mutazioni puntiformi Vincenzo Nigro Dipartimento di Patologia Generale Seconda Università degli Studi di Napoli Telethon Institute of Genetics and Medicine (TIGEM)

Malattie genetiche da mutazione in 1 allele Le mutazioni monoalleliche possono causare disordini a trasmissione dominante o recessiva legata all’X negli uomini Se la malattia a trasmissione dominante è grave in età fertile e pertanto limita o annulla la capacità riproduttiva (bassa fitness), le mutazioni monoalleliche sono nuove e spesso distribuite in modo casuale Se la malattia dominante non è grave in età fertile e non limita in alcun modo la capacità riproduttiva (normale fitness), le mutazioni monoalleliche sono ereditate da un genitore e spesso si tramandano da molte generazioni Se la malattia è recessiva legata all’X ed è letale ha una vita media di tre generazioni, perché le donne trasmettono gli alleli mutati in eterozigosi e gli uomini li eliminano

eredità autosomica dominante a penetranza completa (malattia che non modifica la fitness)

Cos’è una mutazione causativa? Una variazione della sequenza del DNA …. ..che è trovata solo negli individui affetti ..che non è mai ritrovata in quelli non affetti ..che spiega il processo patologico ..che, quando corretta per tempo, fa recuperare un fenotipo normale

penetranza incompleta ….che è trovata solo negli individui affetti ..che non è mai ritrovata in quelli non affetti penetranza incompleta che è ritrovata più frequentemente negli individui affetti rispetto ai non affetti…

sostituzioni • le sostituzioni sono indicate dal carattere “>”. Ad esempio, 76A>C indica che in posizione 76 un’adenina è sostituita da una citosina 88+1G>T (oppure IVS2+1G>T) indica che una guanina è sostituita da una timina in posizione +1 dell’introne 2, posizionato tra i nucleotidi 88 e 89 del cDNA 89-2A>C (oppure IVS2-2A>C) indica che un’adenina è sostituita da una citosina in posizione -2 dell’introne 2, posizionato tra i nucleotidi 88 e 89 del cDNA

Numerazione dei nucleotidi Nucleotidi del cDNA • Il nucleotide +1 è la A dell’ ATG-codone di inizio della traduzione • Il nucleotide che precede al 5' l’ATG-codone di inizio della traduzione è denominato -1; non esiste una base 0 • Il nucleotide che segue al 3' il codone di terminazione è denominato *1

teoricamente previste mutazioni SNPs teoricamente previste T>A o G , C>G or A G>T o C , A>T or G trasversioni trasversioni trasversioni transizioni transizioni transizioni T>C, C>T, G>A, A>G 46,000 12,000,000 SEA 3057

Il meccanismo più comune di mutazione NH2 NH2 O H3C H3C N N NH metilazione deaminazione O O O N N N Cytosine 5-methylcytosine Thymine CG TG CG CA

mutazioni puntiformi missenso Le mutazioni missenso sono quelle in cui il cambiamento determina nel prodotto proteico la sostituzione di un aminoacido con un aminoacido differente Sebbene queste alterazioni generalmente non provochino conseguenze nella funzionalità della proteina (polimorfismi o varianti) , ci sono casi in cui anche una minima alterazione può avere conseguenze gravi

acrocefalosindattilia sindrome di Apert 1:65.000 alla nascita craniosinostosi, volta cranica a forma conica ipertensione endocranica ritardo mentale ipoplasia della parte centrale della faccia sindattilia delle dita delle mani e dei piedi sordità e atrofia ottica

acrocefalosindattilia sindrome di Apert tutti i pazienti hanno la stessa mutazione Apert (Cys755Gly) del gene human fibroblast growth factor receptor 2 (FGFR2) la mutazione è in eterozigosi de novo cromosoma 10q26 la sindrome è allelica con Crouzon e Pfeiffer

sindrome di Pfeiffer alcuni pazienti hanno la mutazione Pfeiffer (Cys342Arg) del gene human fibroblast growth factor receptor 2 (FGFR2) altri la mutazione Pro252Arg in FGFR1 la mutazione è in eterozigosi de novo cromosoma 10q26 la sindrome è allelica con Crouzon e Apert

disostosi cranio facciale sindrome di Crouzon alcuni pazienti hanno la mutazione (Cys342Tyr) del gene human fibroblast growth factor receptor 2 (FGFR2) la mutazione è in eterozigosi de novo cromosoma 10q26 la sindrome è allelica con Pfeiffer e Apert con alcune mutazioni in comune

