…Ι. Παπασιδέρη ΕΙΔΙΚΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ 11-03-11 Διάλεξη: ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΡΑΧΕΣ ΤΗΣ ΕΡΥΘΡΟΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ 11-03-11 …Ι. Παπασιδέρη Ιστοσελίδες μαθημάτων http://kyttariki.biol.uoa.gr, http://multimedia.biol.uoa.gr

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΕΛΛΕΙΠΤΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗΕ) Συχνότητα εμφάνισης: 1/5.000-1/10.000 2% malaria regions (west Africa) ΗΕ Κυρίως επικρατής – σπάνια de novo

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΕΛΛΕΙΠΤΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗΕ) Κλινική και γενετική ετερογένεια (asymptomatic to hydrops fetalis) 10% patients: moderate to severe anemia Heterozygous: asymptomatic HE Homozygous or compound heterozygous: mild to severe HE (“HPP” hereditary pyropoikilocytosis)

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΕΛΛΕΙΠΤΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗΕ) Ελλειπτοκυτταρικός μετασχηματισμός RBCs elliptocytes Ο βαθμός της αιμόλυσης δεν συσχετίζεται με το % των ελλειπτοκυτ. Poikilocytes, fragmented RBCs Severe anemia (Αn & Mohandas, Br.J.Haematol., 141(3):367, 2008)

Απομάκρυνση από την κυκλοφορία μέσω του σπλήνα (σπληνεκτομή) ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΕΛΛΕΙΠΤΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗΕ) Μηχανική αστάθεια μεμβράνης Ελλειπτοκυτταρικός μετασχηματισμός ή/και μεμβρανική θραύση RBCs με μειωμένη επιφανειακή έκταση Απομάκρυνση από την κυκλοφορία μέσω του σπλήνα (σπληνεκτομή) The severity of the disease is directly related to the extent of the decrease in membrane mechanical stability (S) έντονη διάσπαση του σκελετικού δικτύου και μείωση των SpT

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΕΛΛΕΙΠΤΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗΕ) Εξασθένιση των «οριζόντιων» αλληλεπιδράσεων α-spectrin β-spectrin adducin α β 4.1R tropomodulin actin protofilament tropomyosin dematin Junctional complex Self-association site 1 2 Μειωμένη μηχανική σταθερότητα μεμβράνης (Αn & Mohandas, Br.J.Haematol., 141(3):367, 2008)

Αυτοσυγκρότηση Sp (95% of all HΕ cases) ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΕΛΛΕΙΠΤΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗΕ) Αυτοσυγκρότηση Sp (95% of all HΕ cases) Στην ΗΕ ο παθολογικός παράγοντας δεν είναι η μειωμένη σύνθεση Sp (HS), αλλά τροποποιήσεις της που παρεμποδίζουν τον τετραμερισμό Θέση αυτοσυγκρότησης ετεροτετραμερούς (περιοχή τετραμερισμού) (ή πλησίον αυτής) SpT SpD, μειώνει τη δομική σταθερότητα των σκελετών Οι μεταλλαγές διασπούν το ζευγάρωμα των α-ελίκων (Pro, Gly)

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΕΛΛΕΙΠΤΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗΕ) Oι μεταλλαγές της αυτοσυγκρότησης εμφανίζουν σαφή ομαδοποίηση και οριοθέτηση Sp Oran Θέση αυτοσυγκρότησης (α1-α8, β15-β17) Η απόσταση της μεταλλαγής από τη θέση τετραμερισμού είναι αντιστρόφως ανάλογη της κλινικής σοβαρότητας Η οριοθετημένη περιοχή εμπλέκεται στην εγκαθίδρυση των μηχανικών ιδιοτήτων του σκελετού (ελαστικότητα και σταθερότητα) 20 aHE μεταλλαγές, λιγότερες οι β-ΗΕ

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΕΛΛΕΙΠΤΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗΕ) SpT SpD HE C C C Ο βαθμός της διατάραξης της αυτοσυγκρότησης της Sp είναι ανάλογος της κλινικής σοβαρότητας της ΗΕ

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΕΛΛΕΙΠΤΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗΕ) ΗΕ – SPTA1 Πλήθος μεταλλαγών, ΝΗ2 α-Sp, αυτοσυγκρότηση β17 Επικρατής-65% of HE cases SDS-PAGE: (-)Sp σε σοβαρή ΗΕ, αLELY αλληλόμορφα ΗΕ – SPTΒ Συμπυκνωμένες, COOH β-Sp, αυτοσυγκρότηση Επικρατής -30% of HE cases Ετεροζυγωτία: μέχρι σοβαρή κλινική εικόνα (ομοζυγ.hydrops fetalis) SDS-PAGE: (-)Sp σε σοβαρή ΗΕ, truncated variants Δεν έχουν ανιχνευθεί β-αλληλόμορφα χαμηλής έκφρασης

