mutazioni cromosomiche

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Patogenesi
Terapia
Diagnosi
Dalla Genomica
alla
Medicina Molecolare
Chimica
Biochimica
Biologia
Biologia
Molecolare
Decodificazione
Genoma Umano
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Post-Genomica
Medicina Molecolare
La CELLULA…
 Nasce …
 Si sviluppa …
 Differenzia ed impara a
fare una funzione …
 Muore ad un tempo
prefissato in condizioni
normali …
 Viene sostituita da nuove
cellule figlie …
La CELLULA…
 Mangia e beve …
 Respira …
 Parla …
 Ascolta …
 Segnala …
 Coordina …
 È coordinata …
 … vive
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Ensembl Human Statistics
Last Update:
Ensembl gene predictions:
Genscan gene predictions:
Ensembl gene exons:
Ensembl gene transcripts:
Contigs:
Clones:
Base Pairs:
Golden Path Length:
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27-02-2003
24847
58770
248449
37347
33840
26759
3.242.415.757
2.860.891.108
Genoma
&
Ambiente
Adattamenti continui

Differenze Individuali

 predisposizione
 resistenza
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Il Genoma è in continuo dinamismo per ricevere e fornire
informazioni alle diverse cellule dell’organismo, in
relazione con l’ambiente.
La stessa informazione genetica varia nel corso della
vita, dal momento in cui lo zigote singola cellula, derivato
dalla fusione del nucleo dello spermatozoo con l’ovocita,
attiva il programma unico del nuovo individuo.
Dalla fecondazione alla morte dell’individuo, una serie di
geni vengono progressivamente attivati e repressi
mentre il genoma nel suo complesso evolve lentamente
mediante diverse modificazioni
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Qual è la Base Genetica delle Differenze Individuali?
Si calcola che nel nostro genoma esistano circa 700.000 differenze di
un singolo nucleotide all’interno delle sequenze regolative (pSNP) e
nelle sequenze codificanti (cSNP) correlate ai diversi geni.
A questo numero vanno ancora aggiunte un numero ancora
imprecisato di varianti SNP nelle regioni intergeniche (rSNP).
Queste minime differenze di sequenza sono correlate a differente
funzionamento dei geni e/o dei corrispondenti prodotti genici.
Queste minime differenze di espressione o di funzionamento
comportano una parte significativa della variabilità che ognuno
sperimenta nella interazione in senso lato con l’ambiente (fattori
fisici, chimici, ambientali, infettivi, alimentazione, etc.)
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I geni che presentano varianti alleliche nella
popolazione sono detti polimorfici
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Tali polimorfismi sono spesso a carico di
singole basi e vengono pertanto definiti
SNP
Single Nucleotide
Polymorphisms
Si definiscono polimorfici tutti quegli alleli (o
loci) che sono presenti almeno nell’1% della
popolazione
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Single Nucleotide
Polymorphisms
Tali polimorfismi sono spesso a
carico di singoli nucleotidi
(SNP)
Si definiscono polimorfici tutti
quegli alleli (o loci) che sono
popolazione
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I polimorfismi o gli aplotipi
(combinazione di
polimorfismi) identificati
vengono utilizzati in studi di
associazione allelica per
verificare se essi correlino
con un determinato
profilo genetico
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Struttura Generale di un Gene Eucariotico
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CONTROLLO DELL’ESPRESSIONE GENICA
1) TRASCRIZIONALE
2) POST – TRASCRIZIONALE
3) TRADUZIONALE
4) POST - TRADUZIONALE
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40.000
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MUTAZIONI
SOMATICHE
O
GERMINALI
GENICHE
Incidenza teoriche (sperimentale) per alleli
recessivi = 10-6 per allele/generazione
CROMOSOMICHE
0.5% dei neonati di origine caucasica; 1/3
degli aborti spontanei
GENOMICHE
In genere incompatibili con la vita se in
cellule germinali; frequenti nei tumori
N.B. - Non tutti i difetti informazionali determinano una
alterazione fenotipica identificabile;
- Esiste sempre un equilibrio tra meccanismi di
riparazione del danno molecolare genico ed influenze
ambientali ed endogene
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MUTAZIONI PUNTIFORMI
1 SOSTITUZIONE
A – transizioni
B – transversioni
purina
purina
correzione per reversione
purina A
pirimid C
2 INSERZIONI
3 DELEZIONI
4 DUPLICAZIONI
5 INVERSIONI
EFFETTI FUNZIONALI SUL PRODOTTO GENICO
A – SEQUENZE CODIFICANTI
• sostituzioni
mutaz.
senso
non senso
missenso
effetto funzionale sul prodotto
•Inserz. Delez.
Frame shift
effetto su sintesi del prodotto
B – SEQUENZE REGOLATIVE
ALTERAZIONI:
- livello d’espressione
- controllo della trascriz.
- allungamento
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- stabilità
G
T
MUTAZIONI CROMOSOMICHE
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Una delle cellule dell’embrione, durante le fasi precoci dell’embriogenesi allo stadio di morula o blastocisti, può subire una
mutazione o un’alterazione genetica. Questa alterazione verrà ereditata esclusivamente dalla progenie cellulare derivante da
quella singola cellula. Alla fine dello sviluppo embrionale solo alcuni tessuti avranno ereditato la mutazione. Se la mutazione
coinvolge un tessuto dove il gene mutato non viene espresso, la mutazione sarà silente. Viceversa, se la mutazione viene
ereditata da un tessuto esprimente quel gene allora sia avrà manifestazione di malattia.
Silvia Irina Briganti
DavideColistra
Le malattie citogenetiche sono causate
da Mutazioni Cromosomiche:
determinano alterazioni dei cromosomi.
Lorenza Romani
III anno Medicina
Alterazioni qualitative
AA 2009-2010
Alterazioni quantitative
La sindrome di Down è una malattia citogenetica che
colpisce 1 su 700 bambini nati vivi ed è la causa genetica
primaria di ritardo mentale nel mondo
Nel 95% dei casi la sindrome di Down può
essere identificata con la trisomia 21.
Trisomia: cariotipo aneuploide con tre
copie di un cromosoma invece di due
( alterazione quantitativa)
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Nel 4% dei casi la sindrome di Down è
dovuta ad una traslocazione
robertsoniana (alterazione qualitativa) di
cui è portatore uno dei due genitori.
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Questa determina il trasferimento del
braccio lungo del cromosoma 21 su un
altro cromosoma acrocentrico, molto
spesso il 14
Nell’1% dei casi i soggetti con sindrome
di Down sono dei MOSAICI
46 XX, rob (14q21q) o 46 XY, rob
(14q21q)
Il mosaicismo è dovuto ad errori mitotici
Non basta capire
quali sono i geni
presenti sul
cromosoma 21 e la
loro funzione ma è
necessario
comprendere
l’effetto di una
triplice copia di
questi geni
post-zigotici che portano ad una nondisgiunzione del cromosoma 21. si ha una
combinazione di cellule con 46 e con 47
cromosomi nello stesso individuo
Numerosi quadri clinici : molte
di queste varianti cliniche sono
attribuite alla presenza di
polimorfismi sia sul cromosoma
21 che su cromosomi diversi dal
21
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PREPARAZIONE DI UN CARIOTIPO
Soluzione acida ipotonica con cui i nuclei, una volta caduti sul vetrino riversano il contenuto
cromosomico Colchicina, aggiunta alle cellule di coltura dopo cca 12-20 ore. Blocco in metafase
Cromosomi non si uniscono in fuso mitotico e quindi visibili separatamente
Fissazione del preparato sul vetrino con acido acetico al 60% vol per immagini nitide
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Interazione tra Informazione Genetica e
Programma Epigenetico
SIN DALLA FORMAZIONE DELLO ZIGOTE
Informazione Genetica:
Genoma, DNA, cromosomi
Informazione scritta sulla sequenza del DNA
Unica, Irripetibile, relativamente Stabile
Programma EpiGenetico:
metilazione di DNA e di proteine
acetilazione di proteine, microRNA,
lunghezza telomeri
modificazioni stabili e tramandabili del DNA e delle proteine
attraverso una specie di “codice”
Informazione Genetica:

