Zespół Angelmana – model badawczy epigenetycznych mechanizmów regulacji ekspresji genów*
Agnieszka Szpecht-Potocka1, Monika Gos2a, Radosław Struniawski1b, Jerzy Bal1
1Zakład Genetyki Medycznej
Kierownik: prof. dr hab. med. T. Mazurczak
Instytut Matki i Dziecka, Warszawa
2Zakład Biologii Komórki
Kierownik: doc. dr hab. M. Małecki
Centrum Onkologii, Warszawa
aObecny adres:
Zakład Genetyki Medycznej
Kierownik: prof. dr hab. med. T. Mazurczak
Instytut Matki i Dziecka, Warszawa
bObecny adres:
Samodzielna Pracownia Diagnostyki Molekularnej
Kierownik: doc. dr hab. J. Chorostowska-Wyminko
Instytut Gruźlicy i Chorób Płuc, Warszawa
Epigenetyka, jedna z najszybciej rozwijających się dziedzin genetyki, zajmuje się badaniem zmienności, która nie zależy od pierwotnej sekwencji DNA, a wynika z działania specyficznych mechanizmów regulacyjnych (m.in. metylacji DNA, modyfikacji białek histonowych czy ekspresji antysensownych RNA lub RNAi). Zaburzenia epigenetycznych mechanizmów regulacji ekspresji genów mogą być przyczyną transformacji nowotworowej, jak również chorób monogenowych i kompleksowych. Z drugiej strony, dokładne poznanie zmian epigenetycznych związanych z patogenezą tych chorób, stwarza szansę na potencjalną terapię.
Jednym z epigenetycznych modeli badawczych jest zespół Angelmana (AS). Jest to choroba neurolo-giczna związana z nieprawidłowym rozwojem i funkcjonowaniem ośrodkowego układu nerwowego, która obok zespołu Pradera-Williego, jest jedną z pierwszych chorób, w której stwierdzono zaburzenia regulacji epigenetycznej. Zaburzenia te dotyczą defektu rodzicielskiego piętna genomowego (genomo-wy imprinting), które warunkuje allelospecyficzną, zależną od pochodzenia rodzicielskiego, ekspresję niektórych genów. W większości przypadków u pacjentów AS wykrywana jest duża delecja w obrębie chromosomu 15 (15q11-13) pochodzenia matczynego (65-75%) lub ojcowska disomia chromosomu 15 (3-7%). W nielicznych przypadkach stwierdza się defekty imprintingowe lub mozaikowatość, których diagnostyka stała się możliwa dzięki rozwojowi nowoczesnych technik biologii molekularnej.
Dokładne poznanie etiologii chorób związanych z zaburzeniami regulacji epigenetycznej stanowi podstawę do rozwoju epiterapii, która może stać się alternatywą w ich leczeniu. Ponadto wiedza dotycząca epigenomu może pozwolić na zapobieganie genetycznym chorobom człowieka.
*Praca finansowana z grantu nr PBZ-KBN-122/P05/2004 Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego
WSTĘP
Kończąca się dekada XXI w. zaowocowała wieloma odkryciami w genetyce człowieka, rozwojem wiedzy o genomie i regulacji ekspresji genów, które dały podwaliny epigenetyce – jednemu z najbardziej wiodących obecnie tematów badań genetycznych. Termin „epigenetyka” dotyczy systemu dziedziczonych klonalnie lub germinalnie odwracalnych różnic w ekspresji genów, które nie są zależne od zmian w sekwencji DNA i stanowią próbę wyjaśnienia, w jaki sposób ten sam genotyp może warunkować powstanie różnych fenotypów. Te, stosunkowo jeszcze mało poznane mechanizmy regulacyjne, gdy zawiodą, są przyczyną transformacji nowotworowej i wielu chorób monogenowych i kompleksowych, wśród których znaczący odsetek stanowią choroby manifestujące się niepełnosprawnością intelektualną. Z drugiej jednak strony, epigenetyczne mechanizmy wyciszania i aktywacji genów, ze względu na zdolność rewersji, stwarzają potencjalne możliwości terapeutyczne. Potrzeba rozwoju wiedzy o epigenomie leży u podstaw międzynarodowego projektu: Human Epigenome Project, którego głównym celem jest określenie statusu epigenetycznego prawidłowo działającego genomu i ewentualnych polimorficznych zmian epigenetycznych (1, 2).
