M17

Zellschädigung durch Substratmangel / Überschuss, mechanische Einflüsse, physikalische / chemische Einflüsse, Pathogene / Immunzellen

=> Einschränkung / Verlust zellulärer Funktionen, Veränderte Molekülstruktur, Veränderte Zellform, Organellenstruktur + EZM

Hauptangriffspunkt: Zellmembran: Durch bakterielle Toxine, CD8 T Zellen, ROS, Hypoxie / Ischämie, ATP Mangel, Calciumüberschuss
=> Abspaltung freier FS (Calcium), gestörte Interaktion von PL (Toxine), Peroxidation mehrfach ungesättigter FS (OH Radikale), Porenbildung (Bakterien, IS), Verlust von Zell Matrix Kontakten (ATP Mangel)

ATP Mangel -> Zell Matrix Kontakte sinken (Polymerisation / Depolymeristation von Aktin ist ATP abhängig => Auflösung => Lösen extrazellulärer Integrin Kollagen Kontakte => Membranbläschen
Osmotische Lyse dúrch ATP Verarmung: Hemmung Na / K ATPase => Zusammenbruch Na / K Gradient => Membranpotential = 0 => Passiver Cl Einstrom => Zelluläre Osmolarität erhöht => Permanenter Wassereinstrom => Schwellung, Lyse

Genom: Strahlung (UVA + B), chemische Noxen, Viren
=> Dimerisierung (T, C, U, UV Strahlung), Basenmodifikation (OH Radikal), Apurinierung -> Einzelstrangbruch (radioaktive Strahlung, O Radikale, alkylierende Xenobiotika / Nitrosamine), Interkalation, Rastermutation (Zytostatika, Polyaromatische Kohlenwasserstoffe)

Mitochondrien: Hypoxie (ATP sinkt, Calcium steigt), ROS

Zellschädigung durch Störung der Calciumhomöostase: Verminderter Rücktransport des zytosolischen Calciums -> Natrium steigt durch Erhöhung des Natrium / Protonen Antiporters bei Azidose, ATP sinkt bei Hypoxie und Ischämie
=> Calciumüberladung des Mitochondriums (Energiemangel -> Calciumerhöhung -> Übergangspore -> Cytochrom C -> Apoptose)
=> Natrium Calcium Antiport beeinträchtigt bei Energiemangel (~ Natrium Protonen Antiport)
Cytochron C -> APAF1 -> Apoptosom -> Aktiviert Caspase 9
Normaler ATP ADP Austauscher -> Unspezifische Membranpore

Apoptose: Reguliert, Zellschrumpfung, Chromatin Kondensation, Moleküle verpackt in extrazellulären Vesikeln, ATP abhängig
Nekrose: Zellschwellung -> Osmotische Lyse, Freisetzung von Zellmaterial, ATP unabhängig

Genom + Stoffwechsel: Genetisch bedingte / begünstigte Stoffwechselerkrankungen

=> G6PD Mangel: Hämolytische Anämie (NADH Mangel als oxidatives Schutzsystem im Ery)
=> Monogen

Polygen: Schwer Abschätzbar, Risikoberechnung, Genassoziation

Genetische Variabilität von Enzymen des Fremdstoffwechsels (Pharmokokinetik)
=> CYP2D6 Polymorphismus: Unterschiedliche Metabolisierung individuell (Toxische Dosis, Effektive Dosis => Medikament einer bestimmten Dosierung liegt bei jedem anders, teilweise auch unter effektiver Dosis)

Stoffwechsel -> Genom: Schutz des Genoms (Methylierungen, ROS Eliminierung, Bausteine + Energie für DNA / RNA)
=> C1 Stoffwechsel (SAM, C1 Tetrahydrofolsäure -> Transkriptionskontrolle, Epigenetik, Histonmethylierung, DNA Methylierung, Basensynthese)
=> Methionin ständig durch Methyl FH4 regeneriert => THF Mangel kann zur Akkumulation von DNA Schäden führen
NAD Synthese -> DNA Reparatur (ADP Ribosylierung, Substrat)
Ox PPW (NADPH2) + GSH Synthese (Gluthation) => DNA Schutz (Anti Oxidativ)
Purin / Pyrimidinsynthese (A, G, C, T, U) -> DNA Replikation, RNA Synthese

IS -> Stoffwechsel: Regulation des Stoffwechsels durch inflammatorische Zytokine
Proinflammatorische Zytokine (IL6, 1, TNF alpha, IF gamma, TGF, IL8) -> JAK STAT Signalweg
Leberproteine (Akute Phase Proteine) statt Albumin
Veränderter Stoffwechsel der Beta Zellen (ATP Spiegel sinkt, stark verminderte chronische Insulinsekretion, verminderte stimulierte Insulinsekretion) => Entzündung begünstigt Entstehung einer Insulinresistenz

