Patologie congenite Ereditarie: trasmesse dai genitori ai figli Non ereditarie: non trasmesse dai genitori - UniCa

Patologie congenite

Ereditarie: trasmesse dai genitori ai figli

Non ereditarie: non trasmesse dai genitori

Malattie ereditarie: alterazioni genetiche trasmesse dai genitori

Malattie congenite non ereditarie: il risultato dell’effetto di fattori
patogeni di natura fisica, chimica o biologica che, agendo durante
la vita intrauterina, inducono alterazioni organiche come deviazioni
dalle normali modalità di differenziazione e sviluppo dell’embrione

Embriopatie – alterazioni dello sviluppo dell’embrione (2°-12°
settimana)
Fetopatie - alterazioni dello sviluppo dell’embrione (dopo la 12°
settimana)

Genetica: Studio di uno o pochi geni che e dei loro effetti sul fenotipo

Genomica: studio di tutti i geni presenti nel genoma e delle loro interazioni

Ciò che differenza un individuo da un altro è codificato da meno dello 0.5% del DNA
(15 milioni di paia di basi)

Polimorfismi a singolo nucleotide (SNP): variazioni localizzate a livello di un singolo
nucleotide, presenti in meno dell’1% delle regioni ampia variabilità a seconda della
popolazione esaminata. Queste variazioni potrebbero alterare il prodotto genico e
modificare un carattere fenotipico o l’insorgenza di una malattia.

Variazione del numero di copie (CNV): copie di sequenze estese oltre a 1000 bp.
Circa il 50% dei CNV interessa sequenze codificanti per un gene.

Epigenetica: Cambiamenti ereditabili nell’espressione genica non dovuti a mutazioni
nucleotidiche. E coinvolta nella espressione genica specifica per i tessuti e
nell’imprinting genomico

Proteomica: studio di tutte le proteine presenti nelle cellule o nei tessuti

microRNA: piccole molecole di RNA che non codificano le proteine ma inibiscono
l’espressione genica

Mutazioni: alterazioni del materiale genetico

Consistono in modificazioni di tipo quantitativo o qualitativo della
normale sequenza delle basi nel DNA, che alterano la normalità
dell’informazione in esso presente, con conseguente comparsa, nelle
proteine codificate, di cambiamenti rispettivamente quantitativi (sintesi
in eccesso, in difetto, mancata) o qualitativi (alterazioni strutturali).

Una proteina mutata, a seconda del danno strutturale subito, che
riflette la zona coinvolta dalla mutazione nel suo gene codificante,
modifica in varia maniera la sua funzione, nel senso che può perderla
(mutazioni inattivanti) o anche incrementarla.

Le mutazioni possono interessare sia le regioni codificanti che le
regioni regolatorie del DNA.

Mutazione: cambiamento stabile del DNA
Mutazioni delle cellule germinali: sono trasmesse alla
progenie e possono essere responsabili di una malattia
ereditaria.
Mutazioni delle cellule somatiche: non possono causare
malattie ereditarie, possono essere importanti nell’insorgenza
del cancro e di alcune malformazioni congenite.
Mutazioni geniche: delezioni parziali o complete di un gene
oppure di una singola base
Mutazioni cromosomiche: riarrangiamento del materiale
genetico con variazione strutturale visibile dei cromosomi
Mutazioni genomiche: perdita o acquisizione di un intero
cromosoma (monosomie, trisomie)

MUTAZIONI NELLE CELLULE GERMINATIVE
               (spermatozoi, cellule uovo)

Trasmissione ereditaria della mutazione
• mutaz. “disvitale”: sindromi ulteriormente ereditabili
• mutaz. “sub-letale”: morte in età pre-pubere (= autoeliminazione)
• mutaz. “letale”: morte del feto

• spontanee (ca. 1 ogni 100.000 gameti)
• indotte da agenti mutageni (ag. chimici, virus, radiazioni)

Malattie mendeliane
Sono il risultato di mutazioni in singoli geni ma ad ampio effetto.

Ogni individuo è portatore di mutazioni geniche (da 5 a 8), ma molto
spesso il fenotipo non viene apparentemente condizionato

Co-dominanza: entrambi gli alleli di una copia di geni partecipano al
fenotipo (complesso maggiore di istocompatibilià e gruppi sanguigni)

Pleiotropia: un gene mutato può produrre diversi effetti (anemia
falciforme)

La trasmissione di malattie monogeniche segue le leggi di Mendel

Le leggi di Mendel sono applicabili alla trasmissione dei geni patologici
umani anche se in patologia umana la variabilità di espressione di molti
di questi e le possibili interazioni tra genotipo e ambiente rendono talora
difficile stabilire i meccanismi di segregazione

Mutazioni puntiformi all’interno di sequenze codificanti: può
modificare il codice di lettura di una tripletta di basi e portare alla
sostituzione, nel prodotto genico, di un aminoacido (mutazioni di
senso).
Anemia falciforme
Mutazione che interessa la catena beta della globina e che
causa la falcemia. La tripletta CTC che codifica per l’acido
glutamico nella posizione 6 della catena beta è mutata in CAC
che codifica per la valina.

