• più generazioni interessate• tramissione da parte di entrambi i sessi• circa il 50% dei soggetti affetti• maschi e femmine affetti• non segni di consanguineità
Ereditarietà autosomica dominante
- ogni tratto o carattere che si esprima nell’ eterozigote- nel caso di malattia: una sola copia del gene mutato
è sufficiente per esprimere il fenotipo affetto
Trasmissione ereditaria dei caratteri mendeliani
Codominante: l’eterozigote esprime un fenotipo distintoda quello dei due stati omozigotiper es. gruppi sanguigni, enzimi eritrocitari, etc.
Genotipo : eterozigoteFenotipo : affetto
Dominante
Se un genitore è normale (bb) e l’altro è affetto (Bb) da una malattia autosomica dominante,
il 50% dei figli sarà eterozigote affetto (Bb), ed il 50% sarà omozigote normale (bb).
Nelle malattie autosomiche dominanti, la lettera maiuscola indica il gene che dà la malattia: un solo allele mutato dà origine al fenotipo affetto
Eredità autosomica dominante
Rischio di ricorrenza = 50% (0.5)
Se entrambi i genitori sono affetti (Bb) da una malattia autosomica dominante, allora il 75% dei figli sarà affetto (BB o Bb), e il 25% sarà omozigote normale (bb).
Nota: è raro che un individuo affetto da una malattia autosomica dominante sia omozigote per il gene che dà la malattia.
Eredità autosomica dominante
• si manifesta in uguale misura nei due sessi
• la trasmissione non dipende dal sesso
• il figlio di un genitore affetto e di uno sano ha il 50% di probabilità di essere affetto
• un individuo affetto ha comunemente un genitore affetto
…………….mutazioni de novo
• individui non affetti non trasmettono la malattia
….……penetranza incompleta
Eredità autosomica dominante
Carattere ADa penetranza completatasso di “ nuove mutazioni ”
R = 0.5 (50%)
Carattere ADa penetranza incompleta(penetranza del 70%)
R (III-1) = 0.5 ???R (IV-1) = 0.25 ???
III-2III-1
III-2III-1
Teorema di Bayes:Rischio di ricorrenza III-1
Ipotesi 1 Ipotesi 2Portatore Non Portatore1 / 2 1 / 2 prior p.
3 / 10 1 conditional p.
½ x 3/10= 3/20 ½ x 1=1/2 joint p.
3/20 1/2
3/20 + 1/2 1/2 + 3/20 posterior p.
= 3/13 (23%) = 10/13 (77%)
R (III-1) di trasmettere = ½ x 3/13 = 3/26 (11.5%)
R (III-1) di avere un figlio affetto = 3/26 x 7/10 = 8%
Mutazioni nuove o “de novo”
oogenesi
spermatogenesi
Nuova mutazione
mosaicismo
identificate nelle malattie dominanti o recessive X-linked,molto raramente producono malattie autosomiche recessive(entrambe le copie del gene devono essere mutate)
il rischio di ricorrenza è basso ma leggermente superiore all’incidenza della malattia nella
popolazione a causa del mosaicismo della linea germinale
Aspetti da considerare nelle malattie AD
• Penetranza - completa – incompleta
- diversa per fasce di età• Espressività - presenza – assenza
- espressività variabile• Tasso di nuove mutazioni
casi sporadici – famigliari• Percentuale di mosaicismi germinali
Retinoblastoma (1:15.000-20.000)
18/04/2004
RbRb Rb
Rb
Retinoblastoma sporadicomonolaterale unico
Rb bilaterale
Rb multifocalemonolaterale
60% dei casi 40% dei casi
espressivitàvariabile
penetranza >90%Ipotesi:mosaicismo germinale o somatico
Retinoblastoma
• f 1 : 15.000-20.000 nati• 60% dei casi: tumore monolaterale unico
– inattivazione somatica di Rb1 (-/-)
• 40% dei casi: tumore multifocale e/o bilaterale• con storia famigliare POSITIVA
– trasmissione AD di mutazione Rb1 (-/+) :– inattivazione somatica del secondo allele (-/-)
• con storia famigliare NEGATIVA– mutazione de novo in un gamete (maschile)– mosaicismo germinale in un genitore (6-10%)– mosaicismo somatico nell’affetto (10%)
RR=0.5, RT=0.5
RR=??, RT=??