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΕΛΛΕΙΠΤΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗΕ) ΗΕ – 4.1R 5% of HE cases Ανεπάρκεια ή δυσλειτουργία 4.1R Eπικρατής, ήπια/ασυμπτωματική ΗΕ (σε ετεροζυγωτία) Περίπου 10 διαφορετικές μεταλλαγές (σπάνια ομοζυγωτία, (-)) Πολυάριθμα (100%) και ευσχημάτιστα ελλειπτοκύτταρα Μεταλλαγές στα κωδικόνια έναρξης της ΜΦΡ και στην περιοχή Sp/Actin  σοβαρό κλινικό φαινότυπο και (-)Sp/actin Mεταλλαγές στην COOH-περιοχή: ήπια ΗΕ 70Kb έλλειψη σε γονίδιο πρωτεϊνών της μεμβράνης

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΕΛΛΕΙΠΤΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗΕ) ΗΕ – 4.1R Δευτερευόντως, σημαντική μείωση της GpC και της p55 (70%) Ανεπάρκεια ή δυσλειτουργία 4.1R Εξασθενημένο Sp-actin junctional complex decreased membrane mechanical stability

GpC(-)HE (φαινότυπος Leach) ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΕΛΛΕΙΠΤΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗΕ) GpC(-)HE (φαινότυπος Leach) Ολική ανεπάρκεια δευτερευουσών γλυκοφορινών (GpC/GpD) Aνεπάρκεια 4.1R και p55 από τη μεμβράνη (σύμπλοκο 4.1/GpC/p55 γειτονικά στο σύμπλοκο ζεύξης) GpC p55 4.1R actin protofilament Tropomodulin Tropomyosin Dematin Adducin β α Ελλειπτικές ή μη-ελλειπτικές μεταλλαγές Άλλες παραλλαγές είναι ασυμπτωματικές: Gerbich, Yus, Webb (ανεπάρκεια φυσιολογικών πρωτεϊνών αλλά αναπλήρωση από μεταλλαγμένες αντίστοιχες). Αυτές οι μεταλλαγές δεν επιδρούν στην cyt περιοχή

Υπερενυδατική Κληρονομική Στοματοκυττάρωση (ΥΚΣ 1/100.000, dominant inheritance Μη-αναπληρούμενη αιμολυτική αναιμία (moderately severe  severe) ,    ΔΕΚ, έντονη μακροκυττάρωση Stomatocytes: major feature of RBC morphology on blood smears (πολυάριθμα και τυπικά) Αυξημένη σφαιρικότητα λόγω αύξησης όγκου (χωρίς αύξηση της κυτταρικής επιφάνειας), Αυξημένη κυτταρική ενυδάτωση ( MCV) μειωμένη MCHC αυξημένη οσμωτική ευθραυστότητα (≠ HS)

Υπερενυδατική Κληρονομική Στοματοκυττάρωση (ΥΚΣ Spleen sequestration of stomatocytes Splenectomy: αντενδείκνυται λόγω φλεβικών                            θρομβοεμβολικών επιπλοκών Mechanistic basis of OHS: Αδυναμία να ρυθμίσουν την ομοιόσταση κατιόντων Stomatocytes: σημαντική αύξηση της περιεκτικότητας σε σύνολο κατιόντων λόγω αύξησης του ενδοκυτταρικού Να+, με αποτέλεσμα την αύξηση του όγκου των κυττάρων Mοριακή βάση??????????

Υπερενυδατική Κληρονομική Στοματοκυττάρωση (ΥΚΣ Έντονη ανεπάρκεια στοματίνης (7.2b, LR), αλλά παραδόξως δεν βρέθηκαν ποτέ μεταλλαγές στο γονίδιο ΕΡΒ72 (αίνιγμα για 24 χρόνια) Στο σκύλο OHS: φυσιολογική στοματίνη Στόχευση γονιδίου στον ποντικό: όχι στοματοκυττάρωση Άρα, η μείωσή της ίσως αποτελεί δυτερογενή συνέπεια βλάβης σε άλλο συστατικό με το οποίο η στοματίνη αλληλεπιδρά, πιθανόν ρυθμιστικά

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΕΣ ΜΕΜΒΡΑΝΟΠΑΘΕΙΕΣ Αύξηση κυτταροπλασματικού ιξώδους

