AMISH MENNONITI

SICILIA

Etnie negli U.S.A.

Agglutinazione Eritrocitaria

♂ ♀ ♂ ♀ A1 A2 A1A1 A1A2 A2A2 A1 A2 A1A1 p2 A1A2 pq A2A2 q2 I II 1 2 A1 A2 A1 A2 A2 A2 A1 A1 … ♂ ♀ A1 A2 A1A1 A1A2 A2A2 ♂ ♀ A1 A2 A1A1 p2 A1A2 pq A2A2 q2 A1, A2 = 0,5 p, q = >0 <1

gruppo sanguigno M: genotipo MM gruppo sanguigno MN: genotipo MN gruppo sanguigno N: genotipo NN gruppo M: 250 individui gruppo MN: 140 individui gruppo N: 110 individui = 500 alleli M = 140 alleli M + 140 alleli N = 220 alleli N Frequenze fenotipiche ( e genotipiche): M = 0,5; MN = 0,28; N = 0,22 Totale alleli al locus MN nel campione: 500 x 2 = 1.000 p(M): (500 + 140)/1.000 = 0.64 q(N): (220 + 140)/1.000 = 0.36 p(M): (250 + 70)/500 = 0.64 q(N): (110 + 70)/500 = 0.36 p(M): (M +½MN)/tot. individui nel campione q(N) = 1 - p(M)

INCROCI FIGLI ♂ M MN N M ♀ MN N 1 MxM=0,5x0,5=0,25 2 MNxM=0,28x0,5=0,14 3 NxM=0,22x0,5=0,11 4 MxMN=0,5x0,28=0,14 5 MNxMN=0,28x0,28=0,08 6 NxMN=0,22x0,28=0,06 7 MxN=0,5x0,22=0,11 8 MNxN=0,28x0,22=0,06 9 NxN=0,22x0,22=0,05 FIGLI 1 100% M (0,25) 2 50% M (0,07) 50% MN (0,07) 3 100% MN (0,11) 4 5 25% M (0,02) 50% MN (0,04) 25% N (0,02) 6 50% MN (0,03) 50% N (0,03) 7 8 9 100% N (0,05)

1 100% M (0,25) 2 50% M (0,07) 50% MN (0,07) 3 100% MN (0,11) 4 5 25% M (0,02) 50% MN (0,04) 25% N (0,02) 6 50% MN (0,03) 50% N (0,03) 7 8 9 100% N (0,05) Figli di gruppo M: 0,25 + 0,07 + 0,07 + 0,02 = 0,41 1 2 4 5 Figli di gruppo MN: 0,07 + 0,11 + 0,07 + 0,04 + 0,03 + 0,11 + 0,03 = 0,46 2 3 4 5 6 7 8 Figli di gruppo N: 0,02 + 0,03 + 0,03 + 0,05 = 0,13 5 6 8 9

gruppo sanguigno M: genotipo MM gruppo sanguigno MN: genotipo MN gruppo sanguigno N: genotipo NN gruppo M: 250 individui gruppo MN: 140 individui gruppo N: 110 individui = 500 alleli M = 140 alleli M + 140 alleli N = 220 alleli N Frequenze fenotipiche ( e genotipiche) F0: M = 0,5; MN = 0,28; N = 0,22 Frequenze fenotipiche ( e genotipiche) F1: M = 0,41; MN = 0,46; N = 0,13 Totale alleli al locus MN nel campione: 500 x 2 = 1.000 p(M): (500 + 140)/1.000 = 0.64 q(N): (220 + 140)/1.000 = 0.36 p(M): (250 + 70)/500 = 0.64 q(N): (110 + 70)/500 = 0.36 p(M): (M +½MN)/tot. individui nel campione q(N): 1 - p(M)

