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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…
3
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
1
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
7
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)
9
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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