THALASSEMIA Lezione 8 1
ancora eredita autosomica recessiva Perche le thalassemie? Perche sono un modello perfetto sia dal punto di vista della genetica formale che molecolare L emoglobina e stata una delle prime proteine ad essere studiata, i geni corrispondenti sono stati tra i primi ad essere clonati, e gli studi hanno permesso di ricavere informazioni sulla genetica di popolazione e sull evoluzione 2
Sintesi globine nella vita fetale ed adulta β quantita ε δ γ 6 12 18 24 30 36 nascita 6 12 18 24 30 36 42 prenatale postnatale 2ε2, emoglobina embrionale 2γ2, emoglobina fetale Settimane di vita 2β2, emoglobinaa 2δ2, emoglobinaa2 3
Cluster delle globine Derivano da duplicazione genica, per effetto della conversione genica rendono un locus hot-spot di mutazione Raggruppamento globine 16p13 ξ 2 ψ ξ1 ψ 2 ψ 1 2 1 θ Raggruppamento β globine 11p15 ε Gγ ψ β δ β Aγ 4
Evoluzione delle globine Derivano da duplicazione genica e accumulo progressivo di mutazioni A pressione selettiva lenta duplicazione diversificazione genica rapida o o A A2 ψa Funzione originale Funzione correlata Nessuna funzione 5
Controllo dei cluster globinici Le LCR si trovano a monte dei raggruppamenti e la loro funzione sarebbe quella di organizzare il raggruppamento in un dominio di cromatina attiva, agendo come enhancer. La cromatina attiva si presenta sensibile alla Dnasi I e grazie a questa caratteristica sono state identificate le LCR per i due aggruppameni globinici. E stato anche possibile riconoscere che questa ipersensibilita e modulata nei diversi stadi di sviluppo globina HS-40 ξ 2 ψ ξ1 ψ 2 ψ 1 2 1 θ β globina HS-4 HS-3 HS-2 ε G γ A γ Ψβ δ β 6
Le thalassemie Gruppo di malattie ereditarie determinate dall alterato rapporto fra le catene alfa e beta, per cui si hanno molecole di emoglobina aberranti. Thalassemia alfa : catene alfa ridotte o assenti Thalassemia beta: catene beta ridotte o assenti Sono autosomiche recessive, se considero il fenotipo anemia, sono dominanti se considero il fenotipo del globulo rosso, o fenotipo quantita delle catene globiniche Non sono uniformemente distribuite nel mondo, hanno prevalenza massima in alcune aree. In ogni popolazione si trovano un numero molto limitato di mutazioni, ma una mutazione rara o assente in una popolazione puo risultare frequente in un altra 7
Thalassemia Originata principalmente da delezioni dei geni alfa: su ogni cromosoma 16 sono presenti 2 copie espresse del gene alfa : la delezione puo riguardare una o due copie, in cis o in trans Raggruppamento globine 16p13 ξ 2 ψ ξ1 ψ 2 ψ 1 2 1 θ Viene definito allele l insieme dei due geni:,, Nel sud est asiatico sono presenti entrambi i tipi di delezione, mentre in Africa e praticamente assente l allele -- I genotipi possibili sono 6 e i fenotipi sono diversi a seconda delle combinazioni 8
Genotipi e fenotipi nella -thalassemia Assetto genomico N. Geni 4 3 2 2 1 0 Stato omozigote wild-type eterozigote 1 allele wild type eterozigote 1 allele wild type omozigote nessun allele wild-type! eterozigote nessun allele wild-type! omozigote Anemia nessuna lieve lieve lieve grave HbH letale Alcune forme di thalassemia sono dovute all instabilita dell mrna o dell emoglobina:mutazione nel sito di poliadenilazione, perdita del codone di stop... 9
genotipi Possibile progenie dei portatori 1 2 3 4 HbH 1 x 2 normale tratto talassemico anemia lieve HbH 1 x 3 2 x 3 tratto talassemico anemia lieve tratto talassemico HbH 10
