Consulenza genetica La consulenza genetica è comunicazione informata ed appropriata Per essere informata deve partire dall’individuazione di un difetto genetico in un paziente e dal calcolo del rischio per gli altri componenti della famiglia Per poter essere appropriata deve saper stabilire un rapporto di fiducia e di confidenza senza essere direttiva, cioè non deve indirizzare la famiglia verso un unico obiettivo, ma lasciare libertà di valutazione e di scelta La consulenza genetica può riguardare: 1. la diagnosi di una malattia genetica clinicamente manifesta 2. il rischio riproduttivo di una coppia in epoca preconcezionale 3. la diagnosi prenatale 4. la predizione di una malattia genetica futura 5. la suscettibilità genetica

Consulenza genetica distinguiamo due grandi categorie di patologie genetiche: monoalleliche, dovute alla mutazione di una sola copia del DNA bialleliche, dovute a mutazioni di entrambe le copie del DNA patologie a penetranza completa (in genere disordini mendeliani) a penetranza incompleta, o addirittura “circoscritta”. La consulenza genetica cerca di stabilire quali membri della famiglia sono interessati ed eventualmente quali possono essere portatori, e quindi calcolare la probabilità di ogni altra persona nella famiglia (anche non ancora nata) di essere un portatore o di ereditare la malattia

rischio riproduttivo generale per una coppia per cui l’anamnesi personale e familiare abbiano escluso un incremento del rischio rispetto alla popolazione è 3-5% in caso di difetti congeniti rilevabili alla nascita (anomalie cromosomiche 0.65%) 8-10% rilevabili entro i 10 anni di età

I cromatidi restano associati mediante il centromero. Durante la mitosi: ciascun cromosoma si duplica producendo due copie identiche: i cromatidi fratelli. I cromatidi restano associati mediante il centromero. le copie si separano. ciascuna copia migra in una cellula cromatidi fratelli centromero

LE FASI DELLA MITOSI Interfase Profase Metafase Anafase Telofase

meiosi La meiosi è il processo che porta alla formazione dei gameti I gameti sono cellule aploidi: hanno la metà dei cromosomi delle cellule diploidi 23 è il numero di cromosomi dei gameti 46 è il numero di cromosomi di ogni altra cellula umana La meiosi consiste in due divisioni cellulari meiosi I (riduzionale) e meiosi II (equazionale) che producono quattro cellule aploidi

meiosi Meiosi I Meiosi II Replicazione del DNA Divisione riduzionale 46 cromosomi 92 Cromatidi / 92 dsDNA Divisione riduzionale separazione delle coppie di cromosomi 23 cromosomi 46 cromatidi / 46 dsDNA Meiosi II Separazione dei cromatidi 23 cromatidi / 23 dsDNA

Meiosi I 46 cromosomi 92 Cromatidi / 92 dsDNA Profase I: ciascun cromosoma si duplica e le due parti restano strettamente associate. Questi sono chiamati cromatidi fratelli. Il crossing-over avviene in questa fase Metafase I: I cromosomi omologhi si allineano al piano equatoriale Anafase I: Le coppie omologhe si separano e i cromatidi fratelli restano uniti Telofase I: le due cellule figlie contengono solo un cromosoma di ciascuna coppia

meiosi I, profase I Leptotene Zygotene Pachitene Diplotene Diacinesi i cromosomi si rendono visibili Zygotene le coppie di cromosomi omologhi formano le tetradi Pachitene crossing over Diplotene i cromosomi iniziano a separarsi ma sono tenuti insieme dai chiasmi Diacinesi ulteriore accorciamento dei cromosomi omologhi

Meiosi II Profase II: il DNA delle due cellule figlie non si replica. 23 cromosomi 23 cromatidi / 23 dsDNA Profase II: il DNA delle due cellule figlie non si replica. Metafase II: i cromosomi si allineano al piano equatoriale Anafase II: I centromeri si dividono e i cromatidi fratelli migrano separatamente a ciascun polo Telofase II: la seconda divisione cellulare è completa. Quattro cellule figlie aploidi (23) sono ottenute

Gametogenesi Spermatogonium Oogonium Primary spermatocyte Primary oocyte Secondary spermatocytes Secondary oocyte Gametogenesi Polar Body I 4 spermatids Polar Body II Fertilized Ovum 4 spermatozoa

maschio spermatogonio Per tutta la vita Mitosi alla pubertà Oogonium spermatogonio Per tutta la vita Mitosi alla pubertà Primary oocyte spermatocita primario Meiosi in 64gg Secondary oocyte spermatocita Secondario maschio Polar Body I 4 spermatidi Polar Body II Fertilized Ovum 4 spermatozoi

femmina Periodo fetale alla nascita o prima dopo la nascita dopo la pubertà Alla fertilizzazione Meiosi in progress Si arresta al diplotene della meiosi I Meiosi I completa Si arresta alla metafase II Meiosi II Oogonio Mitosis oocita primario femmina oocita secondario e corpo polare I Fertilized Ovum & Polar body II

Cromosomi (corpi colorati) durante il ciclo cellulare i cromosomi replicano e si formano due cromatidi fratelli tenuti insieme dal centromero braccio corto = p (petit) braccio lungo = q (lettera successiva)

citogenetica di routine da linfociti sono rappresentativi di ciascun altra cellula del corpo

citogenetica prenatale da amniociti da villi coriali dovrebbero essere rappresentativi delle cellule del feto difficili da ottenere

