mutazioni de novo

Malattie monofattoriali nell’uomo
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim
Esempi di patologie a trasmissione autosomica dominante
Nelle forme familiari, ogni figlio/a ha un genitore affetto.
Spesso il paziente affetto ha una diminuita capacità di riprodursi. La malattia è quindi
mantenuta nella popolazione per la comparsa di mutazioni de-novo (figli affetti con
genitori sani).
Gli omozigoti sono rarissimi se non in presenza di matrimonio tra individui affetti o per
consanguineità. Hanno in genere una sintomatologia più severa rispetto all’eterozigote.
Acondroplasia
Corea di Huntington
Neurofibromatosi Tipo1
Acondroplasia
Dal greco (a = senza, condros = cartilagine, plais = formazione)
Ci sono circa 200 tipi di nanismo
L’acondroplasia è la forma più
comune di nanismo (circa il
50% dei casi)
Altezza media maschi adulti:
131cm; altezza media femmine
adulte: 124cm
Sistema scheletrico:
osteocondrodisplasia, nanismo,
arti corti
Malattia genetica caratterizzata da un mancato sviluppo armonico
della cartilagine di accrescimento delle ossa lunghe degli arti.
Letteralmente significa “senza cartilagine” anche se in realtà il
difetto è nella conversione della cartilagine in osso, specialmente
nelle ossa lunghe
Frequenza: 1/25.000 nati
Causata da mutazioni del gene FGFR3 (sul cromosoma 4,
regione 4p16.3) che lo rendono costitutivamente attivo allele
letale allo stato omozigote
FGFR3 = Fibroblast Growth Factor Receptor 3
Recettore del fattore di crescita dei fibroblasti: proteina transmembrana con attività
tirosin chinasica e tre domini Ig-like
E’ un regolatore negativo della proliferazione e del differenziamento dei condrociti
della cartilagine di accrescimento; è attivato dalle mutazioni presenti nei soggetti
con acondroplasia. Queste mutazioni sono da considerare del tipo con "guadagno
di funzione" (gain of function), perché il recettore diventa più efficace nello
svolgimento del suo ruolo inibitorio.
Il 99% dei pazienti affetti da ACP ha la stessa
mutazione (G380R) nella proteina FGFR3,
consistente in una sola base nucleotidica
alterata nel gene. La sostituzione aminoacidica
nel dominio transmembrana del recettore
porta ad una dimerizzazione ligandoindipendente).
indipendente
Altre mutazioni cadono nel dominio kinasico.
(G380R)
Ereditarietà
Eredità autosomica dominante a penetranza completa
Una persona affetta da ACP, insieme ad una normale, hanno il 50% di probabilità di avere un figlio
affetto.
Una coppia in cui entrambi i genitori sono affetti da ACP ha 1 probabilità su 4 di concepire un figlio/a
affetto da una grave forma di acondroplasia letale alla nascita (acondroplasia omozigote); 1 probabilità su
4 di avere figli normali e 1 probabilità su 2 di avere un figlio affetto
Effetto dell’età paterna per le mutazioni de-novo
Circa 9 casi su 10 i pazienti affetti da ACP nascono da genitori assolutamente normali, a causa di
alterazioni nel gene che avvengono di solito negli spermatozoi (mutazioni
mutazioni dede-novo), correlati ad una
avanzata età paterna.
Diagnosi
Amplificazione per PCR del DNA genomico e sequenziamento degli
esoni dove sono localizzate le mutazioni.
Alcune mutazioni danno origine a RFLP (es. G380R la mutazione crea sito di restrizione per l’enzima
SfcI)
Curiosità
Lo studio delle mummie egizie
evidenziato la presenza di affetti
acondroplasia fin dal 4500 a.C.
ha
da
In foto: terracotta di epoca precolombiana
(datata circa 2500 anni fa), in cui e’ raffigurato
un soggetto affetto da nanismo.
Neurofibromatosi di Tipo1
Malattia autosomica dominante ad espressività variabile (macchie caffèlatte/tumori fibromatosi della pelle/tumori maligni del SNC)
Frequenza: 1/3000 nati
Almeno il 50% degli affetti ha una storia familiare di neurofibromatosi 1
documentata; nella restante parte dei casi si tratta di mutazioni de-novo
Forme di mosaicismo somatico (meno gravi)
Il gene della neurofibromatosi di tipo 1 (NF1) è localizzato sul cromosoma
17 (17q11.2) e codifica per una proteina (neurofibromina) con attività inibitoria
sulla crescita tumorale (inibisce l'oncoproteina p21ras), cosa che la fa
appartenere alla famiglia dei geni oncosoppressori. La funzione della proteina si
riduce o viene alterata in seguito a mutazione.
