Genetica umana

Genetica dei gruppi sanguigni e della sindrome di Nail-Patella

Generazione II, individuo 1 = malato di gruppo B0, cioè I/i; generazione II, individuo 2 = sano di gruppo 00, cioè i/i; ecc...). In questo modo si è potuto osservare che tutti i soggetti di gruppo B0 erano anche malati. Questo ha fatto supporre che il gene responsabile della determinazione dei gruppi sanguigni fosse associato a quello responsabile della sindrome di Nail-Patella. Per verificare geneticamente questa ipotesi è stato realizzato l'incrocio tra i soggetti II1 e II2, presumendo che il gene responsabile della sindrome fosse associato a quello responsabile del sistema AB0. Il soggetto II1 è malato e di gruppo B ed ha quindi genotipo NPS1/+ (o A/a) e B/0 (o BI /i), cioè il soggetto è eterozigote per entrambi i geni (infatti la sindrome di Nail-Patella è una malattia autosomica dominante, per cui l'allele mutato è dominante su quello non mutato). Il soggetto II2, invece, è sano e di gruppo 0, per...

cui ha genotipo+/+ (o a/a) e 0/0 (o i/i), cioè il soggetto è omozigote per entrambi i geni ed esprime gli alleli recessivi. A partire da questi 2 individui ricaviamo i gameti che essi producono, sapendo che i 2 geni sono localizzati sullo stesso cromosoma. Per l’individuo II1 si possono ottenere 4 tipi di gameti: NPS1 e B; + e 0; NPS1 e 0; + e B (gli ultimi 2 tipi gameti si ottengono in caso di crossing over tra i 2 cromosomi omologhi). Per l’individuo II2, invece, si può ottenere solo un tipo di gamete, ovvero +/0 (in questo caso anche se avviene il crossing over tra i 2 cromosomi omologhi i gameti che si ottengono sono sempre dello stesso tipo). Partendo dai possibili gameti dei 2 individui si va a costruire il quadrato di Punnet per ricavare le possibili combinazioni che potremo avere nella generazione III. Il risultato è: individuo malato di gruppo B (NPS1/+ e B/0); individuo sano di gruppo 0 (+/+ e 0/0); individuo malato di gruppo 0 (NPS1/+ e 0/0);

individuo sano di gruppo B (+/+ e B/0). Le prime due combinazioni sono parentali (P), cioè uguali a quelle presenti nei genitori, mentre le ultime 2 combinazioni sono ricombinanti (r), poiché derivano dalla ricombinazione. In questo caso nella generazione III sono state rilevate 7 combinazioni parentali e 3 combinazioni ricombinanti, escludendo gli estranei alla famiglia: III1=P; III3 = r; III4=P; III6 = r; III7 = P; III8 = P; III9 = P; III10 = P; III11=P; III12=r. Quando, come in questo caso, il numero delle combinazioni parentali supera quello delle combinazioni ricombinanti, vuol dire che i 2 geni considerati sono associati. Se invece otteniamo un numero di combinazioni ricombinanti superiore al numero di combinazioni parentali vuol dire che abbiamo sbagliato qualcosa nell'incrocio, perché questa situazione non può verificarsi in genetica. Quindi mediante l'incrocio genetico è stato possibile dimostrare geneticamente che il gene per la sindrome.utilizzare anche la progenie delle generazioni precedenti per ottenere una stima più accurata della distanza di mappa. Per determinare la distanza di mappa tra i geni, si utilizza il metodo della mappa genetica. Questo metodo si basa sulla frequenza di ricombinazione tra i geni durante la formazione dei gameti. La ricombinazione avviene durante la fase di crossing-over tra i cromosomi omologhi durante la meiosi. La frequenza di ricombinazione tra due geni è proporzionale alla distanza fisica tra di essi sul cromosoma. Ad esempio, se due geni sono molto vicini l'uno all'altro, la frequenza di ricombinazione sarà bassa, mentre se sono distanti, la frequenza di ricombinazione sarà alta. La distanza di mappa viene espressa in centimorgan (cM) o unità di mappa (UM). Un centimorgan corrisponde a una frequenza di ricombinazione del 1%. Quindi, se due geni hanno una frequenza di ricombinazione del 10%, la distanza di mappa tra di essi sarà di 10 cM. Per determinare la distanza di mappa tra i geni, si utilizzano dati sperimentali ottenuti da incroci tra individui con diversi genotipi. Questi dati vengono poi analizzati utilizzando metodi statistici per calcolare la frequenza di ricombinazione e quindi la distanza di mappa. In conclusione, la distanza di mappa tra due geni associati può essere determinata utilizzando il metodo della mappa genetica, basato sulla frequenza di ricombinazione durante la formazione dei gameti. Questa distanza viene espressa in centimorgan o unità di mappa e può essere calcolata utilizzando dati sperimentali ottenuti da incroci tra individui con diversi genotipi.

prendere in considerazione quella dellagenerazione IV, partendo dai 2 incroci nella generazione III che creano la progeniedella generazione IV. Il primo incrocio si ha tra III1 e III2 che presentano lo stesso genotipo dei genitori della generazione II di cui abbiamo analizzato l'incrocio. In questo caso dall'incrocio di III1 e III2 si ottiene un figlio sano e di gruppo B (+/+ e B/0), che quindi, utilizzando lo schema precedente, può essere definito un 118 ricombinante. L'altro incrocio si ha tra III4 e III5. III4 è il padre malato di gruppo B (NPS1/+ e B/0), mentre III5 è la madre sana di gruppo A, o AA o A0, cioè il genotipo della madre di gruppo A non è stato tipizzato (+/+ e A/A o +/+ e A/0). Da questo incrocio si ottengono 2 figli entrambi sani e di gruppo A0 (+/+ e A/0), poiché hanno ricevuto gli alleli + e 0 dal padre e gli alleli + e A dalla madre. Poiché questi individui possiedono lo stesso genotipo della madre sono

della sindrome di Nail-Patella si trova quindi nel locus 9p3.4, vicino al gene per il sistema AB0.

