Telomeren - något att tänka på för hematologen?

En presentation över ämnet: "Telomeren - något att tänka på för hematologen?"— Presentationens avskrift:

1 Telomeren - något att tänka på för hematologen?
Magnus Hultdin Klinisk patologi Norrlands universitetssjukhus Umeå

2 Disclosures Konsultuppdrag/advisory board/betalda föreläsningar; Nej
Forskningsstöd; 2

3 Telomerer – evolutionärt konserverad DNA-sekvens
TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG 3

4 The end-replication problem
5’ 3’ Leading strand 3’ 5’ 5’ 3’ Lagging strand Kromosomände Förlust av DNA

5 Telomeras – bygger telomerer
Armanios and Blackburn Nat Rev Genet 2012; 13,

6 Telomerkomplexet Calado and Young, N Engl J Med 2009;361:235. 6

7 ”Gamla” fibroblaster - Senescence
The Hayflick limit ”Gamla” fibroblaster - Senescence ”Unga” fibroblaster Fibroblaster från barn kan bara dela sig gånger i cellodling Fibroblaster från vuxna/äldre färre celldelningar Senescence 7

8 Telomerlängden bestämmer “The Hayflick limit”
”Unga” fibroblaster ”Gamla” fibroblaster Senescence Population doublings 8

9 Modell för telomerlängdsförändring över tid
Normala somatiska celler (telomeras -) Telomerlängd M1 Tid Senescence (The Hayflick limit) M1 = mortality stage 1

10 Modell för telomerlängdsförändring vid immortalisering
p53 inactivation pRb inactivation Oncogene activation Telomerlängd M1 M2 Tid Senescence ”Crisis” M1 = mortality stage 1 M2 = mortality stage 2

11 Modell för telomerlängdsförändring vid immortalisering
Immortaliserade celler (telomeras +) Telomerlängd M1 M2 Tid Senescence ”Crisis” M1 = mortality stage 1 M2 = mortality stage 2

12 Modell för telomerlängdsförändring in vivo
Spermatocyter – telomeras ++ Stamceller, progenitorceller, lymfocyter - telomeras + Telomerlängd Somatiska celler - telomeras - Ålder

13 Telomerlängden i leukocyter minskar med ålder
Nordfjäll et al. Eur J Hum Genet 2010; 18: 13

14 Telomerer och tumörutveckling
Telomere shortening Genomic instability Apoptosis Tumor growth Telomerase activity

15 Telomerer och cancer Telomeras positivt >90% i cancer
Telomererna är ofta korta i cancerceller Korta telomerer är kopplat till ökad risk för cancer

16 Ma et al. PlosOne 2011; 6(6): e20466

17 Telomerer och hematologiska maligniteter
Telomeras positivt >99%. Telomererna är ofta korta Hög telomerasaktivitet och högt hTERT ofta mer aggressiv tumör Korta telomerer ofta sämre prognos

18 Telomerer och hematologiska maligniteter
Svensson and Roos. Biochim Biophys Acta 2009;

19 Telomerlängd och KLL Mansouri et al. Am J Hematol 2013; 88:

20 The Hallmarks of Cancer
Figure 6 The Hallmarks of Cancer Therapeutic Targeting of the Hallmarks of Cancer. Drugs that interfere with each of the acquired capabilities necessary for tumor growth and progression have been developed and are in clinical trials or in some cases approved for clinical use in treating certain forms of human cancer. Additionally, the investigational drugs are being developed to target each of the enabling characteristics and emerging hallmarks depicted in Figure 3, which also hold promise as cancer therapeutics. The drugs listed are but illustrative examples; there is a deep pipeline of candidate drugs with different molecular targets and modes of action in development for most of these hallmarks. Hanahan and Weinberg, Cell 2011, 144(5): 20

21 Telomerasinhibitorer
Imetelstat Syntetisk nukleotidsekvens Interagerar med telomeraskomplexets templat Fas 2 studier Bröstcancer avbruten SCLC avslutad ET/PV pågår MF pågår

