CORSO INTEGRATO DI GENETICA

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Berto Guerra
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1 CORSO INTEGRATO DI GENETICA a.a Prof. Pier Franco Pignatti Lezioni N. 17 e 18 Malattie da espansione di triplette (Neri-Genuardi cap. 15) Mutazioni dinamiche, premutazioni, anticipazione Le sequenze di DNA ripetuto sono spesso coinvolte in malattie Crossing-over diseguale Scambio diseguale fra cromatidi fratelli Conversione genica Duplicazione Delezione Inserzione Inversione Espansione di ripetizioni instabili 1

2 Espansione di triplette NEJM 332:1499, 1995 Meccanismo di espansione 2

3 Espansione serie triplette non interrotte In blu: le interruzioni che rendono gli alleli stabili Mancano interruzioni e gli alleli si espandono: alleli instabili Strachan e Read, Genetica Molecolare Umana UTET 2000 p 239 Posizione della espansione in malattie da triplette MD1 XL DM2 AR AD AD >40 m. neurologiche, neurodegenerative, neuromuscolari Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999; JRGatchel & H Zoghbi

4 1 SINDROME DEL CROMOSOMA X FRAGILE SINDROME DELL X FRAGILE (FXS) La forma più comune di ritardo mentale ereditario (FMR) 1:4.000 maschi, 1:6.000 femmine (S. di Martin e Bell,1943) Sito fragile Xq27.3 (FRAX-A) in terreno privo di folato (Lubs 1969) 4

5 ESPANSIONE in FXS 1991:identificazione gene FMR-1, la prima mutazione dinamica, che si modifica nel passaggio da una generazione all altra triplette triplette 0-54 triplette Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999 Espansione di triplette gene FMR1 Trasmettitore sano (NTM) Paradosso di Sherman: aumento del numero di casi (penetranza) col passare delle generazioni Griffiths et al., Genetica, Zanichelli 1996, Fig

6 Ereditarietà FRAXA Paradosso di Sherman: la penetranza aumenta con le generazioni Percentuali: rischio ritardo mentale. Numeri in rosso: numero di CGG ripetute. Espansione preferenziale linea femminile portatrice affetto T Trasmettitore sano Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999 Il gene FMR1 L espansione oltre 200 ripetizioni comporta la metilazione del promotore e la condensazione della cromatina che determinano un silenziamento trascrizionale Penagarikano O et al, 2007; Tabolacci E et al 2008: Coffee B et al 2009) 6

7 Inattivazione promotore e repressione trascrizione in FXS NA Di Prospero e KH Fischbeck 2005 MECP2: Metil CpG binding protein 2 (S. Rett) MBD: Metil CpG binding domain protein HDAC: Histone deacetilasi che reprimono ulteriormente la trascrizione Funzione del gene FMR1 Topi con gene Fmr1 inattivato hanno la perdita della proteina FMRP e alterata maturazione della trasmissione glutamatergica durante il periodo critico perinatale. Conclusione: FMRP è necessaria per il normale progresso della maturazione sinaptica nello sviluppo dell organismo (Harlow EG et al, 2010) 7

8 ESPANSIONE FMR1 e TRASCRIZIONE AJHG 74:805, 2004 L aumento del numero di ripetizioni diminuisce l efficienza di traduzione in un sistema di espressione in cellule neurali o epiteliali premutazione (55-200) PREMUTAZIONE FMR1 La premutazione ( CGG) può dare : Sindrome Tremore-Atassia associata a X fragile (FXTAS) Lievi sintomi psichiatrici Insufficenza ovarica e menopausa precoci (POF) Atassia isolata adulti PJ Hagerman e RJ Hagerman,

9 2 ATASSIA DI FRIEDREICH ATASSIA DI FRIEDREICH (FRDA) La sindrome atassica ereditaria più frequente nelle popolazioni caucasoidi (3-4: , AR) Insorgenza pubertà, perdita progressiva coordinazione muovimenti ed equilibrio Deficit di energia: anche cardiomiopatia ipertrofica che può condurre a morte precoce Gene FXN (frataxina) mappato cr. 9q13 Triplette GAA nel primo introne: da normale a espansione causano silenziamento genico 9

