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CORSO INTEGRATO DI GENETICAa.a.2010-2011

Prof. Pier Franco Pignatti19.10.2010

Lezioni N. 13 e 14 Mutazioni e malattie genetiche

Neri-Genuardi cap. 2,3,10,22,25Puntiformi, ins/del, CNVs, conversione genica

Mutazione: una definizione

• Mutazione: una alterazione di sequenza del DNA rispetto al normale

• Polimorfismo : una variante con frequenza > 1% nella popolazioneNOTA: in medicina è invalso l’uso di chiamare “mutazione” una variazione del DNA ritenuta causa di patologia, e “polimorfismo” una variazione del DNA non ritenuta causa di patologia

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LA MUTAZIONE

Insorgenza: casuale, preadattativaSede: somatica, germinaleLivello: genica, cromosomica, genomicaMeccanismo: sostituzione, inserzione,

ripetizione, inversione, espansione, delezione, riarrangiamento

Cause: endogene, esogeneEffetti evolutivi: neutra, svantaggiosa,

vantaggiosa

Stima diretta della frequenza di mutazione

Stima diretta è probabilmente una sottostima per: penetranza incompleta, fenocopie, eterogeneitàgenetica, “polimorfismi”, riparazione, letalità…

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FREQUENZA DELLE MUTAZIONI

Se un gamete ha 25.000 geni, il 2-25% dei gameti avrà almeno una nuova mutazione genica (25.000/100.000 = 0.25; 25.000/1.000.000 = 0.025)

*

*

Frequenza di mutazione: due stime recenti

Sequenziamento diretto del DNA di un tratto del cromosoma Y in 2 cinesi separati da 13 generazioni. Estrapolando al genoma intero, suggerimento: gli umani hanno circa 180 nuove mutazioni genetiche non presenti nei loro genitori (Y Hue e C Tyler-Smith, 2009)

Sequenza intero genoma di una famiglia con 2 figli. Stima di 70 nuove mutazioni per genoma umano diploide (Roach JC et al 2010)

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TIPI DI MUTAZIONE

Strutturali: puntiformi, delezioni, inserzioni, inversioni, duplicazioni, interruzione gene per riarrangiamentocromosomico

Di regolazione trascrizionale o post-trascrizionale: nel promotore o in altre sequenze, modificazione dello splicing

MUTAZIONI PUNTIFORMI

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MUTAZIONI PUNTIFORMI e INS

Guttmacher e Collins, NEJM 347:1517, 2002

SINONIMA

SOSTITUZ (conservativa)

SOSTITUZ (non conserv.)

TERMINAZIONE

SCIVOLAM. MODULO

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Il CODICE GENETICO

Codoni aa1 22 93 14 56 3

61 203 X

64 20

6

G

C

G

U

TENTENNAMENTO DELLE TERZA BASE

(I: per deaminazione ossidativa A6)

G nella terza posizione dell’anticodonepuò appaiarsi con C o U)

U

I

A G

U C A

Mutazioni per sostituzione di base

transizioni

transversioni

transversioni

Pi

Pu

transversioni

transversioni

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MUTAZIONE di SOSTITUZIONE aaβs-globina e falcemia

Read-Donnai, Genetica Clinica, Zanichelli 2007, pg 153

transversione GAG>GTG (p.6 Glu>Val)

MUTAZIONE di TERMINAZIONE p.Gln39X e β°talassemia

Read-Donnai, Genetica Clinica, Zanichelli 2007, pg 153

transizione CAG>TAG

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Mutazioni con perdita di funzionePer la maggior parte dei prodotti genici la quantità

esatta non è essenziale: la maggior parte delle mutazioni con perdita di funzione produce fenotipi recessivi, il che significa che una persona che abbia una sola copia funzionale del gene saràfenotipicamente normale.

In alcuni casi però il 50% del livello normale non èsufficiente per la funzione normale: persone eterozigoti per una mutazione con perdita di funzione mostrano un fenotipo, che è perciò ereditato come un carattere dominante. Questo si chiama aploinsufficenza.

Mutazioni con guadagno di funzione

Sono più rare. Determinano fenotipi dominanti (es. ACH, HD).

Fenotipi dominanti anche nel caso in cui il prodotto dell’allele mutato interferisca con la funzione del prodotto normale: effetto dominante negativo (es. OI).

