7. Malattie genetiche

ESONE: INTRONE:

- -

Porzione de gene che viene trascritta. Regioni non codificanti.

- -

A differenza degli introni, in seguito allo Viene trascritto dalla RNA-polimerasi ma

splicing del trascritto primario, si trovano negli eliminato nel processo di splicing, quindi non

mRNA maturi. si ritrovano mai negli mRNA maturi.

- Parte codificante del genoma.

- Gli esoni all’estremità 5’ e 3’ del gene sono

regioni non codificanti (5’UTR e 3’UTR).

Cos’è il genoma?

Contiene tutte le informazioni necessarie al funzionamento dell’intero organismo. Ogni cellula

contiene una coppia del genoma. Alcune informazioni sono utilizzate in tutte le cellule, altre sono

caratteristiche di determinati tipi cellulari. Esempio: neurone e leucocita hanno lo stesso genoma ma

utilizzano le informazioni in maniera diversa.

Cos’è un gene?

Un gene è un segmento di genoma contente l’informazione per la sintesi di una proteina.

E’ l’unità ereditaria e funzionale degli organismi viventi.

La maggior parte dei geni codifica proteine, altri producono RNA non codificante che può giocare

un ruolo fondamentale nella regolazione dell’espressione genica. Un’altra parte del contenuto dei

geni non viene trascritta ma coordina l’espressione genica (promotori, terminatori, introni).

Esistono tre classi di geni che differiscono per il tipo di RNA che viene prodotto:

Geni di classe I, rRNA.

• Geni di classe II, mRNA, snRNA (piccoli RNA nucleari), miRNA (microRNA).

• Geni di classe III, tRNA, snoRNA (piccoli RNA nucleolari), scRNA (piccoli RNA

• citoplasmatici), miRNA.

Il genoma umano è organizzato in cromosomi.

L’uomo possiede un corredo genetico diploide: 22 coppie di autosomi + 1coppia di cromosomi

sessuali (X,Y). 1

ALLELI = le due coppie di un gene presenti nei due cromosomi omologhi.

LOCUS = posizione del gene nel cromosoma.

FENOTIPO = modo in cui si manifesta un carattere.

GENOTIPO = insieme dei geni per uno o più caratteri posseduti da un individuo.

Due individui qualunque condividono il 99,5% del genoma; il restante 0,5% è rappresentato da

forme di variazione che posssono essere: SNP (polimorfismi a singolo nucleotide) e CNV

(variazioni del numero di copie).

I Polimorfismi a singolo nucleotide definiscono variazioni localizzate a livello di un singolo

nucleotide che distinguono un individuo dall’altro, rendendolo unico. Sono stati identificati più di

6Mln di SNP che possono trovarsi ovunque nel genoma (sia introni che esoni). Oltre a determinare

evidenti differenze fenotipiche, possono essere causa di alterazione del prodotto genico che possono

predisporre a patologie.

Le Variazioni del numero di copie possono riguardare sequenze estese e contigue; sono

responsabili di un’ampia porzione della diversità fenotipica umana.

L’EPIGENETICA studia i cambiamenti ereditabili nell’espressione genica, non imputabili ad

alterazioni nella sequenza di DNA.

La PROTEOMICA è il dosaggio di tutte le proteine espresse in una cellula o in un tessuto.

miRNA

Sono piccole molecole di RNA non codificanti per proteine, lunghe 21-30

nucleotidi.

Sono espresse in un numero elevato di organismi, il che indica che sono conservate

filogenicamente, possiedono inoltre un’elevata specificità di tessuto e dei vari stadi

di sviluppo.

Non codificano proteine ma inibiscono l’espressione genica.

1. La trascrizione dei geni per i miRNA produce trascritti primari che vengono

processati all’interno del nucleo per formare pre-miRNA.

