Alterazioni strutturali associate alle patologie genetiche, Appunti di Biologia

Alterazioni Strutturali Associate alle Patologie Genetiche

Come si ricorda dalla lezione precedente, le alterazioni strutturali possono essere bilanciate o sbilanciate e richiedono una rottura del DNA che può essere singola o doppia e può riguardare un singolo cromosoma o cromosomi diversi.

Le rotture possono essere accidentali e dovute all'esposizione ad agenti chimici, fisici e biologici o derivare da errori dovuti al crossing over.

Queste mutazioni possono essere letali e non compatibili con la vita perché sono associate all'interruzione di sequenze geniche fondamentali e a difetti di riposizionamento.

Tra le delezioni precedentemente discusse si ricordano la Sindromi del Cri-du-chat (delezione del braccio corto del cromosoma 5) e di Wolf- Hirschhorn (delezione del braccio corto del cromosoma 4).

Le sindromi di Cri-du-chat e di Wolf-Hirschhorn possono essere diagnosticate attraverso l'analisi del cariotipo, poiché la delezione delle regioni di interesse supera i 3 mln di paia di basi.

Nelle alterazioni strutturali, e in particolar modo nelle delezioni, non sempre la regione deleta è sempre la stessa ma l'alterazione può riguardare porzioni diverse.

Delezioni: Sindrome di Williams Beuren

La Sindrome di W.B. è un'alterazione strutturale che risulta essere una delezione piuttosto comune, dovuta a una microdelezione del cromosoma 7. La patologia associata non ha una estesa prevalenza (7.500) rispetto alle sindromi sopracitate (50.000), dato che rende l'alterazione non immediatamente visibile alla nascita a meno che la Williams genetica donna in stato di gravidanza non si sia sottoposta all'amniocentesi e si richiedano approfonditi esami riguardanti le specifiche mutazioni geniche.

• delezione "de novo"
• trasmissione autosomica dominante
• delezione di 1.6MB da 21 geni contigui in eterozigosi a 7q11.23
• gene dell'elastina
• LIM kinase 1 (LIMK1)
• CLIP-115 che lega i microtubuli
• Fattori di trascrizione GTF21 e GTF2IRD1
• effetto posizionale su altri geni circostanti la delezione

Si anticipa che la Sindrome di Williams non può essere diagnosticata con l'analisi del cariotipo in quanto è associata a una microdelezione e la diagnosi avviene in un'età più avanzata dell'infante.

La delezione del cromosoma 7 è variabile e riguarda circa 1 mln e mezzo di paia di basi e all'interno di questa regione la delezione riguarda, nel caso specifico, il braccio lungo (a differenza delle sindromi di Cri-du-chat e di W. Hirschhorn).

I geni interessati sono diversi e importanti dal punto di vista strutturale e tra essi si ricordano: geni che codificano per l'elastina, geni che codificano per le proteine leganti dei microtubuli, geni per fattori di trascrizione.

Diagnosi della Sindrome di Williams Beuren

1Diagnosi La tecnica utilizzata per la diagnosi di W.B. è l'analisi in FISH, tecnica indubbiamente più dispendiosa dell'analisi del cariotipo e dunque effettuata soltanto sui bambini in cui vi è un evidente sospetto diagnostico correlato alle caratteristiche fenotipiche precedentemente accennate.

L'analisi in FISH consiste nell'utilizzo di due sonde: la prima riconosce il cromosoma 7, la seconda è specifica per la regione potenzialmente deleta.

Williams Syndrome FISH delezione 7q11.23 C

Caratteristiche Fenotipiche per Sospetto Diagnostico

Caratteristiche fenotipiche per sospetto diagnostico I soggetti affetti dalla suddetta sindrome non hanno segni immediatamente tangibili come nel caso dei soggetti affetti dalle sindromi di Down, S. di Cri du Chat e di Hirshhorn. Tuttavia, si riconoscono alcune caratteristiche facciali comuni riguardanti la conformazione del viso (viso "a faccia da elfo") e la forma del naso (a punta globosa).