Talassemia beta 0
Una mutazione del codone per la glutamina (CAG) che
sostituisca la C con una U crea un codone di stop (UAG).
Questa sostituzione porta ad un’ interruzione nella traduzione
del gene per la catena Beta; il peptide accorciato che è
sintetizzato è rapidamente degradato. Gli individui portatori
della mutazione mancano delle catene beta e sviluppano una
grave forma di anemia

Mutazioni all’interno di sequenze non codificanti
Le mutazioni che non coinvolgono esoni possono avere degli
effetti dannosi. E’ noto che la trascrizione del DNA inizia ed è
regolata da sequenze che si trovano a monte o a valle del gene e
che sono definite sequenze promotrici ed intensificatrici (prometer
ed enhancer). Le mutazioni o le delezioni di queste sequenze
regolatrici possono interferire con il legame dei fattori di
trascrizione e portare ad una

                      Mutazioni frame shift

Piccole inserzioni o delezioni all’interno di sequenze codificanti
hanno come risultato quello di alterare il modulo di lettura del
filamento (mutazioni frameshift)

Mutazioni delle triplette ripetute

Mutazioni caratterizzate da triplette ripetute, quasi sempre
costituite da nucleotidi di guanina e citosina (sindrome della
X fragile)

Mutazioni degli introni e nelle giunzioni di splicing portano ad
alterazione della maturazione dell’RA e quindi della proteina

Eredità di tipo autosomico dominante
 Un gene patologico si dice dominante quando determina la malattia
                     anche allo stato eterozigote

Le caratteristiche generali possono essere così riassunte
1) La malattia si manifesta sia allo stato omozigote che eterozigote
2) Maschi e femmine sono colpiti in ugual misura.
3) Il carattere viene trasmesso al 50% della progenie indipendentemente dal
   sesso

La variabilità degli effetti di geni dominanti è condizionata dalla
   penetranza e dalla espressività

Penetranza : frequenza con la quale un gene dominante produce un
   effetto fenotipico comunque evidenziabile.

Espressività: entità dell’effetto fenotipico.
Codominanza: entrambi gli alleli si esprimono nel fenotipo (ABO e HLA), (in
  patologia genetica: anemia falciforme)

Le malattie autosomiche dominanti si manifestano in condizione di
eterozigosi, per cui è sufficiente che uno dei genitori ne sia affetto
Alcune volte la patologia dominante si manifesta in pazienti i cui
genitori sono sani: in questo caso ci troviamo davanti ad una nuova
mutazione. La possibilità che la nuova malattia venga trasmessa
dipende dalla capacità riproduttiva del soggetto.
Molte nuove mutazioni sembrano essere piu frequenti in soggetti con
padri anziani.
La maggior parte delle malattie autosomiche ereditarie sono causate
da mutazioni gravi che possono coinvolgere:
• La regolazione di vie metaboliche complesse soggette a retroregolazione, quindi
  soggette a inibizione a feedback (mancanza dei recettori per le LDL)
• A carico di proteine strutturali, quali collagene ed elementi della membrana dei
  globuli rossi. Evidenti soprattuttto in quei geni che codificano per una proteina
  multimerica, per cui il prodotto dell’allele mutato interferisce con l’assemblaggio della
  proteina multimerica. Esempio significativo è l’alterazione a carico di una delle tre
  catene che costituisocno il collagene che impedisce la formazione della molecola di
  collagene.
• Meno comuni sono le mutazioni che determinano un “Guadagno di funzione” quale
  la malattia di Huntington

Sindrome di Marfan
Collagenopatia ereditaria a carico della proteina extracellulare
                          fibrillina 1
Le manifestazioni cliniche sono molto variabili e la patologia è stata
descritta in uomini illustri: Akenaton, Abram Lincoln, Charles de Gaulle,
Nicolò Paganini, ecc.

La fibrillina è la maggior componente delle microfibrille che si trovano
nell’ECM. Su queste fibrille si deposita la tropoelastina per formare le fibre
elastiche e viene conservato il TGFβ

La fibrillina 1 e la 2 sono codificate dai geni FBN1 e FBN2.
Le mutazioni causa della sindrome sono quasi sempre a carico dell’ FBN2.
Alterazione dell’FBN2 sono state descritte nella aracnodattilia contratturale
congenita.

La perdita delle microfibrille pare induca una attivazione continua e
anomala del TGFβ determina effetti negativi sulla muscolatura vasale e
sulla matrice extracellulare

Sintomi a carico delle valvole mitralica (valvola molle) e soprattutto
quelle aortiche. Possono essere presenti alterazioni scheletriche,
oculari e cardiovascolari.

La maggior parte dei decessi è causata da rottura di aneurisma e da
insufficienza cardiaca.

