Genetica medica e diagnosi prenatale

Malattie genetiche e variazioni nella sequenza dei nucleotidi del DNA

Studia le varie malattie genetiche provocate da variazioni nella sequenza dei nucleotidi della molecola di DNA di ordine medico. La genetica medica si occupa di queste variazioni con l'obiettivo di diagnosi e prevenzione.

Gene: è un'unità ereditaria che contiene informazione genetica ed è un'unità funzionale del genoma. È localizzato in una zona specifica del cromosoma (locus) responsabile della trasmissione dei caratteri ereditari ed è costituito da una sequenza di DNA che codifica una specifica proteina negli organismi diploidi. Presenta due forme alternative dello stesso gene chiamate alleli che determinano quali caratteri si manifestano nell'individuo.

Allele:

• Allele dominante: si manifesta
• Allele recessivo: resta nascosto

Genoma: intero patrimonio genetico contenuto nel nucleo delle cellule umane necessario per determinare embriogenesi, sviluppo, metabolismo e riproduzione. Ogni cellula contiene 2 copie del genoma, ereditate dal padre.

edalla madre. Esistono due tipi di genoma:

• Nucleare: contiene la maggior parte delle informazioni necessarie per lavita, contiene sei miliardi di nucleotidi raggruppati in molecole lineari,cioè i cromosomi
• Mitocondriale: molecola di DNA circolare di circa 16 mila nucleotidipresente in copie numerose nei mitocondri. Contiene informazioni per lasintesi di molecole di rRNA e tRNA

Il genoma nucleare è composto da:

• In base al grado di ripetizione presente, le sequenze del genoma nucleare sonodistinte in:
• Sequenze uniche: presenti come copie singole, 50% geni totali + DNAspaziatore
• Sequenze mediamente ripetute: ripetute da 10 a 100.000 volte, DNAcodificante + DNA non codificante
• Sequenze altamente ripetute: ripetute da 10 a 10 volte, sequenze5 7eterogenee cluster (DNA satellite, minisatellite e microsatellite) eintersperse

Cromosomi: lunghe molecole di DNA ripiegate e condensate ad avvolgimentiattorno a specifiche proteine (istoni) a formare la cromatina. Sono composti da22

Il nostro corpo è costituito da cellule che contengono il nostro materiale genetico, il DNA. Il DNA è organizzato in strutture chiamate cromosomi. Gli esseri umani hanno 23 coppie di cromosomi, di cui 22 coppie di autosomi e 1 coppia di cromosomi del sesso (X e Y). I cromosomi sono analizzabili in metafase del ciclo cellulare, quando il DNA sotto forma di cromatina si addensa.

Il fenotipo è l'insieme dei tratti osservabili in un individuo. Le mutazioni genetiche possono avere diversi effetti sul fenotipo:

• No effetti distinguibili sul fenotipo (mutazione neutra)
• Variabilità non patologica in un fenotipo
• Vantaggio competitivo (raramente)
• Effetti patogenetici (malattia)

Per gli effetti patogenetici esistono due categorie di meccanismi:

1. Perdita di funzione: le varianti del DNA producono la perdita o una riduzione della funzione della proteina
2. Acquisizione di funzione: le varianti del DNA determinano la formazione di proteine con funzioni nuove o alterate

Le malattie genetiche possono essere determinate da anomalie cromosomiche o da mutazioni in un singolo gene. Le malattie mendeliane, mitocondriali, da difetti dell'imprinting genomico e da mutazioni dinamiche sono esempi di malattie genetiche determinate da mutazioni in un singolo gene.

un’interazione tra più fattori genetici e più fattori ambientali

Eredità Mendeliana

Riguarda caratteri e malattie controllati da singoli geni, è governata da tre leggi:

1. Legge della dominanza: incrociando individui omozigoti, uno recessivo e l’altro dominante, si ottiene una prima generazione di individui tutti eterozigoti che presentano il carattere dominante
2. Legge della segregazione: quando un individuo produce gameti, le due copie di un gene si separano così che ciascun gamete riceva soltanto una copia
3. Legge dell’assorbimento indipendente: la trasmissione di un carattere non influenza la trasmissione di un altro carattere, in quanto i rispettivi geni possono segregare in maniera indipendente durante la formazione dei gameti

L’eredità mendeliana può essere quindi:

• Autosomica: dominante o recessiva
• Legata al cromosoma X: dominante o recessiva
• Legata al cromosoma Y

EREDITARIETA’ AUTOSOMICA RECESSIVA

Le malattie

presentano gradi diversi di gravità (albinismo, fibrosi cistica, ...). Una mutazione può generare un allele recessivo a. Gli eterozigoti sono portatori sani, omozigoti recessivi manifestano la malattia. In genere si osserva all'interno di una generazione, sono affetti sia maschi che femmine e i genitori degli individui affetti hanno un fenotipo normale.

