

 

6- Mültifaktöryel (çok faktörlü) Kalıtım:

Bazı klinik tabloların az sayıda genin birikici etkisi sonrası ortaya çıktığı tahmin edilmektedir, poligenik durumlar genellikle spekülatiftir. Bazı tek gen mutasyonlarının latent taşıyıcıları çevresel ajanlara maruz kalınca açığa çıkabilir. Fenobarbital sonrası görülen akut semptomatik intermittant porfirya buna örnektir. Multipl skleroz için de bilinmeyen çevresel tetikleyicilerin genetik immunolojik bir yatkınlık ile etkileştiği bir multifaktoriyal kalıtımdan şüphelenilmektedir .

 

Toplumda en sık karşılaşılan mültifaktöryel hastalıklardır. Nöral tüp defektleri, yarık damak dudak gibi doğumsal anomaliler ve erişkin yaşta başlayan hastalıkların çoğunluğu bu özelliği gösterirler. Hipertansiyon gibi sistemik hastalıkların yanısıra nörolojik hastalıkların çoğu bu gruptadır. Örnek olarak epilepsilerin çoğu, migren, demansiyel sendromların büyük kısmı verilebilir. Aşağıdaki özellikler kalıtım şeklini belirler: 

 

  1. Genetik yatkınlık ve çevresel faktörlerin etkileşimi söz konusudur.
  2. Belirgin bir Mendelyen (tek gen) kalıtım paternine uymaz
  3. Poligenik (birden fazla genin) etkileşim söz konusu olabilir
  4. Akraba evliliği sıklığını arttırır.
  5. Moleküler genetik temeli belirlemek ve tanı testi geliştirmek zordur.

 

SPORADİK OLGULAR VE YENİ MUTASYONLAR

 

Bir ailede genetik kökenli olarak bilinen bir hastalık sadece bir tek olguda ortaya çıkabilir. Bu tip izole vakalar genellikle sporadik olarak adlandırılırlar. Bu fenomen için her biri genetik danışmanlık açısından farklı sonuçları olabilecek bir çok farklı olası açıklamalar ileri sürülmüştür. Örneğin hastalık aslında genetik geçişli olmayabilir ancak çevresel faktörler benzer hastalığa neden olabilir.  Bu durum “nongenetik fenokopi” olarak ortaya çıkabilir ve elbette kalıtılmaz.  Örneğin kurşun zehirlenmesi akut intermittan porfiryayı taklit edebilir. Ayrıca otozomal resesif hastalıklar küçük ailelerde izole vakalar olarak ortaya çıkar, çünkü taşıyıcı ailelerin çocuklarında her hamilelikte risk sadece %25’tir. Otozomal resesif hastalığı olan kişilerin çocuklarında risk aynı gen hastalığının taşıyıcıları evlenmedikçe çok azdır. Dominant hastalıkların sporadik örnekleri yeni mutasyonlar sonucu ortaya çıkarabilir (de novo mutasyon). İnsan hastalıklarının yeni mutasyonlarının kesin sebepleri genellikle bilinmemektedir. Muhtemelen radyasyon, toksinler, viral nedenler ve DNA replikasyon hataları rol oynamaktadır. Ayrıca sporadik bir hastalık yanlış babalık belirtebilir. Bunda etkilenen kişinin gerçek biyolojik babasının (babası olduğunu sandığı kişinin değil) taşıdığı hastalık geninden etkilenmesi ve bu durumdan haberdar olmaması rol oynar. Bununla beraber hastalık dominant ise etkilenen kişinin de çocukları %50 risklidir.

 

Dominant hastalık geni taşıyan bazı bireyler çok hafif klinik bulgu gösterebilir ya da hiçbir klinik bulgu göstermeyebilir (penetrans yokluğu). Bu tip taşıyıcıların etkilenmiş çocuklarının hiçbir ebeveyninde hastalık olmadığını sanılır ve yeni saptanan olgunun yeni izole bir olgu olarak ortaya çıktığı düşünülür. Etkilenmiş kişinin ebeveynleri ayrıntılı olarak değerlendirildiğinde hafif fiziksel bulgular açığa çıkabilir ve sporadik sanılan olgunun durumu açıklanabilir. Bu tip klinik senaryolar yüksek derecede değişken ekspresyon görülen CMT hastalığı, nörofibromatozis, tuberosklerozis ve miyotonik distrofi gibi dominant hastalıklarda genellikle sıktır.

 

Genlerin özelliklerine göre sınıflandırılmış olan nöro-genetik hastalıklar ile ilgili şu anda bilinenler kısaca Tablo 1’de özetlenmiştir.

