Bianca Maria Ciminelli Studio 319, lab 308 (settore H0) Tel 0672594319-4308 Mail: bianca.ciminelli@uniroma2.it Ricevimento su appuntamento Testo consigliato: Strachan, Goodship e Chinnery ‘Genetica & Genomica’ Ed. Zanichelli Modalità di esame: Prova scritta: 10 domande a risposta aperta, 3 p.ti ciascuna Prova orale

Principali difficoltà nello studio dei caratteri genetici nell’uomo Non si possono programmare gli incroci Il tempo di generazione dello sperimentatore è uguale al tempo di generazione della specie oggetto di studio Le fratrie sono di piccole dimensioni Vantaggi Per l’uomo le conoscenze ‘mediche’ (anatomia, fisiologia, patologia ecc.) sono molto più avanzate rispetto a quelle sugli altri organismi Anche fenotipi molto rari è difficile che sfuggano all’osservazione

Non sempre è facile dimostrare l’ereditarietà genetica di un carattere  membri della stessa famiglia, oltre a condividere una certa quota del loro patrimonio genetico, condividono anche l’ambiente (alimentazione, stile di vita, interessi, esposizione a patogeni ecc.); non sempre è possibile avere informazioni dettagliate e complete sui rapporti di parentela e sul fenotipo dei vari membri di una famiglia

Albero genealogico o pedigree  figura che rappresenta in modo schematico individui con almeno un ascendente in comune, i loro discendenti, i loro coniugi e le relazioni di parentela che intercorrono tra di essi Sono utilizzati: per accertare se un carattere è ereditario, se la trasmissione è di tipo genetico-mendeliano e per stabilirne la modalità di trasmissione nella consulenza genetica (es. per calcolare il rischio di generare figli affetti o il rischio di sviluppare una determinata malattia genetica) per la mappatura genetica

I PRINCIPALI SIMBOLI USATI PER LA COSTRUZIONE DEI PEDIGREE Talvolta un individuo del pedigree è contrassegnato da una freccia: è il probando cioè l’individuo attraverso cui si è arrivati alla costruzione e allo studio di quel pedigree Strachan, Read – GENETICA MOLECOLARE UMANA, Zanichelli, 2012

Strachan, Read – GENETICA MOLECOLARE UMANA, Zanichelli, 2012 Le generazioni sono indicate da numeri romani. Ogni individuo è identificato da una coppia di numeri (uno romano ed uno arabo)

viceversa per CARATTERI COMUNI tale assunzione non può essere fatta Se si utilizzano i pedigree per stabilire le modalità di trasmissione di un carattere genetico è importante considerare la frequenza con cui il carattere in esame si presenta nella popolazione CARATTERE RARO  possiamo assumere che l’allele(i) responsabile sia entrato nel pedigree una sola volta tra tutte le modalità di trasmissione compatibili con il/i pedigree in esame, consideriamo come più verosimile quella che ipotizza il minor numero di portatori indipendenti (cioè non imparentati) viceversa per CARATTERI COMUNI tale assunzione non può essere fatta

Stabilire la modalità di trasmissione di un carattere COMUNE Aa aa I II III 1 2 3 4 5 6 7 il pattern di trasmissione in questo pedigree è compatibile con le seguenti modalità: Autosomica Dominante  l’allele che determina il carattere è stato introdotto solo da I-1 aa Aa AA o Aa Entrambi Aa o AA I II III 1 2 3 4 5 6 7 Autosomica Recessiva  l’allele è stato introdotto da 4 individui indipendenti (I-1, I-2, II-4 e II-7, genotipo in viola), trattandosi di un carattere comune questa assunzione è verosimile (sarebbe stata da scartare se il carattere fosse stato raro) BASANDOCI SU QUEST’UNICO PEDIGREE NON POSSIAMO SCEGLIERE TRA LE DUE IPOTESI

PRINCIPALI MODALITA’ DI TRASMISSIONE DI UN CARATTERE MENDELIANO autosomica dominante autosomica recessiva X-linked dominante X-linked recessiva Y-linked mitocondriale dovuta a un gene soggetto a imprinting

EREDITA’ AUTOSOMICA DOMINANTE Strachan, Read – GENETICA MOLECOLARE UMANA, Zanichelli, 2012 EREDITA’ AUTOSOMICA DOMINANTE Maschi e femmine presentano il carattere nelle stesse proporzioni Maschi e femmine trasmettono il carattere con la stessa probabilità Un individuo che presenta il carattere ha almeno un genitore che lo presenta Non si osserva salto di generazione La trasmissione si interrompe dopo una generazione in cui non ci sono individui con il carattere in esame

