Malattie genetiche. Il genoma umano e formato da 23 paia di cromosomi (1 paio di eterocromosomi, 22 paia di autosomi).

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1 Malattie genetiche Il patrimonio genetico e contenuto nel DNA. Il genoma umano e formato da 23 paia di cromosomi (1 paio di eterocromosomi, 22 paia di autosomi). La sequenza di tutto il genoma umano e ad oggi completa; il sequenziamento consiste nell individuare la sequenza di nucleotidi di tutto il genoma umano (nucleotidi comprendono: adenina, timina, guanosina, citosina). Meno del 2% del genoma umano codifica per le proteine, la restante parte ha funzioni non del tutto chiare(regolatorie, integrita strutturale). Due individui qualunque hanno un patrimonio genetico uguale per il 99.5%, le differenze sono codificate da meno dello 0.5% del DNA.

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3 Le malattie genetiche sono causate da alterazioni del DNA e sono molto frequenti. Il 50% degli aborti spontanei e associato ad una anomalia cromosomica. Le malattie genetiche vengono classificate in tre grosse categorie: 1) Malattie correlate a mutazione di singoli geni ad ampio effetto(malattie mendeliane) 2)Malattie cromosomiche: dovute ad alterazioni nel numero o nella struttura degli autosomi o dei cromosomi sessuali. 3) Malattie multigeniche complesse.

4 Le mutazioni possono essere: 1) Puntiformi nelle sequenze codificanti: nell anemia falciforme viene ad essere modificata una base della tripletta CTC che diventa CAC, l aminoacido acido glutammino viene sostituito dalla valina e la catena Beta dell Hb risulta essere modificata, gli eritrociti (drepanociti) vanno piu facilmente incontro a lisi e tendono ad occludere I piccoli vasi dando origine a fenomeni trombotici o infartuali. Nella beta talassemia si ha la mancata o ridotta sintesi della catena beta dell Hb a seguito di mutazioni che modificano il codone per l acido glutammico in un codone di stop per cui viene prodotta una catena beta prematuramente interrotta e rapidamente degradata.

5 2) Mutazioni in sequenze non codificanti: riguardano sequenze promotrici o intensificatrici, possono interferire con I processi di trascrizione e traduzione. 3) Delezioni o inserzioni 4) Mutazioni da triplette ripetute(s.dell X fragile). In sintesi le mutazioni possono interferire con la sintesi proteica a vari livelli: -le delezioni e le mutazioni puntiformi che interessano il promotore possono sopprimere la trascrizione -le mutazioni che interessano gli introni (sequenze non codificanti) possono determinare un anomala maturazione dell mrna -formazione di codoni di stop

6 Le malattie mendeliane sono il risultato di mutazioni in singoli geni ad ampio effetto. Possonoessere: Malattie Mendeliane 1) autosomiche dominanti: si manifestano in eterozigosi, almeno uno dei due genitori e malato, possono essere colpiti sia maschi che femmine, probabilita di 1:2 di generare figli malati, a volte frutto di mutazioni ex novo a livello dell oocita o dello spermatozoo, possono avere diversa penetranza, diversa espressivita (esempi: ipercolesterolemiafamigliare(alterazionidel recettore per le LDL), s. di Marfan (conivolge un alterata sintesi della fibrillina, proteina extracellulare, s di Ehlers-Danlos, Malattia di Huntington, la neurofibromatosi, la poliposi famigliare del colon)

7 2) autosomiche recessive: si manifestano quando entrambe gli alleli sono mutati, i genitori sonoportatoridiun allele mutato, ma non manifestano la malattia, probabilita di 1:4 di avere figli malati, se il gene mutato ha bassa frequenza nella popolazione, spesso I figli malati sono frutto dell unione di consaguinei, penetranza spesso completa, esordio in eta precoce, spesso I geni mutati codificano per proteine enzimatiche (difetti congeniti del metabolismo) (esempi: malattie da accumulo lisosomiale, glicogenosi, gangliosidosi, malattia di Gaucher, deficit di alfa 1 antitripsina, anemia falciforme, talassemie, s. dielhers-danlos, alcuneatrofiemuscolarineurogeniche). 3) Malattie legate al cromosma X: tutte le malattie legate al sesso sono trasmesse dal cromosoma X (i maschi con mutazioni a carico dei geni sul cromosoma Y di solito non sono fertili). I maschi affetti non trasmettono la malattia ai figli, ma le femmine sono tutte portatrici Esempi: distrofia muscolare di Duchenne, Emofilia A e B, deficit di glucosio 6-fosfato deidrogenasi, s dell X fragile, m. di Fabry.

8 Malattia di Fabry ECG La Malattia di Anderson-Fabry è un raro disordine genetico provocato dalla carenza dell enzima lisosomiale α- galattosidasi A. La carenza di questo enzima porta all accumulo progressivo di glicosfingolipidi, in particolare globotriaosilceramide (GL-3), nei tessuti viscerali e nell endotelio vascolare di tutto l organismo.

