THALASSEMIA
Lezione 8
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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
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2
Sintesi globine nella vita fetale ed adulta
α
quantita’
β
δ
ε
6
γ
12
18
24
30
36
nascita 6
prenatale
12
18
24
30
36
42
postnatale
Settimane di vita
α2ε2, emoglobina embrionale
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α2γ2, emoglobina fetale
α2β2, emoglobinaA
α2δ2, emoglobinaA2
3
Cluster delle globine
Derivano da duplicazione genica, per effetto della
conversione genica rendono un locus hot-spot di mutazione
Raggruppamento
α−globine 16p13
ξ2
ψξ1 ψα2
Raggruppamento
β−globine 11p15
ε
Gγ Aγ
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ψα1
ψβ
α2
α1
δ
θ
β
4
Evoluzione delle globine
Derivano da duplicazione genica e accumulo progressivo di
mutazioni
pressione
selettiva
A
lenta
duplicazione
diversificazione
genica
rapida
A
o
o
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Funzione
originale
Funzione
A2 correlata
Nessuna
ψA 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
HS-40
ψξ1
ψα2
ξ2
ψα1
α2
α1
θ
α−globina
HS-4 HS-3 HS-2
β−globina
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ε
Gγ
Aγ
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
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7
α−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
α−globine 16p13
ξ2
Viene definito allele
ψξ1 ψα2
ψα1
α2
α1
θ
l’insieme dei due geni: αα, −α, −−
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
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8
Genotipi e fenotipi nella α-thalassemia
Assetto
genomico
N. Geni
α
Stato
Anemia
α α
α α
4
omozigote
wild-type
nessuna
α α
α
3
eterozigote
1 allele
wild type
lieve
α α
2
eterozigote
1 allele
wild type
lieve
α
α
2
omozigote
nessun allele
wild-type!
lieve
α
1
eterozigote
nessun allele
wild-type!
grave
HbH
0
omozigote
letale
Alcune forme di α−thalassemia sono dovute all’instabilita’ dell’mRNA o
dell’emoglobina:mutazione nel sito di poliadenilazione, perdita del codone di
stop...
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9
Possibile progenie dei portatori
α α
α
genotipi
1
1 x 2
α
1 x 3
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α
2
α
α
α
α
α
α
normale
α
tratto
talassemico
α
α
α α
α
tratto
talassemico
3
α
anemia lieve
4 HbH
α
α
anemia lieve
α
α
α
HbH
α
2 x 3
α
α
α
tratto
talassemico
HbH
10
β−Thalassemia
Raggruppamento
β−globine 11p15
ε
Gγ Aγ
δ
ψβ
β
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
5’
3
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3
esone1 introne1 esone2
2
1
2
3
4
3
2
3
introne2
4
esone3
3’
2
mutazioni nel promotore portano diminuzione del livello promotore
mutazioni puntiformi all’interno degli esoni causano sostituzioni aa o fine traduzione
mutazioni introni, alterazione splicing
mutazione in siti di poliadenilazione
11
β−Thalassemia
β0 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)
Anti-Lepore
Gγ Aγ
ε
ε
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δ
Gγ Aγ
ε
β
δ
Gγ Aγ
δ
βδ
β
β+thalassemia
β
ε
Gγ Aγ
δβ
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Le mutazioni della β−Thalassemia nelle
diverse popolazioni
Sardegna: codone 39 da glutamina a stop
codone 6 perdita di una base
codone 76 perdita di una base
introne1 110 G
A
introne2 745 C
G
proteina tronca
frameshift
=
splicing alterato
==
95 % β0
2.1% β0
0.7% β0
0.5% β+
0.4% β+
Nel delta del PO la mutazione piu’ frequente provoca una β+ per un segnale di
splicing ambiguo
Grecia:
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codone 39 da glutamina a stop
introne1 1
G
A
introne1 6
T
C
introne1 110 G
A
introne2 745 C
G
proteina tronca
splicing alterato
splicing alterato
==
==
17.4 % β0
13.6 % β0
7.4 % β+
43.7 % β+
7.1% β+
13
Le mutazioni della β−Thalassemia nelle
diverse popolazioni
Cina : codone 41/42
introne2 654
codone 71/76
-28G
codone 17
Pakistan
-TCTT
C
T
+ una base
A
G
A
T
codone 8/9 + una base
introne1 5
G
C
delezione di 619bp
introne1 1
G
T
codone 41/42 -TCTT
Afro americani: -29
-88
codone 24
codone6
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A
G
C
T
T
A
- una base
frameshift
frameshift
frameshift
frameshift
38.6% β0
15.7% β0
12.4% β0
11.6% β+
10.5% β0
28.9 % β0
26.4 % β+
23.3% β+
8.2% β0
7.9% β0
60.3% β+
21.4% β+
7.9% β+
0.8% β0
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: p2 + 2pq + q2.
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
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15
Distribuzione della thalassemia
By NA
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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.
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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)
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By NA
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
By NA
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