EREDITA’ AUTOSOMICA RECESSIVA Maschi e femmine sono presentano il carattere nelle stesse proporzioni Maschi e femmine lo trasmettono con la stessa probabilità Si osserva salto di generazione Genitori normali di un individuo che presenta il carattere sono entrambi portatori Dopo la nascita di un figlio affetto la probabilità di avere un figlio affetto è di 1/4 ad ogni gravidanza I fratelli sani di un affetto hanno una probabilità di 2/3 di essere portatori Se il carattere è raro molto spesso i genitori di un affetto sono consanguinei Strachan, Read – GENETICA MOLECOLARE UMANA, Zanichelli, 2012

EREDITA’ X-LINKED RECESSIVA Il carattere è sempre espresso nei maschi E’ espresso nelle femmine omozigoti (molto raramente nelle eterozigoti) Una madre eterozigote lo trasmette, in media, a metà dei figli maschi Figlie femmine di una madre eterozigote hanno una probabilità di 1/2 di essere eterozigoti (portatrici) Una femmina affetta ha un padre affetto e una madre eterozigote (o affetta) Strachan, Read – GENETICA MOLECOLARE UMANA, Zanichelli, 2012

Diffusione dell’allele dell’emofilia nelle famiglie reali europee

Tra gli affetti il rapporto maschi:femmine è 1:2 EREDITA’ X-LINKED DOMINANTE Tra gli affetti il rapporto maschi:femmine è 1:2 Il carattere è espresso nelle femmine eterozigoti e nei maschi emizigoti Se patologico gli effetti nei maschi sono in genere più gravi Se patologico in fasi precoci dello sviluppo si osservano alti tassi di aborto spontaneo o mortalità maschile precoce Un maschio che presenta il carattere lo trasmette a tutte le figlie femmine e a nessuno dei figli maschi Una donna che presenta il carattere lo trasmette, in media, alla metà dei suoi figli (sia maschi che femmine) Strachan, Read – GENETICA MOLECOLARE UMANA, Zanichelli, 2012

Il carattere è presentato solo dai maschi trasmissione maschio-maschio Strachan, Read – GENETICA MOLECOLARE UMANA, Zanichelli, 2012 EREDITA’ Y-LINKED Il carattere è presentato solo dai maschi trasmissione maschio-maschio non si conoscono (e probabilmente non esistono) patologie legate a geni del cromosoma Y (escluse quelle che riguardano la fertilità)

EREDITA’ MITOCONDRIALE Trasmissione matrilineare Strachan, Goodship, Chinnery – GENETICA & GENOMICA, Zanichelli, 2015

FATTORI CHE COMPLICANO L’ANALISI DI PEDIGREE penetranza incompleta – La penetranza è la percentuale di individui che hanno il genotipo-malattia e che sono affetti. Affermare che un carattere genetico è a penetranza incompleta equivale a dire che esiste una certa quota di individui che non manifestano il carattere pur avendo il genotipo responsabile di quel carattere Esempio 1. malattia Autosomica Dominante (AD) con penetranza dell’80% 100 soggetti Aa, 80 sono malati e 20 sono sani Esempio 2. malattia Autosomica Recessiva con penetranza del 70% 100 soggetti aa, 70 sono malati e 30 sono sani

ESEMPIO DI MANCATA PENETRANZA 1 2 3 4 5 6 7 8 ESEMPIO DI MANCATA PENETRANZA madre e figlia di II-2 presentano la stessa patologia  possiamo escludere che il gamete da cui è nata III-3 portasse una mutazione fresca Strachan, Read – GENETICA MOLECOLARE UMANA, Zanichelli, 2012

La penetranza incompleta è una caratteristica maggiormente frequente nelle malattie AD Il motivo per cui individui con il genotipo-malattia non sono malati può essere: influenza dell’ambiente azione di altri geni (gene principale + geni modificatori)

Sindrome di Waardenburg ESPRESSIVITA’ VARIABILE individui portatori dello stesso allele malattia presentano caratteristiche cliniche e gravità diverse Sindrome di Waardenburg Strachan, Goodship, Chinnery – GENETICA & GENOMICA, Zanichelli, 2015

La penetranza incompleta è una forma estrema di espressività variabile Per le malattie X-linked l’espressività variabile, nelle femmine, può essere particolarmente accentuata: inattivazione del cromosoma X  la gravità del quadro clinico dipende dalla proporzione di cellule che hanno mantenuto attivo il cromosoma X con l’allele ‘patologico’ Espressività variabile e penetranza incompleta sono un continuum dello stesso fenomeno La penetranza incompleta è una forma estrema di espressività variabile

