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Mutazioni dinamiche

Mutazioni dinamiche. Vincenzo Nigro Dipartimento di Patologia Generale Seconda Università degli Studi di Napoli. Telethon Institute of Genetics and Medicine (TIGEM). Circa il 2% della popolazione ha un IQ<70 (ritardo mentale)

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Mutazioni dinamiche

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Presentation Transcript

  1. Mutazioni dinamiche Vincenzo Nigro Dipartimento di Patologia Generale Seconda Università degli Studi di Napoli Telethon Institute of Genetics and Medicine (TIGEM)

  2. Circa il 2% della popolazione ha un IQ<70 (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 tutt’oggi identificati il locus che contribuisce alla frazione maggiore causa la sindrome di Martin-Bell, oggi nota come sindrome dell’X fragile

  3. 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 (<30ml) dopo la pubertà • Anomalie connettivali: prolasso della mitrale, lassità articolare, piede piatto • Disfunzioni ipotalamiche?

  4. 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

  5. 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

  6. Segregazione, paradosso di Sherman Il 20% dei maschi che portano l’allele 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

  7. Fragile X syndrome

  8. Il gene FMR

  9. Zhong et al. Am J Hum Genet 1995 200 CONTROLS PREMUTATIONS 150 100 50 0

  10. 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 (Polymorphism) (CGG) ~ 6 to 50 Premutation : Unstable in the family Stable in the individual (CGG) 59 to ~ 200 (CGG) > 250 Full mutation : Unstable in the individual (somatic mutations) Repress FMR1 transcription Methylation

  11. 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

  12. Il gene FMR1 (fragile X mental retardation 1) è all’interno 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

  13. 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 • Nell’X fragile le spine dendritiche sono immature e lunghe Cerebral Cortex, Vol. 10, No. 10, 1038-1044, October 2000

  14. Spine dendritiche nel neocortex lunghe ed immature anche nel topo KO

  15. Disease Gene Locus/Protein Repeat Location Fragile X syndromeFragile XE syndromeFriedreich ataxiaMyotonic dystrophy 1Myotonic dystrophy 2Spinobulbar muscular  atrophyHuntington diseaseDentatorubralpallidoluysian atrophySCA type 1SCA type 2SCA type 3(Machado-Joseph disease)SCA type 6SCA type 7SCA type 8SCA type 12 Xq27.3/FMR-1 proteinXq28/FMR-2 protein9q13-9q21.1/frataxin19q13/myotonic dystrophy  protein kinase3q21Xq13-Xq21/androgen receptor4p16.3/huntington12p13.31/atrophin-16p23/ataxin-112q24/ataxin-214q32.1/ataxin-3 19p13/a-1A (voltage-ependent  calcium channel subunit)3p12-3p13/ataxin-713q12/none identified5q31-5q33 CGGGCCGAACTGCCTGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCTGCAG NoncodingNoncodingNoncodingNoncodingNoncodingCodingCodingCodingCodingCodingCodingCodingCoding?Noncoding Malattie da triplette ripetute

  16. Malattie da triplette ripetute non codificanti

  17. anticipazione nella distrofia miotonica

  18. Malattie da triplette ripetute di poliglutammina

  19. 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

  20. Caratteri complessi Vincenzo Nigro Dipartimento di Patologia Generale Seconda Università degli Studi di Napoli Telethon Institute of Genetics and Medicine (TIGEM)

  21. un carattere non Mendeliano ha una componente genetica? • i genitori trasmettono • i geni • l’ambiente (questo vale specialmente per caratteri quali IQ e i disordini psichiatrici) • anche le abitudini alimentari, il clima, ecc. • Occorre provare il ruolo dei geni al di là della ricorrenza familiare

  22. gemelli monozigoti fratelli, genitori-figli fratellastri, zii-nipoti cugini I grado cugini II grado 1/1 consanguineità 1/2 consanguineità 1/4 consanguineità 1/8 consanguineità 1/32 consanguineità geni condivisi

  23. gemelli monozigoti MZ • hanno lo stesso sesso • hanno gli stessi alleli • hanno gli stessi polimorfismi • se femmine, hanno un differente pattern di inattivazione dell’X • hanno un differente repertorio di immunoglobuline • hanno un differente TCR • spesso hanno un ambiente più simile