Gene Rb1
• 13q14: 27 esoni, mRNA 4,840 , proteina 928 aa
• più di 400 mutazioni note– 85-90% mutazioni troncanti (NS, FS, SS): esoni 2-25
3/15/2004
75 63SCA2
35
58 62 SCA2
35 (22-36 CAG)
65 SCA2
34 (22-37 CAG)
68
27
(22-23 CAG)
30 SCA2
29 (23-44 CAG)
28 32 27 34 36 42 44
74 71
35 78
73
36
4 2 7 2 Down
73 75
SCA :- che tipo di ereditarietà- qual’è la probabilità di essere portatore per il padre e per la probanda- è possibile eseguire un test genetico ? A che scopo ?- a chi offrirlo
SCA :- che tipo di ereditarietà- qual’è la probabilità di essere portatore per il padre e per la probanda- è possibile eseguire un test genetico ? A che scopo ?- a chi offrirlo
Autosomica Dominante
Ipotesi 1 Ipotesi 2Portatore Non Portatore
1 / 2 1 / 2 prior p.
2 / 10 1 condit. p.
½ x 2/10= 2/20 ½ x 1=1/2 joint p.
1/10 1/2
1/10 + 1/2 1/2 + 1/10 post. p.
= 1/6 (16.6%) = 5/6 (83.3%)
Probanda: 1/6 x ½ = 1/12 (8.3%)
Test ai membri affetti- conferma della diagnosi- esclusione certa dei non portatori- definizione del RR della probanda
Ripetizioni normali
Ripetizioni patologiche
Malattia (9 forme)
Locus Frequenza tra le ADCA
(Italia)
Caratteristichedistintive
SCA2 12q24.1 CAG/14-31 36-400 23%movimenti saccadicilenti, neuropatia periferica
SCA3 14q21 CAG/13-43 55-86 <1%nistagmo, retrazione delle palpebre, fascicolazioni amiotrofiche
SCA6 19p13.1 CAG/ 4-18 (19)20-33 <1% atassia episodica,decorso molto lento
SCA7 3p21.1-p12 CAG / 4-19 37->300 <1%perdita della vistacon neuropatia
6p23 CAG/6-44 39-83 21%segni piramidali, neuropatia perifericaSCA1
SCA10 22q13 ATTCT/ 10-22 800-4500 assenteattacchi epiletticioccasionali
SCA12 5q31 CAG / 6-26 66-78 assentetremori precoci,demenza tardiva
SCA8 13q21 CTG/ 15-50 80-250 <1%DTR vivaci e diminuzionedella sensibilità vibratoria
SCA17 6q27 CAG/ 30-42 45-63 <1% deterioramento mentale
Malattia Locus Caratteristiche distintive
SCA4 16q22.1 neuropatia assonale sensitiva
Yel
low
: loc
i with
pub
lishe
d m
arke
rs 11p12 1 (Lincoln) insorgenza precoce, decorso lento SCA9 X (riservato)
SCA13 19q13 1 (french) lieve ritardo mentale, bassa statura
SCA14 19q13.4 mioclono assiale precoce
SCA16 8q22-24 1 (japan)
progressione lenta, rigidità, tremore
3pter-24.2 1 (australian) atassia pura e progressione lentaSCA15
SCA20
N° di famiglie descritte
2 (U.K.) lieve, rimane la deambulazione SCA11 15q14 -q21
1p21-q21
1 (french)
neuropatia sens., atrofia musc.
SCA18
SCA21
SCA19
SCA22
SCA5
SCA : 13 loci noti
riservato
7p21.3-p15.1
1q22 (riservato)
7q31-32
>5 (japan/scand.)
2 (japan/english)
?