L’espressività variabile dell’FBN1 mutato potrebbe giustificare la
variabilità delle manifestazioni cliniche e di conseguenza la gravità
della stessa malattia. SI riconoscono inoltre fino a 600 mutazioni

              Lincoln                     Akenaton

Malattie a trasmissione autosomica dominante

Osteogenesi imperfetta

La patologia è caratterizzata da un danno generalizzato a carico di una
proteina fibrosa: il collagene
Le cause più frequente di O. I. sono rappresentate da mutazioni puntiformi a
carico dei geni del collagene
Si riconoscono quattro tipi di OI (tipo I, II, III e IV)
La patologia è raramente trasmissibile in quanto la mortalità in periodo
perinatale è elevata
Clinica: fragilità ossea con osteoporosi, dentinogenesi imperfetta (10-50% dei
casi, i denti possono essere di colorito bruno- grigiastro), sordità: anomalie
strutturali o fratture della catena degli ossicini, lassità dei legamenti e della
cute, lassità articolare molto variabile e può causare problemi sotto carico
(ginocchia, piedi ).

Sindrome di Ehlers Danlos: iperelasticità della cute e
              iperestensibilità delle articolazioni

Le forme più gravi possono portare a morte per rottura del colon, delle
arterie e dell’utero
Le varie forme sono causate da mutazioni a carico dei geni del collagene
fibrillare o del suo metabolismo. Tra le mutazioni: gene che codifica per la
lisin-idrossilasi o gene che codifica per la collagenasi III

Epidermolisi bollosa (bambini a farfalla): sono conosciute sia forme
recessive che forme dominanti (difetti del collagene tipo VII che ancora
l’epidermide al sottostante derma)
Esistono forme mortali fin dai primi mesi, anche i soggetti che sopra
vivono con la sintomatologia dolorosa)

Acondroplasia (nanismo)

eredità            autosomica dominante
frequenza          1 su 26.000
                   difetto di crescita che causa proporzioni
Descrizione        anormali del corpo, arti corti e tronco
                   normale
ricerca            test prenatale
causa e             mutazione nel gene per un recettore del
localizzazione del fattore di crescita per i fibroblasti;
gene               cromosoma 4

Ipercolesterolemia familiare
                   Malattia recettoriale

eredità                 autosomica dominante
frequenza
                        1 su 500
dell’eterozigote
frequenza
                        1 su un milione
dell’omozigote
                       livelli eccessivi di colesterolo nel
Descrizione
                       plasma sanguigno
                       Mutazioni nel gene del recettore per
Causa e localizzazione
                       LDL (LDLR) sul cromosoma 19

Ipercolesterolemia familiare
       Malattia caratterizzata dall’aumento dei livelli plasmatici di
LDL e di colesterolo e da deposizione di colesterolo nella cornea (arco
corneale, nei tendini (xantomi) e nelle arterie (ateromi).
La malattia viene trasmessa come carattere autosomico dominante ed
ha una frequenza elevata (1 su 500 gli eterozigoti, i su 1.000.000 gli
omozigoti)
        Gli eterozigoti hanno valori di ipercolesterolemia di 300-350
mg/dl fin dalla nascita e sviluppano xantomi e aterosclerosi dopo i 30
anni.
        Gli omozigoti hanno valori di colesterolo di 650-1000 mg/dl,
gli xantomi iniziano entro i primi 4 anni e la malattia coronarica può
portare a morte entro la giovane età.
        Il difetto molecolare consiste nell’assenza o diminuzione dei
recettori ad alta affinità per le LDL

Metabolismo delle LDL

Metabolismo intracellulare del colesterolo

Il recettore per le LDL è una
singola proteina con 5
domini funzionali. La
porzione carbossi-terminale
di 50 aminoacidi possiede
un dominio citoplasmatico
ritenuto responsabile della
internalizzazione della
lipoproteina.

Localizzato nel cromosoma 19
sono state identificate 620
mutazioni suddivise in 5
gruppi

Ipercolesterolemia familiare

Mutazioni        Alterazioni recettoriali
Classe I         Mancata sintesi di recettori
Classe II        Accumulo di recettori mutati nel reticolo
                 endoplasmatico per impossibilità di trasporto nel
                 Golgi

Classe III       Alterazione del dominio recettoriale preposto alla
                 internalizzazione delle LDL

Classe IV        Alterata localizzazione dei recettori sulla
                 superficie cellulare. L’interazione con le LDL è
                 mantenuta ma è impossibile l’ internalizzazione

Classe V         Impossibilità di dissociazione del complesso
                 recettore-LDL dopo l’internalizzazione

Eredità di tipo autosomico recessivo
E’ il tipo di trasmissione più frequente in patologia umana

Determina la patologia solo quando è presente allo stato omozigote

L’eterozigote viene indicato come portatore.

Si definisce portatore sano l’individuo in cui l'alterazione non si
manifesta, ma la possiede nel suo patrimonio genetico e può quindi
trasmetterla ai discendenti. Ciò può accadere perché l’allele
responsabile del difetto genetico è recessivo e quindi se è presente
anche il corrispondente allele dominante viene da questo mascherato.

