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MECCANISMI PATOGENETICI DELLE MUTAZIONI DOMINANTI - APO-INSUFFICIENZA - Esempi di patologie dovute a delezioni

medicina


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MECCANISMI PATOGENETICI DELLE MUTAZIONI DOMINANTI

Quale tipo di mutazione provoca un fenotipo recessivo?

Affinché si esprima un fenotipo recessivo è necessario ricevere il gene mutato sia dalla madre che dal padre, ovvero essere omozigoti per quel gene. Dal momento che gli eterozigoti per caratteri recessivi , generalmente, stanno bene, possiamo dedurne che l'allele  normale è in grado di compensare l'effetto della mutazione dell'altro alle 424b13e le. Possiamo pensare che l'allele mutato non funzioni (ad esempio sia letteralmente spento) e che il normale ne compensi il deficit.

Al contrario si parla di mutazione genica dominante quando l'effetto fenotipico di quella mutazione è dominante (quindi si dovrebbe parlare di effetto dominante). Ci sono casi in cui è necessario il contributo di entrambi gli alleli per ottenere  una quantità critica di prodotto genico indispensabile per l'organismo: ad esempio se sono necessarie 100 unità di prodotto, alle quali contribuisce ogni allele per il 50%, il malfunzionamento di uno degli alleli comporta uno deficit quantitativo che può essere alla base di alcune patologie. Questo  è in realtà un meccanismo patogenetico raro in quanto la maggior parte dei nostri geni codificano per un eccesso di prodotto, e un eventuale deficit allelico non compromette l'equilibrio fisiologico, a meno che non ci si trovi in condizioni di stress o di esigenze metaboliche particolari.



Descriveremo, ora, alcuni esempi di meccanismi patogenetici alla base di mutazioni dominanti.

A) APO-INSUFFICIENZA

(avere la metà rispetto al normale) nel caso in cui, in un determinato locus, ci sia un solo allele (funzione aploide per un certo gene).

Questo meccanismo è raro in quanto coinvolge in genere geni per fattori di trascrizione, le cui variazioni di funzionamento possono aumentare o ridurre la trascrizione di geni importanti  e quindi creare problemi nel corso dello sviluppo.

Un esempio di queste patologie può essere la sindrome di WAARDEMBURG TIPO1.  Questa sindrome è ben nota ai cinofili. I cani colpiti sono albini e generalmente sordi. Nell'uomo la sindrome si manifesta con eterocromia dell'iride (il colore dell'iride è diverso nei due occhi), alterazioni della pigmentazione (ciuffo bianco tra i capelli), anomalie scheletriche, sordità, alterazioni a livello oculare (gli occhi sembrano più piccoli perché la rima palpebrale è più stretta; la distanza interpupillare è normale ma è minore l'apertura oculare a discapito dell'angolo mediale dell'occhio, per cui  sembra abbiano gli occhi più distanziati si parla di pseudoiperterorismo).

Ci sono altre patologie classificate come sindromi perché coinvolgono più organi e compromettono più funzioni. Alla base di queste sindromi vi è la delezione di un frammento di cromosoma. Tra le più importanti ricordiamo:

-Wolf-Hirschhorn

-Cri du chat: perdita di un frammento di cromosoma 5

-Williams

-WAGR

Molte di queste sindromi comportano deficit dell'apprendimento, disturbi della migrazione neuronale con grave difetto nella formazione dei solchi cerebrali e grave patologia  mentale, alterazioni ossee, ipogonadismo, obesità. Il frammento deleto può in realtà essere di varie dimensioni, tuttavia il quadro clinico corrispondente può non cambiare in modo significativo. In certi casi alcuni dei geni persi possono non essere determinanti perchè la quantità di prodotto del cromosoma rimasto può essere sufficiente. Quindi alcuni dei geni persi hanno una maggiore importanza patogenetica. D'altro canto è molto difficile individuarli tra i molti deleti. Spesso si perdono parti di cromosoma non visibili all'esame cromosomico tradizionale, ma che possono essere individuati utilizzando sonde fluorescenti (tecnica FISH). Dopo aver denaturato i cromosomi aggiungiamo una sonda specifica per la regione probabilmente deleta. Solo uno dei due cromosomi emetterà un segnale luminoso in corrispondenza del legame con la sonda fluorescente, mentre l'altro sarà il cromosoma portatore della delezione.