Le mutazioni più frequenti sono mutazioni puntiformi e ampie delezioni
La neurofibromatosi 1: un caso di espressività variabile
Individui sani con macchie e tumori
benigni della pelle
Individui sani con episodi di malattia
acuta
Individui malati con sintomi gravi, con
tendenza a degenerazione maligna dei
neurofibromi cutanei, sviluppo di
fibrosarcomi e tumori del sistema
nervoso.
Amartomi pigmentati dell'iride
(noduli di Lisch)
Esempi di patologie a trasmissione autosomica recessiva
I genitori sono solitamente eterozigoti (portatori sani), con il 25% di rischio di
generare un figlio omozigote.
Classicamente il pedigree mostra solo un membro della famiglia affetto o, al
massimo, fratelli affetti.
Per alcune patologie, la percentuale di portatori sani nella popolazione è
estremamente elevata, spesso perché la condizione di eterozigoti dà un vantaggio
selettivo (es. beta-talassemia), detto appunto vantaggio dell’eterozigote
Albinismo
Sordità
Talassemia
Falcemia
Fenilchetonuria
Fibrosi cistica
Talassemia
(o microcitemia o anemia mediterranea)
Disordini nella sintesi dell’emoglobina dovuti all’assenza o alla ridotta produzione di
catene di tipo α o β, che costituiscono l’emoglobina umana adulta
Dal punto di vista clinico la talassemia è contraddistinta da fragilità degli eritrociti,
microcitosi, anemia.
ricambio troppo veloce dei globuli rossi che vengono distrutti molto rapidamente
dalla milza ( splenomegalia).
le periodiche trasfusioni di sangue e eritropoiesi inefficace provocano un
dannosissimo accumulo di ferro nei tessuti che va eliminato attraverso una terapia
ferro-chelante
Frequenza: in Italia è molto rara, anche se è di frequente riscontro nelle regioni del
sud come Sicilia e Sardegna. In Sardegna il 12% degli individui è portatore sano di βtalassemia. La malattia è frequente (3% nella popolazione mondiale) nell'Africa
centrale, nel Sud-est asiatico, in Medio Oriente e in alcune zone dell'India.
La distribuzione geografica della talassemia suggerisce una selezione
positiva del gene mutato nelle regioni malariche, per la maggiore
protezione degli eterozigoti verso la malaria da Plasmidium falciparum
(vantaggio dell’eterozigote).
eterozigote Altre anomalie a carico del sangue possono
proteggere parzialmente dalla malaria (anemia falciforme, favismo, etc).
Una parte del ciclo vitale di questo
protozoo si svolge nell’eritrocita.
L’infezione
degli
eritrociti
microcitemici
è
sfavorita
(impediscono il completamento del
ciclo vitale) protezione dalla
malattia.
Gli omozigoti normali vengono
selezionati
negativamente
dalla
malaria; gli omozigoti mutati vengono
selezionati
negativamente
dalla
talassemia; gli eterozigoti risultano
avvantaggiati (non sono talassemici
ma sono resistenti alla malaria)
Zanzara Anopheles
Mutazioni più frequenti nel gene β-globinico
causa della β-talassemia
Mutazioni da delezione assenza di β-globina
Mutazioni puntiformi nel promotore ridotta espressione di β-globina
Mutazioni nei siti di splicing trascritti alterati
Mutazioni nonsense e frame-shift prodotto tronco o alterato
(Es. CAGTAG nel codone 39 è comune nella popolazione sarda 95% degli alleli mutati)
Il gene per la ß globina si trova (insieme a quelli per le gamma, la delta e l’epsilon) sul cromosoma 11.
Attualmente si conoscono più di 150 mutazioni che causano una ß-talassemia.
3 quadri clinici che si distinguono tra loro per gravità crescente:
Portatore asintomatico (microcitemico): è caratterizzato da assenza di
sintomi clinici, aumento del numero dei globuli rossi con riduzione del loro
volume (da ciò il nome di microcitemia), riduzione della concentrazione di
emoglobina contenuta nei globuli rossi e alterazione della loro forma. Genotipo:
eterozigote
Talassemia intermedia: in questo gruppo eterogeneo di pazienti sono
compresi casi con gravità differente, da forme minime con lievi manifestazioni
cliniche a casi più gravi a volte simili alla forma grave. In questi casi c'è un
marcato aumento dell'emoglobina fetale. Genotipo: omozigote per un difetto lieve o
eterozigote per un difetto grave ed uno lieve.
