Laboratorio di genetica medica

Laboratorio di genetica medica – Prof. Coppedè

La genetica medica è la disciplina che si occupa di studiare le modalità di trasmissione e la patogenesi delle malattie che hanno a che fare con i nostri geni (che hanno in tutto o in parte come causa alcune variazioni a livello genetico). Una sola mutazione di un gene può talvolta causare una malattia (geni causativi), mentre altre volte il ruolo dei geni nelle malattie ha a che fare con geni di suscettibilità (sono necessari tanti geni diversi che, combinandosi anche con fattori ambientali, fanno sviluppare la malattia).

Mendel e la genetica

Mendel (era un monaco austriaco) ha dato un fortissimo contributo alla genetica e ha dettato dei modelli di ereditarietà che sono ancora validi per molte malattie monogeniche (malattie mendeliane). Iniziò a chiedersi come le caratteristiche dei genitori si trasmettessero alle generazioni successive e iniziò a incrociare piantine tra di loro, osservando ciò che succedeva nelle generazioni filiali. Prima si pensava che i caratteri si mescolassero ma senza dei modelli chiari; lui non sapeva che i fattori di ereditarietà erano pezzi di DNA (geni che stavano sui cromosomi), ma lo si è capito all’inizio del 900 e come è fatto il DNA stesso lo sappiamo dalla metà del 900. Quindi lui non parlava di geni ma di fattori di ereditarietà. Incrociava linee pure (piante con tutte le stesse caratteristiche) dette SS (omozigoti dominanti) e ss (omozigoti recessivi).

Leggi di Mendel

• Regola della conformità della progenie e dominanza di uno dei caratteri: tutte le piante con seme liscio caratteri deducendo che il liscio dominava sul rugoso.
• Incrociando le piante della prima generazione filiale: 1/4 SS, 1/4 ss e il resto Ss; il carattere recessivo non era scomparso, ma veniva comunque trasmesso (mascherato dalla presenza dell’allele dominante e si esprime nel fenotipo solo in condizioni di omozigosi recessiva).
• I due membri di una coppia di geni segregano l’uno dall’altro durante la formazione dei gameti in modo che la metà dei gameti porti un membro e l’altra metà porti l’altro; questo è stato verificato con gli studi sulla meiosi (durante la meiosi I e II).
• Mendel ipotizzava che per ogni carattere osservabile ci fosse un gene responsabile di quel carattere (per una malattia un gene responsabile di una malattia) e aveva capito che gli individui portano due coppie di un gene (2 alleli = diploidi) che possono essere identiche (omozigoti) o diverse (eterozigoti) e aveva capito che un allele dominava sull’altro con la possibilità di avere tre diversi genotipi (CC, cc e Cc) a cui corrispondono 2 fenotipi che possono essere il dominante (CC e Cc) e recessivo (cc).
• Le malattie mendeliane sono causate da mutazioni di un singolo gene con lo sviluppo della malattia a seconda degli alleli del gene che l’individuo si porta nel genotipo.

Leggi della genetica

Legge della segregazione: ogni individuo porta due “elementi” che controllano un determinato carattere; durante la formazione dei gameti questi fattori si separano (segregano); ogni gamete contiene un solo fattore di ciascuna coppia di fattori; la fecondazione dota ciascun nuovo individuo di due fattori per ciascun carattere.

Legge dell’assortimento indipendente: ciascuna coppia di fattori si separa (si assortisce) in modo indipendente senza alcuna relazione con il modo in cui gli altri fattori si separano; nei gameti si possono ritrovare tutte le possibili combinazioni di fattori.

Definizioni importanti

• Allele: è la forma alternativa di uno stesso gene.
• Locus: è la posizione fisica sul cromosoma dove sta il gene responsabile di un carattere.
• Omozigosi: presenza di due alleli identici.
• Eterozigosi: presenza di due alleli diversi al medesimo locus (uno dominante e uno recessivo).
• Dominanza: quando un allele prevale sull’altro (il fenotipo è dettato dall’allele dominante in un eterozigote).
• Recessività: è recessivo un allele che si esprime fenotipicamente solo in assenza dell’allele dominante.
• Genotipo: costituzione genetica di un individuo a un determinato locus.
• Fenotipo: carattere corrispondente a un determinato genotipo; può essere dominante (in soggetti con allele dominante) o recessivo (nei soggetti omozigoti recessivi).
• Penetranza: proprietà dei caratteri dominanti definita come la proporzione dei portatori di un gene mutante che esprimono il fenotipo corrispondente.
• Espressività: grado di manifestazione nel singolo individuo del fenotipo corrispondente a un dato gene mutante.

