Malattie genetiche

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

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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: 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;

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6 x 10 con ampie variazioni in popolazioni differenti. In una sequenza codificante (detto

Synonymoussegenera 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 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 splicinge successivi RNAm anomali poi degradati.

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 offunction” 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: 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: 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:

1)Traslocazione: trasferimento di un segmento di DNA in una nuova sede (per azione di un

mutageno o alla meiosi per scambio di cromatidi). Può essere:

- 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 rob

13q14q; 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: 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: 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). 6

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: 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 cromatidi alla

prima divisione meiotica):

 Endomitosi (mancata rottura della membrana nucleare);

Metareduplicazione (mancato funzionamento del fuso).

Nel cariotipo aneuploide il numero di cromosomi è diverso da2n (multiplo imperfetto di 23):

Polisomia (trisomia, tetrasomia): più di due cromosomi omologhi (gamete n + x o n + 1);

 Monosomia: presenza di un solo cromosoma di una coppia (gamete n - 1).

Parziale: un cromosoma ha in duplice copia solo una sua porzione:

 Non disgiunzione cromosomica alla I o II divisione meiotica;

 Ritardo in anafase.

ANEUPLOIDIE DEGLI AUTOSOMI: TRISOMIE AUTOSOMICHE: nel 50% dei casi si tratta di

aborto spontaneo da anomalia citogenetica (le proteine sono espresse più o meno volte); patologie

in associazione con l’età materna, in genere per non disgiunzione meiotica. Insorge la morte nei