(Strachan e Read 4th ed p.405)

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Read-Donnai, Genetica Clinica, Zanichelli 2007, pg 149

Se Codone di Terminazione Prematura (PTC) è in zona rossa, l’Exon Junction Complex(EJC) non si stacca e l’mRNA è degradato

Es: NMD degrada maggior parte mRNA BRCA1 con PTC

Degradazione mediata da nonsenso(NMD: Nonsense Mediated Decay)

CORNICE di LETTURA (reading frame)

Berg e Singer, Dealing with Genes, Blackwell 1992

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MUTAZIONE da SCIVOLAMENTO c.35delG gene connessina 26 (GJB2) e sordità AR

Read-Donnai, Genetica Clinica, Zanichelli 2007, pg 148

6G

5G

MUTAZIONI DA RIARRANGIAMENTO DEL

DNA

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RIARRANGIAMENTI del DNA

Differenze frequenti fra individui: non solo singoli nucleotidi (SNPs) ma anche variazioni più grosse (del, ins, inv, CNVs, dup, a volte implicate in malattie

CNV

DNA CNVs• Tratti di DNA più lunghi di 1 kb che

mostrano differenze del numero di copie nella popolazione normale

• Espressione diversa dei geni con diverso numero di copie

• Possibile associazione con malattie• Mappa ad alta risoluzione 20 europei e 20

africani per CNVs frequenza >5%

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CNVs in AUTISMO

Marshall CR et al 2008

AutismChromosomeRearrangementDatabase. 277 CNVs nella figura (13 ricorrenti). Analisi CNVsè parte della valutazione diagnostica iniziale in ASD(AutismSpectrumDisorders)

CNVs associati a obesità

• 300 pazienti con obesità grave e precoce• Grosse delezioni (>500 kb) e rare (<1%)

sono significativamente aumentate nei pazienti rispetto a 7.366 controlli

• Delezione 16p11.2 (5 pazienti) comprende gene SH2B1, coinvolto nel meccanismo d’azione della leptina e dell’insulina

Bochukova E et al, 2009

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DELEZIONI esoni e DMD/BMD

Read-Donnai, Genetica Clinica, Zanichelli 2007, pg 148

Crossing-over fra sequenze alleliche

Read e Donnai, Genetica Clinica, Zanichelli 2007, pg 226

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Crossing-over fra sequenze non alleliche

Read e Donnai, Genetica Clinica, Zanichelli 2007, pg 226

A: crossingover ineguale (UEC)

B: scambio ineguale di cromatidifratelli (UESCE)

C-O ineguale e Emoglobine Lepore

Harris, Genetica Biochimica Umana, Zanichelli 1972

Differenza beta/delta:10 aa

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C-O ineguale e Daltonismo

Connor e Ferguson-Smith Essential Medical Genetics Blackwell 1993

Xq 28: 1 copia gene pigmento rosso e 1-3 copie verde

Dosaggio genico locus PMP22

Neuropatia demielinizzante diCharcot-Marie-Tooth

Neuropatia ereditaria con paralisi da pressione

Ricombinazioneomologa non allelica (NAHR)

Lupski JR 2009

CMT1A e HNPP sono esempi di “malattie genomiche”: malattie dovute ad alterazioni strutturali genoma

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CONVERSIONE GENICA

Connor e Ferguson-Smith, Essential Medical Genetics, Blackwell 1993, Fig 2.12

ricombinazionenon reciproca

Mutazioni 21B gene steroido 21OHlasi: causa di iperplasia surrenale congenita.

CONVERSIONE GENICA gene CYP21Geni 21 OHlasi e C4 del complemento duplicati : omologia 97%21A: pseudogene

21B: beta OHlasi

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Strachan e Read, Genetica Umana Molecolare, UTET 2000, Fig 9.18

Mutazioni CYP21derivano dallo pseudogene

TRASPOSONI

I trasposoni sono stati scoperti da Barbara McClintocknel mais negli anni ’40. Nel muoversi mutano i geni del colore solo in alcune cellule. Nell’uomo il 45% del genoma è costituito da elementi trasponibili

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TRASPOSIZIONE E RICOMBINAZIONE

Retrotrasposone L1 si inserisce in gene F VIII e distrofina

delezioneinversione

inattivazione inserzionale

INVERSIONE gene F8 ed emofilia

40% casi gravi emofilia A è provocato da inversione

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Variazioni in gemelli MZ da retrotrasposizione L1

Martin SL Nature 2009