Riconosciamo come segni di S. di Williams le seguenti caratteristiche:

Williams aspetto e segni

• Faccia da elfo
• Occhi blu (77%) con pattern stellato dell'iride (74%) ma questo vale per i nordeuropei, strabismo (40%)
• Naso con la punta bulbosa
• bocca larga e guance piene
• microdontia e micrognazia
• Statura 10 cm in meno del normale
• ipercalcemia
• stenosi periferica delle arterie polmonari stenosi aortica sopravalvolare

1. Ritardo mentale lieve-medio: il bambino mostra un forte ritardo nel linguaggio intorno alla fascia d'età tra i 3 e i 4 anni e oltre (N.B. fino ai 4 anni un ritardo nel linguaggio è considerato fisiologico poiché l'infante può aver subito traumi psicologici che hanno provocato un blocco in questa area dello sviluppo)
2. Ritardo psico-motorio
3. Ipersviluppata proprietà di linguaggio in una fase successiva a un primo ritardo medio-lieve
4. Personalità ansiosa e al contempo estroversa: individui, benché ansiosi, particolarmente predisposti alla socialità
5. Estrema sensibilità ai suoni
6. Sviluppate affinità musicali: benché siano soggetti ipersensibili ai suoni e/o rumori, sono individui propensi a suonare strumenti musicali
7. Ipersviluppata memoria visiva: sono individui capaci di riconoscere oggetti e persone visti una sola volta a distanza di un ampio lasso di tempo
8. Caratteristiche fisiche:
   • bambini "a faccia d'elfo",
   • occhi chiari con iride stellata,
   • punta del naso di natura globosa,
   • microdonzia (i denti risultano piccoli e aguzzi all'estremità),
   • statura inferiore rispetto alla media
9. Affezioni cardio-vascolari: la delezione nelle regioni codificanti per importanti proteine e fattori di trascrizione comporta problemi cardiaci e i soggetti necessitano di controllo e monitoraggio periodico e costante

Trattamento Terapeutico

2Trattamento terapeutico Il trattamento è di natura riabilitativa, inizialmente fisioterapeutico nei primi anni di vita.

È associato a partire dai 4 anni d'età a una valutazione neuropsichiatrica attraverso test cognitivi. Risultano necessarie indagini mediche relative alla tipologia delle alterazioni cardiovascolari e alle mutazioni geniche associate ad eventuali disturbi dell'apparato uro-genitale.

La visita oculistica avviene in età precoce poiché sono soggetti tendenti allo strabismo.

• Nei primi anni di vita: trattamento riabilitativo con fisioterapia motoria e visite periodiche presso centro di riferimento
• Nei bambini dopo i 4 anni: valutazione neuro-psicodiagnostica con test cognitivi per l'inquadramento delle problematiche e delle difficoltà d'apprendimento da trattare in modo specifico in base al profilo cognitivo-comportamentale tipico della sindrome.
• Screening per le possibili malformazioni congenite associate (cardiopatia congenita, malformazioni dell'apparato genito-urinario)
• Controllo odontoiatrico, a causa delle anomalie dentarie, di prevenzione delle carie e di trattamento ortodontico per la malocclusione.
• In ambito oculistico saranno impostate terapie per la predisposizione allo strabismo e a difetti di visus.

Ibridazioni, Inversioni, Traslocazioni

IBRIDAZIONI, INVERSIONI, TRASLOCAZIONI

Vediamo nello specifico altre alterazioni cromosomiche strutturali quali le ibridazioni, le inversioni e le traslocazioni.

Ibridazione

Ibridazione: Le ibridazioni interessano un frammento di DNA il quale viene duplicato con conseguenze fenotipiche tra le più svariate, poiché le regioni variabili riguardano tutti i cromosomi e l'aspetto patologico dipenderà dalla parziale trisomia dei geni presenti nel frammento.

Sono alterazioni che richiedono necessariamente un doppio taglio all'interno dello stesso cromosoma con conseguente orientamento a 180° e successivo riposizionamento.

L'effetto patologico che ne scaturisce è un difetto di riposizionamento che riguarda i geni di quella determinata regione.

Duplicazioni Cromosomiche

DUPLICAZIONI (dup) Presenza su uno stesso cromosoma di due o più copie identiche di un segmento cromosomico.

A A A B B B c C C D B C C dup(9)(p22->p13) F D G H F F G G Tandem Reverse tandem dup(9) dup(9)

Inversione Cromosomica

Inversione: Tra le inversioni ricordiamo l'inversione del cromosoma 9, la quale rappresenta un tipo di polimorfismo, poiché rappresenta un'alterazione presente in più dell'1% della popolazione e non sempre comporta una vera e propria conseguenza patologica.

Le inversioni risultano di fatto potenzialmente patologiche nell'individuo eterozigote, poiché con l'evento del crossing over l'altro cromosoma interessato formerà un'ansa nella ricerca delle regioni di omologia. Questo evento implica la generazione di altri cromosomi ulteriormente alterati.

