Genetik ve Pediatrik Hastalıklar


(Bahtın Atakan Soysal) #1

Adsız-1 (1)

İnsan genom projesinin tamamlanması, insanlarda görülen hastalıkların araştırmalarında önemli bir dönüm noktası olmuştur. Daha önceleri 100.000 kadar olduğu tahmin edilirken, bugün artık insanda yaklaşık olarak 25.000 protein kodlayan gen olduğu ortaya çıkmıştır ve bu sayı bildiğimiz pirinç bitkisinin tam tamıyla yarısı kadardır! Hemen hemen tüm hastalıklar gen yapısı veya ekspresyonundaki değişiklikleri ilgilendirdiği için, bu “genetik yapının” tanımlanması; kalıtsal olanlar gibi, edinsel olan hastalıkların da bugüne kadar gizli kalan yönlerinin açığa çıkmasını sağlayacaktır. Bugünün ileri teknolojileri, insan gen sekanslarının hastalıkların analizi için kullanılmasına olanak sağlamaktadır. Örneğin insan genom projesinin tamamlanması, yaklaşık 3 milyar dolara ve uzun yıllara mal olmuş olsa da, günümüzdeki detaylı sonuç veren sekanslama teknolojileri aynı işi birkaç haftada, 10.000 dolardan daha ucuza yapmaktadır. DNA sekanslama tekniğinin hızı ve azalmış maliyeti nedeniyle; “kişiye özgü tıp” uygulamalarının, kanser ve diğer genetik yönü olan hastalıkların tedavisinde artan oranda uygulanmasını kolaylaştırmaktadır.

Pek çok pediatrik hastalıklar genetik kökenli olduğu için, bu bölümde gelişimsel ve pediatrik hastalıklar genetik hastalıklarla birlikte tartışılmaktadır. Ancak tüm genetik hastalıkların bebeklik ve çocukluk döneminde bulgu vermediği, birçok pediatrik hastalığın da genetik kökenli olmadığı unutulmamalıdır. Genetik kökenli olmayan pediatrik hastalıklar grubuna organ sistemlerinin immatür olması sonucu ortaya çıkan hastalıklar girmektedir. Bu kapsamda, sık kullanılan üç terimi açıklamak yararlı olacaktır: herediter (kalıtsal), familyal (ailesel) ve konjenital (doğumsal). Kalıtsal hastalıklar tanım olarak ebeveynlerden geçer, gametler ile kuşaktan kuşağa iletilir ve bu nedenle aileseldir. Konjenital ise basitçe “doğumda ortaya çıkan” demektir. Ancak burada bazı konjenital hastalıkların genetik olmadığını da hatırlamakta yarar vardır (konjenital sifiliz gibi). Diğer taraftan, tüm genetik hastalıklar da konjenital değildir. Örneğin Huntington hastalığı ancak 30-40 yaşlarında bulgu vermeye başlar.

İNSANLARDA HASTALIKLARIN ORTAYA ÇIKMASINA KATKIDA BULUNAN GENETİK ANORMALLİKLERİN YAPISI

Proteinlerin yapı ve fonksiyonlarını etkileyerek, hücresel homeostazı bozan ve hastalıklara yol açan pek çok genetik bozukluk vardır.

Mutasyonlar

genetik-mutasyona-ugramis-15-hayvan_780x429

Spesifik mutasyonlarm etkileri, bu yazı içerisinde ilgili hastalıklarla birlikte detaylı olarak anlatılmaktadır. Burada ise, sadece bazı sık görülen gen mutasyonlarma ve bunların etkilerine örnekler verilecektir:

Nokta nıutasyonlan tek bir nükleotid bazının farklı bir bazla yer değiştirmesiyle oluşur. Bunun sonucunda protein ürününde bir amino asit yerine, farklı bir amino asit geçer. Orak hücreli anemiye neden olan hemoglobinin 3-globin zincirindeki mutasyon, genetik kodun anlamını değiştiren bir nokta mutasyonu için iyi bir örnektir. Böyle mutasyonlar bazen “missem mutasyonlan” olarak da adlandırılır.