Esempi di malattie autosomiche recessive:

• Anemia falciforme
• Fibrosi cistica
• Sindrome di Shwachman-Diamond
• Albinismo

EREDITARIETÀ AUTOSOMICA DOMINANTE

Il gene è localizzato su un autosoma, un solo gene mutato è sufficiente a determinare la patologia, l'allele mutato è dominante. I meccanismi che spiegano la manifestazione del gene mutato in eterozigosi sono:

• Aploinsufficienza
• Interferenza col prodotto normale
• Acquisizione di funzione

Ogni individuo affetto ha almeno un genitore affetto, circa metà dei figli di un genitore affetto è affetto, maschi e femmine colpiti con.

frequenza simile, igenitori affetti possono avere figli sani e la trasmissione è verticale

Esempi di malattie autosomiche dominanti:

• Ipercolesterolemia familiare
• Acondroplasia
• Brachidattilia
• Ectrodattilia

EREDITÀ LEGATA AL SESSO

Ereditarietà X-linked dominante

Maschi affetti trasmettono il carattere a tutte le figlie (non ai maschi), femmine affette (eterozigoti) trasmettono il carattere ai figli sia maschi che femmine nel 50% dei casi, in media le femmine affette sono il doppio dei maschi. Esempio di malattia: ipoplasia ereditaria dello smalto

Eredità recessiva associata all'X

Gli affetti sono prevalentemente maschi, i maschi affetti ereditano l'allele mutato dalle madri e lo trasmettono alle figlie (non ai maschi), le figlie di maschi affetti sono eterozigoti non affette ma i loro figli hanno la probabilità del 50% di ricevere l'allele recessivo. Esempio di malattia: daltonismo

Ereditarietà Y-linked

Affetti solo i maschi, tutti i

figli maschi di un padre affetto sono affetti, ogni carattere legato all'Y si esprime nei maschi emizigoti, numero limitato dei geni sul cromosoma Y e i geni sono implicati nello sviluppo sessuale maschile.

Gruppi sanguigni: determinati dalla presenza di glicoproteine sulla superficie dei globuli rossi. Tre alleli diversi (A, B e 0) che producono 4 fenotipi:

• 0
• A
• B
• AB

Gli alleli A e B sono dominanti rispetto all'allele 0, A e B se presenti contemporaneamente sono co-dominanti.

Eredità non mendeliana

- Malattie mitocondriali

- Malattie da mutazioni dinamiche

Malattie mitocondriali: gruppo di patologie causate da una disfunzione della catena respiratoria mitocondriale, si dividono in due categorie:

1. Patologie caratterizzate da riarrangiamenti nell'mtDNA mutazioni puntiformi e delezioni
2. Patologie causate da mutazioni nei geni nucleari che codificano proteine mitocondriali

Caratteristiche dell'eredità mitocondriale:

1. Eredità materna: mtDNA

ereditato solo dalla madre- solo le femmine possono trasmettere la mutazione alla prole

2. Eteroplasmia:

• Coesistenza di due popolazioni di mtDNA (wild-type e mutato) in una stessa cellula o tessuto
• 5-15 molecole di mtDNA/mitocondrio
• Proporzioni variabili delle molecole di mtDNA mutato in una cellula

3. Effetto soglia:

• Fenotipo clinico determinato da precisa % del mtDNA
• Valore soglia compreso tra 70% e 90%
• Se <70% individui asintomatici (se femmine, rischio di trasmissione)

4. Segregazione casuale:

• Causa % mtDNA mutato variabile ad ogni divisione cellulare
• Tessuti diversi con livelli di eteroplasmia molto diversi
• Selezione (tessuti ad alta replicazione)

4Esempi di queste malattie: neuropatia ottica ereditaria di Leber (LHON), sindrome di Leigh, malattia di Wilson, miopatia oculare discendente, sindrome di Pearson, sindrome di Kearns-Sayre …Malattie da mutazioni dinamiche

Scoperta del fenotipo dell’anticipazione in malattie ADo Sequenza trinucleotidiche nei geni

citogenetico ad alta risoluzione: eseguito su cromosomi in metafaseutilizzando il bandeggio a bande Q, permette di rilevare delezioni eduplicazioni inferiori a 5-10 milioni di basi, inversioni, traslocazionie altre anomalie strutturali4. Fish (Fluorescence In Situ Hybridization) –> tecnica che permette diidentificare la presenza o l’assenza di specifiche sequenze di DNA suicromosomi o su altre strutture cellulari5. Array-cgh (Comparative Genomic Hybridization) –> tecnica chepermette di identificare anomalie cromosomiche a livello di tutta lagenomica, rilevando delezioni e duplicazioni di sequenze di DNA diqualunque dimensione

cromosomico ad alta risoluzione: eseguito a seguito del primo perdubbi o approfondimenti. Effettuato in prometafase o profase utilizzandobande G.Fish: ibridazione in situ fluorescente, studio di variazioni cromosomiche usandocromosomi fissati su un vetrino

Array-cgh: ibridazione genomica comparativa, è più sofisticata; infatti, ricercavariazioni a livello del genoma ed utilizza supporti

Queste ultime due tecniche si basano sulla ibridazione degli acidi nucleici econsentono di diagnosticare anomalie cromosomiche quantitative dipiccolissime dimensioni, fino a 3,5 – 100 kilobasi

Diagnostica prenatale 5Lo sviluppo dei mammiferi è il periodo che intercorre tra la fecondazione e lanascita: gravidanza o periodo di gestazione, che corrisponde ad un periodo cheva dalle 36 alle 39 settimane ed è suddivisa in tre trimestri da circa 12-13settimane.

Alcuni termini:

Zigote:- cellula uovo fecondata, il primo stadio dell’embriogenesi

Embrione:- stadio di sviluppo di

Un organismo umano tra la fecondazione e la 9a settimana di gestazione, avviene la separazione dei tessuti embrionali da quelli placentari.

Feto: stadio dell'essere umano in sviluppo tra la 9a settimana di gestazione e la nascita.

Lo sviluppo è un processo graduale: zigote → embrione → diversi tipi cellulari dell'embrione o 4 membrane extraembrionali → placenta → sviluppo dell'embrione e del feto.

Lo sviluppo comprende numerosi processi molecolari differenti: