Espansione di triplette
Corea di
Huntington
Distrofia
miotonica
Sindrome dell’x fragile
Atassie
Spinocerebellari
Corea di Huntinghton
È una malattia
neurodegenerativa
ereditaria DOMINANTE
Colpisce una regione
cerebrale
Sintomatologia
Proteina mutata
E’ sufficiente che una sola delle due
copie del gene sia mutata affinchè si
sviluppi la malattia.
La regione dei gangli della base; i primi
neuroni a degenerare sono gli SPINOSI
MEDI DELLO STRIATO, che hanno il
compito di inibire l’eccitazione corticale.
IPERECCITAZIONE CORTICALE, che
comporta disturbi motori, tra cui gesti
involontari, disabilità motoria e più
tardivamente stati depressivi, aggressività
e disturbi psichici
Huntingtina
Incidenza e decorso della
patologia
1
2
L’età di esordio si colloca in età fertile,
verso i 38 anni,e progredisce per circa 1520 anni, portando all’invalidità totale
È una sindrome rara, con 5 casi ogni
100.000 abitanti.
Scoperta del gene-malattia…
Nel 1983 A. Boston e Jim Giusella identificano il
tratto di DNA in cui è localizzato il gene responsabile
della malattia.
Il gene fu chiamato “ IT15” ( Interesting Transcript 15 ),
situato sul braccio corto del cromosoma 4 , che produce
una proteina chiamata “huntingtina”. Nel primo tratto del
gene è localizzata una serie di tre nucleotidi “CAG” che
risulta ripetuta una dopo l’altra.
NUMERO DI “CAG”
POPOLAZIONE SANA :
Range compreso tra 9 e 35
ripetizioni
POPOLAZIONE AFFETTA :
Ripetizioni di triplette sempre
superiori alle 36 unità
A livello genico…
Durante la replicazione del filamento di DNA
un frammento neo-sintetizzato, costituito da una serie
ripetuta di CAG si stacca dal filamento stampo e si
ripiega su se stesso, formando un “hairping”, la cui
porzione terminale si associa poi in una posizione
dello stampo più arretrata di quella attesa, così che verrà sintetizzato un numero
eccedente di CAG.
L’espansione provoca una MUTAZIONE DELLA PROTEINA HUNTINGTINA
Per ogni tripletta di CAG presente nel gene viene aggiunto un
amminoacido chiamato GLUTAMINA.
La Corea di Huntington viene perciò detta “Malattia da poliglutamine”
Gain of function
L’ huntingtina mutata acquista tossicità
...il tratto poliglutaminico ne modifica
la conformazione e quindi la sua funzione,
Provocando interazioni anomale con altre proteine cellulari
Modificandone la normale localizzazione
Provocando tossicità cellulare
Rendendola suscettibile al taglio proteolitico
Infatti...
...L’huntingtina mutata subisce un taglio proteolitico da parte delle
caspasi, la cui attività aumenta in presenza della mutazione.
L’azione delle caspasi porta alla formazione di diversi frammenti di
huntingtina mutata, che sono in grado, così, di attraversare le
membrane nucleari e di dare origine a inclusioni.
Il frammento che ha destato maggior interesse è quello amminoterminale che contiene il tratto poliglutaminico espanso; le
poliglutamine si dispongono a formare una struttura a foglietto-beta
che funge da collante, promuovendo la formazione di legami con
altri frammenti di huntingtina mutata e con altre proteine. In questo
modo hanno origine degli aggregati nucleari e citoplasmatici che
alterano la normale architettura cellulare ed in cui viene inglobata
l’huntingtina normale.
...Gli aggregati sono visti come causa della malattia
Loss of funcion
Oltre alla gain of function della huntingtina mutata, un’altra causa
della patologia è la perdita della funzione della huntingtina normale:
Funzione anti-apoptotica per
le cellule dello striato
Stimolazione del promotore
del gene del BDNF
In quanto interrompe la normale cascata
di eventi molecolari che portano alla
morte cellulare di tipo apoptotico
Il BDNF è una sostanza prodotta dalla
corteccia cerebrale che attraverso la via
cortico-striatale arriva alle cellule dello
striato proteggendole dall’azione tossica
indotta dall’huntingtina mutata
Sindrome dell’x Fragile…
sintomatologia
Ritardo mentale
Ritardo dello sviluppo del linguaggio verbale
Iperattività
Sterilità
I maschi si presentano alti, fisicamente forti, hanno naso e mandibola
sporgenti, palato ogivale, orecchie di lunghezza superiore alla norma,
testicoli grossi, e sono predisposti a crisi epilettiche
Circa un terzo delle donne portatrici
mostra un certo grado di riduzione dell’
intelligenza.
