5. lezione malattie genetiche 2017.pptx File - e

ANEMIAFALCIFORME
EFFETTIPLEIOTROPICI
MUTAZIONIGENICHE
Fontedivariabilitàessenzialeperl’evoluzione
Lecara6eris7cheereditabilisioriginanopercasualità…
EFFETTIàLETALI,MORFOLOGICI,CONDIZIONALI,BIOCHIMICI
Tipidimutazione:
PUNTIFORMI
FRAMESHIFT:inserzioneodelezionediunaodiqualchecoppiadibasi
Principalimeccanismia<raversoiqualiunamutazioneprovocaunapatologia
v  Perditadifunzione
v  Acquisizionedifunzione
v  Produzionediunpep7deche,oltreanonsvolgerelanormalefunzione,interferisceconil
funzionamentodelpep7denormale(prodo6odall’allelenonmutato)(dominantenega7vo)
v  Espressionedelgeneinunmomentooinunospazioerrato
v  Produzionediunpep7deconnuovecara6eris7cheeproprietà
MODELSOFDISEASEALLELESEGREGATION
FenoFpipatologicidovuFadacquisizionedifunzione
generalmentesonodominan7
1. 
aumentodellivellodiespressionedelgenecheproduceunaproteinanormale
mutazionequan7ta7vaàmutazioneinregioniregola7veoeven7diduplicazionegenica
2. 
aumentodellacapacitàdiciascunamolecoladisvolgerelanormalefunzioneàmutazionequalita7va
3. 
acquisizionediunanuovafunzioneoproprietààmutazionequalita7va
MalaIedovuteaperditadifunzione
generalmentesonorecessive
sedominan7siparladiAPLOINSUFFICIENZA
isoggeWmala7moltospessosono
ETEROZIGOTICOMPOSTI
(hannodueallelinonfunzionan7madiversidaunpuntodivistamolecolare)
LETALASSEMIE
MUTAZIONICONPERDITADIFUNZIONEDEIGENIDELLEGLOBINE
Produzionedeivari7pidicateneglobinichenellediversefasidellavitadiunindividuo
le catene di tipo α sono lunghe 141 aminoacidi, i loro geni
si trovano sul cromosoma 16 (cluster α, circa 30 kb)
le catene di tipo β sono lunghe 146 aminoacidi, i loro geni
si trovano sul cromosoma 11 (cluster β, ca. 60 kb)
catene di tipo α e di tipo β mostrano una forte omologia di
sequenza ad indicare una loro origine evolutiva comune
I geni globinici sono di piccole dimensione (< 2kb) e
constano di 3 esoni e 2 introni
In entrambi i cluster ci sono delle regioni regolative (LCR
= Locus Control Region) che regolano l’espressione
temporale dei geni del cluster
In ogni momento della vita di un individuo (periodo
embrionale, fetale e post-natale) il rapporto
n° catene α/n° catene non-α = 1
Si definisce talassemia la condizione in cui tale
rapporto ≠ 1
alfa talassemie à α/non-α < 1 (c’è un difetto di catene α)
beta talassemie à α/non-α > 1
(c’è un difetto di catene non α, che nell’adulto
sono sostanzialmente le β)
Le talassemie sono quindi un difetto QUANTITATIVO
EVENTO
COMPROMESSO
REGIONE
GENICA
MUTATA
TIPO DI N° DI
ALLELE ALLELI
Trascrizione
Promotore
Thal (+)
19
L’attività trascrizionale
residua varia tra il 20 e il
50%
Splicing
Introne, sito
donatore o
accettore
Introne,
sequenze
consesus
Introne,
attivazione di
un sito
criptico
Esone,
attivazione di
un sito
criptico
Thal (0)
Thal (+)
Thal (+)
Thal (+)
16
16
6
5
(3 MS e
2 SS)
Exon skipping o
ritenzione dell’introne (o
di parte di esso)
mRNA normale presente
in quantità ridotta +
mRNA anormale Come sopra
Come sopra, inoltre in
caso di mutazione MS la
globina prodotta
presenta una SSA
NOTI
CONSEGUENZA
FUNZIONALE
TIPO DI N° DI
ALLELE ALLELI
EVENTO
COMPROMESSO
REGIONE
GENICA
MUTATA
Taglio dell’RNA e
poliadenilazione
Sito di
adenilaz.
AATAAA
Thal (+)
6
RNA normali +
RNA instabili
Capping
Sito del
capping
Thal (+)
1
RNA normali
+
RNA instabili
Attacco al
ribosoma
5’ UTR
RBS=Ribos.
