Malattie Genetiche: Cause, Diagnosi Prenatale e Mutazioni Genetiche

Malattie Genetiche e Congenite

Prof.ssa Recalcati 12/03/2021 Sbobinatore: Chiara Rasom, Controllore: Michela Righetto

Le malattie genetiche sono un sottogruppo delle malattie congenite. Le malattie congenite sono malattie presenti sin dalla nascita. Non tutte le malattie congenite sono genetiche. Tutte le malattie genetiche sono congenite. Le malattie congenite comprendono le malattie genetiche ma anche altre patologie. Infatti, delle malattie congenite:

• Circa 70% hanno causa sconosciuta
• 20-25% malattie ereditarie e anomalie citogenetiche
• 2% farmaci, sostanze chimiche e radiazioni
• 2% infezioni materne (virus, sifilide)
• 1% fattori metabolici materni
• 1% traumi da parto e fattori uterini

Quindi, nel 25% si tratta di malattie ereditarie. Le malattie congenite comprendono poi tutta una serie di fenomeni che sono legati soprattutto a problemi che si possono avere durante la vita fetale o in particolare durante il momento della nascita. Per esempio, un parto distocico può determinare l'insorgenza di una malattia che poi si porta avanti dal momento della nascita per tutta la vita, ma che non si tramanda alla propria prole non essendo ereditaria.

Caratteristiche delle Malattie Genetiche

Per quanto riguarda le malattie genetiche abbiamo malattie con caratteristiche classiche mendeliane che hanno mutazioni su singoli geni. Tra queste quelle più diffuse sono quelle di tipo autosomico recessivo che riguardano solitamente gli aspetti metabolici. Le malattie autosomiche recessive sono sempre malattie metaboliche che hanno effetti sulla sopravvivenza dei soggetti, mentre quelle a carattere autosomico dominante sono più rare, generalmente non riguardano aspetti metabolici, quindi sono legate meno agli aspetti riguardanti la sopravvivenza dei soggetti. Solitamente le malattie autosomiche dominanti riguardano l'apparato neuro-muscolare come per esempio le atassie. La prevalenza delle malattie genetiche è molto variabile. Può andare da 1:500 nati vivi fino a circa 1:50000 nati vivi. Di alcune malattie si conoscono pochissimi casi e spesso questi sono dovute a nuovi tipi di mutazioni. Non si approfondiranno tutte le malattie genetiche perché sono tantissime, ma si tratteranno solo alcuni esempi. Durante il corso si farà riferimento alla predisposizione genetica di malattie genetiche parlando di argomenti specifici. Per esempio, le talassemie, che sono le malattie genetiche più frequenti, le vedremo insieme alle anemie. Le mutazioni che portano a malattie genetiche possono colpire qualsiasi tratto del gene, quindi promotore, gli esoni, gli introni. Inoltre, le mutazioni genetiche possono riguardare lo splicing, se queste vanno ad interessare le zone di contatto tra gli esoni e gli introni, e possono avere effetti sulla traduzione e quindi sulla proteina risultante.

Tecniche di Diagnosi Prenatale

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Le tecniche che attualmente vengono utilizzate per diagnosticare malattie genetiche sono: amniocentesi e villocentesi. Vengono utilizzate quando si ha il sospetto della presenza della malattia genetica per via di genitori portatori o ammalati, oppure in caso di un sospetto clinico. Per esempio, si può diagnosticare un tratto talassemico nella madre solo a seguito di accertamenti per la gravidanza.

Amniocentesi

La tecnica consiste in un prelievo transcutaneo di una piccola parte di liquido amniotico che viene successivamente centrifugato. Prelievo di liquido amniotico Centrifugazione Analisi biochimiche per deficienze enzimatiche, difetti nelle proteine e alterazioni geniche Cellule fetali Sovranatante Coltura Analisi per alterazioni cromosomiche FIGURA 7-1. Passaggi nell'amniocentesi, una procedura utilizzata per la diagnosi prenatale dei difetti genetici.