L’uomo high funtioning ha una
Questa forma colpisce circa
sindrome molto simile alla donna
Un maschio su 1500,una
Portatrice.
Donna su 1000 ne è portatrice.
Frequenti episodi di otite media, epilessia
ed iperattività.
Modalità di trasmissione
Anomalia ereditaria del
cromosoma x
Questa malattia ha un
ereditarietà di tipo recessivo
legato al sesso
Sebbene vengano colpiti
soprattutto i maschi (1 su 4000),
le femmine possono essere
portatrici dell’anomalia
genetica responsabile della
malattia (1 su 6000) e
trasmetterla ai figli maschi, che
ne saranno affetti, ed alle figlie
femmine, che diventeranno a
loro volta portatrici.
Mamma
XX
MASCHI
FEMMINE
papà
XY
XY oppure XY
50%
XX oppure XX
50%
Possibilità di manifestare la malattia. 0% possibilità di
Esserne portatore.
di essere portatrice della malattia. 0%
Possibilità di manifestarla
A livello genetico
La mutazione FRAXA è il risultato di due eventi indipendenti:
L’espansione della sequenza ripetuta CGG nel primo esone del gene
FMR1
La metilazione a livello del promotore del gene
Primo fenomeno….
•
Nel primo esone il cromosoma X contiene una
sequenza ripetuta CGG, che viene trascritta ma
non tradotta in proteina. La maggior parte
delle mutazioni responsabili di questa
sindrome consistono nell’amplificazione di
tale sequenza ripetuta.
Questa proteina (FMRP) ha la funzione di
limitare la sintesi di una serie di proteine
presenti nelle sinapsi, che, se presenti in
eccesso, potrebbero causare difficoltà
nella propagazione dell’impulso. Ed inoltre
impedisce la traduzione di alcuni mRNA
legandosi ad essi.
o Normalità 6-55 triplette
A seconda del
numero di triplette
ripetute si ha una
condizione di…
oPremutazioni 56-200
Triplette
o Mutazione completa
<200 triplette
Metodo di Sanger: sequenziamento delDna
•
•
•
•
•
•
•
Sequenziare il Dna significa leggere la successione di basi che esso contiene:
Il Dna a singola elica viene suddiviso in quattro provette separtate, ciascuna corrispondente
ad uno dei quattro nucleotidi (A,C,G,T), e trattato in modo da legarsi a un piccolo innesco di
20 basi.
Necessaria per estendere la catena di DNA è la DNApolimerasi: essa procede lungo la catena
incorporando oltre ai normali precursori nucleotidici (dNTP) anche particolari nucleotidi
(ddNTP, cioè didesossi-nucleotidi, i quali differiscono dai primi per avere un atomo di H
legato al terzo atomo di carbonio piuttosto che un gruppo OH).
Il loro inserimento all’interno della stringa in crescita è casuale: questi ddNTP saranno
responsabili dell’interruzione della crescita del Dna nel momento in cui verranno inserite
nella provetta del corrispondente dNTP (es. ddATPs – dATPs). La concentrazione del secondo
è l’1% rispetto al primo.
Dunque, si genereranno frammenti di lunghezza scalare, con pesi molecolari differenti:
utilizzando l’elettroforesi sul gel di poliacrilammide, ciascun frammento verrà caricato in una
corsia del gel relativa al ddNTPs che l’ha tagliato (es: se il frammento è stato dal ddATPs,
allora si troverà nella corsia A).Le corsie sono tra loro adiacenti ed i frammenti sono disposti
dal basso verso l’alto in ordine crescente di lunghezza.
Una volta terminata la separazione elettroforetica, il gel viene essiccato e messo a contatto
con una pellicola radiografica.
