Malattie genetiche. Ognuno di noi possiede 46 cromosomi: 22 coppie di autosomi e 2 cromosomi...
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Malattie genetiche
Ognuno di noi possiede 46 cromosomi: 22 coppie di autosomi e 2 cromosomi
sessuali
Ciascun cromosomaè costituito da due cromatidi fratelli che derivano dal padre e dalla madre
Le Leggi di Mendel
• Prima di Mendel si riteneva che uno dei genitori contribuisse maggiormente alle caratteristiche della progenie (teoria dell’homunculus).
• Un altro concetto ingannevole era quello dell’eredità per mescolamento, che però non spiega la variabilità tra fratelli.
Innovativita’ del lavoro di Mendel
• Utilizzo della pianta di pisello (Pisum sativum):
• Facilmente coltivabile
• Autofecondazione/fecondazione incrociata
• Tempo breve di generazione ed elevato numero di esemplari in ogni progenie
stigma
stame
carena
ovario ovulo
x
Generazione
P (parentale)( polline) +( ovuli)
F1 (prima filiale)tutti gialli
F2 (seconda filiale)
autofecondazione
6022 gialli : 2001 verdi3:1
Analisi di un incrocio monoibrido
AA= giallo dominante
aa = verde recessivo
¼ AA¼ aa½ Aa
aa
Aa
Aa
AaX
AA
Analisi della F2
F26022 gialli : 2001 verdi
3:1
3/4 gialli1/2 gialli impuri
1/4 gialli puri
1/4 verdi 1/4 verdi puri
2
1
1
AA
Aa
aa
Definizioni
• Le diverse forme di un determinante (gene) sono chiamate alleli
•Gli individui che hanno due alleli uguali (linee pure) sono detti omozigoti
• Gli individui che hanno due alleli diversi (ibridi) sono detti eterozigoti • Le cellule sessuali sono chiamate gameti
• L’aspetto di un organismo è detto fenotipo
• La composizione genetica di un organismo è detta genotipo
xPAA
F1
Genotipi F2
aa
Aa
gameti solo A solo a
gameti ovuli
polline
1/41/4 AAAA 1/41/4 AaAa
1/41/4 AaAa 1/41/4 aaaa
1/2 A
1/2 a
1/2 A 1/2 a
Fenotipi F2
I legge di Mendel
I due membri di una coppia di geni (allele materno e paterno) segregano (si separano)
l’uno dell’altro durante la formazione dei gameti (cellula germinale)
Cosa succede se si incrociano linee pure (omozigoti) che differiscono per due
caratteri?
aabb AABB
ab AB
AaBb
AaBbAaBb
AB
fenotipiaB
ab
Ab
• a- Colore verde• b-Rugoso
• A- Colore giallo• B-Liscio
II legge di Mendel
I fattori che controllano caratteri diversi si distribuiscono in modo indipendente gli uni
dagli altri
Un cromosoma deriva dalla madre ed uno dal padre
Quindi, ogni persona ha due copie di ciascun gene: una derivante dal padre, ed uno dalla
madre
Genetica e malattieGenetica e malattie Malattia monogenica: La mutazione di un Malattia monogenica: La mutazione di un
singolo gene determina il fenotipo clinico singolo gene determina il fenotipo clinico
Malattia poligenica: Più geni concorrono a Malattia poligenica: Più geni concorrono a determinare il fenotipo clinico determinare il fenotipo clinico
Malattie multifattoriali: Fattori genetici ed Malattie multifattoriali: Fattori genetici ed ambientali concorrono allo sviluppo del ambientali concorrono allo sviluppo del del fenotipo clinico.del fenotipo clinico.Es. alcuni tipi di cancro, il diabete, Es. alcuni tipi di cancro, il diabete, obesità, etc. obesità, etc.
Recessività e dominanza Recessività e dominanza Tali concetti hanno differente valenza in Medicina Tali concetti hanno differente valenza in Medicina applicativa e in Genetica medica.applicativa e in Genetica medica.