Zespół Angelmana (ang. Angelman Syndrome, AS) jest chorobą o podłożu genetycznym związaną z zaburzeniem rozwoju i funkcji ośrodkowego układu nerwowego. Obok zespołu Pradera-Williego (ang. Prader-Willi Syndrome, PWS) był jedną z pierwszych chorób człowieka, w której stwierdzono zaburzenie rodzicielskiego piętna genomowego (ang. Genome Imprinting, GI), jednego z fenomenów epigenetycznej regulacji ekspresji genów.
Częstość występowania choroby wynosi średnio 1/15 000 żywych urodzeń (3). Do typowych objawów AS zalicza się: głębokie upośledzenie umysłowe z brakiem rozwoju mowy, zaburzenia ruchowe w postaci ataksji i/lub drżenia kończyn, oraz unikalny sposób zachowania (częste napady śmiechu lub częste uśmiechanie się, pogodne usposobienie, nadmierna pobudliwość i ruchliwość, niezdolność do dłuższego skupiania uwagi). Dodatkowo może występować małogłowie, płaska potylica, epilepsja, drgawki czy nieprawidłowy zapis EEG. Dysmorficzne rysy twarzy (szeroko rozstawione zęby, wydatny podbródek, głęboko osadzone oczy, duże usta z wystającym językiem) nie są widoczne przy urodzeniu, lecz rozwijają się w trakcie dzieciństwa. U niektórych pacjentów spotyka się hipopigmentację skóry, włosów i oczu (4).
U chorych z AS występuje niedobór komórek Purkiniego oraz neuronów hipokampu, co może tłumaczyć ataksję, drżenie, epilepsję oraz ograniczone zdolności uczenia się (5). Uważa się, że za większość przypadków choroby odpowiedzialna jest utrata funkcji genu Ube3A zlokalizowanego w regionie 15q11-13. Obszar ten jest szczególnie niestabilny genetycznie i stwierdza się w nim występowanie wielu rearanżacji cytogenetycznych. Jest również jednym z najlepiej poznanych miejsc genomu człowieka podlegających rodzicielskiemu piętnowaniu genomowemu (GI, piętnowaniu, genomowemu imprintingowi)1.
GI polega na monoallelicznej ekspresji genu, zależnej od jego rodzicielskiego pochodzenia (matczynego lub ojcowskiego), regulowanej przez takie mechanizmy epigenetyczne jak m.in. metylacja DNA. W obrębie obszaru 15q11-13 znajduje się 2Mb region, w którym zidentyfikowano geny eksprymowane wyłącznie z kopii ojcowskiej. Są to między innymi: MKRN3, NDN, MAGEL2, SNURF-SNRPN. Utrata aktywności ojcowskich alleli tych genów powoduje PWS. Dwa geny, Ube3A i ATP10C, położone dystalnie względem SNURF-SNRPN, transkrybowane są w niektórych tkankach wyłącznie z kopii matczynych (6). Defekty Ube3A są przyczyną AS, dlatego też piętnowana domena określana jest jako PWS-AS.
Ube3A eksprymowany jest z kopii matczynej w centralnym układzie nerwowym, w fibroblastach i limfoblastach (7). Produktem Ube3A jest ligaza ubikwityny E6-AP (ang. E6-Associated Protein), która bierze udział w znakowaniu białek przeznaczonych do degradacji w proteasomach.
EPIGENETYCZNA REGULACJA EKSPRESJI GENÓW W REGIONIE PWS-AS Z UDZIAŁEM GI
Badania na myszach wykazały, że rodzicielskie genomy nie są funkcjonalnie równocenne i oba są niezbędne do prawidłowego rozwoju organizmu ssaka (8). Fenomen piętnowania genomowego, warunkującego allelospecyficzną, zależną od pochodzenia rodzicielskiego, ekspresję niektórych genów z udziałem mechanizmów epigenetycznych, prowadzi do pewnego rodzaju „asymetrii genetycznej” pomiędzy ojcowskim i matczynym DNA. Wynika to z faktu, że wzór GI jest specyficzny dla płci (ustanawiany jest w liniach rozrodczych) i z tego samego powodu nie jest w sposób mendlowski dziedziczony z pokolenia na pokolenie. W procesie jego ustanowienia i utrzymania biorą udział takie mechanizmy jak: metylacja DNA, modyfikacja białek histonowych, niekodujące RNA (m.in. powstawanie antysensownego transkryptu) oraz genetyczne czynniki regulatorowe „cis” i „trans” aktywne, a także oddziaływania pozycyjne dalekiego zasięgu.