22 FISH (TTAGGG)4 probe 22

23

24 Telomerase gene mutation
Cell replication Increasing age Oxidative stress Psychological stress Abnormal blood lipids Obesity Hypertension Smoking Telomerase gene mutation Telomerase Physical activity 24

25 Telomerase gene mutation
Cell replication Increasing age Oxidative stress Psychological stress Abnormal blood lipids Obesity Hypertension Smoking Telomerase gene mutation Telomerase Physical activity 25

26 Modell för telomerlängdsförändring in vivo
Spermatocyter – telomeras ++ 15 kb Telomerlängd Stamceller, progenitorceller, lymfocyter - telomeras + 5-7 kb 2-4 kb Ålder

27 Modell för telomerlängdsförändring in vivo vid telomerasmutationer
15 kb Spermatocyter – telomeras + Telomerlängd 5-7 kb Stamceller, progenitorceller, lymfocyter - telomeras -/+ 2-4 kb Dysfunktionella telomerer - sjukdom Ålder

28 Symptom vid telomerasmutationer “Telomersyndrom”
Knock möss grunden Armanios JCI 2013; 123,

29 Mutationer i telomeraskomplexet
Armanios and Blackburn Nat Rev Genet 2012; 13,

30 Mutationer i telomeraskomplexet
>90 % av mutationerna har påvisats i: - TERT - TERC Heteozygota mutationer Autosomalt dominanta med haploinsufficiens (”Halverad telomerasaktivitet”)

31 Mutationer i telomeraskomplexet
Ovanliga mutationer Armanios and Blackburn Nat Rev Genet 2012; 13,

32 Korta telomerer vid dyskeratosis congenita (DC)
Telomerase gene mutation Figure 10.32a The Biology of Cancer (© Garland Science 2007) 32

33 Dyskeratosis congenita
Mucocutana symptom Hyperpigmenterad hud Oral leukoplaki Nageldystrofi Benmärgssvikt Calado and Young. N Engl J Med 2009; 361:

34 Vuxna med telomersyndrom
Idiopatisk lungfibros Benmärgssvikt Aplastisk anemi MDS/AML Cryptogen levercirros Ökad risk maligniteter Svarar inte på immunsupprimerande behandling

35 Vuxna med telomersyndrom – multifaktoriellt?
Calado and Young. N Engl J Med 2009; 361: 35

36 Armanios JCI 2013; 123,

37 Telomerer och tumörutveckling
Telomere shortening Genomic instability Apoptosis Tumor growth Telomerase activity

38 Telomerer och tumörutveckling – muterat telomeras
Telomere shortening Genomic instability Apoptosis Tumor growth + Telomerase activity

39 Telomerlängden går i arv
Nordfjäll et al. Eur J Hum Genet 2010; 18: 39

40 Telomerlängd ärftligt - anticipation
Armanios. Mut Res 2012; 730: 52-58 40

41 Anticipation Armanios and Blackburn Nat Rev Genet 2012; 13,

42 Kan ärvda korta telomerer bli långa?
Armanios and Blackburn Nat Rev Genet 2012; 13,

43 Korta telomerer vid sjukdom
DKC1-mutation TERC-mutation TERT-mutation TINF2-mutation Vulliamy et al. PLoSONE 2011; 6, e24383

44 Telomerlängden avgör inte klinisk bild
DKC1-mutation TERC-mutation TERT-mutation TINF2-mutation Vulliamy et al. PLoSONE 2011; 6, e24383

45 Familjehistorik starkt kopplat till telomerasmutationer
38 konsekutiva patienter som inkommit på remiss till Johns Hopkins Hospital, Baltimore pga aplastisk anemi eller idiopatisk lungfibros. Inklusion om familjeanamnes eller egna sekundära sjukdomar Parry et al. Blood 2011; 117,

46 Familjehistorik starkt kopplat till telomerasmutationer
Parry et al. Blood 2011; 117,

47 Något att tänka på för hematologen?
Vid utredning av Aplastisk anemi Benmärgssvikt MDS AML Finns lungsjukdom, leversjukdom och blodsjukdom i släkten? Har patienten lung- eller leversjukdom? Tecken på tidigt åldrande?