10 Frataxina Proteina mitocondriale che mantiene omeostasi Fe mitocondriale ed ha anche ruolo protettivo del danno nucleare FRDA: la funzione mitocondriale è alterata con sovraccarico di Fe, difetto produzione ATP, difetto funzionamento neuroni e cardiomiociti; instabilità cromosomica, aumento sensibilità mutageni chimici e specie reattive dell ossigeno (ROS) Tentativi terapeutici di rimozione Fe mitocondri mediante un chelante e di aumento espressione con eritropoietina e inibitori della deacetilasi istonica 3 POLIGLUTAMINOPATIE 10

11 POLIGLUTAMINOPATIE Una famiglia di 9 malattie neurodegenerative Il tratto poliglutaminico conferisce un guadagno di funzione tossico alle proteine che porta a inizio tardivo della malattia e perdita progressiva di neuroni in regioni specifiche del SNC. Possibile contributo di modificazioni posttraduzionali della proteina POLIGLUTAMINOPATIE 4 SBMA HD SCA DRPLA NEJM 340:1974,

12 MALATTIA DI HUNTINGTON (HD) George Huntington (1872) descrive la malattia caratterizzata da disabilità motoria progressiva e deterioramento mentale, prevalenza 3-7:10.000, AD Read e Donnai, Genetica Clinica, Zanichelli 2007 Famiglia con HD Famiglia venezuelana che ha permesso la localizzazione del gene sul cromosoma 4 nel 1983 (Gusella et al Science 225:1320,1984) Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson

13 Le ripetizioni CAG (Gln, Q) in HD 1993: identificazione del gene IT triplette: N triplette: HD Uno studio mondiale della mutazione HD Conclusioni: la lunghezza delle ripetizioni è un marcatore sensibile e specifico della ereditarietà della mutazione NEJM 330:1401,1994 Amplificazione del gene IT15 S: DNA da Sperma L: DNA da Linfociti 50 copie 20 copie Si nota particolare instabilità delle triplette ripetute nella meiosi maschile. Infatti si può avere insorgenza precoce della malattia trasmessa dal padre. L età di esordio è inversamente correlata alla lunghezza della espansione, anche nel tessuto cerebrale Nature Genet 1993;387 13

14 Possibile meccanismo patogenetico HD Formazione di aggregati proteici che impediscono la degradazione proteasomale e inducono morte cellulare. Una proteina striato specifica lega la poliq-htt NEJM 340:1975, DISTROFIA MIOTONICA 14

15 DISTROFIA MIOTONICA (MD) Malattia di Steinert (1909) : miotonia, debolezza e difficoltà rilassamento muscolare, deperimento, anomalie conduzione cardiaca, La più frequente fra le distrofie muscolari a ereditarietà autosomica (1:8.000) Ptosi, debolezza faccia, iposviluppo muscolo mandibola e sternomastoideo, amimia faccia e aspetto scavato volto Numero di triplette ed età di esordio MD C: congenita G: giovanile A: adulta SC: subclinica (nessun segno clinico tranne elettromiogramma anomalo o altro) Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999 p.33 15

16 Famiglia con MD Numero di triplette: - in nero allele N (5-37 triplette) - in rosso allele espanso ( triplette) L età di esordio diminuisce con il passare delle generazioni mentre aumenta la gravità delle manifestazioni cliniche: il fenomeno della anticipazione Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999, p.33 MODELLO di GUADAGNO DI FUNZIONE dell RNA per MD1 e MD2 Espansione di sequenza CTG (MD1) o CCTG (MD2), non tradotte AJHG 74:793,

17 Neutralizzazione dell RNA tossico in MD1 Cooper TA 2009 Meccanismi patogenetici FXS MD1 HD Strachan T, Read A. Human Molecular Genetics, 4 ed pg

18 Effetti della espansione Perdita funzione Guadagno funz Guadagno funzione RNA MD1 XL AR AD AD >40 m. neurologiche, neurodegenerative, neuromuscolari Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999; JRGatchel & H Zoghbi

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