mutazioni puntiformi

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mutazioni puntiformi

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

Telethon Institute of Genetics and Medicine
(TIGEM)
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classificazione funzionale delle mutazioni

• allele equivalente
• allele ipomorfo
• allele amorfo
• allele ipermorfo
• allele neomorfo
• allele antimorfo

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1. allele equivalente

• variazione che non modificano né la quantità, né
  la qualità biochimica e funzionale del prodotto
  genico
• il prodotto genico risulta invariato e
  normalmente localizzato
• esempi sono le circa 12,000 differenze della
  sequenza del DNA codificante che si osservano
  nella popolazione umana che non hanno alcuna
  conseguenza patologica

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2. allele ipomorfo

• variazione della sequenza del DNA che riduce la
  quantità di prodotto genico e/o la sua qualità
  funzionale
• tali alleli sono silenti e recessivi e possono
  agire più come modificatori del fenotipo che come
  causa diretta di patologia
• alleli ipomorfi possono però essere causa di
  malattia se in emizigosi
• esempio gli alleli ipomorfi del gene della
  distrofina localizzato sul cromosoma X che
  determinano quadri di distrofia muscolare di
  Becker nei maschi in quanto hanno una singola
  copia del gene

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3. allele amorfo

• variazione di sequenza del DNA più drastica
  corrisponde classicamente alla delezione
  (cancellazione) della sequenza codificante del
  gene
• un allele amorfo può essere prodotto da altri
  tipi di mutazione che abbiano la medesima
  conseguenza di una delezione totale del gene
• causa in emizigosi una malattia genetica quando
  colpisce una funzione genica essenziale (es
  emofilia, distrofia muscolare di Duchenne, ecc)
• lallele amorfo in eterozigosi in genere è
  presente in un portatore sano di una malattia
  autosomica recessiva
• può da solo essere causa di malattia se riguarda
  un gene in cui il 50 del dosaggio (prodotto
  dallaltro allele non mutato) è insufficiente a
  mantenere lo stato di salute (aploinsufficienza)

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4. allele ipermorfo

• ipermorfo (iper aumentato) è lallele che
  determina laumentata quantità o funzione di un
  prodotto genico
• lallele ipermorfo può essere semplice o avere
  una combinazione di altri effetti come ad
  esempio, quello di essere presente in una
  localizzazione impropria o in un tempo sbagliato
• è associato di regola ad un tratto genetico
  dominante, in quanto laumentata
  espressione/funzione non può essere limitata
  dallallele non mutato
• un esempio è laumentata funzione del recettore
  per lFGF3 che causa lacondroplasia (nanismo
  dismorfico) che è appunto a trasmissione
  autosomica dominante

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5. allele neomorfo

• neomorfo (neonuovo) definito come causato da una
  mutazione che porta ad un prodotto genico nuovo o
  una funzione nuova
• si distingue solo didatticamente dallallele
  ipermorfo, in quanto è in pratica una variante
  che è difficile da distinguere nelle singole
  condizioni
• valgono le stesse considerazioni fatte per
  lallele ipermorfo sulla natura dominante della
  mutazione
• in alcune forme di cancro lallele neomorfo è una
  chimera di due geni, dovuta ad una traslocazione
  cromosomica, come il cromosoma di fusione
  Philadelphia con la comparsa di nuove proteine
  Bcr-abl in casi di leucemia mieloide cronica

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6. allele antimorfo o dominante negativo

• antimorfo (anticontro) definito come causato da
  una mutazione che porta ad un prodotto genico
  antagonistico
• è il risultato di una mutazione che colpisce un
  gene il cui prodotto proteico funziona in
  cooperazione con altre proteine
• particolari mutazioni rendono la proteina di
  disturbo a tutte le altre pur essendo queste
  ultime perfettamente normali
• un esempio è dato dal collageno in cui più geni
  (e due alleli per ogni gene) contribuiscono alla
  formazione delle proteine ciascuno producendo una
  parte delle catene di base una mutazione in un
  solo allele produce un effetto negativo
  complessivo

