Diapositiva 1 - I blog di Unica

Il LATTE contiene uno zucchero: il Lattosio
Il Lattosio un disaccaride composta da glucosio e
galattosio
La lattasi (lattasi-florizina idrolisi (LPH )
idrolizza il lattosio nelle sue componenti
più semplici
In humans, the activities of lactase and most of the other
digestive hydrolases are maximal at birth.
The majority of the world's human population experiences a
decline in production of the digestive enzyme lactase
during maturation.
Due to the reduced lactase level, lactose present in dairy
products cannot be digested in the small intestine and instead
is fermented by bacteria in the distal ileum and colon.
The fermentative products result in symptoms of diarrhea, gas
bloat, flatulence,and abdominal pain.
However, in a minority of adults, high levels of lactase activity
persist in adulthood.
Lactase persistence is a heritable autosomal dominant
condition that results in a sustained ability to digest the milk
sugar lactose throughout adulthood
2 fenotipi:
• Persistenza alla lattasi: grazie ad una
mutazione genetica gli individui mantengono
la capacità di digerire il lattosio anche in età
adulta
• Ipolattasia (non persistenza): l’espressione
dell’enzima decresce dopo lo svezzamento e
l’assunzione di latte determina sintomi
intestinali quali nausea, crampi, diarrea, ecc.
Complessivamente circa il 75% della popolazione
mondiale perdono l’attività enzimatica della lattasi dopo
lo svezzamento
La frequenza della persistenza alla lattasi varia
notevolmente tra le popolazioni umane.
In Europa, maggiore frequenza di persistenza della
lattasi tra le popolazioni nord-occidentali, dove
l’economia pastorale si è sviluppata precocemente.
In Italia: dati discordanti: alcuni studi mostrano un
incremento della frequenza della persistenza della lattasi
da nord verso sud, mentre altri lavori discordano con
questa ipotesi, riportando valori discontinui lungo la
penisola.
Lactose tolerance, as evaluated by physiological
tests, presents high frequency variability in human
populations:
Tolerance
Intolerance
High frequencies in
Northern-Europeans
Higher frequencies in African
pastoralists than in neighbor
non-pastoralist populations
Diagnosi
La non persistenza della lattasi, o
ipolattasia, è generalmente diagnosticata
tramite biopsia intestinale o test fisiologici
meno invasivi, quali la misura del tasso di
glucosio nel sangue o di galattosio nelle
urine, effettuata dopo l’assunzione di una
dose standard di lattosio.
Analisi delle feci
Breath test
LE DIVERSE FORME D’ INTOLLERANZA
AL LATTOSIO
Intolleranza al lattosio: sindrome caratterizzata dalla presenza di uno
o più dei seguenti sintomi: dolori addominali, diarrea, nausea, flatulenza,
gonfiore di stomaco conseguente all’assunzione di lattosio o di sostanze
che contengono lattosio come ad esempio gli alimenti preparati con latte
in polvere. La dose di lattosio che causa i sintomi suddetti è variabile da
individuo ad individuo
Malassorbimento del lattosio: sbilanciamento tra la dose ingerita e la
capacità di idrolizzare il lattosio (diarree osmotiche)
Intolleranza secondaria al lattosio: conseguenza di una patologia che
determina lesioni all’intestino tenue con conseguente danno enzimatico
(gastroenterite, morbo di Crohn, celiachia, colite ulcerativa, sindrome del
colon irritabile, radiazioni, deficit immunologici)
Intolleranza al lattosio nell’adulto
(OMIM 223100: online mendelian inheritance in man)
Altre condizioni genetiche di intolleranza al lattosio:
• Deficienza congenita di lattasi OMIM 223000
(totale assenza di lattasi fin dalla nascita, rara, Finlandia)
mancata attività della lattasi causata da un mRNA non-senso, si
manifesta non appena il neonato viene
nutrito con il latte. Il deficit di elementi nutritivi determina un ritardo
nella crescita, con disidratazione e rapida insorgenza di alcalosi
•Intolleranza neonatale al lattosio OMIM 150220
(produzione di lattasi normale, problemi di assorbimento gastrico del
lattosio, si risolve con l’età)
La tolleranza al lattosio è un
tratto sotto selezione?
A
B
A) Distribuzione del fenotipo tollerante al lattosio
B) Localizzazione dei siti Neolitici che mostrano
presenza di attività di allevamento di bovini
Beja-Pereira et al., 2003
Prima ipotesi:
La mutazione si sarebbe verificata nelle
popolazioni dedite alla pastorizia all’inizio del
neolitico, circa 10.000 anni fa.
Essendo il gene mutante un gene dominante e
ipotizzato che esso abbia conferito un vantaggio
riproduttivo di circa il 5%, si stima che tale tratto
sia divenuto predominante in un periodo di circa
7000 anni (350 generazioni).
2° ipotesi:
Le popolazioni umane del passato erano già
differenziate per il polimorfismo della persistenza
alla lattasi, prima dello sviluppo della pastorizia e la
presenza della persistenza alla lattasi ha
determinato la pratica del consumo e della
produzione del latte.
