L'EREDITARIETA’1 Lezione 10 By NA

Definizione classica Dominante: Carattere che si manifesta in eterozigosi Recessivo: Carattere che si manifesta in omozigosi SONO CONCETTI CHE SI RIFERISCONO ALLA MODALITA’ DI TRASMISSIONE Da questo deriva che la terminologia A/a che correttamente si usa negli incroci quando si vuole indicare la relazione fra i prodotti degli alleli e’ una terminologia operativa: significa che il fenotipo originato da un allele non e’ evidenziabile con gli strumenti che sto usando, se c’e’ l’allele A e quindi mi devo aspettare che soggetti con fenotipo A siano geneticamente Aa e questa informazione mi viene dall’analisi degli alberi genealogici o dall’incrocio Inoltre va ricordato che anche utilizzando A/a non vuol dire che a e’ derivato da A e costituisce un sottoprodotto di A. La terminologia che si deve usare al di fuori dello studio della trasmissione e’: locus A alleli A1,A2, A3, An.. (locus white in Drosophila) By NA

Dominanza e recessivita’ I Alleli: forme alternative del locus che originano fenotipi distinguibili. Nella popolazione possono esistere n alleli, ma ogni individuo diploide ne possiede 2 degli n possibili. Gli alleli si originano per effetto delle mutazioni, e generano variabilita’ nella popolazione. quello che conta per la dominanza e la recessivita’ e’ la funzione che svolge il prodotto del gene e la nostra capacita’ di vedere il prodotto e identificarlo quando si origina da alleli diversi. La mutazione che genera gli alleli ha un effetto diverso se: avviene in un punto che non intacca l’efficienza del prodotto: polimorfismo avviene in un punto critico del prodotto: che cosa succede al prodotto? By NA

Dominanza e recessivita’ II avviene in un punto critico del prodotto: che cosa succede al prodotto? il prodotto e’ strutturalmente alterato e interagisce con il prodotto non mutato: effetto dominante negativo il prodotto non c’e’ o e’ inattivo e per la sua funzione il 50% non e’ sufficiente:aploinsufficienza, fenotipo dominante il prodotto non c’e’ o e’ inattivo e per la sua funzione il 50% e’ sufficiente:fenotipo recessivo Ricordo che e’ l’operatore che sceglie il livello di indagine e definisce il fenotipo che vuole seguire: l’individuo, gli organi, il tessuto, le cellule, il DNA... By NA

Dominanza e recessivita’ III Non si applicano al gene inteso come sequenza di DNA o locus. In alcune patologie (es.Fibrosi Cistica) gli affetti possono essere definiti eterozigoti composti:questo perche’ esistono mutazioni diverse che provocano la malattia. Di fatto gli affetti non hanno un allele funzionante, ma due alleli patologici. Geneticamente sono eterozigoti perche’ hanno due alleli diversi, ma dal punto di vista fenotipico sono indistinguibili dagli omozigoti. Il carattere e’ comunque recessivo Si puo’ continuare ad usare il termine dominante e recessivo, ma va tenuto ben presente il significato e soprattutto non va confuso con: dominante=+diffuso, recessivo=patologico, dominante=normale etc.... By NA

Autosomica dominante QUINDI sono eterozigoti wt/m I aa Aa II III Una persona che manifesta il carattere ha almeno un genitore con lo stesso fenotipo aa Aa II QUINDI sono eterozigoti wt/m III Il figlio di chi manifesta il carattere ha il 50% di probabilita’ di ereditare l’allele e di manifestare il fenotipo Entrambi i sessi presentano il carattere Assumendo che il genitore sia eterozigote il che di solito e’ vero per fenotipi rari E’ trasmessa da entrambi i sessi By NA

I GENI “STRUTTURALI” Geni “strutturali”: codificano per proteine con un ruolo STRUTTURALE o all’interno della cellula o dopo secrezione nella matrice extracellulare Perche’ le loro alterazioni vengono trasmesse come dominanti? Nella maggior parte dei casi queste proteine tendono ad aggregarsi per formare macromolecole con struttura complessa. Quindi il polimero che ne risulta e’ almeno al 50% alterato e la sua organizzazione risulta compromessa perche’ la loro funzione e’ sensibile alla dose cioe’ ha bisogno della quantita’ corretta del prodotto finale. Ma non sempre.... By NA

Acondroplasia L’Acondroplasia e’ caratterizzata da un anormale sviluppo osseo, che ha come conseguenza una bassa statura con arti corti, testa grande, e facies caratteristica legata alla prominenza dell’osso frontale. E’ la piu comune forma di dispalsia ossea con bassa statura la sua frequenza e’ compresa fra 1/15000 e 1/40000 nati vivi Il gene coinvolto in questa patologia e’ FGFR3 (Fibroblast growth factor receptor-3),e’ l’unico le cui mutazioni siano state collegate all’acondroplasia. due sole mutazioni rendono ragione di oltre il 99% dei casi. Entrambe coinvolgono lo stesso residuo amminoacidico Il suo prodotto e’ un recettore che ha 3 domini Ig-like, un dominio transmembrana e un dominio citoplasmatico tirosinochianasico, esplica la sua azione nel periodo dello sviluppo By NA