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classificazione strutturale delle mutazioni

• sostituzioni
• piccole inserzioni, delezioni o inserzioni
  delezioni contemporaneamente (indels)
• riarrangiamenti genomici a due (delezioni,
  duplicazioni) o più punti di rottura
  (traslocazioni, inversioni ecc.)
• copy number variations (CNV)

a queste quattro classi appartengono in modo
indistinguibile tanto le variazioni innocue
quanto le mutazioni causative di malattia
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mutazioni

• I dati di sequenziamento totale del genoma
  provano che almeno 10-8 sostituzioni geniche per
  base si verificano nella prole de novo, cioè
  senza essere ereditate dai genitori
• tutte le nuove sostituzioni sono in eterozigosi o
  in emizigosi se si verificano nei cromosomi
  sessuali maschili
• le nuove sostituzioni possono produrre varianti
  private
• meno dell1 cadono negli esoni codificanti dei
  geni
• mutazioni silenti, quando laminoacido non cambia
• mutazioni missenso quando un aminoacido è
  sostituito da un altro aminoacido
• mutazioni nonsenso quando un aminoacido è
  sostituito da un codone prematuro di terminazione
• mutazioni nonstop quando al contrario un codone
  di terminazione è sostituito da un codone di un
  aminoacido

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Numerazione dei nucleotidi

• Nucleotidi del cDNA
• Il nucleotide 1 è la A dell ATG-codone di
  inizio della traduzione Il nucleotide che
  precede al 5' lATG-codone di inizio della
  traduzione è denominato -1 non esiste una base
  0 Il nucleotide che segue al 3' il codone di
  terminazione è denominato 1

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sostituzioni

• le sostituzioni sono indicate dal carattere
  gt. Ad esempio, 76AgtC indica che in posizione 76
  unadenina è sostituita da una citosina
• 881GgtT (oppure IVS21GgtT) indica che una guanina
  è sostituita da una timina in posizione 1
  dellintrone 2, posizionato tra i nucleotidi 88 e
  89 del cDNA
• 89-2AgtC (oppure IVS2-2AgtC) indica che unadenina
  è sostituita da una citosina in posizione -2
  dellintrone 2, posizionato tra i nucleotidi 88 e
  89 del cDNA

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(No Transcript)
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SNPs
mutazioni
teoricamentepreviste
TgtA o G , CgtG or A GgtT o C , AgtT or G
trasversioni
trasversioni
trasversioni
transizioni
transizioni
transizioni
TgtC, CgtT, GgtA, AgtG
12,000,000
46,000
SEA 3057
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Il meccanismo più comune di mutazione
NH2
NH2
O
H3C
H3C
NH
N
N
metilazione
deaminazione
O
O
O
N
N
N
Cytosine
5-methylcytosine
Thymine
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mutazioni puntiformi missenso

• Le mutazioni missenso sono quelle in cui il
  cambiamento determina nel prodotto proteico la
  sostituzione di un aminoacido con un aminoacido
  differente
• Sebbene queste alterazioni generalmente non
  provochino conseguenze nella funzionalità della
  proteina (polimorfismi o varianti) , ci sono casi
  in cui anche una minima alterazione può avere
  conseguenze gravi

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acrocefalosindattiliasindrome di Apert

• 165.000 alla nascita
• craniosinostosi, volta cranica a forma conica
• ipertensione endocranica
• ritardo mentale
• ipoplasia della parte centrale della faccia
• sindattilia delle dita delle mani e dei piedi
• sordità e atrofia ottica

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acrocefalosindattiliasindrome di Apert

• tutti i pazienti hanno la stessa mutazione Apert
  (Cys755Gly) del gene human fibroblast growth
  factor receptor 2 (FGFR2)
• la mutazione è in eterozigosi
• de novo
• cromosoma 10q26
• la sindrome è allelica con Crouzon e Pfeiffer

