6° modulo didattico- Le malattie genetiche non mendeliane,

diagnosi e terapiadiagnosi e terapia.

CLASSIFICAZIONE DELLE MALATTIE GENETICHE

Malattie monogeniche ( 1%)Autsomiche dominantiAutosomiche recessiveLegate al sesso dominantiLegate al sesso recessive

Malattie cromosomiche (0,6%)Alterazioni numericheAlterazioni numericheAlterazioni strutturali

Malattie mitocondrialiM l tti ltif tt i li l (5%)Malattie multifattoriali o complesse (5%)Interazione geni-ambiente

LE MALATTIE MITOCONDRIALI

sono causate da alterazioni del DNA mitocondriale

interessano soprattutto il sistema nervoso e muscolarehanno una preferenza per questi due organi data la straordinaria richiesta di energia di questi tessuti durante lo sviluppo.

possono coinvolgere virtualmente qualsiasi organo incluso il midollopossono coinvolgere virtualmente qualsiasi organo incluso il midollo osseo, fegato, reni, strutture ghiandolari, o il tratto gastrointestinale.

la presentazione clinica in età infantile è particolarmente variala presentazione clinica in età infantile è particolarmente varia.

la presentazione può avvenire anche in età adulta

La diagnosi delle malattie mitocondriali è molto difficile e la chiave per una corretta diagnosi include un alto indice di sospetto e una conoscenza d ll i dibil l i di i i li i idell'incredibile complessa varietà di sintomi clinici.

EREDITA’ MITOCONDRIALEdescrive la trasmissione dei geni contenuti neidescrive la trasmissione dei geni contenuti nei

cromosomi mitocondrialiO i ll l ti d 2 100 it d i• Ogni cellula contiene da 2 a 100 mitocondri

• Ogni mitocondrio contiene da 5 a 10 cromosomi i l icircolari

• Un cromosoma circolare è lungo 16,5 kb• Il genoma mitocondriale codifica per

– 2RNA ribosomiali– 22 RNA transfer– 13 proteine che fanno parte di complessi enzimatici

coinvolti nella fosforilazione ossidativacoinvolti nella fosforilazione ossidativa• L’eredità è matrilineare

Mutazioni del DNA mitocondrialeMutazioni del DNA mitocondrialeL f di t i d l DNA• La frequenza di mutazione del DNA mitocondriale è 20 volte più elevata rispetto a quella del DNA nucleare (presenza di radicaliquella del DNA nucleare (presenza di radicali liberi dell’ossigeno mutageni)

• La mutazione viene trasmessa dalla madre ai figli di entrambi i sessi

• In uno stesso tessuto vi possono essere cellule con diverse proporzioni di DNA mitocondrialecon diverse proporzioni di DNA mitocondriale alterato

• In tessuti diversi vi possono essere proporzioni• In tessuti diversi vi possono essere proporzioni diverse di DNA mitocondriale alterato (eteroplasmia)

Fenomeno dell’eteroplasmia

MALATTIA A TRASMISSIONE MITOCONDRIALE: eredità matrilineare

Esempi di malattie mitocondrialiEsempi di malattie mitocondriali

malattia segni clinici mutazione trasmissione

Atrofia ottica Perdita acuta puntiforme maternaAtrofia ottica ereditaria

Perdita acuta della vista e segni neurologici

puntiforme materna

MERRF Epilessia mioclonica

puntiforme sporadica

Kearns Sayre Retinopatia Delezione sporadicaKearns-Sayre Retinopatia, blocco cardiaco, atassia,

Delezione-duplicazione

sporadica

MELAS Encefalopatia, episodi di ictus

puntiforme sporadica

Patologie complesse o multifattoriali

L’ li i d ll i i f i li li t di• L’analisi della segregazione in famiglie, gli studi su gemelli e sui figli adottati permettono di asserire che nella patologia complessa vi è unaasserire che nella patologia complessa vi è una determinazione genetica

• Questa componete genetica non si trasmette gcome carattere mendeliano semplice, ma poligenicocaratteri con variabilità continuacaratteri con variabilità continua– Caratteri poligenici con effetti additivi

• caratteri con variabilità discontinua• caratteri con variabilità discontinua– Caratteri poligenici con effetto soglia– Geni maggiori di suscettibilitàGeni maggiori di suscettibilità

INCIDENZA DI ALCUNE MALFORMAZIONI CONGENITE NELLA POPOLAZIONE GENERALE E NELLE FAMIGLIE PER VALUTARE IL PESO DELLA COMPONENTE GENETICA

