Malattie genetiche Ognuno di noi possiede 46 cromosomi: 22 coppie di autosomi e 2 cromosomi sessuali Ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi fratelli che derivano dal padre e dalla madre Le Leggi di Mendel • Prima di Mendel si riteneva che uno dei genitori contribuisse maggiormente alle caratteristiche della progenie (teoria dell’homunculus). • Un altro concetto ingannevole era quello dell’eredità per mescolamento, che però non spiega la variabilità tra fratelli. Innovativita’ del lavoro di Mendel • Utilizzo della pianta di pisello (Pisum sativum): • Facilmente coltivabile • Autofecondazione/fecondazio ne incrociata • Tempo breve di generazione ed elevato numero di esemplari in ogni progenie stigma stame ovario ovulo carena Analisi di un incrocio monoibrido Generazione AA P (parentale) ( AA= giallo dominante aa aa = verde recessivo x polline) ( + ovuli) Aa F1 (prima filiale) tutti gialli Aa X Aa autofecondazione ¼ AA ¼ aa ½ Aa F2 (seconda filiale) 6022 gialli : 2001 verdi 3:1 Analisi della F2 6022 gialli : 2001 verdi 3:1 F2 3/4 gialli 1/4 verdi AA 1/4 gialli puri 1 1/2 gialli impuri 2 Aa 1 aa 1/4 verdi puri Definizioni • Le diverse forme di un determinante (gene) sono chiamate alleli •Gli individui che hanno due alleli uguali (linee pure) sono detti omozigoti • Gli individui che hanno due alleli diversi (ibridi) sono detti eterozigoti • Le cellule sessuali sono chiamate gameti • L’aspetto di un organismo è detto fenotipo • La composizione genetica di un organismo è detta genotipo x P AA gameti aa solo A solo a F1 Aa gameti ovuli 1/2 A 1/2 a 1/2 A 1/4 AA 1/4 Aa 1/2 a 1/4 Aa 1/4 aa polline Genotipi F2 Fenotipi F2 I legge di Mendel I due membri di una coppia di geni (allele materno e paterno) segregano (si separano) l’uno dell’altro durante la formazione dei gameti (cellula germinale) Cosa succede se si incrociano linee pure (omozigoti) che differiscono per due caratteri? • a- Colore verde • b-Rugoso aabb AABB ab AB AaBb AaBb AaBb AB fenotipi aB Ab ab • A- Colore giallo • B-Liscio II legge di Mendel I fattori che controllano caratteri diversi si distribuiscono in modo indipendente gli uni dagli altri Un cromosoma deriva dalla madre ed uno dal padre Quindi, ogni persona ha due copie di ciascun gene: una derivante dal padre, ed uno dalla madre Genetica e malattie Malattia monogenica: La mutazione di un singolo gene determina il fenotipo clinico Malattia poligenica: Più geni concorrono a determinare il fenotipo clinico Malattie multifattoriali: Fattori genetici ed ambientali concorrono allo sviluppo del del fenotipo clinico. Es. alcuni tipi di cancro, il diabete, obesità, etc. Recessività e dominanza Tali concetti hanno differente valenza in Medicina applicativa e in Genetica medica. Medicina applicativa Carattere recessivo; Il fenotipo clinico presente solo in pazienti omozigoti per una mutazione Carattere dominante; Fenotipo clinico presente anche in soggetti eterozigoti per la mutazione Genetica Medica Mutazione recessiva: il prodotto del singolo gene non mutato è sufficiente per la funzione svolta Mutazione dominante: Il prodotto del singolo gene non è sufficiente per la funzione svolta Malattie AUTOSOMICHE Quando interessano i cromosomi autosomici Malattie Eterocromosomiche o X-linked Quando interessano i cromosomi sessuali • Malattia Autosomica DOMINANTE Il carattere malato è dominante Il gene malato è ereditato da un SOLO genitore Anche il genitore è malato •Malattia Autosomica RECESSIVA Il carattere malato è recessivo Quindi il gene malato è ereditato da entrambi i genitori Che sono PORTATORI Esempio ereditarietà autosomica recessiva Maschio Femmina Caratteristiche 1. Il fenotipo clinico non compare in tutte le generazioni, il soggetto affetto non ha un genitore malato 2. I genitori di soggetti affetti sono portatori asintomatici della mutazione. 3. I genitori di soggetti affetti molto spesso sono consanguinei. 4. Maschi e femmine trasmettono in modo identico il carattere alla discendenza, indipendentemente dal sesso. 