Dati
Programma EpiGenetico:

Programma Operativo
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FATTORI ENDOGENI
PATOLOGIA GENETICA
> 4500 malattie genetiche a trasmissione mendeliana (Mc Kusick)
ogni individuo è portatore di più di 5 geni alterati
5 < x < 8 mutazioni recessive
80 – 85% MUTAZIONI FAMILIARI
20 – 15% NUOVE MUTAZIONI
1)
Geni recessivi o dominanti
2)
espressione parziale in eterozigoti (tratto, “trait”)
espressione completa in omozigoti (malattia)
3)
Codominanza dei due alleli (HLA e gruppi sang.)
4)
Pleiotropismo di espress. (1 gene alterato: diversi eff.)
5)
Eterogeneità genetica (mutaz. a diversi loci: stesso eff.)
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MODELLI DI TRASMISSIONE MENDELIANA
1
AUTOSOMICO DOMINANTE
Affetto:
eterozigote
omozigote
-
frequenti nuove mutazioni (relazione con alterazioni
capacità riproduttiva)
-
Penetranza
-
Frequente insorgenza ritardata
Geni prevalentemente affetti:
PROTEINE NON ENZIMATICHE
- regolaz.
di complesse vie metaboliche., spesso controllate a feed-back
(recettori di membrana, proteine di trasporto)
- fondamentali proteine strutturali
(collagene, spectrina)
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Esempi di patologie a
trasmissione
AUTOSOMICA DOMINANTE
SISTEMA
DIFETTO
Metabolico
ipercolesterolemia familiare
Nervoso
malattia di Huntington, neurofibromatosi,
distrofia miotonica
Urinario
rene policistico
Gastrointestinale
poliposi del colon
Scheletrico
sindrome di Marfan
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Gameti paterni
Gameti
materni
A
a
a
Aa
(malato)
aa
(normale)
a
Aa
(malato)
aa
(normale)
Quadro Punnett per l’ereditarietà autosomica
dominante
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B- MODELLI DI TRASMISSIONE MENDELIANA
2
AUTOSOMICO RECESSIVO
-
il tratto normalmente non si manifesta nei genitori
-
affetto il 25% progenie
-
bassa freq. Nella popolazione
matrimoni tra consaguinei
a.
Espressione uniforme
b.
Penetranza completa
c.
Indorgenza precoce
d.
Rare nuove mutaz. cliniche
Geni prevalentemente affetti:
PROTEINE ENZIMATICHE
Quasi tutti gli errori congeniti del metaboismo
SISTEMA
DIFETTO
METABOLICO
fibrosi cistica
fenilchetonuria
galattosemia
EMOPOIETICO
anemia falciforme
talassemie
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MODELLI DI TRASMISSIONE MENDELIANA
3
TRASMISSIONE LEGATA ALLA X
SISTEMA
Sangue
DIFETTO
emofilia A e B
Scheletrico
distrofia musc. di Duchenne
Neurologico
daltonismo
Metabolico
favismo
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(Anemia falciforme)
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