Medicina applicativaMedicina applicativa
Carattere recessivo; Il fenotipo clinico presente solo in pazienti omozigoti per una mutazione
Carattere dominante; Fenotipo clinico presente anche in soggetti eterozigoti per la mutazione
Genetica Medica
Mutazione recessiva: il prodotto del singolo gene non mutato è sufficiente per la funzione svolta
Mutazione dominante: Il prodotto del singolo gene non è sufficiente per la funzione svolta
Malattie AUTOSOMICHEQuando interessano i cromosomi autosomici
Malattie Eterocromosomiche o X-linkedQuando interessano i cromosomi sessuali
• Malattia Autosomica DOMINANTEIl carattere malato è dominante
Il gene malato è ereditato da un SOLO genitoreAnche il genitore è malato
•Malattia Autosomica RECESSIVAIl carattere malato è recessivoQuindi il gene malato è ereditato da entrambi i genitoriChe sono PORTATORI
Esempio ereditarietà Esempio ereditarietà
autosomica recessivaautosomica recessiva
Maschio
Femmina
Caratteristiche Caratteristiche
1. 1. Il fenotipo clinicoIl fenotipo clinico non compare in tutte le non compare in tutte le generazioni, il soggetto affetto non ha un genitore malatogenerazioni, il soggetto affetto non ha un genitore malato
2. I genitori di soggetti affetti sono 2. I genitori di soggetti affetti sono portatori portatori asintomaticiasintomatici della mutazione. della mutazione.
3. I genitori di soggetti affetti molto spesso sono 3. I genitori di soggetti affetti molto spesso sono consanguinei.consanguinei.
4. Maschi e femmine trasmettono in modo identico il 4. Maschi e femmine trasmettono in modo identico il carattere alla discendenza, indipendentemente dal sesso.carattere alla discendenza, indipendentemente dal sesso.
5. Il rischio ad ogni evento di nascita di trasmettere la 5. Il rischio ad ogni evento di nascita di trasmettere la mutazione è mutazione è 25%.25%.
Altered Recessive Genes
NormalSon
AffectedDaughter
CarrierDaughter
CarrierMother
CarrierFather
CarrierSon
Esempio ereditarietà Esempio ereditarietà autosomica dominante autosomica dominante
Caratteristiche Caratteristiche
1. Il fenotipo compare in tutte le generazioni, 1. Il fenotipo compare in tutte le generazioni, ciascun soggetto affetto ha un genitore malatociascun soggetto affetto ha un genitore malato
2. Ogni discendente di un genitore affetto ha il 2. Ogni discendente di un genitore affetto ha il 50%50% di possibilità di ereditare il tratto fenotipico.di possibilità di ereditare il tratto fenotipico.
3. Soggetti fenotipicamente normali non 3. Soggetti fenotipicamente normali non trasmettono il carattere alla discendenza.trasmettono il carattere alla discendenza.
4. Maschi e femmine trasmettono in modo identico il 4. Maschi e femmine trasmettono in modo identico il carattere alla discendenza indipendentemente dal carattere alla discendenza indipendentemente dal sessosesso
Altered Dominant Genes
AffectedDaughter
NormalDaughter
NormalSon
NormalMother
AffectedFather
AffectedSon
Malattie X-linked
EMOFILIA e la Regina Vittoria
Esempio ereditarietà x-Esempio ereditarietà x-linked recessiva linked recessiva
Caratteristiche Caratteristiche
1. L’incidenza del carattere è più 1. L’incidenza del carattere è più alta nei maschi che nelle femminealta nei maschi che nelle femmine
2. Le donne eterozigoti sono 2. Le donne eterozigoti sono solitamente non affette, ma solitamente non affette, ma possono esprimere il carattere con possono esprimere il carattere con severità variabile a seconda del severità variabile a seconda del pattern di inattivazione del pattern di inattivazione del cromosoma Xcromosoma X
3. Il gene mutato è trasmesso dal 3. Il gene mutato è trasmesso dal padre a tutte le figliepadre a tutte le figlie
4. Il gene non è mai trasmesso da 4. Il gene non è mai trasmesso da padre a figliopadre a figlio
5. Il gene può essere trasmesso 5. Il gene può essere trasmesso attraverso femmine portatrici attraverso femmine portatrici sane. sane.
Esempio ereditarietà x-Esempio ereditarietà x-linked dominantelinked dominante
Caratteristiche Caratteristiche
1. I maschi affetti non hanno 1. I maschi affetti non hanno figli malati nè figlie sanefigli malati nè figlie sane
2. Sia i discendenti di sesso 2. Sia i discendenti di sesso maschile che femminile di una maschile che femminile di una donna affetta hanno il 50% di donna affetta hanno il 50% di possibilità di ereditare il possibilità di ereditare il fenotipo. fenotipo.
