Δημιουργία βάσης δεδομένων μονονουκλεοτιδικών πολυμορφισμών (SNPS) σε γονίδια που συσχετίζονται με νευροεκφυλιστικά νοσήματα
Creators: name: Τσιμηρίκα, Μαρία Μιχαήλ
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Νευροεκφυλισμός
Μονονουκλεοτιδικός πολυμορφισμός
SNP (Single Nucleotide Polymorphism)
Μονοσημειακές μεταλλάξεις
CpG μεταλλάξεις
Γονίδια
Neurodegeneration
Single Nucleotide Polymorphism
CpG mutations
Genes
Single Nucleotide mutations
Neurodegenerative diseases

description: Νευροεκφυλισμός είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει νοσήματα του νευρικού συστήματος, στα οποία παρουσιάζεται προοδευτική απώλεια δομής ή λειτουργίας των νευρικών κυττάρων. Τα νευροεκφυλιστικά νοσήματα αντιπροσωπεύουν μια μεγάλη ομάδα νοσημάτων με ετερογένεια στις κλινικές και παθολογικές εκδηλώσεις τους, κάποιες από τις οποίες αποβαίνουν μοιραίες για τη ζωή του ανθρώπου. Τα τελευταία χρόνια ο ρυθμός εμφάνισής τους έχει αυξηθεί, ιδιαίτερα στις ανεπτυγμένες χώρες καθώς έχει ανεβεί ο μέσος όρος ηλικίας και τα νοσήματα αυτά εμφανίζονται κατά κύριο λόγο σε ηλικιωμένα άτομα. Η κατάταξη των νευροεκφυλιστικών νοσημάτων είναι ιδιαίτερα δύσκολο έργο καθώς υπάρχει σημαντική αλληλεπικάλυψη μεταξύ των κλινικοπαθολογικών εκδηλώσεων των ασθενειών αυτών. Η πιο δημοφιλής, πάντως, είναι αυτή που βασίζεται στην κατάταξή τους με βάση την κυρίαρχη κλινική εικόνα ή την ανατομική περιοχή που προσβάλλεται περισσότερο ή είναι συνδυασμός και των δύο. Τα αίτια των νευροεκφυλιστικών νοσημάτων είναι σχεδόν άγνωστα αν και γίνεται λόγος για το ρόλο γενετικών και περιβαλλοντικών παραγόντων, μια και πολλά νοσήματα έχουν οικογενή χαρακτήρα. Έτσι, πολλές ασθένειες κληρονομούνται είτε ως φυλοσύνδετες, κυρίαρχες ή υπολειπόμενες, άλλες είναι σποραδικές και άλλες κληρονομούνται σε μια μικρή ομάδα ασθενών. Οι ασθενείς που υποφέρουν από κάποιο νευροεκφυλιστικό νόσημα γνωρίζουν πότε περίπου ξεκίνησαν τα συμπτώματά τους, τα οποία δεν αντιστοιχούν και με το χρόνο έναρξης της ασθένειας. Ο χρόνος αυτός είναι νωρίτερος από το χρόνο έναρξης των συμπτωμάτων καθώς υπάρχει περίσσεια νευρώνων και ο αριθμός αυτών που είναι ενεργοί πρέπει να πέσει κάτω από ένα όριο για να αρχίζουν να εμφανίζονται τα πρώτα συμπτώματα της ασθένειας. Πολλοί ηλικιωμένοι εμφανίζουν συμπτώματα που μοιάζουν με αυτά του νευροεκφυλισμού κάτι που οδήγησε στην αντίληψη ότι ο νευροεκφυλισμός συνδέεται με τη γήρανση κατά κάποιον τρόπο που μπορεί να περιέχει και γενετικούς παράγοντες. Οι μηχανισμοί πάντως που παρουσιάζονται στη γήρανση θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι είναι κοινοί με αυτούς που πιστεύεται ότι ευθύνονται και για το νευροεκφυλισμό. Οι μηχανισμοί αυτοί είναι η συσσωμάτωση των πρωτεϊνών, η πρωτεϊνική υποβάθμιση, η ομοιόσταση του ασβεστίου, η οξειδωτική πίεση και η μιτοχονδριακή λειτουργία. Τα τελευταία χρόνια γίνεται λόγος για τη γονιδιακή βάση των νευροεκφυλιστικών ασθενειών και κυριαρχεί η άποψη ότι ανωμαλίες στην 7 αλληλουχία του DNA παίζουν σημαντικό ρόλο στην εμφάνισή τους. Κάθε φορά που ανευρίσκεται μια μετάλλαξη σε μια οικογένεια μπορεί να έχει απευθείας κλινική επίπτωση στην οικογένεια αυτή και έτσι είναι πολύ σημαντικός ο προγεννητικός και προσυμπτωματικός έλεγχος. Με την εξέλιξη της επιστήμης και των τεχνολογιών που εφαρμόζονται στη γενετική δόθηκε η δυνατότητα να γίνει ένας αδρός διαχωρισμός των νευροεκφυλιστικών νοσημάτων σε τέσσερις κατηγορίες: τις ταϋοπάθειες, τις συνουκλεϊνοπάθειες, τις ασθένειες εγκλεισμού ουμπικουϊτίνης και τις πολυγλουταμινικές ασθένειες. Βασικό