1 (dutch)
tremore della testa
lieve atassia, segni piram., dist. cogn.
• una sola generazione interessata• ramo paterno a materno sani• maschi e femmine affetti• talora segni di consanguineità
Ereditarietà autosomica recessiva
Recessiva : ogni tratto o carattere che si esprima solo nell’ omozigote
nel caso di malattia: entrambe le copie del gene mutato devono essere presenti per esprimere un fenotipo affetto
Trasmissione ereditaria dei caratteri mendeliani
I fenotipi possono essere analizzati e misurati a differenti livelli.Es. malattie metaboliche: gli eterozigoti sono sani ma l’enzima responsabiledella malattia può avere nel siero una concentrazione intermedia rispetto a quella dei due stati omozigoti.
Genotipo : eterozigoteFenotipo : portatore sano
Genotipo : omozigoteFenotipo : affetto
Se un genitore è normale (AA) e l’altro è portatore (Aa), allora il 50% in media dei figli sarà omozigote normale (AA), e l’altro 50% sarà portatore eterozigote non affetto (Aa).
Non vi sono figli affetti.
Nel caso di malattie autosomiche recessive, le lettere minuscole stanno ad indicare i geni che in omozigosi danno la malattia, perché entrambi gli alleli devono essere mutati perché si osservi il fenotipo patologico.
Qual’è la probabilità di avere un figlio affetto se entrambi i genitori sono portatori?
Eredità autosomica recessiva
a a a
Se entrambi i genitori sono portatori sani (Aa), in media il 25% dei figli sarà omozigote normale (AA), il 50% sarà eterozigote non affetto (Aa), e il 25% sarà omozigote affetto (aa).
Se un genitore è un portatore sano (Aa) e l’altro è affetto (aa), allora il 50% in media dei figli sarà eterozigote non affetto (Aa), e l’altro 50% sarà omozigote affetto (aa).
Eredità autosomica recessiva
• gli individui affetti sono omozigoti (o eterozigoti composti)
• nella maggior parte dei casi, entrambi i genitori sono portatori sani
– in media, 1 su 4 figli è affetto
• la trasmissione non dipende dal sesso
• matrimoni tra individui affetti e non affetti genera solo figli eterozigoti sani
– a meno che il partner non affetto sia eterozigote
• più è rara la malattia, più è probabile che l’individuo affetto sia figlio di genitori tra loro consanguinei (inbreeding)
Eredità autosomica recessiva
AaAa
aa?
Qual è la probabilitàdi avere un figlio affettoper III-2 ?
Probabilità di essereportatore: ½
Probabilità che la coniugesia portatrice:f portatori nella popolazione
½ x f x ¼
AA+Aa
III-2
Frequenza (f) dei portatori nellapopolazione generale
Legge di Hardy-Weinberg
p frequenza allele “normale” (A)
q frequenza allele “mutato” (a)
i genotipi nella popolazione saranno :
p2 + q2 + 2pq = (p + q)2 dove p + q = 1
Conoscendo la frequenza degli affetti : q2 (aa)
p = 1 - q2
2pq (f portatori) = 2 (1 - q2 ) q2
Legge di Hardy-Weinbergp2 : q2 : 2pq
La distribuzione binomiale presume che :• la popolazione sia ampia• gli incroci siano casuali• le frequenze alleliche siano costanti
- frequenza di nuove mutazioni- fitness riproduttiva degli omozigoti
affetti- “deriva genetica”- vantaggi degli eterozigoti- migrazioni
AyAx
xy?
Qual è la probabilitàdi avere un figlio affettoper III-2 ?½ x f x ¼
-> testing genetico risolutivoSe III-2 è Ay =
RR= 1 x f x ¼ Se III-2 è AA =
RR pressochè nullo
Se l’individuo IV-2 haun genotipo noto:mutX/mutY
AA+Ay
A?Ax
x??