Buna karşılık, bazı nokta mutasyonları bir amino asit kodonunu, terminasyon (sonlandırma) kodon zincirine ya da “stop” kodonuna dönüştürebilir. Bu “nonsense” (anlamsız) mutasyonlar translasyonu durdurur ve çoğu olguda RNA’lar hızla yıkılır. Bu fenomen, protein sentezinin çok az olduğu ya da hiç olmadığı “nonsense” aracılı yıkılma olarak adlandırılır.

Triniikleotid tekrar mutasyonları ise üç nükleotid dizisinin amplifiye olmasıyla karakterize olduğundan, özel bir kategoriye girer. Amplifikasyona uğrayan spesifik nükleotid dizileri hastalıktan hastalığa farklı olsa da, etkilenen dizilerin tümünde guanin (G) ve sitozin © niikleotidleri yer alır. Örneğin, bu grup hastalıkların prototipi olan frajil X sendromunda, FMR-1 olarak isimlendirilen gende CGG dizisinin 200-4000 arasında bitişik tekrarı vardır. Normal populasyondaki tekrar sayısı ise, daha azdır ve ortalama olarak 29’dur.

Trinükleotid dizisindeki genişleme FMR-1 geninin normal ekspresyonunu önleyerek mental retardasyona neden olmaktadır. Trinükleotid tekrar mutasyonlarmın ayırdedici bir diğer özelliği de dinamik olmalarıdır, yani gametogenez sırasında amplifikasyon oranı artar. Bu bölüm boyunca daha detaylı olarak tartışılacak olan bu özellikler, bu tip mutasyonlarla oluşan hastalıkların kalıtım paternini ve fenotipik bulgularını etkilemektedir.

Protein Kodlayan Genlerde Mutasyon Dışı Değişiklikler

DNA dizilerindeki değişikliklere ek olarak, kodlama yapan genlerde ayrıca anormal protein fonksiyon kazanımı ya da kaybı ile sonuçlanan, kopya sayısında değişiklik (amplifikasyon ya da delesyon) ya da translokasyon şeklinde yapısal farklılıklar da görülebilir. Yapısal değişiklikler, mutasyonlar gibi, germ hücrelerinde olabilir ya da somatik hücrelerde de sonradan ortaya çıkabilir. Pek çok durumda, germ hücresinde ortaya çıkacak patolojik değişiklikler, tek bir genden ziyade, daha sonra tartışılacak olan 22q mikrodelesyon sendromunda olduğu gibi, bir kromozomun devamlılık gösteren geniş bir parçasını ilgilendirir. Genom içerisinde geniş DNA kopya sayısı değişikliklerini yüksek çözünürlükte saptayan “array” (dizilim) teknolojilerinin yaygın kullanımı sayesinde, otizm gibi pekçok hastalıkta patolojik yapısal değişikliklerin varlığı bulunmuştur. Kanserlerde sıklıkla, somatik hücrelerde sonradan ortaya çıkan (edinsel) amplifikasyon, delesyon ve translokasyon gibi değişiklikler mevcuttur. Kronik myeloid lösemide görülen, Philadelphia kromozomu olarak bilinen, BCR ve ABL genleri arasında olan t(9;22) translokasyonu tipik bir örnektir.

mutasyon

Sekans ve Kopya Sayısı Değişiklikleri (Polimorfizmler)

Genomik alanındaki son gelişmelere bağlı ortaya çıkan şaşırtıcı bir durum da, herhangi iki bireydeki DNA sekansının ortalama %99,5’tan fazla kısmının ortak olmasıdır. Bu nedenle insanları belirgin olarak farklı kılan özellikler, DNA’mızm sadece %0,5’inden daha azı tarafından kodlanmaktadır. Total nükleotid sekansının genişliği ile kıyaslandığında küçük olmasına karşın, bu %5’lik kısım 15 milyarlık baz çiftini temsil etmektedir. İnsan genomunda DNA varyasyonu (polimorfizm) formlarından en sık görülen ikisi, tek nükleotid polimorfizmi (single- nucleotide polymorphisms) (SNPler) ve kopya sayısı varyasyonlarıdır (copy number variations (CNVler).

