UNİPARENTAL DİZOMİ Ezgi Z. N. Ateş, Cemre Çavuşoğlu, Nur Gül, Ebru Şahin, Elmas Tohumoğlu, Ceren Yapar Danışman: Zerrin Yılmaz Çelik ÖZET 1980’ li yıllardan beri bilinmekte olan Uniparental Dizomi(UPD), bir homolog kromozom çiftinin hepsi veya bir parçasının tek ebeveynden aktarılmasıdır. Günümüzde UPD’ ye sebep olan birçok mekanizma tanımlanmıştır. En yaygın bilinen mekanizma mayotik hatalardır. Mayoz I’de oluşan hata heterodizomi, Mayoz II’de oluşan hata izodizomiye sebep olmaktadır. Diğer nadir mekanizmalar; monozomik homoloğun kendini eşlemesi (monozomiden kurtulma), trizomik homologlardan birinin kaybedilmesi (trizomiden kurtulma), marker kromozomun mitotik düzeltmeleri, Robertson tipi translokasyonlara bağlı trizomilerin düzeltilmesidir. UPD plasentada sınırlı mozaiklikle birlikte de gözlenebilir. Robertson tipi translokasyonlar ve izokromozom varlığı UPD için yüksek risk oluşturmaktadır. Son zamanlarda derivatif kromozomlar ve çift taraflı translokasyonlar da UPD oluşumu ile ilgili mekanizmalar olarak bildirilmiştir. Günümüzde neredeyse her kromozomun UPD’si sonucunda oluşabilecek hastalık ve durumlar saptanmıştır. Nedenleri açıklanamayan bazı hastalıkların UPD’ den kaynaklanabileceği akla gelmelidir. Özellikle karyotipte dengesiz kromozom bozuklukları, mozaiklik saptanması durumunda UPD ile ilgili detaylı araştırma yapılması önerilmektedir. UPD şüphesi durumunda kullanılabilen çeşitli tanı yöntemleri geliştirilmiştir ve bu yöntemler, gerektiğinde genetik danışma verilerek kullanılmaktadır. Bu çalışmada UPD mekanizmaları ve sonuçları ile birlikte değerlendirilmiştir. GİRİŞ Uniparental dizomi(UPD), bir homolog kromozom çiftinin tamamının veya bir parçasının aynı ebeveynden gelmesi olarak tanımlanmaktadır. Mendel kalıtımına uymayan bu durum, homolog kromozomların her ikisi de anneden aktarılmışsa anne kaynaklı (maternal) UPD, babadan aktarılmışsa baba kaynaklı (paternal) UPD olarak adlandırılmaktadır (4). UPD, ilk kez 1980 yılında Eric Engel tarafından triploidi saptanan gebeliklerde fazla kromozom setinin anne ya da baba kaynaklı olmasıyla fenotipik değişiklik göstermesi özelliğinden yola çıkarak imprinting dışında yeni bir genetik mekanizma olarak ileri sürülmüştür (3). 1988 yılında ise sadece annenin taşıyıcı olduğu belirlenmiş Kistik Fibroz’ lu bir vakada UPD’nin normal karyotiple birlikte de olabileceği gösterilmiştir (13). X’ e bağlı geçiş gösteren bir hastalığın babadan oğluna aktarıldığının gösterildiği bir başka vakanın bildirilmesi UPD için güçlü bir kanıt oluşturmuştur (10). UPD, trizomi mozaisizmi, genomik imprinting otozomal resesif mutasyonların homozigotluğu ya da bunların kombinasyonu ile birlikte görülebilir. Günümüzde UPD oluşumundan sorumlu birçok mekanizma tanımlanmış ve klinikteki önemi daha iyi anlaşılmıştır. UPD TİPLERİ VE OLUŞUM MEKANİZMALARI UPD ler aktarılan kromozomların içerik olarak aynı ya da farklı olmasına göre izodizomi (UPID) ve heterodizomi (UPHD) olarak ayrılabilir. Kromozom bütünlüğü açısından incelendiğinde ise tüm kromozom UPD’ si (komplet UPD) ya da kromozomun bir parçasına ait UPD (segmental UPD) olmak üzere yine iki tipi mevcuttur. Yalnızca moleküler yöntemlerle anlaşılabilen bu durumların çoğunda karyotip