I caratteri sono i seguenti:

Il malato nasce da genitori eterozigoti fenotipicamente sani

Trasmissione alla prole di una malattia autosomica recessiva

Albinismo (Oculocutaneo)

eredità      autosomica recessiva
frequenza    1 su 17.000 (in USA)
Descrizione assenza di pigmento sulla pelle, capelli e occhi
             test (amniocentesi) non viene eseguito, a meno che
ricerca
             una coppia non abbia già un bimbo albino
Causa e
localizzazio difetto nell’enzima tirosinasi ; cromosoma 11
ne

Beta Talassemia (Anemia di Cooley)

eredità       autosomica recessiva

              circa 100.000 bambini all’anno con gravi forme di
              talassemia. La forma chiamata anemia
frequenza
              mediterranea è frequente in Sardegna, Puglia,
              Ferrarese e Rovigotto (zone ex-malariche)
              un difetto nella catena beta dell’emoglobina causa
Descrizione
              una grave anemia
              dipende dalla gravità; le più gravi richiedono
trattamento
              continue trasfusioni ogni poche settimane

Anemia falciforme

eredità                   autosomica recessiva

                          1 su 375 AfroAmericani (1 su 10
frequenza                 eterozigote). Frequente ell’Africa
                          centro-orientale -zone malariche
                          Globuli rossi a falce che causano
Descrizione
                          trombi con conseguenti infarti e ictus
ricerca delle cellule a   Test prenatale. Il test identifica anche
falce                     gli eterozigoti

ACCUMULO DI
                   PRODOTTI
ACCUMULO DI        INTERMEDI
PRODOTTI DI VIE
METABOLICHE
ALTERNATIVE
                                 PERDITA REGOLAZIONE A
                                 FEED-BACK DI UNA VIA
                                 METABOLICA
 ASSENZA DEL
 PRODOTTO FINALE

Malattie da accumulo lisosomiale
Carenza dei diversi enzimi lisosomiali con conseguente assente o
parziale demolizione di varie macromolecole. L’accumulo intracellulare
peggiora la funzione cellulare e l’accumulo è evidente nei tessuti che
producono maggiormente la macromolecola non digerita.

Il cervello è ricco di gangliosidi, per cui una riduzione della loro
demolizione, come avviene nei pazienti affetti da gangliosidosi, determina
accumulo di questi nei neuroni e conseguente neuropatia

       Le malattie quindi possono insorgere per

• Carenza enzimatica
• Mancanza di una proteina che attiva il substrato
• Carenza di una proteina di trasporto che consente l’uscita del
  materiale digerito dai lisosomi

Sintesi degli enzimi lisosomiali

Errori del metabolismo / Malattie lisosomiali
                          (malattie da accumulo)
Malattia                 Incidenza       Ereditarietà      Enzima carente       Segni e sintomi

Aspartilglicosaminuria    ≈ 100 casi    Autos. recessiva   Aspartilglicosami- Accumulo di glicopeptidi.
                         in Finlandia                           nidasi        Danno tissutale.

Deficit Ceramidasi         27 casi      Autos. recessiva   Ceramidasi acida Accumulo di ceramidi
                                                                                (gangliosidi nei neuroni) con
                                                                                reazioni granulomatose.
                                                                                Neuropatia centrale.
Deficit Lipasi acida      ≈ 70 casi     Autos. recessiva      Lipasi acida      Accumulo di esteri del
(M. di Wolman)                                                                  colesterolo e trigliceridi, con
                                                                                danno epatico, intestinale,
                                                                                surrenale. Iperlipidemia ed
                                                                                aterosclerosi.
Fucosidosi                ≈ 50 casi     Autos. recessiva    a-L-fucosidasi      Accumulo di glicolipidi,
                                                                                glicopeptidi e oligosaccaridi
                                                                                con danno tissutale.

Gangliosidosi GM1        ≈ 130 casi     Autos. recessiva    b-Galattosidasi     Accumulo di gangliosidi.
                                                                 acida          Danni cerebrali ed ossei.

Leucodistrofia           1 / 100.000    Autos. recessiva     Arilsolfatasi A    Acc. di cerebroside solfato.
metacromatica             in Svezia                                             Danno oligodendroglia e cell.
                                                                                Schwann. Demielinizzazioni.

LE MUCOPOLISACCARIDOSI
Malattia               Incidenza        Ereditarietà     Enzima carente       Segni e sintomi

M. di Hurler-Scheie    1 / 100.000    Autos. recessiva   a-L-Ialuronidasi     Calo degradaz. eparan/
vari sottotipi         1 / 500.000                                            dermatansolfato. Accumulo
                                                                              mucopolisaccaridi. Cataratta.
                                                                              Alterazioni ossee ed altre.
M. di Hunter           1 / 150.000    Recess. X-legata      Ialuronato        (come sopra)
                                                             solfatasi
M. di Sanfilippo       ≈ 1 / 24.000   Autos. recessiva    (diversi enzimi)    (come sopra) Neuropatie.
4 sottotipi

M. di Morquio          1 / 100.000    Autos. recessiva   Galattosamina-6- (come sopra) Alterazioni
2 sottotipi                                              solfato solfatasi o scheletriche e cardiovasco-
                                                          b-galattosidasi lari.

