Genetski vzroki spremenjene zgradbe migetalk pri ~loveku

Similar documents
Ultrastructural Aspect in the Immotile Cilia Syndrome*)

SWISS SOCIETY OF NEONATOLOGY. Kartagener s syndrome: Neonatal respiratory distress as initial symptom of primary ciliary dyskinesia

CASE REPORT. 1. Assistant Professor. Department of Paediatrics, Vinayaka Missions Medical College, Karaikal

DIAGNOSIS OF PRIMARY CILIARY DYSKINESIA

Diagnosis of primary ciliary dyskinesia: searching for a gold standard

HEMATURIJA PRI OTROCIH HAEMATURIA IN CHILDREN

A 20-year experience of electron microscopy in the diagnosis of primary ciliary dyskinesia

Génétique des DCP. Deciphering the molecular bases of ciliopathies. Estelle Escudier, INSERM U 681 Serge Amselem, INSERM U 654

Letters to the Editor

Mislocalization of DNAH5 and DNAH9 in Respiratory Cells from Patients with Primary Ciliary Dyskinesia

Primary Ciliary Dyskinesia Pathogenesis, diagnosis and treatment DR CLAIRE HOGG DEPT. RESPIRATORY PAEDIATRICS ROYAL BROMPTON HOSPITAL LONDON.

Ciliary defects and genetics of primary ciliary dyskinesia.

Homozygosity Mapping of a Gene Locus for Primary Ciliary Dyskinesia on Chromosome 5p and Identification of the Heavy Dynein Chain DNAH5

Ciliated cells are found lining various body cavities,

High prevalence of Primary Ciliary Dyskinesia in a British Asian population

Kartagener s Syndrome: Presenting in Fourth Decade

Orientation of respiratory tract cilia in patients with primary ciliary dyskinesia, bronchiectasis, and in normal

Primary Ciliary Dyskinesia Clinical Presentation and Diagnosis. Douglas Conrad California Thoracic Society January, 2018

Celični razdelki in transport proteinov

Clinical Commissioning Policy: Dornase alfa inhaled therapy for primary ciliary dyskinesia (all ages)

Identification of predicted human outer dynein arm genes- candidates for primary ciliary dyskinesia genes

The oviductal cilia and Kartagener's syndrome*

Ciliary central microtubular orientation is of no clinical significance in bronchiectasis

Primary Ciliary Dyskinesia (PCD) Angelo Barbato Department of Pediatrics Padova University/General Hospital Padova-Italy

KARTAGENER S SYNDROME: A CLASSICAL CASE

R espiratory cilia beat in a coordinated manner with a specific

Evaluation of Patients with Diffuse Bronchiectasis

Primary ciliary dyskinesia syndrome associated with abnormal ciliary orientation in infants

Primary ciliary dyskinesia (Kartagener syndrome) in a 38-yearold Egyptian male: A rare case

Kartagener s syndrome: review of a case series

PRIMARY CILIARY DYSKINESIA

A 20-year experience of electron microscopy in the diagnosis of primary ciliary

GINKGO BILOBA IN MISELNE SPOSOBNOSTI. Avtorji: Jelena Raković, Božica Ljušanin Grbavac 18. modularna skupina April 2015

Axonemal Dynein Intermediate-Chain Gene (DNAI1) Mutations Result in Situs Inversus and Primary Ciliary Dyskinesia (Kartagener Syndrome)

ARTICLE DNAI2 Mutations Cause Primary Ciliary Dyskinesia with Defects in the Outer Dynein Arm

A study of cilia density in sea urchin embryos during gastrulation

Primary Ciliary Dyskinesia (PCD) Angelo Barbato Department of Pediatrics Padova University/General Hospital Padova-Italy

Axonemal Beta Heavy Chain Dynein DNAH9: cdna Sequence, Genomic Structure, and Investigation of Its Role in Primary Ciliary Dyskinesia

Primary Ciliary Dyskinesia-Kartagener's Syndrome: A Case Report & Review of the Subject

Klinični pomen mutacije JAK2 pri KMPB, analiza bolnikov iz dveh slovenskih regij. Joško Vučković

Fifty years of microtubule sliding in cilia

Rapid diagnosis of primary ciliary dyskinesia: cell culture and soft computing analysis

T H E J O U R N A L O F C E L L B I O L O G Y

Diagnostic Testing of Patients Suspected of Primary Ciliary Dyskinesia

Principi PET-CT preiskave. Marko Grmek

Clinical Commissioning Policy Proposition: Dornase alfa inhaled therapy for primary ciliary dyskinesia (all ages)

The classical genetic and genomic approach to the pathogenesis of primary ciliary dyskinesia Geremek, Maciej

Primary ciliary dyskinesia (PCD) is a rare disease of children. Review. Picking up speed: advances in the genetics of primary ciliary dyskinesia