p(M): (410 + 230)/1000 = 0.64 q(N): (130 + 230)/1.000 = 0.36 F0: 500 individui  250 ♂ e 250 ♀ 4 figli (50% ♂ e 50% ♀) per coppia (250 coppie) F1: 1000 individui  500 ♂ e 500 ♀ Figli di gruppo M: 0,25 + 0,07 + 0,07 + 0,02 = 0,41 250 + 70 + 70 + 20 = 410 Figli di gruppo MN: 0,07 + 0,11 + 0,07 + 0,04 + 0,03 + 0,11 + 0,03 = 0,46 70 + 110 + 70 + 40 + 30 + 110 + 30 = 460 Figli di gruppo N: 0,02 + 0,03 + 0,03 + 0,05 = 0,13 20 + 30 + 30 + 50 = 130 p(M): (410 + 230)/1000 = 0.64 q(N): (130 + 230)/1.000 = 0.36 LE FREQUENZE ALLELICHE RESTANO INVARIATE!

INCROCI FIGLI ♂ M MN N M ♀ MN N 1 MxM=0,41x0,41=0,17 2 MNxM=0,46x0,41=0,19 3 NxM=0,13x0,41=0,05 4 MxMN=0,41x0,46=0,19 5 MNxMN=0,46x0,46=0,21 6 NxMN=0,13x0,46=0,06 7 MxN=0,41x0,13=0,05 8 MNxN=0,46x0,13=0,06 9 NxN=0,13x0,13=0,02 FIGLI 1 100% M (0,17) 2 50% M (0,095) 50% MN (0,095) 3 100% MN (0,05) 4 5 25% M (0,05) 50% MN (0,11) 25% N (0,05) 6 50% MN (0,03) 50% N (0,03) 7 8 9 100% N (0,02)

LE FREQUENZE SONO RIMASTE STABILI NEL PASSAGGIO DALLA 1 100% M (0,17) 2 50% M (0,095) 50% MN (0,095) 3 100% MN (0,05) 4 5 25% M (0,05) 50% MN (0,11) 25% N (0,05) 6 50% MN (0,03) 50% N (0,03) 7 8 9 100% N (0,02) Figli di gruppo M: 0,17 + 0,095 + 0,095 + 0,05 = 0,41 1 2 4 5 Figli di gruppo MN: 0,095 + 0,05 + 0,095 + 0,11 + 0,03 + 0,05 + 0,03 = 0,46 2 3 4 5 6 7 8 Figli di gruppo N: 0,05 + 0,03 + 0,03 + 0,02 = 0,13 5 6 8 9 LE FREQUENZE SONO RIMASTE STABILI NEL PASSAGGIO DALLA GENERAZIONE F1 ALLA F2

♂ ♀ M N MM p2 MN pq NN q2 p2(MM) = (0,64)2 = 0,41 2pq(MN) = 2(0,64 x 0,36) = 0,46 q2(NN) = (0,36)2 = 0,13 p2 + 2pq + q2 = (p + q)2 = 1

LEGGE DI HARDY-WEINBERG Godfrey Harold Hardy Wilhelm Weinberg

Frequenze di incrocio in una popolazione panmittica ♂ A1A1 A1A2 A2A2 A1A1 ♀ A1A2 A2A2 Ā1Ā1 x Ā1Ā1 Ā1Ā2 x Ā1Ā1 Ā2Ā2 x Ā1Ā1 Ā1Ā1 x Ā1Ā2 Ā1Ā2 x Ā1Ā2 Ā2Ā2 x Ā1Ā2 Ā1Ā1 x Ā2Ā2 Ā1Ā2 x Ā2Ā2 Ā2Ā2 x Ā2Ā2 Genotipi dei figli prodotti dai diversi tipi di incrocio Incrocio (generazione F0) Genotipi F1 A1A1 A1A2 A2A2 A1A1 x A1A1 100% - A1A1 x A1A2 50% A1A1 x A2A2 A1A2 x A1A2 25% A1A2 x A2A2 A2A2 x A2A2

