Le malattie recessive Frequente la perdita di funzione con aplosufficienza Nascono figli affetti in genere da genitori sani spesso consanguinei che sono eterozigoti ed hanno un rischio di avere un figlio affetto su quattro I II III IV
Le malattie recessive Alcune malattie sono limitate a famiglie di consanguinei alleli rari o privati Alcune malattie sono limitate ad alcune popolazioni ristrette effetto del fondatore - inincrocio o matrimonio endogamico se è alta la frequenza di portatori in genere non c è consanguineità spesso gli affetti sono eterozigoti composti è possibile un vantaggio dell eterozigote e/o un alto tasso di mutazione
Complicazioni del modello autosomico recessivo La Fibrosi cistica 1:2000-2500 La più frequente patologia autosomica recessiva in passato era letale nella prima infanzia sopravvivenza in aumento (30-40 anni) per le migliorate condizioni igienico-sanitarie
La Fibrosi cistica Fibrosi polmonare Muco denso Ridotta motilità ciliare Ostruzione delle vie aeree - Danno tissutale Sostituzione delle cellule morte con tessuto fibroso più rigido Difficoltà respiratorie e ricorrenza di infezioni polmonari
Effetto pleiotropico di un singolo gene Deficit delle ghiandole del sistema esocrino Ostruzione dei dotti pancreatici Insufficienza pancreatica - Diabete Ostruzione dei dotti biliari Difficoltà digestive Cirrosi epatica Ileo da meconio Ostruzione intestinale fetale Ghiandole sudoripare Sudore molto salato con grave perdita di elettroliti
Effetto pleiotropico di un singolo gene Effetti sulla riproduzione Ridotta fertilità femminile Ridotta fertilità maschile oligospermia o azoospermia ostruttiva CBAVD assenza congenita bilaterale dei vasi deferenti CBAVD si presenta spesso associata all allele 5T introne 8
Espressività variabile I pazienti FC possono presentare tutti i sintomi o solo una parte ma l insufficienza pancreatica e la sterilità maschile possono anche presentarsi non associate a fibrosi cistica del polmone Eterogeneità allelica mutazioni nello stesso gene possono dare fenotipi diversi da non confondere con Eterogeneità genetica mutazioni in geni diversi possono dare lo stesso fenotipo
Diffusione dell allele F508 Allele ancestrale originato in Europa dopo l espansione della popolazione per la diffusione dell agricoltura dal Medio Oriente circa 20-50.000 anni fa (passaggio Paleolitico-Neolitico) Gradiente Sud-Nord Vantaggio dell eterozigote?
Diffusione dell allele F508 Non è presente nelle popolazioni di origine NON Europea Si diffuse nei Paesi extraeuropei insieme a gruppi di emigrati di origine prevalentemente Nord-Europea che si rifugiavano in America per sfuggire alle persecuzioni religiose durante la Riforma
Diffusione dell allele F508 In alcune popolazioni Amish la frequenza di FC è di 1/700 nati o anche più alta Alto grado di consanguineità e prole numerosa Effetto del fondatore - Deriva genetica Inincrocio - Piccole popolazioni fortemente endogamiche
Il gene CFTR Cromosoma 7 27 esoni - 250 Kb 1480 aa Un gene duplicato???
La proteina CFTR Regolatore della conduttanza transmembrana della FC Appartiene alla famiglia delle ABC (ATP-binding cassette) trasportatori di membrana Due domini transmembrana formano un poro o canale del cloro Due domini ATP-binding idrolizzano ATP per l energia di trasporto e di apertura/chiusura Esterno Interno Un dominio Regolatorio fosforilato dalle protein-chinasi camp dipendenti apre o chiude il canale
La proteina CFTR Espressa nella membrana apicale delle cellule epiteliali polmone pancreas fegato colon ghiandole salivari ghiandole sudoripare Un alterazione dell espressione nei diversi tessuti può spiegare l espressività variabile della FC??
L allele F508 Una delezione di tre bp nella porzione codificante porta alla eliminazione dell aa508 (Fenilalanina) in un dominio ATP-binding Esterno Interno La proteina viene prodotta ed è parzialmente attiva a bassa temperatura ma non viene trasportata sulla membrana Un difetto di folding o di stabilità della proteina??