Talassemia major o malattia di Cooley: è la forma più grave di
microcitemia, caratterizzata da anemia marcata. Genotipo: omozigote per un difetto
grave o eter.ozigosi mista per due difetti gravi.
La terapia è diversa a seconda della gravità della malattia
Talassemia Major: striscio di sangue periferico
Anemia falciforme
Dovuta alla singola mutazione nel gene per la
subunità β dell’emoglobina forma anomala, detta
emoglobina S (GAG GTG nel codone 6= GluVal)
Il quadro ematologico tipico, caratterizzato dalla presenza di globuli rossi a forma
di falce, è dovuto alla polimerizzazione dell'emoglobina S con formazione di fibre
all'interno del globulo rosso. Ne risulta 1) una rigidità dei globuli rossi i quali tendono
ad occludere i vasi periferici e 2) una ridotta vita media dei globuli rossi stessi che è
alla base dell'anemia cronica.
Dal punto di vista clinico la malattia presenta sintomi legati all'emolisi (distruzione) dei
globuli rossi e alle crisi da occlusione dei vasi sanguigni.
Frequente nelle regioni del Mediterraneo (soprattutto in Africa)
Aplosufficienza/insufficienza negli eterozigoti
normale
malato
eterozigote
Fenilchetonuria (PKU)
E’ causata da mutazioni nel gene che codifica per l’enzima fenilalanina
idrossilasi (sul cromosoma 12,
12 12q24.1). Frequenza: 1/10000
Sono note 462 mutazioni del gene (soprattutto missense, nonsense ma anche
delezioni, inserzioni, splicing mutations e mutazioni de novo)
La carenza dell’enzima provoca
l’accumulo di fenilalanina e di acido
fenilpiruvico nell’organismo danni
al sistema nervoso centrale (ritardo
mentale,
epilessia,
ipercinesia),
ritardo nell’accrescimento e morte
precoce. A livello cutaneo è presente
una
caratteristica
pigmentazione
chiara (capelli biondi ed occhi celesti)
per mancanza di produzione di
tirosina
e
successivamente
di
melanina
La fenilalanina è un aminoacido
essenziale introdotto con la dieta.
Una dieta povera di fenilalanina
riduce drasticamente l’insorgere della
malattia
Diagnosi con il test di Guthrie
(misura livelli di fenilalanina nel
sangue). Alcune mutazioni sono
associate a RFLP.
Fibrosi cistica
E’ la più comune malattia autosomica recessiva (1/2000 nati ~5%
degli individui sono portatori sani)
Interessa numerosi organi, come polmoni, fegato, pancreas, intestino
ed apparato riproduttivo
Mostra espressività variabile ed eterogeneità clinica
Causata da mutazioni nel gene che codifica per la proteina CFTR,
CFTR
localizzato sul cromosoma 7 (7q31.2).
La proteina CFTR
(Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator)
• Glicoproteina di membrana con siti intracellulari di legame per l’ATP
• Canale per il Cl- delle membrane apicali delle cellule epiteliali (ghiandole
a secrezione esterna, come le mucipare e le sudoripare)
Il gene regola il passaggio di elettroliti (cloro in particolare) verso l’esterno,
che favoriscono la fuoriuscita di ioni sodio e acqua. Un’anomalia di questa
proteina di trasporto altera l’equilibrio elettrolitico e fa produrre alle ghiandole
esocrine muco denso.
Nella persona malata il gene difettoso
determina la produzione di secrezioni povere
di acqua, perciò dense e poco scorrevoli
("muco viscido", da cui il nome in passato di
"mucoviscidosi"); il sudore ha una
concentrazione molto alta di sale, 4-5 volte il
normale.
Gli organi più colpiti sono:
bronchi e polmoni il ristagno di muco
predispone ad infezioni respiratorie che
danneggiano la loro funzionalità
Pancreas
formazioni
di
cisti,
infiammazione e fibrosi (da cui il nome di
fibrosi cistica) alterazione delle sue normali
funzioni
Altri: intestino,
intestino fegato,
fegato dotti deferenti nel
maschio.
Diagnosi test del sudore (misura della
concentrazione salina) e test genetico
(ricerca di mutazioni nel gene CFTR);
screening neonatale sul meconio.
Mutazioni del gene CFTR
Si presentano in modalità diversa nelle varie popolazioni, sia per tipologia che
per frequenza. Più di 1800 mutazioni note.
Alcune mutazioni fanno sì che essa non venga prodotta affatto, altre permettono
che venga prodotta una proteina poco funzionante o ridotta in quantità. Non di
tutte si conosce l'effetto clinico.
