•
•
•
•
•
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
Trasmissione ereditaria dei caratteri mendeliani
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
Genotipo : eterozigote
Fenotipo : affetto
Codominante: l’eterozigote esprime un fenotipo distinto
da quello dei due stati omozigoti
per es. gruppi sanguigni, enzimi eritrocitari, etc.
Eredità autosomica 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
Rischio di ricorrenza = 50% (0.5)
Eredità autosomica dominante
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
III-1
III-2
Carattere AD
a penetranza completa
tasso m di
“ nuove mutazioni ”
Carattere AD
a penetranza incompleta
(penetranza del 70%)
R = 0.5 (50%)
R (III-1) = 0.5 ???
R (IV-1) = 0.25 ???
Teorema di Bayes:
Rischio di ricorrenza III-1
III-1
III-2
Ipotesi 1
Portatore
1/2
3 / 10
½ x 3/10= 3/20
3/20
3/20 + 1/2
= 3/13 (23%)
Ipotesi 2
Non Portatore
1/2
prior p.
1
conditional p.
½ x 1=1/2
joint p.
1/2
1/2 + 3/20
posterior p.
= 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”
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
spermatogenesi
oogenesi
Nuova mutazione
mosaicismo
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)
60% dei casi
40% dei casi
penetranza >90%
Ipotesi:
mosaicismo
germinale o somatico
Rb
Rb
Rb
Retinoblastoma sporadico
monolaterale unico
Rb
bilaterale
Rb
Rb
multifocale
monolaterale
espressività
variabile
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 (-/+) :
RR=0.5, RT=0.5
– 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=??, 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
SCA :
- che tipo di ereditarietà
75
58
62
SCA 2
35
(22-36 CA G)
27
(22-23 CA G)
30
SCA 2
29
(23-44 CA G)
- 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
63
SCA 2
35
35
65
SCA 2
34
(22-37 CA G)
28
32
68
27
78
74
34
36
73
71
42
7
75
73
36
44
2
Dow n
4
2
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 2
Portatore
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
1/10 + 1/2
Test ai membri affetti
- conferma della diagnosi
- esclusione certa dei non
portatori
- definizione del RR della
probanda
= 1/6 (16.6%)
1/2
1/2 + 1/10 post. p.
= 5/6 (83.3%)
Probanda: 1/6 x ½ = 1/12 (8.3%)
Malattia Locus
(9 forme)
Ripetizioni Ripetizioni Frequenza
patologiche tra le ADCA
normali
Caratteristiche
distintive
(Italia)
segni piramidali,
neuropatia periferica
SCA1
6p23
CAG/6-44
39-83
21%
SCA2
12q24.1
CAG/14-31
36-400
23%
SCA3
14q21
CAG/13-43
55-86
<1%
SCA6
19p13.1
CAG/ 4-18
(19)20-33
<1%
atassia episodica,
decorso molto lento
37->300
<1%
perdita della vista
con neuropatia
DTR vivaci e diminuzione
della sensibilità vibratoria
SCA7
3p21.1-p12 CAG / 4-19
movimenti saccadici
lenti, neuropatia periferica
nistagmo, retrazione delle
palpebre, fascicolazioni
amiotrofiche
SCA8
13q21
CTG/ 15-50
80-250
<1%
SCA10
22q13
ATTCT/ 10-22
800-4500
assente
attacchi epilettici
occasionali
SCA12
5q31
CAG / 6-26
66-78
assente
tremori precoci,
demenza tardiva
SCA17
6q27
CAG/ 30-42
45-63
<1%
deterioramento mentale
Yellow: loci with published markers
SCA : 13 loci noti
N° di famiglie
descritte
Malattia
Locus
SCA4
SCA5
SCA9
SCA11
SCA13
SCA14
SCA15
SCA16
SCA18
SCA19
SCA20
SCA21
SCA22
16q22.1
>5 (japan/scand.)
11p12
1 (Lincoln)
Caratteristiche distintive
neuropatia assonale sensitiva
insorgenza precoce, decorso lento
X (riservato)
15q14 -q21
2 (U.K.)
19q13
1 (french)
19q13.4
2 (japan/english)
3pter-24.2
1 (australian)
8q22-24
1 (japan)
7q31-32
1p21-q21
?
lieve, rimane la deambulazione
lieve ritardo mentale, bassa statura
mioclono assiale precoce
atassia pura e progressione lenta
neuropatia sens., atrofia musc.
tremore della testa
1 (dutch)
lieve atassia, segni piram., dist. cogn.