Najlepiej poznany epigenetyczny proces związany z długoterminowym wyciszeniem ekspresji genów to metylacja DNA w obrębie sekwencji promotorowych genów (9). Geny podlegające genomowemu imprintingowi zawierają regiony DMR (ang. Differentialy Methylated Region), które są odmiennie metylowane na rodzicielskich homologach. Różny poziom ich metylacji skorelowany jest z różnicą w aktywności (ekspresją lub wyciszeniem) matczynych i ojcowskich alleli.
Poziom metylacji genomu nie jest stały podczas życia organizmu. Duże zmiany w metylacji występują we wczesnym rozwoju, biorąc udział w epigenetycznym przeprogramowaniu genomu rozwijającego się zarodka (10). Metylacja związana z ekspresją genów regulowanych przez GI jest usuwana i ustanawiana na nowo dla każdego pokolenia w trakcie gametogenezy. Po 14 tygodniu życia płodowego ustala się ostateczny wzór rozmieszczenia 5-metylocytozyn w genomie, który warunkuje prawidłową ekspresję genów w dorosłym organizmie (11).
CENTRUM REGULATOROWE (IC) RODZICIELSKIEGO PIĘTNA GENOMOWEGO W REGIONIE PWS-AS
Mechanizmy epigenetyczne są ze sobą ściśle powiązane i tworzą skomplikowany system kontroli ekspresji genów (12). Ekspresja genów w regionie PWS-AS kontrolowana jest przez lokalny element regulatorowy IC. Centrum piętnowania położone jest w obrębie locus SNURF-SNRPN i składa się z dwóch części (13). Pierwsza z nich to region PWS-SRO (ang. the Smallest Region of deletion Overlap, SRO) o wielkości <4,3 kb, obejmujący ekson 1 i promotor genu SNRPN (20), zaś druga to 880bp region AS-SRO położony proksymalnie 35 kb względem miejsca startu transkrypcji genu SNRPN i zawierający alternatywny ekson u5 (14). Elementy IC wykazują „asymetryczne” cechy epigenetyczne na obu chromosomach: PWS-SRO na ojcowskim chromosomie i matczyny region AS-SRO charakteryzuje „otwarta” struktura chromatyny. Główną funkcją IC jest ustanowienie i utrzymanie wzoru piętna genomowego (wzoru aktywności transkrypcyjnej) na obu rodzicielskich homologach.
Mechanizm, w którym oba elementy centrum imprintingowego oddziaływują ze sobą, regulując ekspresję genów, nie jest do końca wyjaśniony. Zaobserwowano, że usunięcie regionu AS-SRO z matczynego chromosomu powoduje utratę „zamkniętej” struktury chromatyny normalnie obecnej na sąsiadującym PWS-SRO (15). Sugeruje to, że AS-SRO może odgrywać rolę w inaktywacji (m.in. poprzez metylację) PWS-SRO na chromosomie matczynym, co z kolei powoduje metylację i wyciszenie ekspresji genów z matcznej kopii chromosomu 15 (16).
Na chromosomie ojcowskim AS-SRO jest nieaktywny, natomiast PWS-SRO przyjmuje aktywną konformację, umożliwiając ekspresję genów związanych z PWS. Model ten tłumaczy dlaczego defekty o charakterze mutacji regulatorowych piętna genomowego obejmujące obszar AS-SRO, wpływają wyłącznie na matczyny epigenotyp (15), zaś mutacje związane z PWS-SRO zaburzają ekspresję genów z alleli ojcowskich (17) (ryc. 1).
ANTYSENSOWNY TRANSKRYPT UBE3A
W większości komórek naszego ciała gen Ube3A jest eksprymowany z obu rodzicielskich chromosomów. Natomiast w mózgu, w fibroblastach i limfoblastach gen ten jest piętnowany i ulega ekspresji tylko z kopii matczynej (7). Analiza metylacji matczynych i ojcowskich alleli Ube3A nie wykazuje zróżnicowania w metylacji wysp CpG na którymkolwiek z rodzicielskich homologów (18). Za monoalleliczną matczyną ekspresję w komórkach centralnego układu nerwowego i w innych tkankach odpowiedzialny jest prawdopodobnie antysensowny transkrypt (19), eksprymowany z ojcowskiej kopii jako tzw. SNURF-SNRPN sense/Ube3A antisense o wielkości ponad 460 kb. Traskrypt ten powstaje w kierunku od centromeru do telomeru biorąc początek w regionie regulatorowym PWS-IC, obejmując SNURF-SNRPN, IPW, a kończąc na Ube3A, przez co blokuje powstanie z tej kopii sensownego mRNA (20).
