Malattie genetiche

Ognuno di noi possiede 46 cromosomi: 22 coppie di autosomi e 2 cromosomi sessuali Ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi fratelli che derivano dal padre e dalla madre

Le Leggi di Mendel

Prima di Mendel si riteneva che uno dei genitori contribuisse maggiormente alle caratteristiche della progenie (teoria dell’homunculus). Un altro concetto ingannevole era quello dell’eredità per mescolamento, che però non spiega la variabilità tra fratelli.

Innovativita’ del lavoro di Mendel Utilizzo della pianta di pisello (Pisum sativum): Facilmente coltivabile Autofecondazione/fecondazione incrociata Tempo breve di generazione ed elevato numero di esemplari in ogni progenie

stigma stame carena ovario ovulo

Analisi di un incrocio monoibrido AA= giallo dominante x Generazione P (parentale) ( polline) + ( ovuli) AA aa aa = verde recessivo F1 (prima filiale) tutti gialli Aa Aa X Aa F2 (seconda filiale) autofecondazione 6022 gialli : 2001 verdi 3:1 ¼ AA ¼ aa ½ Aa

Analisi della F2 AA Aa aa F2 1/4 gialli puri 1 3/4 gialli 6022 gialli : 2001 verdi 3:1 F2 AA 1/4 gialli puri 1 3/4 gialli Aa 1/2 gialli impuri 2 aa 1/4 verdi 1/4 verdi puri 1

Definizioni Le diverse forme di un determinante (gene) sono chiamate alleli Gli individui che hanno due alleli uguali (linee pure) sono detti omozigoti Gli individui che hanno due alleli diversi (ibridi) sono detti eterozigoti Le cellule sessuali sono chiamate gameti L’aspetto di un organismo è detto fenotipo La composizione genetica di un organismo è detta genotipo

x P gameti solo A solo a F1 gameti ovuli polline Genotipi F2 aa AA gameti solo A solo a F1 Aa gameti ovuli 1/2 A 1/2 a 1/4 AA 1/4 Aa 1/4 aa 1/2 A polline 1/2 a Genotipi F2 Fenotipi F2

I legge di Mendel I due membri di una coppia di geni (allele materno e paterno) segregano (si separano) l’uno dell’altro durante la formazione dei gameti (cellula germinale)

Cosa succede se si incrociano linee pure (omozigoti) che differiscono per due caratteri?

fenotipi aabb AABB ab AB AaBb aB Ab A- Colore giallo B-Liscio a- Colore verde b-Rugoso A- Colore giallo B-Liscio

II legge di Mendel I fattori che controllano caratteri diversi si distribuiscono in modo indipendente gli uni dagli altri

Un cromosoma deriva dalla madre ed uno dal padre Quindi, ogni persona ha due copie di ciascun gene: una derivante dal padre, ed uno dalla madre

Genetica e malattie Malattia monogenica: La mutazione di un singolo gene determina il fenotipo clinico Malattia poligenica: Più geni concorrono a determinare il fenotipo clinico Malattie multifattoriali: Fattori genetici ed ambientali concorrono allo sviluppo del del fenotipo clinico. Es. alcuni tipi di cancro, il diabete, obesità, etc.

Recessività e dominanza Tali concetti hanno differente valenza in Medicina applicativa e in Genetica medica. Medicina applicativa Carattere recessivo; Il fenotipo clinico presente solo in pazienti omozigoti per una mutazione Carattere dominante; Fenotipo clinico presente anche in soggetti eterozigoti per la mutazione Mutazione recessiva: il prodotto del singolo gene non mutato è sufficiente per la funzione svolta Genetica Medica Mutazione dominante: Il prodotto del singolo gene non è sufficiente per la funzione svolta

Malattie Eterocromosomiche o X-linked Quando interessano i cromosomi sessuali Malattie AUTOSOMICHE Quando interessano i cromosomi autosomici

Malattia Autosomica DOMINANTE Il carattere malato è dominante Il gene malato è ereditato da un SOLO genitore Anche il genitore è malato Malattia Autosomica RECESSIVA Il carattere malato è recessivo Quindi il gene malato è ereditato da entrambi i genitori Che sono PORTATORI

Esempio ereditarietà autosomica recessiva Maschio Femmina

Caratteristiche 1. Il fenotipo clinico non compare in tutte le generazioni, il soggetto affetto non ha un genitore malato 2. I genitori di soggetti affetti sono portatori asintomatici della mutazione. 3. I genitori di soggetti affetti molto spesso sono consanguinei. 4. Maschi e femmine trasmettono in modo identico il carattere alla discendenza, indipendentemente dal sesso. 5. Il rischio ad ogni evento di nascita di trasmettere la mutazione è 25%.

