patologia molecolare - e

Il valore della esperienza non
consiste nell' osservare molto,
quanto nell'osservare con saggezza
PATOLOGIA MOLECOLARE
Mutazioni
quantitativo
Fenotipo
funzionale
non patologico
amorfo
ipomorfo
ipermorfo
neomorfo
patologico
cellula
tessuto
fase di sviluppo
PATOLOGIA MOLECOLARE
Mutazioni
Perdita di funzione
Acquisizione di funzione
Alleli recessivi
Alleli dominanti
Perdita di funzione
Quali mutazioni provocano perdita di funzione ?
Mutazioni puntiformi missense
Mutazioni frame-shift puntiformi e non puntiformi
Mutazioni non-sense
Mutazioni che alterano lo splicing (siti criptici etc..)
Mutazioni che alterano sequenze di segnalazione o domini funzionali specifici
Perdita di funzione
Qualsiasi cambiamento che inattivi il prodotto genico produce
lo stesso risultato clinico
Le mutazioni puntiformi hanno lo stesso effetto delle
mutazioni che determinano delezione del gene.
La sindrome di Waardenburg di tipo 1 (MIM 193500): gene
PAX3.
PAX3 = A defective human HOX gene related to the
Drosophila gene. Waardenburg's syndrome is a very rare
disease, affecting one of 42 000 born children.
Ciuffo di capelli bianchi o
capelli brizzolati in età
precoce, intorno ai 12
anni.
SINDROME DI WAARDENBURG
• SORDITÀ neurosensoriale (o deficit uditivo di vario
livello) bilaterale
• ALTERAZIONI nella pigmentazione, sia dei capelli
(albinismo parziale, in genere piebaldismo) che della pelle,
• ANOMALIE nello sviluppo dei tessuti derivati dalla cresta
neurale
• LATERALIZZAZIONE del canto mediale
Aumentato spazio tra gli angoli interni
degli occhi (telecanto).
Sopracciglia unite
Attaccatura dei capelli frontale molto
bassa
Una delle caratteristiche più comuni è il diverso colore degli occhi (eterocromia), di solito uno
marrone e l'altro blu.
Il suo nome deriva da Peter Johannes Waardenburg, un oculista tedesco che per primo notò sintomi
di ipoacusia in persone con occhi di colore differente.
4 tipi di WS
associazione con altre anomalie
WS
WS
WS
WS
I
II non è presente telecanto
III sono presenti malformazioni agli arti
IV è presente megacolon (malattia di Hirschsprung)
Sindrome
Gene
WS I
PAX3 (fattore di trascrizione)
2q35
WS II
MITF (fattore di trascrizione)
3p14.1-p12.3
WS III
PAX3 (fattore di trascrizione)
2q35
WS IV
EDNRB (recettore endotelina)
13q22
EDN3 (endotelina)
20q13.2-q13.3
SOX10 (fattore di trascrizione)
22q13
Mutationi in
WSIII
PAX3
(locus cromosomico 2q35) causa WSI and
Mutazioni causative in PAX3 includono sostituzioni aminoacidiche,
frameshifts, mutazioni di splicing, and in alcuni pazienti delezioni
complete della sequenza PAX3.
Tutte producono lo stesso risultato clinico: la perdita di funzione di
PAX3
Deletions in the dystrophin (DMD)
gene
Distrofia Muscolare di Duchenne
E ’ una forma di distrofia muscolare
trasmessa come carattere legato all’X
che
determina
degenerazione
progressiva delle fibre muscolari
E’ dovuta all’assenza di una proteina
detta Distrofina
L ’ assenza di questa proteina
determina una serie di eventi che
portano a degenerazione del tessuto
muscolare, che viene sostituito da
tessuto fibroso e adiposo.
Conseguenza
clinica:
progressiva
riduzione del tono muscolare e
successiva
perdita
delle
abilità
motorie
Il gene DMD = 79 esoni sparsi su un tratto di DNA > 2 Mb
genotype/phenotype correlation
fibra muscolare
DMD - delezioni frameshift - no product - malattia grave
Becker - delezioni in frame - prodotto tronco - malattia più lieve
Fig 16.3
DMD
calf hypertrophy
There is variation in the severity of the disease with in frame deletions depending
on which part of the protein is deleted
NMD (non-sense mediated decay) leads to new understanding of
Muscular Dystrophy
Il gene della distrofina - 2.6 Mb con 79 exons
Normal
Distrofia muscolare congenita
Distrofie del cingolo scapolo-omerale
Quattro possibili relazioni tra il livello della funzione
residua del prodotto genico e il fenotipo clinico in
condizione di recessività
A. Condizione recessiva semplice
Quando il livello della funzione residua scende al di sotto
del 50% compare il fenotipo clinico.
Gli eterozigoti per una mutazione del gene che abolisce
totalmente la funzione sono fenotipicamente normali,
a condizione che l’ allele residuo non sia difettoso.