Acondroplasia Domain structure of FGFR3 and major sites of mutations. Ig: immunoglobulin, AB: acid box, TM: transmembrane, TKp/d: proximal and distal tyrosine kinase domains, ACH: achondroplasia, HYP: hypochondroplasia, TD: thanatophoric dysplasia, SADDAN: severe achondroplasia with developmental delay and acanthosis nigricans. By NA

considerazione importante Sembra che il ruolo fisiologico di questo recettore sia quello di controllare negativamente la proliferazione e il differenziamento nel centro di ossificazione. Le mutazioni avrebbero come risultato di mantenere sempre attivo il recettore e quindi il loro effetto si puo’ configurare come aumento di funzione Bisogna sempre ricordare che la dominanza attiene al fenotipo e quindi e’ l’effetto della mutazione sulla funzione del prodotto che provoca la dominanza del fenotipo mutato sul wildtype. Quindi l’effetto della mutazione dipende da: quale e’ la funzione del wt: e’ sensibile alla dose sia in piu’ che in meno? e quindi: la mutazione provoca un aumento o una diminuzione dell’attivita’ del prodotto? Questo vale per tutti i geni e i loro prodotti !!! By NA

Irregolarità della trasmissione autosomica dominante Penetranza incompleta ed espressività variabile spiegano “apparenti” salti di generazione By NA

Penetranza Nel caso dei caratteri mendeliani classici il fenotipo corrisponde esattamente al genotipo (compatibilmente con la dominanza e la recessivita’). Spesso pero’ a livello del singolo individuo questo puo’non essere vero o immediamente evidente. Un carattere presenta penetranza pari al 100% quando tutti i portatori di un certo allele manifestano il fenotipo corrispondente: pisello verde o giallo, colore bianco, rosso, rosa o striato dei fiori, nanismo acondroplasico nell’uomo, gruppo sanguigno …. Un carattere presenta penetranza pari al 70% quando solo il 70% degli individui portatori dell’allele manifestano il fenotipo. By NA

Penetranza La penetranza e’ quindi un concetto che si riferisce alla popolazione. A livello del singolo individuo il carattere ha solo due possibilita’ : si manifesta o non si manifesta. E’ piu’ frequente nei caratteri dominanti ed e’ piu’ evidente nella genetica umana perche’ la genetica umana si applica ad una popolazione “selvatica”. Gli animali da laboratorio sono geneticamente piu’ omogenei, anche se chi opera con i transgenici sa bene che un gene inserito in un ceppo invece che in un altro puo’ portare ad espressioni diverse del fenotipo e questo aspetto viene sempre tenuto presente Sapere che un fenotipo puo’ non essere completamente penetrante, e’ critico per studiarne la genetica o fornire consulenza genetica: un certo soggetto che non manifesta il carattere puo’ essere portatore dell’allele mutato Es. Osteogenesi imperfetta : fragilita’ ossea, sclere blu,anomalie dei denti perdita dell’udito.Alcuni soggetti presentano solo le sclere blu. E’ critico percio’ il livello di indagine By NA

Penetranza ed espressivita’ La penetranza ridotta non e’ da confondere con l’espressivita’ variabile L’espressivita’ e’ il grado di gravita’ con cui fra gli individui che presentano il fenotipo questo si esprime: puo’ costituire un sottoinsieme degli individui “penetranti” Es. Neurofibromatosi: presenza di tumori lungo i nervi periferici e regioni di pigmentazione scura (“macchie di caffelatte”)Tutti i portatori presentano almeno uno dei segni, ma la gravita’ puo’ essere diversa anche all’interno della stessa famiglia: un genitore con macchie e piccoli tumori cutanei benigni puo’ avere un figlio che presenta tumori estesi e maligni. (questa differenza non e’ prevedibile, si puo’ solo quantizzare il rischio di ereditare l’allele non il fenotipo) By NA

Espressivita’ variabile Se il fenotipo e’ sindromico alla base c’e’ l’ignoranza del difetto di base e/o della mutazione SINDROME: insieme di segni che nel singolo individuo possono presentarsi tutti o solo in parte e’ tipica dei fenotipi dominanti, anche se la recessivita’ potrebbe essere interpretata come un effetto della espressivita’ variabile l’allele a meno che non sia deleto o completamente inattivato, a livello molecolare e’ sempre “dominante”: il problema e’ avere i mezzi per vederlo al livello di popolazione un fenotipo presenta espressivita’ variabile quando all’interno dell’insieme di soggetti sicuramente portatori il fenotipo presenta gravita’ e/o complessita’ diversa. Anche all’interno della famiglia ci puo’ essere espressivita’ variabile PENETRANZA ED ESPRESSIVITA’ SONO CONCETTI CHE SI RIFERISCONO AL FENOTIPO ALL’INTERNO DI UNA POPOLAZIONE By NA