normaldir (4, 10). UPID ve UPHD durumu kromozom ayrılma hatasının nerede olduğuna bağlı olarak gelişir (Resim 1). UPID tipik olarak mayoz II ayrılma hatası ya da bir mitotik hatadan kaynaklanırken, UPHD de hata mayoz I dedir. Heterodizomi mayoz I’deki bölünme hatası sonucu ebeveynlerden birinin homolog kromozomlarının her ikisini de (hem annesinden hem de babasından gelen kromozomları) bir gamete, dolayısıyla çocuğuna aktarmasıdır. Eğer bölünme hatası mayoz II’de olursa ebeveynlerden biri homolog kromozomlarından birini (ya annesinden ya da babasından gelen kromozomu) iki kromatid olarak bir gamete, dolayısıyla çocuğuna aktarır. Bu durum ise izodizomi olarak adlandırılır. Segmental izodizomi ya da segmental heterodizomi ise aynı anda kromozomda birlikte bulunabilir. Bu durum mayoz I’de homolog kromozomların krossing over sırasında parça değiş tokuşu yapıp yapmaması ile ilişkilidir. UPD oluşması için tanımlanmış mayotik kromozom ayrılmaması dışında başka mekanizmalar da bulunmaktadır (13, 4).Varsayılan oluşum mekanizması mayotik hatalara ek olarak sayısal ve yapısal kromozom bozukluklarını içerecek şekilde çok çeşitli olabilir (Tablo 1). Tüm kromozom setinin UPD’ leri Mayotik hatalar sonucunda tüm kromozom setinin babadan aktarıldığı 46 kromozoma sahip embriyoda komplet hidatiform mol gelişirken, iki set kromozom babadan bir set kromozom anneden geçtiğinde triploid (Kromozom sayısı, 69) embriyoda parsiyel mol oluşmaktadır (4). Komplet UPD Komplet UPD için bildirilmiş dört mekanizma bulunmaktadır. Bunlar, gametik tamamlama, trizomiden kurtulma, monozomiden kurtulma ve mitotik hatalardır (Resim 2). Gametik tamamlanma basit ve klasik bir örnek olmakla birlikte burada UPD çoğunlukla her iki ebeveynede de aynı anda mayotik hatanın oluşmasını gerektirir (12). Trizomiden kurtulma, UPD’ lere neden olan en sık mekanizmadır. Trizominin nedeni genellikle mayotik kromozom ayrılma hatalarıdır. Trizomiden kurtulma genellikle ilk postzigotik bölünmeler sırasında gerçekleşir. Muhtemelen anafaz gecikmesi sonucunda trizomik kromozomlardan biri aktarılamaz ve yeni oluşan dizomik hücre tamamen şans eseri trizomiden kurtulur, eğer her ikisi de aynı ebeveynden aktarılan bir homolog kromozom çiftine sahip olursa UPD ile sonuçlanır. Düzeltilmiş hücreler, embriyoyu ya da plasental ek dokuları oluşturabilir, bu durum plasentada sınırlı mozaiklikle sonuçlanır. Diğer bir olasılık ise embriyonun mozaikliğidir. Trizomi riskinin anne yaşı ile artması nedeniyle bu risk artışı UPD için de geçerlidir. Monozomiden kurtulmada benzer şekilde kromozom ayrılamamasından kaynaklanmaktadır. Mayozda nullizomik gamet oluşması ve bu gametin normal gametle döllenmesi gereklidir. Sonra mitotik düzeltme mekanizmaları ile hücre monozomik kromozomu replikasyonla kopyalayarak dizomik kromozoma çıkarır. Bu durumda UPID ortaya çıkar. Dördüncü olasılık normal başlayan embriyonun mitotik hatalar sonucunda trizomik ya da monozomik hücre serilerine sahip olmasıdır. Sonraki mitotik hatalarla trizomiden kurtulma veya monozomiden kurtulma ile UPD’ lere neden olmaktadır. Komplet UPD’ ye neden olan daha nadir mekanizmalar da bulunmaktadır, bunlar: 3:1 segregasyon sonrası oluşan “interchange” trizominin veya “interchange” monozominin düzeltilmesi, izokromozom oluşumu, marker kromozoma bağlı dengesizliğin düzeltilmesi olarak bildirilmektedir (7, 8, 1,5). Birey Robertson tipi translokasyon taşıyıcısı ise, gametlere kromozomların dağılımı (segregasyon) sırasında bir gamete translokasyon kromozomu veya kromozomları ile birlikte normal homolog kromozomun aktarımı zigotta “interchange” trizomiyle sonuçlanabilir. Postzigotik bölünmelerdeki düzeltme ile homologlardan birinin kaybı dizomiyle sonuçlanırken, kalan kromozomlar tek ebeveyne ait olması durumunda düzeltme UPD ile sonuçlanır. Ya da akrosentrik bir kromozom için nullizomik olan gamet normal gametle döllendiğinde, düzeltme sırasında izokromozom oluşabilir (1). Fazladan marker kromozomuna sahip 47,+marker karyotipte bireylerde de hücrelerin düzeltilmesi sırasında marker kromozom ve kaynaklandığı homolog kromozom kalarak diğer eşten gelen homoloğun kaybı ile UPD’ ye neden olabilir (4). Koryon villus örneğinden kromozom analizi sonucunda elde edilen veriler doğrultusunda UPD’ nin plasentada sınırlı mozaiklikle birlikte olabileceği ve bunun fetusta gelişme geriliğiyle kendini gösterebileceği bildirilmiştir (5). Akrosentrik kromozomların yeniden düzenlenmesi (Robertson tipi translokasyonlar ve izokromozomlar) yüksek anöploidi riskiyle ilişkilidir. Birçok çalışmada akrosentrik yeniden düzenlemeyle ilgili olan UPD vakaları bildirilmiş ancak taşıyıcılar açısından UPD için kesin bir risk belirlenememiştir (1). Bir çalışmada biri 13. kromozom için UPD gösteren 168 homolog olmayan Robertson tipi translokasyon vakasında tahmini UPD riski %0,6 olarak bildirilmiştir. İki homolog akrosentrik kromozomu içeren yeniden düzenlenmelerde ise tahmini olarak %66 UPD riski göstermektedir (1). Prenatal tanıda belirlenen Robertson tipi translokasyonlar ve izokromozomların UPD için yüksek riskli olması nedeniyle UPD açısından inceleme yapılması önerilmektedir (1). Segmental UPD Segmental UPD’ ler postzigotik maternal ve paternal homologlar arasındaki somatik rekombinasyonlar sonucunda meydana gelebilir (Resim 2). Kromozomun sadece bir parçası aynı ebeveynden aktarılmıştır ve karyotip normaldir. Mayotik hata sonucu trizomik başlayan bir zigotta sonraki bölünmelerde oluşan maternal ve paternal homolog kromozomlar arası parça değiş tokuşunu takiben trizomiden kurtulma da nadir bir olasılık olarak bildirilmiştir (8). Segmental UPD’ ler mozaik olarak ya da hücrelerin tümünde bulunabilmektedir. Ayrıca Beckwith-Wiedemann sendromu (BWS), Silver-Russell sendromu (SRS), ve geçici neonatal diyabet (TNDM) vakalarında da bildirilmiştir. Bu durum segmental UPD’ lerin, ilgili kromozom parçasının imprint özellikte gen içerip içermemesine ya da mutasyon taşıyıp taşımaması durumuna bağlı olarak fenotipe etki edebileceğini göstermektedir (4). UPD ve KLİNİK ETKİLERİ UPD fenotipik etkisiyle birlikte nerdeyse her kromozom için tanımlanmıştır (9,12). Kromozom sayısı göz önüne alındığında 47 UPD olasılığı vardır; 22 otozomal kromozom, upd(X)mat, upd(X)pat, upd(XY)pat. UPD’ ler ve fenotip etkileri birçok kromozom için tanımlanmıştır (4). En iyi bilinen durumlar, üzerinde imprint özelliği taşıyan genlerin bulunduğu kromozomların UPD’ sidir. Aynı genetik içeriğin anneden