• più generazioni interessate• tramissione da parte di entrambi i sessi• circa il 50% dei soggetti affetti• maschi e femmine affetti• non segni di consanguineità

Ereditarietà autosomica dominante

- ogni tratto o carattere che si esprima nell’ eterozigote- nel caso di malattia: una sola copia del gene mutato

è sufficiente per esprimere il fenotipo affetto

Trasmissione ereditaria dei caratteri mendeliani

Codominante: l’eterozigote esprime un fenotipo distintoda quello dei due stati omozigotiper es. gruppi sanguigni, enzimi eritrocitari, etc.

Genotipo : eterozigoteFenotipo : affetto

Dominante

Se un genitore è normale (bb) e l’altro è affetto (Bb) da una malattia autosomica dominante,

il 50% dei figli sarà eterozigote affetto (Bb), ed il 50% sarà omozigote normale (bb).

Nelle malattie autosomiche dominanti, la lettera maiuscola indica il gene che dà la malattia: un solo allele mutato dà origine al fenotipo affetto

Eredità autosomica dominante

Rischio di ricorrenza = 50% (0.5)

Se entrambi i genitori sono affetti (Bb) da una malattia autosomica dominante, allora il 75% dei figli sarà affetto (BB o Bb), e il 25% sarà omozigote normale (bb).

Nota: è raro che un individuo affetto da una malattia autosomica dominante sia omozigote per il gene che dà la malattia.

Eredità autosomica dominante

• si manifesta in uguale misura nei due sessi

• la trasmissione non dipende dal sesso

• il figlio di un genitore affetto e di uno sano ha il 50% di probabilità di essere affetto

• un individuo affetto ha comunemente un genitore affetto

…………….mutazioni de novo

• individui non affetti non trasmettono la malattia

….……penetranza incompleta

Eredità autosomica dominante

Carattere ADa penetranza completatasso di “ nuove mutazioni ”

R = 0.5 (50%)

Carattere ADa penetranza incompleta(penetranza del 70%)

R (III-1) = 0.5 ???R (IV-1) = 0.25 ???

III-2III-1

III-2III-1

Teorema di Bayes:Rischio di ricorrenza III-1

Ipotesi 1 Ipotesi 2Portatore Non Portatore1 / 2 1 / 2 prior p.

3 / 10 1 conditional p.

½ x 3/10= 3/20 ½ x 1=1/2 joint p.

3/20 1/2

3/20 + 1/2 1/2 + 3/20 posterior p.

= 3/13 (23%) = 10/13 (77%)

R (III-1) di trasmettere = ½ x 3/13 = 3/26 (11.5%)

R (III-1) di avere un figlio affetto = 3/26 x 7/10 = 8%

Mutazioni nuove o “de novo”

oogenesi

spermatogenesi

Nuova mutazione

mosaicismo

identificate nelle malattie dominanti o recessive X-linked,molto raramente producono malattie autosomiche recessive(entrambe le copie del gene devono essere mutate)

il rischio di ricorrenza è basso ma leggermente superiore all’incidenza della malattia nella

popolazione a causa del mosaicismo della linea germinale

Aspetti da considerare nelle malattie AD

• Penetranza - completa – incompleta

- diversa per fasce di età• Espressività - presenza – assenza

- espressività variabile• Tasso di nuove mutazioni

casi sporadici – famigliari• Percentuale di mosaicismi germinali

Retinoblastoma (1:15.000-20.000)

18/04/2004

RbRb Rb

Rb

Retinoblastoma sporadicomonolaterale unico

Rb bilaterale

Rb multifocalemonolaterale

60% dei casi 40% dei casi

espressivitàvariabile

penetranza >90%Ipotesi:mosaicismo germinale o somatico

Retinoblastoma

• f 1 : 15.000-20.000 nati• 60% dei casi: tumore monolaterale unico

– inattivazione somatica di Rb1 (-/-)

• 40% dei casi: tumore multifocale e/o bilaterale• con storia famigliare POSITIVA

– trasmissione AD di mutazione Rb1 (-/+) :– inattivazione somatica del secondo allele (-/-)

• con storia famigliare NEGATIVA– mutazione de novo in un gamete (maschile)– mosaicismo germinale in un genitore (6-10%)– mosaicismo somatico nell’affetto (10%)

RR=0.5, RT=0.5

RR=??, RT=??