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sindrome di Pfeiffer

• alcuni pazienti hanno la mutazione Pfeiffer
  (Cys342Arg) del gene human fibroblast growth
  factor receptor 2 (FGFR2)
• altri la mutazione Pro252Arg in FGFR1
• la mutazione è in eterozigosi
• de novo
• cromosoma 10q26
• la sindrome è allelica con Crouzon e Apert

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disostosi cranio faccialesindrome di Crouzon

• alcuni pazienti hanno la mutazione (Cys342Tyr)
  del gene human fibroblast growth factor receptor
  2 (FGFR2)
• la mutazione è in eterozigosi
• de novo
• cromosoma 10q26
• la sindrome è allelica con Pfeiffer e Apert con
  alcune mutazioni in comune

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acondroplasia

• nanismo dismorfico (135.000)
• arti corti e testa sproporzionatamente più grossa
• fronte prominente e naso appiattito
• altezza media 130 cm nei maschi 125 cm nelle
  femmine
• La mutazione è in eterozigosi
• Gly380Arg nel recettore 3 del "fibroblast growth
  factor" (FGFR3) a 4p16.3 
• autosomico dominante a penetranza completa

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acondroplasia

• La mutazione conferisce una funzione aumentata al
  recettore dell'FGF (allele ipermorfo) che è una
  tirosin-chinasi di membrana
• In risposta all'FGF il recettore dimerizza e si
  fosforila trasducendo un segnale con la funzione
  di rallentare la proliferazione dei condrociti e
  quindi la crescita ossea
• Topi senza il gene FGF3R hanno ossa lunghe e
  vertebre allungate

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(No Transcript)
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frequenza relativa di mutazioni de novo che
causano acondroplasia i rapporto alletà paterna
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numero di divisioni nelle linea germinale
maschile
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(No Transcript)
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ipocondroplasia

• L'ipocondroplasia ha caratteristiche simili
  all'acondroplasia, ma di gravità minore con un
  coinvolgimento craniofacciale inferiore.
  L'altezza può risultare ai limiti della norma e
  la malattia viene spesso non diagnosticata.
• L'ipocondroplasia è meno omogenea circa il 70
  dei casi è dovuto alla sostituzione N540K del
  gene FGFR3, mentre non si conosce la mutazione
  nel restante 30.

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mutazioni puntiformi nonsenso

• La mutazione nonsenso è quella in cui la
  modificazione nucleotidica provoca la creazione
  di un tripletta di stop, che blocca la sintesi
  della proteina prematuramente.
• In questo caso, la funzionalità della proteina
  dipenderà dalla posizione dello stop.

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Mutazioni dei codoni umani (mutazioni
independenti nei geni F8, F9, L1CAM, OTC, BTK)
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mutazioni nonsenso
UAA
UAG
UGA
Su 731 mutazioni independentiin 9 patologie del
cromosoma X
SEA 3063
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mutazioni frame-shift

• Le mutazioni frame-shift o di slittamento del
  modulo di lettura consistono nellinserzione o
  delezione di un numero di nucleotidi non
  divisibile per 3 (1, 2, 4, 5, 7, 8, 10, ecc.) 
  con conseguente sfasamento della cornice di
  lettura delle triplette dell'RNA messaggero.
• Questa mutazione determina la traduzione non
  corretta della proteina a valle della mutazione.

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mutazioni eterozigoti di PAX3Waardenburg
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mutazioni eterozigoti di PAX3Waardenburg

• sordità (o deficit uditivo di vario livello)
  bilaterale,
• modifiche nella pigmentazione, sia dei capelli
  (albinismo parziale, in genere piebaldismo) che
  della pelle,
• anomalie nello sviluppo dei tessuti derivati
  dalla cresta neurale
• lateralizzazione del canto mediale
• diverso colore degli occhi (eterocromia), di
  solito uno marrone e l'altro blu

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(No Transcript)
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Motivi classici di splicing
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Nucleotidi intronici fiancheggianti