ya da babadan aktarımına bağlı ifadelenme özelliğinin değişiklik göstermesine neden olan imprint özelliği, UPD sonucu her iki homolog kromozomunda aynı ebeveynden aktarılması ile bozularak fenotipik etkilenme ile sonuçlanır. Prader-Willi sendromu (PWS), Angelman sendromu(AS), Beckwith-Wiedemann sendromu, Silver-Russell sendromu, Geçici neonatal diyabet bunlara örnek verilebilir (Tablo 2). Özellikle UPID’ nin neden olduğu diğer bir etki ise resesif bir gen için mutasyon açısından homozigotluğun sağlanması ile hastalık oluşumudur. Klinik bulgular UPD'ye aday olan vakaların seçiminde önemlidir. İntrauterin büyüme geriliği (IUGR) ve mental retardasyon bu açıdan önemli bir kategoridir. UPD' yi tanımlayabilecek araştırmalar, sayısal veya yapısal kromozom anomalisi veya tek ebeveynin taşıyıcı olduğu resesif bir hastalık ya da babadan oğla geçiş gösterilmiş X’ e bağlı resesif hastalıklarda yapılmalıdır (9, 12). UPD sonucunda büyümeyi kontrol eden genlerin ifadelenme bozuklukları kanserlere neden olabilmektedir. Kromozom 12, 18, 19 ile ilgili UPD henüz tanımlanmamıştır, bu durum belirtilen kromozomlarda imprint özelliği olan gen olmadığını veya fenotipik etki yaratmadığını düşündürebilir. Diğer kromozomlar için segmental veya komplet UPD’ ler bildirilmiştir. Kromozom 1, 2, 3, 4 ve 5 için bildirilen tek vaka bazında fetal gelişme geriliği dışında önemli bir fenotipik etki gözlenmemiştir. Birçok kromozom için anne ya da baba kaynaklı UPD’ nin klinik önemi olmadığı belirlenmiştir. Bu olay genomik esnekliğin (plastisite) önemli bir göstergesidir. Şimdiye kadar çift UPD gözlenen tek vaka bildirilmiştir. 47,XXY/46,XX,upd(X)mat, upd(16)mat karyotipi saptanan bu vakada dismorfik yüz ve gerçek hermafroditizm saptanmıştır. Rastlantısal olarak 48,XXY,+16 olarak başlayan zigotun post zigotik bölünme hataları sonucunda mozaik karyotipe sahip olduğu düşünülmüştür (4). Kliniğe başvuran hastanın UPD taşıdığı şüphesi uyanırsa çeşitli incelemeler yapılmaktadır. Öncelikle başvurulacak olan öykü alma ve fiziki muayenedir. Bu muayenede dikkat edilmesi gereken hususlar hasta şikâyetleri, anne ve baba yaşı, akrabalık ilişkisi ve bilinen genetik hastalık olup olmadığıdır. Ardından belirli takiplerin yapılması gerekmektedir. Prenatal ve perinatal takipler, mental ve bedensel gelişimin takibinin ardından dismorfik özellikler not edilmelidir. Önceden yapılmış tetkik sonuçları varsa onların da not edilmesi gerekmektedir. Her genetik danışmada olduğu gibi pedigri analizi en önemli yöntemlerdendir. Pedigri analizi en az üç kuşak içermeli, eğer varsa akraba evlilikleri, tekrarlayan gebelik kayıpları, anomalili bebekler, bebek ölümleri, bilinen hastalıklar, infertilite gibi durumlar gösterilmelidir. Genetik danışma verilirken UPD taşıma riskini düşündüren durumlar Tablo 3’ de bildirilmiştir. Günümüzde UPD tanısında genetik materyalin incelenmesi gerekmektedir. Bu genetik incelemelerde kullanılan yöntemler karyotipleme, FISH (in situ hibridizasyon) ve moleküler teknikleri içermektedir (Tablo 4). Karyotipleme, kromozomların bantlama esasına dayanarak sayısal ve yapısal olarak analiz edilmesidir. UPD durumunda karyotipik dengesizlik beklenmemekle birlikte, kromozomlardaki polimorfik değişikliklerin