Cromatina (DNA+proteine) Eucromatina - meno condensata contiene il DNA codificante Eterocromatina - più condensata non contiene DNA codificante, ma solo DNA non codificante Telomeri - cappucci all’estremità dei cromosomi che comprendono ripetizioni multiple della sequenza TTAGGG Centromeri - regioni specializzate di DNA che forniscono il sito di ancoraggio del fuso mitotico

Eucromatina ed eterocromatina

Tecnica Procedura Banding pattern bandeggio G Proteolisi limitata seguita dalla colorazione Giemsa Le bande scure sono ricche in AT Le bande chiare sono ricche in GC bandeggio R denaturazione al calore seguita dalla colrazione con Giemsa Le bande scure sono ricche in GC Le bande chiare sono ricche in AT bandeggio Q digestione enzimatica e colorazione con un colorante fluorescente, cioè la Quinacrina bandeggio C denaturazione con idrossido di bario e poi colorazione con Giemsa Le bande scure sono ricche in eterocromatina costitutiva

Colorazione dei cromosomi con coloranti specifici per regioni ricche in AT o in GC

metacentrici, se il centromero è centrale 1, 2, 3, 16, 17, 18, 19 submetacentrici, se il centromero non è centrale e non è vicino ad un’estremità 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 20, X, Y acrocentrici, se il centromero è vicino ad un’estremità 13, 14, 15, 21, 22

CCDS IDs per chromosome Count 1 2,513 2 1,548 3 1,299 4 898 5 1,028 6 1,236 7 1,094 8 807 9 921 10 971 11 1,509 12 1,240 13 385 14 749 15 711 16 967 17 1,370 18 350 19 1,616 20 672 21 282 22 530 X Y 53 XY 23

Eteromorfismi citogenetici Variazione pericentromerica del crom. 9 9qh+ Inversione 9 inv Variazione + inversione

Ereditarietà della variazione pericentromerica del cromosoma 1

Le alterazioni cromosomiche sono più frequenti al crescere dell’età materna, mentre le mutazioni puntiformi sono legate al numero di divisioni cellulari che avvengono circa ogni 15 gg nella linea germinale maschile

tritest interpretazione dei risultati anomalia fetale AFP Alfa-feto proteina Beta hCG uE estriolo non coniugato NTD =difetti del tubo neurale* Normale Trisomia 21 18 * NTD: anencefalia, spina bifida and encefalocele

Il duotest (double screen) include la valutazione del PAPP-A (Pregnancy Associated Plasma Protein A) e la frazione libera della gonadotropina corionica (free-betaHCG). Viene effettuato tra la 10ma e la 13ma settimana di gravidanza dal siero della gestante Translucenza nucale free-bHCG PAPP-A Trisomia 21 ++ - Trisomia 13,18 +++ - - S. di Turner ++++ +/- Triploidia materna - - - - - - - Triploidia paterna

Patologia fetale Sensibilità NTD - AFP solo 75-80% spina bifida 95% anencefalia Trisomia 21 - Tritest 70% Down sindrome Trisomia 18 - Tritest 80% sindrome di Edward

Anomalie ecografiche maggiori

ecografia “segni minori”

Frequenza di anomalie cromosomiche negli aborti spontanei (39. 8%-40 trisomie autosomiche 49-52% Turner (45, X) 15-19% triploidia (69) 15-16% tetraploidia (92) 5-6% altre anomalie 6-14%

trisomia 21 Down Il 70% delle gravidanze non giunge a termine

1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 Meiosis 1 Meiosis 1 error Meiosis 1 Meiosis 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 + 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 Meiosis 2 Meiosis 2 error Meiosis 2 Meiosis 2 1 1 1 2 1 1 1 or + or 3 other combinations + or other combinations Mitotic error 1 2 1 1 2 2 1 1 1 2 2 SEA3069

origine dell’extra cromosoma 21 MM2 19.8% PM1 2.6% MM1 68% PM2 4.1% MIT 5.5% Data from the Antonarakis and Hassold laboratories sea3109

anomalie cromosomiche riscontrate 13 12 11.2 p 11.1 27 11.1 mosaicism 11.2 2 altre t 3 t21;22 17 21 t21;21 5 Anomalia t15;21 q 6 t13;21 15 22.1 t14;21 925 free T21 D21S17 22.2 DSCR 1 ETS2 10 100 1000 22.3 Numero MX1 HC21

Ipotesi sulla variabilità del fenotipo di 6 individui diversi in caso di trisomia 21 in presenza di varianti alleliche fenotipo Livello di espressione

trisomia 21 Down 40.000 casi in Italia Neurologici : Ritardo mentale 100% Alzheimer dopo i 35anni 100% Ipotonia muscolare 100% Bassa statura 70% Testa : Brachicefalia 75% Epicanto 60% brushfield spots iride 55% lingua protrudente 45% orecchie displastiche 50%

trisomia 21 Down Arti corti, mani larghe 65% Mignolo corto 60% Solco palmare trasverso 60% Cuore Difetti cardiaci congeniti 40% Canale atrioventricolare 16% Anomali gastrointestinali Atresia/stenosi duodenale 250x ano imperforato 50x Hirschsprung 300x Sangue: Leucemia acuta megacariocitica 300x Leucemia (ALL e AML) 10-20x