Uguale capacità riproduttiva per i diversi genotipi dei genitori ♂ A1A1 A1A2 A2A2 A1A1 ♀ A1A2 A2A2 1 Ā1Ā1 x Ā1Ā1 2 Ā1Ā2 x Ā1Ā1 3 Ā2Ā2 x Ā1Ā1 4 Ā1Ā1 x Ā1Ā2 5 Ā1Ā2 x Ā1Ā2 6 Ā2Ā2 x Ā1Ā2 7 Ā1Ā1 x Ā2Ā2 8 Ā1Ā2 x Ā2Ā2 9 Ā2Ā2 x Ā2Ā2 Uguale capacità riproduttiva per i diversi genotipi dei genitori Uguali possibilità di sopravvivenza per gli zigoti prodotti Figli di genotipo A1A1 vengono ottenuti dagli incroci nelle caselle 1, 4, 2 e 5 Ā1Ā1F1 = (Ā1Ā1F0)2 + ½Ā1Ā1F0 Ā1Ā2F0 + ½Ā1Ā2F0 Ā1Ā1F0 + ¼Ā1Ā2F0 Ā1Ā2F0 Ā1Ā2F1 = ½Ā1Ā1F0 Ā1Ā2F0 + ½Ā1Ā2F0 Ā1Ā1F0 + Ā1Ā1F0 Ā2Ā2F0 + + Ā2Ā2F0 Ā1Ā1F0 + ½Ā1Ā2F0 Ā1Ā2F0 + ½Ā1Ā2F0 Ā2Ā2F0 + ½Ā2Ā2F0 Ā1Ā2F0 Ā2Ā2F1 = (Ā2Ā2F0)2 + ½Ā1Ā2F0 Ā2Ā2F0 +½Ā2Ā2F0 Ā1Ā2F0 + ¼Ā1Ā2F0Ā1Ā2F0

♂ A1A1 A1A2 A2A2 A1A1 ♀ A1A2 A2A2 1 Ā1Ā1 x Ā1Ā1 2 Ā1Ā2 x Ā1Ā1 3 Ā2Ā2 x Ā1Ā1 4 Ā1Ā1 x Ā1Ā2 5 Ā1Ā2 x Ā1Ā2 6 Ā2Ā2 x Ā1Ā2 7 Ā1Ā1 x Ā2Ā2 8 Ā1Ā2 x Ā2Ā2 9 Ā2Ā2 x Ā2Ā2 ♂ A1A1 A1A2 A2A2 A1A1 ♀ A1A2 A2A2 1 p2 x p2 = p4 2 p2 x 2pq = 2p3q 3 p2 x q2 = p2q2 4 5 2pq x 2pq = 4p2q2 6 q2 x 2pq = 2pq3 7 8 9 q2 x q2 = q4

♂ A1A1 A1A2 A2A2 A1A1 ♀ A1A2 A2A2 1 p2 x p2 = p4 2 p2 x 2pq = 2p3q 3 p2 x q2 = p2q2 4 5 2pq x 2pq = 4p2q2 6 q2 x 2pq = 2pq3 7 8 9 q2 x q2 = q4 Figli A1A1: p4 + ½2p3q + ½2p3q + ¼4p2q2 = p4 + 2p3q + p2q2 = = p2(p2 + 2pq + q2) = p2 Figli A1A2: ½2p3q + p2q2 + ½2p3q + ½4p2q2 + ½2pq3 + p2q2 + ½2pq3 = = 2p3q + 4p2q2 + 2pq3 = 2pq(p2 + 2pq + q2) = 2pq Figli A2A2: q4 + ½2pq3 + ½2pq3 + ¼4p2q2 = q2 + 2pq3 + p2q2 = = q2(p2 + 2pq + q2) = q2