5. Il rischio ad ogni evento di nascita di trasmettere la mutazione è 25%. Altered Recessive Genes Carrier Father Normal Son Carrier Daughter Carrier Mother Carrier Son Affected Daughter Esempio ereditarietà autosomica dominante Caratteristiche 1. Il fenotipo compare in tutte le generazioni, ciascun soggetto affetto ha un genitore malato 2. Ogni discendente di un genitore affetto ha il 50% di possibilità di ereditare il tratto fenotipico. 3. Soggetti fenotipicamente normali non trasmettono il carattere alla discendenza. 4. Maschi e femmine trasmettono in modo identico il carattere alla discendenza indipendentemente dal sesso Altered Dominant Genes Affected Father Affected Daughter Normal Son Normal Mother Affected Son Normal Daughter Malattie X-linked EMOFILIA e la Regina Vittoria Esempio ereditarietà xlinked recessiva Caratteristiche 1. L’incidenza del carattere è più alta nei maschi che nelle femmine 2. Le donne eterozigoti sono solitamente non affette, ma possono esprimere il carattere con severità variabile a seconda del pattern di inattivazione del cromosoma X 3. Il gene mutato è trasmesso dal padre a tutte le figlie 4. Il gene non è mai trasmesso da padre a figlio 5. Il gene può essere trasmesso attraverso femmine portatrici sane. Esempio ereditarietà xlinked dominante Caratteristiche 1. I maschi affetti non hanno figli malati nè figlie sane 2. Sia i discendenti di sesso maschile che femminile di una donna affetta hanno il 50% di possibilità di ereditare il fenotipo. 3. Le femmine affette sono circa il doppio dei maschi affetti, ma esse avranno, solitamente, un fenotipo meno grave Esempio di malattia genetica autosomica recessiva Fibrosi cistica FIBROSI CISTICA Malattia ereditaria autosomica recessiva Frequenza malattia 1/2500 Frequenza di portatori nella popolazione di origine Caucasica = 1/25 Interessa numerosi organi: polmoni, fegato, pancreas, intestino ed apparato riproduttivo CLINICA • apparato respiratorio Infezioni delle vie respiratorie Colonizzazione batterica • apparato gastrointestinale insufficienza pancreatica • apparato genitourinario Azoospermia ostruttiva pelle GENETICA • Entrambi i genitori sono eterozigoti • I portatori hanno il 25% di rischio di avere figli affetti • Maschi e femmine sono ugualmente affetti Aa AA aA Aa aA aa Il Gene CFTR = Cystic Fibrosis Conductance transmembrane regulator Mappa sul cromosoma 7, nella regione 7q31.2 L’espressione del gene è tessuto specifica La Proteina •Canale per il Cloro nelle cellule epiteliali • Appartiene alla famiglia delle glicoproteine di membrana che possiedono siti intracellulari di legame per l’ATP (ABC-family) Il canale del cloro E’ composta da 5 subunità simmetriche: • NBF1-NBF2 (Siti di legame dei nucleotidi) • TMD1-TMD2 (Segmenti transmembrana) • R-Domain (Regione Regolatrice) TMD-1 TMD-2 out in Regione R N ATP NBF-1 Protein chinasi Attivate dall’cAMP ATP NBF-2 C Mutazioni Oltre 1000 mutazioni lungo l’intero gene CFTR mappato sul cromosoma 7q31.2 alterazioni funzionali/strutturali del CFTR Epidemiologia delle mutazioni CFTR in Italia Mutations Campania Basilicata Puglia Northern Italy F508 55.6 55.8 46.8 47.6 N1303K, G542X, W1282X, 17171G>A, R553X 18.6 13.4 18.1 10.1 4382delA, 1259insA, I502T, G1349D 0.3 0 10.5 0 4016insT, G1244E, R1158X, 711+1G>T, L1065P 7.2 3.8 1.7 0 2183AA>G, R1162X 0 2.3 5.8 1.9 0.6 1.1 0 19.1 Other known mutations 6.6 7.6 6.0 13.6 Total detection rate 91.6 8.4 92.1 7.9 84.6 15.4 90.2 9.8 852del22 Unknown mutations SCREENING DELLE MUTAZIONI CFTR Caso clinico: diagnosi accertata o sospetto clinico Familiarità Fecondazione assistita SCREENING di PRIMO LIVELLO Flowchart per la caratterizzazione di alleli FC pazienti FC FC Analisi con Kit diagnostico 2 alleli FC caratterizzati dHPLC Mutazioni più comuni 1 allele caratterizzato Analisi mediante dHPLC • Il campione di DNA da analizzare viene amplificato mediante reazione di PCR. Se i due alleli differiscono anche per una singola base, dopo un ciclo di denaturazione e rinaturazione, si formeranno 2 specie molecolari •L’amplificato viene analizzato mediante cromatografia. LA DIAGNOSI PRENATALE La diagnosi prenatale comprende una serie di tecniche strumentali e di laboratorio finalizzate al monitoraggio della gravidanza, dal concepimento al momento immediatamente precedente il parto.