trisomia 18 Edwards (1/6.500 nati) 90% dei casi nondisgiunzione materna M/F = 1/4 Giunge a termine solo il 2.5% dei concepimenti Di questi il 33% muore nel primo mese, il 50% entro 2 mesi Oltre 100 anomalie Peso sotto la norma, difficoltà suzione Ipotonia Idrocefalo, epilessia Malformazioni cardiache sinclinodattilia, unghie poco sviluppate piedi a calcagno prominente Gambe incrociate

trisomia 13 Patau (1/12.000-20.000 nati) http://www.livingwithtrisomy13.org (1/12.000-20.000 nati) 90% dei casi nondisgiunzione materna Giunge a termine solo il 2.5% dei concepimenti Di questi il 33% muore nel primo mese, il 50% entro 2 mesi Peso sotto la norma, difficoltà suzione Oloprosencefalia, microcefalia Cecità e sordità Occhi che possono fondersi Labiopalatoschisi 80% epilessia Malformazioni cardiache sinclinodattilia piedi a calcagno prominente

XX o XY Il sesso maschile è determinato dalla presenza del cromosoma Y Si sono evoluti meccanismi per compensare la differenza di dosaggio genico del cromosoma X, presente in 2 copie nelle femmine e in 1 copia nei maschi

2 cromosomi X nelle donne, 1 solo negli uomini? il cromosoma X raddoppia l’espressione di tutti i geni contenuti, cioè si produce 2 volte più RNA nelle femmine uno dei due cromosomi X è inattivato casualmente in ciascuna cellula allo stadio di blastocisti

Il Klinefelter? Nel Klinefelter (XXY) uno dei due cromosomi X è inattivato casualmente in ciascuna cellula allo stadio di blastocisti Quindi il dosaggio sarebbe mantenuto

Sindrome di Klinefelter (47,XXY) 1:900-1:600 maschi Il 50% delle gravidanze giunge a termine Fenotipo maschile Caratteristiche principali: Statura alta Ipogonadismo, bassi livelli di testosterone, mancata produzione di spermatozoi (azoospermia) e quindi sterilità Ginecomastia Sia l’intelligenza sia l’attesa di vita sono quasi normali

Altre forme citogenetiche Ma ci sono anche Klinefeler 48,XXYY and 48,XXXY in 1 caso su 17,000 e 1 su 50,000 mnati maschi 49,XXXXY in 1 caso su 85,000 -100,000 Ci sono maschi 46,XX in cui avviene una traslocazione di parte di cromosoma Y sul cromosoma X che include la sex determining region (SRY) mosaici

PAR1 ha 24 geni, PAR2 ha solo 4 geni Le regioni PAR presenti sui cromosomi sessuali contengono geni che non sono inattivati, perché il doppio dosaggio è assicurato comunque PAR1 ha 24 geni, PAR2 ha solo 4 geni

Il gene SHOX Short stature HOmeoboX-containing Mutazioni o delezioni del gene SHOX nella regione PAR1 causa ritardo di crescita e bassa statura. La bassa statura di donne con sindrome di Turner Syndrome (X0) è il risultato di una sola copia di SHOX (ma anche il quarto metacarpo corto) La maggiore statura nel Klinefelter (XXY) e nella tripla X (XXX) potrebbe essere il risultato di 3 copie di SHOX

3 copie nel Klinefelter, ma anche nella tripla X variabilità dei geni del cromosoma X delle regioni PAR, quindi non inattivati 3 copie nel Klinefelter, ma anche nella tripla X Mario Rossi Luca Bianchi Pio Verdi Giulio Rosa Lucio Viola Gianni Neri Livello di espressione

A complicare le cose… circa il 15 % dei geni umani presenti sull’X sfugge all’inattivazione, mentre nel topo questa è un’evenienza rara (solo 6 geni in tutto) alcuni sono espressi al 50-100% altri al 10% questo fenomeno è quindi incompleto e le donne hanno una elevata eterogeneità nell’espressione di geni dell’X

Manifestazione clinica: NO Manifestazione clinica: SI ipotesi sulla variabilità di ogni singola manifestazione clinica di Klinefelter in presenza di varianti in geni del cromosoma X non inattivati Manifestazione clinica: NO Manifestazione clinica: SI Mario Rossi Luca Bianchi Pio Verdi Giulio Rosa Lucio Viola Gianni Neri Livello di espressione

Quanti Klinefelter? Prevalenza di XXYs è cresciuta da 1.09 a 1.72 per 1000 maschi nati (P=0.023) Questo incremento non è dovuto all’aumento dell’età materna Sono nati 290.330 maschi in Italia e 31.573 maschi in Campania nel 2007 max 300-500 nuovi Klinefelter ogni anno in Italia (32-52 in Campania) XXY è la sola trisomia nota in cui circa il 50% dei casi è causato da una non disgiunzione alla prima divisione meiotica paterna

Trisomia X (47,XXX) 1:1.200 Il 70% delle gravidanze giunge a termine Errore nella disgiunzione materna e correla con l’età materna Caratteristiche principali: Statura alta Fertilità normale, irregolarità ciclo Sia l’intelligenza sia l’attesa di vita sono normali

Maschio (47,XYY) 1:1.000 maschi Fenotipo maschile Caratteristiche principali: Statura alta Fertilità normale Non vi è correlazione con l’età paterna Sia l’intelligenza sia l’attesa di vita sono perfettamente normali

Monosomia X (45,X0) Turner Prende il nome dall’endocrinologo Henry Turner che la descrisse nel 1938 La sindrome di Turner (TS) definisce un complesso fenotipo umano femminile, dovuto a completa o parziale assenza del secondo cromosoma sessuale Dipende da un errore nella spermatogenesi nell’80% dei casi e non correla con l’età dei genitori Un precedente figlio con TS non aumenta il rischio riproduttivo previsto per una coppia di pari età