 

Tablo 1. Nörogenetik hastalıkların genlerin özelliklerine göre sınıflandırılması (Bird ve Tapscott’tan uyarlanmıştır)

GEN SINIFI

HASTALIK

PROTEİN

KROMOZOMAL LOKUS

Yapısal Genler

Duchenne/Becker müsküler distrofi

Distrofin

Xp21.2

 

Kavşak tipi müsküler distrofi

Sarkoglikan

 

 

Charcot- Marie Tooth hastalığı (CMT1A)/ basınca duyarlı herediter nöropati

PMP-22

17p11.2

 

CMT1B

PO miyelin

1q21.2-23

 

X'e bağlı kalıtılan CMT

Conneksin 32

Xq13

 

Frontotemporal demans (FTDP17)

Tau

17q

 

Retinitis pigmentosa

Rodopsin

3q

 

Startle hastalığı (hiperekspleksiya)

Glisin reseptörü

5q

İyon Kanalı Genleri

Paramiyotoniya konjenita

Sodyum kanalı

17q23.1-25.3

 

Hiperkalemik peryodik paralizi

Sodyum kanalı

17q23.1-25.3

 

Hipokalemik peryodik paralizi

Kalsiyum kanalı

1q31

 

Miyotoniya konjenita

Klor kanalı

7q35

 

Epizodik ataksi/ miyokimi (EA1)

Potasyum kanalı

12p13

 

Epilepsi, benign neonatal (iki form)

Potasyum kanalları

8q20q

Tümör Baskılayıcı Genler

Nörofibromatozis 2 (NF2)

Merlin

22q11.21-13.1

 

Nörofibromatozis 1 (NF1)

Nörofibromin

17q11.2

 

Retinoblastom

Rb

13q14.1-14.2

 

Von- Hippel Lindau hastalığı

VHL

3p25

 

Tuberosklerozis TSC1

Hammertin

9q34

 

Tuberosklerozis TSC2

Tuberin

16p13.3

Protein Transportu Genleri

X'e bağlı kalıtılan adrenolökodistrofi

ALDP

Xq28

 

Menkes sendromu

Bakır transport protein

Xq13.3

 

Spastik parapleji (SPG10)

KIF5A

12q13

 

Wilson hastalığı

Bakır transport protein

13q14.3

 

Charcot- Marie Tooth hastalığı,ara formu

Dynamin 2

19p13

 

Konjenital ekstraoküler fibrozis

KIF21A

12cen

Trinükleotid Genişlemeleri

Frajil X mental retardasyon (CGG)

FMR1

Xq27.3

 

Huntington hastalığı (CAG)

Huntingtin

4q16.3

 

Miyotonik distrofi (DM1) (CTG)

Miyozin kinaz

19q13.3

 

Spinoserebellar ataksi

 

 

 

SCA1 (CAG)

Ataksin 1

6p23-24

 

SCA2 (CAG)

Ataksin 2

12q23

 

SCA3: Machedo- Joseph hastalığı (CAG)

MJD

14q

 

SCA6 (CAG)

CACNA1A

19p13

 

SCA7 (CAG)

Ataksin 7

3p12

 

Kennedy spinobulber müsküler atrofi (CAG)

Androjen reseptörü

Xq21.3-22

 

Dentatorubral- pallidoluysian atrofi (CAG)

DRPLA

12

Hücre Koruma Genleri

Ailesel amiyotrofik lateral skleroz (ALS)

Süperoksit dismutaz

21q22.1-22.2

İşaretleyici Molekül Genleri

CMT1B

PO miyelin protein

1q21.2-23

 

Miller- Dieker sendromu

G- proteinleri

17p13.3

Mitokondriyal Genler

Leigh hastalığı

OXPHOS yolu

-

 

MERRF

OXPHOS yolu

-

 

MELAS

OXPHOS yolu

-

 

Leber'in optik atrofisi

OXPHOS yolu

-

 

Kearns -Sayre hastalığı

OXPHOS yolu

-

 

NARP/ Leigh ensefalopatisi

OXPHOS yolu

-

Mitokondri ile İlişkili Genler

Optik atrofi, dominant

Dinamin ilişkili GTPaz

3q28

 

CMT2A

MFN2

1p36

Prion Protein Genleri

Ceutzfeldt- Jakob hastalığı

Prion proteini (PrP)

20pter-p12

 

Gerstmann- Straussler Schenker sendromu

PrP

20pter-p12

 

Ailesel fatal insomnia

PrP

20pter-p12

Hücre Siklusu Genleri

Retinoblastom

Rb

13q14.1-14.2

 

