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
