Le malattie genetiche
n
Circa il 5% dei nati vivi soffre di una
malattia congenita
La maggior parte ha una
componente genetica
n
Anche molte malattie dell’adulto hanno
una componente genetica
Le malattie genetiche
La costituzione genetica di un individuo
svolge un ruolo fondamentale nel determinare
il suo stato di salute
per tutto l’arco della sua vita
Le malattie genetiche
Un difetto genetico può essere a carico
n
n
n
di un singolo gene
del genoma mitocondriale
del corredo cromosomico
Le conseguenze di questi difetti
possono essere devastanti
ma la loro incidenza è relativamente bassa
Le malattie genetiche
n
n
Per le più comuni si tratta di
condizioni multifattoriali
che non seguono modalità di trasmissione semplici
come i caratteri mendeliani
Non è facile separare i contributi relativi
dei fattori genetici e dei fattori ambientali
allo sviluppo di una patologia complessa
Le patologie complesse
Se un carattere
non presenta le modalità di trasmissione di tipo mendeliano
non è associato ad un’anomalia cromosomica
o del genoma mitocondriale
è importante stabilire se vi sia una
componente genetica
Le patologie complesse
Congenite
Dell’adulto
Mentali
Difetti del tubo
neurale
Artrite reumatoide
Psicosi maniacodepressive
Cardiopatie
congenite
Epilessia
Schizofrenia
Palatoschisi
Sclerosi multipla
Autismo
Ritardo mentale
Diabete
M. di Alzheimer
Ipertensione
S. di Tourette
Asma
Patologie complesse
E’ difficile dimostrare in modo chiaro che
un carattere sia sotto controllo genetico
Come si accerta l’esistenza di
una componente genetica ?
Studi sulle famiglie
Studi sui gemelli
Studi sugli adottivi
Il carattere ricorre nelle famiglie
n
n
n
Il rischio relativo
λ = rischio di ricorrenza / prevalenza della patologia
nella popolazione
Il rischio di ricorrenza è maggiore dell’incidenza (λ>1)
Il rischio relativo varia a seconda del grado di parentela
cioè alla frazione di genoma condiviso
e tende a diminuire per rapporti di parentela più lontani
La schizofrenia
Si assume un’incidenza nella popolazione di 0,8%
Parentela Ricorrenza
*
genitori
336/7675
fratelli
724/8504
figli
151/1226
zii
68/3376
fratellastri
10/311
cugini I
71/2438
%
4,36
8,51
12,31
2,01
3,22
2,91
λ
5,45
10,6
15,4
2,5
4,0
3,6
* per i genitori va tenuto conto della riduzione di fitness degli affetti
n
n
n
Va tenuto conto della possibilità che influiscano
sulla ricorrenza fattori presenti nell’ambiente
familiare condiviso
Questo è particolarmente importante per
caratteri comportamentali
Vanno anche considerati le abitudini alimentari,
gli stili di vita e altri fattori ambientali
Gli studi sui gemelli
n
n
n
I gemelli monozigoti MZ sono geneticamente identici
I gemelli dizigoti DZ non sono geneticamente identici, sono
come i fratelli, condividono mediamente metà dei loro geni
I caratteri con una componente genetica avranno una
concordanza maggiore nei MZ che nei DZ
Gli studi sui gemelli
n
n
n
E’ probabile che i gemelli MZ condividano un
ambiente familiare più simile dei gemelli DZ
I gemelli separati alla nascita sarebbero il materiale
di studio ideale
Si parte da probandi affetti e si accerta
la concordanza del gemello
Gli studi sui gemelli
Malattia
Diabete tipo I
% MZ
concordanti
50
% DZ
concordanti
5
Diabete tipo II
Sclerosi multipla
Autismo
Schizofrenia
M. di Alzheimer
20
20
40
44
58
6
6
7
16
26
Gli studi sono in genere piccoli e danno spesso risultati diversi
ma forniscono un’indicazione di una componente genetica
Studi sulle adozioni
n
n
n
Il grado di ricorrenza nella famiglia biologica
di adottivi affetti può essere confrontato con
quello della famiglia adottiva
Il principale ostacolo è la mancanza di
informazioni sui genitori biologici
C’è anche il fatto che le famiglie adottive
sono selezionate
La Schizofrenia
Parenti
biologici
affetti
Parenti
adottivi
affetti
Adottivi
affetti
44/279
15,8%
2/111
1,8%
Adottivi di
controllo
5/234
2,1%
2/117
1,7%
Le patologie complesse
Una volta raccolte sufficienti evidenze che
esiste una componente genetica
lo scopo è quello di identificare il gene o i geni
coinvolti ed il ruolo dei fattori ambientali
Le patologie complesse
alta incidenza nella popolazione
casi sporadici
casi familiari
ricorrenza nelle famiglie
fattori ambientali e genetici
eterogeneità genetica
penetranza incompleta
fenocopie
Le patologie complesse
Uno dei problemi è l’accuratezza della DIAGNOSI
n Se una malattia è ETEROGENEA in famiglie diverse
possono essere coinvolti geni diversi
n In una singola famiglia può essere coinvolto
n
un singolo locus o un locus principale
che segrega con modalità mendeliane
o quasi mendeliane
Eterogeneità
genetica
Eterogeneità
allelica
Gene A
Gene B
Gene C
MALATTIA 1
MALATTIA
Gene A
MALATTIA 2
MALATTIA 3
Penetranza incompleta
sviluppano la malattia
solo alcuni soggetti con il genotipo predisponente
Fenocopie
sviluppano la malattia
anche soggetti senza il genotipo predisponente
Il locus principale di suscettibilità
n
Può costituire la chiave per chiarire
le basi genetiche di una malattia
n
L’analisi di segregazione permette di
analizzare dati raccolti da molte famiglie
