TÜRKİYE DE HEMOGLOBİN VARYANTLARI VE TALASEMİ MUTASYONLARI BİLGİ SİSTEMİ *

TÜRKİYE DE HEMOGLOBİN VARYANTLARI VE TALASEMİ MUTASYONLARI BİLGİ SİSTEMİ * An Information System on Hemoglobin Variants and Thalassemia Mutations in Turkey Volkan Vural TAŞ Biyoteknoloji Anabilim Dalı Zeynel CEBECİ Biyoteknoloji Anabilim Dalı ÖZET Bu çalışmada Türkiye de bulunan anormal hemoglobinler ve talasemi mutasyonları kayıtlarını içeren bir veritabanı oluşturulması; eğitim ve bilgilendirme materyalini kapsayan bir bilgi sisteminin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Sistemin veritabanından her mutasyon ve hemoglobin varyantının görüldüğü yerler, mutasyon noktaları, hematolojik parametreleri, yapısal ve fonksiyonel çalışmalar ile referans bilgileri yer almaktadır. Sistem, söz konusu kayıtların çeşitli açılardan sorgulanmasını sağlayan basit ve ileri arama mekanizmalarını kapsamaktadır. TrHbVar adlı veritabanı ve bilgi sistemi internet üzerinden serbest kullanıma açılmış (www.turktalasemi.org) olup şu an için 50 hemoglobin varyantı ile 41 talasemi mutasyonuna ait kayda erişilebilmektedir. Anahtar Kelimeler: Hemoglobin varyantları, Talasemi, Veritabanı, Bilgi Sistemi, Biyoinformatik ABSTRACT In this study, we aimed to develop a Turkish information system (TrHbVar) that contains abnormal hemoglobins and thalassemia mutations entries in addition to learning and knowledge resources on thalassemia. All information details for of every mutation and hemoglobin variant such as occuring location, mutation points, hematologic parameters, results of structural and functional analysis and related references have been recorded into database of the system. TrHbVar includes data which ensures to make basic and advanced queries in different ways. TrHbVar database and information system has been put into service on the web (www.turktalasemi.org) for public access by users. It is currently has fifty hemoglobin variants and fourty-one thalassemia mutations records in its database. Key Words: Hemoglobin variants, Thalassemia, Database, Information system, Bioinformatics. Giriş Biyolojik araştırmalarda elde edilen bilginin çok fazla miktarda artışı biyoinformatik sistemlerinin geliştirilmesi ve kullanımını zorunlu hale getirmiştir. Yaşam bilimlerinde bilgi teknolojileri uygulamaları biyoinformatik disiplinin *Yüksek Lisans Tezi-Msc Thesis 1

doğmasına yol açmıştır. Günümüzde biyoinformatiğin üç temel amacı söz konusudur. Bunlar; biyolojik verilerin organizasyonu; yeni verilerin sistemli bir şekilde eklenmesi; veri analizinde araçların ve sistemlerin geliştirilmesiyle ilgili sağlık ve yaşam bilimleri alanlarında kullanımıdır. Bütün bu amaçları yerine getirmek için biyolojik bilginin veritabanlarında ve bilgi sistemlerinde saklanmalarına gereksinim vardır. Biyoinformatik veritabanları biyoloji ve tıp alanlarındaki temel araştırmalara altlık sağlamaya, kliniğe yönelik veritabanlarının geliştirilmesiyle de klinik tıbba yardımcı olmaya başlamışlardır. Dünyada en yaygın görülen kalıtsal hastalıklardan birisi de hemoglobinopatilerdir. Hemoglobinopatiler, hemoglobin molekülünün polipeptid zincirlerindeki yapısal değişiklikler veya sentez bozukluklarından