Cytogenetics and Genomics Department

 

Χρωμοσωμικές ανωμαλίες ορίζονται ως oι οποιεσδήποτε αλλαγές στον αριθμό (αριθμητικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες) ή τη δομή των χρωμοσωμάτων (δομικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες).

 

Οι αριθμητικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες κατατάσσονται σε ανευπλοειδίες, όπως το σύνδρομο Down (Τρισωμία 21), και πολυπλοειδίες, όπως τριπλοειδίες, και τετραπλοειδίες. Οι δομικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες χωρίζονται σε 2 κατηγορίες, τις ισοζυγισμένες και τις μη ισοζυγισμένες. Στις μη ισοζυγισμένες περιλαμβάνονται οι αναδιατάξεις που οδηγούν σε αλλαγή στην ποσότητα του γενετικού υλικού όπως για παράδειγμα οι ελλείψεις και οι διπλασιασμοί και έχουν συνήθως επιπτώσεις στο φαινότυπο. Οι ισοζυγισμένες περιλαμβάνουν αναδιατάξεις που δεν προκαλούν προσθήκη ή απώλεια γενετικού υλικού. Παραδείγματα ισοζυγισμένων αναδιατάξεων είναι οι αναστροφές κατά τις οποίες ένα τμήμα του χρωμοσώματος αλλάζει φορά 180o και οι μετατοπίσεις όπου σημεία θραύσης σε χρωμοσώματα δημιουργούν τμήματα που μετατοπίζονται σε άλλα ομόλογα ή μη ομόλογα χρωμοσώματα (Εικόνα 1). Η πιο συχνή κατηγορία ισοζυγισμένων αναδιατάξεων είναι οι μετατοπίσεις. Το μεγαλύτερο ποσοστό φορέων με φαινομενικά ισοζυγισμένες μετατοπίσεις είναι φαινοτυπικά υγιείς. Ωστόσο συχνά συναντώνται και ανώμαλα φαινοτυπικά χαρακτηριστικά όπως νοητική υστέρηση, πολλαπλές συγγενείς ανωμαλίες και άλλες αναπτυξιακές ανωμαλίες. Επίσης, ισοζυγισμένες μετατοπίσεις μπορούν να μεταβιβαστούν στους απογόνους φορέων σε μη ισορροπημένη μορφή με αποτέλεσμα να γίνεται σύλληψη εμβρύων με ελλείμματα ή περίσσεια γενετικού υλικού ή να προκαλούνται πολλαπλές αποβολές.

 

 

 

Η διδακτορική μου διατριβή εκπονήθηκε στο Τμήμα Κυτταρογενετικής και Γονιδιωματικής του ΙΝΓΚ, υπό την επίβλεψη της καθηγήτριας Δρ. Καρολίνας Σισμάνη. Κύριο θέμα της διατριβής μου ήταν η λεπτομερής μελέτη φαινομενικά ισοζυγισμένων μετατοπίσεων χρησιμοποιώντας την πρωτοποριακή μέθοδο αλληλούχισης DNA «νέας γενεάς» (Next Generation Sequencing-NGS) σε οικογένειες φορέων φαινομενικά ισοζυγισμένων χρωμοσωμικών ανωμαλιών που παράλληλα παρουσίαζαν ποικίλα προβλήματα υγείας, όπως νοητική και ψυχοκινητική υστέρηση, επιληψία, δυσμορφίες κ.ά., τα οποία ωστόσο δε δικαιολογούνται από τη χρωμοσωμική ανωμαλία που φέρουν. Στη μελέτη συμμετείχαν επίσης ασθενείς με μη-οικογενείς/ μεμονωμένες φαινομενικά ισοζυγισμένες μετατοπίσεις ή και υγιείς φορείς με ιστορικό επαναλαμβανόμενων αποβολών.

 

Με τη μέθοδο αλληλούχισης DNA νέας γενεάς NGS, και συγκεκριμένα με αλληλούχιση ολόκληρου του γονιδιώματος (Whole Genome Sequencing, WGS), μελετήθηκαν με ακρίβεια τα σημεία θραύσης των γενετικών αυτών ανωμαλιών. Σκοπός ήταν η διερεύνηση των μοριακών μηχανισμών που οδήγησαν στη δημιουργία των ανωμαλιών αλλά και η ταυτοποίηση των γενετικών λαθών που δύνανται να αποτελούν πιθανά αίτια για την κλινική εικόνα του κάθε ατόμου.