Von Hippel- Lindau hastalığı

Bilinmiyor

3q25

Nükleer Düzenleyici Faktörler

Rett Sendromu

MeCP2

Xq28

Diffüz RNA Düzenleme Değişikliği Genleri

Miyotonik distrofi 1 (DM1)

DMPK

19q13

 

Miyotonik distrofi 2 (DM2)

ZNF9

3q21

 

 

GENETİK ÇALIŞMALARA İLİŞKİN ETİK KURALLAR

Her tür genetik çalışma ve ailenin değerlendirilmesi, genetik incelemelerin planlanması sırasında etik kurallar titizlikle uygulanmalıdır. Başlangıçta indeks olgu ile görüşülmeli, onayı alındıktan sonra aile bireyleri değerlendirmeye alınmalı, özellikle indeks olgunun işbirliği sağlanarak aile bireyleri ile öncelikle onun görüşmesi beklenmelidir. Her birey hastalık, yapılacak incelemeler, amaç, olası sonuçlar hakkında ayrıntılı olarak bilgilendirilmelidir. Araştırma, hasta ve ailesine kesinlikle amacından büyük gösterilmemeli, umut verilmemeli, olabildiğince açık davranılmalıdır. Hastalığın hangi ebeveynden aktarıldığını söylemek gibi aile içi sorunlara neden olabilecek açıklamalardan kaçınmak ülkemizde daha da önem taşımaktadır.

 

Her birey sözlü ve yazılı bilgilendirildikten sonra yazılı olur alınmalı, 18 yaşından küçükler için ebeveyn oluru eklenmelidir. Ayrıca bölgesel etik komiteden onay alınması, çalışma hakkında ayrıntılı bilgi verilmesi gereklidir.

 

GENETİK TESTLER

 

Genetik test şüpheli klinik durumlarda  genotip, mutasyon, fenotip ve karyotiple ilgili ve insan DNA, RNA, kromozom, protein veya bazı metabolitleriyle ilgili yapılan testlerdir. Bununla birlikte genetik bir hastalığa tanı koymak için her zaman genetik bir test yapılmayabilir. Klinik olarak değerlendirilen ailelerde yapılacak genetik incelemelere klinisyen ve genetikçi birlikte karar vermelidir. Uygun çalışma gruplarının oluşturulması, klinisyenler ve genetikçiler arasında işbirliğinin sağlanması en önemli aşamadır.

 

DNA izolasyonu tüm genetik incelemeler için gerekli olan DNA materyelinin elde edilmesini sağlar. Her bireyden 10 cc venöz kan EDTA’lı (etilendiamintetraklorür) tüplere (mor kapaklı) alınmalıdır. Küçük çocuklarda veya kan vermekten çok korkan erişkinlerde tükürüğün toplandığı özel kapların da kullanımı mümkündür. DNA 72 saat içinde lökositlerden, doymuş tuz çözeltisi ve alkol presipitasyon yöntemi veya hazır kitler ile ayrıştırılır. Eğer testi yapacak olan genetik laboratuarının farklı bir önerisi yoksa, EDTA’lı kan +4 C’de, buzdolabının yumurtalık kısmında bekletilebilir, dondurulmaması önerilir. DNA’nın bir kısmı genetik incelemelerin yapıldığı laboratuara gönderilmeli, geri kalan kısmı ise merkezde saklanmalıdır. Her aşama, özellikle örneklerin numaralanması son derece önem taşır. DNA materyeli distile su ile seyreltilerek uzun yıllar eksi 20-40 derecede saklanabilir.  

 

Sorumlu geni saptanmış olan genetik sendromların tanısı moleküler genetik testler kullanılarak doğrulanabilmektedir. Bunlara örnek olarak spinal müsküler atrofi, müsküler distrofiler verilebilir. Sadece kromozom lokalizasyonu bilinen hastalıklarda ise bağlantı analizi gibi dolaylı yöntemler kullanılabilir. Bağlantı analizi (“Linkage”), fenotipik özellikleri tanımlanan hastalık genlerinin saptanmasına olanak sağlayan en önemli metod ve aşamadır. Daha önce tanımlandığı gibi yeterli klinik bilgi ve DNA materyeli toplanan ailelerde uygulanabilir. Bu nedenle aileler olabildiğince informatif olmalı, kalıtım paterni aile ağacı analizi ile ortaya konmalıdır. Sorumlu gen saptandıktan sonra fonksiyonunu anlamak, dolayısıyla genetik danışmanlık, gen terapisi yaklaşımlarını uygulamak, amaçlanan hedeflerdir.