β Thalassemia Raggruppamento β globine 11p15 ε Gγ ψ β δ β Aγ Originata principalmente da mutazioni il cui effetto attraverso meccanismi diversi e quello di avere un deficit di catene β. I siti di mutazione sono caratteristici di una popolazione 1 3 3 3 3 4 5 esone1 introne1 esone2 introne2 esone3 3 2 2 2 1 mutazioni nel promotore portano diminuzione del livello promotore 2 mutazioni puntiformi all interno degli esoni causano sostituzioni aa o fine traduzione 3 mutazioni introni, alterazione splicing 4 mutazione in siti di poliadenilazione 11
β Thalassemia β 0 thalassemia: tutte le forme in cui manca la catena β. l mrna puo mancare completamente, degradato o inattivo β + thalassemia: tutte le forme la catena β e sottorappresentata l mrna puo non venire processato in maniera corretta o essere poco rappresentato. A questa categoria appartengono l emoglobine Lepore: per effetto di un crossingover fra i geni δ e β (che hanno una parziale omologia di sequenza) si ottiene un gene δβ che viene trascritto in minor quantita (il promotore di δ e piu debole) ε Gγ Aγ δ β Anti-Lepore ε Gγ Aγ δ βδ β ε Gγ Aγ δ β ε Gγ Aγ δβ β + thalassemia 12
Le mutazioni della β Thalassemia nelle diverse popolazioni Sardegna: codone 39 da glutamina a stop proteina tronca 95 % β 0 codone 6 perdita di una base frameshift 2.1% β 0 codone 76 perdita di una base = 0.7% β 0 introne1 110 G A splicing alterato 0.5% β + introne2 745 C G == 0.4% β + Nel delta del PO la mutazione piu frequente provoca una β + per un segnale di splicing ambiguo Grecia: codone 39 da glutamina a stop proteina tronca 17.4 % β 0 introne1 1 G A splicing alterato 13.6 % β 0 introne1 6 T C splicing alterato 7.4 % β + introne1 110 G A == 43.7 % β + introne2 745 C G == 7.1% β + 13
Le mutazioni della β Thalassemia nelle diverse popolazioni Cina : codone 41/42 -TCTT frameshift 38.6% β 0 introne2 654 C T 15.7% β 0 codone 71/76 + una base frameshift 12.4% β 0-28G A G 11.6% β + codone 17 A T 10.5% β 0 Pakistan codone 8/9 + una base frameshift 28.9 % β 0 introne1 5 G C 26.4 % β + delezione di 619bp 23.3% β + introne1 1 G T 8.2% β 0 codone 41/42 -TCTT frameshift 7.9% β 0 Afro americani: -29 A G 60.3% β + -88 C T 21.4% β + codone 24 T A 7.9% β + codone6 - una base 0.8% β 0 14
Perche queste differenze? HARDY- WEINBERG In una popolazione infinitamente grande, in cui gli incroci avvengono casualmente, in cui non vi siano mutazioni,ne migrazioni, ne selezione le frequenze alleliche in locus con 2 alleli non cambiano nel tempo, e le frequenze genotipiche si stabilizzano secondo le proporzioni: p 2 + 2pq + q 2. Va sempre tenuto presente che H-W e un modello matematico che ci fornisce un ipotesi zero cioe un punto di partenza per saggiare gli effetti che possono modificare le frequenze alleliche: ci permette di individuare le forze che fanno evolvere una popolazione naturale Quando esaminando una popolazione trovo che le frequenze genotipiche si discostano significativamente dall atteso vuol dire che una delle condizioni e venuta meno 15
Distribuzione della thalassemia 16
Domande Perche gli alleli thalassemici hanno questa frequenza? Non dovrebbero sparire? Si : gli omozigoti e gli eterozigoti composti sono gravemente compromessi e non si riproducono quindi ad ogni generazione una quota di alleli si dovrebbe perdere e la frequenza dell allele malato dovrebbe diminuire drasticamente. Evidentemente c e stato qualcosa nel corso dell evoluzione che in alcuni ambienti a favorito gli eterozigoti. E perche le mutazioni hanno frequenze diverse nelle popolazioni? Effetto del fondatore o del collo di bottiglia. 17
test mutazioni globina N βn β39/ β39 β39 Test per la mutazione β39 basato sul dot-blot. Ibridazione con oligonucleotide normale (N) e mutante (β39) 18
Il materiale didattico e presente in rete: http://www.biologia.uniba.it/digemi/didattica.html NON sono dispense, ma un ausilio allo studio sul libro 19