varlığında, aynı polimorfik özellikte iki homoloğun gözlenmesi UPD için bir gösterge olabilir. FISH, UPD’nin de sebep olduğu iki sendromun (PWS ve AS) tanısında kullanılır. Moleküler teknikler ise günümüzde tanı amaçlı kullanılan ve kabul gören yöntemlerdir. Polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) DNA’da hedeflenen bölgenin çoğaltılması esasına dayanır. Burada hedef bölge Kısa Tekrar Dizileri(STR) gibi DNA polimorfizmleridir. Kısa tekrar dizisi analizi yapılarak STR profili anneden ve babadan elde edilen profillerle karşılaştırılmaktadır. Yeni geliştirilen tekniklerle, tüm genomda polimorfik markerlara bakarak UPD tespiti mümkündür. Son çalışmalar, mikroarray yöntemleri ile gen ekspresyonundaki kaybın veya fazlalığın hangi bölgeden olduğunu ortaya koyabilmekte, rutin alanda bu analizlerin kullanılabilmesine olanak sağlamaktadır. SONUÇ UPD, günümüzde hücre bölünmesi sırasında kromozom dağılımı olasılıklarına bağlı olarak farklı şekillerde karşımıza çıkmaya devam eden önemli genetik mekanizmalardan biridir. İmprintlenmiş genlerin kromozom lokalizasyonunu araştırmak için iyi bir kaynak, resesif genlerin haritalanması için bir fırsat oluşturmasıyla genetik biliminde önemini korumaktadır. Büyüme gelişme geriliği, mental retardasyon ve UPD ile de oluşabilecek klinik sendromlarda genetik danışma sırasında verilecek tekrarlama risklerinin belirlenmesinde var olup olmadığını belirlemek gerekmektedir. Özellikle dengesiz kromozom bozuklukları ve mozaiklik saptanması durumunda UPD ile ilgili detaylı araştırma yapılması önerilmektedir. UPD çok çeşitli mekanizmalarla oluşmasına rağmen günümüzde moleküler tanı yöntemleri ile belirlenebilmektedir. Bu yöntemler UPD şüphesi halinde genetik danışma verilerek kullanılmalıdır. Her yönüyle tam olarak açıklanamamakla birlikte yeni vakaların bildirilmesi ve UPD’ yi belirleyebilen başka nedenle yapılmış moleküler yöntemlerin kullanımının yaygınlaşması ile UPD sıklığı ve klinik önemi ileride daha iyi anlaşılacaktır. KAYNAKLAR 1. Berend S. A., Horwitz J., McCaskill C. et. al. Identification of Uniparental Disomy Following Prenatal Detection of Robertsonian Translocations and Isochromosomes. Am. J. Hum. Genet. 2000; 66: 1787–1793 2. Di Meco A. M., Grati F. R., Grimi B. et. al. Confirmation of mosaicism and uniparental disomy in amniocytes, after detection of mosaic chromosome abnormalities in chorionic villi European Journal of Human Genetics. 2006; 14, 282–288 3. Engel E. A New Genetic Concept: Uniparental Disomy and Its Potential Effect, Isodisomy. Am J Med Genet. 1980; 6: 137-143 4. Gardner M, Sutherland GR. Chromosome Abnormalities and Genetic Counseling, 3rd edition, Oxford Press, 2004. 5. Grati F R, Grimi B, Frascoli G. Confirmation of mosaicism and uniparentaldisomy in amniocytes, after detection of mosaicchromosome abnormalities in chorionic villi. European Journal of Human Genetics 2006; 14: 282–288 6. Greig G. M., Perciaccante R. G., Spence J. E. et. al. Uniparental Disomy as a Mechanism for Human Genetic Disease. Am J Med Genet. 1988; 42: 217-226 7. Kotzot D. Supernumerary marker chromosomes (SMC) and uniparental disomy (UPD): coincidence or consequence? J Med Genet 2002; 39: 775–778 8. Kotzot D. Complex and segmental uniparental disomy updated. J. Med. Genet. 