Allelia multipla Più di 1000 mutazioni diverse Missense Nonsense Frameshift Siti di splicing Delezioni F508 L allelia multipla può spiegare l espressività variabile della FC??
Relazione genotipo-fenotipo Fibrosi polmonare Gravità dei sintomi Normale I II III IV V mancata sintesi Difetto regolazione del canale ridotta sintesi difetto maturazione Conduttanza del canale ridotta
Relazione genotipo-fenotipo Sufficienza pancreatica grave moderata 1.7% 0.3% 3.5% 97% 100% Normale I II III IV V dominante o recessivo?? un allele di classe IV o V è dominante su di un allele completamente difettoso
Patogenesi Ridotta esportazione del Cloro e dell acqua - Aumentato assorbimento del Sodio nel lume delle vie aeree Secrezioni deidratate e viscose Inattivazione delle difensine sensibili alla concentrazione salina Suscettibilità elevata alle infezioni
Geni modificatori L alterazione di altri geni può spiegare la variabilità fenotipica?? Molte proteine intervengono nella maturazione e nel trasporto della CFTR sulla membrana L apertura/chiusura del canale CFTR è regolata dal dominio R che è (de)fosforilato da protein-chinasi Il canale CFTR interferisce anche con la regolazione di un canale del sodio e di un altro canale del cloro
Più di 1000 mutazioni diverse con frequenze diverse da Paese a Paese Allelia multipla 1:20-25 portatori F508 rappresenta circa il 70% di tutti gli alleli 15-20 altri alleli insieme arrivano al 15% gli altri sono alleli rari o privati molti affetti sono eterozigoti composti 90% porta l allele F508 50% in omozigosi 50% in combinazione con un altro allele 10% non porta l allele F508 I saggi diagnostici devono essere progettati Paese per Paese
Interpretazione degli alberi Dominante o recessivo?
Interpretazione degli alberi Dominante o recessivo?
Eredità dominante X linked Un affetto ha almeno un genitore affetto può essere scambiato per autosomico dominante Colpite tutte le generazioni Affetti entrambi i sessi ma piu spesso le femmine I figli di una donna affetta hanno il 50% di probabilità di essere affetti indipendentemente dal sesso Un maschio affetto avra tutte le figlie affette e tutti i figli maschi sani
Eredità dominante X linked Patologie rare - la più frequente è il Rachitismo resistente alla Vit D Le femmine hanno comunque una sintomatologia più lieve Lyonizzazione Mosaicismo funzionale dei geni del cromosoma X 100% affetto se femmina 100% sano se maschio
Eredità dominante X linked Se il carattere è letale in emizigosi i maschi non arrivano alla nascita e si trovano solo femmine affette
Eredità recessiva X-linked Affetti quasi esclusivamente i maschi emizigoti Le femmine possono essere affette se sono omozigoti il padre è affetto e la madre portatrice se sono eterozigoti sono affette in forma più lieve L inattivazione del cromosoma X può non essere casuale
I genitori di solito sono sani La madre di un affetto è certamente portatrice Eredità recessiva X-linked puo essere asintomatica Lo stato di portatrice di una donna e certo se ha il padre affetto o un figlio affetto ha il 50% di probabilità se ha un fratello affetto 50% affetto se maschio 50% portatrice se femmina
Eredità recessiva X-linked Consanguineita
Eredità recessiva X-linked Emofilia La più antica malattia genetica conosciuta Difetto della coagulazione del sangue attivazione della conversione della protrombina in trombina Due forme principali A (deficienza del fattore VIII) Incidenza 1:5.000 maschi B (deficienza del fattore IX) Incidenza 1:40.000 maschi
Distrofie muscolari Eterogeneità genetica Un gruppo di patologie eterogenee eredità autosomica dominante e recessiva eredità X-linked recessiva
Eredità recessiva X-linked Distrofia muscolare di Duchenne DMD Incidenza 1:3.000-3500 nei maschi Atrofia e debolezza muscolare con esordio infantile morte entro la terza decade di vita deficit mentale Il gene della Distrofina (DMD) è lungo 2,5 Mb uno dei più lunghi geni conosciuti 1% sequenze esoniche con un mrna di 14 Kb