Villocentesi

Questa tecnica si basa sull'analisi dei villi coriali. In questo caso il prelievo viene attuato attraverso l'introduzione di uno speculo per via vaginale ed una cannula con cui si preleva un campione cellulare dai villi coriali. Liquido amniotico Utero Sinfisi pubica Speculo Placenta Corion Cannula Le cellule prelevate verranno messe in coltura e, infine, si andranno ad analizzare i cromosomi delle cellule prelevate appartenenti al feto. Ci sono diverse metodologie per l'identificazione di alterazioni a livello del DNA. Negli anni '70 si utilizzava principalmente la tecnica Southern Blot che ad oggi è quasi in totale disuso. Attualmente possiamo utilizzare la tecnica della PCR se conosciamo i siti specifici di mutazione sul gene, che in questo modo si possono amplificare utilizzando degli oligo-specifici, in modo da evidenziare l'eventuale mutazione. Oggi si utilizza molto anche la tecnica del sequenziamento, che permette di analizzare il tratto di gene o addirittura tutto il gene coinvolto.

Cause e Meccanismi delle Mutazioni

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Quali sono le cause che determinano le mutazioni e che quindi sono alla base dell'insorgenza delle malattie genetiche? Sono le stesse cause che causano tutte le altre patologie:

• Cause CHIMICHE: ad esempio le sostanze mutagene
• Cause FISICHE: ad esempio le radiazioni causano mutazioni che portano all'insorgenza di tumori
• Cause ENZIMATICHE: ad esempio alterazioni che possono avvenire durante la replicazione del DNA.

Ogni volta che le nostre cellule replicano il DNA, il genoma può subire delle mutazioni (circa 200 al giorno). Fortunatamente, ci sono dei sistemi di riparo del DNA che proteggono il nostro organismo da queste mutazioni. Questi sistemi sono sempre attivi così da rendere la mutazione effettiva un evento raro che tuttavia succede nonostante ci siano dei meccanismi di riparo molto efficaci.

Sistemi di Riparo del DNA

Esistono 3 fondamentali sistemi di riparo (dalla slide)

1. Base excision repair
2. Mismatch repair
3. Nucleotide excision reapair

Questi sistemi sono così importanti da essere valsi il premio Nobel per la Chimica nel 2015. Dunque, il nostro organismo, prima che avvenga la duplicazione, è in grado di evidenziare se il nostro DNA sia corretto o meno e, nel caso in cui fossero presenti mutazioni, di andare a ripararle.

Tipologie di Mutazioni del DNA

Le tipologie di mutazioni sul DNA sono tantissime. Ci si soffermerà solo su alcune di esse. Durante il corso si citerà spesso la talassemia che è la patologia genetica più frequente nella nostra popolazione. La talassemia è compresa in più tipologie di mutazioni perché lo stesso tipo di patologia può essere dato da mutazioni molto diverse. Quindi, il fenotipo di questa malattia è diverso da soggetto a soggetto a seconda della mutazione genetica ereditata. Un altro esempio di malattie genetiche frequenti sono quelle che coinvolgono il controllo del colesterolo come ad esempio l'ipercolesterolemia familiare. Anche in questo caso, questa patologia ha alla base eziologica cause varie che la scatenano dando però come risultato delle manifestazioni cliniche diverse. La manifestazione clinica delle patologie genetiche è data da: -comparsa di una proteina mutata -dall'assenza di una proteina -da una riduzione o un eccesso di produzione della proteina.