Qual è la probabilitàdi avere un figlio affettoper III-2 ?½ x f x ¼
Stato genetico di III-2 indeterminatoRR= ½ x f x ¼
Se III-1 (coniuge) ha un test geneticonegativo :RR = ½ x f (sensibilità del test) x ¼
Se nell’individuo IV-2 iltest genetico ha permessodi identificare una solamutazione (mutX)
Dominanza o Recessività
Dipende da :
• caratteristiche della malattia ?
• caratteristiche del gene ?
• effetto biologico delle mutazioni ?
effetto biologico delle mutazioni in relazionealle caratteristiche funzionali della proteina
(prodotto genico)
Malattie ereditarie recessive
Mutazioni che inducono una perdita di funzione
Gli eterozigoti (portatori) sono normali, una riduzione del prodotto proteico del 50% viene tollerato se il rimanente 50% è sufficiente per una funzione normale
Esempio: tratto falcemico, A S
Gli omozigoti sono affetti perché non viene prodotta proteina o quella che è prodotta non funziona normalmente
Esempio: anemia falciforme, S S
difetti enzimatici recessivi, fibrosi cistica
Mutazioni delle “serpine”(inibitori delle serin-proteasi)
1-antitripsinaanti-elastasidei neutrofili
antitrombinaanti-proteasidella coagulazione
inibitore di C1 anti-attivazione del complemento
inibitori della plasminaanti-fibrinolisi
mutazioni “loss of function” : ins o del (frame shift)deficit di enzima circolante eccesso di attività dell’elastasi leucocitariaenfisema
mutazioni missenso del ”sito reattivo” : Met358Argconversione in antitrombinamalattia emorragica fatale
mutazioni missenso nella ”regione mobile o sheet” : Glu342Lys polimerizzazione della serpinaaccumulo negli epatociti (ER)fibrosi portalecirrosi ed epatocarcinoma (colangiocarcinoma)
Mutazioni dell’ 1-antitripsina (AR)(inibitore dell’elastasi dei neutrofili)
Connessina 26GJB2 (Gap Junction Beta 2)
• proteina di 226 aa• esamero (connessone): canale del potassio• espressione: stria vascolare, legamento spirale, tra
le cellule di sostegno nella coclea, cute• elevato contenuto di K+ nell’endolinfa
35G
In Italia :in omozigosi o
in eterozigosi composta
nel 40% circa di tutti i casi di
sordità congenita non sindromica recessiva
Connessina 26GJB2 (Gap Junction Beta 2)
frameshifte stop
Connessina 26GJB2 (Gap Junction Beta 2)
Alleli dominanti :
sordità post-linguale progressiva AD
C202FW44C
Connessina 26GJB2 (Gap Junction Beta 2)
G59AD66HR75W
Alleli dominanti :
Sindrome di Vohwinkel :• sordità congenita AD• ipercheratosi palmo-plantare
Fibrosi cistica (AR, 1/2500)• malattia cronica polmonare
– ostruzione diffusa delle vie aeree di piccolo calibro– infezioni polmonari ricorrenti, fibrosi, cisti, ascessi
• anomalie gastrointestinali e malassorbimento– Ileo da meconio (15-20%)– insufficienza pancreatica, pancreatite cronica (92%)– malattia epato-biliare cronica (6%)– ostruzione intestinale, prolasso rettale– malassorbimento (vit. liposolubili), ritardo di crescita
• azoospermia ostruttiva– assenza dei vasi deferenti– azoospermia, ridotto liquido seminale, pH<7
• sindromi da perdita di Sali• sopravvivenza: 31.6 aa (56aa ps – 20-25aa pi)
• Tripsinogeno immunoreattivo– screening neonatale
• Test del sudore– Cl > 60mEq/L in due separati dosaggi– in una quantità di almeno 75mg (30 minuti)
• Potenziale nasale di trans-membrana– dopo i sei anni (potenziale più negativo)