Distrofia muscolare di Duchenne DMD La distrofina Complesso dei sarcoglicani Laminina Sarcolemma Distrofina Actina La proteina di 427 kda si lega ad un complesso glicoproteico nella membrana muscolare che collega la laminina extracellulare alla actina intracellulare Alterazioni di questo complesso proteico sono responsabili di altre distrofie
Distrofia muscolare di Duchenne DMD Gli affetti non si riproducono quasi tutti i casi sono dovuti a nuove mutazioni Il tasso di mutazione è molto alto (circa 1:10.000) 2/3 degli affetti porta una delezione parziale del gene DMD diverse mutazioni per posizione ed estensione un hot spot tra gli esoni 43 e 55 insorgono quasi esclusivamente durante la gametogenesi materna probabilmente per crossing-over ineguale Le mutazioni puntiformi avvengono invece prevalentemente durante la gametogenesi maschile
Distrofia muscolare di Becker BMD Incidenza 1:20.000 nei maschi Eterogeneità allelica dovuta al difetto dello stesso gene La sintomatologia è più lieve e la speranza di vita quasi normale
L hot spot tra gli esoni 43 e 55 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 BMD Delezioni in frame Mutazioni missense DMD Delezioni non in frame Mutazioni non senso Frameshift Siti di splicing Mutazioni del promotore Delezione senza slittamento del modulo di lettura Delezione con slittamento del modulo di lettura
Distrofia muscolare di Duchenne DMD Inattivazione non casuale del cromosoma X Molte femmine affette sono eterozigoti per una traslocazione bilanciata (X;autosoma) con un punto di rottura in Xp22 X X X;21 X 21 21 21 21;X
Distrofia muscolare di Duchenne DMD Inattivazione non casuale del cromosoma X Nelle cellule in cui viene inattivato il cromosoma X traslocato si ha la perdita funzionale di una regione autosomica Queste cellule sono perciò svantaggiate Le cellule in cui viene inattivato il cromosoma X normale sono bilanciate per la regione autosomica e sono perciò avvantaggiate ma hanno attivo il cromosoma X traslocato in cui il gene DMD è interrotto Femmine affette
Sindrome dell X fragile o sindrome di Martin-Bell Incidenza 1:1000-1250 nei maschi 1:2500 nelle femmine Eredità recessiva X-linked Ritardo mentale associato alla mancata espressione del gene FMR1 Una proteina di trasporto (shuttle) degli RNA tra nucleo e citoplasma
Sindrome dell X fragile o sindrome di Martin-Bell FRAXA si evidenzia citologicamente come una fragilitànel tratto distale del braccio lungo del cromosoma X (Xq27.3-ter) coltivando le cellule in carenza di acido folico Penetranza incompleta e... 80% dei maschi emizigoti sono affetti...dominanza incompleta 30% delle femmine eterozigoti sono affette
Sindrome dell X fragile o sindrome di Martin-Bell Una serie di triplette (CCG) n localizzate a monte del gene FMR1 sono espanse in molti soggetti affetti (>>200) Affetto >2OO Instabilità della regione Portatore >50-60 Normale 5-50 FMR1 CCG n
Sindrome dell X fragile o sindrome di Martin-Bell L espansione avviene preferenzialmente nella linea germinale femminile Se un maschio eredita l X-fragile da una donna affetta sarà affetto 22-29 82 29-80 Madri eterozigoti non affette possono avere figli maschi e femmine affette 22-90 22-83 500 Padri emizigoti non affetti hanno figlie femmine normali le quali però avranno figli affetti >200 >200
Sindrome dell X fragile o sindrome di Martin-Bell L espansione della regione extragenica potrebbe disturbare l espressione del gene FMR1 Silenziamento del gene Alterazione della struttura della cromatina Metilazione anomala delle sequenze di regolazione Lo stesso fenotipo è associato a mutazioni puntiformi del gene FMR1
Eredità recessiva Y-linked Eredità oloandrica Colpisce solo i maschi I maschi affetti hanno il padre affetto Tutti i figli maschi di un uomo affetto sono affetti