M. di Maroteaux-Lamy   1 / 100.000    Autos. recessiva    Arilsolfatasi b     (come sopra)
diversi sottotipi

M. di Sly               ≈ 20 casi     Autos. recessiva    b-Glucuronidasi     (come sopra)

Gangliosidosi GM2
Si conoscono tre malattie da accumulo lisosomiale caratterizzate da
accumulo di gangliosidi GM2. La mutazione coinvolge uno tre polipeptidi
coinvolti nella degradazione e che sono codificati da tre geni distinti.

Malattia di Tay sachs: E’ particolarmente diffusa tra gli ebrei dell’Europa
dell’est (ashkenaziti). La mutazione è a carico della subunità alfa della
esosaminidasi, situata sul cromosoma 15.

Il quadro clinico è dominato dai sintomi a carico del sistema nervoso
centrale e autonomo e della retina, anche se l’accumulo si riscontra anche
a livello cardiaco, nel fegato e nella milza. I neuroni si riempiono di vacuoli
dilatati. Con l’andar del tempo i neuroni degenerati (per accumulo di
proteine malripiegati) vanno in apoptosi vengono distrutti e sostituiti dalla
microglia e di fagociti ricchi di lipidi. I sintomi si evidenziano verso il 6° mese
di vita, lo stao vegetativo si raggiunge nel 1 o 2 anno di vita, la morte
sopraggiunge pochi anni dopo.

Malattia di Niemann e Pick , tipo A e B

Malattie caratterizzate dall’accumulo lisosomiale di sfingomielina per un
deficit ereditario di sfingomielinasi. Il gene è situato nel croosomi11, è
espresso soprattutto dal cromosoma materno mentre quello paterno è
silenziato per fenomeni epigenetici.

Il tipo A è una forma infantile grave con coinvolgimento neurologico, accumuli
viscerali. La morte interviene entro i primi anni di vita.

Nel tipo B è prevale l’organomegalia, è raro il coinvolgimento neurologico e
si sopravvive fino all’età adulta.

                  Malattia di Nieman e Pick, tipo C

L’insorgenza è dovuta alla mutazione di due geni correlati, l’NPC1 e NPC2.
L’NPC è coinvolto nel trasporto lipidico per cui le cellule colpite
accumulano colesterolo e gangliosidi.

Può presentarsi alla nascita come idrope fetale oppure con epatite
neonatale che porta a deterioramento neurologico.

Malattia di Gaucher

E’ la più comune tra le malattie da accumulo lisosomiale ed è dovuta a
mutazioni che colpiscono il gene che codifica per la glucocerebrosidasi.
La cerebrosidasi scinde il residuo glicosidico dalla ceramide.

I glucocerebrosidi vengono prodotti dal catabolismo dei glicolipidi
derivanti principalmente dalle membrane di leucociti e eritrociti invecchiati.

L’accumulo è a carico dei macrofagi che oltrettutto si attivano producendo
grandi quantità id citochine quali IL-1, IL-6 e TNFalfa.

                        Mucopolisaccaridosi
Nelle MPS la carenza enzimatica riguarda enzimi lisosomiali che
degradano i mucopolisaccaridi (glicosaminoglicani).
Gli MPS sono il dermatansolfato, il condroitinsolfato ecc. nella sotanza
fondamentale del connettivo.
Ci sono sette varianti di MPS.

Vie del metabolismo del glicogeno e step enzimatici
        associati alle malattie da accumulo

  Accumulo di glicogeno nel
  fegato e/o nel muscolo a
  seconda della malattia

Glicogenosi
Forme epatiche: il glicogeno epatico è molto importante nella
regolazione della glicemia. La mancanza di enzimi che lo
scindano (glucosio-6-fosfatasi, fosforilasi epatica, enzima
deramificante) sono caratterizzate da epatomegalia e
ipoglicemia

Forme miopatiche: la carenza enzimatica porta a deficit porta a
debolezza muscolare dovuta a carenza di energia. I soggetti
con forme miopatiche presentano crampi muscolari

Malattie da accumulo di glicogeno associate: deficit di maltasi
ecida (alfa-glucosidasi) e mancanza dell’enzima ramificante.
La maltasi acida è un enzima lisosomiale, la sua carenza
(malattia di Pompe) colpisce tutti gli organi anche se la
cardiomegalia è la manifestazione più importante

ERRORI DEL METABOLISMO
DI FENILALANINA E TIROSINA

Alcune malattie autosomiche recessive riguardano il
sistema di trasporto ionico.

La fibrosis cistica consiste nell’alterazione del sistema di
trasporto del cloro nelle ghiandole esocrine, nelle ghiandole
sudoripare, polmoni, e pancreas.

I meccanismi che determinano grave danno soprattutto ai
polmoni e al pancreas non sono del tutto chiariti.

Malattie ereditarie legate al sesso: cromosoma X
                 Considerazioni generali

La quantità di prodotto genico di geni del cromosoma X è uguale
in maschi e femmine, nonostante che i maschi abbiamo una sola
copia del gene e le femmine due (es. attività enzimatica della
Glucosio-6-Fosfato Deidrogenasi).