L’immagine che ne deriva è caratterizzata da bande sequenziali.
utilizzando l’elettroforesi sul
gel di poliacrilammide e poi
fissando il tutto su lastra
rediografica.…
•
Secondo fenomeno…
La metilazione del Dna è uno dei più
importanti meccanismi di regolazione
dei geni, essa comporta, attraverso dei
processi chimici,l’ inibizione del
funzionamento degli stessi.Consiste
dunque nel legame covalente dei gruppi
metilici alle basi azotate del DNA.Negli
eucarioti avviene principalmente la
metilazione delle citosine. C’è una zona
particolare nel promotore del gene che è
chiamato “CpG island”, zona ricca di
guanina e citosina in cui NON avviene
metilazione. Questo fenomeno è più
ricorrente nelle zone povere di C e G.
Quando la metilazione viene estesa
anche alla “GpC island”, il promotore
viene bloccato, impedendo le fasi di
trascrizione, traduzione e produzione
della proteina.
Tornando al lucido precedente…
Ulteriore differenza tra:
Premutazione
Mutazione completa
il promotore è
Attivato, dunque si ha la produzione di
Proteina FMRP (fragile mental
Retardation protein.
Il promotore viene invece metilato, non
Si ha produzione della proteina, e
Compare il fenotipo clinico completo
Della malattia
Mosaicismo…e preambolo all’High functioning
È quel fenomeno per il
quale in un individuo
coesistono due tipologie
di cellule,con genotipi
differenti
:
in particolare parliamo di
mosaicismo di metilazione quando
espansioni <di 200 CGG hanno un
promotore parzialmente metilato o non lo
sono affatto per cui producono la proteina
FMRP.Il livello di proteina prodotta è
variabile, dal 10% al 60% rispetto
all’allele normale, ciò dipende dal grado
del mosaicismo di metilazione, cioè dal
rapporto tra le cellule in cui il promotore è
metilato e quelle in cui non lo è.
Maschi High functioning
Individui con sindrome da x fragile che presentano un quoziente
intellettivo nella norma (QI>70).
In questi casi il grado di metilazione è >del 10%,o più raramente,
il promotore è completamente non metilato. Dunque la proteina
FMRP sembra essere in quantità
sufficiente per garantire un adeguato sviluppo intellettivo.
Distrofia Miotonica
È una malattia:
• Autosomica
• Dominante
• Multisistemica
la mutazione è localizzata
sui cromosomi non sessuali
il fenotipo dei geni alterati
si esprime sia in omozigosi
che in eterozigosi
interessa più apparati
Sintomatologia ed incidenza
Esordio in età
adulta
Esordio in
gravidanza
Su 100 bambini nati da un genitore
portante della malattia
50% sani
50% malati
Miotonia, debolezza,
Più grave e ad insorgenza precoce.
atrofia muscolare,
Riduzione dei movimenti fetali,
distubi al cuore,agli occhi insufficienza respiratoria grave,
ed al sistema endocrino
ritardato sviluppo psicomotorio
10 bambini affetti su
10.000 nati
Esistono due tipi di
DistrofiaMiotonica
DM1
DM2
DM1
È causata dall’espansioni di ripetizioni di
CTG nella regione ‘3 non tradotta del gene
DMPK sul cromosoma 19q13.3
• Per gli individui affetti da
D.M il numero varia da 50
a 1000 per la forma
classica, da 1000 a 3000
per la forma congenita
• Negli individui normali il
numero delle triplette
CTG è inferiore a 37
I pazienti presentano nella
seconda o terza decade di vita
il sintomo caratteristico di capacità
ridotta nel rilassare la presa di un
pugno serrato.Questa difficoltà è
legata ad un anomalo stato di
eccitabilità della membrana
muscolare.
Continua…
Sintomatologia
• Deficit di forza muscolare e depauperamento delle masse
muscolari, con distribuzione caratteristicamente distale (cioè a
carico dei distretti più distanti dal tronco,come mani,
avambracci, piedi ecc.)
• Ipotrofia dei muscoli temporali e dei masseteri, con ptosi
palpebrale
• Disturbi del ritmo cardiaco per difetti di conduzione cardiaca.
• Problemi respiratori
• Eccessiva sonnolenza diurna
• Deficit del cognitivo, alterazione della memoria,disturbi del
tono dell’umore
• Alterazioni endocrine (resistenza all’insulina)
• Cataratta e calvizie precoci (anche nella donna)
Esordio e severità clinica
• La severità clinica e la precocità dell’esordio sono
proporzionali all’amplificazione della tripletta CTG…
Espansioni:
50-99
Intorno ai 100
Superiori a 100
Uguali o superiori a 1000
Esordio tardivo, lieve
Esordio in età adulta, moderata
Esordio in età infantile/giovanile, grave
Esordio neonatale, gravissima
DM2
È causata da espansione di quadriplette
CCTG sul cromosoma 3q21.