 

Genetik Testler

 

Araştırma testleri: hastalardan alınan örnekler hastalık patolojisinin daha iyi anlaşılması ve klinik bir test geliştirilmesi amacı ile kullanılır, inceleme testleri: değerli, ancak henüz doğruluğu ve yararı genel kabul görmemiş testlerdir. Tanı  testleri: tanı , tedavi ve hastalıklardan korunma  amacı ile yapılan testlerdir. Sonuncuda bir raporla bildirilir, genelde ücretlidir.

Genetik tanı testleri klinik uygulamada şüphelenilen bir hastalığın tanısını doğrulamak, ayırıcı tanıda yer alan hastalıkları dışlamak, sağlıklı bir kişide hastalığın oluşacağını öngörmek (prediktif tanı), taşıyıcıları belirlemek, bir çiftin çocuk kararına destek olmak (prenatal), preimplantasyon, yenidoğan taramaları için kullanılabilir.

Prenatal  tanı, genetik hastalığı olduğu bilinen ailenin çocuğuna doğum öncesi tanı verilmesi amacıyla yapılır. Ancak spinal müsküler atrofi, Duchenne müsküler distrofi gibi hastalıklarda uygulanır. İleri yaşta başlayan hastalıklar için uygulanmaz.

Prediktif  tanı ise ailesinde genetik bir hastalık olduğu bilinen ancak  belirtilerin henüz ortaya çıkmadığı diğer bireylere önceden bilgi vermek için yapılır. Genetik danışma verilmeyen ve bilgilendirilmiş onay formu olmayan hastaların örnekleri incelemeye alınmamalıdır. Belirtileri ileri yaşlarda ortaya çıkacak hastalıklarda riskli çocuklara korunma önlemleri veya tedavi söz konusu değilse yapılmamalıdır.

 

Genetik testlerin yararları yanı sıra zararları olabilir. Hastalığın tanısı-patofizyolojisinin anlaşılmasına katkı sağlaması olumlu yanıdır. Ancak genetik hastalıkların büyük çoğunluğu için halen etkin bir tedavi bulunmamaktadır. Tüm gelişmelere karşın genetik testlerin risk ve yararları konusunda halen birçok bilinmeyen vardır. Test sonucunun negatif olması ilerde hastalığın görülmeyeceği anlamına gelmeyebilir. Tersine, test sonucunun pozitif bulunması da kişinin mutlak hasta olacağını göstermeyebilir. Ailede genetik hastalık öyküsü olduğunda önce hasta bireyin test edilmesi gerekir. Hangi hastalarda genetik çalışma yapılabileceği, hekimin rolü ve görevleri iyi bilinmelidir. Hastaya sonucu yalnız iken söylemek ve hastalık ile ilgili sorulara hazırlıklı olmak gerekir, ancak test sonuçlarının yalnız kişiyi değil aile bireylerini de etkilediği akılda tutulmalıdır. Testler genetik danışmanlık konusunda deneyimli bir merkezde, psikiyatristin de bulunduğu bir kurul tarafından değerlendirildikten sonra uygulanmalı ve sonuç hastaya sunulurken gerekli bilgiler ve destek verilmelidir. Bu özellikle titizlenilmesi gereken bir konudur. Huntington hastalığında presemptomatik testin pozitif sonucu karşısında suisid girişiminde bulunan hastaların olduğu unutulmamalıdır..

 

GENETİK DANIŞMANLIK

 

Hekimlerin objektif ve yargısız ancak diplomatik ve merhametli bir üslupla karmaşık bir datayı hastaya iletmesini gerektirir. Genetik danışmanlıkta ilk basamak kesin tanıyı koymaktır. Açıkçası, bu etkin danışmanlıkta son derece önemlidir ve mümkün olabildiğince dikkatli yapılmalıdır.       Doğru tanı konulduktan sonra, genetik danışmanlıktaki ikinci basamak hastayı eğitmektir. Bu indeks vakanın ve diğer aile üyelerinin ilgili genin kalıtımı için ortalama riskini tahmin etmeyi de içerir. Riskler her zaman bağlam ve bakış açısına göre değerlendirilmelidir. Örneğin her bir gebelikte tüm sağlıklı çiftler %2-4 oranında doğumsal defektli çocuk doğurma riski taşırlar.  Belli bir kişinin bir hastalığı kalıtma riskine nasıl reaksiyon vereceği değişebilir, örneğin bir hasta %50 riski kaygı verici bulmazken, diğeri %1 riski bile çok rahatsız edici bulabilir. Risk hesaplamalarına ek olarak danışman beklenen semptom ve bulgular, hastalığın doğal gidişi, ekspresyon değişkenliği ve uzun dönem prognoz hakkında açıklamalar yapmalıdır. Ayrıca mevcut tedavi seçenekleri de tartışılmalıdır. Hekimler semptomların ve birçok hastalığın prognozunun çeşitliliğine alışmış durumdadırlar. Ancak hastalar daha kesin sonuçlar beklemekte ve bu belirsizlikleri anlamakta zorlanabilmektedirler. Hastaya soru sorması için fırsat vermelidir. Ayrıntılı genetik danışmanlık genellikle aylar ya da yılları kapsayan bir süreçtir. Günümüzde hastalara yaklaşım açısından temel bir konu başlığı haline gelen genetik danışmanlık açısından ülkemizdeki sorun eğitilmiş kişi konusunda ciddi bir skınıtı olmasıdır..