Gene Rb1

• 13q14: 27 esoni, mRNA 4,840 , proteina 928 aa

• più di 400 mutazioni note– 85-90% mutazioni troncanti (NS, FS, SS): esoni 2-25

3/15/2004

75 63SCA2

35

58 62 SCA2

35 (22-36 CAG)

65 SCA2

34 (22-37 CAG)

68

27

(22-23 CAG)

30 SCA2

29 (23-44 CAG)

28 32 27 34 36 42 44

74 71

35 78

73

36

4 2 7 2 Down

73 75

SCA :- che tipo di ereditarietà- qual’è la probabilità di essere portatore per il padre e per la probanda- è possibile eseguire un test genetico ? A che scopo ?- a chi offrirlo

SCA :- che tipo di ereditarietà- qual’è la probabilità di essere portatore per il padre e per la probanda- è possibile eseguire un test genetico ? A che scopo ?- a chi offrirlo

Autosomica Dominante

Ipotesi 1 Ipotesi 2Portatore Non Portatore

1 / 2 1 / 2 prior p.

2 / 10 1 condit. p.

½ x 2/10= 2/20 ½ x 1=1/2 joint p.

1/10 1/2

1/10 + 1/2 1/2 + 1/10 post. p.

= 1/6 (16.6%) = 5/6 (83.3%)

Probanda: 1/6 x ½ = 1/12 (8.3%)

Test ai membri affetti- conferma della diagnosi- esclusione certa dei non portatori- definizione del RR della probanda

Ripetizioni normali

Ripetizioni patologiche

Malattia (9 forme)

Locus Frequenza tra le ADCA

(Italia)

Caratteristichedistintive

SCA2 12q24.1 CAG/14-31 36-400 23%movimenti saccadicilenti, neuropatia periferica

SCA3 14q21 CAG/13-43 55-86 <1%nistagmo, retrazione delle palpebre, fascicolazioni amiotrofiche

SCA6 19p13.1 CAG/ 4-18 (19)20-33 <1% atassia episodica,decorso molto lento

SCA7 3p21.1-p12 CAG / 4-19 37->300 <1%perdita della vistacon neuropatia

6p23 CAG/6-44 39-83 21%segni piramidali, neuropatia perifericaSCA1

SCA10 22q13 ATTCT/ 10-22 800-4500 assenteattacchi epiletticioccasionali

SCA12 5q31 CAG / 6-26 66-78 assentetremori precoci,demenza tardiva

SCA8 13q21 CTG/ 15-50 80-250 <1%DTR vivaci e diminuzionedella sensibilità vibratoria

SCA17 6q27 CAG/ 30-42 45-63 <1% deterioramento mentale

Malattia Locus Caratteristiche distintive

SCA4 16q22.1 neuropatia assonale sensitiva

Yel

low

: loc

i with

pub

lishe

d m

arke

rs 11p12 1 (Lincoln) insorgenza precoce, decorso lento SCA9 X (riservato)

SCA13 19q13 1 (french) lieve ritardo mentale, bassa statura

SCA14 19q13.4 mioclono assiale precoce

SCA16 8q22-24 1 (japan)

progressione lenta, rigidità, tremore

3pter-24.2 1 (australian) atassia pura e progressione lentaSCA15

SCA20

N° di famiglie descritte

2 (U.K.) lieve, rimane la deambulazione SCA11 15q14 -q21

1p21-q21

1 (french)

neuropatia sens., atrofia musc.

SCA18

SCA21

SCA19

SCA22

SCA5

SCA : 13 loci noti

riservato

7p21.3-p15.1

1q22 (riservato)

7q31-32

>5 (japan/scand.)

2 (japan/english)

?

