patologia molecolare I parte III sezione-2016 copia - e

Alterazioni di vario tipo nello stesso
prodotto genico possono dare luogo
a patologie correlate ma diverse
Il caso delle condrodisplasie
Alterazioni di vario tipo del prodotto
genico possono dare luogo a
patologie diverse ma correlate
• DTDST = gene del trasportatore di solfati della displasia
diastrofica
• Mutazioni con perdita di funzione di DTDST
• DTDST è una molecola interessata nel trasporto dei solfati tra il
condrocita e la matrice extracellulare ricca in proteoglicani
• Displasie scheletriche correlate autosomiche recessive:
– displasia diastrofica (MIM 226600) ++
– atelosteogenesi II (MIM 256050) +++
– acondrogenesi di Tipo 1B (MIM 600972) ++++
– displasie multiple epifiseali +
Il pollice dell
autostoppista
La displasia diastrofica (DTD) è un raro disordine
della crescita. I pazienti sono di solito di statura
inferiore, hanno estremità tozze e malformazioni alle
mani e ai legamenti. E’ particolarmente prevalente in
Finlandia ma è presente in tutto il mondo.
Il gene la cui mutazione da luogo alla DTD mappa sul
cromosoma 5 e codifica per un trasportatore dei
solfati.
Patients with diastrophic dysplasia show scoliosis, a form of
clubbed foot bilaterally, calcification of the cartilage, premature
calcification of the costal cartilages, and cleft palate in some cases.
Particularly characteristic is the 'hitchhiker' thumb due to deformity
of the first metacarpal.
Il solfato è importante per i legamenti scheletrici
perché la cartilagine - che ha la funzione di assorbire
gli shock a livello dei legamenti - richiede appunto i
solfati per la sua produzione. La solfatazione aumenta
la carica negativa nella cartilagine, contribuendo alle
proprietà assorbitive degli shock da parte della
cartilagine.
Human Molecular Genetics, Vol. 13, No. 19
Mutations in the diastrophic dysplasia sulfate transporter (DTDST) gene have been
linked to four chondrodysplasias of varying severity. To characterize diseasecausing mutations of DTDST, we expressed DTDST-mediated sulfate transport in
mammalian HEK-293 cells and determined that the wild-type protein is
glycosylated and localized to the cell plasma membrane. Four mutations, A715V,
C653S, Q454P and R279W, stimulated sulfate transport at rates only 39–62% of
wild-type DTDST. These four mutations were expressed on the plasma membrane
of the cell, but the amount of expressed protein was reduced when compared with
wild-type DTDST. The Q454P mutant is unique in that it is not properly
glycosylated in HEK cells. There was no difference in sulfate transport activity
between cells transfected with either the deltaV340 or the G678V mutations and
control HEK cells. Furthermore, the G678V mutation is not expressed along the
plasma membrane, but is trapped within the cytoplasm. When comparing the sulfate
transport capacity of each DTDST mutation with the chondrodysplasia in which it
has been identified, we find that individuals with severe achondrogenesis 1B
phenotype have null mutations on both DTDST alleles. Heterozygotes for both a
null mutation and a partial-function mutation result in either atelosteogenesis type 2
or DTD, whereas the milder, recessive multiple epiphyseal dysplasia phenotype is
homozygous for partial-function mutations. In contrast to previous studies in
Xenopus laevis oocytes, we find a strong correlation between the severity of the
phenotype and the level of residual transport function in mammalian cells.
Figure 1. Sulfate uptake in HEK-293 cells transfected with wild-type DTDST (open bar), vector
without insert (gray bar) or various DTDST mutations (closed bars).
Karniski L P Hum. Mol. Genet. 2004;13:2165-2171
Figure 3. Confocal immunofluorescent microscopy of HEK cells transfected with either wildtype DTDST (WT) or various mutations.
Karniski L P Hum. Mol. Genet. 2004;13:2165-2171
Human Molecular Genetics, Vol. 13, No. 19 © Oxford University Press 2004; all rights reserved
Figure 4. (A) Mutant protein expressed as a percent of wild-type DTDST.
Karniski L P Hum. Mol. Genet. 2004;13:2165-2171
Human Molecular Genetics, Vol. 13, No. 19 © Oxford University Press 2004; all rights reserved
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B. Condizione dominante causata da aploinsufficienza
Questa situazione è rara
Il fenotipo clinico compare quando la quantità del
prodotto genico ovvero il livello della funzione
residua è uguale o superiore al 50%.
QUANDO LA RIDOTTA FUNZIONE
DIVENTA DOMINANTE
Il termine “aploinsufficienza” indica le situazioni in
cui una riduzione del 50% nella funzione genica
determina un fenotipo anomalo
• i prodotti genici fanno parte di un sistema di
segnalazione quantitativo.
• i prodotti genici competono oppure cooperano tra
loro con interazioni a stechiometria fissa.
• queste patologie dominanti presentano spesso una
espressione estremamente variabile perchè
dipendono da interazioni con altri geni, la cui
espressione è variabile.
Perché relativamente pochi geni sono caratterizzati da
aploinsufficienza ?
A volte, se il prodotto genico è richiesto in grandi quantità, la
capacità totale di sintesi della cellula, anche a livelli massimi di
trascrizione, può essere insufficiente se una sola copia del
gene è presente
Esempio: elastina
Nei soggetti eterozigoti per una delezione o mutazione con perdita di
funzione di elastina, per la maggior parte il tessuto elastico (cute, polmoni,
vasi sanguigni) lavora normalmente, ma spesso l'aorta, un tessuto molto
elastico, mostra un certo grado di restringimento appena sopra il cuore
(stenosi aortica sopravalvolare), che può richiedere un intervento
chirurgico
Fenotipi clinici provocati da
aploinsufficienza
Sindrome di Alagille
•Autosomal dominant disorder with variable expression
•Associated abnormalities include those of the liver, heart, eye, skeleton, and kidneys and
characteristic facial features.
•Mild-to-moderate mental retardation also may be present.
•Mutations in either jagged-1 (JAG1) or notch-2 (NOTCH2)
•The syndrome has been mapped to the 20p12-jagged-1 locus, JAG1, which encodes a
ligand critical to the notch gene–signaling cascade that is important in fetal development.
•Notch signaling has been found to regulate formation of 3-dimensional intrahepatic
biliary architecture.
Esostosi multiple (MIM 133700)
•Malattia ereditaria caratterizzata da esostosi nelle
vicinanze delle estremità delle diafisi delle ossa lunghe;
•Può trattarsi di protrusione di tessuti sia cartilagineo sia
osteocartilagineo.
•E’ in genere una forma benigna, anche se talvolta si
presenta con alterazioni sarcomatose.
• Trasmissione autosomica dominante
• Incidenza 1-2/100000, penetranza completa
• 0,5-5% rischio neoplastico
Fenotipo: variabilità clinica
EXT1  11 esoni
1
11
• 2238 bp cDNA
• 746 AA protein
EXT2  15 esoni
2
70% di omologia
14
• 2154 bp cDNA
• 718 AA protein
Codificano per glicoproteine transmembrana ad attività glicosiltransferasica coinvolte nella polimerizzazione delle catene glucidiche degli
eparan-solfati, importanti per il controllo della crescita cartilaginea
Evoluzione naturale:
• Aumento delle esostosi per numero e per volume con
l’età
• Arresto della crescita delle lesioni con la maturità
scheletrica
Problemi clinici:
• Dolori articolari
• Compressione tessuti adiacenti
• Deformità degli arti
• Limitazioni funzionali
• Bassa statura
http://ghr.nlm.nih.gov/