2. I pre-miRNA vengono traslocati nel citoplasma.

3. L’enzima DICER taglia i pre-miRNA per formare miRNA a doppio filamento.

4. I miRNA a doppio filamento si srotolano formando singoli filamenti che

vengono incorporati nel complesso multiproteico RISC (RNA induced

silencing complex).

5. RISC è responsabile del clivaggio dell’RNA o, legandosi ad esso, ne

impedisce la traduzione.

Negli ultimi anni si sta palesando sempre più l’importanza dei miRNA.

L’individuazione dei bersagli molecolari regolarti dai miRNA rappresenta uno step

fondamentale per far luce sull’ampio spettro di azione dei miRNA.

Ricerche della Prof: miRNA coinvolti nella genesi e progressione del tumore alla prostata (vedi slide per approfondire).

Gli siRNA sono invece degli RNA a breve interferenza (sintetici) che agiscono in modo simile ai

miRNA. I precursori degli siRNA sono introdotti nella cellula dai ricercatori; il processamento da

parte di DICER ed il funzionamento attraverso RISC sono simili. Sono potenti strumenti per lo

studio della funzione genica oppure potrebbero essere utilizzati come terapia per silenziare geni

oncogeni. 2

MALATTIE EREDITARIE E MALATTIE CONGENITE

Le malattie ereditarie derivano da uno dei due genitori e si trasmettono attraverso i gameti.

Le malattie congenite sono malattie presenti alla nascita.:

- alcune patologie congenite non sono genetiche;

- non tutte le malattie genetiche sono congenite.

Le malattie congenite NON ereditarie:

- Si presentano alla nascita ma non hanno come aspetto eziologico alterazioni del genoma.

- Sono causate da agenti infettivi che hano colpito la madre prima o durante la gravidanza con

passagio del patogeno attraverso la placenta (sifilide, rosolia, toxoplasmosi, farmaci ecc…).

ALTERAZIONI GENETICHE CHE CAUSANO MALATTIE UMANE

Vari tipi di alterazioni genetiche compromettono struttura, funzione o espressione delle singole

proteine e sono perciò alla base di molte patologie.

Modificazioni permanenti del DNA sono definite mutazioni:

- Mutazioni del DNA in cellule somatiche non causano malattie ereditarie.

- Mutazioni del DNA in cellule della linea germinale sono trasmesse alla progenie e possono dar

luogo a malattie ereditarie.

Le malattie genetiche meno gravi permettono lo sviluppo fetale e la nascita.

L’incidenza delle malattie genetiche si esprime in funzione dei nati vivi, in questo modo vengono

però sottostimate poichè gran parte delle malattie genetiche causa morte intrauterina del feto e

aborto: Incidenza delle malattie cromosomiche sui nati vivi:

0,6%

Incidenza delle malattie cromosomiche sui nati morti

50%

e sugli aborti:

Le anomalie cromosomiche che sono causa più frequente di aborti spontanei sono:

50% trisomie

• 18% Sindrome di Turner (X0)

• 17% corredo triploide

•

Le mutazioni possono essere:

Puntiformi, sostituzione di un singolo nucleotide. Se altera il significato è detta mutazione miss-

• sense, se invece produce un codone di stop è detta mutazione non-sense (quest’ultima causa

spesso la degradazione dell’mRNA)

Esempio: mutazione nella catena della beta-globulina dell’emoglobina causa anemia falciforme

Mutazioni che alterano lo schema di lettura, dette mutazioni frame-shift avvengono per

• inserzioni o delezione di basi in numero non multiplo a 3.

Inserzione o delezione di 3 o multipli di 3 basi, danno una proteina anomala con numero

• inferiore o superiore di aminoacidi.