MALFORMAZIONE Popolazione generale

MZ 1°grado

2° grado 3° grado

Labioschisi 0,001 x400 x40 x7 x3

Piede equino varo 0,001 x300 x25 x5 x2

Difetti del tubo neurale

0,002 x8 x2

Lussazione congenita dell’anca

0,002 x200 x25 x3 x2

S i i 0 00 80 10 X1Stenosi congenita del piloro

0,005 x80 x10 x5 X1,5

STUDI FAMIGLIARI SULL’INCIDENZA DELLA LABIOSCHISI

Parenti % parenti affetti

Incidenza relativa rispetto alla

l ipopolazione generale

1° grado1 gradoFratelliFigli

4,1 3,5

X40x35

2° gradoZie e ziiNi ti

0,70 8

X78Nipoti 0,8 x8

3° gradoPrimi cugini 0 3 x3Primi cugini 0,3 x3

CONCORDANZA TRA GEMELLI MONO E DIZIGOTICI PER MALFORMAZIONI E MALATTIE COMUNIPER MALFORMAZIONI E MALATTIE COMUNI

carattere concordanza

MZ % DZ

L bi hi i 40 4Labioschisi 40 4

Stenosi 22 2Stenosi pilorica

22 2

Schizofrenia 46 14Schizofrenia 46 14

Diabete 30 6mellito

Evidenziare la componente genetica di una malattia multifattoriale significauna malattia multifattoriale significa individuare i geni di suscettibilità e poter

ìcosì

Identificare individui a rischioDefinire la patogenesi della malattiaDefinire la patogenesi della malattiaIntervenire con terapie mirate alla

t i i b ll f ipatogenesi, in base alla funzione biochimica/cellulare alterata

Variabilità geneticaVariabilità genetica

L i bilità ti è ll b d ll• La variabilità genetica è alla base della diversità fenotipica all’interno di una stessa specie– Identico corredo genetico, ma più forme

alleliche dello stesso gene– La variabilità allelica contribuisce alla

variabilità continua e discontinua– all’interno della variabilità allelica risiede la

predisposizione genetica verso le malattie comuni

I polimorfismi geneticiI polimorfismi geneticiSNPs (Single Nucleotide Polymorphisms)SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms)

Frequenza: 1 ogni 350 nucleotidiC i i i tif i d ll di DNA> Cosa sono: variazioni puntiformi della sequenza di DNA non codificante e codificante dei geni

C i t tt tt i d li i li i> Come si trasmettono: come caratteri mendeliani semplici

> Cosa servono: per studiare la componente genetica delle malattie l (l di i l ttibilità)complesse (la predisposizone, la suscettibilità)

> Come si studiano: analizzando il DNA in famiglie o in popolazioni

MUTAZIONE POLIMORFISMOPRESENTE SOLO NEGLI AFFETTI

↓

PRESENTE NELLA POPOLAZIONE GENERALE

↓

ALTERAZIONE DELLA SEQUENZA GENICA↓

CAMBIAMENTO NUCLEOTIDICO↓

↓ALTERAZIONE DELLA PROTEINA

↓

PROTEINA FUNZIONALMENTE NORMALE

↓

ALTERAZIONE DELLA FUNZIONE↓

INTERAZIONE CON ALTRI GENI↓

↓

EFFETTO NEL FENOTIPO INTERAZIONE CON FATTORI

AMBIENTALI↓↓

MALATTIA MONOGENICA

↓

EFFETTO SUL FENOTIPO↓MALATTIA MONOGENICA ↓

MALATTIA COMPLESSA

Eredità multifattoriale nel diabete mellito di tipo 1°

l i di ttibilità HLA• locus maggiore di suscettibilità: HLA– Polimorfismo: sostituzione aa negli antigeni

HLA DQ e DR– Cambiamento di funzione: processi di

autoimmunità mediata da linfociti T• Locus di suscettibilità: insulina

– Polimorfismo: variazione nel numerodi VNTR (variable nucleotide tandem repeat) nel ( p )promotore del gene

– Effetto sulla trascrizione del geneg

malattia Locus di i hi

Allele di i hi

Rischio l tirischio rischio relativo

Diabete 1° HLA-DR DR3, DR4 15

Spondilite anchilosante

HLA-B B27 80anchilosanteInfarto

i diACE D 2,5 (DDvsII)

miocardioIpertensione AGT M235T 1,6essenzialeosteoporosi VDR B 4,4 (BBvsbb)p , ( )