Equilibrio di Hardy-Weinberg per loci multiallelici (p + q + r)2 = p2 + q2 + r2 + 2pq + 2pr + 2qr

gruppo sanguigno M: genotipo MM gruppo sanguigno MN: genotipo MN gruppo sanguigno N: genotipo NN gruppo M: 250 individui gruppo MN: 140 individui gruppo N: 110 individui = 500 alleli M = 140 alleli M + 140 alleli N = 220 alleli N Frequenze fenotipiche ( e genotipiche) F0: M = 0,5; MN = 0,28; N = 0,22 Frequenze fenotipiche ( e genotipiche) F1: M = 0,41; MN = 0,46; N = 0,13 Totale alleli al locus MN nel campione: 500 x 2 = 1.000 p(M): (500 + 140)/1.000 = 0.64 q(N): (220 + 140)/1.000 = 0.36 p(M): (250 + 70)/500 = 0.64 q(N): (110 + 70)/500 = 0.36 p(M): (M +½MN)/tot. individui nel campione q(N): 1 - p(M)

Frequenze fenotipiche ( e genotipiche) F1: M = 0,41; MN = 0,46; N = 0,13 M = 0,41 x 500 = 205 MN = 0,46 x 500 = 230 N = 0,13 x 500 = 65 Genotipo N. individui (osservato) N. individui (atteso) MM 250 205 MN 140 230 NN 110 65 Verifica con il test di Pearson (chi quadrato) – o con test esatto di Fisher  Numero di gradi di libertà = 3-1-1= 1 perché i valori attesi sono stati stimati in base ai valori osservati (le frequenze geniche sono state desunte dai dati dell’osservazione)

Calcolo del 2 (Osservati – Attesi)2  Attesi

Probabilità di avere un figlio affetto ↓ 1 2 3 4 II 1 2 3 4 5 2/3 1/25 ? Frequenza della fibrosi cistica: 1/2.500 = Frequenza omozigoti recessivi aa Frequenza aa = q2 q = √q2 = √1/2.500 = 1/50 p = 1 – q = 1 – 1 /50 = 49/50  1 2pq = 2 x 1 x 1 /50 = 1/25 Probabilità di avere un figlio affetto ↓ 2/3 x 1/25 x 1/4 = 2/300 =1/150

Probabilità di avere un figlio affetto ↓ 1 2 3 4 II 1 2 3 4 5 2/3 1/500 ? Frequenza della sindrome di Bloom: 1/1.000.000 = Frequenza omozigoti recessivi aa Frequenza aa = q2 q = √q2 = √1/1.000.000 = 1/1.000 p = 1 – q = 1 – 1 /1.000 = 999/1.000  1 2pq = 2 x 1 x 1 /1.000 = 1/500 Probabilità di avere un figlio affetto ↓ 2/3 x 1/500 x 1/4 = 2/6.000 =1/3.000

FREQUENZA ETEROZIGOTI MALATTIA PREVALENZA FREQUENZA ETEROZIGOTI Anemia Falciforme (Afroamericani) 1/400 9,5% Fibrosi Cistica 1/2.500 4% Malattia di Tay-Sachs (Ashkenazi) 1/3.600 3,3% Atrofia Muscolare Spinale 1/10.000 2% Fenilchetonuria Albinismo Oculo-Cutaneo 1/40.000 1% Malattia di Tay-Sachs (non Ashkenazi) 1/360.000 0,3% Sindrome di Bloom 1/1.000.000 0,2%

Calcolo della frequenza di alleli responsabili di malattie autosomiche dominanti Genotipi: AA Aa aa Molto raro, spesso letale in utero Quindi gli individui affetti sono esclusivamente (o quasi) Aa Incidenza della malattia 2 p(A) = Applicabile a malattie autosomiche dominanti con penetranza completa

Calcolo della frequenza di alleli responsabili di malattie X-linked recessive Genotipi: XX Xx XY xY Unici affetti Ogni maschio ha un unico gene per un locus X-linked Ogni maschio affetto ha un allele recessivo Incidenza della malattia nei maschi q(x) =