Primary Ciliary Dyskinesia Diagnostic and Phenotypic Features

RESPIRATORY CARE Paper in Press. Published on January 29, 2013 as DOI: /respcare.02241

Kartagener s Syndrome STEFANIE CORRADINI - PMU SALZBURG (AUSTRIA) GILLIAN LIEBERMAN, MD

Asymmetry of the central apparatus defines the location of active microtubule sliding in Chlamydomonas flagella

CASE REPORT. KARTAGENER SYNDROME: A TRIAD OF CHRONIC SINUSITIS, BRONCHIECTASIS AND SITUSINVERSUS Arvinder Singh, Sohan Singh, Manjeet Kaur

HIV/AIDS UPDATE Janez Tomažič Klinika za infekcijske bolezni in vročinska stanja Katedra za infekcijske bolezni in epidemiologijo

Mutations in the DNAH11 (axonemal heavy chain dynein type 11) gene cause one form of situs inversus totalis and most likely primary ciliary dyskinesia

Sladkorna bolezen in kirurški poseg

Simplified cell culture method for the diagnosis of atypical primary ciliary dyskinesia

THE CASE FOR EXTENDED BRIEF INTERVENTIONS Nick Heather 1

Sperm-Associated Antigen 17 Gene Is Essential for Motile Cilia Function and Neonatal Survival

Pogostnost endometrioze pri zdravih in neplodnih `enskah 4

Spermatozoa motility in reverse gear? An observation of backward-moving human spermatozoa.

Orientation of human respiratory cilia

Ultrastructural sperm tail defects associated with sperm immotility

ALI SO PRIPRAVKI GLUKOZAMINA UČINKOVITI V TERAPIJI GONARTROZE?

Univerza v Mariboru, Medicinska fakulteta, Maribor

University of Groningen

The coiled-coil domain containing protein CCDC40 is essential for motile cilia function and left-right axis formation

LC2, the chlamydomonas homologue of the t complex-encoded protein Tctex2, is essential for outer dynein arm assembly

RECONSTITUTION OF METACHRONAL WAVES IN CILIATED CORTICAL SHEETS OF PARAMECIUM

KARTAGENER S SYNDROME A RARE CASE SERIES IN FEMALE PATIENTS

AMELIORATION OF KARTAGENER SYNDROME BY HOMOEOPATHIC THERAPEUTIC AID

VALIDITY OF TEST OF OBJECT RELATIONS (TOR) BASIC INFORMATIONS FOR RESEARCHERS

Docking Complex-independent alignment of outer dynein arms with 24-nm periodicity in vitro

N itric oxide (NO) is generated from L-arginine by

Cardiopulmonary Syndromes: Conditions With Concomitant Cardiac and Pulmonary Abnormalities

Microtubule Forces Kevin Slep

Chapter 4. A Tour of the Cell. Lecture by Richard L. Myers

STRUCTURES LINKING THE TIPS OF CILIARY AND FLAGELLAR MICROTUBULES TO THE MEMBRANE

P rimary ciliary dyskinesia (PCD) is usually an

To beat or not to beat: roles of cilia in development and disease

PRIMARY CILIARY DYSKINESIA: CURRENT STATE OF THE ART

Fertilization: Beginning a New New Organism Or

Molekularna epidemiologija humane kriptosporidioze

KARTAGENER'S SYNDROME - VERSATILE PRESENTATIONS

ASSET Student Laboratory

Antikoagulantno zdravljenje

CFAP54 is required for proper ciliary motility and assembly of the central pair apparatus in mice

Prikaz dveh primerov zastrupitve z ogljikovim monoksidom Carbon monoxide intoxication: A report of two cases

Clinical value of measurement of pulmonary radioaerosol mucociliary clearance in the work up of primary ciliary dyskinesia

Dizmorfologija in sindromologija

Bronchiectasis: An Imaging Approach

Primary Ciliary Dyskinesia in the Dog

EFFECT OF BEAT FREQUENCY ON THE VELOCITY OF MICROTUBULE SLIDING IN REACTIVATED SEA URCHIN SPERM FLAGELLA UNDER IMPOSED HEAD VIBRATION

NAJVAŽNEJŠE HORMONSKE ŽLEZE

CYSTIC FIBROSIS FOUNDATION INFO-POD Information You Need to Make Benefits Decisions

Mucus clearance as a primary innate defense mechanism for mammalian airways

R J M E Romanian Journal of Morphology & Embryology

Sperm dysfunction and ciliopathy

Loss of function of axonemal dynein Mdnah5 causes primary ciliary dyskinesia and hydrocephalus

EPIGENETIC MODULATORS OF SIGNALLING PATHWAYS IN GLIOMA DEVELOPMENT

Transcription:

