Inimese molekulaargeneetika uurimisgrupp - näituse materjal 2010

BIOTEHNOLOOGIA ÕPPETOOL
Inimese molekulaargeneetika uurimisgrupp
Vererõhu ja viljakusega seotud DNA lõikude
tuvastamine ja uuringud
Uurimissuuna juht: prof Maris Laan
Uurimisrühma kuuluvad: (fotol esimeses reas) Margus Putku, Rait Kivi, Siim Sõber,
(fotol teises reas) Laura Kasak, Yanina Timasheva, Elin Org, Tiina Rebane, Gudrun Veldre,
Marina Grigorova, Maris Laan, Katrin Kepp, Piret Kelgo, Kärt Tomberg, Liis Uusküla,
(fotol tagaplaanil) Pille Hallast, Jaana Männik, Liina Nagirnaja, Kristiina Rull, Peeter Juhanson
Inimesegeneetikute tähelepanu on viimase kümne aasta jooksul nihkunud monogeensete haiguste (ühe
geeni ühest mutatsioonist põhjustatud haigused) uurimiselt komplekstunnuste ja -haiguste geneetilise
tausta selgitamisele. Tegelikult on peaaegu kõik füsioloogilised, anatoomilised, käitumuslikud jne omadused
komplekstunnused ning suurem osa meid kimbutavatest tõbedest komplekshaigused. Nende
avaldumine sõltub pärilikkuse “kokkumängust” inimese elustiiliga (näiteks toitumis- ja liikumisharjumu-
sed, suitsetamine jne) ning keskkonna faktoritega (näiteks nakkused, elukeskkonna puhtus, stress jne)
(Joonis 1). Näidetena komplekstunnustest on inimese antropomeetrilised omadused; naha-, silma- ja
juuksevärv; vererõhk ja vereseerumi lipiidide/hormoonide tase, aga ka isiksuseomadused ja viljakus.
Üldlevinud kompekshaiguste näiteks on kasvajad, südameveresoonkonna ja neuroloogilised haigused,
allergiad, viljatus.
Joonis 1. Komplekstunnused kujunevad pärilikkuse, elustiili ning erinevate välistegurite koostoimel
Meie uurimisrühma huvi on suunatud
nende DNA lõikude ja
geenide mitmekülgsele analüüsile,
mis vastutavad kahe üliolulise rolli
eest organismis: inimese viljakuse
ja südameveresoonkonna toime
regulatsiooni eest.
Teadustöö teemad:
• Vererõhu regulatsiooni ja südameveresoonkonna haiguste (SVH) geneetika: “kandidaat” geenide uute variantide tuvastamine ja nende seos SVH-ga (Joonis 2);
• Primaatide (ahvid ja inimene) viljakusega seotud hormoone kodeerivad geeniperekonnad: liigisisese ja liikide vahelise evolutsiooni mehhanismid; “normaalsete”,
tervete geenide funktsioneerimise uurimine; “patoloogiliste” geenivariantide seos alanenud viljakusega, loote ebapiisava kasvuga ning ema rasedusaegsete
komplikatsioonidega (Joonis 3 ja 4);
• Üle kogu genoomi läbiviidavad analüüsid eesmärgiga leida uusi geene, mis on seotud viljakuse ja südameveresoonkonna toime regulatsiooniga (Joonis 5).
Südame- ja veresoonkonna haiguste (SVH) geneetika
Südame- ja veresoonkonna haigused (nt kõrgvererõhutõbi, müokardi infarkt, insult, pärgarterite sündroom)
on varajase töövõimetuse kaotuse ja enneaegse surma olulisemaid põhjuseid.
Inimese genoomis on teada üle 160 geeni, mida seostatakse SVH tekkega. Ainult väike osa neist geenidest
kannavad harva esinevaid üksikuid mutatsioone, millel on tugev või isegi letaalne mõju inimese
füsioloogiale.
Enamus SVH haigusi on põhjustatud mitmete geenide variantide kombinatsiooni ehk päriliku ‘profiili’
koostoimest inimese elustiiliga. Tuvastatud nn kandidaatgeenid reguleerivad kolme suure organsüsteemi
funktsioneerimist: süda, neer ja aju.
Viljakusega seotud mitmekordistunud (duplitseerunud) DNA lõigud
Primaatidel on tekkinud imetajate evolutsiooniliselt vanade geenide duplikatsioonide tulemusena uued
platsenta funktsiooni toetavad geenid.
