Genetica umana

XPA

E’ il gene più frequentemente colpito, più frequentemente responsabile quando avete un caso

di xeroderma. Anche XPA non è un gene essenziale perché gli individui possono avere

entrambi gli alleli con mutazioni che sono per esempio una troncante dovuta ad uno stop

codon ed un’altra troncante dovuta ad un frame shift, quindi di nuovo entrambi gli alleli non

daranno proteina in alcun modo. In questo caso la cosa interessante è che c’è un effetto

fondatore, per lo meno nella popolazione giapponese. La frequenza dello xeroderma nella

popolazione generale è di 1 individuo su 250mila, però in Giappone è 1 su 40mila. L’aumento

della frequenza è associato ad un effetto fondatore, ciò vuol dire che se andiamo a prendere il

paziente XPA in Giappone vedremo che molti di loro hanno una mutazione ricorrente.

Relazione genotipo-fenotipo in XPA

La maggior parte delle mutazioni determinano una terminazione precoce della proteina

quindi frame shift, non senso, delezioni ma anche alterazioni nel processamento del trascritto,

il che vuol dire che non abbiamo splicing o comunque maturazione corretta del messaggero e

quindi di nuovo assenza di proteina.

XPB

Delle proteine codificate dai geni XP via via si stanno capendo sempre meglio le funzioni,

fondamentalmente sono DNAasi, elicasi o con entrambe le funzioni, perché devono legarsi al

DNA riconoscere il danno, aprire la doppia elica formando il cosiddetto complesso aperto,

tagliare a monte e a valle del danno e poi per la sintesi interverrà la polimerasi. XPB infatti è

un elicasi ed è coinvolta sia nel NER che nella trascrizione.

C’è un complesso multiproteico che è molto importante: alcune di queste proteine XP giocano

un ruolo fondamentale nel riconoscimnto del danno GGR (global genome repair) altre nel

riconoscimento del danno TCR (transcription coupled repair) e altre ancora lavorano sul

patway dopo che c’è stato il riconoscimento con formazione del complesso aperto e incisione

del DNA a monte e a valle sul filamento da correggere. La cosa che è venuta via via alla luce è

che alcune di queste proteine coinvolte nel TCR non sono coinvolte semplicemente perché

lavorano sul quel patway ma perché entrano in un complesso multiproteico che riesce a fare

molte cose insieme, cioè non solo riconosce il danno sul filamento trascritto ma funziona

anche nel favorire la trascrizione. Ha perciò un doppio ruolo: riconoscimento, riparazione e

trascrizione. Si forma il cosiddetto complesso TFIIH. Questo complesso multiproteico è molto

grande e contiene proteine di vario tipo e natura tra cui anche alcune XP. Nel caso di XPB

questo entra proprio a far parte del complesso TFIIH assumendo un ruolo attivo nella

trascrizione.

I sistemi di riparazione tra loro parlano: per motivi didattici si tengono separati cioè il BER

ripara i danni da stress ossidativo, poi l’MMR che ripara gli errori post replicativi, il NER che

ripara i danni indotti da UV sul DNA e tutte le proteine legate ai relativi sistemi di riparazione.

Ma questi sistemi non sono tra loro separati, ci sono infatti alcune di queste proteine che non

solo giocano un ruolo attivo nella trascrizione perché fanno parte del complesso TFIIH ma

giocano un doppio ruolo nel NER e nella riparazione del danno ossidativo Questo ci complica

la vita quando andiamo a fare le correlazioni genotipo-fenotipo perché abbiamo in mente per

esempio solo il test di riparazione che abbiamo fatto in vitro sui fibroblasti e quindi la

riparazione di quel tipo di danno, però la proteina gioca anche un altro ruolo: per esempio ci

sono proteine del MMR che hanno addirittura dei binding domain con i quali possono

interagire direttamente con proteine di altri sistemi di riparazione. Tutto questo ci insegna

che i sistemi riparativi sono ridondanti. Quando diciamo che XPC non è essenziale, lo diciamo

perché se manca, in parte, il suo ruolo può essere svolto da qualche altra proteina e quindi

non è una situazione incompatibile con la vita. Uno invece potrebbe pensare che a fronte della

mancanza di un gene della riparazione, l’accumulo del danno è talmente drammatico che

sarebbe incompatibile con la vita.

Torniamo ai dati su XPB, qui pochi pazienti sono classificati, 3 con fenotipo patologico

complesso a metà strada tra XP e cockayne syndrome e un altro con TTD e anche qui pochi

pazienti se ne sono aggiunti altri pochi ma il quadro sostanzialmente non cambia. Il ruolo di

TFIIH che è questo complesso multiproteico in cui entra XPB nella trascrizione fa si che XPB

sia un gene essenziale. Qui sembra un pò il contrario del solito, perché è essenziale? Intanto

perché troviamo pochissimi pazienti e fra questi quasi nessuno con lo xeroderma per cui

viene il dubbio che mutazioni su questo gene possano essere più drammatiche che mutazioni

su altri geni. Quando trovi dei pazienti se vai a vedere che tipo di mutazione hanno vediamo

anomalie di splicing, sostituzione di un amminoacido con un altro ma tutte comunque

permettono un livello alto di attività della proteina e non troveremo mai entrambi gli alleli di

un paziente con una mutazione troncante.