Traslocazioni Cromosomiche

Traslocazioni: Sono le più frequenti tra le alterazioni cromosomiche strutturali. La traslocazione consiste in uno scambio di porzioni tra due cromosomi non omologhi. Esistono due tipi di traslocazioni:

• Traslocazione inserzionale: la rottura si verifica all'interno del cromosoma e il frammento viene traslocato sull'altro cromosoma. Chromosome 4
• Traslocazione reciproca: sono interessati al Derivative Chromosome 4 taglio due cromosomi e i frammenti possono Chromosome 4 essere traslocati da un cromosoma all'altro (scambio reciproco di segmenti cromosomici tra due cromosomi non omologhi).

TRASLOCAZIONE (t) Scambio di segmenti cromosomici tra cromosomi non omologhi: si verifica quando avviene il crossing-over tra 2 cromosomi non omologhi

Traslocazione inserzionale Before Insertion After Insertion

Traslocazione reciproca Before translocation After translocation

Chromosome 20 Derivative Chromosome 20 Area inserto Chromosome 20 nsersac Chromosome 20 Chromosome 4 Duplications Normal chromosome

Le malformazioni fenotipiche associate alla duplicazione sono causate dalla parziale trisomia per una serie di geni contenuti nella regione duplicata.

La frequenza delle duplicazioni è circa di 1/5000.

E 3Nelle traslocazioni l'evento patologico deriva dall'appaiamento dei cromosomi in meiosi dove, a seconda della segregazione, si può ottenere una tetrade avente come conseguenza 6 combinazioni diverse e la formazione di gameti alterati che, in fase di fusione con gameti non alterati, possono provocare diverse condizioni (individui che non presentano l'alterazione, individui portatori, individui parzialmente monosomici per un cromosoma e trisomici per l'altro).

Traslocazione Robertsoniana

TRASLOCAZIONE ROBERTSONIANA

TRASLOCAZIONE ROBERTSONIANA coinvolge cromosomi acrocentrici

Traslocazioni robertsoniane o fusioni centriche: originano da rottura a livello del centromero, o in sua prossimità, su due cromosomi acrocentrici (13,14,15,21,22) e successiva fusione delle braccia lunghe.

I due frammenti piccoli vengono persi durante le successive divisioni cellulari

Formazione di un unico cromosoma

I portatori posseggono 45 cromosomi e sono fenotipicamente normali, ma sono a rischio di produrre gameti sbilanciati.

Le traslocazioni robertsoniane hanno una frequenza di 1/1000.

Come discusso nella lezione precedente, la Sindrome di Down e di Patau possono essere ereditarie, (la S. di Down è l'unico caso in cui nel 4% dei casi può essere ereditaria se 1 genitore presenta alterazione bilanciata t(14;21), avendo dunque il 15% di probabilità di generare un individuo affetto).

La traslocazione robertsoniana è un singolare tipo di traslocazione che interessa soltanto cromosomi acrocentrici(centromero estremamente distale e ridotte braccia corte), ovvero i cromosomi 13,14,15,21,22.

In questo tipo di traslocazione si verifica un taglio a livello del centromero e ad essere ricongiunte sono le braccia lunghe dei cromosomi non omologhi.

La traslocazione più comune è, per l'appunto, la trisomia 21 o Sindrome di Down con una traslocazione t(14;21).

Si formerà la triade con 6 possibili combinazioni di gameti e in base alla possibilità di fusione con un gamete non alterato la risultante sarà:

• uno zigote sano;
• portatore di alterazione bilanciata;
• individuo trisomico per il cromosoma 14 e monosomico per 21;
• individuo con traslocazione robertsoniana che alla nascita risulta essere a tutti gli effetti un individuo con Sindrome di Down.

Un portatore di traslocazione robertsoniana bilanciata 14/21 è a rischio di produrre gameti sbilanciati che possono originare individui con sindrome di Down.

Nell'appaiamento meiotico delle traslocazioni robertsoniane si forma una TRIADE

NA 14 14/2 21 Possibilities for meiosis 1 Gametes 14/21 1421 segregazione alternata segregazione adiacente v segregazione adiacente o

I portatori sani di traslocazione robertsosiana Fertilization by a normal gamete t(14;21) presentano un cariotipo di 45 cromosomi con fusione delle braccia lunghe dei cromosomi. In questi individui la perdita delle Zygotes braccia corte non comporta il fenotipo alterato e l'aspetto patologico, poiché i geni interessati Normal Balanced (Trisomy 14) (Monosomy 14) (Monosomy 21) (Trisomy 21) carrier LETALI presenti sulle braccia corte sono ripetuti in altre regioni, fattore che compensa l'alterazione e permette una mancata manifestazione della patologia.

La probabilità di generare un individuo affetto da Sindrome di Down è del 100%.

Per poter comprendere questo concetto è necessario considerare alcuni aspetti riguardanti l'Anatomia del genoma umano, ovvero la sua struttura, classificazione e la tipologia di DNA che lo costituisce.

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