Αφυδατική Κληρονομική Στοματοκυττάρωση (ΑΚΣ) Προηγούμενη ονομασία: Hereditary xerocytosis Red cell membrane transport defect, cation homeostasis, cell water content  καθαρή περιεκτικότητα σε κατιόντα   cell water content   cell volume  net cation content   cell water content   cell volume Σπάνια: 1/50.000 γεννήσεις (10-20x πιο σπάνια από HS) Επικρατής κληρονομικότητα

Αφυδατική Κληρονομική Στοματοκυττάρωση (ΑΚΣ) Μόνη της ή μέρος ενός νέου πλειοτροπικού συνδρόμου που περιλαμβάνει συγγενή ψευδοϋπερκαλιαιμία (μη-αιμολυτική ασθένεια με αύξηση των επιπέδων K+ στο πλάσμα RT) και οίδημα Το υπεύθυνο γονίδιο έχει χαρτογραφηθεί στη θέση 16q23-qter (όπως και της ΣΨ) Well-compensated anemia, borderline macrocytosis, mild to moderate enlarged spleen Blood smears: usually less than 10% stomatocytosis RBC dehydration, increase in MCHC, decreased osmotic resistance

Ηereditary Stomatocytosis and Band 3 (L. Bruce, BCMD 2006, 36:331) Tα κατιόντα διαρρέουν διαμέσου της ζώνης 3 η οποία μετατρέπεται από ανιοντοανταλλάκτη σε κανάλι κατιόντων Υπάρχει ένας αριθμός διαφορετικών μοριακών οδών  HSt

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΕΣ ΜΕΜΒΡΑΝΟΠΑΘΕΙΕΣ Αλλαγή στη μεμβρανική παραμορφωσιμότητα

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΟΒΑΛΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗO) Noτιοανατολική Ασιατική Οβαλοκυττάρωση (Southeast Asian Ovalocytosis, SAO) Koινή (5-25%) σε περιοχές ενδημικές της ελονοσίας (Μαλαισία, Ν.Γουινέα, Φιλιππίνες) Protection against all forms of malaria

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΟΒΑΛΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗO) Infected RBCs

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΟΒΑΛΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗO) Οβαλο- στοματοκυτταρικός μετασχηματισμός RBC’s (σφαιρικά ελλειπτ.) elliptocytes ovalocytes

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΟΒΑΛΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗO) Επικρατής κληρονόμηση βλάβης Μέχρι σήμερα έχει βρεθεί μόνο σε ετεροζυγωτία - ασυμπτωματική (ή σπάνια, ήπια αιμόλυση) (Homozygosity may lead to embryonic or fetal lethality) Μεμβράνες οβαλοκυττάρων: πολύ δύσκαμπτες και μηχανικά «υπερσταθερές» Παρεμπόδιση εισβολής παρασίτου Plasmodium falciparum (??) Ήπια αιμόλυση?????

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΟΒΑΛΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗO) Σε όλες τις περιπτώσεις SAO μόνο μία μεταλλαγή έχει βρεθεί: Έλλειψη 27nt στο γονίδιο SLC4A1, με αποτέλεσμα την έλλειψη 9αα (400-408) στη συνδετική περιοχή ανάμεσα στο cyt και TM1 Εισάγεται στη μεμβράνη, αλλά ελαττωματική αναδίπλωση / αυτοσυγκρότηση SAO (Williamson & Toye, BCMD, 2008) Απώλεια κατιόντων, ελαττωματική μεταφορά ανιόντων, αυξημένος ολιγομερισμός ζώνης 3, αυξημένη φωσφορυλίωση Tyr

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΗ ΟΒΑΛΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ (ΗO) Πώς μία μεταλλαγή στη ζώνη-3 προκαλεί τόσο μεγάλη αύξηση στη δυσκαμψία της μεμβράνης??? Μεταλλαγή  διαμορφωστική αλλαγή  η κυτταροπλασματική περιοχή Β3 σχηματίζει περισσότερες συνδέσεις με τον σκελετό  παρεμπόδιση η δομική αναδιάταξη δικτύου Sp  μείωση της μεμβρανικής παραμορφωσιμότητας

Η έρευνα στην «γνωστή» ερυθροκυτταρική μεμβράνη αποκαλύπτει ακόμα στοιχεία συγκλονιστικά Ερευνητικό «όχημα» για πιο σύνθετα κύτταρα Υπάρχουν ακόμα γονίδια/πρωτεΐνες άγνωστα Οι παθοφυσιολογικοί μηχανισμοί ασθενειών έθεσαν πολλές περισσότερες ερωτήσεις σε σχέση με τις απαντήσεις που πήραμε