C. Una condizione recessiva con gradi diversi di gravità
Esempi:
Mutanti del gene ipoxantina guanina fosforibosiltransferasi (HPRT), associato a X
Riduzione del numero di copie dei geni della alfa globina e talassemia
Per le mutazioni con perdita di
funzione l’effetto fenotipico
dipende dalla quantità (attività)
residua di prodotto genico
funzionalmente valido
• Mutanti del gene ipoxantina guanina
fosforibosiltransferasi (HPRT), associato a X
• Riduzione del numero di copie dei geni della
alfa globina e talassemia
•Mutanti del gene ipoxantina
guanina fosforibosiltransferasi
(HPRT), associato a X. Il fenotipo
clinico dei maschi affetti è
correlato con la quantità di attività
enzimatica residua
Una parte del labbro inferiore è deturpata per il continuo
mordere
La parte distale di diverse dita sono ridotte per automutilazione
GROWTH :
Height
Short stature
Other
Growth retardation
ABDOMEN :
Gastrointestinal
Vomiting
SKELETAL :
Feet
Gout
SKIN, NAILS, HAIR :
Uric acid tophi
NEUROLOGIC :
Central nervous system
GENITOURINARY :
External genitalia, male
Testicular atrophy
Kidneys
Nephrolithiasis
Motor delay
Hypotonia
Self-injurious behavior, median onset age 2 years
Extrapyramidal signs
Choreoathetosis
Dystonia
Basal ganglia dysfunction
HEMATOLOGY :
Anemia
Megaloblastic anemia
LABORATORY ABNORMALITIES :
Hyperuricemia
Hyperuricosuria
Spasticity, hyperreflexia
Opisthotonus
Dysarthria
Dysphagia
Mental retardation (IQ 45-75)
Il deficit di ipoxantina-guanina fosforibosiltransferasi (HPRT) è ereditato come
condizione recessiva legata all’X
il gene è stato mappato a livello di Xq26-q27
L’intero gene è stato clonato e sequenziato e sono state identificate più di
200 mutazioni responsabili della malattia
SINDROME DI LESCH-NYHAN
Insorge in seguito ad una alterazione del metabolismo
delle purine, dovuta alla mancanza della ipoxantinaguanina fosforibosil transferasi (HGPRT), enzima della
via di riciclaggio per la sintesi dei nucleotidi
Il gene dell’HGPRT è localizzato sul cromosoma X
Sintomi: elevati livelli di acido urico nel sangue e nelle
urine (che precipitano sotto forma di urati), calcoli renali,
insufficienza renale, gotta, problemi comportamentali tra
cui autolesionismo
L’autolesionismo è probabilmente dovuto ad anomalie nel
metabolismo della serotonina e della dopamina
Non esiste cura per questa malattia
Riciclaggio delle basi puriniche e pirimidiniche
mediante le vie di salvataggio
Basi puriniche e pirimidiniche libere vengono costantemente rilasciate
nella cellula durante la degradazione dei nucleotidi (turnover degli acidi
nucleici endogeni e degradazione di quelli ingeriti con la dieta). Le
purine libere sono in gran parte riutilizzate per la sintesi delle
corrispondenti basi usando la via di salvataggio, molto più semplice di
quella de novo e meno dispendiosa dal punto di vista energetico ! Una
reazione molto importante è quella catalizzata dalla adenosina
fosforibosiltransferasi:
Adenina + PRPP
AMP + PPi
La guanina e l’ipoxantina (prodotto di deaminazione dell’adenina) sono
riciclate in maniera analoga dall’enzima ipoxantina-guanina
fosforibosiltransferasi (HGPRT)
Esiste una via di salvataggio del tutto simile per le basi pirimidiniche
5-phospho-α-D-ribosyl 1-pyrophosphate (PRPP)
Lesch-Nyhan Syndrome
HPRT < < Lesch-Nyhan Syndrome
HPRT > > severe gout
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La via de novo è costituita
da diversi passaggi che
richiedono per
sintetizzare 1 IMP:
4 aminoacidi,
1 PRPP
2 folati
3 ATP
Il deficit di HPRT
causa l’accumulo di
guanina e ipoxantina
che vengono convertite
a acido urico dalla
xantina ossidasi
Meccanismo di reazione della ipoxantina guanina
fosforibosil transferasi
• Converte
l’ipoxantina o la
guanina
rispettivamente a
IMP e GMP a spese
del PRPP, dal quale
viene rilasciato PPi
• Molti parassiti sono
incapaci di
effettuare la via di
sintesi ex novo delle
basi e utilizzano
unicamente la via di
salvataggio
La forma umana attiva è
un tetramero.
E’ stato dimostrato che
il loop II si chiude sopra
al sito catalitico dopo il
legame con i substrati
Nel sito catalitico 2
residui sono conservati
al 100%:
G69
D134
La mutazione G69E inattiva completamente l’enzima e causa la sindrome
di Lesch-Nyhan
La mutazione D134G lo inattiva parzialmente causando l’artrite gottosa
La mutazione D193N non lega Mg2+ e inattiva completamente l’enzima
Per le mutazioni con perdita di
funzione l’effetto fenotipico
dipende dalla quantità (attività)
residua di prodotto genico
funzionalmente valido
• Mutanti del gene ipoxantina guanina
fosforibosiltransferasi (HPRT), associato a X
• Riduzione del numero di copie dei geni della
alfa globina e talassemia