SNPler tek izole nükleotid pozisyon farklılıklarını temsil ederler ve hemen her zaman bialleliktirler, yani genom içerisinde belli yerlerde, örneğin A ya da T nükleotidlerinin birer allelde yer alması şeklindedir. İnsan genomunun SNP haritalarını yapmak için büyük çaba harcanmaktadır. Bu çabalar, insan genomunda, çoğu farklı popülasyonlarda geniş frekans varyasyonları gösteren 6 milyondan fazla SNPleri ortaya koymuştur. SNPler genomda herhangi bir yerde olabilir. Ekzonların, intronların ya da intergenik bölgelerin içerisinde. Sadece %1’den azı kodlayıcı bölgelerde bulunur. Bu kodlayıcı sekans farklılıkları önemlidir, çünkü gen ürünü değişebilir ve fenotipik farklılığa ya da bir hastalığa yatkınlığa neden olabilir. Ancak daha sıklıkla SNP, hastalık ilişkili gene yakın bir bölgede yeraldığmda onunla birlikte genetik geçişi olduğundan bir belirleyici olarak kullanılır. Bir başka deyişle, SNP ve hastalığa neden olan genetik faktör genetik dengesizlik oluşturur. SNP gruplarının; tip II diyabet ve hipertansiyon gibi multigenik kompleks hastalıklarda güvenilir risk belirteçleri olarak kullanılacağına ve bu varyantların saptanması ile, hastalıkları önleyici stratejilerin geliştirileceğine dair (ileride tartışılacaktır) iyimser görüş vardır. ® CNVler yakın zamanda bulunmuş, 1000 baz çiftinden milyonlarca baz çiftine kadar büyüklükte DNA parçacıklarından oluşan genetik varyasyon şeklidir. Kimi zaman bu odaklar, SNPler gibi biallelik olup, popülasyonun bir grubunda kopya sayısı artmış (duplike) ya da silinmiş (deleted) durumdadır. Diğer durumlarda, insan popülasyonunda çok sayıda alleli ilgilendiren, kompleks genomik materyal yeniden düzenlenmeleri şeklinde görülür. Güncel tahminler CNV’lerin herhangi iki insan arasında, 5 ile 24 milyon baz çifti sekans farklılığından sorumlu olduklarını ortaya koymaktadır. CNVlerin yaklaşık %50’si gen kodlayan bölgelerde yer alır. Böylelikle CNV’ler insan fenotipik farklılığının büyük bir kısmını ilgilendirir. CNV’ler tarafından etki altında tutulan, immun sistem ve sinir sisteminde görev yapan belli gen aileleri bölgelerinde belirgin artmış işlev vardır. Bu genlerdeki kopya sayısındaki artışların evrimsel seçilim üzerine önemli katkısı olmaktadır, çünkü değişen çevre koşullarına insan adaptasyonunu sağlarlar.

Epigenetik Değişiklikler

Epigenetik değişiklikler, gen ya da protein ekspresyonu modülasyonunu, DNA sekansında değişim (mutasyonlar gibi) ya da kodlayıcı gen yapısında farklılaşma olmadan etkilerler. Epigenetik regülasyon, gelişimini tamamlamış dokulardaki homeostazda olduğu gibi, gelişim sırasında kritik önemi olan bir durumdur. Epigenetik regülasyonun temelini oluşturan mekanizmalardan biri, genin promoter bölgelerindeki sitozin rezidülerinin metilasyonunda değişiklik yapılmasıdır. Bu promoterlar yoğun bir şeküde metillendiklerinde, RNA polimerazlar etki edemez ve transkripsiyonel süreç durur. Promoter metilasyonu ve tümör supresör genlerin bu şeküde susturulması sonucu ortaya çıkan kontrolsüz hücre büyümesi ve proliferasyonu, insanlardaki pekçok kanserde gözlemlenmektedir. Transkripsiyonun epigenetik regülasyonunda rol oynayan bir diğer önemli aktör, histon proteinleri üyesidir. Bunlar DNA tarafından bir sarmal şeklinde çevrelenen, nükleozomlar olarak adlandırılan yapıların bir büeşenidir. Histon proteinlerinde, DNA’nm sekonder ve tersiyer yapısını etkileyerek, dolayısıyla gen transkripsiyonunu değiştiren çeşitli geri dönüşümlü modifikasyonlar (metilasyon, asetilasyon gibi) görülebilir. Tahmin edildiği üzere, anormal histon proteini modifikasyonlarının transkripsiyonel regülasyonu bozma durumu, kanser gibi pekçok edinsel hastalıkta görülür. Gelişim sırasında görülen fizyolojik epigenetik susturma ise damgalama (imprintig) olarak adlandırılır ve damgalama bozuklukları daha sonra tartışılacaktır.