Primaatide platsentas on kokkupuutepind ema ja
loote vahel suur, mis võimaldab tihedat ainevahetust
ning mõjutab mõlema organismi seisundit
Joonis 3. Inimese platsenta ehitus
Meie uurime kahte raseduse ja loote arenguga seotud geeniperekonda:
Luteiniseeriva hormooni (LH) ja koorioni gonadotropiini (HCG) beta geeniperekond
LH ülesanne: sekundaarsed sootunnused, sugurakkude küpsemine ja viljakuse regulatsioon
HCG ülesanne: raseduse normaalse kulu regulatsioon
Kasvuhormooni (GH) ja koorioni somato-mammotropiini (CSH) geeniperekond
Ajuripatsi kasvuhormooni (GH1) ülesanne: sünnijärgne kasv, ainevahetuse regulatsioon
Platsenta kasvuhormoonide (GH2, CSH1, CSH2) ülesanne: loote kasv, ema ja loote
vaheline glükoosi transport
Joonis 2. Inimese organsüsteemide ja SVH geneetika vaheline seos
Üks lähenemisviis DNA variantide ja lõikude leidmiseks, mis osalevad SVH haiguste tekkel, on kandidaatgeenide
uurimine geneetiliste ja molekulaarbioloogiliste võtetega:
CGB, CGB5, CGB8, CGB7
geenid kodeerivad üheskoos HCG
hormooni beta subühikut
a) Üksikute geenide DNA järjestuse süvaanalüüs võrdlevalt SVH patsientidel ja tervetel
indiviididel
b) Geenide tööd reguleerivate DNA lõikude ja nendega seonduvate geenide avaldumise taset
kontrollivate biomolekulide tuvastamine ja testimine
c) Geenide variantide toime testimine mudelorganismide abil (näiteks on kõrgvererõhutõve
uurimiseks aretatud sobivad rotiliinid - spontaanselt hüpertensiivsed rotid)
Joonis 4. Uuritavate geeniperekondade struktuur
CSH1 & CSH2 geenid kodeerivad
üheskoos CSH ehk platsenta
laktogeeni (PL) hormooni

2.
© Eva Publications, Inc.
3.
Kogu genoomi uuringud
Joonis 5. Kogu genoomi uuringud
Üle kogu genoomi läbiviidav
Üle kogu genoomi läbiviidav analüüs
analüüs võimaldab tuvastada
võimaldab tuvastada uusi geene, mis
on uusi seotud geene, uuritava mis haiguse on seotud (nt diabeet, uuritava
haiguse raseduse katkemine) (näiteks või diabeet, tunnu-
korduv
sega korduv (nt pikkus, rasedusekatkemine) vererõhk) või
tunnusega (näiteks pikkus, vererõhk).
1.
Kogutakse suur hulk inimesi.
© Jane Mingay
Kõigil määratakse uuritava tunnuse väärtus.
Patsientidel ja
kontrollidel võrreldakse
alternatiivsete DNA
variantide esinemissagedusi või
geenide koopiate arvu varieeruvust või
geeniproduktite hulga muutusi.
Leitakse uusi uuritavat
tunnust mõjutavaid
geene
Joonis 5.
Määratakse DNA erinevused rohkem kui
500 000 kohas üle genoomi.
Noppeid seni olulisematest tulemustest:
Üle kogu genoomi läbiviidud uuringul tuvastasime uue vererõhu regulatsioonis
osaleva geeni CDH13, mille produkt T-kadheriin on seotud veresoonte
loomega (angiogenees), veresoonte sisepinnal ateroskleroosi tekkega ja südamelihasrakkude
toimega. Kuna geeni toime on laialdane, siis on patoloogilisi
geenivariante seostatud lisaks südameveresoonkonna haigustele ka näiteks
kasvajatega [Org et al 2009].
Kinnitasime uute uuringute varal hüpoteesi, et vererõhu taseme määrab pärilikkus
koostoimes inimese elustiiliga: kõrgvererõhktõbi avaldus geeni ADRA2A
uuritava DNA-variandi puhul ainult ülekaalulistel patsientidel ja geeni LEPR
analüüsitava geenivariandi puhul ainult suitsetajatel [Sõber et al 2009]
Näitasime, et primaatide duplitseerunud uued platsenta geenid evolutsioneeruvad
väga kiiresti: (1) LHB/CGB geenid on inimesel kirjeldatutest ühed kõige
enam erinevaid DNA variante kandvad geenid; (2) inimesel ja šimpansil on toimunud
kummalgi liigispetsiifilised DNA ümberkorraldused, mille tulemusena
on inimesel 6 ja šimpansil 5 CGB geeni [Hallast et al 2005; Hallast et al 2008].
