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CORSO INTEGRATO DI GENETICA

a.a.2010-2011Prof. Pier Franco Pignatti

21.10.2010Lezioni N. 17 e 18

Malattie da espansione di triplette(Neri-Genuardi cap. 15)

Mutazioni dinamiche, premutazioni, anticipazione

Le sequenze di DNA ripetuto sono spesso coinvolte in malattie�Crossing-over diseguale�Scambio diseguale fra cromatidi fratelli�Conversione genica�Duplicazione�Delezione�Inserzione�Inversione�Espansione di ripetizioni instabili

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NEJM 332:1499, 1995

Espansione di triplette

Meccanismo di espansione

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Espansione serie triplette non interrotte

Strachan e Read, Genetica Molecolare Umana UTET 2000 p 239

In blu: le interruzioni che rendono gli alleli stabili

Mancano interruzioni e gli alleli si espandono: alleli instabili

Posizione della espansione in malattie da triplette

Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999; JRGatchel & H Zoghbi 2005

XL ARAD

AD>40 m. neurologiche, neurodegenerative, neuromuscolari

MD1

DM2

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SINDROME DEL CROMOSOMA X FRAGILE

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SINDROME DELL’X FRAGILE (FXS)

La forma più comune di ritardo mentale ereditario (FMR) 1:4.000 maschi, 1:6.000 femmine (S. di Martin e Bell,1943)

Sito fragile Xq27.3 (FRAX-A) in terreno privo di folato (Lubs 1969)

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ESPANSIONE in FXS

Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999

0-54 triplette

55-200 triplette

200-1300triplette

1991:identificazione gene FMR-1, la prima mutazione dinamica, che si modifica nel passaggio da una generazione all’altra

Espansione di triplette gene FMR1

Griffiths et al., Genetica, Zanichelli 1996, Fig.18.12

Paradosso di Sherman: aumento del numero di casi (penetranza) col passare delle generazioni

Trasmettitore sano (NTM)

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Ereditarietà FRAXA

affetto

portatrice

T Trasmettitore sano

Paradosso di Sherman: la penetranza aumenta con le generazioni

Percentuali: rischio ritardo mentale.Numeri in rosso: numero di CGG ripetute. Espansione preferenziale linea femminile

Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999

Il gene FMR1

L’espansione oltre 200 ripetizioni comporta la metilazione del promotore e la condensazione

della cromatina che determinano un silenziamento trascrizionale

Penagarikano O et al, 2007; Tabolacci E et al 2008: Coffee B et al 2009)

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Inattivazione promotore e repressione trascrizione in FXS

NA Di Prospero e KH Fischbeck 2005

MECP2: Metil CpGbinding protein 2 (S. Rett)MBD: Metil CpGbinding domainproteinHDAC: Histonedeacetilasi che reprimono ulteriormente la trascrizione

Funzione del gene FMR1

Topi con gene Fmr1 inattivato hanno la perdita della proteina FMRP e alterata maturazione della trasmissione glutamatergica durante il periodo critico perinatale.

Conclusione: FMRP è necessaria per il normale progresso della maturazione sinaptica nello sviluppo dell’organismo

(Harlow EG et al, 2010)

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AJHG 74:805, 2004

premutazione (55-200)

L’aumentodel numero di ripetizioni diminuisce l’efficienza di traduzione in un sistema di espressione in cellule neurali o epiteliali

ESPANSIONE FMR1 e TRASCRIZIONE

PREMUTAZIONE FMR1

La premutazione (55-200 CGG) può dare :• Sindrome Tremore-Atassia associata a X

fragile (FXTAS) • Lievi sintomi psichiatrici • Insufficenza ovarica e menopausa precoci

(POF)• Atassia isolata adulti

PJ Hagerman e RJ Hagerman, 2004

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ATASSIA DI FRIEDREICH

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ATASSIA DI FRIEDREICH (FRDA)

La sindrome atassica ereditaria più frequente nelle popolazioni caucasoidi (3-4:100.000, AR)

Insorgenza pubertà, perdita progressiva coordinazione muovimenti ed equilibrio

Deficit di energia: anche cardiomiopatia ipertrofica che può condurre a morte precoce

Gene FXN (frataxina) mappato cr. 9q13Triplette GAA nel primo introne: da 35-40 normale a