Kodlama Yapmayan RNA’larda Değişiklikler

Yakın zamana kadar gen araştırmalarının ana hedefinin proteinleri kodlayan genlerin bulunması olduğunu söylemek mümkündür. Oysa son çalışmalarda pek çok genin, ki “kodlama yapmayan (non-coding) RNAlar (ncRNAlar)” olarak isimlendirilirler, protein kodlamadıkları, bunun yerine önemli düzenleyici fonksiyonlarda bulundukları gösterilmiştir. ncRNA’larm pek çok farklı aileleri bulunmasına karşın, sadece iki örnek burada tartışılacaktır. MikroRNA’lar (miRNA’lar) denen küçük RNA molekülleri ile 200 nükleotidden fazla uzunluktaki ncRNATarı içeren uzun kodlama yapmayan RNA’lar (long non-coding RNAs) (IncRNA’lar). miRNA’lar, “messenger” RNATardan farklı olarak, protein kodlamazlar, ancak bunun yerine hedef RNA’ların, karşılıkları olan proteinlere translasyonunu inhibe ederler. miRNA tarafından yapılan gen ekspresyonunun postranskripsiyonel önlenmesi, bitkilerden insanlara kadar tüm canlı organizmalarda korunan bir özelliktir ve nedenle de gen düzenlenmesinin temel mekanizmalarından biridir. Gen düzenlenmesi üzerine önemli etkilerinden dolayı miRNA’lar, hem normal gelişimsel yolakların, hem de kanser gibi patolojik durumların aydınlatmasında çok önemli bir yere sahiptir. Andrew Fire ve Craig Mello, miRNA’lar üzerindeki çalışmaları ile, 2006’da Nobel Tıp/Fizyoloji ödülünü almışlardır.

Özel taşıyıcı proteinlerin yardımıyla pre-miRNA sitoplazmaya taşınır. Burada “dicer” (doğrayıcı) adı verilen bir enzimle kesilerek, 21-30 nükleotid uzunluğundaki (bu nedenle mikro ekini alır) matür miRNAlar ortaya çıkar. Bu aşamada miRNA hala çift zincirlidir. Daha sonra miRNA çözülür ve her bir zincir “RNA tarafından indüklenen susturucu kompleks (RNA-induced silencing complex) (RISC)” adı verilen bir multiprotein kompleksine katılır. miRNA dizisi ve onun hedefi mRNA arasındaki baz çiftleşmesi sonucu, RISC ya miRNAlarm ayrılmasına yol açar ya da translasyonunu baskılar. Böylece hedef mRNAların sentezlendiği gen post-transkripsiyonel olarak baskılanmış olur. miRNA genlerinin sayısının protein kodlayan genlerin sayısından çok daha az olmasına bağlı olarak, bir miRNA pek çok hedef geni susturmaktadır. Tüm mRNA’lar, translasyonu yapılmamış 3’ bölgelerinde (untranslated region-UTR) tohum sekans olarak adlandırılan ve miRNA bağlanmasının ve gen susturulmasının spesifikliğini düzenleyen sekanslar içerir.

mutasyon-nedir

Gen susturulması ile ilgili bir diğer RNA türü olan siRNA (“small interfering” RNA) da, miRNA’ya benzer şekilde davranmaktadır. Ancak miRNA’nm aksine, siR- NA’mn öncülleri hücreye dışarıdan, araştırmacılar tarafından konmaktadır. Bunun “dicer” enzimi ile kesilmeleri ve RISC yoluyla çalışmaları ise aynı miRNA’da olduğu gibidir. Günümüzde sentetik siRNA, laboratuarlarda gen fonksiyonları üzerine olan çalışmalarda değerli bir araç haline gelmiştir ve ürünleri neoplastik transformasyona neden olan onkogenler gibi spesifik genleri susturmak için, olası terapötik ajan olarak geliştirilmektedir.

