Appunti del modulo di Genetica molecolare umana

MECCANISMI ATIPICI DI EREDITARIETÀ

1. Ereditarietà digenica: ci vuole doppia mutazione in geni diversi per individuo affetto

2. Imprinting genomico

3. Ereditarietà mitocondriale

EREDITARIETA’ OLIGOGENICA

Il fenotipo è determinato da due alleli mutanti in due loci diversi.

- Ereditarietà digenica con effetto sinergico: mutazioni in geni diversi agiscono in maniera sinergica per dare origine al fenotipo malato → A + B

- Ereditarietà digenica con effetto additivo: mutazioni a carico di un gene danno origine ad un fenotipo malato che si aggrava per la presenza di una mutazione ad un secondo locus → la mutazione di A causa x fenotipo, se muta anche B il fenotipo è più grave

Un esempio della forma sinergica è rappresentata dalla retinite pigmentosa, in questa determinata forma sono coinvolti ROM1 e periferina RDS. I genitori sono portatori sani, ho fenotipo malato quando ho la copresenza di un allele mutato per entrambi i

geni.
Una forma digenica triallelica è la sindrome di Bardet-Biedl (BBS). Ci sono più di 16 geni, c'è una forma in cui devono essere mutate due geni in contemporanea (sinergico). La malattia causa dismorfismi, obesità, polidattilia, distrofia retinica progressiva, deficit cognitivo, patologia renale. I geni sono identificati come BBS, per avere il fenotipo devo avere una doppia mutazione in un gene e una mutazione in un altro gene.
Un esempio di ereditarietà digenica con effetto additivo è il glaucoma giovanile (JOAG). Ho una mutazione in un locus che causa un fenotipo e una mutazione in un secondo locus che aggrava il fenotipo.
EREDITARIETÀ MITOCONDRIALE
DNA mitocondriale 20
Ogni mitocondrio contiene da 5 a 10 molecole di DNA. Ogni cellula contiene da qualche centinaio a qualche migliaio di mitocondri. Il numero di mitocondri è correlato alla necessità di energia, la cellula col maggior numero di mitocondri è lacellula uovo. Celluleneurali, muscolari, oculari hanno alti livelli di mitocondri al contrario di linfociti. Il DNA è circolare dsDNA, ha un filamento ad alto peso (GC) e uno a basso peso. Il DNA codifica per 37 geni parzialmente sovrapposti (17 kb): - 13 pp - 24 per ncRNA: 22 tRNA e 2 rRNA Ha un tasso di mutazione estremamente elevato perché il DNA è libero nella matrice mitocondriale esposto ai radicali liberi prodotti durante la fosforilazione ossidativa, non ha sistemi di riparazione e non ha struttura cromatinica, inoltre essendo molto compatto una delezione potrebbe riguardare più di un gene. Se ho una delezione potrei comprendere più geni, i pp prodotti producono alcune 13 subunità proteiche dei complessi della catena respiratoria → mutazioni mitocondriali e nucleari, le nucleari affliggono tutti i mitocondri. C'è omeostasi tra DNA nucleare e mitocondriale → il nucleo produce proteine coinvolte nella produzione dellesubunità dellafosforilazione ossidativa, geni che controllano la replicazione del DNA mitocondriale. Le patologie mitocondriali possono sorgere da disfunzioni che scaturiscono dall'uno o dall'altro genoma. Gli spermatozoi non hanno mitocondri nella testa (e se ne hanno sono pochi), tutti i mitocondri sono di origine materna. Albero genealogico Avendo ad esempio un giovane elettricista, un giorno nota che fatica a differire i colori che diventano sempre più pallidi, l'ottico lo manda in ospedale dove trovano un rigonfiamento del disco ottico e una visione centrale molto deteriorata. La madre è sana, il fratello della madre è dichiarato per atrofia delle fibre nervose (a 28 anni), anche la sorella della madre ha difetti visivi che si sono manifestati a 25 anni → counseling genetico: lo zio manifesta la patologia da giovane e la zia no, la zia ha anche aritmia cardiaca. Caratteristiche del mtDNA - poliplasmia: in una cellula abbiamo tantimitocondri in numero diverso per ogni tessuto: segregazione mitotica: non esiste un fuso per mitocondri e non abbiamo una ripartizione equa e precisa → i mitocondri si dividono seguendo il citoplasma
eteroplasmia: in una stessa cellula potrei avere mt malati e no → eterogeneità nei sintomi
effetto soglia: devo superare un certo tot per avere una manifestazione, se la mutazione è molto forte l'effetto soglia diminuisce
trasmissione matrilineare: solo la madre trasmette i mitocondri

Distribuzione mitocondri
La MERRF è caratterizzata da miopatia mt, sordità, epilessia e demenza. Una donna con sintomatologia lieve genera tre figlie con sintomatologia grave.
La cellula primordiale ha tantissimi mitocondri, potrei avere mt sani e mt malati. Nel passaggio da oogonio a ovocita primario i mt non vengono replicati, ma sono semplicemente ripartiti (diminuiscono in numero). Da oocita primario a ovocita maturo ho espansione dei mt → ho mt mutati.seconda di quanti mt mutati ho ottenuto nella prima ripartizione e quindi avrò diverse severità difenotipo. Potrei avere: - prole non affetta - prole con fenotipo intermedio - prole molto mutata