Meie uurimistöös oli CGB geenide avaldumise tase platsentas korduva raseduse
katkemise korral normaalsest madalam. Kõige aktiivsemates geenides
CGB5 ja CGB8 tuvastasime 6 DNA varianti, mille kandjatel on kuni 1.8 korda
väiksem risk korduvaks raseduse katkemiseks. [Rull ja Laan 2005; Rull et al
2008b]
Näitasime seose inimese NCX1 geenis paikneva hüpervarieeruva ala ja pärgarteri
sündroomi vahel: sellised ebastabiilsed DNA lõigud võivad häirida
geenide normaalset funktsiooni ja soodustada seega komplekshaiguste avaldumist
[Kepp et al 2010]
Esmakordselt näitasime, et inimese platsentas toodetava kasvuhormooni
(geen GH2) ja laktogeeni (geen CSH1) geenide avaldumise tasemest raseduse
jooksul sõltub loote üsasisene kasv ja seega ka vastsündinu kaal [Männik et al
2010].
Avastasime esimese DNA variandi FSHB geenis, mis on otseses seoses folliikuleid
stimuleeriva hormooni (FSH) tasemega vereseerumis meestel. FSH
mõju algab juba looteeas kui ta osaleb poisslapse testiste arengus, täiskasvanutel
reguleerib spermatogeneesi. Madala kaasasündinud FSH tasemega seotud
geenivariant on rikastunud viljatute eesti meeste seas [Grigorova et al 2008;
Grigorova et al 2010].
Üle kogu genoomi läbiviidud uuringul tuvastasime kolm uut korduva raseduse
katkemisega seotud geeni: TRAIL, S100A8, ASMTL, mille platsentas toodetavate
geeniproduktide muster võimaldab tuvastada raseduse katkemist 96.7%
täpsusega. Raseduse katkemisega seotud geenid kodeerivad põletiku ja ‘raku
surmaga’ seotud biomarkereid [Tomberg et al, käsikiri].
Uurimisrühma teadusartiklid 2005–2010:
Viljakuse geneetika:
1. Männik J, et al (2010) J Clin Endocrinol Metab. 2010 Mar 16. [Epub ahead of print]
2. Grigorova M, et al (2010) J Clin Endocrinol Metab 95(1): 100-8.
3. Hallast P, Laan M (2009) In: Encyclopedia of Life Science (ELS), John Wiley & Sons,
Ltd: Chichester; p. 1-12; DOI: 10.1002/9780470015902.a0021966.
4. Grigorova M, Punab M, Ausmees K, Laan M (2008) Hum Reprod 23(9): 2160-66.
5. Hallast P, Saarela J, Palotie A, Laan M (2008) BMC Evol Biol 8(195): 1 – 14.
6. Sedman L, Padhukasahasram B, Kelgo P, Laan M (2008) Hum Mutat 29(10): 1181-93.
7. Rull K, et al (2008) Mol Hum Reprod 14(1): 23-31.
8. Rull K, et al (2008) J Clin Endocrinol Metab 93(12): 4697-4706.
9. Grigorova M, Rull K, Laan M (2007) Ann Hum Genet 71(Pt1): 18-28.
10. Hallast P, Rull K, Laan M (2007) Mol Cell Endocrinol 260-262: 2-11 (special Issue on
Gonadotropins and their receptors)
11. Haller K, et al (2007) Am J Reprod Immunol 57(3): 193-200.
12. Hallast, P, Nagirnaja, L, Margus, T, Laan, M (2005) Genome Res 15: 1535-46.
13. Rull K, Laan M (2005) Hum Reprod 20(12): 3360-68.
Vererõhu geneetika:
1. Kepp K, et al (2010) BMC Med Genet 11:15.
2. Sõber S, Laan M, Annilo T (2010) Biochem Biophys Res Commun 391(1): 727-32.
3. Annilo T, Kepp K, Laan M (2009) BMC Mol Biol 10:81.
4. Sõber S, et al (2009) PLoS ONE 4(6): e6034, 1-13.
5. Org E, et al (2009) Hum Mol Genet 18: 2288-2296.
6. Newton-Cheh C, et al (2009) Nature Genet 41: 666 – 676.
7. Newhouse S,et al (2009) PLoS ONE 4(4): e5003, 1-14.
8. Caulfield MJ, et al (2008) PLOS Med 5(10): e197.
9. Juhanson P, et al (2008) BMC Med Genet 9(25): 1 – 12.
10. Kepp K, et al (2007) BMC Med Genet, 8(47): 1-9.
Muu:
Laan M (2009) Hum Mutat 30(8): v
Laan M, et al (2005) Eur J Hum Genet 13: 452-462.
Ta r tu Ülikooli R a a m atukogu, 2010