Queste mutazioni determinano una disfunzione della proteina CFTR attraverso
numerosi meccanismi molecolari, in base ai quali è possibile raggrupparle in 5
differenti classi
la mutazione più frequente in Italia
La mutazione ∆F508
Consiste nella perdita di 3 basi con conseguente mancanza di una
fenilalanina nella catena aminoacidica della proteina)
Wild-type
mutato
AAT ATC ATC TTT GGT GTT TCC
Asn Ile Ile Phe Gly Val Ser
AAT ATC ATT GGT GTT TCC
Asn Ile Ile Gly Val Ser
La mutazione ∆F508, costituisce l’allele più comune
(70%) alterato folding nel reticolo endoplasmatico
ubiquitinazione e degradazione della proteina. Di
conseguenza negli eterozigoti è presente una minore
quantità di proteina
Vantaggio adattativo degli
eterozigoti ridotta entrata
nelle cellule del batterio
Salmonella tiphy o altri
patogeni che utilizzano il
CFTR come recettore.
Espressività variabile
geni modificatori delle mutazioni del gene CFTR (questi
geni possono aggravare o ridurre l'effetto delle mutazioni
CFTR)
influenze ambientali (fumo, trattamento antibiotico, dieta,
caratteristiche immunitarie, etc)
Esempi di patologie a trasmissione X-linked recessiva
Generalmente ristrette ai maschi, perché le femmine per manifestare la malattia devono
essere omozigoti
Daltonismo
Emofilia A
Distrofia di Duchenne
Favismo
Emofilia
Malattia con difetti più o meno gravi nella coagulazione del sangue
trasmessa come carattere legato al cromosoma X
Emofilia A e B sono distinte dal punto di vista molecolare e
biochimico ma simili dal punto di vista clinico anche minimi traumi
possono provocare emorragie gravi
Emofilia A
E’ un difetto della coagulazione del sangue trasmesso come carattere legato al
cromosoma X e dovuto ad un deficit del fattore VIII della coagulazione
(gene F8,
F8 Xq28)
La terapia si basa sulla somministrazione di concentrati di fattore VIII preparati
da plasma umano o mediante la tecnica del DNA ricombinante.
Dal punto di vista genetico nel 70% dei casi è ereditaria e nel 30% rappresenta
il frutto di una mutazione de novo.
Frequenza nella popolazione: 1/5000
Nelle famiglie in cui siano presenti casi di emofilia è possibile sottoporre le
donne all'analisi del DNA (sequenziamento o ricerca RFLP), che si effettua a
partire da un normale prelievo di sangue (anche diagnosi prenatale nelle
gravidanze a rischio).
Mutazioni eterogenee (eterogeneità allelica)
allelica che si traducono in fenotipi più o
meno gravi (eterogeneità fenotipica).
fenotipica Hot spot nell’introne 22 (nel 50% dei
casi).
L’emofilia A è storicamente
nota come malattia “reale” la regina Vittoria di Inghilterra
era una portatrice dell’allele
mutato
del
fattore
VIII
(mutazione de novo)
Famiglia reale di Spagna
Famiglia imperiale di Russia
Famiglia reale di Inghilterra
Emofilia B
E’ un difetto della coagulazione del sangue trasmesso come carattere legato al
cromosoma X e dovuto ad un deficit del fattore IX della coagulazione (gene
F9,
F9 Xq27.1)
Più rara dell’emofilia A: 1/30.000 maschi
Eterogeneità allelica alta. Anche mutazioni in regioni regolative, assenti
nell’emofilia A
Distrofia muscolare di Duchenne
La distrofia muscolare è una malattia degenerativa che colpisce i muscoli.
Esistono diversi tipi di distrofia muscolare ma la più frequente in età pediatrica è
la forma di Duchenne.
Frequenza: circa 1/3500 bambini maschi
Difetto del gene che codifica per la distrofina (Xp21.2 - p21.1), una proteina
che si lega alla membrana delle fibre muscolari e stabilisce una connessione tra
citoscheletro e matrice extracellulare preserva l’integrità delle membrane
delle cellule muscolari.
Il gene è molto grande (più di due milioni di basi) con numerose varianti
alleliche patologiche (70% delezioni, 30% mutazioni puntiformi) ed espressività
variabile (fenotipo più grave è la Duchenne, quello meno grave è la Becker)
Alta percentuale di mutazioni de novo (>30%).
Caratterizzata da progressiva debolezza muscolare (diagnosi clinica tardiva: 26anni) con morte entro i 30 anni
Il gene per la distrofina è il più grande individuato, costituito da 79 esoni
per una dimensione di 2,3 Mb. Il trascritto è costituito da 1,770 Kb.