• Analisi genetica per la ricerca di 25-31-33 mutazioni “frequenti”
• Ricerca di mutazioni di secondo livello
Fibrosi cistica (AR, 1/2500)
Fibrosi cistica (AR, 1/2500)
7q31.2 gene CFTR
27 esoni mRNA: 6128 b 1480 aa
Mutazioni CFTR e Fibrosi cistica
230 kb27 esoni
1480 aaproteina ABCATP-bindingcassette
Mutazioni CFTR e Fibrosi cistica
Test OLA (31-33 mutazioni): sensibilità del 75%
f = 1/28 RA = 1/28 • 1/28 • 1/4 = 1/3100 ~
Test OLA negativo
3/4 Pmut+(75%)
1/4 Pmut-(25%)
PORTATORENON
PORTATORE
1/28 27/28probabilità a
priori
1/4 1test OLA negativo
1/28 • 1/4
= 1/11227/28 • 1
= 27/28
RA = 1/109 • 1/109 • 1/4 = 1/47500 ~= 1/1091/112
1/112 + 27/28
CFTR cDNAEsone 101561 CCTTCAGAGGGTAAAATTAAGCACAGTGGAAGAATTTCATTCTGTTCTCAGTTTTCCTGG 477 -P--S--E--G--K--I--K--H--S--G--R--I--S--F--C--S--Q--F--S--W- 1621 ATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATCTTTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA 497 -I--M--P--G--T--I--K--E--N--I--I--F--G--V--S--Y--D--E--Y--R- 1681 TACAGAAGCGTCATCAAAGCATGCCAACTAGAAGAGGACATCTCCAAGTTTGCAGAGAAA 517 -Y--R--S--V--I--K--A--C--Q--L--E--E--D--I--S--K--F--A--E--K- 1741 GACAATATAGTTCTTGGAGAAGGTGGAATCACACTGAGTGGAGGTCAACGAGCAAGAATT 537 -D--N--I--V--L--G--E--G--G--I--T--L--S--G--G--Q--R--A--R--I-Esone 11
F508 e test OLAOligonucleotide Ligation Assay
TTTCTTTTATAGTAGAAATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATCTTTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA
XXXXXXXXXXXXXXXXXXX
TAATTTCTTTTATAGTA ATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA
XXXXXXXXXXXXXXX
Seq. wt
Seq. mut
TTTCTTTTATAGTAGAAACCACAAAGGATACTACTTATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATCTTTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA
XXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXX
XXXXXXXX
XXX
TAATTTCTTTTATAGTAACCACAAAGGATACTACTT ATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA
XXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXX
XXXXXXXX
XXX
Reazione di Ligasi e amplificazione mediante PCRcon primers specifici per le code:
Pannello di prodotti di PCR di dimensioni diverse a seconda della specificità dell’oligonucleotideseparati con elettroforesi capillare
Es. F508 wt : 74 bpF508 : 70 bp
17/03/2004
4 3 2 2 2
1958 1965
1986: diagnosi di azoospermia associata ad assenza dei vasi deferenti.Prelievo di spermatozoi e tentativi di fecondazione assistitafalliti….in attesa di ICSI.Marito: CFTR D1270N-5T introne 8Moglie: CFTR negativo per le 31 mutazioni più frequenti e analisi di 10 esoni in DGGE
rischio residuo di essere portatrice: 1/200Rischio per la coppia di avere un figlio affetto da una formalieve di fibrosi cistica o CBAVD di 1/400
Mutazioni CFTR e CBAVD
Sono spesso presenti (70%) segni sub-clinici di fibrosi cistica:- test al sudore alterato (> 40 mEqu/l)- ostruzione nasale, polipi nasali, sinusiti- infezioni respiratorie ricorrenti
Mutazioni dominanti negative• proteina che non funziona• e che inibisce o interferisce con la funzione della
proteina normale codificata dall’allele sano
tipico delle proteine multimeriche
Mutazioni dominanti
Osteogenesi imperfetta (AD)
Collagene tipo I- 2 molecole di Col 1 (17q)- 1 molecola di Col 2 (7q)(338 ripetizioni GXY)
Osteogenesi imperfetta (AD)
OI lieve (tipo I)statura normale, scarse deformitàsclere blu e sordità, fratture