La compensazione del dosaggio genico è raggiunta attraverso
l’inattivazione di uno cromosoma X nelle cellule somatiche che ne
contengono due

Le aneuploidie dei cromosomi sessuali, a differenza di quelle a
carico degli autosomi, sono compatibili con la vita e, in alcuni
casi, non comportano fenotipi anormali

Malattie ereditarie legate al sesso:
               cromosoma X

• L’ allele recessivo di un gene si manifesta nel fenotipo
  di un individuo di sesso maschile, nelle cui cellule c’è un
  solo cromosoma sessuale X (emizigote).
•    Perciò la frequenza del carattere è diverso nei due
    sessi: la femmina eterozigote non manifesta il carattere
    nel fenotipo, ma lo trasmette (con 50% di probabilità) al
    figlio maschio che lo manifesta nel fenotipo
• Il maschio affetto non trasmette il difetto ai figli ma le
  figlie femmine sono portatrici

L’inattivazione è:
1. casuale (in media il 50% delle cellule inattiva l’X ereditato dal padre e il
   50% quello ereditato dalla madre)
2. mantenuta clonalmente (le cellule figlie mantengono lo stesso pattern
   di inattivazione della cellula madre)

3. precoce durante le prime divisioni mitotiche

Caratteristiche del cromosoma X trascrizionalmente inattivo:
   1. mantiene attive alcune regioni (le due PAR ed altri geni interspersi
     in regioni inattive)

   2. assume un aspetto eterocromatico visibile in interfase (corpo di
     Barr) addossato alla parete interna della membrana nucleare

   3. acquista le caratteristiche del DNA inattivo (metilazione dei residui
     di citosina, ipoacetilazione degli istoni, replicazione del DNA nella
     tarda fase S)

L’inattivazione è un processo multi-step mediato da
sequenze di DNA che si trovano nella regione Xq13 e da
                            loci autosomici

   1) ‘conteggio’ dei cromosomi X presenti nella cellula (anche rispetto
      agli autosomi)
   2) ‘scelta’ del(dei) cromosoma(i) X da inattivare, uno per ogni
      assetto diploide;
   3) inizio dell’inattivazione;
   4) sua diffusione alla quasi totalità del cromosoma;
   5) mantenimento dello stato inattivo

l’inattivazione non è sequenza-specifica (sequenze autosomiche
    traslocate sull’X possono essere inattivate)

La regione Xq13 contiene quindi l’X-Inactivation Center (XIC), suddivisa in
sottoregioni coinvolte nei singoli step del processo di inattivazione
XIST (X Inactive Specific Transcript): è l’unico gene espresso solo dal
cromosoma X inattivo codifica un RNA di ca. 17 Kb che sembra rivestire il
cromosoma X inattivo

L’inattivazione del cromosoma X è responsabile della grande
variabilità clinica delle malattie dovute a geni che si trovano
su questo cromosoma à la gravità del fenotipo clinico
dipenderà dalla percentuale di cellule che hanno mantenuto
attivo il cromosoma X con l’allele mutante

  L’inattivazione del cromosoma X è casuale e può verificarsi anche
  dopo le prime divisioni cellulari (mosaicismo).

  Per questo motivo, se prendiamo in esame il caso di una donna
  portatrice, l’attività della G6PD può essere presente, intermedia o
  completamente assente.

EMOFILIA
• La parola emofilia deriva dal greco “ema” (sangue) e
  filia (affezione).
• L'emofilia è una malattia ereditaria che colpisce
  prevalentemente i maschi, con la frequenza di circa una
  persona su 10.000 nell’emofilia A e una persona su
  50.000 nell’emofilia B o malattia di Christmas.

Emofilia
Eredità       X (legata al sesso) recessiva
              1 su 5.000 nella popolazione, 1 su 10.000 maschi.
Frequenza
              (15.000 individui in U.S.A)
              Mancanza nel sangue del fattore VIII (emofilia A) o
Causa e       del fattore XI (emofilia B) per la coagulazione.
Descrizione   Emorragie, echimosi frequenti, sanguinamento
              prolungato dalle ferite.
Ricerca       test di routine

L’emofilia è stata definita una patologia reale in quanto è comparsa per la
prima volta nella famiglia reale inglese colpendo un gran numero di
discendenti della regina Victoria e, visto l’alto numero di matrimoni tra le
varie case reali, diffondendo in tutta l’Europa (i.e.Romanov)

G6PD carenza
• Alterazione genetica comune negli africani, gli asiatici e
  nelle regioni mediterranee.

• Durante la seconda guerra mondiale molti soldati americani
  hanno sviluppato anemia emolitica in seguito all’assunzione
  di alcuni farmaci antimalarici

• E’ causato dalla ridotta attività di G6PD necessario per
  generare NADPH

Vie metaboliche in cui è presente
la glucosio-6-fosfato deidrogenasi

AM-UNIMI tbmadc   57

Prevalence of G6PD

Correlazione genotipo-fenotipo

• Mutazioni nelle regioni codificanti à instabilità
  della molecola, aumentata degradazione
  (esone 10, interazioni)
• Negli eritrociti à anemia
• Nei granulociti (varianti classe II) à aumento
  infezioni
• Variabilità/fattori ambientali
• Spostamento equilibrio dimero-monomeri
                    AM-UNIMI tbmadc                   59

Disordini genetici a trasmissione non mendeliana

 • Malattie causate da espansioni da triplete ripetute

 • Malattie causate da mutazioni dei geni mitocondriali

 • Disordini associate a imprinting genomico

 • Disordini associate a mosaicismo gonadale

Patologie causate da triplette ripetute

Patologie causate dall’espansione di trinucleotidi che
solitamente condividono G e C. In tutti i casi il DNA è
instabile, e quando si supera una dose-soglia di
ripetizioni, la funzione genica viene compromessa.

