Thalassemia: Molecular Genetics
หลักการสำคัญ
Thalassemia เกิดจาก
ความผิดปกติของการสร้าง globin chain
ซึ่งอาจเกิดได้ในทุกขั้นตอนของการแสดงออกของยีน
(gene expression)
DNA
│
▼
Transcription
│
▼
pre-mRNA splicing
│
▼
mRNA stability
│
▼
Translation
│
▼
Protein folding
│
▼
Functional globin
ความผิดปกติในทุกขั้นตอนสามารถก่อให้เกิด thalassemia
ได้
ชนิดของยีนที่เกี่ยวข้อง
Alpha-thalassemia
เกิดจาก
- HBA1
- HBA2
บน chromosome 16
สาเหตุส่วนใหญ่
Gene deletion
Beta-thalassemia
เกิดจาก
HBB gene
บน chromosome 11
สาเหตุส่วนใหญ่
Point mutation
โดยเฉพาะ
- splice
mutation
- nonsense
mutation
- frameshift
mutation
ความแตกต่างสำคัญ
|
Alpha-thalassemia |
Beta-thalassemia |
|
Gene deletion พบบ่อย |
Point mutation พบบ่อย |
|
DNA deletion |
mRNA defect |
|
Gap-PCR ใช้บ่อย |
DNA sequencing ใช้บ่อย |
Molecular mechanisms
แบ่งได้เป็น
1. Gene deletion
พบบ่อยที่สุด
โดยเฉพาะ
Alpha-thalassemia
ผลคือ
Gene หาย
↓
ไม่มี globin
↓
Thalassemia
ตัวอย่าง
- α⁺ deletion
- α⁰ deletion
- SEA
deletion
- Thai
deletion
2. Gene rearrangement
เกิดจาก
Unequal crossing-over
ทำให้เกิด
- Hb
Lepore
- Hb
Kenya
Hb Lepore
เกิดจาก
Fusion
Delta gene
+
Beta gene
ได้
δβ
fusion globin
สร้าง Hb Lepore
ลักษณะเด่น
- Structural
Hb variant
- มี β-thalassemia
phenotype
Hb Kenya
เกิดจาก
Fusion
γ + β
↓
Hb Kenya
ร่วมกับ
Hereditary persistence of fetal hemoglobin (HPFH)
3. Promoter mutation
เกิดที่
Promoter
หรือ
Enhancer
↓
Transcription ลดลง
↓
Globin ลดลง
↓
Thalassemia
พบไม่บ่อย
4. Splicing mutation
พบบ่อยมาก
โดยเฉพาะ
Beta-thalassemia
กลไก
DNA mutation
↓
Abnormal mRNA splicing
↓
Abnormal mRNA
↓
Globin ลดลง
แบ่งเป็น
Canonical splice mutation
ทำลาย
GT
AG
splice site
ทำให้
mRNA ไม่สมบูรณ์
Cryptic splice activation
สร้าง
splice site ใหม่
↓
เกิด
abnormal mRNA
Hb E
ตัวอย่างสำคัญที่สุด
เกิดจาก
Point mutation
ที่
Codon 26
ทำให้
Glu
↓
Lys
Hb E
เป็นทั้ง
- Structural
Hb variant
และ
- Mild β-thalassemia
เพราะ
Mutation เดียวกัน
ทำให้
Cryptic splice site
ถูกเปิดใช้งาน
↓
สร้าง β-globin
ได้เพียง
ประมาณ
30–40%
ของปกติ
Hb E disease
มักอาการน้อย
แต่
Hb E/β-thalassemia
อาจรุนแรงจน
Transfusion-dependent
5. Nonsense mutation
เกิด
Premature stop codon
↓
Translation หยุด
↓
ไม่มี β
chain
↓
β⁰-thalassemia
ตัวอย่าง
Normal
AUG
......