1 (dutch)

tremore della testa

lieve atassia, segni piram., dist. cogn.

• una sola generazione interessata• ramo paterno a materno sani• maschi e femmine affetti• talora segni di consanguineità

Ereditarietà autosomica recessiva

Recessiva : ogni tratto o carattere che si esprima solo nell’ omozigote

nel caso di malattia: entrambe le copie del gene mutato devono essere presenti per esprimere un fenotipo affetto

Trasmissione ereditaria dei caratteri mendeliani

I fenotipi possono essere analizzati e misurati a differenti livelli.Es. malattie metaboliche: gli eterozigoti sono sani ma l’enzima responsabiledella malattia può avere nel siero una concentrazione intermedia rispetto a quella dei due stati omozigoti.

Genotipo : eterozigoteFenotipo : portatore sano

Genotipo : omozigoteFenotipo : affetto

Se un genitore è normale (AA) e l’altro è portatore (Aa), allora il 50% in media dei figli sarà omozigote normale (AA), e l’altro 50% sarà portatore eterozigote non affetto (Aa).

Non vi sono figli affetti.

Nel caso di malattie autosomiche recessive, le lettere minuscole stanno ad indicare i geni che in omozigosi danno la malattia, perché entrambi gli alleli devono essere mutati perché si osservi il fenotipo patologico.

Qual’è la probabilità di avere un figlio affetto se entrambi i genitori sono portatori?

Eredità autosomica recessiva

a a a

Se entrambi i genitori sono portatori sani (Aa), in media il 25% dei figli sarà omozigote normale (AA), il 50% sarà eterozigote non affetto (Aa), e il 25% sarà omozigote affetto (aa).

Se un genitore è un portatore sano (Aa) e l’altro è affetto (aa), allora il 50% in media dei figli sarà eterozigote non affetto (Aa), e l’altro 50% sarà omozigote affetto (aa).

Eredità autosomica recessiva

• gli individui affetti sono omozigoti (o eterozigoti composti)

• nella maggior parte dei casi, entrambi i genitori sono portatori sani

– in media, 1 su 4 figli è affetto

• la trasmissione non dipende dal sesso

• matrimoni tra individui affetti e non affetti genera solo figli eterozigoti sani

– a meno che il partner non affetto sia eterozigote

• più è rara la malattia, più è probabile che l’individuo affetto sia figlio di genitori tra loro consanguinei (inbreeding)

Eredità autosomica recessiva

AaAa

aa?

Qual è la probabilitàdi avere un figlio affettoper III-2 ?

Probabilità di essereportatore: ½

Probabilità che la coniugesia portatrice:f portatori nella popolazione

½ x f x ¼

AA+Aa

III-2

Frequenza (f) dei portatori nellapopolazione generale

Legge di Hardy-Weinberg

p frequenza allele “normale” (A)

q frequenza allele “mutato” (a)

i genotipi nella popolazione saranno :

p2 + q2 + 2pq = (p + q)2 dove p + q = 1

Conoscendo la frequenza degli affetti : q2 (aa)

p = 1 - q2

2pq (f portatori) = 2 (1 - q2 ) q2

Legge di Hardy-Weinbergp2 : q2 : 2pq

La distribuzione binomiale presume che :• la popolazione sia ampia• gli incroci siano casuali• le frequenze alleliche siano costanti

- frequenza di nuove mutazioni- fitness riproduttiva degli omozigoti

affetti- “deriva genetica”- vantaggi degli eterozigoti- migrazioni

AyAx

xy?

Qual è la probabilitàdi avere un figlio affettoper III-2 ?½ x f x ¼

-> testing genetico risolutivoSe III-2 è Ay =

RR= 1 x f x ¼ Se III-2 è AA =

RR pressochè nullo

Se l’individuo IV-2 haun genotipo noto:mutX/mutY

AA+Ay

A?Ax

x??