Monosomia X (45,X0) Turner È l’unica monosomia compatibile con la vita, ma il 98% di tutti i feti monosomici TS va incontro ad aborto spontaneo L’incidenza negli aborti è circa il 7-10%, mentre alla nascita è 1/2500 femmine. Non è chiaro perché il cariotipo 45, X0 sia letale in utero ed invece compatibile con la sopravvivenza postnatale La vera monosomia del cromosoma X è responsabile del 45% dei casi TS; gli altri hanno mosaicismo (45, X0/46, XX) e/o un anormale cromosoma X o Y Un basso livello di mosaicismo somatico Turner, inferiore al 2%, è di normale riscontro nella popolazione

Monosomia X (45,X0) Turner “la menopausa precede il menarca” Le ovaie sono allungate e formate da tessuto stromale privo di follicoli:gli oociti sono spesso andati in apoptosi prima dei 2 anni di vita L’insufficienza ovarica prepuberale porta ad amenorrea primaria, sterilità e carenza di estrogeni In meno del 10% dei casi, la pubertà può verificarsi e sono possibili gravidanze con un aumentato rischio di perdita fetale Anche in rapporto all’eterogeneità del genotipo, il fenotipo si manifesta in modo molto variabile

Monosomia X (45,X0) Turner 1:2.500 patologie dell’orecchio medio (otite media ricorrente) Linfedema con rigonfiamento delle mani e dei piedi pterigio del collo (presenza di pliche cutanee con aspetto di sfinge) il quarto metacarpo (anulare) più corto una mandibola più piccola (micrognazia) torace largo con aumento degli spazi intercostali l’attaccatura bassa delle orecchie e dei capelli Si possono anche riscontrare cardiopatia sinistra (valvola aortica dicuspide, coartazione aortica), ipertensione e anomalie renali

feto con anomalia cromosomica (mosaicismo) trisomie a mosaico 8, 9, 13, 18, 21 crescita in coltura di cellule materne mosaicismo vero (livello III) pseudomosaicismo (livelli II e I)

triploidia Frequenza alla nascita = 1/10.000 Frequenza negli aborti = 1/14 Cariotipo 69,XXY 57% Cariotipo 69,XXX 40% Cariotipo 69,XYY 3%

Nati vivi Tipo I, corredo sovrannumerario paterno Feto microcefalico o normale Placenta ingrossata Tipo II, corredo sovrannumerario materno Ritardo di crescita Feto con macrocefalia relativa Placenta poco sviluppata Nati vivi Basso peso Asimmetria cranio-facciale e difetti di ossificazione del cranio Microftalmia, ipertelorismo, micrognazia Sindattilia cutanea, piedi torti Anomalie genitali, ipoplasia delle surrenali Cardiopatie

Mosaicismo, quando il cambiamento avviene dopo che si è formato lo zigote 47,XXY/46,XY

Un precedente figlio con anomalie cromosomiche Aumenta il rischio in caso di: tutte le trisomie non mosaico riarrangiamenti strutturali marker cromosomi

Un precedente figlio con anomalie cromosomiche NON aumenta il rischio in caso di: 47, XYY triploidia, tetraploidia sindrome di Turner

Valutazione del rischio riproduttivo nel periodo preconcezionale momento ottimale (ma oltre la metà delle gestazioni insorge inaspettatamente) raccolta dei dati (visita, abitudini, terapie, accertamenti lab) SCOPO: identificazione dei portatori sani di malattie genetiche portatori che hanno un rischio riproduttivo a prescindere dal partner portatori in cui il rischio si manifesta solo nel caso di unione con un partner portatore

portatori che hanno un rischio riproduttivo a prescindere dal partner donne con mutazioni legate all’X (esempio: Distrofia muscolare di Duchenne)

portatori che hanno un rischio riproduttivo a prescindere dal partner mutazioni dominanti ad esordio tardivo (corea di Huntington, atassie spinocerebellari) mutazioni dominanti a penetranza incompleta

portatori in cui il rischio si manifesta solo nel caso di unione con un altro portatore mutazioni autosomiche recessive con familiarità (coppia già a rischio) senza familiarità (valutare la consanguineità)

ogni individuo è portatore sano di almeno 8 malattie genetiche recessive, di cui 3 letali fratelli, genitori-figli fratellastri, zii-nipoti cugini diretti (0.5%) secondi cugini 1/4 omozigosi 1/8 omozigosi 1/16 omozigosi 1/64 omozigosi i difetti congeniti hanno un rischio empirico raddoppiato in caso di cugini primi non è utile l’esame cromosomico

portatori di un rischio riproduttivo indipendente dal partner traslocazione reciproca portatori di una traslocazione cromosomica bilanciata (reciproca) scambio di materiale genetico tra cromosomi non omologhi non vi è modificazione della dose genica frequenza 1/520 nati fenotipicamente normale

traslocazioni bilanciate lo scambio di segmenti cromosomici avviene senza perdita di alcuna informazione genetica nessuna regione cromosomica è assente, ma è solo trasferita su un altro cromosoma ma un gene di fusione tra due geni altrimenti separati, un evento che è comune nelle cellule maligne traslocazione reciproca