 

GENETİK ARAŞTIRMA YÖNTEMLERİNİN BAZI TİPLERİ

 

Her genin testi kendine özgüdür ve bazen bir geni analiz etmenin birkaç yöntemi vardır.

 

Restriksiyon Endonükleazlar

Bazı doğal bakteriyel enzimler yabancı DNA'ları parçalara ayırma özelliğine sahiptir. Her restriksiyon endonükleaz çeşitli baz uzunluğunda spesifik bir DNA sekansını (restriksiyon veya sınırlama bölgesi) tanır ve yabancı DNA telini bu pozisyonda bu sekansla keser.  Restriksiyon enziminin kestiği DNA tel çiftlerinin sekansları palindromiktir (aynı sekansın tersi). Belli bir DNA örneği bir restriksiyon enzimi ile kesilirse birçok ve belli büyüklükte parçalar oluşur. Eğer bir noktada mutasyon varsa kesilme yeri kaybolabilir veya başka bir kesilme noktası oluşabilir. Bu durum gel elektroforezi kullanılarak beklenen 2 band yerine 1 band olması veya beklenenden farklı büyüklükte bandlar olması gibi farklı şekillerde gösterilebilir.

 

Bir çok mutasyon araştırma yöntemi DNA parçalarını büyüklüğüne göre ayıran bir görüntüleme tekniği olan jel elektroforezine dayanır. Bir uçtan poliakrilamid (daha küçük parçalar için) veya agarozdan (daha büyük parçalar için) oluşan jel yapısına DNA yüklenir ve elektroforez ortamında yürütülür. Bu işlem sonucu DNA parçaları büyüklüklerine göre jel üzerinde ilerlerler (Şekil 8). Spesifik DNA sekansları saptamak için kullanılan teknik, bulan kişiye göre adlandırılan Southern blotting’dir. Southern blot anolojisiyle RNA moleküllerinin transferi Nothern blotting, proteinlerin transferi ise Western blotting  olarak adlandırılır.

 

Şekil 8. Jel elektroforezi. Polimeraz zincir reaksiyonu ve restriksiyon enzim yöntemi ile (Multi-drug resistance) MDR polimorfizminin araştırıldığı örnek agaroz jel elektroforezi

 

Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PZR) esas olarak küçük DNA parçalarını büyük oranda çoğaltmak için bir araçtır, mutasyon araştırma öncesi kullanılır. PZR sentetik DNA primerini genişletmek için ilgili DNA sekansına bağlanan ısıya dayanıklı bir DNA polimeraz kullanır, reaksiyon kendini (zincir reaksiyonu) her siklusta üretilen çiftle genişletir ve ısı ayarlanması önem taşır. Böylece epeyce küçük bir parçadan büyük bir amplifikasyon ürünü sağlanır.  Çok duyarlı olmasına rağmen PZR’la ilgili problemler, bazen kontamine DNA amplifikasyonu sonucu yanlış pozitif sonuç vermesidir. PZR hemen her araştırmada kullanılan bir tekniktir, ancak çok büyük delesyon ve insersiyonları ve büyük sayıda tekrar artışlarını göstermede etkisizdir.

 

‘’Single strand conformation polymorphism’’ (SSCP- Tek tel uyum polimorfizmi) tekniği de normal DNA ile araştırılan DNA’nın gel elektroforezinde sekans farklılığı olup olmadığını anlamak için karşılaştırılmasına dayanır. Aynı gende bir çok farklı mutasyon varsa kullanılır, bir tarama tekniğidir ve bir değişiklik saptanırsa ne olduğunun araştırmasına devam edilmesi gerekir.

 

DNA sekanslaması ya da dizilemesi tam olarak sekansın gösterilmesidir. Küçük parçalar için mantıklıdır, çünkü pahalıdır ve zaman harcayan bir yöntemdir (Şekil 9). Bu nedenle öncesinde SSCP veya DHPLC gibi mutasyonun olduğu eksonu veya bölgeyi belirleyen tekniklere tamamlayıcı olarak kullanılır.