kaynaklanan kan hastalıkları olup talasemi ve anormal hemoglobinler olmak üzere iki kısımda incelenmektedir (Weatherall, 2001). Globin zincirlerinin yapılarındaki aminoasit değişikliği ile karakterize olan hemoglobinlere anormal hemoglobinler veya kısaca Hb varyantlar ı denilmektedir (Bunn ve Forget, 1986). Bu değişim birçok varyantın fonksiyonunu değiştirmediği gibi klinik bir semptom da göstermemektedir. Talasemiler ise hemoglobin molekülünün yapısında yer alan globin zincirlerinden birinin veya birden fazlasının sentezindeki azalma veya tamamen yokluğu ile karakterize olan genetiksel bir hastalıktır (Lukens, 1993). Ağır anemiye neden olan talasemiler dünyada en sık görülen genetik hastalıklardan biri olup özellikle Akdeniz, Orta Asya, Afrika nın bazı bölümleri Hindistan ve Asya yı içine alan kuşakta yüksek sıklıkla gözlenmektedir. En iyi tanımlanan tipleri α, β, δ, δβ ve γδβ talasemilerdir (Weatherall, 1986). Türkiye, Asya ile Avrupa kıtalarının arasında bir köprü konumu nedeniyle göç yolları durumunda olmuş bir ülkedir. Bu göç yolları nedeniyle hemoglobin hastalıklarından ciddi şekilde etkilenmiş olup talasemi ve diğer anormal hemoglobin mutasyonları açısından yaklaşık %2.1 lik oranla dünyada en fazla vakanın görüldüğü ülkelerden birisi durumundadır. (Anonim 2008f). Türkiye anormal hemoglobin varyantları ve talasemiler nedeniyle önemli sağlık sorunlarıyla karşılaştığından konu üzerinde bazı önlemler alınmış bulunmasına karşın eğitim ve bilgilendirme faaliyetlerinin önleyici olarak etkili olacağı ortadadır. Bu geleneksel medya ve ortamlarla bilgilendirme yanında gittikçe gelişen bilgi teknolojileriyle sağlanabilecektedir. Bunun yanında yapılan çalışmaların ve araştırma sonuçlarının toplanması, bir kaynakta toplanması ve yayınlamasını sağlayacak bilgi sistemlerinin gerek akademik ve gerekse sağlık kurumları için önemli bir rol üstleneceği ortadadır. Türkiye de hemoglobin varyantları ve talasemi için tasarlanan ve hizmet veren veritabanı ve bilgi sistemlerinde eksiklik olduğu gözlenmektedir. Bu çalışmada, yukarıda anılan nedenlerle hemoglobin hastalıkları ile ilgili bir veritabanının oluşturulması, biyoinformatik bir bilgi sisteminin geliştirilerek internet üzerinden açık erişimle hizmet vermesi amaçlanmıştır. 2

Materyal Metot Materyal Bilgi sisteminin hizmet vermesi için giriş düzeyinde bir bilgisayar sisteminin kullanılması düşünüldüğünden geliştirme ve test işlemleri masaüstü bir kişisel bilgisayar sistemi ile gerçekleştirilmiştir. Sistem yazılımının statik bileşenleri HTML, dinamik bileşenleri (Active Server Pages) ASP ve kullanıcı arayüzü kodlaması ise Javascript dillerinde geliştirilmiştir. Veritabanı yönetim sistemi olarak Microsoft Access veritabanı kullanılmıştır. Veritabanına kaydedilen veriler için başlıca iki çalışmada listelenen anormal hemoglobin ve talasemi kayıtlarından yararlanılmıştır (Altay, 2002; Tadmouri ve ark., 1998). Bunun yanında veritabanı web sayfasında yer alan Eğitim-Öğretim Materyali ne eklenen bilgiler Anormal hemoglobinler ve Talasemiler adlı kitaptan elde edilmiştir (Çürük, 2005). Bilgi sistemi geliştirilmesini müteakip internet te bulundurma hizmeti veren bir sunucuya yüklenmiş ve