Binding Site
Thal (+)
7
Assenza di traduzione Inizio traduzione
1° codone
(AUG)
Thal (0)
7 (max
poss 9)
Assenza di traduzione
16
mRNA instabile per
presenza di un codone di
stop prematuro
> 60
Come sopra
Traduzione
NOTI
codificante
Thal (0)
codone
sensoàSTOP
Traduzione
codificante
indel
Traduzione
codificante
MS
Thal (0)
CONSEGUENZA
FUNZIONALE
Il polipeptide presenta una singola sostit. aa,
le conseguenze funzionali dipendono da sede e
proprietà di aa. sostituito e aa. sostituente
Leαtalassemiesonospessodovuteadelezionediunoopiùgeniα Lagravitàclinicadelfeno7podipendedalnumerodigeniαresidui
L’individuonormaleha4geniαperasse6odiploide
Individuocon3genia
normale
Individuocon2genia
lieveanemia
Individuocon1genea
talassemico
Individuocon0genia
idropefetale(letaleinutero)
ereditàMENDELIANA
MALATTIEAUTOSOMICHEDOMINANTI
-Ipercolesterolemiafamiliareassociataaduna
mutazionedelgenechecodificailrece<oredelleLDL,localizzatosul
-Neurofibromatosidife<odelgenechecodificaperla
bracciocortodelcromosoma19.
neurofibrominaàmacchiepigmentateetumoribenignidellapelleedel
sistemanervosocentrale.Altotassodimutazionespontanea
-Nanismoacondroplasicoformadinanismocheilpiù
dellevoltederivadamutazionidenovonellospermaonell’oocita
-SindromediMarfancolpisceiltessutoconneIvo
-RenepolicisFco
-Osteogenesiimperfe<a
-CoreadiHunFngtonmalaIaneurodegeneraFvadovuta
aespansioneditriple<e
MALATTIERECESSIVELEGATEALSESSO
-EmofiliaX-linked
X-linkedrecessivacomportanteunagraveinsufficienzanellacoagulazione
del sangue dovuta alla mancanza, totale o parziale, del "fa<ore
VIII"(emofiliaA),odel"fa<oreIX"(emofiliaBomalaIadiChristmas,dal
cognome del malato in cui fu idenFficata per la prima volta). Più rara è
l'emofiliaC,datadallamancanzatotaleoparzialedelfa<oreXI
-DistrofiamuscolarediDuchenne
-Daltonismo
TRATTIAUTOSOMICO-RECESSIVI
Pedigree«orizzontale»
-Anemiafalciforme
-Talassemia
-Albinismo
-Alcaptonuria
-FIBROSICISTICA
Quantospessoungenemuta??
AgenFintercalanFoanaloghidibasi
GeneFcadellemalaIecomplesse
MalaIePoligeniche:l’ereditàe
l’espressionedelfeno7popatologico
dipendonodapiùgeniinlocidiversi
coneffe6ocumula7vo
MalaIecomplesse:ilcara6ere
biologicoècontrollatodaun
insiemedimol7genicheagisconoin
concorsoconifa6oriambientali
L’ESPRESSIONEFENOTIPICADIUNA
MALATTIAmendelianapuòesseremodificata
daaltrigeniàGENIMODIFICATORI
Talassemia
FIBROSICISTICA
Lafibrosicis7caèlapiùcomunemalaWaautosomicarecessivatralepersonedietniacaucasica. Circa1personasu25di
discendenza europea e una su 30 degli americani caucasici,[ è un portatore di una mutazione che causa la fibrosi
cis7ca.L'Irlandapresentalapiùaltaincidenzaalmondodifibrosicis7ca:1su1353individui.
Lafibrosicis7caècausatadaunamutazionenelgeneCys7cFibrosisTransmembraneRegulator(CFTR).Lamutazionepiù
comune,ΔF508,èunadelezione(Δsignificantesoppressione)ditrenucleo7dichesitraduceinunaperditadifenilalanina
nellaposizione508adellaproteina.Questamutazionesiriscontraneidueterzi(66-70%)dituWicasimondialidifibrosi
cis7caeil90%deicasinegliSta7Uni7.Tu6avia,visonopiùdi1500ulteriorimutazionichepossonocondurreallamalaWa.
Il gene CFTR codifica una proteina di 1480 aminoacidi situata
sulla membrana cellulare delle cellule epiteliali. Tale proteina
trasporta fisiologicamente gli ioni cloruro a6raverso le
membrane cellulari a livello della membrana apicale delle
cellule epiteliali di vie aeree, pancreas, intes7no, ghiandole
sudoripare,ghiandolesalivarievasideferen7.
•  Il muco secreto nei polmoni è molto più denso del normale,
quindi le cellule ciliate non riescono a portarlo verso il naso e
le bocca facendolo ristagnare nei polmoni dove causa tosse
frequente e infezioni polmonari.
•  I dotti pancreatici si ostruiscono determinando la
formazione di cisti a livello del pancreas, facendogli
assumere un aspetto fibroso.
•  L’intestino non riceve abbastanza enzimi digestivi
provocando denutrizione e steatorrea (alta concentrazione
di grassi nelle feci).