Esempio: nella fibrosi cistica la delezione di 3 basi porta alla produzione di una proteina senza

Fenilalanina. 3

Le malattie genetiche umane possono essere classificate in tre categorie:

1. Malattie correlate all’alterazione di singoli geni ad ampio spettro = Malattie monogeniche.

2. Malattie correlate all’alterazione di numero/struttura di cromosomi = Malattie cromosomiche.

3. Malattie causate da difetti multigenici complessi = Malattie poligeniche.

Le malattie monogeniche si devono a mutazioni di un solo gene e sono trasmesse secondo le leggi

di Mendel.

Le malattie poligeniche sono causate da mutazioni di alcuni geni cui concorrono fattori ambientali.

MALATTIE MENDELIANE: difetti monogenici

I difetti monogenici si trasmettono secondo le regole mendeliane.

Le malattie date da tali difetti sono rare.

OMOZIGOSI: i due alleli esprimono un carattere identico

ETEROZIGOSI: i due alleli esprimono un carattere diverso

DOMINANZA: capacità di un allele di esprimere un carattere in condizioni di eterozigosi.

RECESSIVITA’: capacità di un allele di esprimere un carattere solo in condizioni di omozigosi.

Le mutazioni monogeniche vengono trasmesse in tre modi:

1. Trasmissione autosomica dominante

2. Trasmissione autosomica recessiva

3. Trasmissione X-linked (legata al cromosoma X).

1. Malattie a trasmissione ereditaria autosomica dominante

Si manifestano in eterozigosi (almeno uno dei due genitori e malato).

Maschi e femmine sono egualmente colpiti ed entrambi possono trasmettere la malattia.

25% omozigoti sani (aa)

50% dei figli omozigoti sani (aa) 25% omozigoti malati (AA)

50% dei figli eterozigoti malati (Aa) 50% eterozigoti malati (Aa) 4

100% Eterozigoti malati (Aa) 50% Omozigoti malati (AA)

50% Eterozigoti malati (Aa)

Esempi: Neurofibromatosi (tumori benigni, neurofibromi in nervi cranici e periferici); Distrofia

miotonica (degenerazione della muscolatura striata, cardiopatie, ritardo mentale); Malattia di Von

Willebrand (disordine dell’emostasi, emoragie dovute all’alterazione o carenza del fattore VII della

coagulazione); Rene policistico (formazione cavitarie nei reni).

2. Malattie a trasmissione ereditaria autosomica recessiva

Sono le più diffuse ed hanno uguale distribuzione in entrambi i sessi.

Si manifestano solo in omozigosi.

Esempi: Emoglobinopatie (malattie da alterazioni della struttura dell’emoglobina come anemie);

Albinismo (acromia dovuta a mancanza di melanina); Glicogenosi (accumulo intracellulare di

glicogeno con grave ipoglicemia); Fibrosi cistica (alterazioni dell’equilibrio ionico di membrana

con compromissione dell’apparto digerente, respiratorio e riproduttivo, del pancreas e delle

ghiandole sudoripare e salivari).

3. Malattie legate al sesso

Possono essere sia dominanti che recessive.

Legate al cromosoma X sono definite diaginiche (la maggioranza).

Legate al cromosoma Y sono definite oloandriche.

I cromosomi sessuali non determinano solo il sesso ma anche la comparsa di diversi caratteri

somatici. Malattie diaginiche Malattie oloandriche

Emofilia A e B (deficit coagulativi) Ittiosi (Ipercheratosi cutanea)

• •

Distrofia muscolare di Duchenne (insufficienza Malattia degli alluci palmati

• •

contrattile della muscolatura striata)

Favismo (anemia emolitica scatenata dal contatto

• con sostanze esogene)

Daltonismo

•

Per quanto riguarda l’ereditarietà diaginica, la maggior parte delle malattie legate alla X è di tipo

recessivo. Tuttavia i geni mutati sul cromosoma X, non hanno alleli corrispondenti sul cromosoma

Y, per cui si dice che il maschio è emizigote per i geni mutati legati al cromosoma X. Nel maschio

quindi queste malattie vengono sempre espresse. Quindi:

- Le donne portatrici di un gene patologico su un cr