Malattie da espansione di triplette e
mutazioni dinamiche
Patologie da espansione di triplette
La patologia ha alla base un allele mutato «espanso»: ripetizioni consecutive, in
numero variabile e quindi polimorfe, di sequenze uguali
es. ripetizioni trinucleotidiche (di «triplette»)
Aumentano le ripetizioni in tandem del microsatellite GAA
• Causano in genere disordini neurologici (malattie neurologiche, neurodegenerative
e neuromuscolari)
• Tendenza al rapporto lineare fra numero di numero di ripetizioni e gravita’ del
quadro clinico
• Espansione preferenziale nelle trasmissioni materne (sindrome dell ’ X-fragile,
distrofia muscolare miotonica) o paterne (corea di Huntington)
MUTAZIONI DINAMICHE
L’aumento del numero relativo di triplette oltre determinati limiti
comporta una tendenza costante all’espansione della sequenza
(instabilità)
E’ un meccanimo estraneo alla genetica classica secondo la quale
una mutazione è un evento che modifica un gene introducendo un
nuovo allele, per cui il gene in questione, se verrà trasmesso, sarà
invariato, a meno di nuove mutazioni alleliche
ANTICIPAZIONE GENICA
RELAZIONE TRA GRANDEZZA DELL’ESPANSIONE ED ESORDIO
DELLA PATOLOGIA
Come conseguenza dell’instabilità introdotta dalla mutazione dinamica, che porterà
all’espansione delle ripetizioni, la gravità e la precocità dei sintomi (direttamente
proporzionali al numero di triplette) tendono ad aumentare nelle generazioni
successive
50 anni
30 anni
10 anni
•
•
La malattia esordisce più precocemente da una generazione alla successiva
La severità della malattia aumenta da una generazione alla successiva
I loci coinvolti nella mutazione dinamica sono ad elevato polimorfismo
ma il numero delle ripetizioni si mantiene entro un certo limite.
Per un evento mutazionale iniziale la sequenza si può espandere
introducendo nella popolazione un nuovo allele non ancora patologico
(perché l’alterazione non provoca ancora sintomi).
Questo è un allele pre-mutato.
La progenie dell’individuo con l’allele premutato avrà in quel sito
un’instabilità genomica.
Analisi delle ripetizioni espanse
INSTABILITÀ MITOTICA presenza di espansioni di grandezze
differenti all’interno dello stesso tessuto e tra tessuti diversi
(mosaicismo tissutale)
Instabilità allelica meiotica:
i figli possono ereditare alleli di dimensioni diverse fra
loro e diverse da quelle dei genitori
INSTABILITÀ MEIOTICA trasmissione alle generazioni successive di una
espansione di diversa ampiezza. E’ alla base del meccanismo dell’anticipazione
genetica
Come si formano le ripetizioni?
Perché oltre una certa lunghezza aumenta l’instabilità?
formazione di strutture “atipiche” del DNA
quadruplex
Hairpin structure
Slipped strand
structure
Malattie a decorso progressivo
-ereditate come carattere autosomico dominante
-patogenesi varia e ancora in gran parte
sconosciuta
Malattie neurodegenerative
ripetizioni CAG, in regioni tradotte, codificano
per poliglutammina
Malattie non-degenerative
ripetizioni CGG, CCG, CTG GAA, in regioni
trascritte ma non tradotte
Malattia di Martin Bell o sindrome dell’X-fragile
E’ la seconda causa di ritardo mentale di natura genetica dopo la sindrome
di Down.