 

Şekil 9. DNA sekanslama (dizileme) örneği. Her bir farklı renkteki dalga farklı bir baza işaret etmektedir. Normal dizi bilindiğinden farklı olan baz veya bazlar anlaşılabilir.

 

Genetik hastalığın kromozomal lokasyonuna ait herhangi bir ipucu mevcut değilse, bağlantı ilişkisini ortaya çıkarmak için tüm insan kromozomlarını içeren  çok sayıda genetik işaretleyici sistematik bir şekilde incelenmelidir. İşaretleyiciler polimorfik olmalı, yani herhangi bir aile içinde farklı kombinasyonlarına rastlanabilmesi için genel populasyonda birkaç tanımlanabilir formu bulunmalıdır. Teorik olarak, tüm monogenik hastalıkların yeterli sayıda genetik belirteç, zaman ve efor ile spesifik kromozomlar üzerinde yeri belirlenebilmektedir. Bu çalışmalar masraflı ve zaman alıcı olabilmektedir.

İnsan genomunu tamamen kapsayarak araştırmak için gerekli yüzlerce, hatta binlerce kalıtımsal işaretleyici sayesinde yeni DNA polimorfizmlerinin belirmesinde çarpıcı gelişmeler olmuştur. Bu belirteçlerin ilk örnekleri, bağlantı çalışmalarının başarı oranını artıran ve çoğu aileyi bilgi verici yapan “değişken sayıda tandem, mikrosatelit CA tekrarları (variable number tandem repeats VNTR) ve SNP’ler (single nucleotid gene polimorphism) ile RFLP (restriction fragment lenght polimorphism’ lerdir.

 

Sık kullanılan araştırma yolları:

1. Bağlantı analizi (Linkage analysis)

2. İlişki-birliktelik (Association)

3. Hayvan modelleri

 

Bağlantı analizi detaylı klinik bilgi ve DNA materyeli toplanan geniş ailelerde uygulanabilir, aday bölgelerde ya da gerek görülürse tüm genomda çalışılabilir. Aileler olabildiğince informatif yani geniş olmalı, kalıtım paterni aile ağacı analizi ile ortaya konmalıdır. Bağlantı analizi iki veya daha fazla genetik loküsün birbirine olan yakınlığını yani bağlantısını araştırmak için uygulanır. Loküs adlarındaki ilk sayı ilgili kromozomu bildirir, p harfi kromozomun kısa q harfi ise uzun koluna işaret eder, sonraki sayılarda bu bölgedeki lokalizasyonu bildirir (19p12.2 gibi). Mayoz bölünme aşamasında ebeveynlerin kromozomları

çaprazlaşlarak (crossing-over) parça değisimlerine (rekombinasyon) uğrayabilmektedir. İki loküs birbirine ne kadar yakınsa rekombinasyon olasılığı yani birbirinden ayrılması, o denli düşük olasılıktadır. Bu amaçla insan genomunda bilinen ikili, üçlü veya dörtlü nükleotid tekrarlarını içeren nükleotid sekansları işaretleyici (“marker”) olarak kulllanılır. Bu tekrar bölgeleri bireylerde ebeveynlerden Mendel kurallarına uygun olarak aktarılır ve farklı sayıda tekrar dizileri içerirler. Burada amaçlanan o nükleotid tekrar sayısının hastalık fenotipi ile geçip geçmediğinin matematiksel olarak tespitidir. Örneğin bir marker tekrar bölgesi ile olası migren geni bölgesinin birbirine olan yakınlığı araştırılır. Böylece markerin kromozomdaki lokalizasyonu bilindiğinden olası migren geninin yaklaşık yerleşimi de belirlenebilir. Bağlantı  saptanması sadece yeni bir başlangıç sayılabilir çünkü sorumlu bölge daraltılmış olmakla birlikte burada yüzlerce gen yer almaktadır.

