Cystische Fibrose (CF) - Einführung, Pathogenese - Klinik - Genetik, Mutationen - Wiederholungsrisiko - Gentherapie

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1 Cystische Fibrose (CF) - Einführung, Pathogenese - Klinik - Genetik, Mutationen - Wiederholungsrisiko - Gentherapie

2 CF Inzidenz Frequenz Diagnose Mutation 1/3300 Lebendgeburten abhängig von Ethnizität >70% im 1. Lebensjahr 90% bis zum 8. Lebensjahr CFTR-Gen (CF transmembrane conductance regulator)

3 Funktion CFTR H 2 O Na + Cl - 1. apikaler Cl - - Kanal 2. reguliert andere apikale Kanäle normal CF-Zelle

4 bronchialer CFTR et al. Adenosin ORCC CFTR ENAC P 2 Y 2 KCNJ1 Na Adenosin + K + 2Cl - Na/K-ATPase

5 CFTR Proteinexpression Bronchien Pankreasgang Schweißdrüsen Intestinum Gallenwege Vas deferens

6 CF-Symptome Lunge 52% Gedeihstörung / Ernährungspr. 43% Mekonium-Ileus 21% CBAVD (congenitale bilaterale Aplasie vas deferens, Azoospermie) [Familienanamnese 17%]

7 CF- Symptome Nasen-Sinus: Sinusitis Polypen Lunge Atemwegs-Obstr. Bronchiektasen Pneumothorax Haut [Cl] - im Schweiß Leber Gallengangsstau Pankreas Enzymdefizienz Diabetes Intestinum Mekoniumileus DIOS Rektumprolaps Infertilität CBAVD

8 CF - Diagnose Klinik (Familienanamnese) Schweißtest: [Cl - ] 5% falsch negativ nasale Potentialdifferenz Genotypisierung

9 CF - Diagnose pränatal Ultraschall: echodichter Darm, Mekonium-Peritonitis Genotypisierung Chorionzottenbiopsie SSW Amniozentese SSW

10 Vererbungsmodus CF? A B C D E autosomal dominant autosomal rezessiv X-chromosomal mitochondriale Vererbung multifaktoriell

11 Definition Allele - verschiedene Variationen eines Gens/ DNA-Sequenz an einem definierten Locus der homologen Chromosomen Bevölkerung: bis zu mehrere 100 Allele ein Individuum: normalerweise 2 Allele

12 Definition Compound-Heterozygotie = kombinierte Het. an einem Genort (Locus) bei einer betroffenen Person zwei unterschiedlich mutierte Allele

13 CFTR-Gen, -Protein 5 3 Exon Intron N C Glykosylierung Zellmembran Cytoplasma Transmembran Segmente Nukleotid- Bindestelle R Domäne

14 CFTR-Gen, -Protein Cl -

15 Ø Protein- Faltung Leitungsdefekt Fehlregulation Ø Protein RNA Umsatz Protein

16 Mutationsklassen CFTR-Gen Cl - Cl - Cl - Cl - Cl - Cl - Wt CFTR Protein Ø Protein Ø Transport Ø Funktion Funktion Protein Protein- Stabilität G542X I II III IV V VI ΔF508 G551D R117H A>G ΔF508

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18 Mutationen M stumme M konservative M frame shift M nonsense M Ø Aminosäure-Austausch DNA-Polymorphismus? Ø Funktionsänderung im Protein geänderter Leserahmen vorzeitiger Translationsstop

19 CF-Inzidenz Canada 1:900-1:2500 Germany 1:3300 Finland 1:15000 USA Eur. 1:2500 African 1:15000 Latin 1:10000 Native 1:10500 Ireland 1:1400 Portugal 1:6000 Australia 1:2900 New Zealand 1:3200