Analisi degli alberi genealogici

Si utilizzano per vedere come segregano le malattie nell’uomo. Quando costruiamo un albero genealogico si usano dei simboli che sono:

• Maschio e femmina: ☐ ❍
• Accoppiamento: linea trasversale che unisce quadrato e cerchio.
• Ogni generazione si indica ai lati dell’albero con i numeri romani e all’interno di ogni generazione gli individui si individuano con i numeri arabi.
• Linea di fratria: fratelli sono uniti da una sorta di graffa.
• Se qualcuno è affetto dalla malattia si colora il quadrato o il cerchio.
• Se i figli fossero gemelli dizigotici si usa una V rovesciata e per i monozigotici si usa un triangolo.
• Rombo: individui di sesso non specificato.
• A volte si può avere un eterozigote metà bianco e metà nero (oppure solo bianco se non manifesta il carattere).
• Portatore di un carattere recessivo legato al sesso: un puntino in mezzo al cerchietto.
• Un aborto o un bimbo nato morto si fa con un puntino nero.
• Morto: ha la sbarra sul simbolo.
• Propositus: è il primo che va dal genetista dal quale si inizia la storia familiare.
• Un accoppiamento tra consanguinei si indica con una doppia linea di accoppiamento.

Quando si parla di alberi genealogici e genetica umana bisogna tener conto del nostro cariotipo: abbiamo 46 cromosomi, 23 coppie di cromosomi omologhi - cromosomi da 1-22 = autosomi + coppia di cromosomi sessuali (XX nella femmina e XY nel maschio).

Ereditarietà mendeliana

Quindi, quando parliamo dei modelli di ereditarietà mendeliana, bisogna fare una distinzione tra:

• Ereditarietà autosomica: il gene che causa la malattia è presente in duplice copia;
• Ereditarietà legata alla X o alla Y: le cose variano se l’individuo è maschio o femmina.

Ereditarietà autosomica dominante

Nell’ereditarietà autosomica dominante l’eterozigote manifesta il carattere. Dall’analisi dell’albero genealogico si osserva che:

• L'anomalia è su uno degli autosomi (da 1/22) e in dominanti.
• La malattia compare ad ogni generazione (con eccezioni di malattie che presentano dei difetti di penetranza).
• Ogni individuo affetto ha almeno un genitore malato.
• Individui sani non trasmettono mai il carattere alla progenie.
• Due genitori che presentano il carattere possono avere figli sani.
• Il carattere viene trasmesso alla metà dei figli di un individuo affetto.
• Uomini e donne vengono colpiti più o meno nelle stesse proporzioni.

Ereditarietà autosomica recessiva

Nell’ereditarietà autosomica recessiva (il gene è presente in duplice copia), l’allele che causa la malattia è recessiva quindi il carattere è manifestato solo dagli individui aa. Dall'albero genealogico si nota che:

• Spesso si ha il salto di generazione; in alcune generazioni il carattere non compare e inizia a farlo quando si accoppiano due individui eterozigoti che possono essere imparentati tra di loro oppure appartenere alla stessa comunità o isolato geografico.
• Il carattere si manifesta sempre nei figli di due genitori affetti.
• Circa 1/4 della progenie risulta affetta (se i genitori sono eterozigoti).
• I due sessi sono interessati nelle stesse proporzioni.

Ereditarietà legata alla X

Nell’ereditarietà legata alla X, i maschi ne hanno un’unica copia (=emizigote). Se hanno l’allele mutato presentano il carattere, se invece è normale no. Modello X-linked recessivo:

• Il carattere si esprime solo se manca l’allele dominante.
• Il fenotipo è più frequente nei maschi; se un gene è molto raro si avranno solo maschi affetti.
• Spesso il salto di generazione (con solo maschi affetti).
• Nessuno dei figli di un maschio affetto è generalmente affetto, mentre tutte le figlie saranno eterozigoti portatrici e potranno avere la metà dei figli maschi affetti.
• Nessuno dei figli maschi di un maschio affetto sarà affetto e non trasmetterà il carattere alla progenie.
• Le femmine eterozigoti in genere non sono affette, ma alcune possono avere lievi sintomi della malattia; dipende dal grado di inattivazione della X.

Una femmina ha due X, mentre il maschio XY e per compensare il dosaggio genico, se la femmina esprimesse in duplice copia tutti i geni che ha sulla X sarebbe troppo. Quindi, la femmina va nelle sue cellule a inattivare una delle sue X e questo viene fatto in modo random durante le prime divisioni embrionali, tanto che in metà delle cellule si inattiva la X proveniente dalla mamma e nell’altra metà dal babbo (fenomeno di lyonizzazione). La X altamente condensata è detta Corpo di Bar -- la femmina ha una sorta di mosaico in cui in cellule esprime i geni paterni della X e in altre esprime i geni materni e questo garantisce che una femmina portatrice se esprime l’allele sano nel 50% delle sue cellule sia sana; ma se esprime di più l’allele mutato per modificazioni a questo livello esprime in modo lieve i sintomi della malattia. Per esempio, una malattia legata alla X è la distrofia muscolare di Duchenne.