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Limprinting genomico. Per epigenetica si intende qualsiasi attività di regolazione dei geni tramite processi chimici che non comportano cambiamenti nella.

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Presentazione sul tema: "Limprinting genomico. Per epigenetica si intende qualsiasi attività di regolazione dei geni tramite processi chimici che non comportano cambiamenti nella."— Transcript della presentazione:

1 Limprinting genomico

2 Per epigenetica si intende qualsiasi attività di regolazione dei geni tramite processi chimici che non comportano cambiamenti nella sequenza del DNA ma possono indurre fenotipi diversi nellindividuo o nella progenie Queste modificazioni fanno si che diminuisca il grado di accessibilità del DNA per i fattori di trascrizione alterando lattività di tale gene. EPIGENETICA

3 Avviene durante lo sviluppo e la proliferazione cellulare, senza alterare la sequenza genica sulla quale interviene. Ruolo importante dimostrato in: Biologia del cancro; Infezioni virali; Tecnologie transgeniche; Imprinting ALTERAZIONE STABILE DELLA POTENZIALE ESPRESSIONE GENICA ……………………… quando avviene ?

4 CONTROLLO EPIGENETICO DELLESPRESSIONE GENETICA MANTENIMENTO DELLESPRESSIONE DIFFERENZIALE DI GENI NEI DIVERSI TESSUTI METILAZIONE DEL DNA ACETILAZIONE DEGLI ISTONI

5 METILAZIONE. È uno degli eventi epigenetici più frequenti nel genoma dei mammiferi. Modificazione chimica covalente EREDITABILE ma REVERSIBILE. Consiste nellaggiunta di un gruppo metile (-CH 3 ) al carbonio in 5 dellanello di una CITOSINA. Nei vertebrati la metilazione interessa esclusivamente la CITOSINA

6 La metilazione del DNA è un processo biochimico mediante il quale lenzima DNA-metiltransferasi (DNMT) aggiunge un gruppo metilico alle citosine, (se seguite da una guanina) trasformandola in 5-metilcitosina H3CH3C N N O N DNMT METILAZIONE N N N O citosina 5-metilcitosina

7 METILAZIONE. Il genoma umano non è metilato uniformemente; contiene regioni non metilate interposte ad altre metilate. La maggior parte della metilazione in C avviene nel contesto della sequenze 5-CG-3 detteCpG island.

8 Quali regioni sono bersaglio della metilazione? CpGislands Piccole regioni IPERMETILATE Piccole regioni IPERMETILATE del DNA di kb ca. del DNA di kb ca. Si ritrovano in media ogni 100 kb. Nelluomo circa la metà dei geni ha CpG islands. Nelluomo circa la metà dei geni (geni house-keeping e geni con pattern despressione tessuto-specifica) ha CpG islands.

9 CpG islands Laumento della metilazione nella regione promotore di un gene porta ad una ridotta espressione, mentre la metilazione nella regione trascritta ha un effetto variabile

10 IMPRINTING GENOMICO Cosè limprinting?

11 IMPRINTING GENOMICO E un meccanismo epigenetico di regolazione trascrizionale attraverso alcuni geni vengono espressi o meno a seconda della loro origine il quale alcuni geni vengono espressi o meno a seconda della loro origineparentale Lesistenza dellimprinting genomico suggerisce invece che il genoma materno e quello paterno non sono funzionalmente equivalenti non sono funzionalmente equivalenti, ma hanno un ruolo supplementare e non sostituibile nel determinare un corretto sviluppo embrionale

12 Modified by J Med Genet 29: , 1992 In questo albero, la patologia è sempre trasmessa per via materna e non in modo mendeliano

13 Penetranza elevata quando il locus e ereditato dalla madre Allele paterno silente Imprinting paterno

14 il carattere viene espresso quando ereditato dal padre lallele materno e silente Imprinting materno