Altered Recessive Genes Carrier Father Carrier Mother Normal Son Carrier Daughter Carrier Son Affected Daughter

Esempio ereditarietà autosomica dominante

Caratteristiche 1. Il fenotipo compare in tutte le generazioni, ciascun soggetto affetto ha un genitore malato 2. Ogni discendente di un genitore affetto ha il 50% di possibilità di ereditare il tratto fenotipico. 3. Soggetti fenotipicamente normali non trasmettono il carattere alla discendenza. 4. Maschi e femmine trasmettono in modo identico il carattere alla discendenza indipendentemente dal sesso

Altered Dominant Genes Affected Father Normal Mother Affected Daughter Normal Son Affected Son Normal Daughter

Malattie X-linked

EMOFILIA e la Regina Vittoria

Esempio ereditarietà x-linked recessiva Caratteristiche 1. L’incidenza del carattere è più alta nei maschi che nelle femmine 2. Le donne eterozigoti sono solitamente non affette, ma possono esprimere il carattere con severità variabile a seconda del pattern di inattivazione del cromosoma X 3. Il gene mutato è trasmesso dal padre a tutte le figlie 4. Il gene non è mai trasmesso da padre a figlio 5. Il gene può essere trasmesso attraverso femmine portatrici sane.

Esempio ereditarietà x-linked dominante Caratteristiche 1. I maschi affetti non hanno figli malati nè figlie sane 2. Sia i discendenti di sesso maschile che femminile di una donna affetta hanno il 50% di possibilità di ereditare il fenotipo. 3. Le femmine affette sono circa il doppio dei maschi affetti, ma esse avranno, solitamente, un fenotipo meno grave

Esempio di malattia genetica autosomica recessiva Fibrosi cistica

Malattia ereditaria autosomica recessiva Frequenza malattia 1/2500 FIBROSI CISTICA Malattia ereditaria autosomica recessiva Frequenza malattia 1/2500 Frequenza di portatori nella popolazione di origine Caucasica = 1/25 Interessa numerosi organi: polmoni, fegato, pancreas, intestino ed apparato riproduttivo  

CLINICA apparato respiratorio apparato gastrointestinale Infezioni delle vie respiratorie Colonizzazione batterica apparato gastrointestinale insufficienza pancreatica apparato genitourinario Azoospermia ostruttiva pelle

GENETICA Entrambi i genitori sono eterozigoti A A A a a A a a Entrambi i genitori sono eterozigoti I portatori hanno il 25% di rischio di avere figli affetti Maschi e femmine sono ugualmente affetti The individuals, in which, the allele is heterozygous are called carriers. Since two copies of the allele are necessary for the expression of the phenotype, they do not express the phenotype, even though they carry the allele. So the children born to the carrier couples have a 25% chance of getting the disease. Can be transmitted form the normal carrier parents Consanguinity(marriage between relatives) will increase the incidence of the disease. Only people homozygous for disease allele are affected In this case the allele associated with the disease is 2 and the disease will appear only in those people who are homozygous for that allele (2,2). Others who are heterozygous for the allele are carriers.

Il Gene CFTR = Cystic Fibrosis Conductance transmembrane regulator Mappa sul cromosoma 7, nella regione 7q31.2 L’espressione del gene è tessuto specifica

La Proteina Canale per il Cloro nelle cellule epiteliali Appartiene alla famiglia delle glicoproteine di membrana che possiedono siti intracellulari di legame per l’ATP (ABC-family)

Il canale del cloro TMD-2 TMD-1 NBF-1 NBF-2 E’ composta da 5 subunità simmetriche: NBF1-NBF2 (Siti di legame dei nucleotidi) TMD1-TMD2 (Segmenti transmembrana) R-Domain (Regione Regolatrice) TMD-2 TMD-1 out in Regione R N ATP ATP NBF-1 NBF-2 Protein chinasi Attivate dall’cAMP C

Mutazioni Oltre 1000 mutazioni lungo l’intero gene CFTR mappato sul cromosoma 7q31.2 alterazioni funzionali/strutturali del CFTR

Epidemiologia delle mutazioni CFTR in Italia

SCREENING DELLE MUTAZIONI CFTR Caso clinico: diagnosi accertata o sospetto clinico Familiarità Fecondazione assistita

SCREENING di PRIMO LIVELLO

Analisi con Kit diagnostico 1 allele caratterizzato Flowchart per la caratterizzazione di alleli FC pazienti FC Analisi con Kit diagnostico FC 2 alleli FC caratterizzati Mutazioni più comuni 1 allele caratterizzato dHPLC

Analisi mediante dHPLC Il campione di DNA da analizzare viene amplificato mediante reazione di PCR. Se i due alleli differiscono anche per una singola base, dopo un ciclo di denaturazione e rinaturazione, si formeranno 2 specie molecolari L’amplificato viene analizzato mediante cromatografia.

LA DIAGNOSI PRENATALE La diagnosi prenatale comprende una serie di tecniche strumentali e di laboratorio finalizzate al monitoraggio della gravidanza, dal concepimento al momento immediatamente precedente il parto.