Patologie genetiche e patologia prenatale

Malattie genetiche

Il progetto genoma umano ha permesso di sequenziare tutto il genoma. Meno del 2% codifica per proteine derivanti da circa 25.000 geni che, per splicing alternativo, danno origine a 100.000 proteine diverse.

Lo splicing alternativo è il meccanismo secondo il quale si utilizzano esoni differenti separati da introni; a seconda degli esoni selezionati vengono prodotte proteine diverse che sono però l’una l’isoforma dell’altra.

Due individui qualunque condividono più del 99,5% delle sequenze di DNA (specie umana), quindi la diversità tra individui è data solo dallo 0,5% di diversità del DNA che corrisponde a circa 15 milioni di paia di basi a cui si aggiungono polimorfismi di un singolo nucleotide, variazioni del numero di copie e modificazioni epigenetiche.

Questa % fa la differenza perché l’effetto fenotipico è assolutamente evidente, gli individui della specie umana sono quindi diversi solo per una minima parte che determina anche la variabilità nei confronti della possibilità di ammalare e nella risposta dell’individuo ad una patologia.

In sostanza anche se due individui ricevono la diagnosi della stessa identica patologia, la sensibilità individuale nei confronti dell’approccio terapeutico, dell’ambiente, dello stile di vita… non necessariamente permette di avere lo stesso iter nell’evoluzione della patologia e nella risposta terapeutica: sensibilità individuale.

Cosa sono?

Le malattie genetiche sono quelle rare patologie associate ad un gene mutato di cui è nota una singola mutazione, ma in realtà la gamma di malattie che interessano il genoma è molto più vasta. Alcune di queste si sviluppano nelle prime fasi dell’embriogenesi e sono anomalie così importanti da non essere compatibili con lo sviluppo dell’embrione; nella stragrande maggioranza dei casi generano aborti spontanei (non indotti nella mamma).

L’aborto spontaneo che arriva alla conoscenza dell’individuo è quello che avviene dopo aver avuto la certezza di una gravidanza ma moltissimi aborti spontanei avvengono in una fase così precoce dell’embriogenesi, a causa di alterazioni cromosomiche importanti, che per la madre corrisponde ad un ritardo delle mestruazioni.

Le malattie genetiche hanno una frequenza di 670 casi su 1000 concepimenti. Di 670 sono però rilevabili solo una piccola parte in quanto la stragrande maggioranza dei casi non arriva nemmeno alla diagnosi.

• Esistono poi una serie di malattie non classicamente considerate genetiche perché non c’è un’alterazione sulle cellule della linea germinale che possa essere trasmessa, ma sono comunque malattie legate ad alterazioni genetiche. Ad esempio, il soggetto iperteso avrà sicuramente una predisposizione genetica non nota, ma non c’è una correlazione tra gene mutato e patologia: vi sarà però un mix di fattori genetici che incidono sullo sviluppo della patologia.
• Le malattie genetiche vere e proprie sono determinate da mutazioni del genoma. Le mutazioni sono alterazioni stabili ed ereditabili del DNA, a volte possono essere utili permettendo la selezione della specie.

Se queste interessano le cellule somatiche non causano malattie ereditarie.

Se interessano le cellule della linea germinale allora si ha trasmissione alla progenie generando malattie ereditarie o congenite che sono già presenti alla nascita.

Le cause di queste mutazioni possono essere agenti fisici o chimici, ad esempio i raggi cosmici, la radioattività che può introdurre anomalie ereditabili. Oppure viene direttamente ereditato il gene mutato dai genitori.

In funzione della quantità di materiale genico coinvolto divido le patologie in:

• Cromosomiche quando la patologia deriva dal riarrangiamento del materiale genetico, c’è stata variazione strutturale nella composizione dei cromosomi.
• Genomiche dove non ci sono state variazioni strutturali dei cromosomi ma c’è stata perdita o acquisizione di interi cromosomi; le patologie genomiche sono quelle che derivano da una variazione numerica del numero dei cromosomi in più o in meno. (-> monosomia o trisomia = modificazioni numeriche).
• Oltre a queste ci sono le patologie geniche che sono patologie monogeniche, ovvero correlate a delezioni parziali o complete di un singolo gene, oppure mutazioni che coinvolgono una singola base (mutazioni puntiformi).

