MALATTIE DA ESPANSIONE (instabile) DI BREVI TRATTI RIPETUTI

Cosa sono i microsatelliti o STR ? La base molecolare di queste malattie consiste nella ripetizione abnorme di un microsatellite o STR (Short Tandem Repeat) Cosa sono i microsatelliti o STR ? Regioni di genoma in cui una breve sequenza di basi (da 1 a 10 bp), detta repeat, viene ripetuta un numero variabile di volte La differenza tra gli alleli è quindi un differenza di lunghezza

Gli alleli vengono in genere indicati con un numero che corrisponde al numero di ripetizioni dell’unità di base Ad esempio, gli alleli 13 e 14 di un microsatellite del tipo CA (vedi figura A) differiscono l’uno dall’altro per due basi: l’allele 13 presenta il dinucleotide CA ripetuto 13 volte (per un totale di 26 bp), mentre nell’allele 14 esso è ripetuto 14 volte (in totale 28 bp) Ciascun sito STR è indicato con una sigla (D number) D6S282 D = DNA; 6 = l’STR considerato sta sul cromosoma 6;

Nelle malattie da espansione Alleli normali  l’unità base è presente un numero di volte limitato (anche se variabile da allele ad allele) Alleli patologici  l’unità base è presente un numero di volte molto maggiore Esempio: nella Corea di Huntington gli alleli normali contengono il trinucleotide CAG ripetuto 11-36 volte, gli alleli patologici lo presentano 40-120 volte CAG 40-120 CAG CAG CAG CAG gene HD 11-36 CAG CAG CAG

anticipazione dell’età di insorgenza e Quando si studiano pedigree in cui segregano malattie dovute ad espansioni nucleotidiche si osservano, in generazioni successive della stessa famiglia, anticipazione dell’età di insorgenza e aumento della gravità dei sintomi clinici Per alcune malattie queste caratteristiche erano state evidenziate già nei primi decenni del secolo scorso

I 54a 1 2 II 56a 41a 46a 1 2 3 4 5 6 Il no. all’interno del simbolo dei soggetti affetti indica l’età di insorgenza della malattia III 18a 42a 1 2 3

Entrambi i fenomeni sono spiegati dalle seguenti osservazioni: l’entità dell’espansione è direttamente collegata alla gravità della malattia e alla sua età di insorgenza il tratto espanso è soggetto ad instabilità meiotica (e anche mitotica)  i portatori di un allele espanso producono con frequenza elevata gameti con un numero di ripetizioni ancora più elevato Esempio  individuo con un allele con un tratto (CAG)48 ha un’elevata probabilità di formare gameti con (CAG)>48

I 48/28 31/30 54a 1 2 28/30 48/30 II 54/31 29/27 28/30 50/31 56a 41a 46a 1 2 3 4 5 6 I no. accanto ai soggetti affetti indicano il no. di ripetizioni dell’unità di base III 28/32 62/30 54/30 18a 42a 1 2 3

La prima dimostrazione che l’espansione di un microsatellite può essere causa di patologie risale all’inizio degli anni ’90 Oggi si conoscono una ventina di malattie dovute a questo meccanismo mutazionale

Le malattie da espansione possono essere suddivise in 3 categorie sulla base della regione genica in cui si trova il tratto ripetuto (regioni codificanti o non codificanti) e del meccanismo molecolare alla base della patogenicità (perdita di funzione, produzione di una proteina mutata con nuove caratteristiche, produzione di mRNA con nuove funzioni)

Nat Rev Genet (2005) 6: 743-755

1. Malattie in cui il gene contiene l’espansione in una regione NON codificante (nel 5’ UTR per FRAXA e FRAXE e nel 1° introne per FRDA) e in cui il meccanismo patogenetico è la perdita di funzione l’unità ripetuta è diversa da gene a gene il range di espansione patologico è molto elevato (centinaia o addirittura migliaia di copie)

2. Malattie in cui il gene contiene l’espansione in una regione NON codificante (nel 5’ UTR o nel 1° introne) e il meccanismo patogenetico è la produzione di un mRNA con nuove caratteristiche l’unità ripetuta è diversa da gene a gene il range di espansione patologico è molto elevato (centinaia o addirittura migliaia di copie)

3. Malattie in cui il gene contiene l’espansione in una regione codificante sono malattie neurodegenerative l’unità base ripetuta è sempre CAG (codone che codifica per Glutamina malattie da poli-glutamine) sono a trasmissione Autosomica Dominante (tranne SBMA) il meccanismo patogenetico è l’acquisizione di funzione da parte della proteina mutata