Molekyyligenetiikka. Arto Orpana, FT dos. apulaisylikemisti

Transkriptio

1 Molekyyligenetiikka Arto Orpana, FT dos. apulaisylikemisti

2 Molekyyligenetiikka Pikaperusteet Miten meillä Automaation aika Geenitestien käyttö Mihin menossa

3 Molekyyligenetiikka: pikaperusteet

4 DNAn rakennevirheet

5 DNAn rakennevirheet Deleetio TGACCCTGGTGCACTTAACAGCGTTAGT ACTGGGACCACGTGAATTGTCGCAATCA

6 DNAn rakennevirheet Deleetio TGACCCTGGTGGCGTTAGT ACTGGGACCACCGCAATCA Insertio TGACCCTGGTCACTTAACAGCGTTAGT ACTGGGACCAGTGAATTGTCGCAATCA

7 DNAn rakennevirheet Deleetio TGACCCTGGTGGCGTTAGT ACTGGGACCACCGCAATCA Insertio TGACCCTGGTGACTTAACAGCGTTAGT ACTGGGACCACTGAATTGTCGCAATCA Pistemutaatio / SNP TGACCCTGGTGGA ACTTACAGCGTTAGT ACTGGGACCACCT TGAATGACGCAATCA

8 Kromosomialueen deleetio Geeniannos pienenee Entsyymiaktiivisuus laskee Geeni1 Geeni2 Geeni3 Geeni4 Geeni5 Geeni6 Geeni1 Geeni2 Geeni3 Geeni4 Geeni5 Geeni6

9 Kromosomialueen monistuminen Geeniannos kasvaa Entsyymiaktiivisuus kasvaa Geeni1 Geeni2 Geeni3 Geeni4 Geeni5 Geeni6 Geeni1 Geeni2 Geeni3 Geeni4 Geeni5 Geeni6 Geeni2 Geeni3 Geeni2 Geeni3

10 Kromosomialueen translokaatio Balansoitu translokaatio Geeniannos ei muutu Vaikutukset vasta seuraavassa sukupolvessa Geeni1 Geeni2 Geeni3 Geeni4 Geeni5 Geeni6 Geeni1 Geeni2 Geeni3 Geeni4 Geeni5 Geeni6 Geeni11 Geeni12 Geeni13 Geeni14 Geeni15 Geeni16 Geeni11 Geeni12 Geeni13 Geeni14 Geeni15 Geeni16

11 Kromosomialueen translokaatio Ei-balansoitu translokaatio seuraavassa sukupolvessa Geeniannos muuttuu Geeni1 Geeni2 Geeni3 Geeni4 Geeni14 Geeni5 Geeni15 Geeni6 Geen Geeni1 Geeni2 Geeni3 Geeni4 Geeni5 Geeni6 Geeni11 Geeni12 Geeni13 Geeni5 Geeni6 Geeni11 Geeni12 Geeni13 Geeni14 Geeni15 Geeni16

12 Molekyyligenetiikka: miten meillä

13 Perinnöllisyyslääketieteen vastuualueen laboratoriot Perinnöllisten geenivirheiden analytiikka Somaattisten muutosten analytiikka Kromosomianalytiikka Sytogenetiikanlaboratorio Molekyyligenetiikanlaboratorio Molekyylipatologianlaboratorio

14 Sytogenetiikan laboratorio Kromosomitutkimukset Karyotyyppaus G-raidat, FISH Kehitysvammaisuus Perinnöllinen? Balansoitu kromosomimuutokset Kromosomianalytiikka Sytogenetiikanlaboratorio

15 Molekyylipatologian laboratorio Kasvainkudoksen kromosomimuutokset Leukemiat, Lymfoomat Klonaliteetti Jäännöstautidiagnostiikka Hoitovaste, syöpälääkkeen valinta (Companion testing) BCR-ABL fuusio : Glivec Her2 / rintasyöpä: Herceptin Geeniexpressioprofiilit Somaattisten DNA-muutosten analytiikka Molekyylipatologianlaboratorio

16 Geeniexpressioprofiili Syöpäkudoksen luokittelu Tutkitaan muutoksia tuhansien geenien mrna tasoissa Kuvaa muuttuneita säätelyjärjestelmiä ja metaboliareittejä

17 Molekyyligenetiikan laboratorio Vakavat perinnölliset sairaudet Perinnölliset hyytymishäiriöt Perinnöllisten Perinnöllinen syöpäalttius geenivirheiden Farmakogenetiikka analytiikka Sairastumisalttiudet Molekyyligenetiikanlaboratorio