traslocazioni bilanciate (meiosi e fertilizzazione) Traslocazione bilanciata Segregazione alternata Normale Traslocazione Segregazione adiacente 1 Traslocazione Trisomia Segregazione adiacente 2 Trisomia La formazione di tetravalenti aiuta a capire: solo con la segregazione alternata si formano gameti normali o con traslocazione bilanciata, mentre le segregazioni adiacenti 1 e 2 portano alla traslocazione sbilanciata o alla trisomia

traslocazioni robertsoniane (rob) coinvolgono i cromosomi acrocentrici 13, 14, 15, 21 e 22 nessuna regione cromosomica è assente, perché questi contengono un braccio corto privo di geni che può risultare perduto con la fusione dei bracci q di due cromosomi acrocentrici La più frequente traslocazione Robertsoniana è la rob(13q14q) che rappresenta il 75% di tutte le rob segue poi la rob(14q21q) e la rob(21q21q) si formano in genere durante la meiosi femminile e comportano infertilità maschile o abortività ripetuta. rob

t(13;14) M=F 1% t(14;21) F 15% M 2% t(21;22) F 10% M 5% Percentuale alla nascita di figli con cariotipo sbilanciato da genitori con traslocazione robertsoniana t(13;14) M=F 1% t(14;21) F 15% M 2% t(21;22) F 10% M 5% t(21;21) M=F 100%

Traslocazione sbilanciata maggiori sono le dimensioni cromosomiche, minore è la possibilità di una gravidanza a termine minori sono le dimensioni, maggiore è il rischio di un feto malformato Sesso del genitore donna>uomo (gli spermatozoi hanno il 7.5% di difetti contro l’1% degli oociti, ma sono selezionati) Il rischio aumenta se il difetto è stato accertato a partire da un figlio precedente con cariotipo sbilanciato

rischio alla nascita di figli con cariotipo sbilanciato Se non vi sono stati casi in famiglia e la madre è eterozigote per una traslocazione reciproca il rischio è il 7% Se non vi sono stati casi in famiglia e il padre è eterozigote per una traslocazione reciproca il rischio è il 3% Se vi sono stati casi di traslocazioni sbilanciate in famiglia e la madre è eterozigote il rischio è il 14% Se vi sono stati casi di traslocazioni sbilanciate in famiglia e il padre è eterozigote il rischio è l’8%

inversioni Le inversioni sono rare (meno di 1 caso su 1000) e a volte difficili da mettere in evidenza Possono essere semplici quando comprendono due punti di rottura su di un singolo cromosoma Sono pericentriche quando il segmento invertito contiene il centromero (es: 46, XX inv(3)p25q21) Le inversioni pericentriche dei cromosomi 1, 9, 16 e Y sono eteromorfismi citogenetici di normale riscontro in soggetti sani Le inversioni sono dette paracentriche se confinate ad uno dei due bracci (es: 46,XX. Inv(11)q21q23) L’eterozigote per un’inversione è un soggetto normale.

traslocazioni X-autosoma traslocazioni robertsoniane coppia con familiarità per anomalie cromosomiche è indicazione all’esecuzione di un cariotipo fetale e l’estensione dell’indagine ai parenti traslocazioni X-autosoma maschi sterili, femmine inattivano la X normale traslocazioni robertsoniane non 21 60% cariotipo bilanciato 21 15% rischio di Down, se è eterozigote la madre 1% se è eterozigote il padre inversioni pericentriche varianti dell’1, 9, 16 e Y, in altri casi il rischio è 5-10% paracentriche, rischi inferiore allo 0.5%

donna eterozigote per una traslocazione bilanciata X-autosoma

disordine genomico submicroscopico un disordine genomico submicroscopico è una patologia causata da acquisizione perdita alterazione di uno o più geni contigui le cui variazioni di dosaggio possono produrre effetti fenotipici La base molecolare è rappresentata da riarrangiamenti genomici, quali duplicazioni, delezioni, inversioni, senza alterazioni apparenti del cariotipo (<5Mb)

FISH

Sonde FISH le sonde FISH devono essere mirate, non possono essere utili nell’analisi genomica generale telomero centromero intero cromosoma locus

FISH

dominanza e recessività in genetica, il carattere (o l’allele) è dominante se l’eterozigote è indistinguibile dall’omozigote in medicina la malattia è: dominante: fenotipo clinicamente manifesto con 1 allele mutato recessiva: fenotipo clinicamente manifesto con 2 alleli mutati (omozigote o eterozigote composto)

La maggior parte dei geni autosomici si trova nella condizione A o C: il dosaggio genico critico è <50%. In tal caso, si osserva un fenotipo patologico solo se entrambi gli alleli sono colpiti I geni autosomici responsabili della patogenesi dei disordini genomici si trovano nella condizione B o D: si osserva un fenotipo già in eterozigosi per aploinsufficienza. Spesso anche un dosaggio genico aumentato >>100% può determinare una patologia

aploinsufficienza insufficiente quantità di prodotto genico causata da una mutazione in eterozigosi la mutazione è di tipo allele amorfo o ipomorfo colpisce geni per i quali il 50% di prodotto genico non è abbastanza per garantirne la funzione spesso un dosaggio preciso è richiesto ai fattori di trascrizione e alle molecole di segnale espressi nel corso dello sviluppo

In caso di delezioni del cromosoma X nei maschi si osserva direttamente in fenotipo come sindrome da geni contigui In caso di delezioni autosomiche in eterozigosi, molto spesso il dosaggio dimezzato non è causa di malattia. Quando si osserva una sindrome da delezione, è risolutivo trovare la stessa sindrome causata da una mutazione puntiforme in uno solo dei geni. Se questa non si trova, la sindrome esiste solo come somma di più difetti.

