CORSO INTEGRATO DI GENETICA Le sequenze di DNA ripetuto
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CORSO INTEGRATO DI GENETICA a.a.2010-2011 Prof. Pier Franco Pignatti 21.10.2010 Lezioni N. 17 e 18 Malattie da espansione di triplette (Neri-Genuardi cap. 15) Mutazioni dinamiche, premutazioni, anticipazione Le sequenze di DNA ripetuto sono spesso coinvolte in malattie Crossing-over diseguale Scambio diseguale fra cromatidi fratelli Conversione genica Duplicazione Delezione Inserzione Inversione Espansione di ripetizioni instabili 1 Espansione di triplette NEJM 332:1499, 1995 Meccanismo di espansione 2 Espansione serie triplette non interrotte In blu: le interruzioni che rendono gli alleli stabili Mancano interruzioni e gli alleli si espandono: alleli instabili Strachan e Read, Genetica Molecolare Umana UTET 2000 p 239 Posizione della espansione in malattie da triplette MD1 DM2 XL AR AD AD >40 m. neurologiche, neurodegenerative, neuromuscolari Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999; JRGatchel & H Zoghbi 2005 3 1 SINDROME DEL CROMOSOMA X FRAGILE SINDROME DELL’X FRAGILE (FXS) La forma più comune di ritardo mentale ereditario (FMR) 1:4.000 maschi, 1:6.000 femmine (S. di Martin e Bell,1943) Sito fragile Xq27.3 (FRAX-A) in terreno privo di folato (Lubs 1969) 4 ESPANSIONE in FXS 1991:identificazione gene FMR-1, la prima mutazione dinamica, che si modifica nel passaggio da una generazione all’altra 200-1300 triplette 55-200 triplette 0-54 triplette Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999 Espansione di triplette gene FMR1 Trasmettitore sano (NTM) Paradosso di Sherman: aumento del numero di casi (penetranza) col passare delle generazioni Griffiths et al., Genetica, Zanichelli 1996, Fig.18.12 5 Ereditarietà FRAXA Paradosso di Sherman: la penetranza aumenta con le generazioni Percentuali: rischio ritardo mentale. Numeri in rosso: numero di CGG ripetute. Espansione preferenziale linea femminile portatrice affetto T Trasmettitore sano Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999 Il gene FMR1 L’espansione oltre 200 ripetizioni comporta la metilazione del promotore e la condensazione della cromatina che determinano un silenziamento trascrizionale Penagarikano O et al, 2007; Tabolacci E et al 2008: Coffee B et al 2009) 6 Inattivazione promotore e repressione trascrizione in FXS MECP2: Metil CpG binding protein 2 (S. Rett) MBD: Metil CpG binding domain protein HDAC: Histone deacetilasi che reprimono ulteriormente la trascrizione NA Di Prospero e KH Fischbeck 2005 Funzione del gene FMR1 Topi con gene Fmr1 inattivato hanno la perdita della proteina FMRP e alterata maturazione della trasmissione glutamatergica durante il periodo critico perinatale. Conclusione: FMRP è necessaria per il normale progresso della maturazione sinaptica nello sviluppo dell’organismo (Harlow EG et al, 2010) 7 ESPANSIONE FMR1 e TRASCRIZIONE L’aumento del numero di ripetizioni diminuisce l’efficienza di traduzione in un sistema di espressione in cellule neurali o epiteliali premutazione (55-200) AJHG 74:805, 2004 PREMUTAZIONE FMR1 • • • • La premutazione (55-200 CGG) può dare : Sindrome Tremore-Atassia associata a X fragile (FXTAS) Lievi sintomi psichiatrici Insufficenza ovarica e menopausa precoci (POF) Atassia isolata adulti PJ Hagerman e RJ Hagerman, 2004 8 2 ATASSIA DI FRIEDREICH ATASSIA DI FRIEDREICH (FRDA) La sindrome atassica ereditaria più frequente nelle popolazioni caucasoidi (3-4:100.000, AR) Insorgenza pubertà, perdita progressiva coordinazione muovimenti ed equilibrio Deficit di energia: anche cardiomiopatia ipertrofica che può condurre a morte precoce Gene FXN (frataxina) mappato cr. 9q13 Triplette GAA nel primo introne: da 35-40 