turktalasemi.org alan adı tescili yaptırılarak http://www.turktalasemi.org adresinden hizmete açılmıştır. Metot Türkiye Hemoglobin Varyantları ve Talesemi Sistemi veya kısaca TrHbVar olarak adlandırılan sistemin tasarımında Globin Gene Server ın HbVar veritabanındaki kayıt ve tanıtım verileri model olarak kullanılmıştır (Anonim 2008a). Bu amaçla küresel ölçekte hizmet veren HbVar a kayıtlı verilerin yapısı incelenmiş ve Türkiye de görülen hemoglobin varyantlarının tanımlanması yapılmıştır. Hemoglobin varyantı veya talasemilerin tanımında kullanılan tanıtım verisinin bileşenleri (alan yapısı) Çizelge 1 de listelenen ayrıntılardan oluşmaktadır. HbVar yanında Online Mendelian in Man (OMIM) veritabanından her bir varyant ile ilgili yapılan makale ve referanslar da toplanmıştır. (Anonim 2008b) TrHbVar sisteminde kullanılan varyantlara ilişkin görüntüler de kullanılmış ve bu amaçla Swiss Prot veritabanından yararlanılmıştır (Anonim 2008c). Ayrıca HbVar- XPRBASE veritabanından varyantların tespitinde kullanılan protokoller ve yöntemler incelenmiştir (Anonim 2008e) Sistem veritabanında varyant tanıtım verileri yanında bilgi sisteminin güncel haberler, duyurular, tartışma forumları ve kullanıcılarda yüklenen materyali ve iletişimi içerecek kayıtları da bulunduğun gerekli veri yapılarını tanımlamak üzere internet teki benzer sistemler incelenerek uygun veri yapıları tespit edilmiştir. Sistemde kullanılacak veriler ve ayrıntıları belirlendikten sonra veritabanı tasarımı yapılmış ve ilgili tablolar oluşturulmuştur. Şekil 1 de sunulan sistem mimarisinden de görüleceği üzere sistem veritabanını oluşturan tablolar temel olarak üç gruptan oluşmaktadır: - Hb varyantları tablosu - Öğrenme ve bilgi materyali tabloları - Sistem kullanıcıları tablosu 3

Sistemin temel ve merkezi tablolarından biri olarak Hb varyantları tablosu, varyantlarla ilgili verileri içeren bir tablodur. Özel konularla ilgili tablolar ise labrotuvar teknikleri, protokoller, eğitim materyalleri, haberler, duyurular ve görüntüleri içeren muhtelif tablolardan oluşmaktadır. Son olarak sistem kullanıcıları tablosu sisteme üye kaydı yaptıran kullanıcılara ilişkin, kimlik, iletişim ve sisteme giriş verilerini içeren bir tablodur. Şekil 1. TrHbVar mimarisinin genel yapısı (Cebeci ve ark., 2007) TrHbVar sistemi 3 katmanlı Web tabanlı bir mimarisi ile tasarlanmıştır. Sistem mimarisinin belirlenmesinde Cebeci ve ark. (2007) tarafından önerilen kavramsal tasarım şemasından yararlanılmıştır. Şekil 1 de ayrıntıları görülen bu tasarımda kullanıcı tarafında istemci katmanı, ortada uygulama katmanı ve arka uçta ise veritabanı katmanı yer almaktadır. Sistemin istemci katmanı Web tarayıcılarından oluşmakta olup uygulama bileşenleri sunucu taraflı istemcilerle geliştirildiğinden kullanıcı bilgisayarlarına herhangi bir istemci arayüz kurma zorunluluğu bulunmaktadır. Uygulama katmanı ise yönetici ve kullanıcı işlemlerini gerçekleştirmek üzere iki ayrı grup içinde organize edilmiş olup yönetici grubunda hemoglobin varyantları ve talesemi mutasyonları, sistem kullanıcıları, bilgi materyali ve sözlük verilerinin veritabanındaki tablolara kayıt ve yönetim işlemlerini gerçekleştiren uygulamalar 4