UAA
Mutation
↓
Stop ก่อนเวลา
6. Frameshift mutation
Insertion
หรือ
Deletion
ที่
ไม่ใช่
3 bases
↓
Reading frame เปลี่ยน
↓
เจอ stop codon
↓
β⁰-thalassemia
Nonsense-mediated decay
เมื่อ
Stop codon
เกิดใน
Exon 1 หรือ 2
↓
mRNA
ถูกทำลาย
↓
ไม่สร้าง protein
เป็นกลไกป้องกัน truncated protein
Dominant thalassemia
หายาก
เกิดเมื่อ
Stop codon
อยู่
Exon สุดท้าย
↓
mRNA
ไม่ถูกทำลาย
↓
สร้าง
Abnormal globin
↓
ตกตะกอน
↓
เกิดโรค
แม้เป็น
Heterozygote
Hb Constant Spring
Prototype
ของ
Non-deletional alpha-thalassemia
กลไก
Normal
Stop codon
↓
UAA
Mutation
↓
กลายเป็น
Sense codon
↓
Ribosome
อ่านต่อ
อีก
31 amino acids
ผล
Alpha chain
ยาวผิดปกติ
และ
mRNA
ไม่เสถียร
↓
สร้าง alpha globin
เพียง
1–5%
ของปกติ
Clinical importance
Hb H Constant Spring
รุนแรงกว่า
Deletional Hb H disease
Post-translational defects
Globin
สร้างได้
แต่
Fold ไม่ได้
↓
Inclusion body
↓
Hemolysis
↓
Thalassemia
ตัวอย่าง
- Hb
Indianapolis
- Hb
Quong Sze
Non-globin gene mutations
พบได้น้อย
แต่ควรรู้
GATA1 mutation
↓
β-thalassemia
ร่วมกับ
- thrombocytopenia
- dyserythropoiesis
ATRX mutation
↓
Acquired Hb H disease
พบใน
- Myelodysplastic
syndrome (MDS)
- AML (พบน้อย)
หรือ congenital ATRX syndrome
ร่วมกับ
- intellectual
disability
- α-thalassemia
β⁰
vs β⁺ mutation
|
β⁰ |
β⁺ |
|
ไม่มี β-globin |
ยังสร้างได้บางส่วน |
|
Severe |
Mild กว่า |
|
Major |
Intermedia/Minor ได้ |
Genetic testing
Alpha-thalassemia
ใช้
- Gap-PCR
- MLPA
เพราะส่วนใหญ่เป็น deletion
Beta-thalassemia
ใช้
- Sanger
sequencing
- NGS
เพราะส่วนใหญ่เป็น point mutation
Flow of Molecular Pathogenesis
Gene mutation
│
▼
Deletion / Point mutation /
Splicing / Frameshift /
Nonsense / Translation defect
│
▼
Reduced globin synthesis
│
▼
Globin chain imbalance
│
▼
Ineffective erythropoiesis
+
Hemolysis
│
▼
Thalassemia syndrome
Key Pearls
- Alpha-thalassemia
ส่วนใหญ่เกิดจาก gene deletion ขณะที่
beta-thalassemia ส่วนใหญ่เกิดจาก point
mutation โดยเฉพาะ splice-site mutation และ nonsense/frameshift mutation
- Hb
E เป็นทั้ง structural hemoglobin variant และ mild β-thalassemia
allele เนื่องจาก point mutation เดียวกันทำให้เกิด
cryptic splice site ส่งผลให้สร้าง β-globin ได้เพียงประมาณ
30–40% ของปกติ
- Hb
E/β-thalassemia
มีความรุนแรงได้ตั้งแต่เล็กน้อยจนถึง transfusion-dependent
disease จึงเป็นสาเหตุสำคัญของ severe thalassemia ในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้
- Hb
Constant Spring เป็น non-deletional α-thalassemia เกิดจาก stop codon mutation ทำให้ mRNA
ไม่เสถียรและสร้าง α-globin
ได้น้อยมาก จึงมีอาการรุนแรงกว่า deletional Hb H
disease
- การเลือกตรวจพันธุกรรมควรสอดคล้องกับชนิดของความผิดปกติ ได้แก่ Gap-PCR/MLPA สำหรับ alpha-thalassemia
และ Sanger sequencing หรือ NGS สำหรับ beta-thalassemia
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น