Malattie genetiche

Malattie genetiche

Malattie genetiche: condizioni morbose che hanno come causa predominante, o come concausa necessaria, una modificazione del patrimonio genetico. Lo stato di salute può essere considerato come un indicatore del risultato dell’interazione dei geni di ciascun essere vivente con l’ambiente e condizioni genetiche sfavorevoli provocano manifestazioni fenotipiche che sono definite patologiche (disvitali) quando fanno superare i limiti di tollerabilità all’ambiente. In generale queste malattie possono essere molto variabili: da asintomatiche a molto gravi. Possono manifestarsi sul piano clinico in tutte le fasi della vita:

• Alla nascita (es. anomalie cromosomiche, malformazioni congenite, alterazioni scheletriche gravi): condizioni manifeste alla nascita sono delle anomalie (es. sindrome di Down).
• Nell'infanzia o nell’adolescenza (es. fibrosi cistica, talassemie, malattie lisosomiali, ritardo mentale, distrofia muscolare di Duchenne).
• Nella vita adulta (es. tumori ereditari, malattie neuromuscolari degenerative ecc.): malattie genetiche a comparsa tardiva.

Tipi di malattie genetiche

Le malattie monofattoriali o genetiche presentano alterazioni geniche (una unità di trascrizione). Le malattie per anomalie del cariotipo (anomalie del cariotipo in utero non portano alla nascita, ma si ha un aborto spontaneo) possono essere:

• Cromosomiche (alterazioni cromosomiche evidenziabili microscopicamente, cambio dell’assetto cromosomico).
• Genomiche (variazioni nel numero di cromosomi).

Le malattie multifattoriali presentano variazioni di più geni, determinando eredità poligenica ed effetti ambientali.

Mutazioni

Malattie monogeniche: dovute a mutazioni relative a un singolo gene; si sviluppano invece delle aberrazioni o anomalie genetiche se i geni sono normali ma vengono a determinarsi problemi su diversi cromosomi.

Mutazioni: modificazioni permanenti della normale sequenza del DNA (wild type) con cambiamento ereditabile del messaggio (neutre, vantaggiose o svantaggiose); si hanno 20-25000 geni codificanti, meno dello 0,5% del DNA non è condiviso: 15 x 10 paia di basi. Si ha una selezione positiva in quanto si raggiunge una maggiore adattabilità all’ambiente; il problema insorge se si sviluppa una minore adattabilità all’ambiente. Alcuni geni vanno più facilmente incontro a mutazioni e altri meno.

Polimorfismi

Polimorfismi: varianti normali della sequenza del DNA privi di effetti fenotipici; se la mutazione influenza la funzione o la quantità del prodotto genico si può avere un effetto fenotipico, non sempre correlabile con il genotipo.

Forme più comuni di variazione del DNA:

• Polimorfismi a singolo nucleotide (SNP): allele polimorfico presente > 1% della popolazione; 90% di tutte le variazioni genetiche umane, 2/3 con una variazione tra C e T; < 1% in regioni codificanti; 66 x 10 con ampie variazioni in popolazioni differenti. In una sequenza codificante (detto Synonymous segenera in tutte le sue forme lo stesso peptide), mentre in una regione intronica o intergenica (sequenze negative sullo splicing o sul legame dei fattori di trascrizione). Potrebbero essere importanti come marcatori di malattie multigeniche complesse (diabete tipo 2, dovuto a una predisposizione, non a una variazione) o nelle intolleranze.
• Variazioni nel numero di copie (CNV), da 1000 fino a milioni di paia di basi, con riarrangiamenti (loci biallelici, duplicati o deleti) a volte complessi, anche multipli, contribuiscono alla diversità fenotipica. Il 50% interessa sequenze codificanti, in geni coinvolti nel sistema immunitario e nervoso, o possono essere interessati geni contigui. Possono essere ereditate o nuove mutazioni causate da riarrangiamenti strutturali del genoma (delezioni, duplicazioni, inversioni, traslocazioni). Migliorerebbero l’adattamento a fattori ambientali e potrebbero influenzare la suscettibilità alle malattie (neoplasie).