Qual è la probabilitàdi avere un figlio affettoper III-2 ?½ x f x ¼

Stato genetico di III-2 indeterminatoRR= ½ x f x ¼

Se III-1 (coniuge) ha un test geneticonegativo :RR = ½ x f (sensibilità del test) x ¼

Se nell’individuo IV-2 iltest genetico ha permessodi identificare una solamutazione (mutX)

Dominanza o Recessività

Dipende da :

• caratteristiche della malattia ?

• caratteristiche del gene ?

• effetto biologico delle mutazioni ?

effetto biologico delle mutazioni in relazionealle caratteristiche funzionali della proteina

(prodotto genico)

Malattie ereditarie recessive

Mutazioni che inducono una perdita di funzione

Gli eterozigoti (portatori) sono normali, una riduzione del prodotto proteico del 50% viene tollerato se il rimanente 50% è sufficiente per una funzione normale

Esempio: tratto falcemico, A S

Gli omozigoti sono affetti perché non viene prodotta proteina o quella che è prodotta non funziona normalmente

Esempio: anemia falciforme, S S

difetti enzimatici recessivi, fibrosi cistica

Mutazioni delle “serpine”(inibitori delle serin-proteasi)

1-antitripsinaanti-elastasidei neutrofili

antitrombinaanti-proteasidella coagulazione

inibitore di C1 anti-attivazione del complemento

inibitori della plasminaanti-fibrinolisi

mutazioni “loss of function” : ins o del (frame shift)deficit di enzima circolante eccesso di attività dell’elastasi leucocitariaenfisema 

mutazioni missenso del ”sito reattivo” : Met358Argconversione in antitrombinamalattia emorragica fatale 

mutazioni missenso nella ”regione mobile o sheet” : Glu342Lys polimerizzazione della serpinaaccumulo negli epatociti (ER)fibrosi portalecirrosi ed epatocarcinoma (colangiocarcinoma)

Mutazioni dell’ 1-antitripsina (AR)(inibitore dell’elastasi dei neutrofili)

Connessina 26GJB2 (Gap Junction Beta 2)

• proteina di 226 aa• esamero (connessone): canale del potassio• espressione: stria vascolare, legamento spirale, tra

le cellule di sostegno nella coclea, cute• elevato contenuto di K+ nell’endolinfa

35G

In Italia :in omozigosi o

in eterozigosi composta

nel 40% circa di tutti i casi di

sordità congenita non sindromica recessiva

Connessina 26GJB2 (Gap Junction Beta 2)

frameshifte stop

Connessina 26GJB2 (Gap Junction Beta 2)

Alleli dominanti :

sordità post-linguale progressiva AD

C202FW44C

Connessina 26GJB2 (Gap Junction Beta 2)

G59AD66HR75W

Alleli dominanti :

Sindrome di Vohwinkel :• sordità congenita AD• ipercheratosi palmo-plantare

Fibrosi cistica (AR, 1/2500)• malattia cronica polmonare

– ostruzione diffusa delle vie aeree di piccolo calibro– infezioni polmonari ricorrenti, fibrosi, cisti, ascessi

• anomalie gastrointestinali e malassorbimento– Ileo da meconio (15-20%)– insufficienza pancreatica, pancreatite cronica (92%)– malattia epato-biliare cronica (6%)– ostruzione intestinale, prolasso rettale– malassorbimento (vit. liposolubili), ritardo di crescita

• azoospermia ostruttiva– assenza dei vasi deferenti– azoospermia, ridotto liquido seminale, pH<7

• sindromi da perdita di Sali• sopravvivenza: 31.6 aa (56aa ps – 20-25aa pi)

• Tripsinogeno immunoreattivo– screening neonatale

• Test del sudore– Cl > 60mEq/L in due separati dosaggi– in una quantità di almeno 75mg (30 minuti)

• Potenziale nasale di trans-membrana– dopo i sei anni (potenziale più negativo)

• Analisi genetica per la ricerca di 25-31-33 mutazioni “frequenti”

• Ricerca di mutazioni di secondo livello

Fibrosi cistica (AR, 1/2500)

Fibrosi cistica (AR, 1/2500)