Il numero
di quadriplette può
variare da un minimo
di 70 ad un massimo di
11000, con una media di
5000 ripetizioni.
La maggior parte di queste
famiglie sono state
diagnosticate come affette da
miopatia miotonica prossimale,
per sottolineare le modeste
peculiarità cliniche rispetto alla
forma DM1.
A livello cellulare…
Le sequenze CTG e CCTG si
sono rivelate NON
CODIFICANTI, ed è stato
ipotizzato che nel loro
espandersi, prendano il
posto delle ripetizioni di
sequenze CUG, le quali
contribuiscono alla sintesi
di proteine responsabili di
importanti funzioni
cellulari.
Atassia spinocerebellare autosomica
dominante (ADCA)
Malattia neurodegenerativa caratterizzata da atassia cerebellare
progressiva…
Perdita progressiva della capacità di eseguire
un movimento volontario propriamente
orientato nella direzione, nella forza e nella
Coordinazione dei muscoli necessari alla
sua corretta esecuzione.
.
Insorgenza
Sono stati stimati 1-3 casi su 100000 abitanti
esorio aiene tra i 30 e i 0 anni ance se sono stati
segnaati eenti a esorio recoce urante inanzia o a
insorgenza taria oo i 60 anni.
Col passare delle generazioni
la malattia diviene più grave e
l’insorgenza più precoce.
A Livello genetico …
Sino a oggi sono stati
ientiicati 22 iersi ocus
genetici coinoti in questa
atogenesi (SCA 1-22).
A contrario SCA 8
iene
associato a un
esansione
CTG nea regione 3
T
e SCA 10 aesansione
e
eentanuceotie ATTCT
in
a maggior arte i questi
geni contiene nea sequenza
coiicante una esansione
i triette CAG anomaa
nei soggetti aetti.
Questa esansione etermina nee
corrisonenti roteine una sequenza
oigutaminica anomaa. a roteina
sintetizzata a gene etermina a sua
ota
una enta e rogressia erita ee
unzioni
Tipologie…
Il processo degenerativo può essere limitato al cervelletto
(ADCA di tipo III)
Includere anche la retina (ADCA di tipo II)
O anche il nervo ottico, la regione ponto-midollare, i gangli della
base, la corteccia cerebrale,i nervi spinali o periferici (ADCA di
tipo I).
Sintomatologia…
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Anomalie della pupilla
Atassia/incordinazione
Atrofia ottica
Agenesia/ ipoplasia/ anomalie del cervelletto
Nistagmo
Disturbi del comportamento
Disturbi del linguaggio
Insensibilità al dolore/ disturbi sensitivi
Ipertonia/ rigidità/ spasticità
Miatrofia/ agenesia muscolare
Iperglicemia/ diabete mellito
Oftalmoplegia
Un’altra forma di atassia molto diffusa….
Atassia di Friedreich
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Autosomica recessiva (genitori asintomatici).
Incidenza: 1/30000-1/50000 nati vivi.
Insorgenza solitamente prima dei 20 anni.
Durata della vita ridotta
Mutazione del gene FRDA
che codifica la proteina Fratassina
locus genetico 9q13
numero di copie normale = 6-34
Tripletta GAA
numero di copie nell’A.F.= 67-1700
Come il genotipo influisce sul fenotipo…
• La Riduzione dei livelli di fratassina ed il fenotipo sono entrambi
proporzionali alla lunghezza dell’espansione GAA;
con ripetizioni <500 si ha un insorgenza più tardiva e un fenotipo più
lieve
con lunghezze 500 si ha un’insorgenza più precoce, decorso più
rapido, maggiore incidenza di diabete, cardiomiopatia e scoliosi,
maggiore alterazione dei riflessi.
Il suo deficit:
causa un danno
ossidativo per
eccesso di ferro
nei mitocondri.
Il suo ruolo:
Trasportare il
Ferro dai
mitocondri al
citosol.
È molto espressa nel
Pancreas,
nel rene, nel SNC (midollo
spinale, cervelletto,
corteccia
cerebrale) cuore, muscolo
scheletrico, fegato.
Dove agisce la Fratassina
SNC
Pancreas
Muscoli
Cuore
Fegato
Rene
Grazie…
Anna Del Prete eVincenzo Caputo
