Le mutazioni 3
Lezione 12
By NA
MEMENTO
La cosidetta patologia molecolare ha come fine quello di
spiegare se e come un particolare allele sia collegabile ad un
fenotipo clinico, quindi ci si domanda: la mutazione che
effetto ha sulla quantita', qualita', funzione del prodotto?
cosi' si tenta di spiegare perche' sia o meno patogenetica
ormai vi saranno chiare le difficolta' che si incontrano e la
portata della sfida per comprendere il funzionamento del
genoma umano: le malattie genetiche sono il risultato di un
complesso network di interazioni, ma costituiscono il fulcro
per lo studio delle funzioni.
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Quando si trova una mutazione
* Mutazione mai descritta in letteratura, ma che potrebbe essere
patogenetica (il meccanismo di azione del prodotto e’ noto): e’ presente
in altri soggetti sani della famiglia?
* Mutazione mai descritta in letteratura, con effetto ignoto sulla
funzionalita’: e’ presente in soggetti sani della famiglia?
* Mutazione mai descritta in letteratura, ma il cui effetto si ritiene
innocuo sulla funzionalita’: e’ presente in soggetti sani della famiglia?
* Mutazione descritta in letteratura, il cui effetto e’ accertato essere
innocuo sulla funzionalita’ (come?)
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esempio mutazione conservativa patologica:
Distrofia dei cingoli LGMD2
gene Calpaina3: la mutazione e' in terza base e la nuova tripletta e' sinonima
codifica sempre per una glicina, ma origina un sito di splicing criptico che
puo' portare alla perdita di parte dell'esone 16 con conseguente frameshift
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esempio mutazione potenzialmente
patologica in un introne
sito preesistente puo' divenire un sito di splicing si origina un nuovo esone
con conseguenze non prevedibili in quanto legate alle sequenze contenute nel
nuovo esone : frameshift, stop, alterazione della conformazione…… o
creazione di un nuovo prodotto funzionante.
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La perdita di funzione: non solo missenso/non senso.
PAX3 sindrome di Waardenburg
Le mutazioni riportate in alto distruggono la struttura della proteina e sono
abbastanza distribuite, mentre le missenso sono concentrate in due regioni, il
risultato e' lo stesso e conferma che la perdita di funzione e' alla base della
malattia
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Chan ge
Tabella
riassuntiva di
mutazioni che
provocano
perdita di
funzione
Exam ple
Delete:
(i) the entire g
en e
Most
(ii) part o f the g ene
Insert a sequence
-thalassemia m
60% of Duchenne m
i nto the gen
Insertion of
e
utations
uscular d ystrophy
LINE-1 repetitive sequen
ce (see
into F8C gene in hem ophili a A
Disrupt th e gene st r ucture :
(i) by a translocatio
X-autosom
n
(ii) by an inversion
Prevent the prom
in women
Duchenne m
uscul ar d ystrophy
Inversion in
F8C gene
wi th
oter working:
(i) by m utation
-Globin
(ii) by m ethylation
Destabilize
e translocations
-29A
Fragile-X full m
G mutation
utation ( FM R1 )
the mRNA :
(i) by a polyadenylation site m
(ii) by nonsense-m
utation
-globin AATAAA
ediated RNA decay
Fibrillin
AATAGA
mutations (
m utation
FBN1 )
Prevent correct splicing:
(i) by inactivating donor s
plice si te
(ii) by i nactivating acceptor sp
(iii) by activating a
Introduce a fram
Convert
PAX3 451 + 1G
lice site
PAX3 452-2A
cryptic splice site
-Globin
eshift in trans lation
a codon into
a s top codo
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Prevent correct cel
l ular localization of pr
intron 1
-110G
A m utation
utation
PAX3 Q254X m utation
Replace an essential aminoacid
criptional processing
G m utation
PAX3 874–875insG m
n
Prevent post-trans
T m utation
PAX3 R271C m utation
Cleavage-resistant collagen
propeptide in Ehlers
oduct
F508del m
N-terminal
Danlos VII syndrom
utation i n cystic f ibrosis
e
Tabella conclusiva ma non esaustiva
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esempio mutazione missenso:Acondroplasia
2 mutazioni patogenetiche che
vengono ritrovate (una sola!) nel
99% degli affetti. Entrambe sono
a carico del codone 380 al
nucleotide 1138 e provocano, a
causa della sostituzione della
prima base della tripletta, la
sostituzione di una glicina con una
arginina nel dominio
transmembrana G380R.