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10% of the human genome could vary in copy number ACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACCGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGAACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGACGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACTATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGACGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGATAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGACGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGACGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGACGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATTATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGACGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTTATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGACGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTGACCTGACACGTGCTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGACACACACAGATATATAGCGCTCCCTGAAACAGCTCCGACACAGCTCGCACACCGCTCGAGACCTTAGCTAGCTCCTCTCGAGACGTAGGGCTCTCGATATAGCTCGCGA Copy Number Variation 10% of the human genome could vary in copy number 1 2

duplicazioni segmentali il genoma umano contiene complessivamente il 13,7% di segmenti duplicati con almeno il 90% di identità di sequenza il 5,2% del genoma contiene segmenti duplicati lunghi tra 1 e 10kb, mentre il 4,5% tra 10kb e 20kb i cromosomi più colpiti sono l’Y (50,4%) ed il 22 (11,9%), ma anche il 7, 9, 10, 15, 16, 17 e X le duplicazioni segmentali possono essere intracromosomiche o intercromosomiche con tre localizzazioni differenti: pericentromeriche (47Mb, dupliconi originati da altri cromosomi) subtelomeriche (ciascuna solo 50-100kb, orientate) interstiziali (solo nella specie umana sono disseminate ad una distanza media di 3Mb)

Malattie autosomiche dominanti Come fanno le delezioni in uno solo dei due alleli a costituire un carattere dominante? il livello dimezzato di prodotto genico è insufficiente a mantenere il fenotipo il difetto eterozigote diviene omozigote a livello delle cellule dei tessuti periferici (LOH) un solo allele è espresso per imprinting dell’altro

principali sindromi da delezione

Sindrome di DiGeorge

DiGeorge/velocardiofacciale La sindrome di DiGeorge del22q11.2 è la più frequente sindrome da microdelezione, con un incidenza di 1 su 4000—5000 nati La delezione comprende 3Mb ed almeno 30 geni

Migrating neural crest cells make a contribution to the embryonic structures affected in DiGeorge syndrome. The cartoon represents a human embryo at 4–6 weeks gestation. The migration of neural crest cells from the hindbrain to the branchial arch/pharyngeal pouch system and cardiac outflow tract is indicated by the arrows. Examples of malformations associated with perturbation of this process are listed and these overlap substantially with those seen in 22q11DS AAA, arch arteries; PDA, persistent ductus arteriosus; IAA, interrupted aortic arch.

DiGeorge È caratterizzata da Anomalie cardiache T-cell deficit palatoschisi anomalie facciali Ipocalcemia Mutazioni puntiformi del gene TBX1 possono portare a questi 5 tratti fenotipici, ma non alle difficoltà nell’apprendimento che è invece frequente nella sindrome da delezione

Williams-Beuren prevalenza alla nascita 1/7500-1/20.000, ma può non essere diagnosticata

Williams una delezione tipica

Williams genetica gene dell’elastina LIM kinase 1 (LIMK1) delezione “de novo” trasmissione autosomica dominante delezione di 1.6MB da 21 geni contigui in eterozigosi a 7q11.23 gene dell’elastina LIM kinase 1 (LIMK1) CLIP-115 che lega i microtubuli Fattori di trascrizione GTF2I e GTF2IRD1 effetto posizionale su altri geni circostanti la delezione

Williams FISH delezione 7q11.23 rilevabile mediante FISH ma non cariotipo

Williams comportamento lieve o medio ritardo mentale (IQ tra 41 e 80) scarsa capacità di concentrazione ritardo nell’apprendimento del linguaggio e poi esagerata loquacità personalità amichevole e affettuosa danno facilmente confidenza anche a sconosciuti ansietà, spesso preoccupati per il benessere altrui ipersensibilità ai suoni memoria visiva e uditiva spesso fuori dal comune ricordano persone, luoghi e motivi musicali predisposizione ad imparare le lingue e la musica

Williams aspetto e segni Faccia da elfo Occhi blu (77%) con pattern stellato dell’iride (74%) ma questo vale per i nordeuropei, strabismo (40%) Naso con la punta bulbosa bocca larga e guance piene microdontia e micrognazia Statura 10 cm in meno del normale ipercalcemia stenosi periferica delle arterie polmonari stenosi aortica sopravalvolare

http://www.wsf.org/family/photoalbum/wsfphoto.htm Williams foto

Williams foto

Wolf-Hirschhorn genetica delezione “de novo” di circa 4MB le delezioni sono più frequenti nella linea germinale maschile trasmissione autosomica dominante Regione critica di 165 kb di molti geni contigui in eterozigosi a 4p16.3

Wolf-Hirschhorn delezione a 4p16.3

Wolf-Hirschhorn Scarso accrescimento Ritardo mentale, ipotonia Labbro leporino Conformazione ad elmo di guerriero greco

Sindrome 5p- (cri du chat) 1:50.000 nati Pianto acuto e flebile Caratteristiche principali: Ritardo di crescita Microcefalia ed ipertelorismo Ipotonia, diastasi dei retti Deficit intellettivo e del linguaggio