Esempi di patologie dovute a delezioni.

 

SINDROME VELO-CARDIO-FACCIALE: delezione 22q11 (S. di GEORGE). Questa sindrome riveste grande importanza in ambito cardiologico, otorinolaringoiatrico e psichiatrico. Il quadro clinico a volte è molto grave, a volte più sfumato. E' una patologia genetica dominante da delezione cromosomica, spesso non diagnosticata, anche se piuttosto comune. Il 74% dei soggetti è colpito da una cardiopatia congenita grave (tetralogia di Fallot, alterazioni dell'arco aortico). La sindrome presenta numerosi sintomi e, nel passato, a seconda del prevalere di alcuni di questi alla malattia venivano attribuiti diversi nomi: per l'immunologo si trattava di un'aplasia timica con ipocalcemia da ipoplasia paratiroidea;  per l'otorino di una sindrome da incompetenza velo-faringea (bambini con voce nasale che non riescono a controllare la parte posteriore del palato). Grazie alla FISH si è visto che tutti questi diversi quadri clinici potevano essere riferiti all'unica delezione del braccio lungo del cromosoma 22. Le dismorfie al volto, più o meno evidenti, sono presenti nel 100% dei casi. La più frequente è un'alterazione delle ali nasali; può essere presente anche un ingrandimento della radice del naso e delle orecchie. Oltre alle dismorfie del volto possono essere presenti incompetenza velo-faringea (69%), malformazioni cardiache congenite, difficoltà di apprendimento (70-90%), ipocalcemia e immunodeficienza (rare). Gli psichiatri ritengono di poter spiegare con tale patologia ritardi mentali prima inspiegabili. Ha un'incidenza di 1/1000-2000 (S. di Down 1/600). Quando un ginecologo rileva alterazioni scheletriche e  cardiache con un'ecografia fetale dovrebbe eseguire una FISH, l'unica tecnica in grado di individuare questo tipo di mutazione. La regione persa è di solito di 3 Mb e si tratta di regioni ripetute. Si ha ricombinazione omologa diseguale causata da uno scorretto appaiamento dei due cromosomi. Un cromosoma avrà perso alcuni geni, l'altro ne avrà acquisiti. Altri meccanismi possibili prevedono un appaiamento all'interno dello stesso cromosoma con formazione di anelli di cromatina che vengono persi. La delezione non è identica in tutti gli individui, quindi il quadro clinico può essere diverso: il gene perso, responsabile della S. di George, non è stato ancora individuato. Si sta cercando il gene in quegli individui che non presentano la delezione e che quindi sarebbero colpiti da una semplice  mutazione genica. Si stanno inoltre eseguendo  studi su topi che mancano di un'intera regione del cromosoma 22: vengono introdotti negli zigoti murini i vari geni, in modo da ricostituire la diploidia per quel gene, e si verifica l'insorgenza o meno della malattia .  Questa sindrome  conta ben  185 alterazioni, sebbene non tutte siano presenti nello stesso individuo. E' utile fare il test FISH nei bambini che presentano un certo ritardo mentale e anomalie al volto.

MILLER DIEKER SYNDROM: grave anomalia della morfologia cerebrale per alterazione del cromosoma 17.

Un altro meccanismo patogenetico nelle mutazioni dominanti è la cosiddetta

B) INTERFERENZA DEL PRODOTTO  DELL'ALLELE MUTATO CON L'ALLELE SANO.

 

Secondo il professore esiste un chiaro parallelismo tra la falegnameria e la genetica. Due falegnami gemelli (gli alleli) fabbricano gambe per sedie di legno; in barba alla sua condizione di gemello, uno dei due (l'allele mutato), costruisce gambe più corte. Ora dovete sapere che  i due astuti falegnami hanno assunto, come operaio a tempo pieno, un cieco (!!), che rappresenterebbe, in questa complessa allegoria, i ciechi ed inconsapevoli meccanismi di trascrizione e traduzione. Il volenteroso operaio cieco (che potremmo chiamare Gino), non rendendosi conto dell'imperizia dei suoi datori di lavoro, assembla le gambe lunghe e le gambe corte, a caso, producendo sedie di varia foggia, ora di altezza normale, ora bassissime, ora completamente sbilenche ed instabili, per la coesistenza di gambe corte e lunghe. Allo stesso modo la cellula sintetizza proteine che sono il prodotto dell'allele sano e dell'allele mutato; se l'allele mutato codifica per una proteina tronca, l'assemblaggio delle diverse componenti darebbe problemi simili a quelli della nostra fallimentare falegnameria artigiana. Per parte nostra, possiamo consigliare ai falegnami, di licenziare Gino, e a voi, di fare un salto all'IKEA.