Mutazioni puntiformi

Mutazioni puntiformi per sostituzione:

• Transizioni: scambi A con G o C con T.
• Transversioni: scambi A con C, A con T, T con G, C con G.

Inserzioni, addizioni, delezioni di uno o pochi nucleotidi:

• Interessamento di una tripletta o multipli con allungamento o accorciamento di uno o più aminoacidi senza sfasamento di lettura.
• Inserzione o delezione di un numero diverso da 3 (mutazione frame-shift): slittamento del modulo di lettura e successivo stop o allungamento con sfasamento e traduzione di sequenze non normali.

Mutazioni per amplificazione: ripetizione di una sequenza di triplette nucleotidiche

• Sostituzione con lo stesso aminoacido (mutazione silente) e quindi assenza di errore.
• Sostituzione con un aminoacido diverso (mutazione missense) che crea una proteina anomala.
• Sostituzione con un codone di stop (mutazione non-sense) che determina una sintesi incompleta.
• Mutazioni nei siti di splicing e successivi RNAm anomali poi degradati.

Riparazione del DNA

Riparazione del DNA: escissione e risintesi di una base o nucleotidi per mezzo di:

• Endonucleasi (rottura legame P-diestereo).
• Esonucleasi (distacco nucleotidi).
• Elicasi (separazione filamenti DNA stampo).
• DNA polimerasi (risintesi filamento digerito).
• DNA ligasi (riaggancio).

Mismatch Repair (MMR): corregge errori di replicazione e di ricombinazione genetica che determinano la formazione di nucleotidi male appaiati in seguito alla replicazione del DNA.

Diversi tipi di mutazione

• Mutazioni subletali: non consentono il raggiungimento della maturità sessuale.
• Mutazioni disvitali: trasmesse alla discendenza anche se rendono più difficoltosa la riproduzione dell’individuo.
• Mutazioni letali: morte dell’embrione o del feto.

Conseguenze:

• “Loss of function” determina fenotipi recessivi (difetti del metabolismo), eterogeneità allelica.
• “Dominant negative” in proteine monomeriche o multimeriche.
• “Gain of function” causa formazione di fenotipi dominanti.

Per alcuni geni si conoscono mutazioni di entrambi i tipi, che producono fenotipi molto diversi (es. osteogenesi imperfetta).

Eterogeneità allelica

Eterogeneità allelica: beta talassemia, dove si ha un solo gene che determina questa patologia, ma si possono avere diverse modificazioni su questo gene che però danno sempre la stessa causa di questa patologia, cioè una minore sintesi delle catene beta.

Eterogeneità non allelica (di locus): sordità congenita, dove si ha manifestazione clinica determinata ma in diversi individui si avrà interessamento di diversi loci.

Mutazioni diverse possono produrre effetti fenotipici diversi quando alterano in modo diverso la funzionalità della stessa proteina.

Le patologie si possono manifestare con vari gradi di penetranza (capacità di manifestare la malattia) ed espressività.

Imprinting genomico

Imprinting genomico: può essere ascritta al gene paterno o materno espresso (70 geni); per variazioni dello stato di metilazione durante lo sviluppo embrionale.

Anomalie strutturali dei cromosomi

Tipi di anomalie strutturali

Anomalie strutturali dei cromosomi:

1. Traslocazione: trasferimento di un segmento di DNA in una nuova sede (per azione di un mutageno o alla meiosi per scambio di cromatidi).
• Semplice
• Intercalare: portatore bilanciato sano causa una discendenza non bilanciata con duplicazione o delezione.
• Reciproca: fra 2 cromosomi non omologhi, all’estremità distale.
• Bilanciata: non cambia il fenotipo ma si hanno conseguenze nella progenie (patrimonio genetico sbilanciato); individui normali presentano così dei gameti anormali, quindi si avrà una discendenza non bilanciata con duplicazione o delezione, causando aborti, malformazioni.
• Robertsoniana (fusione centrica): avviene fra punti di rottura vicini al centromero sui bracci di cromosomi acrocentrici, cioè un cromosoma grande e uno piccolo (perduto); si hanno individui normali (1:1000), discendenza normale, sbilanciata o trisomica. La più frequente (75%) è rob13q14q; si forma in genere durante la meiosi femminile e comporta infertilità maschile o abortività ripetuta.
2. Delezione: perdita terminale (1 rottura) o interstiziale (2 rotture) di parte del materiale originario; si può originare per la presenza di una traslocazione nei genitori o per perdita di DNA al crossing–over. Presenza di cromosomi ad anello per rottura dei telomeri: fusione della porzione con il centromero (il materiale genetico che non è legato al centromero, per rottura, viene degradato e si ha così questa perdita terminale). Le delezioni autosomiche sono rare (cri du chat, malformazioni); correlata all’insorgenza di tumori (retinoblastoma).
3. Rottura trasversale del centromero: di cromosomi appaiati o rottura e fusione di un isocromatide formando isocromosomi con bracci identici. Comuni per i bracci lunghi di X, rare negli autosomi.
4. Duplicazione: copia soprannumeraria di una sequenza di DNA da crossing-over disuguale o da riarrangiamenti cromosomici (più comuni e meno gravi delle delezioni); si hanno duplicazioni parziali nei cromosomi A, B, C, D, G (malformazioni, ritardi mentali, sindromi neurologiche).
5. Inversione: avviene per crossing-over ineguale o probabile interazione fra due anse:
   • Pericentrica (2 bracci): rotture ai due lati del centromero → cromosoma con accoppiamento irregolare alla meiosi (formazione di gameti non vitali).
   • Paracentrica (1 braccio): interferenza con l’appaiamento degli omologhi al crossing-over → anse.

Malattie cromosomiche

Principio di Lyon

Principio di Lyon: il corpo di Barr si forma durante l’embriogenesi (16° giorno) con inattivazione dello stesso cromosoma in tutte le cellule derivanti. Le femmine presentano mosaici con due popolazioni cellulari. L’inattivazione è mediata da un gene detto XIST (spento nel cromosoma attivo) che produce un RNA non codificante che inizia un processo di silenziamento mediante modificazione della cromatina e metilazione del DNA. Alcuni geni di X sfuggono all’inattivazione e sono importanti per una crescita e sviluppo normali.

Anomalie del cariotipo

Anomalie del cariotipo: cariotipo euploide (normale):

• Nel 7,5% dei concepimenti (incompatibilità).
• Nel 50 % degli aborti spontanei iniziali (dovuti a anomali cariotipiche diffuse).
• Nel 5% dei nati morti.

• Mosaicismo: linee cellulari derivate dallo stesso zigote con 2 o più cariotipi.
• Chimerismo: linee cellulari derivate da zigoti diversi.

Le cause genetiche sono la predisposizione familiare, mentre le cause ambientali: radiazioni, infezioni virali. Azione sulla linea germinale materna (blocco alla profase meiotica: più elevata probabilità di errori genetici).

Anomalie strutturali e numeriche

Anomalie strutturali: 2-4 x 10 paia di basi, per rotture con perdita o riarrangiamento del materiale genetico. Anomalie numeriche per errori nella gametogenesi o nelle prime fasi di sviluppo. I cromosomi possono essere grandi o piccoli e vengono divisi a seconda del rapporto tra i due bracci; esempio di cariotipo: 46, XY, t (9; 22) (q34; q11) 46 = numero dei cromosomi; XY = maschio; t (9; 22) = traslocazione tra il cromosoma 9 e il 22; q = braccio lungo (p = braccio corto da “petit”).

Anomalie numeriche dei cromosomi

Anomalie numeriche dei cromosomi: nel cariotipo poliploide, il numero di cromosomi è un multiplo di n (incompatibile con la vita):

1. Triploidia (3n): mancanza di una divisione meiotica (1 gamete diploide + 1 aploide):
   • Diginia: oocita diploide (per mancanza di una divisione meiotica) fecondato da uno spermatozoo aploide.
   • Diandria: oocita aploide fecondato da uno spermatozoo diploide.
   • Dispermia: fertilizzazione di un uovo da parte di due spermi.
2. Tetraploidia (4n): endo-reduplicazione (mancata formazione fuso e separazione cromatide).