lunedì 15 agosto 2011

LA COREA DI HUNTINGTON: un esempio di carattere raro dominante.


Un esempio di carattere raro ereditario è rappresentato da una malattia nota come corea di Huntington. Tale malattia si manifesta in individui di mezza età, che lentamente si ammalano sia mentalmente che fisicamente. La malattia è causata da una progressiva morte delle cellule neuronali e i sintomi sono la degenerazione intelletuale, movimenti irregolari di tipo spastico. Se in un genitore si manifestano i sintomi della malattia nel 50% dei casi i figli hanno la possibilità di svilupparla, purchè vivano fino all'età adulta.
La corea di Huntington tende ad insorgere in tarda età, viene definita per tale motivo una malattia ad insorgenza tadiva. La corea di Huntington è un esempio di caratere raro dominante. Avevo accennato alcune caratteristiche in questo post tempo fa.
La corea di Huntigton è una malattia monogenica, cioè è causata da una mutazione a carico di un singolo gene. Colpisce il sistema nervoso e causa una degenerazione (morte) dei neuroni, come accennato compare in tarda età, verso i 35/45 anni e tende a rimanere silente fino a quell'età. Ciò non costituisce una regola assoluta, chi è portatore dell'allele difettivo può manifestare la malattia anche in età molto avanzata o a partire dall'infanzia.
Fenotipicamente la malattia si manifesta con stati graduali e progressivi di demenza  e altre anomalie di carattere neuronale (smorfie bizzarre, l'individuo diventa sempre più distratto, si manifesta perdita di memoria ecc.) Inoltre l'individuo tende ad effettuare movimenti involontari quasi danzanti.
La mutazione avviene a carico di un gene noto come huntingtina (HD) che si trova sul cromosoma 4. La mutazione è dominante e quindi anche l'eterozigosità comporta la presenza del fenotipo mutato.
La mutazione del gene dell'huntingtina è d tipo dinamico, un tipo di mutazione che è determinata dall'amplificazione di una tripletta di CAG in una regione codificante. Sono le stesse mutazioni della sindrome dell'X-fragile, solo che in questo caso le ripetizioni della tripletta di CAG si trovano in una regione non codificante (5'-UTR).
Le mutazioni dinamiche sono mutazioni dovute all'espansione o amplificazione di una tripletta di CAG o CGG in una regione codificante o non codificante (5'-UTR oppure 3'-UTR). Le espansioni delle triplette in geni diversi sono responsabili di numerose patologie, cioè procovano malattie genetiche di diverso tipo. Questo ripo di mutazioni determina un cambiamento nella lunghezza del gene . L'aumento del numero di triplette in zone codficanti. ha come effetto una proteina modifciata nel numero di amminoacidi con conseguenti ripercussioni sulla struttura e funzionalità della proteina codificata dal gene.
La tripletta CGG codifica per l'amminoacido glutammina. La gravità delle manifestazioni fenotipiche è direttamente proporzionale al numero di triplette CAG, cioè la gravità aumenta all'aumentare delle triplette.
Sotto ho riportato un esempio (ho dovuto disegnare di nuovo non ho trovato immagini spero si capisca bene) di come avviene la mutazione nel gene dell huntingtina (HD).

Le mutazioni dinamiche.
Questo tipo di mutazioni sono provocate dall'instabilità di un tratto di DNA in cui il numero delle triplette di CAG tende ad aumentare nella trasmissione da una generazione all'altra. Sono mutazioni dovute all'espansione o all'amplificazione di una tripletta di CAG in una regione codificante o non codificante.
Le triplette di CAG sono le protagoniste principali di questo tipo di mutazione, sono caratterizzate da un espansione dei microsatelliti in questione (cioè queste triplette sono già ripetute in tandem) tale tipo di mutazione causa una ulteriore espansione del numero di tali triplette oltre determinati limiti, ciò comporta una espansione della sequenza, da cui il nome di mutazione dinamica.
Sono un elemento di instabilità genetica veramente insolito, infatti costituiscono un paradosso della genetica classica. Secondo la genetica classica una mutazione in genere è un evento che modifica un gene introducendo un nuovo allele, di conseguenza il gene in questione se verrà trasmesso sarà invariato, a meno di nuove mutazioni alleliche.

Come avviene l'amplificazione delle triplette di CAG?
L'espansione di tali sequenze nucleotidiche può essere dovuta a due motivi principali:
1) errori compiuti dalla DNA polimerasi
2) Errori di ricombinazione in meiosi.