Un esempio di malattia con una simile patogenesi è l'OSTEOGENESI IMPERFETTA, malattia a trasmissione dominante, caratterizzata da un'estrema fragilità ossea, per l'alterata sintesi del collageno di TIPO 1.

Il collageno di TIPO 1 è composto da 2 subunità  ALPHA1 e da una subunità ALPHA2, avvolte a formare una tripla elica. Al solito, ognuno di noi riceve dai generosi genitori,  due alleli ALPHA1 e due alleli ALPHA2.  In alcuni casi uno dei due alleli ALPHA1 non funziona e il prodotto proteico è quantitativamente insufficiente. In altri casi  una mutazione aminoacidica in  un punto critico (ad esempio in corrispondenza dei residui di glicina, importanti per l'avvolgimento), comprommette la struttura proteica. Questa seconda eventualità (che prevedibilmente è la più grave), è un caso di interferenza tra prodotti mutati e non mutati.

Un altro esempio è la SINDROME di MARFAN. Gli individui affetti sono longilinei e presentano una particolare lassità ai legamenti e in corrispondenza delle valvole cardiache (frequente il prolasso della mitrale). E' causata dall'alterazione di una proteina connettivale (la fibrillina), implicata nella struttura dell'elastina.

C)  ATTIVAZIONE RECETTORIALE LIGANDO INDIPENDENTE



 

Le mutazioni a carico dei proto oncogeni, anche se potenzialmente trasmissibili (quando interessino le cellule germinali), coinvolgono meccanismi così essenziali da essere in genere incompatibili con la vita (le mutazioni a carico di RAS non consentono lo sviluppo embrionale). Tuttavia ,in alcuni casi, le mutazioni oncogeniche possono essere trasmesse inducendo quadri clinici caratterizzati  dallo sviluppo  di neoplasie. La mutazione dell'oncogene RET ( un recettore con funzione Tyr-kinasica)  è associata alla predisposizione (ereditaria dominante) allo sviluppo di tumori tiroidei. Inoltre alla base della sindrome MEN II si è rinvenuta la stessa mutazione.

MEN à Neoplasie Endocrine Multiple.

MEN IIA à  Tumore alla Tiroide

                       Feocromocitoma

                       Iperparatiroidismo

*esiste una variante della MEN IIA associata al Hirschprung Disease  (megacolon).

MEN IIB à Tumore alla Tiroide

                      Feocromocitoma

                      Neuromi  sulla bocca e sulla mucosa orale.

                      NO iperparatiroidismo

*questa forma è pìù grave e di più precoce insorgenza (mutazione nel codon 16 del gene RET).

Nel caso dell'oncogene RET, la mutazione rende il recettore indipendente dal legame con il ligando, mantenendo costantemente attiva la via di trasduzione del segnale, e attivando, a mezzo delle fosforilazioni in tirosina, cascate reattive anomale che inducono l'espressione di geni  inusuali.

D) NUOVA FUNZIONE

La mutazione dà, alla proteina mutata, una funzione diversa da quella che essa esercita normalmente.

Questo meccanismo patogenetico è alla base, ad esempio, della corea di Huntington o delle atassie da poli-Gln; lì la mutazione non determina lo spegnimento della funzione di una qualche proteina, ma un suo allungamento per espansione di glutamine al suo interno la proteina assume una nuova funzione. In questo caso particolare, la nuova funzione della proteina consiste in un effetto tossico-apoptoico della proteina mutata la cellula muore per apoptosi.

E) AUMENTO  DELLA STABILITA'  DI UNA PROTEINA  NON  FUNZIONANTE:

esistono delle famiglie che presentano una particolare suscettibilità alle infezioni da parte dei Micobatteri, tubercolari propriamente detti o atipici.