Condizioni dell’equilibrio di Hardy-Weinberg Assenza di mutazione Assenza di selezione Assenza di migrazioni (flusso genico) Popolazione infinitamente grande Panmissia (incroci casuali)

Frequenza di mutazione () = N. alleli mutanti/Locus/Gamete/Generazione Se su un pool di 1.000.000 geni, 10 vanno incontro a mutazione ad un determinato locus,  per questo locus sarà pari a 10/1.000.000 = 1/100.000 (=0,00001)

Calcolo della frequenza di mutazione Metodo Diretto numero di casi sporadici/numero di individui nel campione x 2 Applicabile solo a malattie autosomiche dominanti con penetranza completa

FREQUENZA DI MUTAZIONE MALATTIA TRASMISSIONE GENE FREQUENZA DI MUTAZIONE Acondroplasia AD FGFR3 0,6-1,4 x 10-5 Aniridia PAX6 2,9-5 x 10-6 Neurofibromatosi tipo 1 NF1 4-10 x 10-5 Retinoblastoma RB1 5-12 x 10-6 Distrofia Muscolare di Duchenne XLR DMD 3,5-10,5 x 10-5 Emofilia A F8 3,2-5,7 x 10-5 Emofilia B F9 2-3 x 10-6

Per la maggior parte dei geni umani  è compresa tra 1 x 10-6 e 1 x 10-4 La frequenza di mutazione dipende dal contesto della sequenza e dal meccanismo di mutazione SITI IPERMUTABILI citosine metilate a livello di dinucleotidi CpG sequenze ripetitive (es. microsatelliti)

Sindrome di Birt-Hogg-Dubè Genodermatosi caratterizzata dalla triade: tumori benigni cutanei cisti polmonari/pneumotorace spontaneo tumori renali Prevalenza stimata: 1/200.000 Modalità di trasmissione di tipo autosomico dominante con espressività variabile.

Tumori benigni cutanei Acrocordoni: piccole appendici cutanee peduncolate, di consistenza soffice, su viso, collo e cavo ascellare. Fibrofolliculomi e tricodiscomi: amartomi multipli del follicolo pilifero. Piccole papule multiple, lievemente rilevate, su viso, collo e tronco. Biopsy had features consistent with fibrofolliculoma. da Welsch et al., Int J Dermatol 2005

Cisti polmonari alla TAC toracica: 90% dei casi; il 25 % dei soggetti sviluppa uno o più episodi di pneumotorace spontaneo in giovane età. da Zbar et al., Risk of Renal and Colonic Neoplasms and Spontaneous Pneumothorax in the Birt-Hogg-Dube´ Syndrome. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev, 2002 Rischio di sviluppare pneumotorace è 50 volte maggiore rispetto alla popolazione generale

da Zbar et al., Canver Epidemiol Biomarkers Prev, 2002 Neoplasie renali (25-45%) Bilaterali e multifocali Istotipi: oncocitoma (5%) carcinoma a cellule chiare (9%) carcinoma cromofobo (34%) misto cromofobo/oncocitico (50%) da Zbar et al., Canver Epidemiol Biomarkers Prev, 2002 “oncocitosi renale” Diagnosi mediamente all’età di 48-50 anni

Gene FLCN: mutazioni predicted to prematurely truncate the BHD protein Mutazioni identificate in 51 famiglie (219 individui) con sindrome di Birt-Hogg-Dubé. (Schmidt, Nickerson, et al., Am.J.Hum.Genet., 2006

Mutazioni Germinali Somatiche Spontanee Indotte Geniche Cromosomiche Genomiche Vantaggiose Svantaggiose Neutre

Fitness darwiniana e coefficiente di selezione La fitness (“adattabilità”) è una misura della capacità riproduttiva Viene misurata in termini di numero medio di figli per genotipo N. medio di figli per individui di genotipo AA: 0  f = 0 (0/4) N. medio di figli per individui di genotipo Aa: 0  f = 0 (0/4) N. medio di figli per individui di genotipo aa: 4  f = 1 (4/4) N. medio di figli per individui di genotipo AA: 4  f = 1 (4/4) N. medio di figli per individui di genotipo Aa: 2  f = 0,5 (2/4) N. medio di figli per individui di genotipo aa: 0  f = 0 (0/4) Coefficiente di selezione s = 1 – f