1 (french)
progressione lenta, rigidità, tremore
riservato
7p21.3-p15.1
1q22 (riservato)
•
•
•
•
una sola generazione interessata
ramo paterno a materno sani
maschi e femmine affetti
talora segni di consanguineità
Ereditarietà autosomica recessiva
Trasmissione ereditaria dei caratteri mendeliani
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
Genotipo : omozigote
Fenotipo : affetto
Genotipo : eterozigote
Fenotipo : portatore sano
I fenotipi possono essere analizzati e misurati a differenti livelli.
Es. malattie metaboliche: gli eterozigoti sono sani ma l’enzima responsabile
della malattia può avere nel siero una concentrazione intermedia rispetto
a quella dei due stati omozigoti.
Eredità autosomica recessiva
a
a
a
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
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)
AA+Aa
Aa
Aa
Probabilità di essere
portatore: ½
III-2
?
Qual è la probabilità
di avere un figlio affetto
per III-2 ?
aa
Probabilità che la coniuge
sia portatrice:
f portatori nella popolazione
½xfx¼
Frequenza (f) dei portatori nella
popolazione 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-Weinberg
p2 : 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
AA+Ay
Ax
?
Ay
xy
Qual è la probabilità
di avere un figlio affetto
per III-2 ?
½xfx¼
Se l’individuo IV-2 ha
un genotipo noto:
mutX/mutY
-> testing genetico risolutivo
Se III-2 è Ay =
RR= 1 x f x ¼
Se III-2 è AA =
RR pressochè nullo
Qual è la probabilità
di avere un figlio affetto
per III-2 ?
½xfx¼
Ax
?
A?
x?
Se nell’individuo IV-2 il
test genetico ha permesso
di identificare una sola
mutazione (mutX)
Stato genetico di III-2 indeterminato
RR= ½ x f x ¼
Se III-1 (coniuge) ha un test genetico
negativo :
RR = ½ x f (sensibilità del test) x ¼
Dominanza o Recessività
Dipende da :
• caratteristiche della malattia ?
• caratteristiche del gene ?
• effetto biologico delle mutazioni ?
effetto biologico delle mutazioni in relazione
alle 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, bA bS
Gli omozigoti sono affetti perché non viene prodotta
proteina o quella che è prodotta non funziona
normalmente
Esempio: anemia falciforme, bS bS
difetti enzimatici recessivi, fibrosi cistica
Mutazioni delle “serpine”
(inibitori delle serin-proteasi)
a1-antitripsina
anti-elastasi
dei neutrofili
antitrombina
anti-proteasi
della coagulazione
inibitore di C1
anti-attivazione
del complemento
inibitori della plasmina
anti-fibrinolisi
Mutazioni dell’ a1-antitripsina (AR)
(inibitore dell’elastasi dei neutrofili)
mutazioni “loss of function” : ins o del (frame shift)
deficit di enzima circolante
eccesso di attività dell’elastasi leucocitaria
enfisema
mutazioni missenso del ”sito reattivo” : Met358Arg
conversione in antitrombina
malattia emorragica fatale
mutazioni missenso nella ”regione mobile o b sheet” : Glu342Lys
polimerizzazione della serpina
accumulo negli epatociti (ER)
fibrosi portale
cirrosi ed epatocarcinoma (colangiocarcinoma)
Connessina 26
GJB2 (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
Connessina 26
GJB2 (Gap Junction Beta 2)
35DG
In Italia :
frameshift
e stop
in omozigosi o
in eterozigosi composta
nel 40% circa di tutti i casi di
sordità congenita non sindromica recessiva
Connessina 26
GJB2 (Gap Junction Beta 2)
W44C
C202F
Alleli dominanti :
sordità post-linguale progressiva AD
Connessina 26
GJB2 (Gap Junction Beta 2)
G59A
D66H
R75W
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)
Fibrosi cistica (AR, 1/2500)
• 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)
7q31.2
27 esoni
gene CFTR
mRNA: 6128 b
1480 aa
Mutazioni CFTR e Fibrosi cistica
230 kb
27 esoni
1480 aa
proteina ABC
ATP-binding
cassette
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 ~
PORTATORE
Test OLA negativo
27/28
probabilità a
priori
1/4
1
test OLA
negativo
1/28 • 1/4
27/28 • 1
= 1/112
= 27/28
1/28
3/4 P
mut+
(75%)
1/112
1/112 + 27/28
1/4 P
mut(25%)
= 1/109
NON
PORTATORE
RA = 1/109 • 1/109 • 1/4 = 1/47500 ~
DF508 e test OLA