9 4) Malattie legate alla trasmissione mitocondriale, matrilineare (miopatie mitocondriali, cardiomiopatie mitocondriali, neuropatie mitocondriali). Un altra possible classificazione delle malattie mendeliane riguarda la tipologia del difetto in termini di prodotto finale che si viene a creare in conseguenza della mutazione genetica. In relazione ai meccanismi implicati nelle mutazioni, sono state definite cinque categorie di difetti: 1. Difetti enzimatici e loro conseguenze 2. Difetti dei sistemi recettoriali di membrana e dei sistemi di trasporto 3. Alterazioni di struttura, funzione e quantita di proteine non enzimatiche 4. Mutazioni responsabili di alterate reazioni ai farmaci 5. Difetti delle proteine che regolano la crescita cellulare.

10 Difetti enzimatici Le conseguenze biochimiche di un difetto enzimatico possono portare a: 1) accumulo del substrato---> m. da accumulo lisosomiale (autosomicherecessive) ---> le glicogenosi, le mucopolisaccaridosi, le sfingolipidosi 1. M. di Tay-Sachs, una gangliosidosi dovuta al deficit della esosaminidasi A che causa accumulo di gangliosidi soprattutto nel SNC e autonomo e nella retina 2. M. Di Niemann-Pick, dovuta ad accumulo di sfingomielina, con conseguente coinvolgimento neurologico ed epatosplenomegalia 3. M. Di Gaucher, il difetto riguarda la glucocerebrosidasi, vi e accumulo dei glucocerebrosidi nei fagociti soptattutto nella milza, nel fegato, nel midollo osseo, nei linfonodi

11 2) Blocco metabolico con ridotta quantita di prodotto finale (albinismo) 3) incapacita di inattivare un substrato dannoso per i tessuti(deficit di alfa 1 antitripsina). Albinismo

12 La figura rappresenta l'albero genealogico di una famiglia, seguita per 3 generazioni. I quadrati e i cerchi pieni indicano rispettivamente maschi e femmine affetti da una malattia ereditaria. Di quale tipo di ereditarietà si tratta?

13 Difetti del sistema recettoriale di membrana e di trasporto Difetti dei sistemi recettoriali: L ipercolesterolemia famigliare e una malattia recettoriale dovuta ad una mutazione del gene che codifica per il recettore per le LDL. E una malattia autosomica dominante, tra le piu frequenti, gli eterozigoti hanno un livello plasmatico di colesterolo molto elevato, gli omozigoti hanno livelli di 5-6 volte superiori alla norma, l aterosclerosi compare molto precocemente. La genetica dell ipercolesterolemia famigliare e molto complessa, vi sono centinaia di mutazioni

14 Ipercolesterolemia famigliare

15 Difetti delle proteine di trasporto: - dell ossigeno: Talassemie, Anemia falciforme - degli ioni: Fibrosi cistica

16 Anemia Falciforme

17 Talassemia Maggiore

18 Alterazioni di struttura, funzione e quantita di proteine strutturali 1. extracellulari: s. di Ehlers-Danlos dovuta ad alterazioni nella struttra del collagene fibrillare, osteogenesi imperfecta, s. di Marfan 2. della membrana cellulare: distrofia muscolare

19 Sindrome di Marfan

20 Mutazioni resposnsabili di alterate reazioni ai farmaci Deficit della glucosio 6 fosfato deidrogenasi: possono prodursi gravi crisi emolitiche Difetti delle proteine che regolano la crescita cellulare Difetti a carico dei proto-oncogeni e dei geni oncosoppressori: un ruolo importante nella patogenesi dei tumori

21 Malattie Cromosomiche Il cariotipo umano e formato da 46 cromosomi (22 coppie omologhe di autosomie unacoppia(xx o XY) dicromosomisessuali La cariotipizzazione e lo strumento fondamentale del citogenetista. Le malattie cromosomiche possono derivare da un alterato numero di cromosomi trisomie, monosomie) oppure da alterazioni nella struttura di uno o piu cromosomi. Esempi di malattie che interessano gli autosomi: trisomia 21 o s. di Down, trisomia 18 o s. di Edwards, s. di DiGeorge da delezione del cromosoma 22q11.2 (1:4000, cardiopatie congenite, anomalie dle palato, dismorfismi facciali,ritardo nello sviluppo, immunodeficienza)

22 Sindrome di Down

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24 Esempi di malattie che interessano i cromosomi sessuali: s. di Turner o ipogonadismo femminile (monosomia X), s. di Klinefelter o ipogonadismo maschile(xxy).

25 XO = Sindrome di Turner XXY, XXXY, XXYY = Sindrome di Klinefelter

26 Malattie multigeniche Sono causate da interazioni tra varianti genetiche e fattori ambientali Esempi: diabete tipo 1 e tipo 2, l aterosclerosi, l ipertensione arteriosa.

27 PCR: amplificazione esponenziale del DNA Sequenziamento del DNA Tecnicheper lo studio delle alterazioni del DNA Marcatori polimorfici: polimorfismi Analisi molecolari con tecniche di ibridazione: southern blot (ibridazione di sonde marcate) Analisi dell RNA (applicazione pratica per l identificazione dei virus a RNA es. HIV e HCV o per la stratificazione molecolare dei tumori)