MED RAZGL 2001; 40: 75 82 PREGLEDNI ^LANEK Kristijan Jezernik 1 Genetski vzroki spremenjene zgradbe migetalk pri ~loveku Genetically Determined Defects of Cilia in Man IZVLE^EK KLJU^NE BESEDE: primarna ciliarna diskinezija, Kartagenerjev sindrom, ultrastruktura migetalke, genetika Med v zadnjem ~asu s stali{~a celi~ne biologije in genetike bolje poznana obolenja ~loveka spada tudi sindrom migetal~ne negibljivosti. Povzro~en je z genetsko dolo~enimi okvarami migetalk ter posledi~no z ote`ko~enim transportom sluzi ter inhaliranih snovi tako iz nosne votline kakor plju~. Disfunkcija te primarne naloge migetalk je vzrok ponavljajo~im se respiratornim oku`bam ter kroni~nim obstruktivnim plju~nim obolenjem. Ker je za abnormalno delovanje migetalk lahko krivec marsikatera spremenjena beljakovina, ki gradi migetalke, so primarni genetski vzroki omenjenih sprememb lahko raznoliki. Kljub nekaterim novim spoznanjem o soudele`bi konkretnih genov pri razvoju primarne ciliarne diskineze je elektronskomikroskopska analiza tkiv s prizadetimi migetalkami primerna metoda za potrditev pravilne diagnoze tovrstnih obolenj. V pri~ujo~em ~lanku podajam pregled ultrastrukturnih in funkcijskih sprememb humanih migetalk ter doslej poznane genetske osnove navedenih abnormalnosti. ABSTRACT 75 KEY WORDS: primary ciliary dyskinesia, Kartagener-Syndrome, cilia ultrastructure, genetics Amongst the recently well known groups of human disorders is the ciliary motility syndrome. It is caused by genetically-determinated defects of cilia, consequently leading to impaired transport of mucus and inhaled particles from the nasal cavity and the lung. The dysfunction of mucociliary clearance leads to recurrent respiratory infection and to chronic obstructive pulmonary disease. Many different proteins are involved in the structure of cilia therefore primary ciliary dyskinesia is a group of heterogenous disorders of yet exactly unknown origin. Despite of it electron microscopy is in strict correlation to cilia ultrastructure and with the beating pattern. The following article is an overview of the recent knowledge in the field of cell biology and genetics. 1 Prof. dr. Kristijan Jezernik, dipl. biol., In{titut za biologijo celice, Medicinska fakulteta Univerze v Ljubljani, Lipi~eva 2, 1000 Ljubljana.

K. JEZERNIK GENETSKI VZROKI SPREMENJENE ZGRADBE MIGETALK PRI ^LOVEKU MED RAZGL 2001; 40 76 ZGRADBA IN GIBANJE MIGETALK IN BI^KOV Migetalke imajo popolnoma enako organizacijo, ne glede na to, v katerih vrstah celic v telesu se nahajajo. Osnovna gradbena sestavina so mikrotubuli mikrocevke, te pa gradijo molekule tubulina (1). Migetalko sestavlja par sredi{~nih mikrotubulov in devet robnih dvojic mikrotubulov, ki skupaj gradijo tako imenovano aksonemo. Govorimo o zna~ilni ureditvi mikrotubulov v migetalki, to je o vzorcu 9 2 + 2. Dvojice mikrotubulov sestojijo iz dveh, ozna~enih kot A in B. Mikrotubul A je v pre~nem prerezu zgrajen iz 13 prototofilamentov, mikrotubul B pa je iz 10 protofilamentov in je nepopoln, saj deli s cevko A del stene. Robne dvojice mikrotubulov obdaja plazemska membrana. V notranjosti celice se za~enja migetalka z bazalnim telesom, le-to je v osnovi brez sredi{~nih mikrotubulov, preostale so trojice. V sredini aksoneme name{~ena dva sredi{~na mikrotubula sta med seboj povezana s pre~nimi povezavami. Mikrotubul A in B sta povezana z beljakovino tektinom (2). Sredi{~ni par mikrotubulov pa je pripet z zunanjimi dvojicami preko radialnih ro~ic. Ker so mikrotubuli polarne strukture, imajo vedno plus /+/ konec (konec cevke, kjer prevladuje polimerizacija tubulinskih monomerov nad depolimerizacijo) in minus / / konec (konec, kjer prevladuje depolimerizacija). V migetalkah so / / konci mikrotubulov zasidrani v citosolu, /+/ konci pa na krajih migetalk, ki so obrnjeni navzven iz celic (3). Na robnih dvojicah so na mikrotubulu A name{~eni gibalni proteini, imenovani dineini ali dineinske ro~ice. Ti proteini so v dveh razli~nih namestitvah, eni so usmerjeni proti plazmalemi, ki ovija aksonemo, drugi pa gledajo proti sosednjim mikrotubulom v aksonemi (slika 1). Aksonemni dineini so gibalne beljakovine s precej ve~jimi glavami, kot jih poznamo v nemigetal~nih mikrotubularnih citoskeletnih strukturah v citosolu. Odgovorni so za drsenje aksonem ter s tem gibanje migetalk oziroma bi~kov. Dineinske ro~ice sestoje iz enojne te`ke verige, ki oblikujejo glavo, preko katere dinein vzpostavlja stik z mikrotubulom B. Vmesne in lahke proteinske dineinske verige pa so pripete na sosednje dvojice robnih mikrotubulov A. Tako je torej v aksonemi ve~ (vsaj osem) razli~nih te`kih dineinskih verig. Dineinske ro~ice, ki gledajo iz robnih dvojic mikrotubulov proti minus koncem sosednjih dvojic mikrotubulov, razvijejo drsne sile v aksonemi. Te sile omogo~ajo drsenje aksonem in s tem gibanje migetalke. Ciklus dineinskih navzkri`nih povezav zahteva energijo. Dinein je seveda ATP-aza. Vezava ATP povzro~i oblikovno spremembo v zgradbi ATP-aznega dineina, kar ima za posledico spro{~anje dineina iz sosednje dvojice robnih Notranja dineinska ro~ica Zunanja dineinska ro~ica Neksin Plazemska membrana Zunanje dvojice mikrocevk Radialne ro~ice Sredi{~ni mikrocevki Slika 1. Izsek iz pre~nega preseka migetalke.