Evoluzione della tolleranza al
lattosio
Reverse
cause
Cultural-historical
Simoons 1969
•Adozione della
pastorizia
*
Bayless 1971
•Insorgenza della
mutazione
*
•Adozione della
pastorizia
•Insorgenza della
mutazione
* * *
* * *
*
: LP
individual
•Aumento in frequenza
della mutazione dovuta
alla selezione naturale
•Aumento in frequenza
della mutazione dovuta
alla selezione naturale
SELECTIVE ADVANTAGES
Nutrient value of milk
Water content (desertic and arid regions)
Improved calcium absorption (North Europe)
and also…
high content of riboflavin in the milk
Arid climate hypothesis
Cook & al-Torki 1975
Milk as a source of
food and
clean, uncontamin
ated fluid in
desertic climate
Calcium absorption hypothesis
Flatz & Rotthauwe 1973
Milk as source of
calcium for
reducing risk of
rickets in high
latitudes were low
light levels occure
Il gene: LCT
2q21
Sono state identificate 2
varianti genetiche
localizzate 13910 bp e
22018 bp a monte del
gene umano della
lattasi, che risultano
associate con la
persistenza/non
persistenza ereditaria
della lattasi. Entrambe le
varianti sono dovute a
sostituzioni di un singolo
nucleotide (SNPs).
(-13910 C>T e -22018 G>A)
Molecular basis for lactose tolerance
D2S3010
D2S3013
D2S3015
D2S3016
LCT
C/T -13910
The T allele of a C/T
polymorphism located
in a potential regulatory
site 13.9 kb upstream
the lactase gene (13.9kb*T allele) was
found to be completely
associated with
lactase persistence in
Northern Europeans.
G/A -22018
Its frequency
matches the
frequency of
the lactose
persistent allele
expected from
physiological
tests.
A new diagnostic
tolerance test.
The A allele of
the G/A-22018
polymorphism is
highly, but not
completely
associated in
the same
populations
Enattah et al., 2003
Distribuzione dell’allele T-13910
Itan et al. 2009
Distribuzione dell’allele T-13910
Nord Ovest
Sud Est
Itan et al. 2009
I 2 polimorfismi sono da considerare come una
“predisposizione genetica” all’intolleranza al lattosio la cui
sintomatologia insorge quando sono presenti altri fattori tra i
quali una notevole importanza riveste la flora batterica
intestinale
E’ possibile infatti che la deficienza dell’attività della lattasi
sia compensata dall’azione della flora batterica, che si
estrinseca attraverso il metabolismo dei batteri appartenenti
al genere lactobacillus, i quali sono in grado di
metabolizzare il lattosio
Analisi DNA antico
E’ stata riscontrata assenza della mutazione nelle
popolazioni del Mesolitico (10.000-8.000 anni fa), nelle
popolazioni del Neolitico la frequenza non è superiore allo
0,17%
Anche per il marcatore 22018 G>A, tutti i campioni meso e
neolitici erano GG, l’unico campione eterozigote era del
Medioevo
Compatibile anche con l’ipotesi che la mutazione 13910 fosse
presente a frequenze apprezzabili nel tardo neolitico o nel
preneolitico
IPOTESI EVOLUTIVA
(Bersaglieri T. et al., Am J Hum Genet 74:1111-1120, 2004)
Genetic signatures of strong recent positive selection at the
lactase gene
Nelle popolazioni nord europee l’allele T strettamente
associato a persistenza della lattasi è compreso in
un blocco aplotipico con frequenza elevata (0.77) e
inusualmente lungo (>1 Mb).
→ selezione recente e forte, avvenuta negli ultimi
10.000 anni (con l’introduzione della
pastorizia/allevamento)
→vantaggio nutrizionale derivante dai latticini
importante per sopravvivenza nel Nord Europa
Da dove si è originato l’allele -13910*T?
La distribuzione delle frequenze alleliche suggerisce un
origine europea nord occidentale …
Un recente screening su
base molecolare della
distribuzione della
tolleranza al lattosio in
Italia (utilizzando i
marcatori biallelici -13910
C>T e -22018 G>A) ha
permesso la tipizzazione di
molti campioni italiani in
modo non invasivo
Risultati: confermato la
presenza di un cline
decrescente di tolleranza
lungo la penisola (come
nel resto d’Europa)
>tolleranza
-tolleranza
I 2 marcatori biallelici -13910 C>T e -22018 G>A possono
essere tipizzati mediante PCR e tramite analisi di restrizione.
Per la digestione enzimatica si utilizzano rispettivamente gli
enzimi Faq/Fin e HhaI
Prodotti della digestione:
Digestione con Faq/Fin
Digestione con HhaI
T/T (++) omozigote per la
mutazione
G/G (++) omozigote
T/C eterozigote
G/A eterozigote
C/C (--) omozigote senza
mutazione
mutazione
senza mutazione
A/A (--) omozigote per la
Studio condotto in Sardegna
Confronto tra Cabras e Scano Montiferro
1
0.8
0.6
Scano Montiferro
0.4
Cabras
0.2
0
13910*T
13910*C
1
0.8
0.6
Scano Montiferro
0.4
Cabras
0.2
0
22018*G
22018*A
Differenza statisticamente significativa
La persistenza della lattasi: un
esempio di adattamento
convergente
Tolleranza al lattosio
(dato fisiologico)
Frequenza dell’allele T-13910
La persistenza della lattasi: un esempio di
adattamento convergente
Physiological tests
Molecular tests
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
CONVERGENZA ADATTATIVA
Diversi genotipi che determinano lo stesso fenotipo o fenotipi
molto simili vengono selezionati positivamente in popolazioni
diverse per conferire lo stesso vantaggio.
Popolazioni Africane dedite alla pastorizia mostrano alta
frequenza di lattasi persistenza nell’adulto.
Il fenotipo è determinato da alleli diversi da quello Europeo:
Europa -13910 C/T
Africa (Nilo) -14010 G/C
Africa (Beja,Kenia) -13907C/G
Le diverse varianti sono comparse casualmente non più di
10000 anni fa e sono state selezionate positivamente fino a
raggiungere frequenze elevate nelle varie popolazioni ->
EVOLUZIONE CONVERGENTE