è stato successivamente isolato e si è visto che codifica per un fattore di trascrizione e, ovviamente, quando risulta alterato, causa la sindrome di Nail-Patella.

Per eseguire queste analisi che hanno l’obiettivo di identificare la localizzazione di un gene è necessaria la presenza di 2 elementi: soggetti che mettono in atto meiosi informative e marcatore. I soggetti che mettono in atto meiosi informative sono quelli il cui genotipo ci permette di stabilire se i gameti che essi producono sono ricombinanti o parentali, quindi di stabilire se durante la meiosi è avvenuto o meno il fenomeno del crossing over.

Nel caso analizzato l’individuo che possiede meiosi informativa è quello con genotipo NPS1/+ e B/0, mentre quello con genotipo +/+ e 0/0 non possiede meiosi informativa, poiché anche se durante la meiosi avviene il fenomeno del crossing over, i gameti prodotti sono sempre uguali e non è possibile distinguere i ricombinanti dai parentali.

L'altro elemento che deve essere presente è il marcatore. Il marcatore è un carattere che deve avere una localizzazione nota al livello del genoma, deve essere ereditato e deve essere polimorfo. I polimorfismi sono delle possibili alterazioni di uno stesso carattere che però non alterano il fenotipo, cioè non provocano malattia. Questo vuol dire che il carattere deve essere variabile nella popolazione senza alterazione del fenotipo risultante. Nel caso 119 analizzato il marcatore è il sistema AB0 poiché possiede tutte le caratteristiche necessarie. Nello specifico il sistema AB0 è un marcatore proteico, poiché codifica per una glicosiltransferasi. I marcatori proteici esistenti, però, sono pochi e negli studi di associazione attualmente sono più utilizzati i marcatori molecolari, ovvero molecole di DNA. Tra questi abbiamo: RFLP (polimorfismi nella lunghezza dei frammenti di DNA ottenuti in seguito al taglio con enzimi di restrizione),

SNPs (variazioni in un singolo nucelotide) e microsatelliti. I microsatelliti sono delle sequenze di poche paia di basi (da 1 a 6 pb, ma di solito 3 pb) che si ripetono un certo numero di volte (da 10 a 50 volte) nel genoma, in tandem, cioè una dietro l'altra. Ad esempio nell'immagine c'è il microsatellite CATT (4pb) che si ripete nel genoma 9 volte. Si tratta quindi di sequenze molto diffuse nel genoma, le cui posizioni sono note e ciò che varia da individuo ad individuo è il numero di ripetizioni. Tuttavia la variazione del numero di ripetizioni non determina una alterazione fenotipica e questo vuol dire che si tratta di un polimorfismo. Per rilevare il numero di ripetizioni di un microsatellite nell'individuo la procedura consiste nel: estrarre il DNA genomico dell'individuo; effettuare una PCR utilizzando primer specifici per il microsatellite (poiché ogni microsatellite possiede sequenze specifiche al 5' e al 3'),

Cioè a monte e a valle della ripetizione); fare correre il prodotto di amplificazione su gel di agarosio utilizzando un marcatore di PM; al termine della corsa identificare le dimensioni del frammento amplificato e dedurre in questo modo il numero delle ripetizioni del microsatellite. Cioè se ad esempio partiamo da un microsatellite di 4pb (es. CATT) e sul gel otteniamo un frammento amplificato di 400 pb, vuol dire che il microsatellite si ripete nel genoma 100 volte (400/100 = 4). I microsatelliti, essendo dei marcatori, possono essere utilizzati per l'analisi di linkage, riportando per ciascun individuo della famiglia nell'albero genealogico il numero di ripetizioni del microsatellite che esso possiede.

Per identificare il gene responsabile della Còrea di Huntington come marcatori sono stati utilizzati gli RFLP (polimorfismi della lunghezza dei frammenti di restrizione). La Còrea di Huntington è una malattia neurodegenerativa abbastanza rara (5-10

ogni 100.000 individui) ad insorgenza tardiva e presenta trasmissione autosomica dominante. I sintomi della malattia sono: disfunzione motoria, declino delle capacità cognitive, disturbi psichiatrici, esito nefastro entro i 15-20 giorni dall'insorgenza dei primi sintomi, presenza di aggregati citoplasmatici nei neuroni del telencefalo (un distretto del SNC). Per identificare il gene responsabile della Còrea di Huntington sono state coinvolte 2 famiglie, una americana ed una del Venezuela, nelle quali alcuni individui presentavano la malattia (si trattava di famiglie più numerose di quelle attuali e quindi le analisi genetiche erano più attendibili). Per questa indagine si è pensato di utilizzare una sonda che fosse in grado di riconoscere uno specifico RFLP, cioè un frammento di DNA polimorfo per specifici siti di restrizione associato al gene responsabile della malattia. Sappiamo che la Còrea di Huntington è una malattia.autosomica dominante, per cui escludendo il