Mutazioni dinamiche

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Mutazioni dinamiche

• Vincenzo Nigro
• Dipartimento di Patologia Generale
• Seconda Università degli Studi di Napoli

Telethon Institute of Genetics and Medicine
(TIGEM)
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Circa il 2 della popolazione ha un IQlt70
(ritardo mentale) il 15-20 di tutti I ritardi
mentali sono attribuibili a geni del cromosoma
X Il ritardo mentale legato al cromosoma X (XLMR)
è geneticamente eterogeneo con 202 loci
responsabili di forme che si sovrappongono
clinicamente 46 geni sono stati a tuttoggi
identificati il locus che contribuisce alla
frazione maggiore causa la sindrome di
Martin-Bell, oggi nota come sindrome dellX
fragile
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• X fragile
• ritardo mentale IQ tra 20 e 70
• deficit di memoria a breve termine di
  informazioni complesse
• ritardo nel linguaggio
• ridotte abilità visuo-spaziali
• ipersensibilità agli stimoli
• iperattività con deficit di attenzione
• comportamento autistico
• Macrocefalia con fronte, mento e orecchie
  sporgenti
• Macroorchidismo (lt30ml) dopo la pubertà
• Anomalie connettivali prolasso della mitrale,
  lassità articolare, piede piatto
• Disfunzioni ipotalamiche?

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(No Transcript)
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Nel 1969 Lubs osservò una costrizione (marker X)
sul braccio lungo del cromosoma X in quattro
maschi affetti e tre carriers obbligate della
stessa famiglia
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Il sito fragile a Xq27.3
rottura o costrizione dei cromosomi in metafase
che insorge quando le cellule sono esposte ad una
perturbazione della replicazione del DNA siti
fragili sono su tutti i cromosomi e prendono il
nome della banda cromosomica, es fra(X)(q27.3) la
nomenclatura HUGO chiama questo sito FRAXA, cioè
il primo sito fragile identificato sul cromosoma X
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Segregazione, paradosso di Sherman
Il 20 dei maschi che portano lallele mutato
sono normali (NTM) Il 30 delle carrier presenta
ritardo mentale
perché non è affetto?
1
perché è affetta?
I
2
4
1
3
II
1
III
5
1
2
3
4
IV
8
Fragile X syndrome
9
(No Transcript)
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X fragile al microscopio a forza atomica
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Il gene FMR
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Zhong et al. Am J Hum Genet 1995
200
CONTROLS
PREMUTATIONS
150
100
50
0
13
CpG island/5 UTR
FMR1 gene
Eag I
EcoRI
EcoRI
probe
2.4kb
2.8kb
Normal alleles Stable in the family and in the
individual Unstable in the population (Polymorphis
m)
(CGG) 6 to 50
Premutation Unstable in the family Stable in
the individual
(CGG) 59 to 200
(CGG) gt 250
Full mutation Unstable in the
individual (somatic mutations) Repress FMR1
transcription
Methylation
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Fragile X diagnosis Southern blot analysis of
expansion and methylation
Rousseau et al. NEJM 1991
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Premutazioni e mutazioni

• Le premutazioni si espandono quando sono
  trasmesse dalla madre
• La donna con premutazioni ha un maggiore rischio
  di menopausa precoce POF (premature ovarian
  failure)
• Il più corto allele descritto che in una sola
  generazione è diventato mutazione piena è di 59
  triplette
• Espansione stabile (CGG)9-AGG-(CGG)9-AGG-(CGG)9
• Ha almeno 2 A che interrompono la serie di 9
  triplette
• Espansione instabile (CGG)9-(CGG)9-(CGG)9-
  (CGG)9
• NON ha A che interrompono la serie

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Il gene FMR1 (fragile X mental retardation 1) è
allinterno di deserto genico quindi il fenotipo
NON è da geni contigui Mutazioni puntiformi o
delezioni di FMR1 causano un fenotipo identico
alle espansioni e questo dimostra che il ruolo
del gene non è importante nelle prime fasi dello
sviluppo, quando le triplette non sono ancora
metilate
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Trasmissione X fragile
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cosa fa FMR1?