ρόλο στη γενετική του νευροεκφυλισμού παίζουν οι ανωμαλίες που συμβαίνουν κατά τη συναρμολόγηση των εξονίων στη μεταγραφική διαδικασία. Το εναλλακτικό μάτισμα του mRNA είναι ένας σημαντικός μηχανισμός εγκλεισμού ή αποκλεισμού του pre-mRNA με αποτέλεσμα τη δημιουργία σημαντικής πρωτεϊνικής ποικιλότητας στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Το εναλλακτικό μάτισμα που συμβαίνει στις περιοχές κωδικοποίησης οδηγεί στη δημιουργία πρωτεϊνών με διαφορά στην αλληλουχία άρα και στη λειτουργία, ενώ σε μη κωδικοποιούμενες περιοχές μπορεί να επηρεάσει τα ρυθμιστικά στοιχεία του ματίσματος. Το εναλλακτικό μάτισμα επηρεάζει τη φυσιολογία του ανθρώπου και πολλές μεταλλάξεις οδηγούν σε ανωμαλίες στο μάτισμα. Οι μεταλλάξεις που συμβαίνουν στα ιντρόνια ή στα εξόνια μπορεί να επηρεάσουν την ορθή επεξεργασία του RNA αποδιοργανώνοντας την άκρη του ματίσματος, τα ESE, ESS, ISE ή ISS ή μεταβάλλοντας τη δευτεροταγή δομή του mRNA. Η μηχανική σημαντικότητα του εναλλακτικού ματίσματος στο νευροεκφυλισμό έχει επιβεβαιωθεί από την ανακάλυψη μεταλλάξεων στο γονίδιο MAPT, κωδικοποιώντας την πρωτεΐνη Τ που σχετίζεται με τα μικροσωληνάρια, στην προσθιοβρεγματική άνοια με παρκινσονισμό, στο χρωμόσωμα 17 (FTDP-17). Οι μεταλλάξεις που συμβαίνουν έχουν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία διαφορετικών γονότυπων, των γνωστών πολυμορφισμών. Οι συχνότεροι από αυτούς είναι οι μονονουκλεοτιδικοί πολυμορφισμοί, δηλαδή πολυμορφισμοί που περιλαμβάνουν μεταλλάξεις μόνο σε ένα ζεύγος νουκλεοτιδίων. Οι μονονουκλεοτιδικοί πολυμορφισμοί μπορεί να συμβούν σε οποιαδήποτε περιοχή του γονιδίου, περιλαμβάνοντας την κινητήριο περιοχή, μη μεταφρασμένες 5’ και 3’ περιοχές, ιντρόνια και κωδικοποιούμενες περιοχές που βρίσκονται στο mRNA. Η ανάλυση των μονονουκλεοτιδικών πολυμορφισμών είναι χρήσιμη στην ανίχνευση των διαφορών ανάμεσα στα αλλήλια των πολυνουκλεοτιδίων που έχει βρεθεί ότι σχετίζονται με το νευροεκφυλισμό. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του ανθρώπινου γονιδιώματος είναι η έλλειψη των CpG δινουκλεοτιδίων (CpGs) που διακόπτονται 8 περιστασιακά από νησίδια CpG (CpG islands, CGIs), περιοχές με ψηλή σχετικά περιεκτικότητα του δινουκλεοτιδίου. Τα νησίδια CG σχετίζονται γενικά με τους προαγωγείες. Γονίδια που οι προαγωγείς τους είναι εξαιρετικά πλούσιοι σε αλληλουχίες CpG, τείνουν να εκφράζονται στους περισσότερους ιστούς. Τα CpG δινουκλεοτίδια μεταλλάσσονται με μεγάλο ρυθμό γιατί η κυτοσίνη είναι επιρρεπής στη απαμίνωση, οι κυτοσίνες στα CpG δινουκλεοτίδια συχνά μεθυλιώνονται και η απαμίνωση της 5- μεθυλοκυτοσίνης (5mC) παράγει θυμιδίνη. Είναι προφανές λοιπόν ότι για τη μελέτη της γενετικής βάσης των νευροεφυλιστικών νοσημάτων απαιτείται οργάνωση και συγκέντρωση όλων των δεδομένων που υπάρχουν κατανεμημένα σε διάφορες βάσεις δεδομένων και ιδιαίτερα όσων αφορούν στη διαδικασία του ματίσματος. Για το λόγο αυτό δημιουργηθήκε η νέα αυτή βάση δεδομένων που επιτρέπει τη συσχέτιση στοιχείων όπως οι θέσεις των εξονίων και ιντρονίων, και των εναλλακτικά εκφραζόμενων, ή μη εξονίων καθώς και αυτές των πολυμορφικών στοιχείων (μονονουκλεοτιδικοί πολυμορφισμοί SNPs), παράλληλα με μηχανές ανεύρεσης μοτίβων ελέγχου του ματίσματος. Συνεπώς με τη βάση αυτή διευκολύνεται κυρίως η μελέτη του ματίσματος που όπως φαίνεται παίζει καθοριστικό ρόλο στις νευροεκφυλιστικές ασθένειες. Παράλληλα η βάση επιτρέπει στον ερευνητή να καλύτερη κατανόηση της έκφρασης των γονιδίων αυτών σε σχέση με την αξιολόγηση των πολυμορφισμών και των τυχόν νέων μεταλλάξεων..