OI letale-grave (tipo II-III)fratture multipleaccorciamento delle ossa lunghedeformità ossee, sorditàmut de novo in Gly5-10% : mosaicismo germinale
OI moderata (tipo IV)bassa statura, deformitàosteoporosi, dentinogenesi imperfetta
Mutazioni che inducono un eccesso di funzione :• proteina con funzione o espressione alterata
es. malattia di Charcot-Marie-Tooth (17p11.2): duplicazione di 1.5 Mb di DNA (3 copie) sovraesprime la proteina della mielina periferica (PMP22)
es. neoplasie endocrine multiple tipo 2 (10q11.2): mutazioni missenso del recettore RET con attivazione costitutiva ligando indipendente
Mutazioni dominanti
Mutazioni nel FGFR3Recettore III per fattore di crescita dei fibroblasti
Fenotipi:AcondroplasiaIpocondroplasiaDisplasia tanatoforaAcondroplasia Severacon ritardo di sviluppoe acantosi nigricans
Insufficienza del corredo aploide (aploinsufficienza) :
• la perdita di funzione di una copia del gene (50%) comporta una riduzione critica della proteina
es. ipercolesterolemia: mutazioni nel recettore della lipoproteina a bassa densità (LDL) con diminuzione dei livelli di recettore->circa il doppio di colesterolo rimane in circolo
es. mutazioni RET nella malattia di Hirchsprunges. delezioni del locus PMP22 nella neuropatia tomaculare
Mutazioni dominanti
Mutazioni dominanti
Proteine “ tossiche “ per alcuni tessuti : • L’espansione di triplette CAG nella regione codificante di
alcuni geni producono lunghi tratti di poli-Glu
es. Corea di Huntington e Atassie spino-cerelellari: proteine con poli-Glu che sono tossiche per le cellule nervose dei nuclei della base con formazione di inclusioni nucleari e morte cellulare
Malattie associate ad espansioni di triplette ripetute
Le espansioni ripetute di trinucleotidi interferiscono con l’espressione del gene o della proteina codificata
Mutazioni dominanti
effetto “tossico” dell’RNA messaggero
Gene FMR1CGG: 50-200- POF- FXTAS
CGG > 200- FMR
Mutazioni dominanti
Mutazioni germinali dominanti ma “recessive a livello cellulare” :
• Mutazioni che causano perdita di funzione di un allele conferiscono un “rischio di malattia”. Le cellule “patologiche” perdono per mutazione somatica l’allele WT
es. Suscettibilità al cancro da mutazioni in geni onco-soppressori.
Inattivazione di un allele
Inattivazione di geni onco - soppressori :perdita di funzione
Inattivazione del secondo alleleper mutazione o delezione
(10-10 x bp x mitosiin 6x1012 bp di genoma)
Gene onco-soppressore Rb1
18/04/2004
Rb
18/04/2004
Rb
Rb Rb
Rb
Alleli Rb normalimutazione somatica
mutazione somatica
Retinoblastoma unicomono-laterale
Mutazione germinale
mutazione somatica
Retinoblastomi multipli bilaterali ad insorgenza precoce
Inattivazione di geni onco - soppressoricon perdita di eterozigosità (LOH)
Prima mutazione:puntiforme
seconda mutazione:delezione
Allele
158
Allele
236
Allele
158
Allele
236
Allele
8
Allele
236
Inattivazione di geni onco - soppressoricon perdita di eterozigosità (LOH)
Allele3158
Allele3236
Allele
8
Allele3236
Loci studiati: 1 2 3 4Caso 1 ni - - +Caso 2 + - - +Caso 3 + + - ni
Allele1468
Allele3236
Allele1
8
Allele3236
Allele5346
Allele3236
Allele53
Allele3236
Sede del gene onco-soppressore
Tessutosano
Tessutotumorale
D1S3669 D1S170SDHB exon 1 45_46insCCTTGCCGGCCCCACAACCCTTG
PBL
GIST
PGL
50 kb telom436 kb centr