  24. gemelli dizigoti DZ • hanno lo stesso sesso nel 50% dei casi • hanno il 50% degli alleli in comune • hanno il 50% dei polimorfismi in comune Occorre considerare il rapporto MZ/DZ che può essere inferiore a 2 o superiore a 2 in funzione del numero dei geni coinvolti

  25. Analisi nonparametrica Senza un modello Non si sa a priori se la trasmissione è dominante o recessiva o mista o poligenica, ecc Si valuta quanta parte si condivide dei segmenti di DNA nelle famiglie o nelle popolazioni

  26. Studi di associazione • Sono diventati il metodo migliore per identificare fattori di rischio per malattie complesse • Più potente del linkage se le varianti che conferiscono suscettibilità sono comuni, mentre è meno potente se le varianti sono rare • È necessario procedere con una mappa che comprende molti marcatori a breve distanza l’uno dall’altro

  27. usare SNPs comuni Associazione indiretta Gli SNPs sono genotipizzati sulla base del linkage disequilibrium (LD)

  28. Infinium, Illumina

  29. GWA(genomic wide association) studies • GWAs servono a comprendere la base genetica dei tratti complessi • Per alcuni tratti ci sono molti loci: diabete, cancro della prostata e della mammella, malattia infiammatoria intestinale, ecc • Per altri tratti i loci sono pochi: asma, malattia coronarica, fibrillazione atriale A Catalog of Genome-Wide Association Studieshttp://www.genome.gov/26525384

  30. punti critici dei GWAs • Selezione dei casi • minimizzare l’eterogeneità fenotipica? • focalizzazione su casi familiari? • scegliere casi ad insorgenza precoce? • Selezione dei controlli • Controlli comuni a differenti tratti? • 3000 controlli della Wellcome Trust Case Control Consortium • Significatività statistica • p < 5 x 10–8 • Replica dello studio

  31. Tremore • 02/25/09 StefanssonFebruary 01, 2009 Nat GenetVariant in the sequence of the LINGO1 gene confers risk of essential tremor Essential tremor • 452 cases • 14,378 controls • 15q24.3 • LINGO1 • 1 x 10-9 • Illumina [305,624]

  32. obesità • 01/15/09Thorleifsson December 14, 200Nat GenetGenome-wide association yields new sequence variants at seven loci that associate with measures of obesity • Body mass index • Studio iniziale: 80,969 individuals • Replica: 11,036 individuals • 16q12.2 FTO 1 x 10-47 • 2p25.3 TMEM18 4 x 10-17 • 16q12.2 18q21.32 19q13.11 1p31.1 3q27.2 16p11.2 11p14.1 11p14.1 1q25.2 12q13.13 1p21.3 11p14.1 • FTO MC4R KCTD15, CHST8 NEGR1 SFRS10, ETV5, DGKG SH2B1, ATP2A1 BDNF BDNF SEC16B, RASAL2 BCDIN3D, FAIM2 NR BDN • 4 x 10-13 1 x 10-12 7 x 10-12 1 x 10-11 7 x 10-11 3 x 10-10 5 x 10-10 9 x 10-10 6 x 10-8 1 x 10-7 4 x 10-6 8 x 10-6 8.04 [6.96-9.12] % SD 6.12 [4.69-7.55] % SD 5.25 [3.82-6.68] % SD 4.38 [3.16-5.60] % SD 4.18 [2.98-5.38] % SD 3.77 [2.67-4.87] % SD 4.42 [3.09-5.75] % SD 3.63 [2.49-4.77] % SD 4.58 [3.07-6.09] % SD 3.85 [2.62-5.08] % SD 3.36 [2.14-4.58] % SD 3.28 [2.06-4.50] % SD 2.6 [1.50-3.70] % SD 3.15 [1.78-4.52] % SD • Illumina [305,846]

  33. Aneurismi intracranici • Bilguvar November 09, 2008 Nat GenetSusceptibility loci for intracranial aneurysm in European and Japanese populations • 1,580 European cases, 6,276 European controls • 495 Japanese cases, 676 Japanese controls • 8q11.23 SOX17 1 x 10-10 • 9q21.3 CDKN2A CDKN2B 1 x 10-10 • Illumina [289,271]

  34. Manhattan plot GWA Diabete di tipo 2 Crom 10 TCF7L2 transcription factor 7-like 2 Crom 16 FTO fat mass and obesity associated Crom 6 CDKAL1 = CDK5 regulatory subunit associated protein 1-like 1

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