MED RAZGL 2001; 40 A B C Slika 2. Gibanje dineinskih ro~ic ob sosednjih dvojicah mikrotubulov. Drsenje dineina ob mikrotubulih. Ciklus dineinskih navzkri`nih povezav. Vezava ATP povzro~i konformacijsko spremembo v (A) zgradbi ATP-aznega dineina. (B) Vezava ATP povzro~i spro{~anje dineina iz sosednjega para, in sicer iz B-mikrotubula, in ponovno pripenjanje na isti mikrotubul vendar navzdol ni`je. (C) Cepitev ATP v ADP povzro~i silo, zaradi katere dva mikrotubula drsita drug ob drugem. Neksin ter proteini v pre~nih povezavah pa zaradi drsenja povzro~ijo nagib naklon oziroma utrip migetalke. mikrotubulov, in sicer iz mikrotubula B, ter ponovno pripenjanje na isti mikrotubul, vendar navzdol, to je proti minus koncu. Cepitev ATP v ADP povzro~i silo, zaradi katere dva sosednja mikrotubula drsita drug ob drugem. Ker so dineinske ro~ice pritrjene na mikrotubula A, se premikajo vzdol` sosednjih mikrotubulov B v smeri proti bazi, to je proti minus koncem mikrotubulov (4). Drse- nje seveda porablja energijo, kajti zaporedoma se oblikujejo kri`ne povezave med dineinskimi ro~icami in mikrotubuli B. Postopna vezava in hidroliza ATP povzro~a, da se dineinske ro~ice zaporedoma ve`ejo in spro{~ajo iz sosednjih dvojic mikrotubulov (slika 2). Gibanje izvira iz baze migetalk in bi~kov. Premik migetalke je v osnovi posledica aktivnega drsenja sosednjih zunanjih dvojic mikrotubulov. Pri tem nastane v migetalki na meji med predelom, ki drsi, in predelom, ki predstavlja upor (ker {e ne drsi), nagib. Vedeti moramo, da je utripanje migetalk kontrolirano tako, da se spreminjajo predeli vzdol` aksoneme, kjer je dinein aktiven. Aktivirajo se kro`na podro~ja, ki opazovana s strani baze migetalke, ka`ejo, da so dineinske zunanje ro~ice (v predelih aktivnosti) urejene v nasprotni smeri urnih kazalcev. Dinein se»sprehaja«samo v minus ( ) smeri, zato se lahko isto~asno giblje samo v eni polovici aksoneme, gledano s prese~i{~a z mesta pregiba. Pregib bi~ka je posledica aktivnosti dineinskih ro~ic v eni polovci preseka aksoneme in neaktivnosti v nasproti le`e~i polovici aksoneme (5). Aktivno drsenje v eni polovici aksoneme povzro~a ukrivitev aksoneme iz osi migetalke, na nasprotni strani, seveda tudi s tem njen pregib v naprotno stran. Ker se aktivnost dineinskih ro~ic spreminja, tako v ~asu kot prostoru vzdol` bi~ka, je torej regulirana. To pomeni, da se aksonema lahko pregiba v obeh smereh od baze do vrha. Prav tako imajo pri gibanju pomembno vlogo tudi sredi{~ni mikrotubuli ter pre~ne 77 A B Slika 3. A. Gibanje aksoneme normalno sestavljene migetalke. B. Pogled na zna~ilni gib migetalke od strani.