Calcolo della frequenza di mutazione per malattie X-linked recessive Metodo Indiretto BASATO SULL’ESISTENZA DI UN EQUILIBRIO TRA MUTAZIONE E SELEZIONE Malattia letale nei maschi  la selezione si esercita solo sui maschi affetti Maschi affetti hanno f = 0 Maschi sani e femmine (tutte sane) hanno f = 1 Per un locus X-linked, i maschi possiedono 1/3 del totale del pool genico Quindi la selezione si esercita solo su 1/3 dei geni presenti nella popolazione I(♂)s 3  = Se la malattia è letale nei maschi, s = 1

Distribuzione Deficit Glucosio-6-Fosfato-Deidrogenasi (G6PD)

THE VISION OF TYPHOON LENGKIEKI Around 1775, Typhoon Lengkieki decimated the population in the Micronesian Pingelap Atoll, leaving only a handful of survivors to repopulate the islands. Their ancestors have a high incidence of the autosomal recessive disorder achromatopsia, or total colorblindness, and genetic analysis of the Pingelapese has revealed the mutation responsible. NATURE MEDICINE • VOLUME 6 • NUMBER 7 • JULY 2000

MLH1 2269-2270insT CDKN2A G101W SDHD Q109X CDKN2A G23S BRCA1 5083del19 BRCA1 E1373X

Sindrome di Ellis-van Creveld Amish 3 x 10-3 MALATTIA TRASMISSIONE POPOLAZIONE FREQUENZA Corea di Huntington AD Tasmania 1,4 x 10-4 Distrofia Miotonica Quebec (Saguenay) 2 x 10-3 Malattia di Tay-Sachs AR Ashkenazi 0,3 x 10-3 Sindrome di Bloom 1 x 10-4 Sindrome di Ellis-van Creveld Amish 3 x 10-3 Cancro Ereditario della Mammella e dell’Ovaio 2 x 10-2 Tirosinemia 1,4 x 10-3

Gruppo di 500 individui Sottogruppo A Sottogruppo B 400 individui Totale Genotipi Osservati (Frequenza) MM 249 (0.62) 1 (0.01) 250 (0.5) MN 131 (0.33) 9 (0.09) 140 (0.28) NN 20 (0.05) 90 (0.9) 110 (0.22) Frequenze alleliche p(M) 0.786 0.05 0.64 q(N) 0.214 0.95 0.36 Genotipi Attesi (Frequenza) 247.1 (0.618) 0.3 (0.003) 205 (0.41) 134.6 (0.336) 10.4 (0.104) 230 (0.46) 18.3 (0.046) 89.4 (0.894) 65 (0.13)

(Ogni studente ha due diverse esercitazioni da frequentare, TURNI ESERCITAZIONI GENETICA II (Ogni studente ha due diverse esercitazioni da frequentare, per un totale di 4 ore) -Mercoledì 26 marzo (gruppo A) Aula Grande CEP ore 13-15 -Giovedì 27 marzo (gruppo B) Aula Piccola CEP ore 16-18 -Mercoledì 2 aprile (gruppo C) Aula Grande CEP ore 14-16 Esercitazioni in aula informatica CEP (3 gruppi da 35-40) (tutti dalle h. 14:00 alle 16:00) -Mercoledì 16 aprile (Gruppo A1) -Giovedì 24 Aprile (Gruppo A2) - Mercoledì 30 Aprile (Gruppo B1) - Mercoledì 7 Maggio (Gruppo B2) - Giovedì 8 Maggio (Gruppo C1) - Mercoledì 14 Maggio (Gruppo C2)