Stoffwechsel -> IS: Metabolisch induzierte Immunreaktion (Immunmetabolismus)
PRR / TLR stimuliert durch gesättigte FS (Plamitat, bei Insulinresistenz, gesteigerter Lipolyse) => (chronische) Inflammation

IS -> Genom: Erkennung von genetisch defekten / strukturell geschädigten Zellen durch IS
=> T Zell vermittelte AUtoantigenität bei DM IA
=> Kreuzpräsentation eines Proteins einer beta Zelle auf MHC I + II + Gefahrensignal (Virusinfektion, Nahrungstoxin -> Aktivierung CD4 Zelle -> IL2, IFN Gamme -> Aktivierung CD8 Zelle, Granulozyten -> ROS, IL 1 beta, TNF alpha

Genom -> IS: Genetisch bedingte Derfekte von Immunzellen, Polymorphismus des HLA Systems

(familiäre Häufung von Krankheiten, syndromales Krankheitsbild, gehäufte Aborte, angeborene Fehlbildungen, junges Erkrankungsalter)

Typische Anlässe für eine humangenetische Beratung:
Kind mit vermutlich genetisch bedingter Erkrankung
Familienangehöriger mit vermutlich genetisch bedingter Erkrankung
Va genetisch bedingte Erkrankung bei Ratsuchendem selbst
Wiederholte Aborte / pränatale Auffälligkeiten

Risiken bei SS (Teratogene / Mutagene Einflüsse), Blutsverwandtschaft, Störung der Fertilität

Ablauf: Freiwillige Teilnahme, Ziele + Vorgehensweise vorab informieren
=> Klärung persönlicher Fragstellstung, Stammbaumanamnese, Bewertung vorliegender Befunde, körperliche Untersuchung (wenn von Belang), genaue medizinisch-genetische Diagnose, Genetische / andere diagnostische Untersuchungen, Beratung über Risiko / Prognose, ausführliche Beratung über Bedeutung für Familien / Lebensplanung

Multifaktorielle Erkrankung: Gene nicht determinierend, nur disponierend

Spezifische Tests: Molekulare Gendiagnostik
Voraussetzungen: klinische Verdachtsdiagnose, Gen mit pathogener Mutation bekannt, keine große Lokusheterogenität, vertretbarer Aufwand
Untersuchung von EDTA Blut, Speichel / Mundschleimhaut, Hautbiopsie, Haarzwurzel, Fruchtwasser, Chorionzotten, Paraffin eingebettetes Gewebe

Sequenzierung:
Nach Sanger: DNA Isolation, Amplifikation mittels PCR, Sequenzierreaktion, Analyse
=> Ultimativer Test zur Bestimmung des Genotyps, eindeutige Mutationsdetektion, erkennt homo + heterozygote Mutationen
=> Vorherige Amplifikation notwendig, maximale Leselänge 300-600bp, nur partiell automatisierbar, relativ teuer
=> Erkennt nicht Variationen in Kopiezahl => Ungeeignet zur Erkennung größerer Deletionen / Dupliaktionen, nicht global => nur spezifisch, Veränderung muss interpretiert werden
=> Aus mol Veränderung lässt sich nicht zwangsläufig Pathologie / Prognose herleiten
=> Achondroplasie

Molekulare Zytogenetik (FISH): Spezifischer Test (Mikrodeletionssyndrome)
=> Prader Willi Syndrom, Williams Beuren Syndrom
=> Floureszenz in situ Hybridisierung

Zytogenetik: Globaler Test
Veränderte Anzahl ganzer Chromosomensätze, Veränderung einzelnder Chromosomen: Aneuplodie: Nullisomie, Monosomie, Trisomie, Tetrasomie (bei Fehlverhalten der Chromosomen in der Zellteilung bei der Keimzellausbildung / Körperzellen)
=> Karyogramm
=> Trisomie 21, Balancierte Robertsonsche Translokation
=> Detektion von chromosomalen Aberationen, Tri, Monosomien, Translokation, Inversion, Duplikation, Deletion; ungezielte genomweite Suche, aufwendig / lebende Zellen notwendig, auch Mosaikdetektion
Problem: Auflösungsgrenze
=> Standardverfahren bei pränataler Diagnostik

Genetische Labordiagnostik

Spezifisch (mit Verdacht):
Genmutation -> Sequenzierung, Deletion / Duplikation -> FISH, Trisomie etc -> Zytogenetik, Erkrankungsgruppen -> Gene Panels
Global (Suchtest): Deletion / Duplikation -> Array CGH, Trisomie, Translokation, Inversion… -> Zytogenetik, Genom Sequenzeirung -> Next Generation Sequencing

