CdLM Molecular & Medical Biotechnology
aa 2016/17
Prof.Alberto Turco
Medical Genetics
Pharmacogenomics
GENOMA UMANO
MENDELISMO
alberto.turco.univr.it
1865
Le basi scientifiche della vita.
Alcune storiche date…
Mendel
Leggi
ereditarietà
Darwin
1859
1953
C.Venter
2000
F.Collins
Watson & Crick
Doppia elica DNA
….momenti memorabili
dell’impresa intellettuale
e scientifica dell’uomo….
Sequenziamento Genoma Umano
June 6th 2000: the Human Genome draft
2
GENETICA CLASSICA
date essenziali
1865 Mendel: “fattori”, “leggi”
1900 Correns, Tschermak, DeVries: riscoperta del mendelismo
1902 Sutton,Boveri: teoria cromosomica dell’ereditarietà
1905 Bateson: “genetica”
1909 Johannsen: “gene”
1910 Morgan: mappa genetica
1927 Muller: mutazione, geni, citogenetica
1941 Beadle e Tatum: un gene/un enzima
GENETICA MOLECOLARE
date essenziali
1944 Avery, MacLeod, McCarthy: DNA (batt.)
1952 Hershey, Chase: DNA mat. eredit. (fagi)
1953 Watson, Crick: la struttura del DNA
1961-66 Niremberg: decifrazione del codice genetico
1978 Kan, Dozy: la prima diagnosi con il DNA
1982 Il primo prodotto della ingegneria genetica sul mercato
1983 Kary Mullis: la prima idea della PCR
MEDICINA GENOMICA
date essenziali
2003 Sequenza del genoma umano pubblicazione conclusiva del
progetto genoma umano (HGP)
2007 Studi di associazione genomica per 7
malattie comuni (GWAS) : nuovi loci
2007 Sequenza di un genoma umano diploide
(WGS) : genomica personale
2011 Progetto 1.000 genomi umani: conclusione fase pilota
2012 Progetto ENCODE : identificazione degli elementi funzionali
del genoma umano
2014 inizio progetto 100.000 genomi NHS
2015 (30 Gennaio) lancio della Precision Medicine Initiative
2015 (1 Ottobre) conclusione del Progetto UK10K
Frequenza approssimativa della malattie
genetiche (%)
MALATTIE
< 25 anni
> 25 anni
TOTALE
Monogeniche
0,36
1,64
2
0,5-1,4
Cromosomiche
0,18
0,2
0,38
0,6-0,9
Multifattoriali
4,64
60
64,64
D-N*
Monogeniche e Cromosomiche: Malattie genetiche classiche
Multifattoriali: Malattie complesse con componente genetica
Tabella da: Emery e Rimoin, Principles and Practice of Medical Genetics, Churchill Livingstone
Elsevier 2007
*Dati da: Dallapiccola e Novelli , Genetica Medica Essenziale, CIC ed. 2012
Un genoma
paradossale
La complessità non correla con il
NUMERO DI GENI
11
La complessità non correla con il
NUMERO DI CROMOSOMI
Chi offre di più?....
Cane 78. Germano reale 80. Pesce rosso 94. Lysandra atlantica
(farfalla) 250. Ophioglossum (felce) anche >1400!
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La complessità non correla con la
GRANDEZZA (LUNGHEZZA)
DEL GENOMA
Il genoma dell’ameba (protozoo unicellulare) è circa
200 volte più grande del genoma umano!.............
13
Mendel, dominanza, recessività,
eterozigote, omozigote…ecc ecc ecc….
Pedigree: numerazione delle generazioni e degli individui
Le “linee” del pedigree
Come tutti
li vorremmo…..
….belli
e “sani”…..
Invece talvolta….
Terapia intensiva neonatale: insufficienza respiratoria,
arti corti, bassa statura ….
Condrodisplasia? A/Ipocondrogenesi?
Diagnosi non certa….
Prognosi infausta.
BRACHIDATTILIA: primo caso descritto
di ereditarietà (Autosomica Dominante)
CRITERI PER
DISTINGUERE
EREDITARIETA’ AD
• Il carattere appare in tutte le
generazioni.