Normalmente questa suscettibilità è legata a mutazioni a carico dei seguenti geni:

a)     IFNG-R1 : codifica per il recettore per IFNγ

b)    IFNG-R2 : codifica per la catena necessaria alla trasmissione intracellulare del segnale dell'IFNγR

c)     IL12-B : codifica per la subunità di una citochina prodotta da fagociti o da cellule dendritiche, utile per la secrezione dell'IFNγ

      In genere la suscettibilità alle infezioni da parte di Micobatteri, si manifesta come fenotipo           

      recessivo in famiglie con soggetti omozigoti o eterozigoti composti per mutazioni in questi geni.

      Si sa però, oggi, che esiste anche una suscettibilità alle infezioni micobatteriche trasmessa 

      familiarmente come mutazione a fenotipo dominante. Questa mutazione riguarda il gene IFNG-R1.

      In queste famiglie si è visto che esiste una mutazione in questo gene sempre localizzata nello stesso

      punto ne risulta un recettore mutato con la perdita di 4 nucleotidi in posizione 118.

 Si realizza, in pratica, la formazione di un recettore con la porzione intracitoplasmatica tronca.

 La proteina INFG -R1 così troncata presenta due caratteristiche:

a)     mancando della porzione intracellulare, non è in grado di trasmettere il segnale

b)    la proteina mutata è, inoltre, non riciclabile e rimane sempre in membrana

      La mutazione determina, quindi , un aumento di stabilità in una proteina non funzionante.

      Quali sono le conseguenze di questa situazione?




      Nella membrana plasmatica si vengono a trovare 5 recettori IFNG-R1 tronchi per ogni IFNG-R1   e 

      normale; le poche catene normali per funzionare bene devono appaiarsi tra di loro, ma solo il 10%

      dei monomeri espressi sulla membrana di un eterozigote per questa mutazione sono normali solo  

      il 1-4% dei dimeri realizzabili saranno funzionali cioè in grado di trassmettere il segnale .

F) AUMENTO  DELLA  STABILITA'  DI  UNA  PROTEINA  FUNZIONANTE:

avviene nella sindrome di Liddle, dovuta ad un aumento dei canali epiteliali per l'ingresso del Na+ per mancata ubiquitinazione.

G) SECONDA  MUTAZIONE  SOMATICA

ci sono dei soggetti con predisposizione allo sviluppo di neoplasie per mutazione a carico di antioncogeni. Esempi di neoplasie con questa origine sono :

a)     retinoblastoma

b)    poliposi del colon

c)     neurofibromatosi I

d)     tumori mammari BRC1 - BRC2

      Il segno della presenza  di mutazioni, in questo caso, è ovviamente dato dall'insorgenza di   

      neoplasie.

      La patologia legata alla mutazione si trasmette come dominante, ma affinchè insorga la mutazione

       occorre  che intervenga una mutazione su entrambi  gli alleli.

       Nelle famiglie la malattia si trasmette, quindi, secondo le regole della dominanza,   ed anche se la    

       Mutazione in un solo allele non determina lo sviluppo della patologia , inevitabilmente la presenza

       viene, con il tempo, ad accompagnarsi alla mutazione dell'altro allele con sviluppo della malattia. 

       Perché  inevitabilmente ?

       Per alcune malattie, come la poliposi del colon familiare, il difetto a carico di un allele induce

       una mutazione a carico dell'altro allele; ma questo è un caso isolato. In tutte le altre patologie  

       sopra ricordate, la mutazione del II allele avviene inevitabilmente per una semplice questione di  

       probabilità.   

I soggetti con retinoblastoma diventano ciechi. Si determina, infatti, l'insorgenza di tumori bilaterali e multipli dell'occhio.

Esistono anche, in età avanzate, retinoblastomi ad insorgenza in un solo occhio. Si tratta, però, di tumori sporadici e non a carattere familiare ; infatti nelle forme familiari i tumori insorgono piu' precocemente. Nei casi sporadici l'insorgenza del tumore è piu' tardiva perché serve che avvengano due mutazioni, una per ogni allele, perché si sviluppi la patologia, mentre ovviamente, nelle forme familiari, nascendo già con una mutazione in un allele, sarà necessaria soltanto piu' l'insorgenza di una mutazione nell'altro.

Inoltre nella forma familiare si ha già in partenza lo sviluppo di neoplasie multiple perché già in partenza tutte le cellule hanno una mutazione.

Posso distinguere la forma di retinoblastoma sporadica da quella familiare eseguendo un semplice prelievo di sangue e verificando se nelle cellule del sangue c'è (forma familiare) o no (forma sporadica) la mutazione.

  

 

 

 

 








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