70-1000 espansione causano silenziamento genico

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FrataxinaProteina mitocondriale che mantiene

omeostasi Fe mitocondriale ed ha anche ruolo protettivo del danno nucleare

FRDA: la funzione mitocondriale è alterata con sovraccarico di Fe, difetto produzione ATP, difetto funzionamento neuroni e cardiomiociti; instabilità cromosomica, aumento sensibilità mutageni chimici e specie reattive dell’ossigeno (ROS)

Tentativi terapeutici di rimozione Femitocondri mediante un chelante e di aumento espressione con eritropoietina e inibitori della deacetilasi istonica

POLIGLUTAMINOPATIE

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POLIGLUTAMINOPATIE

Una famiglia di 9 malattie neurodegenerativeIl tratto poliglutaminico conferisce un

guadagno di funzione tossico alle proteine che porta a inizio tardivo della malattia e perdita progressiva di neuroni in regioni specifiche del SNC.

Possibile contributo di modificazioni post-traduzionali della proteina

NEJM 340:1974, 1999

SCA

POLIGLUTAMINOPATIE4

SBMAHD

DRPLA

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MALATTIA DI HUNTINGTON (HD)George Huntington (1872) descrive la malattia caratterizzata da disabilitàmotoria progressiva e deterioramento mentale, prevalenza 3-7:10.000, AD

Read e Donnai, Genetica Clinica, Zanichelli 2007

Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999

Famiglia con HD

Famiglia venezuelana che ha permesso la localizzazione del gene sul cromosoma 4 nel 1983 (Gusella et al Science225:1320,1984)

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Le ripetizioni CAG (Gln, Q) in HD

“Uno studio mondiale della mutazione HD”Conclusioni: la lunghezza delle ripetizioni è un marcatore sensibile e specifico della ereditarietàdella mutazione

NEJM 330:1401,1994

40-121triplette: HD11-36 triplette: N

1993: identificazione del gene IT15

Amplificazione del gene IT15

S: DNA da SpermaL: DNA da Linfociti

50 copie

20 copie

Nature Genet 1993;387

Si nota particolare instabilità delle triplette ripetute nella meiosi maschile. Infatti si può avere insorgenza precoce della malattia trasmessa dal padre. L’età di esordio è inversamente correlata alla lunghezza della espansione, anche nel tessuto cerebrale

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Possibile meccanismo patogenetico HD

NEJM 340:1975,1999

Formazione di aggregati proteici che impediscono la degradazione proteasomalee inducono morte cellulare. Una proteina striato specifica lega la poliQ-Htt

DISTROFIA MIOTONICA

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DISTROFIA MIOTONICA (MD)Malattia di Steinert (1909) : miotonia, debolezza e

difficoltà rilassamento muscolare, deperimento, anomalie conduzione cardiaca, …

La più frequente fra le distrofie muscolari a ereditarietà autosomica (1:8.000)

Ptosi, debolezza faccia, iposviluppo muscolo mandibola e sternomastoideo, amimia faccia e aspetto scavato volto

Numero di triplette ed età di esordio MD

Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999 p.33

C: congenitaG: giovanileA: adultaSC: subclinica(nessun segno clinico tranne elettromiogrammaanomalo o altro)

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Famiglia con MD

Numero di triplette:- in nero allele N (5-37 triplette)- in rosso alleleespanso (50-1.000 triplette)

Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999, p.33

L’età di esordio diminuisce con il passare delle generazioni mentre aumenta la gravità delle manifestazioni cliniche: il fenomeno della anticipazione

AJHG 74:793, 2004

Espansione di sequenza CTG (MD1) o CCTG (MD2), non tradotte

MODELLO di GUADAGNO DI FUNZIONE dell’RNA per MD1 e MD2

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Neutralizzazione dell’RNA tossico in MD1

Cooper TA 2009

Meccanismi patogenetici

FXS

MD1

HD

Strachan T, Read A. Human Molecular Genetics, 4°ed. 2011 pg 425

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Effetti della espansione

Gelehrter Collins Ginsburg Genetica Medica Masson 1999; JRGatchel & H Zoghbi 2005

Perdita funzione Guadagno funz

XL AR AD

AD

Guadagno funzione RNA

>40 m. neurologiche, neurodegenerative, neuromuscolari

MD1