Natura oddziaływań antysensownego transkryptu na regulację ekspresji genów nie jest do końca wyjaśniona. Najprawdopodobniej transkrypt SNURF-SNRPN sense/Ube3A antisense działa w układzie cis na represję ojcowskiego allelu Ube3A w mózgu (21).
Jednakże wiele obserwacji trudno jest wyjaśnić za pośrednictwem hipotezy represyjnego działania antysensownego transkryptu na ojcowski homolog Ube3A. Bressler i wsp. (22) wykazali, że delecja promotora genu Snrpn na ojcowskim chromosomie powoduje u myszy prawie całkowite zahamowanie transkrypcji tego genu, ale nie jest przyczyną wyciszenia ekspresji Ube3A. Ponadto mysie komórki mózgu, w których ojcowski allel Ube3A jest nieaktywny nie zawierają antysensownych transkryptów (23). Zaobserwowano również, że poziom antysensownego transkryptu Ube3A wzrasta u myszy z matczyną inaktywacją genu, co sugeruje, że raczej obecność lub brak sensownego transkryptu reguluje poziom antysensu Ube3A, niż odwrotnie (24).
DEFEKTY IMPRINTINGOWE W AS
Za zespół Angelmana odpowiedzialne są różnorodne klasy defektów molekularnych prowadzące do fizycznego lub funkcjonalnego braku regionu q11-q13 chromosomu 15 pochodzącego od matki (tab. I).
W około 3% przypadków AS zaburzenia metylacji w regionie 15q11-13 związane są z defektami imprintingowymi, które odpowiedzialne są za zaburzenie wzoru rodzicielskiego piętna genomowego. Deregulacja ekspresji piętnowanych genów spowodowana jest, wywołanymi przez te defekty, zmianami epigenetycznymi. ID powstają na różnych poziomach epigenetycznego przeprogramowania genomu – podczas gametogenezy i we wczesnym rozwoju zarodkowym. W linii komórek płciowych może dojść do „niewymazania” lub wadliwego „nałożenia” piętna genomowego. Utrata funkcji genów podlegających genomowemu imprintingowi może dotyczyć również zaburzeń w „rozprzestrzenianiu” lub „odczycie” informacji epigenetycznej w powstających potomnych komórkach rozwijającego się organizmu. W zależności od miejsca i czasu powstania defekty te mogą mieć charakter dziedziczny lub nie i mogą generować stan mozaikowatości.
DEFEKTY IMPRINTINGOWE Z DELECJĄ W IC
W niewielkim procencie przypadków AS (0,5%) zaburzony wzór metylacji w regionie q11-13 chromosomu 15 pochodzącego od matki związany jest z występowaniem mutacji regulatorowej w obrębie IC o charakterze mikrodelecji, o wielkości od 5 do 200 kb, obejmującej 880 bp obszar AS-SRO (25). Opisano jeden przypadek AS gdzie przyczyną choroby była inwersja w centrum piętnowania (25). Chorzy z mikrodelecją w obrębie AS-SRO posiadają aktywną konformację PWS-SRO na obu rodzicielskich homologach, a co za tym idzie, ojcowski epigenetyczny wzór ekspresji genów zarówno na ojcowskim jak i matczynym chromosomie 15.
Mikrodelecje w obrębie IC mogą powstać de novo na etapie gametogenezy w pokoleniu rodziców lub na etapie wczesnego rozwoju zarodkowego. W dziedzicznych przypadkach defekt powstający u dziadka ze strony matki (w męskiej linii komórek płciowych) jest przekazywany dziecku przez matkę („pasaż mutacji” przez żeńską linię rozrodczą), będącą bezobjawową nosicielką mutacji. Mikrodelecja uniemożliwia zmianę wzoru piętna genomowego podczas oogenezy z ojcowskiego na matczyne, charakterystyczne dla płci matki. Powstające komórki jajowe posiadają błędny wzór piętna genomowego na chromosomie 15. Nieaktywne allele bezobjawowych nosicielek przekazywane są następnemu pokoleniu, u których ujawniają się fenotypem AS. Przypuszcza się, że delecje w obrębie IC odpowiedzialne są za „niewymazanie” istniejącego wzoru piętna genomowego, co związane jest z późniejszą niemożliwością „nałożenia” specyficznego dla płci wzoru epigenetycznych modyfikacji w linii komórek rozrodczych (26).