Imprinting Figure 1. Imprint establishment and propagation during gametogenesis and development. The paternal allele (dashed line) is imprinted and the maternal allele is expressed (solid line). The "imprint mark" (black box) represents a parental-specific methylation established during gametogenesis. A: The maternal and paternal genomes have different imprint patterns following fertilization. B: Both "imprint marks" and imprint reading are maintained during somatic cell division. C: The parental specific imprints are erased in the primordial germ cells. D: The appropriate "imprint marks" are reestablished for the next generation Am J Pathol 1999 Mar;154(3):635-47 Genomic Imprinting: Implications for Human Disease J. Greg Falls* , David J. Pulford* , Andrew A. Wylie* and Randy L. Jirtle*

Imprinting Nelle cellule germinali primordiali l’imprinting viene cancellato del tutto e il DNA è demetilato Successivamente nella linea germinale maschile si determina un pattern di imprinting che in alcuni loci è complementare a quello della linea germinale femminile I cromosomi su cui avviene l’imprinting (7, 11, 15) manterranno questo pattern e lo riprodurranno ad ogni mitosi Si potranno sempre distinguere l’espressione genica del cromosoma materno e paterno Figure 1. Imprint establishment and propagation during gametogenesis and development. The paternal allele (dashed line) is imprinted and the maternal allele is expressed (solid line). The "imprint mark" (black box) represents a parental-specific methylation established during gametogenesis. A: The maternal and paternal genomes have different imprint patterns following fertilization. B: Both "imprint marks" and imprint reading are maintained during somatic cell division. C: The parental specific imprints are erased in the primordial germ cells. D: The appropriate "imprint marks" are reestablished for the next generation Am J Pathol 1999 Mar;154(3):635-47 Genomic Imprinting: Implications for Human Disease J. Greg Falls* , David J. Pulford* , Andrew A. Wylie* and Randy L. Jirtle*

Disomia uniparentale Due copie dello stesso cromosoma sono ereditate dallo stesso genitore Spesso questo avviene attraverso un fenomeno transitorio di trisomia, seguito dalla perdita del cromosoma singolo e mantenimento del cromosoma doppio

Angelman 70% dei casi delezione della regione cromosomica 15q11-q13, che è soggetta al fenomeno dell'imprinting del cromosoma paterno Il gene materno (l'unico espresso) può essere alterato con 4 meccanismi noti: delezione disomia uniparentale paterna difetti nell'imprinting mutazioni a carico del gene UBE3A (ubiquitin ligasi) La diagnosi è clinica e il difetto genetico non si identifica nel 20% dei casi

Angelman "happy puppet syndrome" si può identificare in Cucciolo (Dopey) "addormentato", il più giovane dei nani che non ha mai imparato a parlare ritardo mentale con assenza del linguaggio, difficoltà nell'equilibrio, eccessivo buon umore

Angelman L'incidenza è 1/20.000 nati crisi epilettiche e comunque alterazioni dell'EEG e microcefalia relativa

Prader-Willi iperfagia>obesità eccessiva assunzione di liquidi reazioni abnormi ai sedativi acromicria, criptorchidismo insensibilità al dolore, lesioni cutanee sbalzi di umore

Prader-Willi 1/15.000

Nomenclatura delle delezioni Le delezioni sono designate con la sigla del che segue i numeri dei nucleotidi a monte e a valle della delezione separatida un segno _ 82_83del (o 82_83delTG) indica una delezione di TG nella sequenza ACTTTGTGCC (dove A è il nucleotide 76) che diventa ACTTTGCC

Cosa sono le distrofie muscolari? Malattie degenerative progressive Variazione dello spessore delle miofibrille con forti cambiamenti nella istologia del muscolo indebolimento e degenerazione del tessuto muscolare in fibroso e adiposo aree di necrosi con processi infiammatori

Duchenne Becker cingoli Emery- Dreifuss distale facio-scapolo- omerale oculo- faringea

Distrofia muscolare Duchenne/Becker DMD Duchenne - 1/3,500 maschi Insorgenza -- Infanzia - tra 2 e 6 anni Sintomi – Debolezza generalizzata e danno muscolare prima agli arti e al tronco, polpacci ingrossati Progressione – Lenta ma inesorabile. Colpisce tutti i muscoli volontari. Sopravvivenza fino a 25-30 anni BMD Becker - 1/10,000 maschi Insorgenza – Adolescenza o dopo Sintomi – Identici alla DMD ma più attenuati. Vi è coinvolgimento cardiaco significativo Progressione – Più lenta e più variabile della distrofia di Duchenne con buona aspettativa di vita

Le delezioni intrageniche del gene della distrofina mandano fuori cornice la lettura delle triplette quando gli esoni cancellati contenevano un numero di nucleotidi che non è multiplo esatto di tre (1,2,4,5,7,8,10,11 ecc). Questo causa la distrofia di Duchenne.

Le delezioni intrageniche che non alterano la cornice di lettura portano alla distrofia muscolare di Becker o ad un apparente buona salute. Forniscono informazioni per preparare delle microdistrofine per la terapia genica

Nomenclatura delle delezioni Le delezioni sono designate con la sigla del che segue i numeri dei nucleotidi a monte e a valle della delezione separatida un segno _ 82_83del (o 82_83delTG) indica una delezione di TG nella sequenza ACTTTGTGCC (dove A è il nucleotide 76) che diventa ACTTTGCC

La tecnica del CGH (comparative genomic hybridization) permette l’individuazione di sequenze delete o duplicate nel genoma da testare (red) mediante il confronto con un genoma di riferimento (green). Sono preparate due sonde fluorescenti di colore diverso che ibridano contemporaneamente sui cromosomi. Se in una regione cromosomica prevale il colore (green) relativo al genoma di controllo questo significa che il genoma da testare (red) ha una delezione in quella regione

classificazione funzionale delle mutazioni allele equivalente allele ipomorfo allele amorfo allele ipermorfo allele neomorfo allele antimorfo

