44.1

44. genetika a biologie hemoglobinopatií

            Jde o jedny z nejčastějších dědičných onemocnění ve světě. Charakterizuje je jednak změna tvorby celého globinového řetězce nebo syntéza abnormálního globinového řetězce. Zvýšený výskyt talasemie a srpkovité anémie pozorujeme v oblastech s výskytem malárie. Heterozygotní formy totiž poskytují určitou ochranu proti malarické infekci.

            Mutace hemoglobinu – mutace beta genu postihují u heterozygotů 50 % řetězců hemoglobinu; mutace alfa genu postihuje jen 25 % molekul, ale projevují se již před narozením. Dědičné choroby způsobené poruchou tvorby hemoglobinu můžeme rozdělit na:

Choroby s poruchou struktury řetězce globinu – způsobující hemolytické anémie – srpkovitá anémie, nestabilní hemoglobiny; snižující schopnost hemoglobinu přenášet kyslík – methemoglobinemie.

Choroby s poruchou syntézy řetězce globinu – thalasemie.

            Mechanismus vzniku – popsáno okolo 250 různých strukturních mutací hemoglobinu – 2/3 z nich postihují ß-řetězec, necelá 1/3 alfa-řetězec. Substituce jedné baze – změna AMK ve struktuře hemoglobinu (HbS). Dvě substituce v různých kodonech – mění dvě AMK (HbC Harlem). Délka řetězce hemoglobinu může být zkrácena delecí nebo naopak prodloužena mutací stop kodonu. Inekvální crossing-over – př. Hb-Lepore – non-alfa-řetězec vznikl rekombinací prvé části DNA delta-řetězce a druhé části beta-řetězce.

            Choroby se změnou struktury řetězce globinu

                       Poruchy struktury hemoglobinu podmiňující hemolytické anémie

Srpkovitá anémie – jedná se o těžkou autozomálně recesivně dědičnou hemolytickou anémii, spojenou s poruchami prospívání, zvětšení sleziny a „krizemi“ – ty jsou vyvolány ucpáním kapilár erytrocyty v končetinách, ve slezině a v plicích. Bez patřičné lékařské péče je choroba letální. Heterozygoti jsou klinicky zdraví (nebo mají velmi malé klinické projevy), při vyšetření jeví pouze část erytrocytů srpkovitost.

Mutace je způsobena záměnou AMK v polypeptidu v ß-globinovém řetězci (bodová mutace). Na šesté pozici je zařazen valin místo kys. glutamové. Změněný hemoglobin označujeme jako HbS. Příčinou záměny je změna jednoho nukleotidu (A-T) v tripletu GAG, která způsobí změnu isoelektrického bodu hemoglobinu. Při snížení parciálního tlaku kyslíku (tedy při vzniku deoxyhemoglobinu) se molekuly HbS agregují do tyčkovitých polymerů, zmenší plasticitu a zvýší fragilitu erytrocytů. Srpkovité erytrocyty hůře procházejí kapilárami, mohou je ucpat a vyvolat lokální hypoxii a infarkt. Při průchodu plícemi a oxygenaci se tvar opět upravuje, ale za nějaký čas se fixuje patologický srpkovitý tvar (ireverzibilně srpkovité erytrocyty).

Následky – stagnace krve – hypoxie, agregace krvinek v cévách – ischemie a infarkty, zvýšená destrukce krvinek ve slezině – anémie.

Klinický obraz – hemolytická anémie, zmenšená slezina, motorické a sensorické poruchy, poruchy zraku, plicní mikroinfarkty – bolesti na hrudníku, plicní hypertenze, bolesti svalů, náhlé záchvaty silných dlouhotrvajících bolestí kostí a svalů. V Africe odolnost vůči malárii.

Hemoglobin C – místo kys. glutamové je lysin. Mutace je podmíněna záměnou G za A (GAG – AAG). HbC je méně rozpustný a krystalizuje v erytrocytech. Příznaky hemolytické anémie jsou shodné se srpkovitou anémií.

Hemoglobinopathie ovlivňující schopnost hemoglobinu přenášet kyslík – tyto mutace jsou příkladem mechanismu změny funkce proteinu. Stabilita a syntéza hemoglobinu nejsou těmito mutacemi ovlivněny.

Methemoglobiny (HbM) – mutace postihuje místo vazby globinu a hemu, tzv. hemovou kapsu. Je tak ovlivněno působení reduktáz na vazbu železa a kyslíku (mutace vede ke změně oxidačního čísla Fe²⁺ na Fe³⁺, které neváže kyslík). Fyziologicky se HbM v malé míře vytváří, ale je redukován methemoglobinreduktázou. U HbM Hyde Park je v ß-globinovém řetězci nahrazen histidin tyrosinem. Důsledkem je pevnější vazba kyslíku na železo a pomalé uvolňování kyslíku reduktázou ve tkáních. Heterozygoti jsou cyanotičtí, ale bez známek nedostatku kyslíku. Homozygoti nejsou známi, kombinace je zřejmě časně letální.

            Choroby s poruchou syntézy řetězce globinu – thalasemie – thalasemie jsou nejčastější monogenně dědičná onemocnění (AR). Jde o heterogenní skupinu chorob s poruchou syntézy alfa-globinového řetězce (alfa-thalasemie) nebo ß-globinového řetězce (ß-thalasemie). Druhý řetězec se syntetizuje v normálním množství, a protože je v relativním nadbytku, precipituje v erytrocytech a způsobuje jejich předčasnou destrukci a prohlubuje hypochromní anemii. Heterozygoti thalasemie jsou odolnější vůči malárii.   

Alfa-thalasemie – onemocnění je způsobeno poruchou tvorby alfa-globinového řetězce, je poškozena tvorba fetálního i dospělého hemoglobinu. Místo HbA se tvoří hemoglobin ze čtyř řetězců gama nebo čtyř řetězců beta – tyto tetramery nejsou schopné přenášet kyslík. Anémie je mikrocytární, hypochromní, s extravaskulární hemolýzou a splenomegalií, v těžkých případech plod trpí nedostatkem kyslíku. Nejčastější příčinou jsou delece. Přítomnost dvou identických genů alfa na 16. chromozomu zvyšuje pravděpodobnost inekvální synapse. Následným crossing-overem vzniká triplikace genu alfa na jednom chromozomu a delece na druhém. V genotypu jsou dva geny (čtyři alely) pro alfa-globinový řetězec, stupeň závažnosti onemocnění odpovídá počtu postižených alel: delece jedné je bez klinických příznaků, delece dvou podmiňuje thalasemii minor a mírnou anemii, delece 3 alel – těžká hemolytická anemie s tvorbou nestabilního HbH, delece 4 je letální v průběhu intrauterinního vývoje.

ß-thalasemie – vyvolává anémii po 3. měsíci života (změna HbF – gama-řetězec na HbA – ß-řetězec). Nadbytek alfa řetězců poškozuje erythroidní buňky a ty se rozpadají již v kostní dřeni, při úplném chybění ß-řetězců se v krvi vyskytují HbF (alfa-gama) a HbA2 (alfa-delta). ß-řetězec může být syntetizován nedostatečně nebo vůbec. Může být způsobena mutací promotoru (Japonsko), delecí části ß-globinového genu (Indiáni), fúzí řetězců (Itálie), mutací sestřihového místa mRNA a vznikem nového sestřihového místa (Afrika), mutací místa čepičky (Asie), poruchou polydenylace konce mRNA (Afrika), vytvořením stop kodonu (středomoří) nebo přesunem čtecího rámce (Indiáni).