bulunmaktadır. Sistemin kullanıcı işlemleri grubunda yer alan bileşenlerin temelini varyant arama ile ilgili basit ve gelişmiş arama mekanizmaları oluşturmaktadır. Bunun yanında hemoglobin molekülü, talasemiler, anormal hemoglobinler, hematolojik yöntemler ve moleküler yöntemlerle ilgili öğrenme materyali ve sözlük erişimini sağlayan bileşenler de bulunmaktadır. Şekil 2 den de görüleceği üzere TrHbVar aynı zamanda talablog adı verilen günlük servisi ve çevrimiçi tartışmalar için sohbet servisleri de sağlamaktadır. Talasemi ile ilgili haberler ve etkinliklerin duyurulması da TrHbVar da bir bilgi sistemi unsuru olarak düşünülmüştür. TrHbVar ın yönetici işlemleri panelinde 6 ana işlem gerçekleştirilebilmektedir. Bunlar yeni hemoglobinlerin ve talasemi mutasyonlarının veritabanına kaydedilmesini ve kayıtlı varyantların düzenlenmesi gibi işlemlerin yapılabilmesini sağlayan hemoglobin işlemleri, yeni üye kaydı ve kayıtlı üyelerle ilgili işlemlerin yapılabildiği üyelik işlemleri, veritabanının diğer özelliklerinin bulunduğu kategori yönetimi, hekimlerin ya da hemoglobinler konusunda uzman kişilerin günlük (blog) yazılarının eklenebildiği ve bu yazılara düzenleme yapılabilmesini sağlayan günlük işlemleri, hemoglobin varyantları ve talasemi mutasyonları ile ilgili referans bilgilerinin eklenebildiği ve bu bilgilerin düzenlenebildiği referans işlemleri ile hemoglobin sözlüğünde içerik düzenlenmesini sağlayan sözlük işlemleridir. TrHbVar ın kullanıcı işlemlerinde veritabanındaki varyantları görüntüleyebilmek için listeleme, varyantlar hakkında daha fazla bilgi alınabilmesini sağlayan eğitim-öğretim materyali, veritabanındaki terimlerin açıklayıcı nitelikte sözlük işlemleri, istenen özelliğe göre hemoglobin varyantlarını yada talasemi mutasyonlarını arama yapabilmeyi sağlayan gelişmiş arama, veritabanının görselliği ve varyantların bilgileriyle bütünlük sağlaması amacıyla hazırlanan görsel galeri, üyeler ile kayıt sağlayıcı hekim ve uzmanlar arasındaki iletişimi sağlayabilmek için TalaForum, sistem üyelerinin yorum ve önerilerini sunabildiği ziyaretçi defteri ile üyeler arası iletişim ve üyelik yönetimi gibi uygulamalar da bulunmaktadır. 5

Çizelge 1.Türkiye Hemoglobin Varyantları ve Talasemi Mutasyonları Tanımlayıcı Kayıtlarına Ait Veri Yapısı Hemoglobin Adı Kategorisi Hemoglobin varyantı Talasemi mutasyonu Talasemi/Hemoglobin Varyant kombinasyonu Zincir DNA Analizi Genotip Mutasyon Yeri ve Tipi İntron Ekzon 5 UTR (Transkript edilmeyen bölge) 3 UTR (Transkript edilmeyen bölge) Poli A Kuyruğu( AATAAAA) Bilinmeyen Transkripsiyon Ünitesi Hematolojisi Kan parametreleri Elektroforetik Yöntemler İzoelektrofokuslama HPLC Selüloz asetat elektroforezi Görüldüğü yerler Yapısal Çalışmalar Hemoglobinlerin ayrıştırılması Protein Analizi Diğer Bilgiler Referanslar Hemoglobin Adı Referans ID Yazar Adı Dergi Adı Makale Başlığı Sayı Sayfa No Yıl 6