Son çalışmalarda IncRNAlarm karmaşık özellikleri (bazı hesaplamalarla IncRNA sayısının, mRNAların 10-20 katını aşabileceği farz edilmektedir.) gösterilmiştir. Bunların insan genomu için varsayılan işlevleri; insanların, daha az sayıda gen taşımalarına rağmen, neden evrimsel basamağın en üstünde olduklarını açıklamamıza yardımcı olabilir. IncRNAlar gen ekspresyonunu çeşitli şekilde düzenleyebilirler. Örneğin kromatine bağlanarak, RNA polimerazm kodlayıcı gene ulaşmasını engelleyebilirler. IncRNA’ların en iyi bilinen örneği XIST olup, X kromozomundan transkripte olur ve fizyolojik X kromozomu inak- tivasyonunda önemli rol oynar (ileriye bakınız). XIST kendi başına X inaktivasyonundan etkilenmez, transkripte olduğu X kromozomu üzerinde “pelerin” biçimini alarak, gen susturulması işlevini gerçekleştirir. Gelecek va- adeden çalışmalarda, aterosklerozdan kansere pekçok hastalıkta, IncRNA’ların rolleri ortaya konmaktadır.

İnsanlarda görülen hastalıkların patogenezine katkı sağlayan anormalliklerin doğası hakkında yapılan bu kısa gözden geçirmeden sonra, dikkatimizi genetik hastalıkların üç büyük kategorisine çevirebiliriz: (1) genlerdeki mutasyonlarm büyük etkilerine bağlı olan hastalıklar, (2) kompleks multigenik kalıtındı hastalıklar (bazen multifaktöriyel hastalıklar da denmektedir) ve (3) kromozomal aberasyonlardan oluşan hastalıklar. Mendelian hastalıklar olarak da adlandırılan ilk gruptaki hastalıklar depo hastalıkları ve doğuştan metabolizma hastalıkları gibi nadir görülen pek çok hastalığı içerir; bunların hepsi, etkisi büyük olan tek gen mutasyonları sonucu ortaya çıkar. Çoğu kalıtsal ve aileseldir, ikinci grupta hipertansiyon ve diyabetes mellitus gibi insanlarda en sık görülen hastalıklardan bazıları yer alır. Multifalctöriyel veya kompleks kalıtım, bir fenotipik karakterin ekspresyonu veya bir hastalık durumunu hem genetik, hem de çevresel etkilerin belirlediğini ifade etmektedir.

PEDİATRİK HASTALIKLAR

Daha önce de bahsedildiği ve değişik örneklerde gösterildiği gibi, birçok bebeklik ve çocukluk çağı hastalığı genetik kökenlidir. Diğerleri ise genetik olmamalarına rağmen ya çocuklara özgüdür ya da bu hasta popülasyonunda ayırdedici şekilde karşımıza çıkar, böylelikle pediatrik hastalıklar olarak adlandırılırlar. Bebek ve çocuklar, gelişimlerinin her evresinde farklı hastalıklardan etkilenirler. Açıkçası bebeklik dönemi (yaşamın ilk yılı) hastalıklarında, ölüm riski en yüksektir. Bu süre içerisinde yenidoğan dönemi (neonatal dönem) (yaşamın ilk 4 haftası), şüphesiz en tehlikeli bölümdür.

Çocuk bir yaşım geçtikten sonra, tablo daha olumludur. Ancak ne yazık ki, kazalardan kaynaklanan yaralanmalar, 1-14 yaş arasındaki ölümlerin başlıca nedenidir. Her ne kadar neoplastik hastalıklar ve spesifik tümörlerin genel özelliklerine yer verildiyse de, çocuk ve erişkin neoplazileri arasındaki farklılıkları vurgulamak amacıyla, birkaç çocukluk çağı tümörü de anlatılacaktır.