18 Genetiikan valtaprosessit Nukleiinihappotutkimukset Automatisoitu esikäsittely Automatisoitu DNA-analytiikka

19 Genetiikan valtaprosessit Automatisoitu esikäsittely Manuaalinen esikäsittely Sekvensointi qpcr Automatisoitu DNA-analytiikka Fragmenttianalyysi Molekyylikaryotyyppaus Nukleiinihappotutkimukset

20 Genetiikan valtaprosessit Automatisoitu esikäsittely Manuaalinen esikäsittely Sekvensointi qpcr Fragmenttianalyysi Molekyylikaryotyyppaus Automatisoitu DNA-analytiikka Soluviljely Kromosomitutkimukset FISH -tutkimukset Nukleiinihappotutkimukset Kromosomitutkimukset

21 Molekyyligenetiikka: Automaation aika

22 Perinteiset menetelmät Vakavien perinnöllisten sairauksien diagnostiikka on ollut kallista Korkeat varmuusvaatimukset koska erittäin suuria ja kauaskantoisia (hoidollisia) päätöksiä tehdään yksittäisten tulosten perusteella Yksikköhinta korkea mutta hyväksyttävä korkean laadun ja kattavan harvinaisten sairauksien valikoiman takaamiseksi Vain laskemalla tuotantokuluja voidaan nukleiinihappodiagnostiikka saada osaksi muiden lääketieteen erikoisalojen toimintaa

23 Automaation tulo geenilaboratorioon Automatisoituja prosessilinjoja tarvitaan Yksikköhinta pienemmäksi Palvelunopeus suuremmaksi Esikäsittelyn automaatio Geenimonistuksen automaatio Analytiikan automaatio Tulosten lausunnan automaatio

24 Automaatiolinja DNA laboratoriossa Nykykehitys kuin automaation alku 20v. sitten kliinisellä kemialla Erilliset pipetointirobotit ja mittalaitteeet Automatisoitu toiminnanohjaus Tiedonsiirto verkossa tai muistitikulla ML työjonosta pipetointikartat, reagenssiohjeet Automatisoidut pipetointirobotit Automaattilausunnot suoraan potilaan asiakirjoihin (ML)

25 Automaattinen PCR pipetointi Edullinen esikäsittely, pipetoinnit robotilla PCR reaktioiden pipetointirobotti puhdastiloissa suodatin-irtokärjet 2 kpl 2-paikkaisia Peltier kylmäblokkeja 384 kuoppalevyformaatti reagenssikulutus laskee ¼:aan 4x enemmän näytteitä sarjassa

26 Automaattinen Pistemutaatioanalytiikka Pistemutaatioiden detektio robotiella 2 kpl Tecan Freedom EVO 150 Lämpöinkubaattorit Pesurit 384 levyille Uusi Infrapunamerkkiaineisiin perustuva detektiojärjestelmä LI-COR Aerius IR-detektori 8 kpl 96-mittalevyjä > 1 kpl 384 mittalevy

27 B-Lakt-D: 192 näytettä rinnakkaisineen NO HE HO 700 nm Norm 800 nm Mut Aqua

28 Automaattinen monimutaatioanalytiikka Useiden tutkimusten samanaikainen suoritus Ajetaan kerralla tulleet perinteiset mutaatiotutkimukset Farmakogenetiikka Lääkeainemetaboliaan liittyvien geenien variantit Vaikuttavat poistumis-/ aktivoitumisnopeuteen Lääkeaineinteraktiot Yksilölle optimaalisten annoksen / molekyylien valinta Valtamutaatiopaketit Rajallinen määrä mutaatiota Yhdessä riittävä selitysarvo populaatiossa Alttiusgeenitutkimukset

29 Pikatutkimusten automaatiopaketti TPMT-D HFE-D Varfa-D SLCO1B1

30 Suomalainen tautiperintö B-FiMut-D 24 Mutaatiota Kertymäsairaudet agu_m1 cln3_m1 cln5_m1 incl_m1 mul_m1 salla_m1 Metaboliset sairaudet ccd_m1 graci_m1 iosca_m1 lchad_m1 mcad_m1 meb_m1 Munuaistoimintasairaudet arpkd_m1 arpkd_m2 arpkd_m3 asaur_m1 nphs1_m1 nphs1_m2 Vakavat perinnölliset sairaudet 12srrna_m1 cohen_m1 hyls1_m1 meckl_m1 ush3_m1 ush3_m2

31 Molekyyligenetiikka: Geenitestien käyttö

32 Diagnostinen geenitutkimus Selvittävät lääkärin pyynnöstä potilaan tietyn geenirakenteen Tuloksella oltava yksilötason vaikutusta Diagnoosin varmistus / poissulku Hoitopäätökset Ennusteen arviointi Onko sairauden perinnöllinen muoto Perinnöllisyysneuvonta Perhesuunnittelu Sukulaiset riskissä Lääkeaineen tai annoksen arviointi