TrHbVar hemoglobin varyantları ve talasemi mutasyonları kayıt formları tanımlayıcı tüm bilgilerin girilebileceği şekilde tasarlanmıştır. Çizelge 1 de görüldüğü gibi, sadece mutasyon ile ilgili amino asit ya da yer değişikliği değil aynı zamanda biyokimyası, fonksiyonel bilgileri, varyantların elde edilme yöntemleri ile referans bilgileri de tanımlayıcı bilgi olarak kullanılmıştır. Hemoglobini tanımlayan hemoglobin adı, hemoglobin varyantı ya da talasemi mutasyonu olduğunu tanımlayan kategorisi, mutasyonun hangi globin zincirinde meydana geldiğini belirten zincir özellikleri, mutasyonun hemoglobinin DNA yapısında ne gibi değişiklikler meydana getirdiğini gösteren DNA analizi seçeneği ile bunun yanında Hb, HbA 2, HbF, HCV gibi kan parametrelerinin girilebildiği hematolojisi, hemoglobin varyantlarının ve talasemi mutasyonlarının tespit edilmesinde kullanılan moleküler yöntemlerin belirtilmesini sağlayan elektroforetik ve kromatografik yöntem özellikleri, hemoglobin varyantlarının gözlemlendiği ve tespit edildiği yerleri belirten görüldüğü yerler ve yapısal çalışmalar bu bilgiler arasında yer almaktadır. Şekil 2. TrHbVar Bilgi Sistemi Ana Sayfa görüntüsü 7

Tartışma ve Sonuçlar Türkiye de tespit edilmiş olan toplam 91 varyant kaydı sisteme girilmiştir. Çizelge 2 den de görüleceği gibi bunlardan 50 si hemoglobin varyantları, 41 i ise talasemi mutasyonları ve 3 tanesi ise 3 talasemi/hemoglobin kombinasyonu varyantlardan oluşmaktadır. Kayıtlardan 66 sı beta geni, 2 si alfa1, 8 i alfa2, 1 i delta, 2 si agamma genine ait varyantlardır. Kayıtların büyük çoğunluğu 76 adet ile yer değiştirme mutasyonları, 17 adedi delesyon mutasyonları ve 2 si füzyon mutasyonlarına aittir. Çizelge 2. TrHbVar veritabanı kayıtlarına istatistikler Kayıtlar Toplam Veritabanına girilen kayıt 91 Hemoglobin varyantı 50 Talasemi mutasyonları 41 Hb Varyant/talasemi kombinasyonu 3 Beta genine ait varyantlar 66 Alfa1 genine ait varyantlar 2 Alfa2 genine ait varyantlar 8 Delta genine ait varyantlar 1 A-gamma genine ait varyantlar 2 Füzyon gen mutasyonuna ait kayıtlar 2 Yer değiştirme mutasyonları kayıtları 76 mutasyonları kayıtları 2 mutasyonları kayıtları 17 Çalışma kapsamında tasarlanan ve geliştirilen Türkiye Hemoglobin Varyantları ve Talasemi Mutasyonları Bilgi Sistemi (TrHbVar) www.turktalasemi.org adresinden erişime açılmıştır. Sistemin yayınlanmasını müteakip varyant veritabanı dışındaki bilgiler sisteme işlenmiştir. Örneğin A dan Z ye harflere göre erişimle düzenlenen sözlüğe konu ile ilgili literatürden derlenen sözcükler ve açıklamaları eklenmiştir. Ancak sözlüğe eklenen kelimelerin ve kavramların incelenme işlemi henüz tamamlanmamış olup konu uzmanları tarafından gözden geçirilmesi planlanmıştır. Sistemin görsel galerisinde anormal hemoglobin ve talasemi mutasyonları olmak üzere başlangıç olarak iki galeri yaratılmıştır. Anormal hemoglobin varyantları galerisine Swissprot tan sağlana üç boyutlu görüntülerden 34 adet giriş tamamlanmıştır. Sistemin kullanıcıları arasında tartışma yapılmasını sağlamak üzere oluşturulan TalaForum forumuna iki adet örnek tartışma başlığı açılarak test işlemi tamamlanmıştır. Yine günlük (blog) bölümüne bir adet örnek günlük yazısı eklenmiştir. Sistemin haberler bölümüne test amaçlı olarak haberler eklenmiş ve haber aboneliği için RSS servisi de test edilerek erişime açılmıştır. Sistemin tasarımında Şekil 1 de gösterildiği gibi, başta Globin Gene Server ın HbVar ı olmak üzere diğer veritabanları ve bilgi sistemleriyle ver değişimi yapması ve söz konusu dış veritabanları üzerinde üstveri araması yaparak 8