DEFEKTY IMPRINTINGOWE BEZ DELECJI W IC
Przyczyną defektów imprintingowych powodujących AS w większości przypadków nie są jednak mikrodelecje w IC. U 2,5% chorych, stanowiących około 90% wszystkich pacjentów AS z ID, defekt ma charakter pierwotnej epimutacji2, bez zmian w sekwencji DNA w regionie PWS-AS (27). Zaburzony wzór piętna genomowego obserwowano zarówno na matczynym chromosomie dziedziczonym od dziadka jak i babki od strony matki, dlatego przypuszcza się, że wynika on z błędu polegającego na nieprawidłowym „nałożeniu” imprintingu przed lub po zapłodnieniu. Błąd ten może dotyczyć również zaburzeń w „rozprzestrzenianiu” piętna genomowego w dzielących się komórkach podczas rozwoju organizmu lub złym „odczytywaniu” epigenetycznego zapisu. Obrazem tego jest mozaikowatość somatyczna wzoru metylacji, będąca efektem mozaikowatości ID.
Generalnie, błędy w „utrzymaniu” wzoru epigenetycznych modyfikacji genomu, mogą wystąpić przy każdym podziale komórki. Po replikacji DNA, wzór metylacji z nici pierwotnej kopiowany jest na nowo powstałą nić siostrzaną. Nieprawidłowości związane z rozpoznaniem lub kopiowaniem tego wzoru prowadzą w efekcie do powstania nieprawidłowo zmetylowanej nici DNA, która następnie będzie powielana przy kolejnych podziałach komórkowych. Ponadto w trakcie rozwoju organizmu, podczas pierwszych dni życia zarodka, w czasie których dochodzi do całkowitej demetylacji matczynego i ojcowskiego genomu, wzór piętna genomowego jest szczególnie podatny na błędy. Po tym okresie DNA ulega procesowi remetylacji, który kończy się po stadium blastocysty (28). Pierwotny wzór piętnowania charakterystyczny dla gamet pozostaje niezmieniony, chociaż nie wiadomo jak jest chroniony przed globalną zmianą metylacji. Wydaje się, że niejednoczesna replikacja rodzicielskich homologów może odgrywać ważną rolę w zachowaniu metylacji obszarów DMR (29). Jeśli system zabezpieczający przed demetylacją progenitorowe komórki płciowe sporadycznie zawiedzie, tak że matczyny wzór piętna zostanie utracony w jednej z komórek, to potomne komórki będą powielać defekt imprintingowy, gdyż piętno genomowe nie może zostać naprawione w komórkach somatycznych (30).
Defekty imprintingowe stwierdza się także u dzieci urodzonych w wyniku sztucznego zapłodnienia (31), gdzie zaburzenia piętna mogą być, jak się przypuszcza, powodowane przez czynniki wprowadzane z zewnątrz.
MOZAICYZM GERMINALNY I SOMATYCZNY W AS
W zespole Angelmana notuje się liczne przypadki mozaiek. Zarówno chorzy, jak również ich matki mogą wykazywać mozaikowatość germinalną defektu imprintingowego z delecją w IC (32), a także mozaikowatosć mutacji genu Ube3A (33). U około 30% chorych z ID bez delecji, defekt ten może występować w mozaice somatycznej (27), gdzie nieprawidłowe komórki stanowią 40% do 90% komórek krwi (30). Tylko w jednym przypadku opisano germinalną mozaikowatość dużej delecji w regionie 15q11-q13 (34). Wszystkie przypadki mozaikowatości stanowią problem diagnostyczny, komplikując klasyfikację kliniczną i diagnostykę molekularną. Generalnie charakteryzują się łagodniejszym przebiegiem choroby w stosunku do przypadków bez mozaiek, ale różnym w zależności od wielkości mozaiki. Mozaikowatość może być częściowo odpowiedzialna za zróżnicowanie obrazu klinicznego AS.