 

Η μελέτη ξεκίνησε αρχικά στις οικογενείς μορφές των ισοζυγισμένων χρωμοσωμικών   μετατοπίσεων. Πιο συγκεκριμένα, μετά από λεπτομερή μελέτη όλων των πιθανών μηχανισμών που μπορεί να οφείλονται για τη διαφορετική κλινική εικόνα σε μέλη της ίδιας οικογένειας με πανομοιότυπες ισοζυγισμένες μετατοπίσεις, καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι οι δομικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες σε αυτές τις περιπτώσεις είναι συμπτωματικές και δεν συνδέονται με το φαινότυπο του ασθενή. Τα αποτελέσματα αυτά έχουν δημοσιευθεί στο επιστημονικό περιοδικό PLOS ONE (1). Συμπληρωματικές έρευνες, με τη μέθοδο αλληλούχισης όλων των εξωνίων του γονιδιώματος (Whole Exome Sequencing, WES), έδειξαν ότι σε αυτές τις οικογένειες η διαφορετική κλινική εικόνα οφείλεται σε παθογόνες γονιδιακές μεταλλάξεις που συμβαίνουν ανεξάρτητα από την κοινή ισοζυγισμένη χρωμοσωμική ανωμαλία και που παρατηρούνται αποκλειστικά στον ασθενή και όχι στους υγιείς γονείς (μη δημοσιευμένα αποτελέσματα).

 

Ακολούθως διερευνήθηκαν οι ασθενείς με μη-οικογενείς/ μεμονωμένες ισοζυγισμένες μετατοπίσεις. Σε αυτή την κατηγορία ασθενών, αντίθετα με την προηγούμενη, έχουμε καταλήξει στο συμπέρασμα ότι οι χρωμοσωμικές ανωμαλίες που φέρουν συσχετίζονται άμεσα με την κλινική τους εικόνα (2). Συγκεκριμένα, με τη μέθοδο WGS έχουμε ανακαλύψει επιπρόσθετες χρωμοσωμικές πολυπλοκότητες που δεν μπορούσαν να ανιχνευτούν με τις παραδοσιακές κυτταρογενετικές μεθόδους. Για παράδειγμα, σε ασθενή με νοητική υστέρηση βρέθηκε μία πολύπλοκη χρωμοσωμική αναδιάταξη με πολλαπλά σημεία θραύσης, κάποια από τα οποία επηρεάζουν το γονίδιο SOX5 (Εικόνα 2). Μεταλλάξεις και δομικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες στο γονίδιο αυτό έχουν αναφερθεί προηγουμένως σε ασθενείς με παρόμοια κλινική εικόνα. Σε άλλο ασθενή με απώλεια ακοής, ανακαλύψαμε ότι ένα εκ των δύο σημείων θραύσης της μετατόπισης που έφερε βρισκόταν 87 κιλοβάσεις μακριά από το γονίδιο POU3F4 , το οποίο είναι γνωστό να προκαλεί φυλοσύνδετη υπολειπόμενη κώφωση. Ουσιαστικά η μετατόπιση απομάκρυνε το γονίδιο POU3F4 από σημαντικούς ενισχυτές, επηρεάζοντας έτσι τη ρύθμιση της γονιδιακής του έκφρασης.

 

 

 

Τέλος, σε υγιείς φορείς φαινομενικά ισοζυγισμένων μετατοπίσεων και ιστορικό επαναλαμβανόμενων αποβολών βρέθηκαν στα σημεία θραύσης γονίδια που δεν προκαλούν κάποια ασθένεια. Παρόλα αυτά, ανακαλύψαμε σε μία περίπτωση, που έχει δημοσιευτεί στο επιστημονικό περιοδικό Molecular Cytogenetics (3), επιπρόσθετο σημείο θραύσης που έχει ως αποτέλεσμα να αυξάνει την πολυπλοκότητα της μετατόπισης καθώς και το ρίσκο για μεταβίβαση μη ισοζυγισμένων χρωμοσωμικών ανωμαλιών σε επόμενες εγκυμοσύνες.

 

Συνοπτικά, η μέθοδος αλληλούχισης DNA «νέας γενεάς» που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη αυτή αποδείχτηκε εξαιρετικά αποτελεσματική για σκοπούς λεπτομερούς εξέτασης όλων των ισοζυγισμένων χρωμοσωμικών ανωμαλιών ανεξάρτητα από τα εμπλεκόμενα χρωμοσώματα. Σε ασθενείς με οικογενείς ή μη-οικογενείς/ μεμονωμένες φαινομενικά ισοζυγισμένες μετατοπίσεις έχουμε ανακαλύψει τους εμπλεκόμενους μοριακούς μηχανισμούς για την κλινική εικόνα του κάθε ατόμου. Επιπρόσθετα, σε υγιείς φορείς έχουμε αποδείξει τη σημαντικότητα του πλήρους χαρακτηρισμού της πολυπλοκότητας των μετατοπίσεων καθώς αυτή έχει αντίκτυπο στη πρόβλεψη του ρίσκου μη-ισοζυγισμένων εμβρύων και ανωμαλιών σε μεταγενέστερες εγκυμοσύνες. Κατά συνέπεια, τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής έχουν μεγάλη σημασία για την καλύτερη πρόβλεψη ασθενειών που μπορεί να προκύψουν, καθώς και στην καλύτερη προγεννητική διάγνωση και κλινική συμβουλευτική σε άτομα που φέρουν φαινομενικά ισοζυγισμένες μετατοπίσεις.

 

 

 

 

Κωνσταντία Αριστείδου

Μεταδιδακτορική φοιτήτρια Σχολής Μοριακής Ιατρικής Κύπρου

Τμήμα Κυτταρογενετικής και Γονιδιωματικής