15 Alcuni geni sottoposti ad imprinting Chr1 (p73); Chr5 (U2AFBPL); Chr6 (MAS1; M6P/IGF2R..); Chr7 (GAMMA2-COP..); Chr11 (H19;IGF2;INS..); Chr13 ( HTR2A); Chr14 (MEG3/GTL2); Chr15 (GABRA5;GABRB3;NDN;PAR1;PAR5;SNRPN;UBE3A) Chr18 (IMPACT); Chr19 ( PEG3); Chr20 (GNAS1;NEURONATIN) ChrX (XIST)

16 Non e un cambiamento permanente del DNA Deve essere abolito prima di trasmettere il genoma Deve essere ripristinato coerentemente al sesso dellindividuo che trasmette Su questa nuova etichettatura agiscono i meccanismi di regolazione genica secondo i pattern previsti per cellule, tessuti..... Come e quando?

17 Limprinting deve essere cancellabile nella linea germinale per consentire la determinazione del pattern di imprinting del sesso opposto Limprinting deve essere mantenuto durante la divisione delle cellule somatiche Determinazione e propagazione dellimprinting

18 Imprinting e patologia Perdita dellallele non soggetto ad imprinting: assenza di proteina Perdita dellimprinting (LOI, loss of imprinting): livello di proteina raddoppiato rispetto al normale

19 Alcuni geni sottoposti ad imprinting Chr1 (p73); Chr5 (U2AFBPL); Chr6 (MAS1; M6P/IGF2R..); Chr7 (GAMMA2-COP..); Chr11 (H19;IGF2;INS..); Chr13 ( HTR2A); Chr14 (MEG3/GTL2); Chr15 (GABRA5;GABRB3;NDN;PAR1;PAR5;SNRPN;UBE3A) Chr18 (IMPACT); Chr19 ( PEG3); Chr20 (GNAS1;NEURONATIN) ChrX (XIST)

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21 Sindrome di Prader-Willi Incidenza: 1/ /15.000

22 Sindrome di Prader-Willi: Criteri Diagnostici Maggiori Ipotonia centrale infantile con suzione scarsa, tendente a migliorare nel tempo Difficoltà di alimentazione e scarso accrescimento Aumento eccessivo di peso dopo 1 a. e prima di 6 a. Anomalie facciali: costrizione bitemporale occhi a mandorla bocca piccola con labbro superiore sottile e angoli rivolti in basso Ipogonadismo Ritardo mentale medio-moderato Iperfagia/ossessione per il cibo Anomalia cromosomica o molecolare della regione 15q11-q13

23 del 15(q11-q13) MATPAT Microdelezione del cromosoma 15 nella sindrome di Prader-Willi Visibile con FISH (o con esame citogenetico ad alta risoluzione)

24 Sindrome di Angelman Incidenza: 1/ /30.000

25 Sindrome di Angelman: Caratteristiche Cliniche Costanti Grave ritardo di sviluppo psicomotorio Assenza, completa o pressoché completa, del linguaggio Andatura atassica e/o movimenti tremuli Anomalie comportamentali: riso non motivato<< carattere ipereccitabile, con tendenza ad agitare le mani deficit di attenzione atteggiamento apparentemente felice iperattività motoria

26 Sindrome di Angelman: Caratteristiche Cliniche Frequenti (>80%) Microcefalia prima dei 2 anni Convulsioni in genere <3 anni Pattern EEG anormale, con ampie onde lente, la cui comparsa è facilitata dalla chiusura degli occhi

27 PERDITA DELLIMPRINTING 1) Alterazioni di metilazione :eccesso o riduzione 2) Presenza di 2 copie dello stesso allele (DISOMIA UNIPARENTERALE)

28 Delezione 15q11-q13: 70% Soggetto normale AS PWS

29 La FISH con una sonda specifica del centromero del 15 ed una della regione PWS/AS identifica una delezione eterozigote (paterna in PWS e materna in AS)alla regione critica nel 70% dei casi Nei rimanenti casi il cariotipo è, in genere, normale