K. JEZERNIK GENETSKI VZROKI SPREMENJENE ZGRADBE MIGETALK PRI ^LOVEKU MED RAZGL 2001; 40 78 povezave med temi in robnimi. Na sredi{~nih mikrotubulih potekajo namre~ aktivni procesi fosforilacije in defosforilacije na nekaterih prisotnih strukturnih proteinih (6, 7). Normalno zgrajene migetalke oblikujejo usklajena valovanja v eni ravnini povr{ine migetal~nih celic. Val, ki nastane, je podoben gibanju metle od nekega za~etnega mesta proti koncu in potem protiudarcu, ki je usmerjen nazaj (slika 3). Aksonemni dinein je znatno ve~ji in bolj kompleksno zgrajen kakor citosolni dinein, ker je soudele`en v gibanju zelo kompleksnih struktur, kot sta migetalka in bi~ek. ^eprav je glavna gibalna sila dinein, je za nemoteno in pravilno delovanje migetalke in bi~ka potrebno sodelovanje {e mnogih drugih proteinov, kakor so `e na{teti: tubulini, tektin, neksin, izvor energije ATP molekule in {e dodatni, doslej {e slabo opredeljene beljakovine v povezavi med zunanjimi in sredi{~nimi mikrotubuli, proteini okrog sredi{~nih mikrotubulov, kakor tudi beljakovine v sami plazemski membrani migetalk. Zato je razumljivo, da je negibljivost migetalk in bi~kov lahko posledica mutacije gena ne samo za dinein, ampak tudi {e genov na{tetih beljakovin. SINDROM NEGIBLJIVIH MIGETALK IN PRIMARNA CILIARNA DISKINEZIJA Kartagenerjev sindrom in molekularna zgradba migetalk Sindrom negibljivih migetalk, ki se odra`a kot primarna ciliarna diskinezija (PCD), je skupina heterogenih, do nedavna, gledano s stali{~a genetike, precej slabo poznanih obolenj. Fenotipsko jo ozna~ujejo aksonemne nepravilnosti v migetalkah dihalnega aparata in v repu spermijev. Napaka migetalk se zna~ilno odra`a s kroni~nimi respiratornimi obolenji bronhiektazije in sinusitisi, vendar je spekter klini~nih stanj kaj heterogen. Ker so prizadeti v zgradbi tudi bi~ki spermijev se pojavlja tudi neplodnostj mo{kih in redko celo `ensk (8, 9). Neplodnost mo{kih je v tem primeru seveda posledica nepravilne zgradbe aksonem v repih spermijev. Zaradi motenj v zgradbi migetal~nega aparata in posledi~no ciliarne disfunkcije je bistveno zmanj{ana naloga, to je ~i{~enje sluznice oziroma transporta sluzi in vdihanih partiklov v obeh smereh, tako iz nosne votline kakor iz plju~. Zato imajo osebe s PCD zmanj{ano zmo`nost transporta mukusa tako v nosni votlini kakor tudi v dihalnih epitelijih (10). Disfunkcija mukociliarnega obrambnega mehanizma zato vodi do pogostih ponavljajo~ih se respiratornih oku`b in je vzrok za kroni~ne obstruktivne plju~ne bolezni (11, 12). V okviru obolenj PCD je sindrom, imenovan Kartagenerjev, s stali{~a ultrastrukturnih sprememb in genetike {e najbolje definirano in poznano obolenje. Kartagenerjev sindrom lahko pojmujemo kot sindrom negibljih migetalk ali tudi kot primarno ciliarno diskinezo. Ker delitev v omenjeni dve kategoriji ni popolnoma dolo~ena, se v literaturi uporabljata obe mo`nosti. V primeru omenjenega sindroma poznamo namre~ tudi primere, ko se pojavljajo normalno zgrajene migetalke, prav tako pa poznamo abnormalno zgrajane migetalke pri zdravih ljudeh. V novej{em ~asu pa se vendar ugotavlja, da gre v primeru Kartagenerjevega sindroma za napa~no zgrajene migetalke v velikem odstotku (13). Le-te so posledica pomanjkanja dineinskih ro~ic v migetalkah, name{~enih v dihalnih poteh. Navkljub osnovni napaki, to je odsotnosti dineinskih ro~ic, so bile opisane tudi mnoge povsem druga~ne abnormalnosti ciliarnega aparata. Najpogostej{e spremembe migetalk pri bolnikih s Kartagenerjevim sindromom se odra`ajo v {irokem spektru napa~no zgrajenih mikrotubulov, v odsotnosti migetalk nasploh, odsotnosti dineinskih ro~ic ali v pojavu sestavljenih migetalk in drugem (14 6). Opazujemo zlasti naslednje vrste napa~no zgrajenih aksonem v migetalki: migetalke z dodatnimi zunanjimi mikrotubuli, z manjkajo~imi robnimi mikrotubuli, s translociranimi robnimi mikrotubuli, multiple migetalke, z dodatnimi sredi{~nimi mikrotubuli, z manjkajo~ima sredi{~nima mikrotubuloma, migetalke brez dineinskih ro~ic, migetalke z enojnimi robnimi mikrotubuli in migetalke brez radialnih ro~ic (slika 4). V nenormalno sestavljenih migetalkah zaradi druga~ne organizacije aksonem je gibanje zelo druga~no. Predvsem se pojavljata dve vrsti valov, in sicer kro`enje (rotacija)