Array CGH: Globaler Test
Comperative Genom Hydridisierung Microarray von gespotteter BAC DNA / Oligo Array => Hybridisierung von Floureszenz markierter DNA -> Scan und Berechnung von Profil
=> Gewinn / Verlust genomisches Material / Normal
=> Hochauflösende Detektion von Duplikation / Deletionen, ungezielte genomweite Suche, technisch einfach, hocheffizienzt, nur DNA benötigt, Detektion von Trisomien + kleinere Duplikationen, Detektion aller bekannten Mikrodeletionssyndrome
=> Keine Erkennung balancierter Veränderungen / Mosaike
=> Standardverfahren für unklare Fälle, ersetzt postnatale Zytogenetik

Next Generation Sequencing: Globaler Test
=> Keine Amplifikation durch PCR, sondern Anreicherung von DNA Fragmenten
=> Anreicherung zB aller Exons -> DNA Pool aller Gene -> Next Gen Sequencing -> Informatische Auswertung
=> Sequenzierung großer DNA Mengen => Gene Panels (Alle Gene, in denen Mutationen eine Krankheit verursachen können), Whole Exome, Whole Genome

Zeichen genetisch bedingter Erkrankungen: Selten (<1/2000), in ihrer Vielfalt aber häufig!

Beginnen meist früh / angeboren
Charakteristische Erscheinungsbilder
Achondroplasie: Autosomal dominant => Kleinwuchs
Mentale Retardierung: Vielfältige Ursachen, autosomal rezessiv / dominant / X Chromosomal, heterogen,
Konsanguinität erhöht das Risiko für rezessive Erbleiden!
Marfan: 1:5-10k, Autosomal dominant, Bindegewebserkrankung (Fibrillinmutation), reduzierte Penetranz
Muskeldystrophie Duchenne: X Chrom rez, 1:5k, progressive Muskelschwäche

Stammbaum, auffällig: Chromosomale Abnormalität, autosomal dominante Erkrankung (Volle / eingeschränkte Penetranz), autosomal rezessiv, X gekoppelte Erkrankungen, Mitochondrial (Maternal), multifaktoriell, Nicht genetisch

Gene vs Umweltfaktoren => Monogen, Komplex / Polygen

Vor der Beratung: Vollständige körperliche Untersuchung, Erkennen von großen / kleinen Fehlbildungen / Anomalien, Mustererkennung, Syndromassoziation => Diagnose
=> Augen, Ohren
Komplexe Phänotypen, Beteiligung mehrerer Organsysteme

Stoffwechsel: Gesamtheit chemischer Reaktionen + Transportprozesse => Großes, reguliertes Reaktionsnetzwerk

Zufluss -> Substrat -> Intermediatsubstrate, Enzyme -> Produkt
S über V0 zu S1…., SN über VN zu P => Reaktionsgeschwindigkeiten, Umsatzrate, Fluß ~ Enzyme

Stoffwechseldefekt: Physiologisch inadäquater (verminderter, erhöhter) Stoffumsatz
=> Störung mindestens eines Reaktionsschrittes
Durch: Verminderte Enzymaktivität (Erhöht, erniedrigt), durch Regulationsstörung von Synthese /Abbau oder Enzymdefekt (Genetisch, chemische Modifizierung)
oder Co Substratmangel (Zufuhr, Aufnahme): Vitaminmangel / Spurenelementmangel

Genetische Enzymdefekte sind selten

Genetisch bedingte Enzymdefekte => Fehlgefaltetes Protein (Enzym, Transporter), Veränderte kinetische Eigenschaften => Aggregation, erhöhter proteolytischer Abbau
Fehlende mikroRNA -> Verringerte Stabilität mRNA => Verminderte Konzentration
Genetische Enzymdefekte va autosomal rezessiv

=> Akkumulation + toxische Defekte auch in anderen Organen + Erniedrigung der Folgeprodukte + Funktionsverlust
Negativer Feedback durch Produkt fällt weg -> Produktion steigt zusätzlich

Schweregrad ~ kinetische Eigenschaften des defekten Enzyms (Vmax (Reagiert bei niedriger Substratkonzentration, aber mit verringerter Geschwindigkeit) / Km (Reagiert ab größerer Substratkonzentrationen, kann aber bei Anreicherung normales Vmax erreichen))

~ Position des defekten Enzyms im Netzwerk
=> Essentiell / nicht essentiell für Produktbildung (Exisitieren Umgehungswege?)
~ Restaktivität des defekten Enzyms: Defektes Enzym wird häufig erst unter Beanspruchung des Stoffwechselweges flusslimitierend

~ Gewebespe

zifische Expression des defekten Enzyms => Alternatives Splicing: Mutiertes Exon wird nicht bei jeder Isoform im Körper exprimiert (PBG Desaminase unbetroffen in Erythroider Variante)

Kausale Therapie entspräche Gentherapie => Heute noch nicht ganz ungefährlich, viele Risiken

=> Erschaffen weiterer Mutationen, Krebsrisiko

Ungerichtete Integration der therapeutsichen Gensequenz in die Zielzelle => Funktionsbeeinträchtigung, schwere Erkrankung

Immunsystemaktivierung

Mobilisierung der Gensequenz durch Wildtypvirus