Ogni affetto ha di norma un genitore
affetto
• Maschi e femmine sono affetti e
trasmettono il carattere ai figli di
entrambi i
sessi con eguale probabilità
• Ogni figlio di un genitore affetto ha il
rischio del 50% di essere affetto
• Membri non affetti della famiglia non
trasmettono il carattere ai figli
EREDITARIETA’ A.D.:
ALCUNE PECULIARITA’
1. Espressività variabile (del
fenotipo)
2. Penetranza ridotta (mancanza
di penetranza)
3. Insorgenza tardiva
(penetranza età dipendente)
4. Nuova mutazione
5. Mosaicismo
Ectrodattilia (AD)
(«Dita malriuscite»)
Espressività variabile
Eredità mendeliana AD:
penetranza incompleta o ridotta
(mancanza di penetranza)
Ectrodattilia
Penetranza incompleta
Dialisi
Trapianto
Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease
Frequenza >1/1000
ACONDROPLASIA (ACH)
• Deformità scheletriche dovute al mancato
accrescimento delle ossa lunghe
(ossificazione prematura cartilagine)
sproporzione arti/tronco/cranio
Il difetto è in un gene (FGFR3 Fibroblast
Growth Factor Receptor 3) che regola
l’accrescimento della cartilagine
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ACH
Praticamente tutti gli affetti hanno genitori non affetti né portatori…..
Come mai?
Nuova mutazione: un affetto ha genitori
NON affetti, né portatori……
Mendelian inheritance Autosomal Recessive (AR)
More than one affected person: horizontal pattern
AR inheritance…..SMA1 (Spinal Muscular Atrophy 1- Werdnig-Hofmann disease)
Il truffatore Vannoni e
l’imbroglio Stamina…
The crook and cheater Vannoni
The Stamina fraud
«La Stampa», 12.1.2014
Televideo 12.1.2014
AR inheritance…….. OCA: Oculo Cutaneous Albinism
Phenylalanine --------------------> Tyrosine -----------------------> Melanin
Phe-hydroxylase
Tyrosinase (lacks in OCA)
aa x aa = 100% aa
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Albinism in different animal species
35
Phenylketonuria (PKU) –> Severe Mental Retardation
Phenylalanine --------------------> Tyrosine -----------------------> Melanin
Phe-hydroxilase
Tyrosinase
(lacks in PKU)
Untreated PKU patients
High or very high blood Phe levels are extremely neurotoxic
Neuronal death. CNC Central Nervous System does not develop properly
PKU
Screening neonatale
(Test di Guthrie)
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CYSTIC FIBROSIS (of the pancreas)
39
CYSTIC FIBROSIS (CF)
• The most common AR disease among
Caucasians (1: 2500 newborns)
• Around 1 out of 25 people are CF carriers
•
• CFTR gene(CF Transmembrane Regulator), an
ion channel
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AR –Mendelian Inheritance – Example: Cystic Fibrosis
Aa
Aa
aa
41
42
L’»invenzione» della
sessualità come fonte
di variabilità
Segregation of a X-linked recessive trait
NESSUN FIGLIO AFFETTO!
3 esempi di malattie XR
- DALTONISMO
- EMOFILIA A
- DISTROFIA MUSCOLARE
DI DUCHENNE (e di BECKER)
Daltonismo
Nei daltonici mancano le opsine del verde oppure
quelle del rosso, a causa di mutazioni geniche sul
cromosoma X
I daltonici sono incapaci di distinguere il colore
verde dal rosso
Il daltonismo colpisce l’8% dei maschi e lo 0,64%
delle femmine
E’ condizione (malattia?) molto frequente (anche
femmine affette) e non grave
46
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Hemophilia A (Classic)
(Clotting Factor VIII deficiency )
Joint and muscle hemorrhage
Hemophilia: clinical signs……
DUCHENNE MUSCULAR
DYSTROPHY
• Incidence 1: 3000 males
• Debolezza muscolare verso i 3-6 anni
Progressivo deterioramento della forza mm. Perdita
deambulazione 8-12 anni
Cardiopatia
Morte in età giovane adulta
Variante meno grave: DISTROFIA M. di BECKER
51
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DMD
Calf muscle
hypertrophy
tracheostomia
lordosi
cifosi
Gowers sign
DMD: Immunohistochemistry (mm biopsy)
Immunoistochimica su biopsia muscolare
Antibodies against dystrophin
anticorpi fluorescenti anti-distrofina evidenziano la proteina a ridosso della
membrana plasmatica
Maschio sano Healthy male
Maschio affetto da DMD
DMD male
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CPK = Creatina fosfo kinasi
X-Inactivation
Mosaico….
INATTIVAZIONE SBILANCIATA DELL’ X
Può giustificare la presenza di segni di malattia in una femmina portatrice eterozigote
(«Manifesting carrier») – Quindi, per le malattie recessive legate all’X una portatrice
può non essere del tutto «sana»……..