Tumore al seno

BRCA1 Vari alleli 146seno

I TEST GENETICI

procedure di laboratorio per l'individuazioni di determinati genotipi che possono causare la malattia genetica o predisporre ad essag

a seconda delle finalità per cui vengono utilizzati si possono distinguere in

TEST DIAGNOSTICITEST PRESINTOMATICITEST PRESINTOMATICITEST PER L’INDIVIDUAZIONE DELL’ETEROZIGOTETEST PREDITTIVITEST FARMACOGENETICI

a seconda della popolazione bersaglio i test genetici si di ti ipossono distinguere in

TEST PRENATALETEST NEONATALETEST NEONATALETEST DEGLI ETEROZIGOTI IN ETA' ADULTA

ffTest diagnostici: si effettuano sulle persone che hanno, o si sospetta che abbiano, una particolare malattia; il quesito che tentano di risolvere è se il paziente abbia o non abbia una determinata malattia, e non se la svilupperà in un certo momento della sua vita.

Test presintomatici: identificano il rischio di sviluppare una malattia in futuro in una persona non affetta al momento dell'analisi e che appartiene ad una famiglia nella quale uno o più individui hanno unaappartiene ad una famiglia nella quale uno o più individui hanno una malattia ad esordio tardivo. Un risultato patologico dell'analisi indica che quella persona è destinata a sviluppare la malattia ad un certo momento della sua vita ammesso che viva sufficientemente a lungomomento della sua vita, ammesso che viva sufficientemente a lungo (ad es. Corea di Huntington). Quest'informazione è importante, in quanto consente di attivare interventi preventivi, che possono incidere

ll bilità ll t lità tt tt t ll f i li disulla morbilità e sulla mortalità, e, soprattutto, consente alle famiglie di razionalizzare la loro pianificazione. I familiari che invece non hanno la mutazione eliminano lo stato d'ansia ed evitano indagini inutili. g

Test per la identificazione dei portatori: individuano le persone che presentano un rischio riproduttivo aumentato per alcune malattiepresentano un rischio riproduttivo aumentato per alcune malattie recessive comuni, sia attraverso gli screening di popolazione (ad es. talassemia nell'area del Mediterraneo), sia con gli screening a cascata, sui familiari dei pazienti affetti da malattie comuni in certe popolazionisui familiari dei pazienti affetti da malattie comuni in certe popolazioni (ad es. fibrosi cistica nei Caucasici) o nelle consanguinee, non affette, dei maschi con malattie recessive legate all'X (ad es. ritardo mentale da FRAXA)FRAXA).

Test genetici predittivi: riguardano numerose affezioni comuni, nelle quali il rischio di malattia è aumentato o ridotto ma con unnelle quali il rischio di malattia è aumentato o ridotto, ma con un livello di accuratezza molto più basso, rispetto a quello degli altri test genetici (ad es. ApoE4 e malattia di Alzheimer, polimorfismi del

tt d ll h hi AIDS)recettore delle chemochine e AIDS)

Test farmacogenetici: Identificano variazioni di sequenza del DNA utili a predire la risposta individuale ai farmaci in termini di efficacia

I test genetici possono essere:

•Analisi biochimiche (dosaggi enzimatici, dosaggi di componenti plasmatici o delle urine)gg p p )

•Analisi del DNA

A li i it ti h•Analisi citogenetiche

L’analisi del DNA consente di trovare le alterazioni del DNA che sono causa (nelle malattie monogeniche ) o

di ( ll l i l if i li) llpossono predisporre (nelle malattie multifattoriali) alla malattia genetica

AMPLIFICAZIONE GENICA

FEROGRAMMAFEROGRAMMA

1284

Controllo

Mutazione1284 G>A

1284

La terapia genicaLa terapia genicaIl t i t i i è t d i ilIl termine terapia genica è usato per descrivere il

trattamento di una malattia umana attraverso il trasferimento di materiale genetico (DNA o RNA) nel g ( )paziente.

Benchè la terapia genica sia stata inizialmente diretta verso l l tti i h i ò h lalcune malattie monogeniche, si può sperare che nel

futuro essa verrà estesa al trattamento delle comuni malattie multifattoriali come il cancro e le malattie a a e u a o a co e ca c o e e a a ecardiovascolari.

Anche se la terapia genica manterrà tale promessa per il f t è i t t i d h i ifuturo, è comunque importante ricordare che i successi ottenuti finora sono pochi e rimangono confinati al campo della medicina sperimentalecampo della medicina sperimentale