33 Mihin DNA testejä käytettiin ennen Pääosin vakavien perinnöllisten sairauksien mutaatioiden tutkimuksissa

34 Tyypillinen tapaus: Peittyvästi periytyvä Suomalaisen tautiperinnön sairaus Sairas lapsi perheelle usein täysi yllätys Suomalainen valtamutaatio kattaa > 90% sairastuvista

35 Mihin DNA testejä käytetään nyt Edelleen pääosin perinnöllisten sairauksien tutkimuksissa Tunnettujen mutaatioiden analytiikan lisäksi uusien mutaatioiden etsintä lisääntyy nopeasti. Sukujen omat mutaatiot Laajenemassa kaikille erikoisaloille Lakt-D on jo osa perusterveydenhoitoa HLA tutkimukset Varfa-D saa jalansijaa, mutta hitaasti

36

37 Lääkkeet & geenitestit Lääkkeiden tai niiden annoksen valinta potilaan genotyypin mukaan Farmakogenetiikka Lääkeaineen valinta (syövän) geenilöydösten / -muutosten perusteella Muutos tuumirisolun genomissa altistaa lääkkeelle tai estää lääkkeen toiminnan

38 Molekyyligenetiikka: Mihin menossa

39 Miten DNA testejä käytetään tulevaisuudessa Geenitestit arkipäiväistyvät Vakavien perinnöllisten sairauksien vapaaehtoiset kantajuustutkimukset Käyttö laajenee (vähitellen) kaikille lääketieteen erikoisaloille Kliinikoiden / asiakkaiden osaaminen?? (Syöpä)lääkeaineiden valinta Personalized medicine

40 Tulevaisuuden valinta Karyotyyppaus vs. Molekyylikaryotyyppaus

41 Tulevaisuuden valinta Monimutaatioanalytiikka mikrosiruilla vs. Sekvensointi 2:n (3:n) polven sekvenaattoreilla

42 Tyypillinen DNA sekvensaattori ABI 3130xl Kohdealueiden PCR-monistus 16 reaktiota / ajo

43 Uudet toisen polven DNA sekvensaattorit Ei geenimonistusta, satunnaistietoa Monia teknologioita kehitteillä ja käytössä miljoonia reaktiota / ajo 10 pvä, 5000 / näyte Koska tulokset tarpeeksi varmoja diagnostisiin tarkoituksiin?? Koska tarvetta??

44 Geenimuutoksen tunnistus tuumori DNAsta koko genomin sekvensoinnilla T N Chr N bp Deletion

45 qpcr Standardit Tuumori-DNA:ta lisätty normaali DNA:han

46 Tuumori-DNA:n mittaus plasmasta Liikutaan herkkyyden alarajoilla variaatiota

47 Perinnöllisyyslääketieteen vastuualueen laboratoriot Perinnöllisten geenivirheiden analytiikka Somaattisten DNA-muutosten analytiikka Genetiikan laboratorio Kromosomianalytiikka Sytogenetiikanlaboratorio Molekyyligenetiikanlaboratorio Molekyylipatologianlaboratorio

48 Geneeriset prosessit Nukleiinihappotutkimukset Esikäsittely PCR monistus Monistustuotteen analytiikka Lausunto Hyvin samanlaisia prosesseja käyttävät: Genetiikka Patologia Transplantaatio (HLA) Mikrobiologia Bakteriologia Automatisoituja linjatoimintoja joita voi soveltaa monissa prosesseissa

49 Geneeriset prosessit Nukleiinihappotutkimuksia harmonisoitaessa muistettava erot mm: Näytemateriaalissa Näytemäärissä Herkkyysvaatimuksissa Toimilupavaatimuksissa Akkreditointivaatimuksissa Korjattavissa olevia Kuvitelmat miten on pakko toimia Olemassa olevat laitteistoerot Tahtotila ratkaisee Tulosta alkaa tulla kun menestyksen halu voittaa mukavuuden halun

50 Labs are vital Molekyyligenetiikka Vakavat perinnölliset sairaudet Lääkeaineinteraktiot Mikrobiologia Lajitunnistus H1N1 Lääkeresistenssi MRSA HIV

51 Erikoistuminen kliinisissä erikoistumisohjelmissa DNA-laboratorio: Kliinisen kemian laboratorio: sairaalageneetikko sairaala kemisti

52 Erikoistuminen kliinisissä erikoistumisohjelmissa DNA-laboratoriot työllistävät tulevaisuudessa: -Sairaalageneetikkoja -Sairaalakemistejä -Insinöörejä -(Bio)informaatikkoja, ATK-asiantuntijat

53 KIITOS