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Le proteine vengono create a seguito della traduzione del tRNA Le mutazioni possono essere:

• Mutazioni puntiformi: Mutazioni che riguardano una sola base. È sufficiente la mutazione di una singola base per far sì che ci sia una patologia, infatti basta che cambi una base nel codone di un amminoacido affinché si codifichi per un amminoacido diverso. Come conseguenza si avrà un assetto proteico alterato. Le mutazioni puntiformi possono portare a malattie con effetti evidenti. Esempi di malattie: Ipercolesterolemia familiare, amiloidosi ereditaria
• Mutazioni non senso Esempi di malattie: Talassemia ß, ipercolesterolemia familiare, fibrosi cistica
• Mutazioni che causano uno sfasamento nel sistema di lettura (Frameshift) Potrebbe essere tolta una base, quindi le triplette sfasano portando ad una serie di amminoacidi diversi. Esempi di malattie: Talassemia ß, ipercolesterolemia familiare, fibrosi cistica
• Mutazioni del promotore Il promotore serve a regolare la trascrizione. Per esempio, nella talassemia ß si può verificare una variazione della catena globinica. Dunque, le catene globiniche possono essere ridotte o addirittura assenti e quindi non riusciamo a formare l'emoglobina in modo corretto. Esempi di malattie: Talassemia ß
• Delezioni A questo tipo di mutazione sono legate numerosissime patologie. La delezione può coinvolgere solo parte del gene o addirittura tutto il gene. Esempi di malattie: Talassemia a e ß, distrofia muscolare di Duchenne, Ipercolesterolemia familiare, retinoblastoma, tumore di Wilms, osteogenesi imperfetta
• Inversioni Avvengono delle vere e proprie inversioni di basi o di parte di gene Esempi di malattie: Talassemia ß
• Fusione genica
• Mutazioni dei codoni di inizio Esempi di malattie: Talassemia a
• Mutazioni dei codoni di terminazione Esempi di malattie: Talassemia a
• Mutazioni che interferiscono con la maturazione dell'RNA Esempi di malattia: Talassemia a e ß

In generale, nelle talassemie abbiamo un difetto della trascrizione della catena. Quindi sono tutte mutazioni che vanno ad inibire l'espressione delle catene globiniche. Infatti, la talassemia è una malattia genetica che ha come effetto non tanto l'alterazione della struttura proteica dell'emoglobina, ma il difetto è quantitativo per via dell'alterazione sulla catena globinica. Per esempio, nella talassemia a non c'è sufficiente quantità di catena globinica a, per questo l'emoglobina avrà una forma alterata.

Funzioni delle Proteine e Malfunzionamento

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Le malattie genetiche sono il risultato di un malfunzionamento proteico. Queste patologie, infatti, vanno a compromettere i grossi gruppi funzionali proteici. Che ruolo hanno le proteine? Le proteine possono essere strutturali, enzimatiche, con funzione di trasporto o recettoriali. Per esempio, per quanto riguarda le ipercolesterolemie, molto spesso le mutazioni sono nei recettori che legano le lipoproteine, oppure classicamente si possono avere malattie ormonali come quelle della tiroide che presentano alterazioni dei recettori per ormoni tiroidei. Ognuna di queste categorie è importante ed un'alterazione di proteina appartenente a questi gruppi dà come esito la patologia. Negli schemi sottostanti sono riassunti i principali concetti legati alle alterazioni genetiche nelle varie aree.

Alterazioni Genetiche e Funzioni Proteiche

Mancanza di prodotto finale aminoacidi Albinismo tirosinasi melanina - Accumulo di precursori zuccheri (malattie lisosomiali) aminoacidopatie - fenilchetonuria Difetti di funzioni enzimatiche Difetto di funzioni di trasporto Eccesso di utilizzo di vie metaboliche collaterali metalli Difetto di regolazione di enzimi allosterici (mancato feed-back) vitamine Ci sono tantissime proteine adibite al trasporto di aminoacidi, zuccheri metalli e vitamine. Queste proteine si trovano soprattutto a livello ematico. Le mutazioni a livello di geni che codificano per queste proteine trasportatrici, possono portare a manifestazioni cliniche di patologie. Per esempio, la malattia di Wilson è caratterizzata dall'alterazione delle proteine adibite al trasporto del rame.

Difetti di Funzioni Recettoriali

· insulina ormoni · somatomed. 4 · T3 Difetto di funzioni recettoriali lipoproteine Per quanto riguarda le mutazioni a livello delle funzioni recettoriali le principali alterazioni coinvolgono i recettori per le lipoproteine o i recettori ormonali. 5