20 Detektionsraten von CFTR-M

21 Anteil F508-M Population ΔF508 (%) Population ΔF508 (%) Belgien 75 Israel 32 Bulgarien 65 Libanon 35 Kreta 46 Niederlande 74 Czech. Republik 70 Norwegen 67 Dänemark 87 Polen 66 Estland 64 P Faro/Beja 68 Finnland 46 P Lissabon 48 D Niedersachsen 80 Russland 62 D Rheinland-Pfal 52 Slovakei 56 GR Pelopones/Attica 57 SP Extremadura 46 GR Thesalia/Macedonien 67 SP Baskenland 71 Ungarn 44 Schweden 73 I Friaul 37 Schweiz 43 I Umbrien 68 Tunesien 18 Irland Republik 73 Türkei 27 Nordirland 62 Ukraine 54

22 WT- und ΔF508- Interactome

23 CFTR-M

24 CFTR-M >2000 M bekannt 100 M bei D-stämmigen Betroffenen D-Population: 7 M mit Frequenz 1% > 50% Betroffene in D F508 homozygot DNA-Sequenzanalyse

25 CF M database (2016) M-Typ n Frequenz % missense frame shift Spleiß nonsense in frame in/del 41 2 große in/del 52 3 Promotor 15 1 Sequenzvariation Unbekannt 129 6

26 M-Analysen compound heterozygot für missense M und 35ΔG Wildtyp...GAGCCAGATCT......ACACCCCCCAGGATC... mutiert C T 6xC 5xC homozygot 35ΔG Wildtyp mutiert...acaccccccaggatc... 6xC 5xC

27 Genotyp/Phänotyp Korrelation F508-homozygot Pankreasinsuffizienz Ø Genotyp/Phänotyp Korrelation bei Lungenbeteiligung

28 CF-Symptomatik: Variabilität durch genetic modifiers Lungen, Nebenhöhlen Infektion, Entzündung, Obstruktion Schweißdrüsen [Cl]-Konzentration im Schweiß Atemwegsobstruktion TGFB1, MBL2, EHF, APIP, Chr20q13.2, SLC6A14, SLC9A3 P. aeruginosa-infektion MBL2, DCTN4, SLC6A14 Leber Zirrhose Pankreas exokrine Dysfunktion, Diabetes, Pankreatitis Intestinum Mekonium-Ileus distale intestinale Obstruktion Fortpflanzung obstruktive Infertilität exokrine Insuffizienz Diabetes-Risiko, -Beginn TCF7L2, CDKAL1, CDKN2A/B, IGF2BP2 SLC26A9 intest. Obstruktionsrisiko MSRA, SLC6A14, SLC26A9, SLC9A3 BMI Chr1036.1, Chr5q14 CFTR-Genotyp genetic modifiers Umwelt-, Zufallsfaktoren

29 DNA-Test sequenzielles Vorgehen: erst häufige Mutationen testen (Kit) dann komplette Sequenzierung - (noch teuer) klinisches Bild berücksichtigen!

30 DNA-Diagnostik I Interpretation des DNA-Tests - Mutation oder Polymorphie? II Trias: Beratung DNA-Test Beratung - DD - pränatal (PID)

31 Gendiagnostik-Gesetz GenDG I II III IV Arztvorbehalt / prädikt. FA Humangenetik Einwilligung nach suffizienter Aufklärung Ergebnis nur an Ratsuchenden keine pränatale Untersuchung auf spät manifestierende Erkrankungen

32 ad Gendiagnostik- Gesetz (GenDG) - Aufklärung

33 Wiederholungsrisiko heterozygot heterozygot? Erkrankungsrisiko: 1/4 Anlageträger Anlageträger gesund Anlageträger krank 1/4 2/4 1/4

34 Wiederholungsrisiko? Die 20-jähr. klinisch unauffällige Schwester zweier Geschwister mit CF ist schwanger und fragt nach der Wahrscheinlichkeit, dass das Kind CF-betroffen sein wird. Die Familienanamnese des Kindsvaters ist leer hinsichtlich CF. Berechnen Sie die Wahrscheinlichkeit unter der Voraussetzung, dass 1 von Neugeborenen von CF betroffen ist.