ESPRESSIONE FENOTIPICA OGNI OVALE RAPPRESENTA UN INDIVIDUO INDIVIDUI DELLA STESSA RIGA HANNO UGUALE GENOTIPO PENETRANZA INCOMPLETA ESPRESSIVITA’ VARIABILE PENETRANZA INCOMPLETA + ESPRESSIVITA’ VARIABILE

malattie clinicamente uguali sono dovute a mutazioni in geni diversi ETEROGENEITÀ GENETICA (eterogeneità di locus) malattie clinicamente uguali sono dovute a mutazioni in geni diversi Esempi classici sono la sordità non sindromica e l’albinismo cioè fenotipi alla cui determinazione concorrono numerosi eventi sequenziali, ognuno controllato da un gene, quindi il non verificarsi di uno qualsiasi di essi compromette del tutto il fenotipo finale Altri esempi: sindrome di Ehlers-Danlos (lassità di pelle e legamenti) e retinite pigmentosa: varie forme clinicamente indistinguibili ma geneticamente distinte (eredità AD, AR e X-linked recessiva); Quando si cerca di stabilire la modalità di trasmissione di una particolare malattia o si vuole mappare il gene-malattia bisogna tenere presente questa possibilità e considerare che in pedigree diversi la patologia può essere causata da mutazioni in geni diversi

(Sordità autosomica recessiva) Malattie recessive che presentano eterogeneità di locus mostrano il fenomeno della complementazione ESEMPIO DI COMPLEMENTAZIONE NELL’UOMO (Sordità autosomica recessiva) Strachan, Read – GENETICA MOLECOLARE UMANA, Zanichelli, 2012

Eterogeneità di locus della sindrome Bardet-biedl Strachan, Goodship, Chinnery – GENETICA & GENOMICA, Zanichelli, 2015

ETEROGENEITÀ GENETICA (eterogeneità allelica) mutazioni diverse dello stesso gene causano malattie diverse talvolta la differenza è quantitativa (es. Fibrosi cistica con e senza insufficienza pancreatica, CBAVD; distrofie di Duchenne e di Becker); altre volte è qualitativa  alleli diversi dello stesso gene causano patologie molto diverse (es. l’insensibilità agli androgeni e l’atrofia muscolo-spino-bulbare sono dovute a mutazioni differenti del gene AR che codifica il recettore degli androgeni)

penetranza dipendente dall’età INSORGENZA TARDIVA penetranza dipendente dall’età

I II III 4 1 2 3 II-1, II-3 e II-4 non hanno ricevuto l’allele malattia o non hanno ancora manifestato la malattia?

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malattia X-linked dominante letale nei maschi Strachan, Read – GENETICA MOLECOLARE UMANA, Zanichelli, 2012 malattia X-linked dominante letale nei maschi in alcuni casi si osserva poliabortività il rapporto sessi è alterato ma, a causa delle piccole dimensioni delle famiglie umane, generalmente è difficile dimostrarlo

Strachan, Read – GENETICA MOLECOLARE UMANA, Zanichelli, 2012 malattia X-linked recessiva: mutazione fresca o segregazione di un allele malattia ?

Mosaicismo Presenza in un individuo di due linee cellulari geneticamente diverse ma derivanti da un unico zigote Mosaicismo somatico Mosaicismo germinale Mosaicismo somatico E germinale

Mosaicismo funzionale nelle femmine dovuto a inattivazione del cromosoma X Le malattie X-linked dominanti in genere mostrano, nelle femmine, una notevole variabilità di espressione dovuta alla diversa percentuale di cellule che hanno inattivato il cromosoma X con l’allele mutante L’inattivazione del cromosoma X può anche essere responsabile dell’insorgenza di malattie X-linked recessive in femmine portatrici

carattere X-linked comune: apparente trasmissione maschio-maschio esempio: daltonismo, freq. del carattere nei maschi (q) 0.08, freq. di femmine portatrici (2pq) = 0.147, quindi la probabilità di un matrimonio maschio daltonico x femmina portatrice = 0.08 x 0.147 = 0.012

Strachan, Read – GENETICA MOLECOLARE UMANA, Zanichelli, 2012 CARATTERE DETERMINATO DA UN GENE SOGGETTO A IMPRINTING NELLA MADRE (è attiva solo la copia fornita dal padre): figli di madri malate non sono mai malati; figli di padri malati hanno una probabilità del 50% di ricevere la malattia

Strachan, Goodship, Chinnery – GENETICA & GENOMICA, Zanichelli, 2015

Strachan, Read – GENETICA MOLECOLARE UMANA, Zanichelli, 2012