• inizio dellintrone il numero dellultimo
  nucleotide dellesone che precede, il segno e
  la posizione nellintrone, ad esempio 771G,
  772T, oppure quando il numero dellesone è noto
  ed univoco IVS11G, IVS12T
• fine dellintrone il numero del primo
  nucleotide del esone seguente, il segno e la
  posizione a monte dellesone, ad esempio 78-2A,
  78-1G, oppure quando il numero dellesone è noto
  ed univoco, IVS1-2A, IVS1-2G

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(No Transcript)
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HGMD Mutations in Intron splice sites (5Jan07)
3498 Donor Splice Site mutations
2296 Acceptor Splice Site mutations
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Normal
Splicing Abnormalities
3ss mutation exon skipping
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ProgeriaHutchinson-Gilford

• invecchiamento precoce
• bassa statura, pelle rugosa
• calvizie, assenza di tessuto adiposo
• aterosclerosi ed infarto

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ProgeriaHutchinson-Gilford

• nuova mutazione in eterozigosi del gene lamina A
• la mutazione è in eterozigosi
• de novo
• cromosoma 1q23
• La mutazione non cambia l'aminoacido glicina
  G608G, ma introduce un sito donor di splicing GGT
  che fa perdere 50 aminoacidi alla proteina
• sperimentazione con inibitori di
  farnesil-trasferasi

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(No Transcript)
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Malattie genetiche da mutazione in 1 allele

• Le mutazioni monoalleliche possono causare
  disordini a trasmissione dominante o recessiva
  legata allX negli uomini
• Se la malattia a trasmissione dominante è grave
  in età fertile e pertanto limita o annulla la
  capacità riproduttiva (bassa fitness), le
  mutazioni monoalleliche sono nuove e spesso
  distribuite in modo casuale
• Se la malattia dominante non è grave in età
  fertile e non limita in alcun modo la capacità
  riproduttiva (normale fitness), le mutazioni
  monoalleliche sono ereditate da un genitore e
  spesso si tramandano da molte generazioni
• Se la malattia è recessiva legata allX ed è
  letale ha una vita media di tre generazioni,
  perché le donne trasmettono gli alleli mutati in
  eterozigosi e gli uomini li eliminano

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eredità autosomica dominante a penetranza
completa (malattia che non modifica la fitness)
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Cosè una mutazione causativa?

• Una variazione della sequenza del DNA .
• ..che è trovata solo negli individui affetti
• ..che non è mai ritrovata in quelli non affetti
• ..che spiega il processo patologico
• ..che, quando corretta per tempo, fa recuperare
  un fenotipo normale

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.che è trovata solo negli individui
affetti..che non è mai ritrovata in quelli non
affetti

• penetranza incompleta

che è ritrovata più frequentemente negli
individui affetti rispetto ai non affetti
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Malattie genetiche da mutazione in 2 alleli

• Le mutazioni bialleliche possono causare
  disordini a trasmissione autosomica recessiva
• Se la malattia a trasmissione recessiva è grave
  in età fertile e limita o annulla la capacità
  riproduttiva (bassa fitness), le mutazioni non si
  estinguono comunque perché i portatori sani sono
  10-10.000 volte più numerosi degli affetti
• Le mutazioni in genere si trasmettono da 100-1000
  generazioni, mentre le nuove mutazioni sono rare
• Solo se la malattia è biallelica le mutazioni
  hanno una firma etnica che caratterizza una
  località di origine e un fondatore comune
  eterozigote sano

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Malattie da 2 alleli

• Lalto numero di portatori è un fattore di
  rischio per leterozigosi composta (due mutazioni
  differente nei due alleli). Questo potrebbe
  essere causato da una fitness migliore degli
  eterozigoti nei confronti di un fattore negativo
  vedi A
• La consanguineità è un fattore di rischio per
  lomozigosità (due alleli identici) anche se la
  mutazione è rarissima vedi B

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(No Transcript)
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conversione genica