3. Le femmine affette sono 3. Le femmine affette sono circa il doppio dei maschi circa il doppio dei maschi affetti, ma esse avranno, affetti, ma esse avranno, solitamente, un fenotipo meno solitamente, un fenotipo meno gravegrave
Esempio di malattia genetica autosomica recessiva
Fibrosi cistica
Malattia ereditaria autosomica recessivaMalattia ereditaria autosomica recessiva
Frequenza malattia Frequenza malattia 1/25001/2500
Frequenza di portatori nella popolazione Frequenza di portatori nella popolazione di origine Caucasica = di origine Caucasica = 1/251/25
Interessa numerosi organi:Interessa numerosi organi:
polmoni, fegato, pancreas, intestino ed polmoni, fegato, pancreas, intestino ed apparato riproduttivoapparato riproduttivo
FIBROSI CISTICA
CLINICACLINICA
• apparato respiratorioapparato respiratorioInfezioni delle vie respiratorieInfezioni delle vie respiratorieColonizzazione battericaColonizzazione batterica
• apparato apparato gastrointestinalegastrointestinale
insufficienza pancreaticainsufficienza pancreatica
• apparato genitourinarioapparato genitourinarioAzoospermia ostruttivaAzoospermia ostruttiva
pelle
GENETICAGENETICA
A A A a a A
A a a A
a a
• Entrambi i genitori sono eterozigoti
• I portatori hanno il 25% di rischio di avere figli affetti
• Maschi e femmine sono ugualmente affetti
Il Il Gene Gene Il Il Gene Gene
CFTR = Cystic Fibrosis Conductance transmembrane regulator
Mappa sul cromosoma 7, nella regione 7q31.2 L’espressione del gene è tessuto specifica
La ProteinaLa Proteina
•Canale per il Cloro nelle cellule epitelialiCanale per il Cloro nelle cellule epiteliali
• Appartiene alla famiglia delle glicoproteine di membrana che Appartiene alla famiglia delle glicoproteine di membrana che possiedono siti possiedono siti intracellulari di legame per l’ATP (ABC-family)intracellulari di legame per l’ATP (ABC-family)
Il canale del cloroIl canale del cloro Il canale del cloroIl canale del cloro
Protein chinasiAttivate dall’cAMP
N
C
Regione R
out
in
ATPATP
TMD-1 TMD-2
NBF-2NBF-1
E’ composta da 5 subunità simmetriche:
• NBF1-NBF2 (Siti di legame dei nucleotidi)
• TMD1-TMD2 (Segmenti transmembrana)
• R-Domain (Regione Regolatrice)
Oltre 1000 Oltre 1000 mutazioni lungo mutazioni lungo l’intero gene l’intero gene CFTR CFTR mappato sul mappato sul cromosoma 7q31.2cromosoma 7q31.2
alterazioni alterazioni funzionali/strutturfunzionali/strutturali del CFTR ali del CFTR
Mutazioni
Epidemiologia delle mutazioni CFTR in ItaliaEpidemiologia delle mutazioni CFTR in Italia
Mutations Campania Basilicata Puglia NorthernItaly
F508 55.6 55.8 46.8 47.6N1303K, G542X,W1282X, 1717-1G>A, R553X
18.6 13.4 18.1 10.1
4382delA, 1259insA,I502T, G1349D
0.3 0 10.5 0
4016insT, G1244E,R1158X, 711+1G>T,
L1065P7.2 3.8 1.7 0
852del22 0 5.8 0.6 02183AA>G, R1162X 2.3 1.9 1.1 19.1
Other knownmutations 6.6 7.6 6.0 13.6
Total detection rate 91.6 92.1 84.6 90.2Unknown mutations 8.4 7.9 15.4 9.8
SCREENING DELLE MUTAZIONI SCREENING DELLE MUTAZIONI CFTRCFTR
Caso clinicoCaso clinico: diagnosi accertata o : diagnosi accertata o sospetto clinicosospetto clinico
FamiliaritàFamiliarità
Fecondazione assistitaFecondazione assistita
SCREENING di PRIMO LIVELLOSCREENING di PRIMO LIVELLO
pazienti FCpazienti FC Analisi con Kit diagnosticoAnalisi con Kit diagnostico
Mutazioni più comuni
FC FC 2 alleli FC 2 alleli FC caratterizzati caratterizzati
1 allele caratterizzato1 allele caratterizzato
Flowchart per la caratterizzazione di alleliFlowchart per la caratterizzazione di alleli FCFCFlowchart per la caratterizzazione di alleliFlowchart per la caratterizzazione di alleli FCFC
dHPLCdHPLC
• Il campione di DNA da analizzare viene amplificato mediante reazione di PCR. Se i due alleli differiscono anche per una singola base, dopo un ciclo di denaturazione e rinaturazione, si formeranno 2 specie molecolari •L’amplificato viene analizzato mediante cromatografia.
Analisi mediante dHPLC
LA DIAGNOSI PRENATALELA DIAGNOSI PRENATALE
La diagnosi La diagnosi prenatale prenatale comprende una comprende una serie di tecniche serie di tecniche strumentali e di strumentali e di laboratorio laboratorio finalizzate al finalizzate al monitoraggio della monitoraggio della gravidanza, dal gravidanza, dal concepimento al concepimento al momento momento immediatamente immediatamente precedente il partoprecedente il parto. .