XPD

E’ un elicasi ma anche qui è una proteina del NER che fa più cose. Al gruppo dei pazienti XPD

appartengono pazienti XP con caratteristiche cliniche diverse tra loro per quanto riguarda le

alterazioni cutanee, la presenza di tumori, anomalie neurologiche e l’età di comparsa delle

neoplasie quindi non solo a seconda dei vari geni mutati potete trovare pazienti che

appartengono a una categoria sola o a più categorie ma qui tutti i pazienti se presi

singolarmente sono diversi l’uno dall’altro, si fa fatica a metterli in una categoria piuttosto che

in un'altra, proprio per tutte le caratteristiche sia a livello cutaneo (risposta agli UV) sia a

livello neurologico (ritardo fisico e mentale) quindi un po più sul versante TTD. Abbiamo

quindi un eterogeneità fenotipica molto elevata e all’interno di questa categoria ci sono poi

anche parecchi casi con fenotipo TTD cioè senza lesioni cutanee. Tenete sempre presente che

se però fate i test in vitro la riparazione è difettiva perché se no non sarebbe un gene XP. Sono

stati trovati poi anche pazienti con fenotipo patologico a metà strada fra Cockayne e XP.

L’attività trascrizionale di TFIIH è relativamente tollerante rispetto a cambiamenti della

proteina XPD. Ciò vuol dire che anche XPD come XPB entra a fare parte del complesso TFIIH

ma gioca un ruolo meno essenziale di XPB. Le mutazioni sono in gran parte puntiformi,

determinano la sostituzione amminoacidica, quindi anche qua non troviamo scomparsa

completa dell’attività dei alleli e l’eterogeneità del quadro clinico dei pazienti assegnato al

gruppo XPD potrebbe essere da ricollegare al punto di mutazione del gene. Addirittura, non

solo le differenze fenotipiche all’interno degli XP ma il fatto che uno mostri l’XP, piuttosto che

la TTD, piuttosto che la Cockayne, piuttosto che una combinazione delle 2, sembra legato non

a domini funzionali della proteina ma a punti precisi.

Schema di XPD

Questo schema ci dice che alterazioni nella proteina XPD, conseguente alle mutazioni trovate,

possono dare XP, TTD o una cosa a metà strada tra XP e Cockayne Syndrome. Io potrei

pensare che se muto un certo dominio funzionale della stessa proteina potrei avere la TTD se

muto un altro dominio funzionale della stessa proteina magari ho fenotipo XP ma non è così:

le mutazioni sono vicinissime e quello che ne deriva è che noi non possiamo correlare il

genotipo con il fenotipo in termini di localizzazione delle mutazioni e nemmeno in termini di

natura delle mutazioni perché anche li c’è un pò di tutto. Mutazioni davvero molto vicine

possono dare un fenotipo clinico in una posizione e pochi amminoacidi dopo un altro fenotipo

clinico e quindi il sito di mutazione e non il dominio funzionale della proteina, è associato al

fenotipo clinico. Qui uno potrebbe dire allora questa relazione genotipo-fenotipo che tanto

cerchiamo alla fine davvero non possiamo capirla. Qualcuno addirittura sostiene che forse

dovremmo non più ragionare in termini di patologie diverse e non più in termini di categorie

ma in termini di uno spettro enorme dal punto di vista fenotipico che va dalle poche lesioni

cutanee a malformazioni, deficit fisico, ritardi mentali ecc. in una specie di continuità; cioè a

seconda del gene che muta, come muta e precisamente dove muta, posso avere un fenotipo

piuttosto che un altro; come se si trattasse di un'unica immensa malattia con uno spettro

fenotipico sterminato e una categoria unica di geni, ciò che li rende comuni è che sono tutti

coinvolti nel NER ma nulla di più di questo perché poi alcuni sono coinvolti nel NER ma anche

in altri sistemi comparativi, altri nel NER e nella trascrizione e allora li il fenotipo si può

complicare molto così come le correlazioni genotipo-fenotipo, perché se io interferisco con la

trascrizione, con la trascrizione di quali geni interferisco? Non posso andare a interferire

sulla trascrizione di tutti i geni perché altrimenti questo sarebbe incompatibile con la vita per

cui diventa importante capire quali sono i geni la cui trascrizione è compromessa in

conseguenza della mutazione di un determinato gene in un determinato punto. XPD ci fa fare

tutte queste riflessioni.

XPF

E’ un nucleasi con un’attività specifica per l’escisione al 5’ della lesione, servono tagli sul

filamento danneggiato, una al ’ ed una al 5’. Il gruppo XPF comprende soprattutto casi

giapponesi, i pazienti presentano alterazioni cutanee di lieve entità, bassa incidenza di tumori,

assenza di anomalie neurologiche, modesta ipersensibilità cellulare agli effetti letali della luce

UV, parziale incapacità di rimuovere i dimeri di pirimidina e drastica riduzione nei livelli di

(??? Vedere slide) quindi tutto sommato difetto sempre evidente in vitro ma un fenotipo più

mild di altre situazioni. Nei casi giapponesi siamo sempre nel caso dell’effetto fondatore ,

sono state identificate prevalentemente mutazioni missenso mentre nei casi europei è

frequente questa transizione che determina una sostituzione amminoacidica per cui i

pazienti XP attribuibili ad XPF negli europei sono soprattutto portatori di questa mutazione

missenso. Qui abbiamo dispersione di mutazioni però vediamo una certa clusterizzazione,

non posso parlare di hot spot di mutazione perché l’hot spot in genere si riferisce ad uno o

pochi punti precisi, però vedo una clusterizzazione con mutazioni che si concentrano in una

certa parte del gene.

XPG