acondroplasia nanismo dismorfico (1:35.000) arti corti e testa sproporzionatamente più grossa fronte prominente e naso appiattito altezza media 130 cm nei maschi 125 cm nelle femmine La mutazione è in eterozigosi Gly380Arg nel recettore 3 del "fibroblast growth factor" (FGFR3) a 4p16.3  autosomico dominante a penetranza completa

acondroplasia La mutazione conferisce una funzione aumentata al recettore dell'FGF (allele ipermorfo) che è una tirosin-chinasi di membrana In risposta all'FGF il recettore dimerizza e si fosforila trasducendo un segnale con la funzione di rallentare la proliferazione dei condrociti e quindi la crescita ossea Topi senza il gene FGF3R hanno ossa lunghe e vertebre allungate

frequenza relativa di mutazioni de novo che causano acondroplasia i rapporto all’età paterna

numero di divisioni nelle linea germinale maschile

ipocondroplasia L'ipocondroplasia ha caratteristiche simili all'acondroplasia, ma di gravità minore con un coinvolgimento craniofacciale inferiore. L'altezza può risultare ai limiti della norma e la malattia viene spesso non diagnosticata. L'ipocondroplasia è meno omogenea: circa il 70% dei casi è dovuto alla sostituzione N540K del gene FGFR3, mentre non si conosce la mutazione nel restante 30%.

mutazioni puntiformi nonsenso La mutazione nonsenso è quella in cui la modificazione nucleotidica provoca la creazione di un tripletta di stop, che blocca la sintesi della proteina prematuramente. In questo caso, la funzionalità della proteina dipenderà dalla posizione dello stop.

Mutazioni dei codoni umani (mutazioni independenti nei geni F8, F9, L1CAM, OTC, BTK)

mutazioni independenti in 9 patologie del cromosoma X mutazioni nonsenso UAA UAG UGA Su 731 mutazioni independenti in 9 patologie del cromosoma X SEA 3063

mutazioni frame-shift Le mutazioni frame-shift o di slittamento del modulo di lettura consistono nell’inserzione o delezione di un numero di nucleotidi non divisibile per 3 (1, 2, 4, 5, 7, 8, 10, ecc.)  con conseguente sfasamento della cornice di lettura delle triplette dell'RNA messaggero. Questa mutazione determina la traduzione non corretta della proteina a valle della mutazione.

mutazioni eterozigoti di PAX3 Waardenburg

mutazioni eterozigoti di PAX3 Waardenburg sordità (o deficit uditivo di vario livello) bilaterale, modifiche nella pigmentazione, sia dei capelli (albinismo parziale, in genere piebaldismo) che della pelle, anomalie nello sviluppo dei tessuti derivati dalla cresta neurale lateralizzazione del canto mediale diverso colore degli occhi (eterocromia), di solito uno marrone e l'altro blu

Motivi classici di splicing

Splicing Abnormalities exon IVS 5’ss 3’ss Normal Splicing Abnormalities 5’ss mutation; exon skipping 3’ss mutation; exon skipping 5’ss mutation; use of cryptic 5’ss 3’ss mutation; use of cryptic 3’ss Activation of cryptic 5’ss Activation of cryptic 5’ss and use of cryptic 3’ss Splicing enhancer mutation Lariat structure branchpoint mutation

Progeria Hutchinson-Gilford invecchiamento precoce bassa statura, pelle rugosa calvizie, assenza di tessuto adiposo aterosclerosi ed infarto

Progeria Hutchinson-Gilford nuova mutazione in eterozigosi del gene lamina A la mutazione è in eterozigosi de novo cromosoma 1q23 La mutazione non cambia l'aminoacido glicina G608G, ma introduce un sito donor di splicing GGT che fa perdere 50 aminoacidi alla proteina sperimentazione con inibitori di farnesil-trasferasi

Malattie genetiche da mutazione in 2 alleli Le mutazioni bialleliche possono causare disordini a trasmissione autosomica recessiva Se la malattia a trasmissione recessiva è grave in età fertile e limita o annulla la capacità riproduttiva (bassa fitness), le mutazioni non si estinguono comunque perché i portatori sani sono 10-10.000 volte più numerosi degli affetti Le mutazioni in genere si trasmettono da 100-1000 generazioni, mentre le nuove mutazioni sono rare Solo se la malattia è biallelica le mutazioni hanno una firma etnica che caratterizza una località di origine e un fondatore comune eterozigote sano

Malattie da 2 alleli L’alto numero di portatori è un fattore di rischio per l’eterozigosi composta (due mutazioni differente nei due alleli). Questo potrebbe essere causato da una fitness migliore degli eterozigoti nei confronti di un fattore negativo vedi A La consanguineità è un fattore di rischio per l’omozigosità (due alleli identici) anche se la mutazione è rarissima vedi B