La tendenza all’espansione è fortemente correlata dal
sesso del genitore che lo trasmette.

Nella syndrome dell’X fragile, l’espansione si verifica
durante l’oogenesis, mentre nella malattia Huntington
l’espansione si verifica nella spermatogenesi

I meccanismi attraverso i quali le triplette ripetute possono
      causare malattia sono fondamentalmente tre

(1) Perdita di funzione del gene, tipicamente per
    trascrizione silenziamento (X fragile). Le ripetizioni
    sono generalmente nella parte non-codificante del
    gene.

(1) Aumento dell funzione tossica (Huntington disease e
    spinocerebellar ataxias) In questi casi l’espansione è a
    carico delle regioni codificanti del gene.

(1) Un guadagno della funzione tossica mediato da
    mRNA.

Siti di espansione e sequenza alterata in diverse patologie

Sindrome del cromosoma X fragile
          (mutazione da espansione di triplette ripetute)

eredità        X (legata al sesso) recessiva
              1 su 1,200 maschi; 1 su 300 donne sono eterozigoti per questa
frequenza
              mutazione sul cromosoma X

              Livelli diversi di deficenza mentale, fino a molto grave, sempre
Descrizione
              accompagnata da ritardo nello sviluppo del linguaggio

              Il primo esone del gene FMR-1 (gene per il ritardo mentale)
              contiene ripetizioni della tripletta CGG (codificante la glicina)
              più di 200 volte e fino a 1000. Alcuni individui mostrano una
causa
              “premutazione” con ripetizioni tra 50 e 200: essi sono
              intellettualmente normali ma il numero di ripetizioni può
              aumentare passando dalla madre al figlio

              Per donne nella cui famiglia si siano verificati casi. Test
ricerca
              prenatale

Nelle persone normali questa tripletta CGG è ripetuta un numero variabile
di volte: da 6 a 55 e viene trasmessa stabilmente attraverso le generazioni

Se il numero di triplette CGG supera le 56 ripetizioni, la sequenza di DNA
diventa instabile e nel passaggio alle generazioni successive si espande il
numero di ripetizioni CGG.

Le persone che possiedono un numero di ripetizioni comprese tra 56 e
200 CGG vengono definite portatori sani della premutazione . In questo
intervallo l’espansione CGG consente al gene FMR1 di funzionare ancora
e quindi non provoca alcun sintomo clinico della malattia.

Quando il numero di ripetizioni CGG supera le 200 copie l’espansione della
tripletta CGG si associa un’ ulteriore modificazione del DNA, che viene
metilato, provoca il mancato funzionamento del gene FMR1, e viene
definita mutazione completa.

I maschi con la mutazione completa presentano ritardo mentale di grado
variabile (da lieve a grave) e tratti fisici caratteristici, mentre solo la metà
delle femmine con la mutazione completa presenta i sintomi della malattia.

Quando la ripetizione della tripletta supera il valore di 200 si ha mutazione
sintomatica, dovuta all’ipermetilazione a carico di sequenze dinucleotidiche
fiancheggianti il gene, che causano l’inattivazione del gene stesso ed una
particolare instabilità della corrispondente regione di DNA , a sua volta
responsabile del sito fragile

Infatti il nome “X fragile deriva dal fatto che la mutazione del DNA provoca una
modificazione della struttura del cromosoma X quando le cellule sono coltivate in
terreno privo di folato. Al microscopio il cromosoma X presenta una strozzatura
della regione terminale, dove è situato il gene FMR-1.

• faccia lunga
• fronte prominente
• orecchie grandi
• macrorchidismo
• prolasso della valvola mitralica
• lassità delle articolazioni

Basi molecolari della sindrome dell’X fragile
Quando la ripetizione della tripletta CGG supera le 250 unità viene inibita il gene
viene metilato in maniera anomala. La metilazione si estende anche alla regione
promotrice sopprimendo la trascrizione dell’FMR1.
L’FMRP è espressa soprattutto nei neuroni e nei testicoli
L’FMRP è una proteina legante l’RNA associata ai polisomi.
Nei neuroni la sintesi delle proteine si verifica sia nel corpo cellulare nella zona
perinucleare che nei dendriti

L’FMRP lega selettivamente gli mRNA
associati ai polisomi e regola il loro trasporto
ai dendriti.

 Solo mRNA codificanti per proteine che
regolano la funzione sinaptica sono soggette
al trasporto da parte del FMRP.

A livello delle giunzioni l’FMRP inibisce la
sintesi proteica in risposta a segnali dei
recettori metabotropici del glutamato gruppo I.

