Difetti Enzimatici
Archibald Garrod e l alcaptonuria: La nascita della Genetica biochimica L alcaptonuria... 33 anni prima della formulazione della teoria un gene-un enzima di Beadle e Tatum Al contrario degli individui normali, l acido omogentisico somministrato somministrato ai pazienti alcaptonurici veniva escreto
Conclusioni di Archibald Garrod 1. I singoli passaggi del metabolismo sono opera di enzimi individuali 2. In alcuni individui esiste un blocco di una tappa del metabolismo con conseguente accumulo del substrato 3. Questa caratteristica è ereditaria e può essre trasmessa come carattere recessivo 4. Riconobbe il principio dell individualità chimica e genetica anche per le idiosincrasie verso cibi e farmaci
Esempio di malattie umane derivate da deficit enzimatici causate da difetti in geni singoli
Difetti enzimatici Concetti generali Le enzimopatie sono quasi sempre recessive (perdita di funzione) Accumulo del substrato e deficienza del prodotto Substrati diffusibili versus substrati accumulati in tessuti specifici (macromolecole) Deficit enzimatici multipli (cofattore comune) Omologie fenotipiche (comune via metabolica)
Relazioni tra Genotipo e Fenotipo nelle malattie genetiche
DIFETTI ENZIMATICI: Iperfenilalaninemia Accumulo di acido fenilpiruvico danno cerebrale BH 4 : tetraidrobiopterina
Test di Guthrie Inibizione della crescita batterica da parte della beta-2-tienilalanina è sbloccata dalla presenza di elevate concentrazioni di fenilalanina (> 4mg/dl)
L iperfenilalaninemia come prototipo di malattia da sottoporre a screening neonatale
Mutazioni PKU (grande eterogeneità allelica) Elevato numero di eterozigoti composti
Correlazione genotipo-fenotipo
Diverse forme di iperfenilalaninemia Difetti della fenilalanina idrossilasi PKU classica PKU variante Iperfenilalaninemia non-pku Difetti nel metabolismo della tetraidropterina (terapia diversa dalla PKU) Fenilchetonuria materna
Eterogeneità delle frequenze alleliche associate a malattie autosomiche recessive nelle diverse popolazioni Vantaggio dell eterozigote, deriva genetica, effetto fondatore
Mucopolisaccaridosi Accumulo dei mucopolisaccaridi o glicosamminoglicani (GAGs) nei lisosomi per deficit enzima degradativo Eccesso GAGs nelle urine Interessamento multi-sistemico Diverse patologie Test di complementazione
Il test di complementazione permette di scoprire se le mutazioni sono in geni diversi piastra A B A cellula B Co-coltivazione Formazione di eterocarionte mediante fusione cellulare
Iduronato-2-solfatasi Eparan-sulfamidasi
Malattia I-Cell (difetto enzima modificatore) Difetto dell enzima N-acetylglucosamine-1- phosphotransferase che trasferisce il gruppo fosfato al mannosio del mannosio-6-fosfato Assenza del segnale per dirigere le proteine nei lisosomi Presenza di inclusioni nel citoplasma Anomalie facciali, scheletriche, grave ritardo della crescita e mentale
Deficit di alfa1-antitripsina (inibitore serin-proteasi) Autosomica recessiva Riduzione della inibizione dell elastasi Patologia ostruttiva del polmone (enfisema) e cirrosi epatica Accumulo α1-at nel RER del fegato Progressione dell enfisema favorita dal fumo Esempio di interazione con fattori ambientali
Z
Influenza del fumo sul fenotipo del deficit di α1-at
Ipercolesterolemia familiare (autosomica dominante) Mutazioni gene Recettore LDL Placche ateromatose, cardiopatia, xantomi (depositi di colesterolo) Effetto di dosaggio genico 5% degli individui con ipercolesterolemia
5 Diverse classi di mutanti del recettore per le LDL Brown e Goldstein, 1979
Localizzazione delle mutazioni nel gene del recettore delle LDL
Mutazioni del gene del recettore LDL
Crossing-over ineguale tra elementi ripetuti di tipo Alu Ruolo delle sequenze ripetitive nelle patologie e nell evoluzione
Mutazioni del dominio citoplasmatico Deficit di internalizzazione