2 Nel 98% e’ una transizione
G>A
2 nell’1% e’ una trasversione
G>C
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Il collagene
α2
α1
α1
N-term
Dominio a tripla elica
C-term
Esistono tipi diversi di collagene nei vari tessuti . Essi si differenziano per
lunghezza, sequenza dei diversi domini, per composizione e dimensione dei
peptidi C e N terminali e per proprieta ’fisiche . (vedi tabella nel libro)
Il collagene di Tipo I e ’piu ’abbondante in pelle, tendini, ossa e arterie.
Questi sono anche i tessuti maggiormente interessati dalla OI
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I tipi di collagene
TRAMITE SCREENING DI LIBRARY GENOMICHE E’ STATO
POSSIBILE ISOLARE DIVERSI GENI PER IL COLLAGENE.
MESISTONO DIVERSE CLASSI DI COLLAGENE:
COLLAGENI FIBRILLARI(DI TIPO I II III V E XI)
COLLAGENI NON FIBRILLARI(i domini a tripla elica sono
interrotti da domini non a tripla elica)
COLLAGENI A CATENA BREVE (TIPO VII)
M OGNI CATENA DEL COLLAGENE E’ CODIFICATA DA UN GENE
DISTINTO. QUESTI GENI PRESENTANO OMOLOGIA DI SEQUENZA
ELEVATA.
II GENI PER IL COLLAGENE FANNO PARTE DI UNA
FAMIGLIA GENICA
(insieme di geni con un elevato grado di omologia di sequenza e codificanti per
prodotti con funzione simile o correlata. Possono contenere elemeni non
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funzionanti detti PSEUDOGENI)
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Perche’ la patologia dominante
E’ POSSIBILE RICONOSCERE MUTAZIONI PIU’ FREQUENTI PER CIASCUN TIPI
DIVERSO DI OI
MUTAZIONE IN UN ALLELE DEL GENE PER LA CATENA
Nonostante un solo
allele del gene
COL1A1 e’ mutato
ben il 75% delle
triple eliche sono
anomale.
α1
α2
DEGRADATE
α1
α1
La mutazione riguarda
il 50% del prodotto
genico, ma influenza il
75% della
proteina..L’EFFETTO
E’ DOMINANTE
anche in caso di
eterozigosi
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Relazione genotipo-fenotipo
GRAZIE A TALI STUDI MOLECOLARI E BIOCHIMICI E’ STATO
POSSIBILE IDENTIFICARE MUTAZIONI NEI DIVERSI GENI DEL
COLLAGENE CAUSA DELLE DIVERSE FORME DI OI
M Mutazioni
di grosse dimensioni(delezioni o inserzioni multiesoniche) sono rare
perche’ compromettono la stabilita’ di gran parte delle molecole di collagene .
Questo tipo di mutazioni si riscontra spesso in casi di OI di tipo II nelle forme
letali in fase perinatale .
M Piu’
frequenti sono le mutazioni puntiformi . Queste sono anche piu’ difficili da
trovare viste le dimensioni della molecola del collagene . nei geni COL1A1 e COL1A2
sono state trovate numerose mutazioni che causano una sostituzione di una glicina
con un altro amminoacido . A seconda del sito di sostituzione si manifestano diversi
fenotipi OI. Questi ultimi sono piu’ gravi quando la sostituzione si verifica piu’ vicino
all’estremita’ carbossi terminale .
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Relazione genotipo-fenotipo
M Tutte le sostituzioni Gly-Asp sono risultate letali .
M Mutazioni in siti di splicing possono provocare
delezioni di esoni o
splicing anomali con conseguente sintesi di molecole anomale di collagene .
M Le mutazioni nel COL1A1 sono generalmente associate a fenotipi piu’
gravi rispetto a quelle che colpiscono il gene COL1A2 e i fenotipi piu’ gravi
nel caso di mutazioni vicine all’estremita’ 3’ della tripla elica .