In questo tipo di patologie riconosco il gene mutato che determina un anomalo funzionamento della proteina mutata; dal punto di vista clinico è un evento più contenuto nella determinazione della risposta patologica iniziale che si traduce a cascata sul malfunzionamento di tanti organi diversi. In una anomalia genomica o cromosomica invece il materiale genico perso è abbondante.

Le anomalie cromosomiche sono dovute ad alterazioni strutturali: delezioni, inserzioni dovute a rotture e a ricombinazioni cromosomiche. Le anomalie genomiche sono dovute ad alterazioni numeriche dovute ad errori che si verificano durante la divisione cellulare.

Queste alterazioni si verificano in almeno il 7,5% dei concepimenti ma non sempre è visibile perché generano aborto spontaneo; di solito le anomalie genomiche e cromosomiche sono talmente importanti da essere incompatibili con la vita. Infatti la frequenza di anomalie cromosomiche/genomiche nei feti nati vivi è solo dello 0,6%.

Anomalie cromosomiche strutturali

O in un gene o in regioni non codificanti.

Presupposto: è sempre necessaria una rottura del cromosoma generando estremità tronche, ovvero prive di telomeri. Il cromosoma possiede i telomeri che sono strutture che fanno in modo che, durante la replicazione, non vengano persi tratti di genoma importanti. Nel caso di queste anomalie si generano queste estremità, definite appiccicose in quanto difficilmente rimangono separate ma tendono a fondersi con altre estremità tronche determinando le anomalie strutturali che sono delezioni, inversioni, duplicazioni, traslocazioni che interessano cromosomi.

• Nelle delezioni vi è perdita di una parte di un cromosoma che può avvenire in porzione apicale, viene via il pezzetto terminale del cromosoma e serve quindi una sola rottura, o intercalare, ovvero servono due rotture per eliminare un pezzo di cromosoma e farne uno più piccolo.

L’individuo non sarà in grado di trascrivere quei geni contenuti in quel pezzo di cromosoma: più piccola è la delezione, minore sarà il danno per l’individuo mentre maggiore è la delezione e più saranno i geni che l’individuo non avrà a disposizione.

Se vengono rimosse due porzioni apicali si può formare il cromosoma ad anello: le due estremità appiccicose tendono a richiudersi su se stesse.

Spesso le anomalie importanti che rimuovono o aggiungono tanti geni hanno un aspetto clinico variegato, ma quasi sempre si associano a ritardo mentale.

Si possono anche formare isocromosomi: un braccio di cromosoma viene perso e l’altro viene duplicato: mancheranno i geni del braccio perso e vi saranno i geni dell’altro in duplice copia.

• L’inversione è quando un segmento cromosomico viene escisso: vi è la rottura di un frammento di cromosoma che viene poi reinserito ruotato di 180 gradi. C’è tutto il materiale genico ma l’inserimento in una posizione differente cambia l’uso di sequenze regolatorie che può generare la trascrizione dei geni quando non servono o sotto il controllo di promotori diversi.

L’inversione può essere paracentrica quando tutto si verifica all’interno di un unico braccio del cromosoma, o pericentrica quando comprende il centromero.

• La duplicazione vede il raddoppio di un tratto di cromosoma; i tratti duplicati possono essere adiacenti (in tandem) o distanti. Così si aumenta il numero di geni presenti in quel pezzo di cromosoma, ma se vi è duplicazione anche in una posizione differente può cambiare anche la regolazione dell’espressione di quei geni.
• La traslocazione vede il trasferimento di un pezzo di cromosoma su un cromosoma differente. Questo evento si verifica quasi sempre nelle malattie geniche ma le traslocazioni sono reciproche e bilanciate, cioè non viene perso materiale genico e la funzione è mantenuta, ma è diversa la localizzazione sul cromosoma diverso: controllo di espressione.

La traslocazione può essere robertsoniana che avviene tra due cromosomi acrocentrici, cioè tra due cromosomi dove c’è un braccio molto corto e uno molto lungo. Il braccio lungo contiene tutti i geni; il braccio corto contiene solo sequenze ripetute. I due bracci piccoli vengono normalmente persi e i due bracci lunghi si fondono insieme creando una situazione complicata: se ne conta uno ma si porta il materiale genico di due cromosomi differenti quindi apparentemente non è un’alterazione numerica ma lo è dal punto di vista strutturale perché vi è sovrannumerarietà dei geni portati.