normale a 70-1000 espansione causano silenziamento genico 9 Frataxina Proteina mitocondriale che mantiene omeostasi Fe mitocondriale ed ha anche ruolo protettivo del danno nucleare FRDA: la funzione mitocondriale è alterata con sovraccarico di Fe, difetto produzione ATP, difetto funzionamento neuroni e cardiomiociti; instabilità cromosomica, aumento sensibilità mutageni chimici e specie reattive dell’ossigeno (ROS) Tentativi terapeutici di rimozione Fe mitocondri mediante un chelante e di aumento espressione con eritropoietina e inibitori della deacetilasi istonica 3 POLIGLUTAMINOPATIE 10 POLIGLUTAMINOPATIE Una famiglia di 9 malattie neurodegenerative Il tratto poliglutaminico conferisce un guadagno di funzione tossico alle proteine che porta a inizio tardivo della malattia e perdita progressiva di neuroni in regioni specifiche del SNC. Possibile contributo di modificazioni posttraduzionali della proteina 4 POLIGLUTAMINOPATIE SBMA HD SCA DRPLA NEJM 340:1974, 1999 11 MALATTIA DI HUNTINGTON (HD) George Huntington (1872) descrive la malattia caratterizzata da disabilità motoria progressiva e deterioramento mentale, prevalenza 3-7:10.000, AD Read e Donnai, Genetica Clinica, Zanichelli 2007 Famiglia con HD Famiglia venezuelana che ha permesso la localizzazione del gene sul cromosoma 4 nel 1983 (Gusella et al Science 225:1320,1984) Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999 12 Le ripetizioni CAG (Gln, Q) in HD 1993: identificazione del gene IT15 11-36 triplette: N 40-121triplette: HD “Uno studio mondiale della mutazione HD” Conclusioni: la lunghezza delle ripetizioni è un marcatore sensibile e specifico della ereditarietà della mutazione NEJM 330:1401,1994 Amplificazione del gene IT15 S: DNA da Sperma L: DNA da Linfociti Si nota particolare instabilità delle triplette ripetute nella meiosi maschile. Infatti si può 50 copie avere insorgenza precoce della malattia trasmessa dal padre. L’età di 20 copie esordio è inversamente correlata alla lunghezza della espansione, anche nel tessuto cerebrale Nature Genet 1993;387 13 Possibile meccanismo patogenetico HD Formazione di aggregati proteici che impediscono la degradazione proteasomale e inducono morte cellulare. Una proteina striato specifica lega la poliQ-Htt NEJM 340:1975,1999 4 DISTROFIA MIOTONICA 14 DISTROFIA MIOTONICA (MD) Malattia di Steinert (1909) : miotonia, debolezza e difficoltà rilassamento muscolare, deperimento, anomalie conduzione cardiaca, … La più frequente fra le distrofie muscolari a ereditarietà autosomica (1:8.000) Ptosi, debolezza faccia, iposviluppo muscolo mandibola e sternomastoideo, amimia faccia e aspetto scavato volto Numero di triplette ed età di esordio MD C: congenita G: giovanile A: adulta SC: subclinica (nessun segno clinico tranne elettromiogramma anomalo o altro) Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999 p.33 15 Famiglia con MD Numero di triplette: - in nero allele N (5-37 triplette) - in rosso allele espanso (50-1.000 triplette) L’età di esordio diminuisce con il passare delle generazioni mentre aumenta la gravità delle manifestazioni cliniche: il fenomeno della anticipazione Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999, p.33 MODELLO di GUADAGNO DI FUNZIONE dell’RNA per MD1 e MD2 Espansione di sequenza CTG (MD1) o CCTG (MD2), non tradotte AJHG 74:793, 2004 16 Neutralizzazione dell’RNA tossico in MD1 Cooper TA 2009 Meccanismi patogenetici FXS MD1 HD Strachan T, Read A. Human Molecular Genetics, 4°ed. 2011 pg 425 17 Effetti della espansione Perdita funzione Guadagno funz Guadagno funzione RNA MD1 XL AR AD AD >40 m. neurologiche, neurodegenerative, neuromuscolari Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999; JRGatchel & H Zoghbi 2005 18