L’APPROCCIO DI STUDI O DELL ’OI E ’STATO QUELLO DELLA GENETICA DIRETTA
IN CUI SI PARTE DA UN PRODOTTO PROTEICO PER ARRIVARE AL GENE E ALLO
STUDIO DELLE MUTAZIONI AD ESSO ASSOCIATO
MIN OGNI CASO IL PRIMO PASSO PER LO STUDIO DI
QUALSIASI PATOLOGIA
E’L ’ANALISI DEL FENOTIPO!
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Relazione genotipo-fenotipo riepilogo
TIPO I: e’ causato da mutazioni nel COL1A 1, in generale si tratta di mutazioni non senso (sostituzione di
un codone di senso con un codone di stop) o mutazioni di splicing . Queste provocano una riduzione nella
sintesi del collagene, ma le molecole che vengono sintetizzate hanno una struttura normale .
TIPO II:e’ causato o da mutazioni multiesoniche(nei casi di forme letali) o da mutazioni missenso
sostituzione di un codone per un AA con uno per un AA diverso) che non comportano mancata produzione
della proteina, ma produzione di catene α1 (I)anomale. queste aggregandosi con catene normali portano alla
formazione di triple eliche anomale causando il fenomeno dell’ effetto dominante negativo.
TIPO III: e’ una forma geneticamente eterogenea, si riscontrano mutazioni in geni diversi . A volte
sono presenti anche piu’ mutazioni in geni diversi contemporaneamente . E’ l’unica forma per la quale e’
stata dimostrata anche trasmissione ditipo autosomico recessiva, frequente solo in alcune popolazioni
come quella sud africana dove, pero’ di riconosce un EFFETTO DEL FONDATORE(prevalenza di un allele
nella popolazione dovuta alla sua presenza in uno dei membri originari della popolazione stessa ed alla
tendenza dei membri della popolazione ad accoppiarsi tra loro) . In questo caso sono piu’ frequenti
soggetti omozigoti per mutazioni in geni COL1A1 e COL1A2 .
TIPO IV: pur essendo generalmente lieve, puo’ presentare variazioni notevoli anche nella stessa
famiglia(non e’ noto il perche’ di questa variabilita’) . Si trovano frequentemente mutazioni puntiformi nei
geni COL1A1 o COL1A2 .
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COL5A1 o COL5A2 Sindrome di Ehlers-Danlos
LIperplasticita’ della cute.
LIpersensibilita’ delle articolazioni
MSono dovuti a mutazioni in
MEsistono diversi tipi
Vengono ereditati con modalita’ diverse.
locus diversi
DOMINANTI
* Tipo I : piu’ grave
* tipo II: piu’ lieve
*TIPO IV vascolare : pelle
interessano
principalmente
cute
e
articolazioni . sono state trovate mutazioni
nel collagene di tipo V (mutazioni in
COL5A1 o COL5A2 ).
traslucida con vene chiaramente visibili e facilmente
escoriabile . Minima ipersensibilita’ delle articolazioni . Gravi rischi di rottura di
arterie, del colon e utero . Attesa di vita non superiore ai 50 anni . E’ causata da
mutazioni nel gene COL3A1 che codifica per le catene di tipo III (mancata
produzione del collagene di tipo III) di cui sono particolarmente ricche le pareti
arteriose, dell’intestino e utero .
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Sindrome di Ehlers-Danlos
LIpersensibilita’ delle articolazioni
LIperplasticita’ della cute.
*TIPO
RECESSIVE
VI :cute soffice e iperelasticita’, ipersensibilita’ delle articolazioni e
VI:
fragilita’ oculare (distacco della retina)
retina).. Autosomica recessiva, causata da
mutazioni nel gene per la lisil idrossilasi responsabile delle modifiche post
traduzionali del collagene .
*TIPO
VII : dislocazione congenita delle anche e altre articolazioni ed estrema
VII:
ipersensibilita’ articolare . Autosomica recessiva causata da mutazioni nel gene per
la Procollagene peptidasi responsabile del processamento extracellulare del
collagene
*TIPO IX
IX:: RECESSIVA
X-LINKED cute lassa, diverticoli e rottura della vescica e
deformita’
scheletriche . Colpisce gravemente i soggetti di sesso maschile . E’
causata da un difetto del metabolismo del rame . ( L’attivita’ della lisil idrossilasi e’
coadiuvata dal rame)
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