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Mutazioni dinamiche Vincenzo Nigro Dipartimento di Patologia Generale Seconda Universit degli Studi di Napoli Telethon Institute of Genetics and Medicine (TIGEM)

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Circa il 2% della popolazione ha un IQ 250 Methylation EcoRI 2.4kb2.8kb

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Fragile X diagnosis: Southern blot analysis of expansion and methylation Rousseau et al. NEJM 1991

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Premutazioni e mutazioni Le premutazioni si espandono quando sono trasmesse dalla madre La donna con premutazioni ha un maggiore rischio di menopausa precoce POF (premature ovarian failure) Il pi corto allele descritto che in una sola generazione diventato mutazione piena di 59 triplette Espansione stabile (CGG) 9 -AGG-(CGG) 9 -AGG-(CGG) 9 Ha almeno 2 A che interrompono la serie di 9 triplette Espansione instabile (CGG) 9 -(CGG) 9 -(CGG) 9- (CGG) 9 NON ha A che interrompono la serie

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Il gene FMR1 (fragile X mental retardation 1) allinterno di deserto genico: quindi il fenotipo NON da geni contigui Mutazioni puntiformi o delezioni di FMR1 causano un fenotipo identico alle espansioni e questo dimostra che il ruolo del gene non importante nelle prime fasi dello sviluppo, quando le triplette non sono ancora metilate

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Trasmissione X fragile

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cosa fa FMR1? FMRP una RNA-binding protein selettiva associata con i poliribosomi ed espressa nei neuroni nelle spine dendritiche regola la traduzione degli mRNA, funzione cruciale per la plasticit sinaptica e la maturazione neuronale interagisce con gli mRNA e con il pathway dei miRNA NellX fragile le spine dendritiche sono immature e lunghe Cerebral Cortex, Vol. 10, No. 10, 1038- 1044, October 2000

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Spine dendritiche nel neocortex lunghe ed immature anche nel topo KO

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Malattie da triplette ripetute DiseaseGene Locus/ProteinRepeatLocation Fragile X syndrome Fragile XE syndrome Friedreich ataxia Myotonic dystrophy 1 Myotonic dystrophy 2 Spinobulbar muscular atrophy Huntington disease Dentatorubralpallidoluysian atrophy SCA type 1 SCA type 2 SCA type 3 (Machado-Joseph disease) SCA type 6 SCA type 7 SCA type 8 SCA type 12 Xq27.3/FMR-1 protein Xq28/FMR-2 protein 9q13-9q21.1/frataxin 19q13/myotonic dystrophy protein kinase 3q21 Xq13-Xq21/androgen receptor 4p16.3/huntington 12p13.31/atrophin-1 6p23/ataxin-1 12q24/ataxin-2 14q32.1/ataxin-3 19p13/ -1A (voltage-ependent calcium channel subunit) 3p12-3p13/ataxin-7 13q12/none identified 5q31-5q33 CGG GCC GAA CTG CCTG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CTG CAG Noncoding Noncoding Noncoding Noncoding Noncoding Coding Coding Coding Coding Coding Coding Coding Coding ? Noncoding

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Malattie da triplette ripetute non codificanti

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anticipazione nella distrofia miotonica

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distrofia miotonica DM1 fenomeno miotonico, difficolt al rilasciamento muscolare dopo una contrazione ipotonia al volto, non debolezza importante cataratta precoce alterazioni ritmo cardiaco disfunzione tiroidea trasmissione autosomica dominante (1/8000) forma congenita con grave ipotonia neonatale

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distrofia miotonica DM1 Steinert la pi comune distrofia muscolare delladulto causata da unespansione CTG nel 3UTR del gene DMPK (nellRNA CUG) a 19q13.3 presenta eredit autosomica dominante con anticipazione sono state identificate RNA binding proteins che interagiscono con lespansione CUG

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distrofia miotonica DM2 cromosoma 3p21 unespansione simile nell introne 1 di un repeat CCUG nel gene ZNF9 (zinc finger protein 9) causa la distrofia miotonica 2 la DM2 detta anche distrofia miotonica prossimale

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Malattie da triplette ripetute di poliglutammina

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Crea di Huntington descritta da George Huntington nel 1872, detta anche crea che in greco indica la danza alla base vi una degenerazione programmata geneticamente dei neuroni dei gangli basali (nuclei caudato e pallido) e della corteccia prevalenza di 1/10,000 e presenta il fenomeno dell'anticipazione si trasmette nel 97% dei casi come carattere autosomico dominante associato al gene huntingtina sul cromosoma 4p16.3 solo il 3% dei casi dovuto a nuove mutazioni un'espansione dinamica della tripletta CAG che codifica per la glutammina

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quante glutammine? fino a 28 = numero max di CAG per un soggetto non a rischio 29 - 39 CAG la malattia si potrebbe presentare alla generazione successiva (premutazione) oltre 39 CAG il soggetto considerato affetto anche se la patologia non si ancora manifestata il test in grado di prevedere che la patologia si manifester in futuro l'esecuzione in soggetti sani solleva problemi di natura etica

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la Huntingtina con poliglutammina forma aggregati nei neuroni causandone la morte all'inizio sintomi psichiatrici quali depressione, irritabilit, difficolt a prendere decisioni, poi presenta movimenti incontrollati simili a una danza e demenza pur con una grande variabilit individuale, la malattia avanza inesorabilmente fino alla morte tentativi terapeutici sono in corso con la cistamina che inibisce la transglutaminasi coinvolta nella formazione degli aggregati

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syndactyly of 3rd and 4th fingers of the hands and 3th and 4th or 4th and 5th finger of foot polydactyly

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Synpolydactyly SPD1 syndactyly of 3rd and 4th fingers of the hands and 4th and 5th finger of foot polydactyly autosomal dominant with 96% penetrance for upper limbs and 70% for lower normal subjects have 15 alanines in HOXD13, affected 24 alanines (27bp- duplication) at 2q31 large deletion (117kb) of HOXD cluster 3 has a similar phenotype haploinsufficiency

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Polyalanine stretches (GCG) 494 human proteins contain polyalanine stretches that form beta sheets (36% are transcription factors) these are resistant to chemical denaturation and enymatic degradation above 19 alanines the proteins aggregate and form intracellular inclusions dominant disorders of the CNS or skeletal malformations

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proteins involved in polyalanine expansions in humans

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Comparative data between polyalanine and polyglutamine POLY APOLY Q normal length520444 length polymorphismfewnumerous mutant length+1 +15> 36 meiosis/mitosisstableunstable gene expressionspecificubiquitous protein functiontranscription factorvarious diseasesCongenital malformations Neurodegenerative disorders

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PHOX2B (paired-like HOX 2B) at 4p12 (20 + 5/13 Ala) 92% of cases with congenital central hypoventilation syndrome (CCHS) abnormal control of ventilation during sleep megacolon strabismus with schizofrenia mutations predispose to neuroblastoma