35 Wiederholungsrisiko heterozygot heterozygot? Erkrankungsrisiko: 1/4 Anlageträger Anlageträger Risiko für Anlageträgerschaft: 2/3 gesund Anlageträger 1/3 2/3 klinisch unauffällig

36 Hardy-Weinberg-Gleichgewicht Populationsgleichgewicht: Verteilung in den Allelhäufigkeiten ändert sich nicht von einer Generation zur nächsten Genort mit 2 Allelen: Gameten der Eltern A (p) a (q) A (p) AA (p 2 ) Aa (pq) p 2 + 2pq + q 2 = 1 [AA] [Aa] [aa] a (q) Aa (pq) aa (q 2 )

37 Normalbevölkerung p 2 + 2pq + q 2 = 1 [AA] [Aa] [aa] Homozygoten-Frequenz 1: (q 2 ) q = 1:100 seltene Erkrankung p = 1 Heterozygoten-Frequenz 2pq = 2:100 = 1:50

38 Wiederholungsrisiko heterozygot heterozygot? Heterozygotenfrequenz 1/50 Risiko für Anlageträgerschaft: 2/3 Erkrankungsrisiko beim Kind: 2/3 x 1/50 x 1/4 = 1/300 ( 0,33%) Erkrankungsrisiko: 1/4

39 Präimplantationsdiagnostik (PID) Blastomerendiagnostik Alternative : Polkörperdiagnostik

40 Polkörper (PK) Eisprung 1. PK Fertilisation 2. PK 22h nach Spermien-Eindringen Polkörperchen enthält nur Anteile des mütterlichen Genoms

41 Therapie CF Lunge Pankreas Leber CBAVD physikalisch, antibiotisch, Transplantation Substitution, Diät, Vitamine symptomatisch in vitro-fertilisation

42 CFTR-Gen CFTR-Protein Alter (Jahre) Schweißtest NaCl im Schweiß 1. Schwangerschaft Erstbeschreibung CF

43 Therapie CF Potentiator: Ivacaftor Corrector: Lumacaftor Produktions- Corrector Ataluren

44 ethische Aspekte CF-Genetik DNA-Test erfordert kompetente humangenetische Beratung Screening problematisch Gen-Therapie: Prinzip Hoffnung

45 CF - Gentherapie

46 Gentherapie M.C.: Gentransfer mit rekombinanter DNA; Ø Erlaubnis; bestraft CF: Adenovirustransfer 1. klinische Studie 1. erfolgreiche Gentherapie: X-SCID China: Gendicine head + neck cancer Adrenoleukodystrophie Leber Amaurosis Hämophilie Retinitis pigmentosa Exon skipping Gentransfer in Tumor + ADA-SCID Behandlung JG: Ornitintranscarb- Amylase-Defizienz Adenoviren X-SCID Therapie: Lymphproliferat. Arthritis-Phase1/2 klin. Gentherapievers.? ß-Thalasämie Wiskott-Aldrich Syndrom 2012 in EU: LPL- Defizienz CRISPR hum. triploide Embryonen >2000 klinische Studien in >35 Ländern cursed or inching towards credibility?

47 Gentherapie wofür?

48 Stufenmodell zur Bewertung gentherapeutischer Eingriffe I Substitutionstherapie mit gentechnisch erzeugten Proteinen II Somatische Gentherapie für genetische Erkrankungen III Somat. Gentherapie für genet. Erkrankungen Ungeborener IV Keimbahn-Therapie für Erbfehler V Keimbahn-Therapie zur Krankheitsprävention (Infektionen) VI Keimbahn- Therapie für Risikofaktoren (Sterilität) VII Keimbahn- Therapie für Intelligenz, Aggressivität etc.

49 Ethische Probleme/Streitfragen Gentherapie Biosicherheit (Viren, public health, Datensicherheit ) in utero-gentransfer (größere Unsicherheiten, Gentransfer in die Keimbahn?) Forschung für Keimbahn-Gentransfer regulieren Tierexperimente (bei Keimbahn-Gentransfer) regulieren

50 Erwachsene CF (US) CF Lebenserwartung: bessere Behandlung, längeres Überleben

51 Erwachsene CF (US) CF Lebenserwartung: bessere Behandlung, längeres Überleben Diagnose bei Neugeborenscreening (%) Alter bei Diagnose (Jahre) Erwachsene 18 Jahre (%) mittleres Todesalter (Jahre)

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54 new drug (G551D: 4% der M) Nature 482, 145, 2012