30 PERDITA DELLIMPRINTING 1) Alterazioni di metilazione :eccesso o riduzione 2) Presenza di 2 copie dello stesso allele (DISOMIA UNIPARENTERALE)

31 Delezione 15q11-q13: 70% Pat UPD:2% Mat UPD:25% Soggetto normale AS PWS

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33 46 cromos 24 cromos22 cromos 22 cromat 24 cromat Non disgiunz. alla MI

34 Uovo con nullisomia per il cromosoma cromosomi: monosomia 15 duplicaz. selettiva 15: 46 cromosomi con UPD 15 paterno

35 Sindrome di Angelman Sindrome di Prader-Willi Le sindromi di Angelmann e di Prader-Willi sono esempi di patologie dovute allimprinting genomico

36 15 der(15) 22der(22) 15 der(22)22 AS PWS The Lancet, 338:638 (1991)

37 La stessa traslocazione sbilanciata t(15;22)(q12;q11) è associata a due fenotipi diversi ( sindrome di Angelman o sindrome di Prader-Willi ) a seconda che sia ereditata dalla madre anziché dal padre

38 IMPRINTING GENOMICO: MECCANISMO MOLECOLARE Metilazione genica, a livello delle sequenze CpG blocco della trascrizione I geni delle regioni soggette ad imprinting sono particolarmente ricchi di isole CpG cg cg cg cg cg ccggcg regione PWS nel cromosoma 15 paterno cg cg cg cg cg ccggcg CH 3 regione PWS nel cromosoma 15 materno

39 Struttura della regione 15q11 Cromosoma 15

40 DIFETTI GENETICI NELLA SINDROME DI PRADER-WILLI crom. 15 paterno X crom. 15 materno 1. Microdelezione regione PWS cromosoma 15 paterno: 70% Evento sporadico, rischio di ricorrenza trascurabile crom. 15 materno 2. Disomia uniparentale materna o riarrangiamenti cromosoma 15: 25% Correlata con età materna Evento sporadico, rischio di ricorrenza trascurabile Rischio di ricorrenza 50% se padre portatore di microdelezione IC crom. 15 paterno crom. 15 materno 3. Difetti del Centro dellImprinting cromosoma paterno: <5%

41 Alcuni casi di sindrome di Angelman sono familiari! Mutazioni puntiformi inattivanti (loss of function) del gene UBE3A UBE3A è contenuto nella regione AS ed è soggetto ad imprinting paterno Prodotto proteico: ubiquitin-ligasi enzima che lega proteine destinate alla degradazione allubiquitina Forma autosomica dominante, con espressione dipendente dal sesso del genitore trasmettitore madre trasmettitrice s. di Angelman se trasmesso allele mutato padre trasmettitore nessuna conseguenza

42 Effetto di origine parentale nella sindrome di Angelman dovuta a mutazioni di UBE3A wt mat. att. mut. pat. inatt. wt mat. att. wt pat. inatt. wt mat. att. mut. pat. inatt. wt mat. att. mut. pat. inatt. wt mat. att. mut. pat. inatt. wt mat. att. wt pat. inatt. mut. mat. inatt. wt pat. inatt. mut. mat. inatt. wt mat. att. mut. pat. inatt. wt mat. att. wt pat. inatt. wt mat. att. mut. pat. inatt. wt mat. att. wt pat. inatt. wt mat. att. wt pat. inatt. mut. mat. inatt.