Oligonucleotide Ligation Assay
CFTR cDNA
Esone 10
1561 CCTTCAGAGGGTAAAATTAAGCACAGTGGAAGAATTTCATTCTGTTCTCAGTTTTCCTGG
477 -P--S--E--G--K--I--K--H--S--G--R--I--S--F--C--S--Q--F--S--W1621 ATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATCTTTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA
497 -I--M--P--G--T--I--K--E--N--I--I--F--G--V--S--Y--D--E--Y--R1681 TACAGAAGCGTCATCAAAGCATGCCAACTAGAAGAGGACATCTCCAAGTTTGCAGAGAAA
517 -Y--R--S--V--I--K--A--C--Q--L--E--E--D--I--S--K--F--A--E--K1741 GACAATATAGTTCTTGGAGAAGGTGGAATCACACTGAGTGGAGGTCAACGAGCAAGAATT
537 -D--N--I--V--L--G--E--G--G--I--T--L--S--G--G--Q--R--A--R--IEsone 11
TTTCTTTTATAGTAGAA
ATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATCTTTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA
TAATTTCTTTTATAGTA
ATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA
Seq. wt
Seq. mut
TTTCTTTTATAGTAGAAACCACAAAGGATACTACTT
ATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATCTTTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA
TAATTTCTTTTATAGTAACCACAAAGGATACTACTT
ATTATGCCTGGCACCATTAAAGAAAATATCATTGGTGTTTCCTATGATGAATATAGA
Reazione di Ligasi e amplificazione mediante PCR
con primers specifici per le code:
Pannello di prodotti di PCR di dimensioni diverse
a seconda della specificità dell’oligonucleotide
separati con elettroforesi capillare
Es.
F508 wt : 74 bp
DF508 : 70 bp
4
3
1958
2
2
2
1965
1986: diagnosi di azoospermia associata ad assenza
dei vasi deferenti.
Prelievo di spermatozoi e tentativi di fecondazione assistita
falliti….in attesa di ICSI.
Marito: CFTR D1270N-5T introne 8
Moglie: CFTR negativo per le 31 mutazioni più frequenti
e analisi di 10 esoni in DGGE
rischio residuo di essere portatrice: 1/200
Rischio per la coppia di avere un figlio affetto da una forma
lieve 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
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
Osteogenesi imperfetta (AD)
Collagene tipo I
- 2 molecole di Col a 1 (17q)
- 1 molecola di Col a 2 (7q)
(338 ripetizioni GXY)
Osteogenesi imperfetta (AD)
OI lieve (tipo I)
statura normale, scarse deformità
sclere blu e sordità, fratture
OI letale-grave (tipo II-III)
fratture multiple
accorciamento delle ossa lunghe
deformità ossee, sordità
mut de novo in Gly
5-10% : mosaicismo germinale
OI moderata (tipo IV)
bassa statura, deformità
osteoporosi, dentinogenesi imperfetta
Mutazioni dominanti
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 nel FGFR3
Recettore III per fattore di crescita dei fibroblasti
Fenotipi:
Acondroplasia
Ipocondroplasia
Displasia tanatofora
Acondroplasia Severa
con ritardo di sviluppo
e acantosi nigricans
Mutazioni dominanti
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 Hirchsprung
es. delezioni del locus PMP22 nella neuropatia tomaculare
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 FMR1
CGG: 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 geni onco - soppressori :
perdita di funzione
Inattivazione di un allele
Inattivazione del secondo allele
per mutazione o delezione
(10-10 x bp x mitosi
in 6x1012 bp di genoma)
Gene onco-soppressore Rb1
Rb
Rb
Rb
Rb
Alleli Rb normali
Rb
Mutazione germinale
mutazione somatica
mutazione somatica
Retinoblastoma unico
mono-laterale
mutazione somatica
Retinoblastomi
multipli bilaterali ad
insorgenza precoce
Inattivazione di geni onco - soppressori
con perdita di eterozigosità (LOH)
Prima mutazione:
puntiforme
seconda mutazione:
delezione
Allele
Allele
1
5
8
2
3
6
Allele
Allele
1
5
8
2
3
6
Allele
Allele
8
2
3
6
Inattivazione di geni onco - soppressori
con perdita di eterozigosità (LOH)
Tessuto
sano
Allele
3
1
5
8
Allele
3
2
3
6
Allele
1
4
6
8
Allele
3
2
3
6
Allele
5
3
4
6
Allele
3
2
3
6
Allele
Allele
3
2
3
6
Allele
1
Allele
3
2
3
6
Allele
5
3
Allele
3
2
3
6
Tessuto
tumorale
8
Loci studiati:
Caso 1
Caso 2
Caso 3
8
1
ni
+
+
2
+
3
-
4
+
+
ni
Sede del gene onco-soppressore
D1S3669
SDHB exon 1 45_46insCC
TTGCCGGCCCCACAACCCTTG
D1S170
PBL
GIST
PGL
436 kb centr
50 kb telom