7q31.2 gene CFTR

27 esoni mRNA: 6128 b 1480 aa

Mutazioni CFTR e Fibrosi cistica

230 kb27 esoni

1480 aaproteina ABCATP-bindingcassette

Mutazioni CFTR e Fibrosi cistica

Test OLA (31-33 mutazioni): sensibilità del 75%

f = 1/28 RA = 1/28 • 1/28 • 1/4 = 1/3100 ~

Test OLA negativo

3/4 Pmut+(75%)

1/4 Pmut-(25%)

PORTATORENON

PORTATORE

1/28 27/28probabilità a

priori

1/4 1test OLA negativo

1/28 • 1/4

= 1/11227/28 • 1

= 27/28

RA = 1/109 • 1/109 • 1/4 = 1/47500 ~= 1/1091/112

1/112 + 27/28

CFTR cDNAEsone 101561 CCTTCAGAGGGTAAAATTAAGCACAGTGGAAGAATTTCATTCTGTTCTCAGTTTTCCTGG 477 -P--S--E--G--K--I--K--H--S--G--R--I--S--F--C--S--Q--F--S--W- 1621 ATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATCTTTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA 497 -I--M--P--G--T--I--K--E--N--I--I--F--G--V--S--Y--D--E--Y--R- 1681 TACAGAAGCGTCATCAAAGCATGCCAACTAGAAGAGGACATCTCCAAGTTTGCAGAGAAA 517 -Y--R--S--V--I--K--A--C--Q--L--E--E--D--I--S--K--F--A--E--K- 1741 GACAATATAGTTCTTGGAGAAGGTGGAATCACACTGAGTGGAGGTCAACGAGCAAGAATT 537 -D--N--I--V--L--G--E--G--G--I--T--L--S--G--G--Q--R--A--R--I-Esone 11

F508 e test OLAOligonucleotide Ligation Assay

TTTCTTTTATAGTAGAAATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATCTTTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA

XXXXXXXXXXXXXXXXXXX

TAATTTCTTTTATAGTA ATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA

XXXXXXXXXXXXXXX

Seq. wt

Seq. mut

TTTCTTTTATAGTAGAAACCACAAAGGATACTACTTATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATCTTTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA

XXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXX

XXXXXXXX

XXX

TAATTTCTTTTATAGTAACCACAAAGGATACTACTT ATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA

XXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXX

XXXXXXXX

XXX

Reazione di Ligasi e amplificazione mediante PCRcon primers specifici per le code:

Pannello di prodotti di PCR di dimensioni diverse a seconda della specificità dell’oligonucleotideseparati con elettroforesi capillare

Es. F508 wt : 74 bpF508 : 70 bp

17/03/2004

4 3 2 2 2

1958 1965

1986: diagnosi di azoospermia associata ad assenza dei vasi deferenti.Prelievo di spermatozoi e tentativi di fecondazione assistitafalliti….in attesa di ICSI.Marito: CFTR D1270N-5T introne 8Moglie: CFTR negativo per le 31 mutazioni più frequenti e analisi di 10 esoni in DGGE

rischio residuo di essere portatrice: 1/200Rischio per la coppia di avere un figlio affetto da una formalieve di fibrosi cistica o CBAVD di 1/400

Mutazioni CFTR e CBAVD

Sono spesso presenti (70%) segni sub-clinici di fibrosi cistica:- test al sudore alterato (> 40 mEqu/l)- ostruzione nasale, polipi nasali, sinusiti- infezioni respiratorie ricorrenti

Mutazioni dominanti negative• proteina che non funziona• e che inibisce o interferisce con la funzione della

proteina normale codificata dall’allele sano

tipico delle proteine multimeriche

Mutazioni dominanti

Osteogenesi imperfetta (AD)

Collagene tipo I- 2 molecole di Col 1 (17q)- 1 molecola di Col 2 (7q)(338 ripetizioni GXY)

Osteogenesi imperfetta (AD)