n
Il metodo può suggerire l’esistenza di
un locus principale
n
L’analisi dei geni candidati o il metodo
del clonaggio posizionale possono portare
ad identificare poi il locus coinvolto
L’analisi di segregazione
Stima la combinazione più probabile dei
parametri genetici nei dati raccolti nelle famiglie
Analisi di segregazione complessa
Viene fatta un’analisi di
massima verosimiglianza
considerando un’intera gamma di
possibili modelli di trasmissione
sporadico, poligenico, locus principale
recessivo o dominante, autosomico o
legato all’X o uno misto
sui dati di un gran numero di famiglie di
probandi affetti
Analisi di segregazione complessa
L’analisi si avvale di specifici programmi in cui
il ricercatore definisce l’intervallo di variazione
plausibile per i parametri
l’incidenza, rapporto tra i sessi, le frequenze
geniche, la penetranza incompleta,
l’eterogeneità, probabilità di accertamento
Il programma valuta la probabilità che ciascun
modello di trasmissione possa spiegare i dati o
un sottoinsieme di essi, per una definita
combinazione dei valori dei parametri
Analisi di segregazione complessa
L’aspetto più interessante è la possibiltà di
identificare un sottoinsieme di famiglie in cui il
carattere si trasmette
n per effetto di un locus principale di
suscettibilità
n con una modalità di trasmissione “quasi”
mendeliana
Questo apre le porte all’identificazione del
gene e alla caratterizzazione del difetto
genetico
Analisi di segregazione complessa
Il carcinoma della mammella tende a ricorrere nelle
famiglie e soprattutto per i casi ad esordio precoce
La patologia è sicuramente non mendeliana ma
dall’analisi della segregazione complessa
su 1500 famiglie condotta da Newman e coll. nel 1988
emergeva che un 4-5% dei casi potessero essere
attribuiti a fattori ereditari
Identificazione del gene BRCA1
Analisi della segregazione complessa
Nel 4% delle famiglie
con età di esordio < 40 anni
un singolo gene
trasmissione dominante autosomica
frequenza dell’allele 0.01
Identificazione del gene BRCA1
Sulle famiglie in cui lo schema
di ricorrenza era quasi
mendeliano con penetranza
molto elevata è stata effettuata
un’analisi di linkage che ha
portato all’identificazione di un
locus su 17q21 nel 1990
***
Cromosoma 17
Analisi del LOD SCORE
Locus in 17q21
Zmax = 3.28-5.98 con D17S74
Identificazione del gene BRCA1
Nel giro di pochi anni è stato clonato il gene
BRCA1 che rende conto dell’50-80% di
famiglie in cui ricorre il carcinoma della
mammella e dell’ovaio ad esordio precoce
Un secondo gene BRCA2 è stato poi
clonato nel locus 13q12-13
Identificazione del gene BRCA1
Analisi del LOD SCORE
con più marcatori
D17S250
D17S588
Cromosoma 17
Analisi delle mutazioni
Molti geni possono essere
implicati in un carattere
complesso
GENE
A
B
C
D
E
F
G
Famiglia 1
Famiglia 3
Famiglia 2
MALATTIA CON COMPONENTE GENETICA
MAPPATURA
T
E
M
P
O
IDENTIFICAZIONE DEL GENE
DIAGNOSI
DIFETTO BIOLOGICO
PREVENZIONE
FARMACOGENETICA
TERAPIA GENICA
TERAPIA
Identificazione di geni-malattia
Linkage genomico: tanti marcatori casuali su tutto il
genoma umano.
+: identificazione nuovi geni.
-: necessarie tante famiglie
Gene candidato: gene specifico ipoteticamente
coinvolto per funzione o posizione nel genoma.
+: bastano casi e controlli.
-: necessaria forte associazione fra polimorfismo e
fenotipo
Malattie multifattoriali
prospettive di una “medicina genomica”
Definire gli effetti di geni singoli in tratti complessi
e identificare i genotipi con effetto maggiore
(ricerca)
Genotipizzare le persone per determinare la
predisposizione ereditaria a malattie comuni
(analisi di routine)
Programmare prevenzione (medicina predittiva) o
terapia (farmacogenetica) genotipo-specifiche
Malattie multifattoriali
Un fattore di rischio da solo non basta per determinare
la malattia.
Sono necessari altri fattori di rischio.
Se la somma dei diversi fattori di rischio supera la
soglia, si ha la malattia.
I fattori di rischio possono essere sia di tipo genetico
che non genetico o ambientale.
Alcuni geni implicati nelle
malattie cardiovascolari
Metabolismo lipidi: apoB, apoCIII, apoE, CETP,
LPL, PON ...
Ipertensione: ACE, AGT, ATIIR1 ...
Metabolismo omocisteina: MTHFR, CBS ...
Trombosi: FV, FBNGN, GPIIIa ...
Adesione leucocitaria: ELAM
Il progetto
Genoma Umano
1990: inizio
26.6.2000: annuncio bozza sequenza (95%,
frammenti), la “fine dell’inizio” (pubbl 2001)
Cromosomi: completati 22, 21 (Y, 20, 14)
Geni: 25.000 - 30.000 (stima comparativa)
2003: fine prevista, mappa “annotata”
Problemi dei test predittivi
Tecnici: molti geni, molte mutazioni, significato
clinico spesso incerto
Medici: consulenza genetica, fattori ambientali,
prevenzione e trattamento
Etici: riservatezza dell’informazione,
coinvolgimento di altri membri della famiglia
Test genetico predittivo:
una definizione
Offre la possibilita’ di prevedere in un
individuo il rischio statistico di
sviluppare una malattia o di rispondere
a un intervento terapeutico sulla base
della determinazione del genotipo per
una o piu’ mutazioni geniche.