Malattie mitocondriali

Le malattie mitocondriali rappresentano un gruppo eterogeneo di sindromi cliniche accomunate da un deficit energetico del metabolismo mitocondriale. Nonostante il mitocondrio sia sede di varie vie metaboliche fondamentali, per malattie mitocondriali in senso stretto si intendono le sindromi associate al deficit della fosforilazione ossidativa (OXPHOS). Sono interessati organi che richiedono molto ATP:

• SN: epilessia, sordità, demenza
• muscoli: debolezza muscolare, crampi
• cuore: cardiomiopatie
• occhi: ptosi della palpebra, fatica a muovere gli occhi
• rene
• fegato: insufficienza epatica
• pancreas: diabete
• apparato riproduttivo: sterilità e infertilità

Le malattie mitocondriali possono manifestarsi a qualsiasi età, con una maggiore

Incidenza nell'età dello sviluppo puberale, dovuta al maggior consumo energetico.

Mutazioni

Ci sono due classi di mutazioni:

• I classe: mutazioni del mtDNA → puntiformi o delezioni (potrei avere coinvolgimento di molte pp). Possono avvenire al livello dei pp p dei tRNA. Delezioni molto grandi sono rare ed avvengono in fasi precoci dello sviluppo dello zigote coinvolgendo tutti l'organismo, oppure avvengono nel corso dell'oogenesi e non sono trasmissibili perché hanno un quadro patologico molto grave.
• II classe: mutazione del DNA nucleare → può coinvolgere:
1. geni per pp della catena respiratoria
2. geni che controllano l'integrità mitocondriale
3. geni coinvolti in patologie che hanno un effetto secondario a carico del sistema di fosforilazione ossidativa → disordini mitocondriali secondari (es. atassia di friedrich: mutazione dinamica per espansione di una tripletta che porta mancanza prodotto → accumulo dei prodotti)

pronucleare: si prende il pronucleo della cellula uovo e si trasferisce nella cellula donatrice con i mitocondri sani. La cellula uovo viene poi fecondata in vitro e impiantata nell'utero della madre.

spindle: il nucleo della cellula uovo è inserito nella cellula donatrice e poi avviene la fecondazione 22POLIMORFISMIIl sequenziamento del genoma umano di molti individui ha portato all'individuazione di 3 milioni di paia di basi che variano tra gliindividui su 3 miliardi di paia di basi che compongono il genoma→ siamo identici al 99.9%. Una differenza dello 0.1% nellacomposizione del DNA è sufficiente per dar luogo alla variabilità della popolazione. Le differenze riguardano per esempiosuscettibilità alle malattie e risposta ai farmaci.I polimorfismi sono variazioni della sequenza del DNA presenti nella popolazione con una frequenza > 1% . Il terminepolimorfismo generalmente si riferisce all'esistenza nella popolazione di due o più alternativi genotipi. Un locus è polimorfico se visono due o più alleli che vengono mantenuti nella popolazione ed in cui l'allele più raro ha una frequenza di almeno l'1%.

L'aplotipo è la costituzione allelica di loci multipli in un cromosoma → combinazione di varianti alleliche lungo un cr.

I polimorfismi possono essere studiati a livello del:

• Prodotto genico (polimorfismo proteico) → riflette il polimorfismo del DNA
• DNA (polimorfismo del DNA)

Polimorfismi proteici

I principali polimorfismi proteici umani sono:

• Gruppi sanguigni (es. ABO, MN, Rh, Xg): la differenza dei gruppi è data dalla glicosil transferasi che attacca in maniera diversa i residui saccaridici, per A e B sono uguali al 99%, manca per 0
• Proteine del siero (es. complemento, transferrine)
• Enzimi eritrocitari (es. acetilcolinesterasi, fosfatasi acida)
• Altri polimorfismi enzimatici (es. alcool deidrogenasi)

Prima venivano usati i polimorfismi proteici per differenziare i soggetti, ma hanno un potere discriminante molto basso, perché potrebbe non cambiare l'aa a fronte di un cambiamento di sequenze oppure potrei avere la stessa sequenza ma avere

un individuo è omozigote) e se questi alleli sono distribuiti in modo equilibrato nella popolazione. I marcatori genetici sono sequenze di DNA che variano tra gli individui e che possono essere utilizzate per identificare e distinguere gli individui. I marcatori genetici possono essere di diversi tipi, come ad esempio i microsatelliti, i single nucleotide polymorphisms (SNPs) o le sequenze di DNA ripetute in tandem (VNTRs). Questi marcatori possono essere utilizzati in diversi campi, come la medicina forense, la genetica delle popolazioni o la genetica delle malattie.combinazioni possibili sono molto basse e quindi è più facile che due individui abbiano la stessa combinazione) → tutte le