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. .