Espressivita’ variabile 1 1 sordita’ 3 3 sordita’+ occhi di colore diverso + ciuffo di capelli bianchi sulla fronte 4 4 ciuffo di capelli bianchi sulla fronte + precoce incanutimento 5 5 sordita’ + ciuffo di capelli bianchi sulla fronte 2 2 sordita’+ occhi di colore diverso SINDROME DI WAARDENBURG Sindrome completa: sordita’ + occhi di colore diverso + ciuffo di capelli bianchi sulla fronte + precoce incanutimento By NA

Marfan Questa patologia e’ sistemica, dal momento che e’ coinvolto il connettivo e si presenta con un ampio spettro di espressivita’, caratteristica comune e’ l’altezza e la lassita’ delle articolazioni Il gene coinvolto in questa patologia e’ FBN1 (Fibrillin 1),sono note oltre 400 mutazioni patogenetiche, nessuna delle quali limitata a popolazioni particolari. Il suo prodotto wt e’ la fibrillina una proteina della matrice extracellulare che contribuisce alla formazione delle miofribrille associandosi con altre proteine, da qui l’effetto dominante negativo. Tipo di mutazioni: missenso/nonsenso ~ 65% errori di splicing ~ 10% piccole delezioni ~ 12% piccole insersioni/indel ~ 6% grosse delezioni/insersioni ~2% By NA

Relazione genotipo-fenotipo origine molecolare della espressivita’ variabile La relazione genotipo fenotipo non e’ ben definita anche se si e’ cercato di stabilire una relazione fra le diverse regioni del gene e l’effetto sul fenotipo della loro mutazione patogenetica, tenendo sempre presente che l’espressivita’ e’ diversa anche all’interno della stessa famiglia. Generalizzando: quelli che presentano il fenotipo neonatale (+grave) di solito hanno mutazioni nella parte centrale del gene (regione mutata tuttavia anche in alcuni con forma lieve o canonica) Le insersioni, delezioni o errori di splicing senza perdita della frame, della regione centrale sono associate a manifestazioni piu’ gravi. Mutazioni che provocano un trascritto piu’ corto che viene degradato rapidamente o che impediscono la maturazione post traduzionale del C-terminale, sostituzioni aa che modificano le interazioni con altre molecole hanno fenotipi da lievi a canonici By NA

Marfan By NA Amenophis IV Abramo Lincoln Nicolo’ Paganini Sergej V. Rachmaninov

Autosomica recessiva QUINDI i genitori sono eterozigoti wt/m Entrambi i sessi presentano il fenotipo aa Aa A- Aa Aa aa Aumentata incidenza della consanguineita’ ? ? ? ? ? Aa Aa aa aa A- A- A- A- A- Aa Gli individui che presentano il fenotipo di solito sono figli di soggetti che non presentano il fenotipo ? aa aa A- aa Ciascun figlio successivo a quello che presenta il carattere ha il 25% di probabilita’ di mostrarlo (I legge di Mendel) QUINDI i genitori sono eterozigoti wt/m INDIVIDUI CON UN FRATELLO O SORELLA CON IL CARATTERE HANNO 2/3 DI PROBABILITA’ DI ESSERE PORTATORI DELL’ALLELE MUTATO. By NA

Mutazioni del gene CFTR Si presentano in modalità diversa nelle varie popolazioni, sia per tipologia che per frequenza. Tutti i tipi di mutazioni sono state descritte all’interno del gene CFTR Queste mutazioni determinano una disfunzione della proteina CFTR attraverso numerosi meccanismi molecolari, in base ai quali è possibile raggrupparle in 5 differenti classi By NA

FIBROSI CISTICA CLASSICA E NON By NA

ETEROGENEITA’ ALLELICA Fibrosi Cistica CBAVD GENE CFTR Bronchiectasie diffuse Pancreatite idiopatica By NA

ESPRESSIONE ALLELI CFTR Funzionalità CFTR residua assente Severità della malattia severa lieve Fibrosi cistica classica Fibrosi cistica non classica By NA

Mucopolissaccaridosi Alla fine degli anni ‘60 test di complementazione evidenziarono che I e V erano mutazioni dello stesso gene: non complementavano By NA

Complementazione nelle MPS By NA

Mucopolissaccaridosi Eterogeneita’ di locus era gia’ stata individuata grazie allo studio delle famiglie: C’era variabilita’ fenotipica fra le famiglie, ma non all’interno By NA

Mucopolissaccaridosi Allelia multipla: e’ molto accentuata soprattutto se si considera la rarita’ delle singole malattie. Le relazioni genotipo fenotipo sono difficili anche perche’ molte mutazioni sono private. McKusick nel 1972 ipotizzo’ che il fenotipo IH e IS fossero dovuti alla presenza in omozigosi di particolari mutazioni e l’intermedio IH/IS a combinazioni delle stesse, sbagliava, ma non poteva sapere che ci fosse tanta variabilita’ By NA