48 Telomersyndrom – behandling?
- Allogen stamcellstransplantation - Patienter känsliga för DNA-skadande ämnen - Myeloabladive behandling dålig prognos - Non-myeloabladive behandling möjligen bättre prognos - Androgenbehandling? - Östrogen?

49 Genetisk analys vid telomerasmutation?
Diagnostiskt värde – kan styra val av behandling och uppföljning Patienter med mutation har dålig effekt av immunsupprimerande behandling och är känsliga för DNA-skadande behandling Möjliggör uppföljning av patient och släktingar som är bärare av mutationen Möjliggör att exkludera släktingar som potentiella donatorer

50 Genetisk analys - telomerasmutationer
Klinisk genetik, Laboratorimedicin, Umeå Uppsatt 2 år 32 patienter undersökta 3 mutationer

51 Genetisk analys steg 1 TERT (5p15): 16 exons
telomerase reverse transcriptase TERC (3q26): 1 exon telomerase RNA component TERT is the catalytic component. TERC provides the template for nucleotide addition by TERT. 51

52 Genetisk analys steg 2 DKC1 (Xq28): 15 exons TINF2 (14q12): exon 6
dyskerin (telomerase complex) TINF2 (14q12): exon 6 TRF1-interacting nuclear factor 2 (shelterin complex) The shelterin complex is a group of proteins that interact to protect the telomeres. 52

53 Sekvensering DNA prep from peripheral blood (5-10 ml EDTA)
Sequencing on ABI 3500xL Dx 53

54 Mutationsdatabas

55 Vid fynd av mutation Kliniskt heterogen sjukdom Reducerad penetrans
Anticipation Allvarligare symptom i senare generationer Finns polymorfier (TERC) De novo mutationer (DKC1)

56 Familj med TERT-mutation
TERT c.2147C>T, p.A716V Bioinformatic evidence: highly conserved, important protein domain (telomere reverse transcriptase). AGVGD=0. PolyPhen=damaging SIFT= not tolerated. Small amino acid change (GV=64, hydrofob  hydrofob). No splice effect. Published evidence: Known mutation (Du et al. 2009; severe pancytopenia and aplastic anemia) dbSNP: Not known 56

57 Telomerlängdsanalys av familj med TERT-mutation
Age 120 100 80 60 40 20 Relative Telomere Length (RTL) 3,44 2.58 1.72 0.86 0.00 1.29 0.43 6372 8003 7419 7850 8401 Brother no mutation Proband TERT mutation

58 Familj med TERC-mutation
The proband is a 30-year old man with aplastic anemia. He has had very low thrombocytes since childhood, and received a bone marrow transplantation He died in 2013. The parents are healthy, but there is an accumulation of affected cases on the father´s side. Mutation analysis in the proband identified a sequence variant in TERC, which is also present in his father and his son. TERC n.377A>G + Bone marrow failure 30y 58

59 Telomerlängdsanalys av familj med TERC-mutation
Age 120 100 80 60 40 20 Relative Telomere Length (RTL) 3,44 2.58 1.72 0.86 0.00 Father =variant Son =variant Siblings =no variant Proband =TERC variant

60 Telomerer i Umeå Göran Roos
Pia Osterman Christer Mehle Karl-Fredrik Norrback Magnus Hultdin Katarina Nordfjäll Pawel Grabowski Sofie Degerman Ulrika Svensson Magnus Borssén Eleonor Lindström Eriksson Ulla-Britt Westman Elisabeth Grönlund Raviprakash T Sitaram Linda Köhn Susann Haraldsson Helene Sandström Mattias Landfors Anna Norberg

61 https://webappl.vll.se/provtagningsanvisningar