La riduzione dell’FMRP determina l’aumento
della traduzione degli mRNA

Corea di Huntington
eredità              autosomica dominante
                     1 su 20.000 (circa 30.000 Americani;
frequenza            150.000 sono a rischio di eredità da
                     uno dei genitori)
                     appare nell’adulto con disordini
Descrizione          degenerativi mentali con perdita di
                     abilità sia mentali che fisiche
                     la tripletta CAG ripetuta almeno 40
causa e
                     volte. Se le ripetizioni sono meno di
localizzazione del
                     30, la malattia non si sviluppa.
gene                 Cromosoma 4
ricerca              Test genetico

Malattie mitocondriali
Tutti i mitocondri dello zigote derivano dall’oocita
Il DNA mitocondriale è di esclusiva origine materna Il mt DNA è di
forma circolare, di piccole dimensioni e codifica per 13 polipeptidi,
tutti componenti essenziali della fosforilazione ossidativa.
22 geni codificano per tRNA e 2 per rRNA
Il mt non ha istoni
E’ esposto a specie reattive dell’ossigeno
Ha un elevato indice di mutazioni
Le mutazioni che colpiscono questi geni esercitano i loro effetti
patologici sugli organi più dipendenti dalla fosforilazione
ossidativa, come il sistema nervoso centrale, muscolo cardiaco,
fegato e reni.

IPOTESI DELL’ENDOSIMBIOSI
Le cellule precursori delle c. eucariotiche erano anaerobie.

Con il progressivo aumento di ossigeno nell’atmosfera
è cresciuta la necessità di acquisire funzioni ossidative.

Quindi il processo di selezione ha fatto in modo che
sopravvivessero solo quelle che per endocitosi avessero
incluso al loro interno questi elementi procariotici aerobi

OMOPLASMIA ED ETEROPLASMIA
Si ereditano 23 molecole di DNA nucleare (cromosomi) da
ciascun genitore e circa 100.000 molecole di mtDNA
dall’ovocita materno.

Negli individui normali il 99.9% delle molecole di mtDNA sono
identiche (OMOPLASMIA). Se insorge una nuova mutazione
questa si diffonde nella popolazione di mtDNA si avranno 2
genotipi ciascuno con una sua frequenza (ETEROPLASMIA). La
velocità di fissazione di una nuova mutazione nel genoma mit
risulta un processo circa 10 volte più rapido di quella riscontrata
per le mutazioni nucleari Questo perché dopo la fecondazione
l’ovocita da 100.000 molecole di mtDNA arriva ad averne 100-
500 copie (COLLO DI BOTTIGLIA).

Eteroplasmia: presenza nella stessa cellula di mitocondri con DNA wild
 type e mitocondri con DNA mutato
 L’espressione fenotipica di una mutazione del mtDNA si manifesta solo
 quando le mutazioni raggiungono un valore soglia

La natura stocastica e quantitativa dell’eredità e dell’espressione delle mutazioni
                     mitocondriali ha conseguenze cliniche

•   L’mRNAs del mtDNA sono sintetizzate e tradotte nel mitocondrio

•   I prodotti genici nucleari sono trasportati dal citoplasma al mitocondrio

•   L’ mtDNA di mammifero è trascritta come una molecola singola di
    mRNA, e quindi clivata per produrre mRNA, tRNAs, rRNA.

Il genoma mitocondriale contribuisce alla sintesi dei cinque
complessi enzimatici della fosforilazione ossidativa
(OXPHOS) situati nella membrana mitocondriale interna
sito della sintesi del DNA

Imprinting genetico
Espressione differenziale di materiale genetico a
seconda che esso sia stato trasmesso dal padre o dalla
madre. I geni soggetti a imprinting sono presenti in
duplice copia, ma di essi viene espressa una sola copia

Espressione monoallelica di geni biallelici

Concetto contrario alle leggi di Mendel secondo le quali
 l’origine materna o paterna di un’informazione non ne
 influenza l’espressione (equivalenza degli incroci
 reciproci)

1. Geni ‘imprintati’ nel padre sono silenziati durante la
   spermatogenesi à la copia fornita dal padre non viene
   espressa, rimane attiva solo quella fornita dalla madre

2. Geni ‘imprintati’ nella madre sono silenziati durante la
   oogenesi à la copia fornita dalla madre non viene
   espressa, rimane attiva solo quella fornita dal padre

Imprinting genomico
      Sindrome di Prader Willi: è causata
      dalla delezione interstiziale della
      banda q12 sul braccio lungo del
      cromosoma 15 presente nel
      cromosoma paterno mentre il
      corrispondente gene materno è
      silenziato.
      Bassa statura, ipogonadismo, obesità
      ritardo mentale ecc.

      Sindrome di Hangelman: Gli individui
      affetti da questa sindrome nascono con
      delezione nella medesima regione
      materna. Ma il gene silenziato è quello
      paterno
      Ritardo mentale, epilessia, riso
      immotivato (burattini felici) ecc.

PATOGENESI DI IMPORTANTI MALATTIE:
varie combinazioni di fattori genetici + cause ambientali

  Genetica