Da un punto di vista clinico le sindromi legate alle anomalie cromosomiche sono caratterizzate da estrema variabilità, legata sia al numero di geni coinvolti sia a quali geni sono coinvolti.

Non necessariamente un’anomalia cromosomica strutturale porta alla genesi di un individuo con molteplici manifestazioni patologiche.

Caratteristiche cliniche comuni

• Ritardo mentale.
• Difetto della crescita che si associa anche a ritardo mentale (manifestazione clinica di un alterato sviluppo neurologico durante la gestazione: il corretto controllo del SNC fa funzionare anche gli altri organi quindi individuo cresce meno perché manca controllo su organi e tessuti).
• Alterazioni dello sviluppo di tutti gli organi (cuore, sistema respiratorio, organi sessuali …).
• Alterazioni importanti della funzionalità cardiaca possono anche essere incompatibili con la vita.
• Alterazioni dell’apparato riproduttore determinano sterilità ma l’individuo vive lo stesso: alcune alterazioni possono incidere sulla qualità della vita ma non sul mantenimento della vita.

Anomalie genomiche numeriche

Queste anomalie prevedono una variazione di tipo numerico del numero di cromosomi. Il corredo euploide è costituito da 22 copie di autosomi e 1 coppia di cromosomi sessuali.

• Poliploidia: aumento numerico di tutto il corredo cromosomico [3x n (triploide); 4x n (tetraploide)]. È improbabile che queste situazioni siano compatibili con la vita.
• Aneuploidia: corredo cromosomico non multiplo esatto di 23. Vi è un alterato numero di cromosomi compatibili in alcuni casi con il mantenimento della situazione vitale del paziente dove il corredo cromosomico non è un multiplo esatto di 23, quindi o manca uno o due cromosomi oppure ce n’è qualcuno in più rispetto a quelli previsti.

Quali possono essere le cause di una variazione numerica?

• Non disgiunzione in meiosi in cui una coppia di cromosomi omologhi o i due cromatidi fratelli non si separano in maniera corretta; quindi, quando migrano ai due poli per dare le due cellule figlie da una parte ce ne sarà uno in più e dall’altra uno in meno. Questa anomalia può quindi interessare tutte le cellule dell’organismo.

Nella fecondazione avrò da una parte 47 cromosomi (trisomia) e dall’altra 45 (monosomia).

• Non disgiunzione in mitosi conduce al mosaicismo che è la presenza di più popolazioni cellulari geneticamente diverse nello stesso soggetto.
• Ritardo in anafase: un cromosoma ritarda l’entrata nel fuso nucleare e così non migra ai poli, non venendo incorporato nella cellula figlia. Il cromosoma può essere perso o incorporato in soprannumero nell’altra cellula figlia. Quindi è una variazione numerica secondo cui o si perde il materiale genetico portato da questo cromosoma oppure se ne ha uno in più nella cellula figlia.

Vi possono quindi essere le:

• Polisomia dove vi è la presenza di più di 2 cromosomi omologhi; la situazione più comune è una trisomia in cui ho 3 cromosomi omologhi.
• Monosomia dove vi è l’assenza di un cromosoma omologo; questa è una situazione compatibile con la vita solo se il cromosoma coinvolto è sessuale. Non si può vivere se manca un autosoma.

Le cause tendenzialmente sono sconosciute ma vi possono essere una serie di eventi a cui un soggetto in gestazione può essere esposto come ad esempio la radioattività, la presenza di alcune malattie virali o malattie autoimmuni della tiroide che generano difficoltà nel concepimento. La presenza di queste anomalie è spesso correlata, statisticamente, all’età materna.

Trisomie

Tra le alterazioni numeriche le trisomie sono quelle maggiormente compatibili con la vita, e sono:

• Trisomia 21: sindrome di Down.
• Trisomia 18: sindrome di Edward.
• Trisomia 13: sindrome di Patau.

Se un individuo nasce con la trisomia 18 o 13, le anomalie che si porta appresso sono talmente importanti che non sopravvive nel primo anno di vita.

• Sono associate ad anomalie di tutti gli apparati, sono correlate ad aborto o, se nascono vivi, a morte precoce (meno di 1 anno).
• Hanno frequenza significativa: 1:15.000 per la 13 e 1:8000 per la 18.
• Influenzate dall’età materna, sembra infatti che le donne che partoriscono per la prima volta più in là negli anni abbiano una maggiore frequenza di andare incontro a queste trisomie, ma non è una correlazione così eclatante come è invece quella descritta per la trisomia 21.