MED RAZGL 2001; 40 79 Slika 4. Zna~ilno spremenjene migetalke iz zgornjega dela dihalnih poti pri bolniku s Kartegenerjevim sindromom. A. Dodatni robni mikrotubuli ter dislocirani in nad{tevilni sredi{~ni. B. Mikrotubul brez plazemske ovojnice z manjkajo~im sredi{~nim mikrotubulom. C. [tevilni mikrotubuli v skupni citoplazemski osnovi. D. Migetalki z aksonemama brez dineinskih ro~ic in z dislociranim robnim mikrotubulom. E. [tevilne napa~no zgrajene aksoneme migetalk. ter nihanja (vibracija) (slika 5). V nobenem primeru pa take migetalke ne ka`ejo znakov metahronega gibanja. Posledica le-tega je `e omenjena zmanj{ana u~inkovitost samoo- ~i{~evanja epitelijskih povr{in in zastajanje celi~nih izlo~kov in tujkov v epiteliziranih notranjetelesnih votlinah (17). O GENETIKI PRIMARNE CILIARNE DISKINEZIJE Doslej so bile narejene nekatere {tudije, ki dokazujejo zna~ilne spremembe v zgradbi migetal~nega aparata, kakor tudi v zmanj{ani gibalni funkciji kot posledici omenjenih sprememb. V novej{em ~asu se pojavljajo tudi podatki o lokalizaciji genov, ki so odgovorni za sindrom PCD. Primarna ciliarna diskinezija in v okviru te Kartagenerjev sindrom je dedno pogojeno obolenje. Ponavadi se deduje avtosomno recesivno z nepopolno penetranco (18). Ker je glavna napaka v zgradbi migetalk, se seveda i{~ejo geni, ki sodelujejo pri zgradbi in delovanju migetalk in bi~kov, zlasti pomemben je gen za dinein. Kljub temu {e ne poznamo