2008; 45: 545-556 9. Ledbetter and Engel. Uniparental disomy in humans: development of an imprinting map and its implications for prenatal diagnosis. Hum Mol Genet. 1995; 4: 1757- 64. 10. Robert MD Nussbaum, Roderick R. McInnes, Huntington F. Willard. Thompson & Thompson Genetics in Medicine, 7th edition, Elsevier Press, 2007. 11. Sanches JJ, Borsting C, Morling N.Multiplex PCR, amplicon size and hybridization efficiency on the NanoChip electronic microarray. Int J Legal Med. 2004; 118: 75-82. 12. Shaffer, L. G., McCaskill, C., Adkins, K. and Has-sold, T. J. Systematic search for uniparental disomy in early fetal losses: the results and a review of the literature. Am. J. Med. Genet. 1998: 79: 366-372. 13. Spence E. Ronald G., Greig GM et al. Uniparental Disomy as a Mechanism for Human Genetic Disease. Am. J Med. Genet. 1988; 42: 217-226 14. Talebizadeh Z, Bittel DC, Kibiryeva N, Butler MG. Microarray analysis of gene/ transcript expression in Prader-Willi syndrome: deletion versus UPD. J Med Genet. 2003; 40: 568-574. Resim 1: Mayoz hataları sonucu İzodizomi ve Heterodizomi oluşumu Resim 2: Komplet ve segmental UPD oluşumundaki bazı mekanizmalar Tablo 1: UPD oluşumunda bildirilmiş mekanizmalar UPD Oluşturan Genetik Mekanizmalar 1. Gametik tamamlama 2. Trizomiziden kurtulma 3. Monozomiden kurtulma 4. Mitoz hatası ve düzeltme 5. Somatik rekombinasyon ve düzeltme 6. Ekstra Marker kromozomu düzeltme 7. İnterchange trizomiyi düzeltme 8. İnterchange monozomiyi düzeltme 9. İzokromozom formasyonu Tablo 2: Genomik imprinting yoluyla fenotipik bulgu veren UPD Kesin: İhtimal: UPD tipi 6 pat 7 mat 11 pat 14 mat 14 pat 15 mat 15 pat Sendrom Geçici Neonatal Diyabet Silver-Russel Sendromu Beckwith- Wiedeman Sendromu Büyüme geriliği- Erken puberte Dwarfizm-kostal kafes hipoplazisi Prader-Willi Sendromu Angelman Sendromu 2 mat 16 mat 20 mat Büyüme geriliği, bronkopulmoner displazi Büyüme geriliği, Konjenital kalp hastalığı Büyüme geriliği, hiperaktivite Tablo 3: UPD düşünülmesi gereken durumlar UPD Riskinin yüksek olduğu durumlar 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Homolog kromozomlar arasında translokasyon varlığı Ailesel ya da “de novo” dengeli translokasyonun eşlik ettiği dengeli translokasyon Resesif genlerin ya da nadir mutasyonların homozigot olduğu durumlar Plasentada sınırlı mozaiklik İleri yaş annenin çocuğunda konjenital anomali/Mental retardasyon ve büyüme geriliği olması Otozomal trizomi ve UPD fenotipinin birlikte bulunması Bir bireyde iki resesif fenotipin birlikte bulunması Mozaik trizomi saptanması Karyotipte homolog kromozomlarda benzer polimorfik yapı saptanması Tablo 4: UPD tanısında kullanılan genetik testler ve kullanım amaçları Yöntem Sitogenetik -GTG (550-800 bant) bantlama -C bantlama - NOR bantlama FISH (Floresan in situ Hibridizasyon) -Tek gen probu ile delesyon tarama Moleküler genetik -Metilasyon PCR -STR analizi -Mikroarray Amaç -Kromozomal heteromorfinin belirlenmesi -Yapısal ve/ veya sayısal anormalliklerin belirlenmesi -PWS, AS tanısı -PWS, AS, BWS, SR tanısı -Parental kaynağın belirlenmesi -Metilasyon kalıplarının belirlenmesi -İfadelenme kalıplarının belirlenmesi