description: Neurodegeneration is a term that is used to describe diseases of the nervous system, in which there is a progressive loss of structure or function of neuronal cells. Neurodegenerative diseases represent a large group of diseases with heterogeny in their clinical and pathological manifestations, some of which are devastating for human life. In recent years the rate of appearance of neurodegenerative diseases has increased, especially in the developing countries due to the increase of middle age of life. The classification of neurodegenerative diseases is difficult because there is an overlap in their clinicopathological manifestation. The most popular is the one that is based on the primary clinical appearance or the anatomical region or a combination of both. The causes of neurodegenerative diseases are essentially unknown, even there is evidence that the role of genetic and environmental factors is significant, as some of the diseases have familiar occurrence. Thus, some of the diseases run as autosomal dominant trait, others run as autosomal recessive trait and others are sporadic and some have occurrence in a small group of people. Most patients suffering from a neurodegenerative disease know approximately when their symptoms began and the onset does not equate with the onset of the disease. The onset of the disease occurs at some earlier time, which, depending on how fast the neurodegenerative process evolves, can range from a few months to several years. Many elderly individuals exhibit mild motor and cognitive alterations reminiscent of those found in neurodegeneration. This observation gave birth to the popular idea that aging might be a «benign» form of neurodegeneration. This idea was supported by the notion that normal aging, like neurodegeneration, is inevitably associated with neuronal death. Thus, it can be said that mechanisms in aging and neurodegeneration are the same. These are: protein aggregation, protein degradation, calcium homeostasis, oxidative stress and mitochondrial dysfunction. 11 Recent years, is popular the idea that there is a genetic basis in the occurrence of neurodegenerative diseases and that abnormalities in DNA sequence play a significant role in their appearance. With the development of science and genetic technologies there is a distinction of neurodegenerative diseases in four groups: those with tau pathology, synoucleinopathies, diseases with ubiquitin inclusions and polygloutaminopathies. The basic role in neurodegeneration genetic plays abnormalities that occur during exons splicing in transcriptional processing. Alternative splicing of mRNA is a basic mechanism of pre-mRNA skip or retain, causing protein differentiation in eukaryotic cells. Alternative splicing in coding regions leads to a difference in protein sequence so in function too and in non-coding regions may affect regulatory elements of splicing. Mutations in introns or exons may affect the correct processing of RNA changing splicing edge, ESE, ESS, ISE or ISS or altering the secondary structure of mRNA. The mechanistic significance of alternative splicing in neurodegeneration has deen confirmed by the discover of mutations in MAPT gene, coding protein T that associates with microtubules in front temporal dementia with parkinsonism in chromosome 17 (FTDP-17). Mutations result in the creation of different genotypes, known as polymorphisms. Most usual are Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs), polymorphisms in only a single pair of nucleotides. SNPs can occur in any gene region, intron, exon, coding or non-coding region. Analysing SNPs is useful in detection of differences between alleles of polynucleotides that is supposed to associate with neurodegeneration. A significant characteristic of human genome is lack of CpG dinucleotides, which are interrupted occasionally by CpG islands (CpG islands, CGIs), regions with high content of the dinucleotide. Genes that their promoters are highly rich in CpG sequences, tend to be expressed in most tissues. CpG dinucleotides mutate at a high rate because cytosine is vulnerable to deamination, cytosines in CpG dinucleotides are often methylated, and deamination of 5-methylcytosine (5mC) produces thymidine. From the above, can anyone conclude that the study of genetic basis of neurodegenerative diseases has a long way and requires collection and organisation of all data that are found in many databases? Thus, there is a need to create a new database to collect data about neurodegenerative diseases from other databases classify them and being presented in a way that anyone who interests can reach information about the genetics of neurodegeneration.