• FMRP una RNA-binding protein selettiva associata
  con i poliribosomi ed espressa nei neuroni
• nelle spine dendritiche regola la traduzione
  degli mRNA, funzione cruciale per la plasticità
  sinaptica e la maturazione neuronale
• interagisce con gli mRNA e con il pathway dei
  miRNA
• NellX fragile le spine dendritiche sono immature
  e lunghe

Cerebral Cortex, Vol. 10, No. 10, 1038-1044,
October 2000
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Spine dendritiche nel neocortex lunghe ed
immature anche nel topo KO
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Malattie da triplette ripetute
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Malattie da triplette ripetute non codificanti
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anticipazione nella distrofia miotonica
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distrofia miotonica DM1

• fenomeno miotonico, difficoltà al rilasciamento
  muscolare dopo una contrazione
• ipotonia al volto, non debolezza importante
• cataratta precoce
• alterazioni ritmo cardiaco
• disfunzione tiroidea
• trasmissione autosomica dominante (1/8000)
• forma congenita con grave ipotonia neonatale

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distrofia miotonica DM1

• Steinert è la più comune distrofia muscolare
  delladulto
• è causata da unespansione CTG nel 3UTR del gene
  DMPK (nellRNA CUG) a 19q13.3
• presenta eredità autosomica dominante con
  anticipazione
• sono state identificate RNA binding proteins che
  interagiscono con lespansione CUG

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distrofia miotonica DM2

• cromosoma 3p21
• unespansione simile nell introne 1 di un repeat
  CCUG nel gene ZNF9 (zinc finger protein 9) causa
  la distrofia miotonica 2
• la DM2 è detta anche distrofia miotonica
  prossimale

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Malattie da triplette ripetute di poliglutammina
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Còrea di Huntington

• descritta da George Huntington nel 1872, è detta
  anche còrea che in greco indica la danza
• alla base vi è una degenerazione programmata
  geneticamente dei neuroni dei gangli basali
  (nuclei caudato e pallido) e della corteccia
• prevalenza di 1/10,000 e presenta il fenomeno
  dell'anticipazione
• si trasmette nel 97 dei casi come carattere
  autosomico dominante associato al gene
  huntingtina sul cromosoma 4p16.3
• solo il 3 dei casi è dovuto a nuove mutazioni
• un'espansione dinamica della tripletta CAG che
  codifica per la glutammina

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quante glutammine?

• fino a 28 numero max di CAG per un soggetto non
  a rischio
• 29 - 39 CAG la malattia si potrebbe presentare
  alla generazione successiva (premutazione)
• oltre 39 CAG il soggetto è considerato affetto
  anche se la patologia non si è ancora manifestata
• il test è in grado di prevedere che la patologia
  si manifesterà in futuro
• l'esecuzione in soggetti sani solleva problemi di
  natura etica

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• la Huntingtina con poliglutammina forma aggregati
  nei neuroni causandone la morte
• all'inizio sintomi psichiatrici quali
  depressione, irritabilità, difficoltà a prendere
  decisioni, poi presenta movimenti incontrollati
  simili a una danza e demenza
• pur con una grande variabilità individuale, la
  malattia avanza inesorabilmente fino alla morte
• tentativi terapeutici sono in corso con la
  cistamina che inibisce la transglutaminasi
  coinvolta nella formazione degli aggregati

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syndactyly of 3rd and 4th fingers of the hands
and 3th and 4th or 4th and 5th finger of
footpolydactyly
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Synpolydactyly SPD1

• syndactyly of 3rd and 4th fingers of the hands
  and 4th and 5th finger of foot
• polydactyly
• autosomal dominant with 96 penetrance for upper
  limbs and 70 for lower
• normal subjects have 15 alanines in HOXD13,
  affected 24 alanines (27bp- duplication) at 2q31
• large deletion (117kb) of HOXD cluster 3 has a
  similar phenotype
• haploinsufficiency

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Polyalanine stretches (GCG)

• 494 human proteins contain polyalanine stretches
  that form beta sheets (36 are transcription
  factors)
• these are resistant to chemical denaturation and
  enymatic degradation
• above 19 alanines the proteins aggregate and form
  intracellular inclusions
• dominant disorders of the CNS or skeletal
  malformations

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proteins involved in polyalanine expansions in
humans
34
Comparative data between polyalanine and
polyglutamine
POLY A POLY Q
normal length 520 444
length polymorphism few numerous
mutant length 1 15 gt 36
meiosis/mitosis stable unstable
gene expression specific ubiquitous
protein function transcription factor various
diseases Congenital malformations Neurodegenerative disorders
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PHOX2B (paired-like HOX 2B) at 4p12 (20 5/13
Ala)

• 92 of cases with congenital central
  hypoventilation syndrome (CCHS)
• abnormal control of ventilation during sleep
• megacolon
• strabismus with schizofrenia
• mutations predispose to neuroblastoma