DIAGNOSTYKA, PORADNICTWO GENETYCZNE I EPITERAPIA
Szacuje się, że genom człowieka zawiera od 100 do 200 loci podlegających rodzicielskiemu piętnowaniu genomowemu. Obecność poprawnego wzoru epigenetycznych modyfikacji w tych loci jest niezbędna do prawidłowego rozwoju i funkcjonowania organizmu człowieka. Zespół Angelmana jest przykładem choroby genetycznej, w której dochodzi do zaburzenia epigenetycznej maszynerii GI. Pomimo różnorodności metod badawczych stosowanych w diagnostyce AS, identyfikacja defektów imprintingowych i ich mozaikowatości do niedawna stanowiła duży problem diagnostyczny. Opracowanie techniki ilościowego PCR w czasie rzeczywistym, wraz z jej adaptacją do analizy sekwencji metylowanych, umożliwia diagnozowanie tych przypadków (36).
Badania molekularne mają decydujące znaczenie dla poradnictwa genetycznego w zespole Angelmana. Na podstawie wyników analizy metylacji DNA, udaje się zweryfikować rozpoznanie kliniczne AS w około 75-80% przypadków w grupie chorych z pełną ekspresją fenotypową. Ustalenie rodzaju defektu molekularnego odpowiedzialnego za AS umożliwia określenie ryzyka powtórzenia choroby w rodzinie i stanowi jeden z ważniejszych celów porady genetycznej. W rodzinach, w których zidentyfikowano defekt imprintingowy z mikrodelecją w IC, ryzyko powtórzenia choroby jest wysokie (50%) nie tylko u kolejnego dziecka, ale także u innych bliskich krewnych. Mutacja ta może występować u matki probanta, u którego stwierdza się mikrodelecje, ale także u jej rodzeństwa, mającego wówczas status bezobjawowego nosiciela. Dlatego też potwierdzenie dziedzicznego charakteru tego defektu uzasadnia objęcie analizą wszystkich członków rodziny płci żeńskiej. Wskazane jest również wykonanie badań prenatalnych w przypadku ciąż nosicielek tej mutacji.
Epimutacje stanowią poważny problem diagnostyczny – mogą dotyczyć innych, niż rutynowo badane w diagnostyce, regionów dając ten sam efekt kliniczny co mutacje genetyczne, a także występować w mozaice, której obecność może być odpowiedzialna za różnorodność fenotypową. Nie można także wykluczyć faktu że, na obecnym etapie rozwoju metod diagnostycznych, mogą być niewykrywalne. Nazlican i wsp. 2004 (30) uważają, że w zespole Angelmana zjawisko mozaicyzmu może występować także u pacjentów, u których charakterystyczny dla AS nieprawidłowy wzór ekspresji genów wyrażony wzorem metylacji DNA nie wzbudza podejrzeń. Odsetek zdrowych komórek może bowiem znajdować się poniżej progu detekcji, lub też zdrowe komórki mogą występować w innych, niż badane, tkankach. W pewnych przypadkach linia prawidłowych komórek może, zamiast „zasiedlić” ciało zarodka, występować w błonach płodowych i łożysku. Powstanie błędu w „utrzymaniu” wzoru epigenetycznych modyfikacji genomu na wczes-
nym etapie blastocysty może doprowadzić do powst
ania mozaicyzmu łożyskowego.
Sugeruje się także, że w grupie chorych z obrazem klinicznym AS, u których nie stwierdza się żadnych zmian genetycznych i epigenetycznych (prawidłowy wzór metylacji DNA i brak mutacji w genie Ube3A), stanowiącej około 10-20% wszystkich AS, mogą znajdować się osoby z defektami imprintingowymi. U niektórych z tych osób komórki z ID mogą występować w mózgu lub innych tkankach, ale nie w badanym standardowo układzie krwionośnym lub też dotyczyć innych genów. Wydaje się, że analiza fibroblastów mogłaby u tych pacjentów stanowić pewną alternatywę badawczą, jednak też nie do końca odzwierciedlającą sytuację w mózgu.