Si associa ad anomalie citologiche (sito fragile)
Frequenza: 1/4000 maschi; 1/6000 femmine
Fenotipo:
- ritardo mentale grave
- faccia allungata con mandibola larga
- grandi orecchie a sventola
- testicoli ingrossati (macro-orchidismo)
Sito fragile sensibile al folato:
Espansione allelica:al 5’ UTR
Visibile in coltura priva di ac.folico e
timina, regione che non si compatta
normalmente durante la mitosi
Allele normale CGG x 6-52 copie allele
premutato CGG x 60-200 copie allele
mutato CGG > 200 copie
Una espansione di oltre 200 repeats
causa il richiamo di specifiche
proteine che metilano le citosine del
promotore del gene FMR1
MODIFICA EPIGENETICA sulle CpG
islands.
Alterazione responsabile della malattia:
Espansione della tripletta CGG nella 5’UTR del gene FMR-1 che ne determina il
silenziamento genico (malattia da perdita di funzione) e la mancata produzione
della proteina FRMP (fragile X-mental retardation protein).
Fenotipo normale: <50 repeats
Fenotipo premutato: 55-200 repeats
Fenotipo malato: >200 repeats
Fenotipo identico per delezioni gene FMR-1
FMRP è una proteina legante gli RNA (RNA-binding protein) espressa soprattutto nei
testicoli e nel cervello, i tessuti più colpiti dalla sindrome. FMRP si associa ad RNA
messaggeri codificanti importanti proteine neuronali, e ne regola alcuni aspetti essenziali,
quali il trasporto lungo i dendriti verso le sinapsi e la traduzione in proteine.
La tendenza all’espansione della sequenza ripetuta CGG si verifica solo quando la premutazione è
trasmessa dalla madre: pertanto, poichè durante la maturazione dell'ovulo materno o nelle prime
fasi della crescita embrionale, la premutazione può espandersi a mutazione completa, una madre
portatrice sana avrà il rischio del 50% di avere dei figli maschi affetti e del 50% di avere delle
femmine con la mutazione completa metà delle quali presenterà i sintomi della malattia.
Quando la premutazione è trasmessa dal padre rimane stabile quindi le figlie femmine
riceveranno la premutazione senza che avvengano variazioni nel numero delle triplette
CGG. I figli maschi, invece, ricevono dal padre il cromosoma Y pertanto non sono a rischio
di ereditare la premutazione .
Malattia di Huntington
Caratteristiche:
•Malattia neurodegenerativa che porta alla demenza, caratterizzata da disturbi del
movimento (còrea, dal greco danza) e rigidità. Esordio tardivo e decorso progressivo.
Porta a morte in circa 15 anni.
Frequenza: circa 1/20.000
Genetica:
• Espansione preferenziale nelle trasmissioni paterne (favorita da eta’ paterna avanzata)
Gene responsabile: gene IT15, (Interesting Transcript 15) sul braccio corto del
cromosoma 4, che codifica per la proteina huntingtina. La mutazione è data
dall’espansione della tripletta CAG nell’esone 1 proteina con sequenza di glutamine
in eccesso
Fenotipo normale: 9 36 repeats
Alleli normali:
Alleli intermedi:
<26 CAG
27-35 CAG
Fenotipo malato: 37121 repeats
La proteina mutata:
•stabilisce interazioni anomale con altre proteine cellulariA
•ha un’alterata localizzazione prevalentemente nucleareB
•provoca tossicità cellulare
•è suscettibile al taglio proteolitico
A
B
WT
mut
Meccanismo patogenico
Meccanismi di
(dominante)
“ guadagno di
funzione ”
1) Tossicità da poliglutamine
L ’ eccesso di glutamine nella sequenza aminoacidica
impedisce il giusto ripiegamento (folding) della proteina
stessa. La proteina viene degradata ma i frammenti con le
poliglutamine si aggregano. Si formano accumuli
all’interno dei nuclei dei neuroni con effetto citotossico.
2) Altri meccanismi:
danno mitocondriale, alterazione della trascrizione di altri
geni, alterazione del trasporto assonale e dell’omeostasi
del calcio, alterato metabolismo degli RNA
Meccanismi di “perdita di funzione”
perdita della funzione anti-apoptotica con degenerazione
tissutale