•  I dotti deferenti maschili si occludono determinando sterilità.
LeanomaliedelCTFRdeterminanol’aumentodi
concentrazionediioniCl-all’internodellacellula.Questo
portaalladiminuzionedell’efflussodiacquadallacellulacon
conseguenteaumentodelladensitàdeisecreFcellulari.
•  I sali espulsi durante la sudorazione non vengono
riassorbiti dall’organismo determinando un aumento della
concentrazione di sali nel sudore.
ATPasi di tipo “ABC”
ATP Binding Cassette
Questo tipo di ATPasi è formato da 4 domini proteici: 2 transmembrana, capaci di interagire con le molecole cargo, e 2
citosolici, capaci di legare ed idrolizzare ATP in modo da ricavarne energia utile a modificare la conformazione del complesso.
È possibile trovare un elevato numero di questo tipo di
trasportatori
nelle membrane delle cellule costituenti l’
apparato gastro-enterico e l’ epitelio polmonare.
Essi sono coinvolti nell’escrezione di farmaci e
sostanze idrofobiche (MDR) e in quella di ioni
cloruro (CFTR)
Mutazioni a livello del gene che codifica per l’espressione del
CFTR portano alla produzione di una proteine alterata che,
nella maggior parte dei casi, viene degradata prima di essere
intregrata nella membrana citoplasmatica.
In altri casi invece viene prodotta una proteina che ha
un’attività molto minore rispetto a quella normale.
CFTR
CysFcFibrosisTransmembraneconductanceRegulator
Essendo il CFTR un trasportatore
“ABC” è formato da 2 domini
transmembrana, MSD1 ed MSD2,
e 2 domini citoplasmatici leganti
ATP, NBD1 ed NBD2.
L’azione del CFTR è modulata dal
dominio regolatore R nella zona
citosolica della proteina.
L’aumento della concentrazione di
cAMP all’interno della cellula
attiva la proteina PKA che
determina la fosforilazione del
dominio R.
Questo determina l’aumento di affinità del dominio NBD1 all’ATP. L’idrolisi di
quest’ultima determina l’apertura del canale per il Cl-.
Esso si chiuderà solamente dopo che una seconda molecole di ATP sarà idrolizzata
dopo essersi legata al dominio NBD2
Patologiedamutazionidinamiche
Iltermine“mutazionidinamiche”èstato
introdo<operdisFngueredaaltreforme
dimutazionileproprietàdisequenzeripetutediDNAchesonoinstabili.
Proprietà:
1)lemutazionisimanifestanocomeun
aumentonelnumerodicopieripetute;
2)sonostaFdocumentaFrarievenF
“fondatori”cheportanoadunaumenton
el
numerodicopie
ripetute;
3)LamalaIachene
derivapresentaunarelazionedire<a
trailnumerodicopieripetuteelagravità
/etàdiinsorgenzadeisintomi.
MalaIedaespansioneditriple<e
PATOLOGIENEUROLOGICHEENEUROMUSCOLARIASSOCIATEA
MUTAZIONEDINAMICADISEQUENZEDIDNARIPETITIVO
Patogenesi
1)Perditadifunzione:es:X-fragile:l’espansione
determinalameFlazionedelpromotoree
mancanzadifunzione(TrasmissioneX-linked)
OppurenellaAtassiadiFriederich(l’espansioneè
nell’introne)doveilDNAassumeunaconformazione
“appiccicosa”cheimpediscelatrascrizionedelgene
(Trasmissionerecessiva)
2
)
A
p
l
o
insufficienza:solounallele(quellocheportal’espansio
ne)vieneperso,maladiminuzione
delprodo<odeterminailfenoFpopatologico.
Es:SIX5nelladistrofiamiotonica.
3)Acquisizionedifunzione(trasmissionedominante)
Es.HunFngton-disease
*LamalaWamostraan7cipazione:aumentata“penetranza”nellegenerazionisuccessive
*Femmineconunsolocromosomaalteratoemaschiconpremutazionepossonomostraresintomidi
lieveritardomentaleeschizofrenia
*CausatadamutazionidelgeneFMR1cheèespressosopra6u6onelcervelloeneites7colienell’embrion
einmol7altritessu7
*IlgenenormalehaunaripeIzionediCGGchevariada6a55
*Imala7hannounnumerodiripe7zionifinoamigliaiaconconseguente
silenziamentodellatrascrizionedelgene
EspansioneCTG(3’UTR)alteralatrascrizionedelgeneDMPK.L’espressionediCTGinunaltro
genecausaalcunidegliaspeWdellamalaWa(miotoniaemiopa7a)acausaforsedelfa6oche
iltrascri6ovieneerroneamentecompar7mentalizzatoeso6raeunaproteinacrucialeperlo
sviluppodelmuscolo.
EFFETTIBIOLOGICI
(complicanzecardiache)