Badanie etiologii „zespołów imprintingowych”, szczególnie w kontekście epigenetycznych modyfikacji, stanowi wkład w rozwój epiterapii, która ma szansę stać się przedmiotem alternatywnej terapii chorób człowieka i, co ważniejsze, przedmiotem działań mających na celu zapobieganie wielu chorobom, w etiopatogenezę których zaangażowane są mechanizmy epigenetyczne. W celu zastosowania epiterapii poszukiwane są leki, które wykorzystując naturalną odwracalność mechanizmów epigenetycznych, uaktywnią patologicznie wyciszone geny lub odwrotnie, wyciszą patologicznie uaktywnione allele. Ta terapia przyszłości nie jest jednak wolna od potencjalnego ryzyka. Mała specyficzność epileków takich jak: inhibitory metylotransferaz DNA, czy deacetylaz histonowych, może spowodować niespecyficzną aktywację genów i transpozonów w prawidłowych komórkach lub transformację nowotworową. Obiecujące, z tego punktu widzenia, są badania nad terapeutycznym zastosowaniem specyficznych cząsteczek RNAi. Ponadto epigenetyczne „leki” mają często działanie cytotoksyczne i z reguły prowadzą do apoptozy. Mając na uwadze wszystkie ograniczenia, epiterapia stanowi jednak obiecujący kierunek działań terapeutycznych, a być może także i prewencyjnych.
..............................................................................................................................................................
1Wymienione nazwy polskie oraz skrót będą w pracy stosowane wymiennie.
2Epimutacja – spontaniczna zmiana epigenetyczna powstająca na skutek przypadkowej metylacji lub demetylacji DNA, nie powodująca zmian w sekwencji nukleotydowej.
..............................................................................................................................................................
PIŚMIENNICTWO
1. Egger G., Liang G., Aparicio A., Jones PA.: Epigenetics in human disease and prospects for epigenetic therapy. Nature, 2004, 429, 457-463.
2. Esteller M.: The necessity of human epigenome project. Carcinogenesis. 2006, 27, 1121-1125.
3. Vercesi A.M., Carvalho M.R., Aguiar M.J., Pena S.D.: Prevalence of Prader-Willi and Angelman syndromes among mentally retarded boys in Brazil. J. Med. Genet., 1999, 364, 98.
4. Williams C.A., Angelman H., Clayton-Smith J. i wsp.: Angelman syndrome: consensus for diagnostic criteria.Angelman Syndrome Foundation. Am. J. Med. Genet., 1995, 56, 237-238.
5. Jiang Y., Lev-Lehman E., Bressler J., Tsai T.F., Beaudet A.L.: Genetics of Angelman syndrome. Am. J. Hum. Genet., 1999, 65, 1-6.
6. Meguro M., Kashiwagi A., Mitsuya K. i wsp.: A novel maternally expressed gene, ATP10C, encodes a putative aminophospholipid translocase associated with Angelman syndrome. Nat. Genet., 2001, 28, 19-20.
7. Albrecht U., Sutcliffe JS., Cattanach BM. i wsp.: Imprinted expression of the murine Angelman syndrome gene, Ube3A, in hippocampal and Purkinje neurons. Nat. Genet., 1997, 17, 75-78.
8. Surani M.A., Barton S.C., Norris M.L.: Development of reconstituted mouse eggs suggests imprinting of the genome during gametogenesis. Nature 1984, 308, 548-550.
9. Yoder J.A., Soman N.S., Verdine G.L., Bestor T.H.: DNA (cytosine-5)-methyltransferases in mouse cells and tissues. Studies with a mechanism-based probe. J. Mol. Biol., 1997, 270, 385-395.
10. Li E.: Chromatin modification and epigenetic reprogramming in mammalian development. Nat. Rev. Genet., 2002, 3, 662-673.
11. Wójcik C.: Znaczenie metylacji DNA u Eukariotów. Postępy Biologii Komórki, 1993, 1, 3-23.
12. Richards E.J., Elgin S.C.: Epigenetic codes for heterochromatin formation and silencing: rounding up the usual suspects. Cell, 2002, 108, 489-500.
13. Horsthemke B., Dittrich B., Buiting K.: Imprinting mutations on human chromosome 15. Hum. Mutat., 1997, 10, 329-337.
14. Buiting K., Lich C., Cottrell S., Barnicoat A., Horsthemke B.: A 5-kb imprinting center deletion in a family with Angelman syndrome reduces the shortest region of deletion overlap to 880 bp. Hum. Genet., 1999, 105, 665-666.
15. Perk J., Makedonski K., Lande L., Cedar H., Razin A., Shemer R.: The imprinting mechanism of the Prader-Willi/Angelman regional control center. Embo. J., 2002, 21, 5807-5814.
16. Haruta M., Meguro M., Sakamoto YK. i wsp.: Narrowed abrogation of the Angelman syndrome critical interval on human chromosome 15 does not interfere with epigenotype maintenance in somatic cells. J. Hum. Genet. 2005, 50, 124-132.