1. allele equivalente variazione che non modificano né la quantità, né la qualità biochimica e funzionale del prodotto genico il prodotto genico risulta invariato e normalmente localizzato esempi sono le circa 12,000 differenze della sequenza del DNA codificante che si osservano nella popolazione umana che non hanno alcuna conseguenza patologica

2. allele ipomorfo variazione della sequenza del DNA che riduce la quantità di prodotto genico e/o la sua qualità funzionale tali alleli sono silenti e recessivi e possono agire più come modificatori del fenotipo che come causa diretta di patologia alleli ipomorfi possono però essere causa di malattia se in emizigosi esempio: gli alleli ipomorfi del gene della distrofina localizzato sul cromosoma X che determinano quadri di distrofia muscolare di Becker nei maschi in quanto hanno una singola copia del gene

3. allele amorfo variazione di sequenza del DNA più drastica: corrisponde classicamente alla delezione (cancellazione) della sequenza codificante del gene un allele amorfo può essere prodotto da altri tipi di mutazione che abbiano la medesima conseguenza di una delezione totale del gene causa in emizigosi una malattia genetica quando colpisce una funzione genica essenziale (es emofilia, distrofia muscolare di Duchenne, ecc) l’allele amorfo in eterozigosi in genere è presente in un portatore sano di una malattia autosomica recessiva può da solo essere causa di malattia se riguarda un gene in cui il 50% del dosaggio (prodotto dall’altro allele non mutato) è insufficiente a mantenere lo stato di salute (aploinsufficienza)

4. allele ipermorfo ipermorfo (iper= aumentato) è l’allele che determina l’aumentata quantità o funzione di un prodotto genico l’allele ipermorfo può essere semplice o avere una combinazione di altri effetti come ad esempio, quello di essere presente in una localizzazione impropria o in un tempo sbagliato è associato di regola ad un tratto genetico dominante, in quanto l’aumentata espressione/funzione non può essere limitata dall’allele non mutato un esempio è l’aumentata funzione del recettore per l’FGF3 che causa l’acondroplasia (nanismo dismorfico) che è appunto a trasmissione autosomica dominante

5. allele neomorfo neomorfo (neo=nuovo) definito come causato da una mutazione che porta ad un prodotto genico nuovo o una funzione nuova si distingue solo didatticamente dall’allele ipermorfo, in quanto è in pratica una variante che è difficile da distinguere nelle singole condizioni valgono le stesse considerazioni fatte per l’allele ipermorfo sulla natura dominante della mutazione in alcune forme di cancro l’allele neomorfo è una chimera di due geni, dovuta ad una traslocazione cromosomica, come il cromosoma di fusione Philadelphia con la comparsa di nuove proteine Bcr-abl in casi di leucemia mieloide cronica

6. allele antimorfo o dominante negativo antimorfo (anti=contro) definito come causato da una mutazione che porta ad un prodotto genico antagonistico è il risultato di una mutazione che colpisce un gene il cui prodotto proteico funziona in cooperazione con altre proteine particolari mutazioni rendono la proteina di disturbo a tutte le altre pur essendo queste ultime perfettamente normali un esempio è dato dal collageno in cui più geni (e due alleli per ogni gene) contribuiscono alla formazione delle proteine ciascuno producendo una parte delle catene di base: una mutazione in un solo allele produce un effetto negativo complessivo

classificazione strutturale delle mutazioni sostituzioni piccole inserzioni, delezioni o inserzioni + delezioni contemporaneamente (indels) riarrangiamenti genomici a due (delezioni, duplicazioni) o più punti di rottura (traslocazioni, inversioni ecc.) copy number variations (CNV) a queste quattro classi appartengono in modo indistinguibile tanto le variazioni innocue quanto le mutazioni causative di malattia

mutazioni I dati di sequenziamento totale del genoma provano che almeno 10-8 sostituzioni geniche per base si verificano nella prole de novo, cioè senza essere ereditate dai genitori tutte le nuove sostituzioni sono in eterozigosi o in emizigosi se si verificano nei cromosomi sessuali maschili le nuove sostituzioni possono produrre varianti private meno dell’1% cadono negli esoni codificanti dei geni mutazioni silenti, quando l’aminoacido non cambia mutazioni missenso quando un aminoacido è sostituito da un altro aminoacido mutazioni nonsenso quando un aminoacido è sostituito da un codone prematuro di terminazione mutazioni nonstop quando al contrario un codone di terminazione è sostituito da un codone di un aminoacido

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

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

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

Nucleotidi intronici fiancheggianti • inizio dell’introne: il numero dell’ultimo nucleotide dell’esone che precede, il segno + e la posizione nell’introne, ad esempio 77+1G, 77+2T, oppure quando il numero dell’esone è noto ed univoco IVS1+1G, IVS1+2T • fine dell’introne: il numero del primo nucleotide del esone seguente, il segno – e la posizione a monte dell’esone, ad esempio 78-2A, 78-1G, oppure quando il numero dell’esone è noto ed univoco, IVS1-2A, IVS1-2G

HGMD Mutations in Intron splice sites (5Jan07) 3498 Donor Splice Site mutations 2296 Acceptor Splice Site mutations

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 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…

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

conversione genica