 

Aday bölgenin (lokalizasyonun) belirlenmesinden sonra pozisyonel klonlama yöntemi ile sorumlu genin saptanmasına çalışılır. Bu bölgede daha önce bildirilen genler öncelikle taranabilir. Eğer bildirilmiş gen yoksa nükleotid sekansları taranabilir. Uzun, pahalı ve zor bir yöntemdir, ancak 1986 yılında uygulanmaya başaldığından beri 100’e yakın sayıda hastalık geni bu yöntemle saptanmıştır. Bağlantı analizi uygulanırken asıl önemli noktayı rekombinasyon sıklığı ve oranı oluşturmaktadır. Rekombinasyon oranı teta (q) ile gösterilir. Teta=0.01, %1 oranında rekombinasyon olduğunu ve genetik mesafenin 1 cM (santi-Morgan) olduğunu gösterir. Yani 1 cM genetik mesafesinde bulunan iki lokus %99 oranında birlikte aktarılacak, %1 oranında ise parça değişimine uğrayarak birbirinden ayrılacaktır. Bir cM genetik mesafesi yaklaşık olarak 1 Mb fiziksel uzaklığı ifade etmektedir (Megabaz: 1 milyon baz çiftidir, haploid insan genomunda yaklaşık 3000 megabaz DNA yer alır). Bu iki lokusun birlikte aktarılıp aktarılmadığı, yani aralarında (hastalık ve markır işaretleyici?) bağlantının bulunup bulunmadığı haplotip analizinden kabaca anlaşılabileceği gibi istatistiksel olarak LOD skorları (rekombinasyon olasılığının logaritma hesapları) ile de anlaşılabilir. Etkilenen bireylerde aynı alelin, haplotipin görülmesi bu markırların hastalıkla birlikte aktarıldığını göstermektedir (Şekil 10). Bu haplotip bilgileri aile ağacı programları aracılığıyla bağlantı analizi için hazırlanmış özel istatistik programlarına yerleştirilerek LOD skorları hesaplanabilir. LOD skoru <-2 ise bağlantının olmadığı, >+3 ise bağlantının olduğu söylenir.

İnsan genom haritalaması sorumlu genin saptanmasını teorik olarak kolaylaştıran bir yol olarak kabul edilir. Rekombinant teknolojisindeki gelişmeler ile pozisyonel klonlama, polimeraz zincir reaksiyonu ile mutasyon taraması ve bağlantı analizi çalışmaları daha kolay hale gelmiştir. Hayvan modelleri ve memelilerde yapılan genom çalışmaları aday gen çalışmalarında önemli bir adım oluşturmaktadır.

 

Şekil 10. Haplotip örneği. Akrilamid jel elektroforezi ile saptanan, juvenil miyoklonik epilepsili bir ailede 6p lokusuna ait 6 marker ile yapılan haplotip analizi. Etkilenen her 3 bireyde de mavi ile gösterilen haplotip bloğu gözlenmektedir. 4428 no’lu bireyde crossing-over nedeniyle bloğun yalnızca 2 allelinde birliktelik vardır. Bu bölgenin 1. kuşaktaki anneden kalıtıldığı görülmekle birlikte aynı haplotipi taşıyan fenotip olarak sağlıklı bireylerin varlığı dikkati çekmekte ve bağlantının olmadığını düşündürmektedir.

 

 

Buna karşın ilişkilendirme çalışmaları metodolojik olarak çok daha kolaydır ama homojen klinik tabloya sahip olan büyük sayıda hasta grupları ve çok geniş kontrol grubu gerektirir. Temeli polimorfik bir genetik işaretleyicinin allel frekans sıklığının hastalar ve kontroller arasında kıyaslanmasıdır. Birçok gen için tüm bireylerde o gen dizisi tek bir şekilde bulunur ve doğal tip (wild-type) olarak adlandırılır. Bir toplumda farklı diziler belli bir sıklıkta bulunuyorsa bu durum o loküsün polimorfizmi olarak tanımlanır. Polimorfizmler genelde iyi huylu kabul edilirler ama yeni bilgiler ışığında bazılarının çevresel faktörlerin etkisi ile multifaktoryal hastalıklarda fenotipi etkilediği saptanmıştır. Genelde toplumda 1% den sıktır, bu oranlar toplumdan topluma değişir.

 

İlişkilendirme çalışması için hastalık patogenezinde anlamlı olabileceği öngörülen ve polimorfizm gösteren uygun bir protein seçilir. Eğer metodolojik bir sorun yoksa anlamlı bir ilişki bu polimorfizmin yatkınlık geni içinde yer aldığını ya da yatkınlık geni ile bağlantı dengesizliği (linkage disequilibrium) içinde olduğunu gösterir. Ama birliktelik çalışmaları test edilen genin  hastalık patofizyolojisindeki rolü konusunda bir anlam taşımaz ve etnik farklılıklardan etkilenir. Literatürde birçok birbirini doğrulamayan polimorfizm çalışması bildirilmiştir

 