KONJENİTAL ANOMALİLER

Adsız-1

Konjenital anomaliler doğumda mevcut olan yapısal bozukluklardır. Buna rağmen bunların bir kısmı, kardiyak ve renal anomaliler gibi, belli bir yaşa kadar klinik belirti vermeyebilir. Sonraki tartışmalarda da yer aldığı üzere, konjenital terimi doğumsal defektler için genetik bir temeli göstermez ya da ekarte etmez. Her yıl Amerika Birleşik Devletleri’nde, 120.000 canlı bebeğin bir doğumsal defekt ile doğduğu tahmin edilmektedir. Bu, 33’te 1 insidansa eşdeğerdir. Konjenital anomaliler bebeklik dönemindeki mortalitenin en önemli nedenini oluşturmaktadır. Ayrıca yaşamın ilk yılları boyunca da hastalık, sakatlık ve ölümlerin önemli bir nedeni olmaya devam eder.

Konjenital malformasyonlarm etiyoloji ve patogenezine değinmeden önce, morfogenezdeki hataların tanımlanmasında kullanılan bazı terimlerin açıklanması gereklidir.

Malformasyonlar morfogenezdeki primer hataları temsil eder. Diğer bir deyişle, iç (intrinsik) faktörlere bağlı anormal gelişimsel süreç vardır. Malformasyonlar, tek bir gen ya da kromozom defektine bağlı olmaktan ziyade, genellikle multifaktöriyeldir. Bunlar pek çok paternin herhangi biri şeklinde bulgu verebilir. Bu bulguların bazıları konjenital kalp hastalıkları gibi tek bir sistemi etkilerken, diğerlerinde birçok organ ve dokuyu etkileyen birden fazla malformasyon bir arada olabilir.

Disriip siy onlar önceden normal olarak gelişmiş bir organ ya da vücut bölgesinin sekonder olarak bozulmasıdır. Disrtipsiyonda, malformasyonlarda olduğunun aksine, dış (ekstrensik) faktörlere bağlı morfogenezde bozukluk söz konusudur. Amniyotik bantlar, amniyonun yırtılması sonucu meydana gelen; gelişmekte olan fetüsü saran, sıkıştıran ya da bazı kısımlarına yapışan “bantları” ifade eder ve disrüpsiyonun klasik örneğini oluşturur. Çeşitli çevresel ajanlar disrüp- siyona neden olabilir (aşağıda anlatılmaktadır). Disrüpsiyonlar, elbette ki kalıtsal değildir, bu nedenle sonraki gebeliklerde tekrarlama riski yoktur.

Deformasyonlarda da disrtipsiyon gibi, iç faktörlere bağlı morfogenezde bir hatadan ziyade, dış faktörlere bağlı gelişimin bozulması söz konusudur. Oldukça sık rastlanan problemlerdir. Yenidoğan bebeklerin yaklaşık %2’sinde değişik derecelerde deformasyon mevcuttur. Deformasyonun patogenezindeki temel olay, büyümekte olan fetüsün anormal biyomekanik güçlerle lokal ya da genel olarak baskıya maruz kalması ve bunun sonucunda çeşitli yapısal anormalliklerin ortaya çıkmasıdır. Bu deformasyonlarm en sık nedeni uterus basısıdır. Gebeliğin 35. üe 38. haftaları arasında, fetüs büyük bir hızla büyürken, uterus buna uyum sağlayamaz. Normalde bir tampon görevi gören amniyon sıvısının miktarı da göreceli olarak azalır. Böylece normal fetüs bile, bazı derecelerde uterus basısıyla karşılaşır. İlk hamilelik olması, küçük uterus, uterus malformasyonu (bikornu uterus) ve leiomiyomlar gibi anneye bağlı faktörleri içeren çok sayıda parametre, fetüsün aşırı basıya maruz kalma riskini arttırır. Çoğul gebelik bulunuşu, oligo hidramniyoz ve anormal fetal prezantasyon gibi fetüse ait nedenler de söz konusu olabilir.