OI lieve (tipo I)statura normale, scarse deformitàsclere blu e sordità, fratture

OI letale-grave (tipo II-III)fratture multipleaccorciamento delle ossa lunghedeformità ossee, sorditàmut de novo in Gly5-10% : mosaicismo germinale

OI moderata (tipo IV)bassa statura, deformitàosteoporosi, dentinogenesi imperfetta

Mutazioni che inducono un eccesso di funzione :• proteina con funzione o espressione alterata

es. malattia di Charcot-Marie-Tooth (17p11.2): duplicazione di 1.5 Mb di DNA (3 copie) sovraesprime la proteina della mielina periferica (PMP22)

es. neoplasie endocrine multiple tipo 2 (10q11.2): mutazioni missenso del recettore RET con attivazione costitutiva ligando indipendente

Mutazioni dominanti

Mutazioni nel FGFR3Recettore III per fattore di crescita dei fibroblasti

Fenotipi:AcondroplasiaIpocondroplasiaDisplasia tanatoforaAcondroplasia Severacon ritardo di sviluppoe acantosi nigricans

Insufficienza del corredo aploide (aploinsufficienza) :

• la perdita di funzione di una copia del gene (50%) comporta una riduzione critica della proteina

es. ipercolesterolemia: mutazioni nel recettore della lipoproteina a bassa densità (LDL) con diminuzione dei livelli di recettore->circa il doppio di colesterolo rimane in circolo

es. mutazioni RET nella malattia di Hirchsprunges. delezioni del locus PMP22 nella neuropatia tomaculare

Mutazioni dominanti

Mutazioni dominanti

Proteine “ tossiche “ per alcuni tessuti : • L’espansione di triplette CAG nella regione codificante di

alcuni geni producono lunghi tratti di poli-Glu

es. Corea di Huntington e Atassie spino-cerelellari: proteine con poli-Glu che sono tossiche per le cellule nervose dei nuclei della base con formazione di inclusioni nucleari e morte cellulare

Malattie associate ad espansioni di triplette ripetute

Le espansioni ripetute di trinucleotidi interferiscono con l’espressione del gene o della proteina codificata

Mutazioni dominanti

effetto “tossico” dell’RNA messaggero

Gene FMR1CGG: 50-200- POF- FXTAS

CGG > 200- FMR

Mutazioni dominanti

Mutazioni germinali dominanti ma “recessive a livello cellulare” :

• Mutazioni che causano perdita di funzione di un allele conferiscono un “rischio di malattia”. Le cellule “patologiche” perdono per mutazione somatica l’allele WT

es. Suscettibilità al cancro da mutazioni in geni onco-soppressori.

Inattivazione di un allele

Inattivazione di geni onco - soppressori :perdita di funzione

Inattivazione del secondo alleleper mutazione o delezione

(10-10 x bp x mitosiin 6x1012 bp di genoma)

Gene onco-soppressore Rb1

18/04/2004

Rb

18/04/2004

Rb

Rb Rb

Rb

Alleli Rb normalimutazione somatica

mutazione somatica

Retinoblastoma unicomono-laterale

Mutazione germinale

mutazione somatica

Retinoblastomi multipli bilaterali ad insorgenza precoce

Inattivazione di geni onco - soppressoricon perdita di eterozigosità (LOH)

Prima mutazione:puntiforme

seconda mutazione:delezione

Allele

158

Allele

236

Allele

158

Allele

236

Allele

8

Allele

236

Inattivazione di geni onco - soppressoricon perdita di eterozigosità (LOH)

Allele3158

Allele3236

Allele

8

Allele3236

Loci studiati: 1 2 3 4Caso 1 ni - - +Caso 2 + - - +Caso 3 + + - ni

Allele1468

Allele3236

Allele1

8

Allele3236

Allele5346

Allele3236

Allele53

Allele3236

Sede del gene onco-soppressore

Tessutosano

Tessutotumorale

D1S3669 D1S170SDHB exon 1 45_46insCCTTGCCGGCCCCACAACCCTTG

PBL

GIST

PGL

50 kb telom436 kb centr