Trisomia 21, sindrome di Down

• È l’unica trisomia compatibile con la vita in quanto il cromosoma 21 è molto piccolo rispetto agli altri autosomi. Le altre trisomie non lo sono perché i cromosomi coinvolti sono più grossi, di conseguenza una loro presenza in sovrannumero non è accettabile per la sopravvivenza.
• Con gli anni l’età media di questi soggetti si allunga: si conoscono sempre meglio le alterazioni patologiche grazie alle quali si sono sviluppati comportamenti e interventi clinici o chirurgici per migliorare la qualità di vita di questi. Ad oggi si ha una anche buona integrazione nelle scuole.
• È la più classica sindrome di tipo congenito associata ad un ritardo mentale, ma non è l’unico deficit presente.
• Hanno un’incidenza elevata di 1:700 nati vivi. Ovviamente si nota una percentuale non bassissima di soggetti nati con la trisomia 21, in realtà non sono tutti quelli concepiti con la trisomia 21 perché alcuni vanno incontro ad aborto spontaneo.
• Sulla frequenza incide la capacità di fare diagnosi in maniera precoce e consentire ai genitori di prendere la decisione se continuare o meno la gravidanza. Questa immagine mostra una tecnica opportuna in cui vengono colorati i cromosomi in maniera specifica, si notano i 3 cromosomi 21.

Nella nostra società l’età della prima gravidanza è sempre più posticipata; i rischi connessi sono relativi alla prima gestazione perché è la prima volta in cui si attiva l’ambiente ormonale al fine di mantenere una gravidanza.

Il grafico mostra che la frequenza di comparsa della trisomia 21 cresce in maniera importante all’aumentare dell’età materna.

• Per donne con meno di 20 anni alla prima gestazione, la frequenza di comparsa della trisomia 21 è 1:1900 di nati vivi.
• Per donne con meno di 35 anni alla prima gestazione, la frequenza di comparsa della trisomia 21 è 1:385 di nati vivi.
• Per donne con più di 49 anni alla prima gestazione, la frequenza di comparsa della trisomia 21 è 1:11 di nati vivi.

È poi difficile che una donna con più di 49 anni possa portare a termine una gravidanza; la menopausa, scomparsa del ciclo per due anni consecutivi, compare intorno ai 52/53 anni. I 2 anni precedenti vedono una forte irregolarità del ciclo che rende difficoltosa l’insorgenza di una gravidanza.

La causa più frequente è una non disgiunzione meiotica e il cromosoma 21 in più è spesso di origine materna, per questo la comparsa della sindrome è strettamente correlata all’età materna. Le motivazioni per cui si verifica non sono note, si suppone che l’invecchiamento del bagaglio di oociti renda più difficile un corretto reclutamento dell’ovulo che deve completare le sue divisioni qualora venga fecondato.

Quando un soggetto XX nasce, l’evoluzione del suo apparato riproduttore è già iniziata: la femmina non è già in grado di ovulare, ma possiede milioni di cellule uovo ferme nelle prime divisioni meiotiche che verranno poi utilizzate in pubertà.

Dalla pubertà in avanti la donna diventa fertile e ogni mese seleziona un buon numero di follicoli che manda avanti nel processo di maturazione, sotto controllo ormonale, fino a selezionare il follicolo dominante, ovvero il migliore destinato ad essere liberato.

Ad un’età avanzata gli oociti scarseggiano, e i migliori sono stati utilizzati in età giovanile; inoltre il controllo ormonale non è perfetto.

Complicanze cliniche

Vi sono alcune alterazioni fenotipiche che non incidono sulla qualità di vita del paziente come:

• Profilo facciale appiattito con occhio più allungato.
• Pieghe epicantiche prominenti (sembra che abbia le borse sotto gli occhi).
• Pelle del collo ridondante.
• Spazio ampio tra il primo e secondo dito del piede.
• Particolare conformazione delle pieghe del palmo della mano che si chiama piega palmare scimmiesca (molto più incisa e che attraversa tutta la mano): basta guardare questa piega per fare la diagnosi.

Vi sono altre anomalie congenite che possono pesare sulla durata di vita del paziente:

• Quoziente intellettivo ridotto che rende difficoltoso l’apprendi