K. JEZERNIK GENETSKI VZROKI SPREMENJENE ZGRADBE MIGETALK PRI ^LOVEKU MED RAZGL 2001; 40 80 A Slika 5. A. Gibanje migetalke z enim manjkajo~im in preostalim dislociranim sredi{~nim mikrotubulom. B. Gibanje migetalke z dodatnim sredi{~nim mikrotubulom. ~isto natan~no vseh genov, ki naj bi povzro~ali sindrom negibljivih migetalk. Vedeti moramo, da nenormalnosti v razli~nih delih migetalk (tako na primer v dineinskih ro~icah, radialnih povezavah, neksinih itd.) lahko pripeljejo do omenjenega sindroma. Pred kratkim je bil izoliran gen, ki je vklju~en v PCD pri morskem je`ku Chlamidomonas reinhardtii (19). Izkazalo se je, da razli~ni t.i. negibljivi sevi pri tem organizmu izra`ajo ultrastrukturne napake, ki so zelo podobne tistim, o katerih poro~ajo pri bolnikih s primarno ciliarno diskinezo (20). Po vsej verjetnosti gre za evolucijsko konzervativnost genov, ki kodirajo aksonemne beljakovine. Tako je bil nedavno pri ~loveku odkrit gen, ozna~en kot DNAI1 soroden IC78 genu pri Chlamidomonas reinhardtii. Gen dolo~a dineinsko verigo in njegova mutacija povzro~a odsotnost zunanjih dineinskih ro~ic, prav to, kar je poglavitna zna~ilnost PCD. Ta gen, name{~en na lokusu 9p21-p13, se mo~no izra`a v sapnicah in v modih. Sestavlja ga 20 eksonov in kodirajo 699 aminokislin dolgo beljakovino (21). Potrjeno je bilo, da so v primerih mutacij DNAI1 zaporedja pri bolnikih s PCD prisotne negibljive migetalke v dihalnih zaradi odsotnosti zunanje dineinske ro~ice. Mutacije so izra`ene predvsem zaradi manj{ih insercij nukleotidov v 95. kodonu omenjenega gena (22). B Prav tako danes vemo, da ni nobene vezanosti med zaporedjem DNAI1 in sorodnimi PCD-fenotipi, kar nesporno dokazuje heterogenost omenjenega lokusa (21). To tudi pomeni, da v razvoju aksoneme pri ~loveku nedvomno sodelujejo {e drugi geni, ki prispevajo k sorodnim razvojnim defektom in sindromom. PCD-obolenja se pogosto pojavljajo v povezavi z mutacijami genov za HLA I, pa tudi v povezavi z obolenjem retinitis pigmentosa, ki je X-vezano. Poznana so tudi avtosomna dominantna dedovanja (23). Pomembno je spoznanje, da se humani kongenitalni sindromi, kakr{en je Kartagenerjev sindrom, izra`ajo podobno tudi v primeru mutacij gena hfh-4 pri mi{ih. Omenjeni gen je pri glodalcih nedvomno odgovoren za dolo~itev levo-desne asimetrije in za razvoj migetal~nih celic (24). Pojav sintenije in homologije z geni pri glodalcih naj bi dokazoval, da je v primeru Kartagenerjevega sindroma gen pri ~loveku lokaliziran na 14. kromosomu. Obstajajo tudi dokazi, da se omenjeni sindrom odrazi tudi v obse`nih preureditvah kromosoma 7 (25). Ker poznamo tako recesivno izra`anja PCD-obolenja in v nekaterih primerih tudi dominantno, to lahko pomeni, da gre za ve~ razli~nih mutacij proteinov, ki so vklju~eni v zgradbo migetalk. To bi lahko bil tudi vzrok za precej{njo heterogenost v na~inu dedovanja opisanih obolenj (avtosomno dominantno ali recesivno in celo spolno X-vezano dedovanje). Gotovo je to tudi osnovni vzrok velike fenotipi~ne heterogenosti v zgradbi migetalk in bi~kov pri bolnikih s PCD-sindromom. Omeniti velja {e dejstvo, da se Kartagenerjev sindrom pojavlja pogosteje z dolo~eno etni~no pripadnostjo narodov, zlasti pogost je v plemenih severne Afrike in v kavkazijski populaciji. Predvideva se, da je incidenca sindroma negibljivih migetalk med 1 primer na 15.000 do 30.000 oseb v populaciji. Iz tega sledi, da naj bi bila frekvenca heterozigotov med enim na 60 do 80 ljudi. ^e pa upo{tevamo tudi geneti~no heterogenost, je po vsej verjetnosti genska frekvenca vi{ja. SKLEP Primarna ciliarna diskineza in v okviru tega Kartagenerjev sindrom predstavlja u~ni pri-