sonuçları TrHbVar a taşıması öngörülmüş olmakla birlikte bir takım güçlükler nedeniyle gerçekleştirilememiştir. Ancak sistemin iyileştirilmesine yönelik çalışmalara devam edilecek; ileri sürümlerde bu özelliğin hizmete alınması sağlanacaktır. Sonuç olarak hemoglobin mutasyonları ile bilgilerin derlemesi yapılmış, veritabanına kaydedilerek erişime açılmıştır. Böylece araştırıcılara ve hekimlere Türkiye ye özgü mutasyonlara hakkında ayrıntılı bilgi servisi sunan bir veritabanı geliştirilmiştir. TrHbVar söz konusu bilimsel veriler dışında hastalıklarla ilgili bilgiler, öğrenme materyali sunuşu ile de kısmi bir öğrenme içerik sistemi olarak işlev üstlenmektedir. Bunun yanında, hastalar da dahil olmak üzere kullanıcılar arasında tartışma forumu ve günlüklerle sosyal bir iletişim ortamı sunmaktadır. Sistem henüz başlangıç aşamasında olup ilgili tarafların katkı ve destekleriyle gelişebilecektir. Kaynaklar ALTAY, Ç., 2002. Anormal hemoglobins in Turkey. Turk J Heamatology; 19(1): 63 74. ANONİM, 2008a. Globin Gene Server (Erişim: http://globin.cse.psu.edu/ 05.12.2008) ANONİM, 2008b. Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM). (erişim: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim, 05.12.2008) ANONİM, 2008c. Swiss-Prot (Erişim: http://us.expasy.org/sprot, 05.12.2008) ANONİM, 2008d. HbVar (Erişim: http://globin.cse.psu.edu/hbvar/menu.html, 05.12.2008) ANONİM, 2008e. HbVar XPRbase (Erişim: http://www.goldenhelix.org/xprbase, 05.12.2008) ANONİM 2008f. Sağlık Bakanlığı AÇSAP Genel Müdürlüğü 2005 (Hemoglobinopati Kontrol Programı, http://www.saglik.gov.tr/acsap, 08.12.2008) BUNN, H.F., FORGET, B.G., 1986. Hemoglobin In Molecular, Genetic and Clinical Aspects. WB Saunders Com,Philadelphia. CEBECİ, Z., TAŞ, V.V., and ÇÜRÜK, M.A., 2007. Building a Hemoglobinopathy Database in Turkey, in Proc. of International Conference on Actual Problems on Thalassemia, 10-11 May 2007, Baku, Azerbaijan. pp: 263-265. ÇÜRÜK, M.A., 2005, Anormal Hemoglobinler ve Talasemiler. Ç.Ü. Basımevi, 2005. HARDISON, R.C., CHUI, D.H., GIARDINE, B., RIEMER, C., PATRINOS, G.P., ANAGNOU, N., MILLER, W., WAJCMAN, H., 2002. HbVar: A relational database of human hemoglobin variants and thalassemia mutations at the globin gene server. Hum. Mutat., 19, 225 233. LUKENS, J.N., 1993. The Thalassemias and Related Disorders In: Quantitative Disorders of Hemoglobin Synthesis; Eds: Lee GR, Bithell CT, FoesterJ, Athens JW, Lukens JN. Lea and Febiger Com, Pennsyvania. 9

TADMOURI, G.O., TÜZMEN, S., ÖZÇELİK, H., ÖZER, A., BAIG, S.M., SENGA, E.B., BAŞAK, A.N., 1998. Molecular and Population Genetic Analyses of b- Thalassemia in Turkey. American Journal of Hematology 57:215 220. WEATHERALL, D. J., CLEGG, J. B., HIGGS, D. R., and WOOD W G., 2001. The Hemoglobinopathies, Scriver C R, Beaudet A L, Sly W S, Valle D, The Metabolic and Molecular Bases of Inherrited Disease, Volume III. Eighth edition, U.S.A: International Edition, 4571-4627. WEATHERALL, D.J., 1986. The Thalassemia. In Hematology; Eds: Williams WJ, Beutler E, Erslev AJ, Lichtman MA.3theds, Mc Graw-Hill, Singapore. 10