43 DIFETTI GENETICI NELLA SINDROME DI ANGELMAN crom. 15 materno X crom. 15 paterno 1. Microdelezione regione AS cromosoma 15 materno: 70% UBE3A crom. 15 paterno 2. Disomia uniparentale paterna cromosoma 15: 2-3% UBE3A crom. 15 materno 3. Difetti Centro dellImprinting cromosoma 15 materno: 3-5% UBE3A crom. 15 materno crom. 15 paterno 4. Mutazione puntiforme UBE3A cromosoma materno: 5-7% UBE3A 5. Altri meccanismi (sconosciuti): 12-18%

44 La sindrome di Beckwith– Wiedemann 1: nati vivi La Sindrome di Beckwith-Wiedemann è una sindrome da iperaccrescimento Dimostrato il linkage con 11p15 e lalterazione dellimprinting genomico di geni presenti in questa regione La maggior parte dei casi sono sporadici ma una piccolo numero sono familiari con trasmissione AD Coinvolgimento della deregolazione dellimprinting genomico nella regione 11p15 Presenta disordini clinici eterogenei

45 La sindrome di Beckwith–Wiedemann caratteristiche cliniche Macroglossia Difetti della parete addominale Visceromegalia(macrosomia) Gigantismo natale e postatale Anomalie alle orecchie (fossette, pieghe ecc) Ipoglicemia neonatale Citomegalia e cisti della corteccia surrenale Nefromegalia e anomalie strutturali del rene Emiperplasia (crescita asimmetrica di una o più regioni del corpo) Dismorfismi facciali Palatoschisi Occipite prominente

46 Perdita di udito (conduttiva o neurosensoriale) Tonsille e adenoidi di dimensioni notevoli Scoliosi (dovuta allasimmetria) Tumore di Wilms Epatoblastoma Neuroblastoma Nefroblastoma Tumori delle ghiandole surrenali Tumore del pancreas La sindrome di Beckwith– Wiedemann

47 GENI IMPRINTED-BWS Il cluster di geni imprintednella regione 11p15 contiene almeno 12 geni in due distinti domini regolati in cis da due imprinting centers (DMRs)

48 DOMINIO 1 Rosso: geni ad espressione materna Blu: geni ad espressione paterna H19 codifica un trascritto polII non tradotto GF fetale–espressione paterna Al 3 del gene H19 un set di enhancers IGF2 e H19 competono per tali enhancers DMR1 (2 kb a monte di H19): Regola lespressione di IGF2 e H19 causata dallaumentato livello despressione del gene IGF2 Duplicazione del cromosoma paterno 11p15Duplicazione del cromosoma paterno 11p15 Disomia uniparentale paternaDisomia uniparentale paterna Alterazione della metilazioneAlterazione della metilazione BWS

49 Dominio 2 6 geni imprinted : CDKN1C,TSSC3, SLC22A1L, KCNQ1,TSSC4,PHEMX CDKN1C Espressione materna Cdk inibitore Regola negativamente la proliferazione cellulare Mutazioni CDKN1C causano BWS e sono spesso associate con leredita autosomica dominante della sindromeCDKN1C Espressione materna Cdk inibitore Regola negativamente la proliferazione cellulare Mutazioni CDKN1C causano BWS e sono spesso associate con leredita autosomica dominante della sindrome SLC22A1L Espressione materna Trasportatore di cationi Mutazioni del gene associata tumore al senoSLC22A1L Espressione materna Trasportatore di cationi Mutazioni del gene associata tumore al seno KCNQ1 Espressione materna 6 traslocazoni note sono associate con la BWS Lintrone 10 contiene un DMR2KCNQ1 Espressione materna 6 traslocazoni note sono associate con la BWS Lintrone 10 contiene un DMR2 CH3 DMR2 PAT MAT KCNQ1OTI KCNQ1OTI: trascritto antisenso che regola negativamente lespressione dei geni paterni

50 Alterazioni genetiche associate a BWS : 1.DMR2 non metilato con conseguente perdita di imprintig del KCNQ1OTI nel 50% dei casi 2.Disomia uniparentale paterna dell11p15 nel 10-20% dei casi 3.Perdita di imprintig del gene IGF2 sullallele materno % dei casi

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