MED RAZGL 2001; 40 mer, kjer se celi~na in molekularna biologija ter genetika tesno prepletajo in dopolnjujejo. Kljub genski heterogenosti mutantnih fenotipov, ki je rezultat inaktivacije razli~nih genov za proteine v aksonemi, je osnovni odgovor v bistvu enozvo~en, to je spremenjena zgradba in delovanje migetalk. Tako je mogo~e omenjena obolenja analizirati na nivoju celi~ne ultrastrukture in v prihodnje seveda tudi na nivoju gena. Prav gotovo se s tem postavlja vpra{anje, katera vrsta analize je oziroma bo primernej{a. ^e razmi{ljamo z gledi{~a fenotipa, ki je enovit, ima ultrastrukturno ugotavljanje napak dolo~eno prednost pred genetsko analizo. Slednja, torej genetska analiza, bo seveda zahtevala preiskovanje ve~ v PCD-fenotip vklju~enih potencialnih genov kandidatov. Seveda ne gre pozabiti fina~ne plati obeh vrst preiskav. Tudi ta bo v prihodnosti {e kako pomembna. ZAHVALA Doc. dr. Borutu Peterlinu se zahvaljujem za koristne sugestije ob pisanju ~lanka. LITERATURA 1. Sullivan KF. Structure and utilization of tubulin isotypes. Annu Rev Cell Biol 1988; 4: 687 91. 2. Olmsted JB. Microtubule associated proteins. Annu Rev Cell Biol 1986; 2: 421 8. 3. Dutcher SK. Flagellar assembly in two hundred and fifty easy-to-follow steps. Trends Genet 1995; 11: 398 404. 4. Johnson KA. Pathway of microtubule dynein ATPase and structure of the dynein: a comparison with actomyosin. Annu Rev Biophys Chem 1985; 14: 161 *. 5. Holwill ME, Satir P. A physical model of microtubule sliding in ciliary axonemes. Biophys J 1990; 58: 905 17. 6. Satir P. How cilia move. Sci Amer 1974; 213: 44 6. 7. Warner FD, Mitchell DR. Dynein, the mechano-chemical coupling adenosine triphosphate of microtubule-based sliding filament mechanism. Internat Rev Cytol 1980; 66: 1 5. 8. Pedersen H, Rebbe H. Absence of arms in the axoneme of immotile human spermatozoa. Biol Reprod 1975; 12: 541 44. 9. Eliasson R, Mossberg B, Camner P, Afzelius BA. The immotile-cilia syndrome. A congenital ciliary abnormality as an etiology in chronic airway infections and male sterility. N Engl J Med 1977; 297: 1 16. 10. Afzelius BA., Camner P, Mossberg B. Acquired ciliary defects compared to those seen in the immotile-cilia syndrome. Eur J Respir Dis 1983; 64 (127): 5 10. 11. Howell JT, Schoechet S, Goldman AS. Ultrastructural defects of respiratory tract cilia associated with chronic infections. Arch Pathol Lab Med 1980; 104: 52 55. 12. Turner JA, Corkey CWB, Lee JYC et al. Clinical expressions of the immotile cilia syndrome. Pediatrics 1981; 67: 805 10. 13. Marszalek A, Pawelek T, Witt M, Pawlik J, Blotna-Filipiak, Biczysko W. The Kartagener syndrome-an electron microscopic studies of biopsed mucosa. Rocznik Akad Med W Bialymstok 1997; 42 (2): 12 14. 14. Fox B, Bull TB, Oliver TN. The distribution and assessment of electron-microscopic abnormalities of human cilia. Eur J Respir Dis 1983; 64 (127): 11 18. 15. Nielsen MH, Pedersen M, Christensen B, Mygind N. Blind quantitative electron microscopy of cilia from patients with primary ciliary dyskinesia and from normal subjects. Eur J Respir Dis 1983; 64 (127): 19 30. 16. Mouwafak M. Al-Rawi, Edelstein DR, Erlandson RA. Changes in nasal epithelium in patients with severe chronic sinusitis: A Clinicopathologic and Electron Microscopic Study. The Laryngoscope 1998; 108: 1816 23. 17. Rossman CM, Lee RMKW, Forrest JB, Newhouse MT. Nasal ciliary ultrastructure and function in patients with primary ciliary dyskinesia compared with that in normal subjects and in subjects with various respiratory diseases. Am Rev Respir Dis 1984; 129: 161 67. 18. Gorham GW, Merselis JG. Kartagener's triad: a family study. Bull Johns Hosp 1959; 104: 11 16. 19. Goossens M, Amselem S, Duriez B. Loss-of-function mutations in a human gene related to Chlamydomonas reinhardtii dynein IC78 result in primary ciliary dyskinesia. Am J Human Gen 1999; 65, 6: 1508 19. 20. Wilkerson CG, King SM, Koutoulis A, Pazour GJ, Witman GB. The 78,000 M(r) intermediate chain of Chlamydomonas outer arm dynein is a WD-repeat protein required for arm assembly. J Cell Biol 1955; 129: 169 78. 21. Pennarun G, Escudier E, Chapelin C, Bridoux AM, Cacheux V, Roger G, Clement A, Witt M, Wang YF, Wang S, Sun Ce, Pawlik J, Rutkiewicz E, Zebrak J, Diehl SR. Exclusion of chromosome 7 for Kartagener syndrome but suggestion of linkage in families with other forms of primary ciliary dyskinesia. Am J Human Gen 1999; 64,1: 313 8. 22. Chapelin C, Amselem S, Jean Pierre M, Duirez B, Coste A, Lesprit E, Janaud JC. Genetic analysis of primary ciliary dyskinesia in 6 multiplex families. Am J Resp Crit Care Med 1997; 155: A504. 23. Narayan D, Krishnan SN, Upender M, Ravikumar TS, Mahoney MJ, Dolan TF, Teebi AS, Haddad GG. Unusual inheritance of primary ciliary dyskinesia (Kartagener's syndrome). J Med Genet 1994; 31: 493 96. 81

K. JEZERNIK GENETSKI VZROKI SPREMENJENE ZGRADBE MIGETALK PRI ^LOVEKU MED RAZGL 2001; 40 24. Chen J, Knowles HJ, Hebert JL, Hackett BP. Mutation of the mouse hepatocyte nuclear factor/forkhead homologue 4 gene results in an absence of cilia and random left-right asymmetry. J Clinic Invest 1998; 102,6: 1077 82. 25. Pan Y, McCaskill CD, Thompson KH, Casey B, Shaffer LG, Craigen WJ. Paternal isodisomy of chromosome 7 associated with complete situs inversus and immotile cilia (Letter). Am J Hum Genet 1998; 62: 1551 55. Prispelo 1. 11. 2000 82