17. El-Maarri O., Buiting K., Peery E.G. i wsp.: Maternal methylation imprints on human chromosome 15 are established during or after fertilization. Nat. Genet., 2001, 27, 341-344.
18. Bielinska B., Blaydes S.M., Buiting K. i wsp.: De novo deletions of SNRPN exon 1 in early human and mouse embryos result in a paternal to maternal imprint switch. Nat. Genet., 2000, 25, 74-78.
19. Rougeulle C., Cardoso C., Fontes M., Colleaux L., Lalande M.: An imprinted antisense RNA overlaps Ube3A and a second maternally expressed transcript. Nat. Genet., 1998, 19, 15-16.
20. Runte M., Huttenhofer A., Gross S., Kiefmann M., Horsthemke B., Buiting K.: The IC-SNURF-SNRPN transcript serves as a host for multiple small nucleolar RNA species and as an antisense RNA for Ube3A. Hum. Mol. Genet., 2001a, 10, 2687-2700.
21. Rougeulle C., Lalande M.: Angelman syndrome: how many genes to remain silent? Neurogenetics, 1998, 1, 229-237.
22. Bressler J., Tai T-F., Wu M-Y., Tai S-F., Ramires M.A., Armstrong D., Beaudet A.L.: The SNRPN promotor is not required for genomie imprinting of the Prader-Willi/Angelman syndrome region in mice. Nat. Genet., 2001, 28, 232-240.
23. Le Meur E., Watrin F., Anders M., Sturny R., Lalande M., Muscatelli F.: Dynamic developmental regulation of the large non-coding RNA associated with the Mouse 7C imprinted chromosomal region. Dev. Biol., 2005, 286, 587-600.
24. Landers M., Calciano M.A., Colosi D., GATT-Deeley H., Wagstaff J., Lalande M.: Maternal disruption of Ube3A leeds to increased expression of Ube3A-ATS in trans. Nucleic Acids Res., 2005, 33, 2976-3984.
25. Buiting K., Farber C., Kroisel P. i wsp.: Imprinting centre deletions in two PWS families: implications for diagnostic testing and genetic counseling. Clin. Genet., 2000, 58, 284-290.
26. Rakyan V.K., Blewitt M.E., Druker R., Preis J.I., Whitelaw E.: Metastable epialleles in mammals. Trends Genet., 2002, 18, 348-351.
27. Buiting K., Gross S., Lich C., Gillessen-Kaesbach G.,
el-Maarri O., Horsthemke B.: Epimutations in Prader-Willi and Angelman syndromes: a molecular study of 136 patients with an imprinting defect. Am. J. Hum. Genet., 2003, 72, 571-577.
28. Reik W., Dean W., Walter J.: Epigenetic reprogramming in mammalian development. Science, 2001, 293, 1089-1093.
29. Feil R., Khosla S.: Genomic imprinting in mammals: an interplay between chromatin and DNA methylation? Trends Genet., 1999, 15, 431-435.
30. Nazlican H., Zeschnigk M., Claussen U. i wsp.: Somatic mosaicism in patients with Angelman syndrome and an imprinting defect. Hum. Mol. Genet., 2004, 13, 2547-2555.
31. Orstavik K.H., Eiklid K., van der Hagen C.B. i wsp.: Another case of imprinting defect in a girl with Angelman syndrome who was conceived by intracytoplasmic semen injection. Am. J. Hum. Genet., 2003, 72, 218-219.
32. Saitoh S., Buiting K., Rogan P.K. i wsp.: Minimal definition of the imprinting center and fixation of chromosome 15q11-q13 epigenotype by imprinting mutations. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1996, 93, 7811-7815.
33. Malzac P., Webber H., Moncla A. i wsp.: Mutation analysis of Ube3A in Angelman syndrome patients. Am. J. Hum. Genet., 1998, 62, 1353-1360.
34. Knoll J.H., Nicholls R.D., Magenis R.E., Graham J.M. Jr., Lalande M., Latt S.A.: Angelman and Prader-Willi syndromes share a common chromosome 15 deletion but differ in parental origin of the deletion. Am. J. Med. Genet., 1989, 32, 285-290.
..............................................................................................................................................................
Adres do korespondencji:
Agnieszka Szpecht-Potocka
Zakład Genetyki Medycznej
Instytut Matki i Dziecka
ul. Kasprzaka 17a, 01-211 Warszawa
aspotocka@o2.pl





