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 per un maggiore approfondimento.....! 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/