Farmakogenetik (veya farmakogenomik) ilaca verilen yanıtta bireyler arasında genetik olarak belirlenen değişkenlik ile ilgili çalışmalar olarak tanımlanabilir. Gerek farmakokinetik (ilacın emilimi, proteine bağlanması, etki yerine taşınması, metabolizması ve atılması yani vücudun ilaca yaptıkları) gerekse farmakodinamik (belli reseptörlere bağlanarak belli dokularda oluşturulan etkiler yani ilacın vücuda yaptıkları) özelliklerin kişiden kişiye değişiklik göstermesinde genetik bir kontrol olduğu öngörülmektedir. Toplumdaki bireylerde ilaçlara karşı farklı tedavi cevaplarının ya da farklı ciddi yan etki olasılıklarının olması bu değişken genetik temel ile açıklanmaktadır ve günümüzde giderek önemi ve klinik kullanımı artan bir durumdur. Burada tek nükleotid polimorifzmlerinin rolü olduğu düşünülmektedir, sessiz olanlarla fonksiyonel polimorfizmlerin ayırd edilebilmesi gereklidir. Bu konuda yapılan çalışmaların en önemli sorunu çok yüksek sayıda bireyin incelenmesinin gerekli olması ve tekrarlandığında farklı sonuçlar bulunabilmesidir. İdeal olan fonksiyonel anlamı olduğu bilenen polimorfizmlerin ya da en azından haplotiplerin (kromozom üzerinde blok olarak kalıtılacak şekilde bağlantısı olan alanlar) çalışılmasıdır. Epilepsi tedavisinde kullanılan ilaçların metabolizmasında görev alan enzimlerin farklı polimorfizmleri buna bir örmektir ve ilaca direnç mekanizmalarında da çalışmalar başlamış durumdadır.

 

NÖROGENETİK HASTALIKLARIN TEDAVİSİ

 

Nörogenetik hastalık tedavisine birçok kimi basit kimi teorik yaklaşım geliştirilmiştir. Örneğin piridoksine bağımlı otozomal resesif nöbetler yüksek doz piridoksinle (vitamin B6) önlenebilir, alfa- tokoferol eksikliği vitamin E replasmanı ile tedavi edilebilir.  X’e bağlı kalıtılan Fabry hastalığının sistemik enzim replasman tedavisi alfa-galaktosidazdır. Duchenne musküler distrofi için gen replasman tedavisini ve mutasyon mekanizmasını içeren çeşitli potansiyel tedaviler önerilmiştir. Kök hücreler farelerde genetik santral miyelin defektini düzeltmede kullanılmaya başlanmıştır. Benzer stratejilerin ilişkili insan hastalığında da yararlı olabileceği düşünülebilir.

 

KAYNAKLAR

1.     Bird TD, Tapscott SJ: Clinical Neurogenetics. İçinde: Bradlley W.G. Daroff R.B. Fenichel G.M. Jankovich J. (Eds.): Neurology in Clinical Practice. 5th ed. Philadelphia, Elsevier, 2008;43: pp:781-806.

2.     Tan EC, Lai PS. Molecular diagnosis of neurogenetic disorders involving trinucleotide repeat expansions. Expert Rev Mol Diagn. 2005;5:101-9.

3.     Nussbaum RL. McInnes RR. Willard HF. Genetics in Medicine. Thomson & Thomson. 6th ed. Philadelphia, W.B. Saunders Company, 2001.

4.     Reis J, Roman GC. Environmental neurology: a promising new field of practice and research. J Neurol Sci. 2007;15:262:3-6.

5.     Johnson G, Todd JA. Strategies in complex disease mapping. Current opinion in genetics and development, 2000;10:330-334.

6.     Strachan T. Read A.P. Genes in pedigrees. In Strachan T. Read A.P. (Eds.): Human Molecular Genetics. 2nd ed. New York, Wiley-Liss, 2000;3:55-70.

7.     , Second Edition. Maniatis Cold Spring Harbor laboratory Press, 1989;14:2-35.

8.     Strachan T, Read AP. Identifying human disease genes. In Strachan T. Read A.P.(Eds.): Human Molecular Genetics. 2nd ed. Wiley-Liss, New York, 2000;15:351-375.

9.     Zeviani M, Carelli V. Mitochondrial disorders. Curr Opin Neurol. 2007;20:564-71.

10. Bird TD. Risks and benefits of DNA testing for neurogenetic disorders. Semin Neurol. 1999;19:253-9.

11. Dürr A, Gargiulo M, Feingold J. Predictive testing: presymptomatic diagnosis in neurogenetic disorders] Med Sci (Paris). 2005;21:934-9.

 

Genetikle ilgili başlıca web sayfaları

  1. OMIM-Online Mendelian Inheritance in Man: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=omim
  2. Genbank: http://www.ncbi.nlm.nih.gov
  3. GDB: Genome database: http://www.gdb.org
  4. Genetsts: http://www.genetests.org