427 kD
Muscolo normale
Duchenne
Assenza totale della distrofina
Spostamento del quadro di lettura
Prematuro codone di stop
Degenerazione tissutale e necrosi
Becker
Alterazione parte centrale della distrofina
Nessuno spostamento del quadro di lettura
Distrofina diversa solo nelle dimensioni
Fibrosi moderata e necrosi ridotta
Identificazione mutazioni
Amplificazione di 18 esoni del gene della distrofina mediante PCR permette di evidenziare il
98% delle delezioni
Exon
Size
(bp)
bp)
Exon
Size
(bp)
bp)
exon 1
535
exon 45
547
exon 3
410
exon 48
506
exon 43
357
exon 19
459
exon 50
271
exon 17
416
exon 13
238
exon 51
388
exon 6
202
exon 8
360
exon 47
181
exon 12
331
exon 60
139
exon 44
268
exon 52
113
exon 4
196
Favismo
Malattia dovuta alla mancanza di un'enzima, glucosio-6fosfato-deidrogenasi (G-6-PDH).
La forma da carenza di G-6-PDH riguarda circa 400 milioni di
persone nel mondo (specialmente in Africa, nell'area tropicale e
subtropicale ed in alcune zone del mediterraneo).
In Italia è molto frequente in Sardegna (mutazioni nel 15%
della popolazione) ed in numero più limitato in Sicilia ed in altre
regioni meridionali.
Eterogeneità allelica (circa 400 diverse varianti dell’enzima note)
e fenotipica
Effetto delle mutazioni
Mutazioni estese (es. frame-shift o delezioni) sono incompatibili con la
sopravvivenza nel maschio e molto rare nelle femmine
La maggior parte delle mutazioni sono missense proteina instabile o
con ridotta attività enzimatica
La G6PD catalizza la deidrogenazione del G6P e la produzione di
NADPH2, usato come cofattore della catalasi per la detossificazione di
specie reattive perossidanti come il perossido d’idrogeno (H2O2) e per la
riduzione del glutatione. La carenza dell’enzima causa quindi stress
ossidativo, particolarmente dannoso per gli eritrociti: emolisi anemia
acuta
Solitamente si manifesta solo in certe condizioni: esposizione a sostanze
particolari, contenute ad es. nelle fave* (da cui il nome) o in alcuni
farmaci, che possono scatenare la crisi emolitica
Diagnosi mediante saggio enzimatico
*
Il consumo di fave espone i favici al rischio di crisi emolitiche per via della presenza,
all'interno dei semi, di sostanze ossidanti come la vicina e convicina A
Esempi di patologie a trasmissione X-linked dominante
Nefrite ereditaria
Condrodisplasia punctata
Esempi di caratteri/patologie a trasmissione Y-linked
Retinite pigmentosa
OMIM, Online Mendelian Inheritance in Man, è una banca dati che contiene
informazioni sui geni umani e sulle malattie genetiche realizzata e mantenuta
dall’NCBI, the National Center for Biotechnology Information. La banca contiene la
descrizione dei geni e delle malattie ad essi associate,i quadri clinici e i riferimenti
bibliografici, oltre a link a sequenze e ad altre risorse web.
Malattie monogeniche- Tipo di trasmissione
Localizzazione cromosomica- Ref. OMIM
-
Corea di Huntington -1 / 20000- Autosomica dominante- Cromosoma 4143100
Fibrosi cistica - 1 / 2000-4000 - Autosomica recessiva -Cromosoma 7 219700
Anemia falciforme (HbS)- Autosomica recessiva- Cromosoma 11141900.0243
Talassemia -Autosomica recessiva- Cromosoma 11 catene beta;
cromosoma 16 catene alfa -Alfa: 141800 Beta: 141900
Fenilchetonuria- 1 / 10000 nati vivi- Autosomica recessiva- Cromosoma
12 -261600
Emofilia A- 1 / 5000-10000 nei maschi - X-linked recessiva- Cromosoma
X -306700
Miopatia di Duchenne- 1 / 6000 nei maschi -X-linked recessivaCromosoma X- 310200
MIM ID #310200
MUSCULAR DYSTROPHY, DUCHENNE TYPE; DMD
Alternative titles; symbols DUCHENNE MUSCULAR DYSTROPHY , MUSCULAR
DYSTROPHY, PSEUDOHYPERTROPHIC PROGRESSIVE, DUCHENNE TYPE
Gene map locus: Xp21.2
Table of Contents
MIM #310200
Text
Description
Clinical Features
Other Features
Inheritance
Cytogenetics
Mapping
Molecular Genetics
Diagnosis
Clinical Management
Population Genetics
Animal Model
Clinical Synopsis