In individui che presentano nella copia del gene un certo numero di ripetzioni in tandem della tripletta di CAG, quando la DNA polimerasi va a duplicare il DNA in quella regione può fare degli errori di replicazione
 Questi errori sono dovuti proprio alla elevata quantità di triplette di CAG. Le citosine e le guanine del filamento possono formare durante l'appaiamento delle basi delle strutture a stelo e ad ansa (Stem and Loop) che comportano un vero e proprio slittamento del filamento di DNA. Le conseguenze possono essere due:
1) Aumento delle triplette di CAG.
se si ha la formazione di uno stem o di un loop nel filamento nascente, una tripletta sarà replicata due volte. Dopo la replicazione il secondo codone sarà presente due volte.



2) Diminuzione delle triplette di CAG.
se si ha la formazione di uno stem o loop nel filamento stampo, una tripletta di CAG non sarà replicata. Dopo la replicazione ci sarà un codone in meno nel filamento di nuova sintesi.



In queste zone ricche di triplette di citosina e guanina la DNA polimerasi tende a rallentare perchè replicando gli stessi codoni la quantità dei nucleotidi necessari si abbassa. Ciò comporta continue interruzioni della replicazione del DNA dovute alla mancanza dei residui nucleotidici, in quanto per la sintesi del DNA vi è bisogno di quantità equimolari di nucleotidi (1:1:1:1). Durante la replicazione del DNA i filamenti vengono disappaiati e l'interruzione della sintesi può favorire la formazione di strutture ad ansa che possono provocare uno slittamento della polimerasi durante la sintesi del DNA.

Errori nella ricombinazione del DNA.
In individui che già presentano una espansione considerevole delle triplette di CAG, ma che non manifestano il fenotipo (ed hanno circa 9-30 ripetizioni), si può verificare una ricombinazione (crossing over) sbilanciata nella linea germinale, e ciò può portare alla formazione di cromosomi 4 con triplette CAG aumentate e cromosomi 4 con triplette CAG diminuite. L'espansione dl chr 4 con triplette espanse. può far manifestare la malattia nella progenie. Solo un processo raro come un crossing over ineuale può far ridurre il numero di triplette CAG nella generazione successiva.

Se analizziamo un pedigree di un individuo affetto da corea di huntington notiamo che nelle generazioni precedenti le ripetizioni della tripletta di CAG diminuiscono, man mano che si analizzano le generazioni via via precedenti. Quindi in una gamiglia il numero delle triplette di CAG aumenta progressivamente nella generazione successiva di conseguenza aumenta così il rischio di manifestazione della malattia.
Sotto (spero che si capisca bene) è disegnato un pedigree. In esso tutti gli individui rappresentati dai simboli aperti sono omozigoti per l'allele normale recessivo HD+.  Tra i 14 figli nati da un incrocio tra consanguigni il test del DNA mostra che alcuni sono HDHD, altri HDHD+ ed altri ancora HD+HD+.
I figli dei genitori colpiti dalla corea di huntington avranno il 50% di possibilità di ereditare l'allele difettivo ed uno dei propri figli malato. Sono stati elaborati vari metodi per prevedere se un individuo è portatore o no dell'allele HD. Molte persone a rischio si servono del test per decidere se avere figli o meno. Se l'individuo il cui genitore ha avuto la malattia non risultasse portatore dell'allele difettivo, non avrebbe alcuna possibilità di sviluppare e trasmettere la malattia.



Meccanismo della malattia.
Tutte le caratteristiche riportabili alla malattia si possono riportare ad alterazioni del gene HD (huntingtina) localizzato sul cromosoma 4
Come accennato precedentemente, l'espansione del tratto di CAG all'interno della sequenza codificante determina la produzione di proteine carattarizzate da tratti di poli glutammina molto lunghi.
I tratti di poliglutammina sono tossici per i neuroni  perchè formano aggregati nucleari attraverso meccanismi sconosciuti che portano alla morte cellulare. Normalmente la proteina huntingtina è un fattore antiapoptotico cioè impedisce l'apoptosi nelle cellule neuronali. Il numero di ripetizioni che vanno oltre il limite di tolleranza (40-121) dela tripletta di CAG nel gene HD determina un cambio della forma nella forma della proteina e nella sua funzionalità. La glutammina sarà presente tante quante volte sarà ripetuta la tripletta di CAG e causerà un ripiegamento diverso dal normale.
La proteina alterata sarà in grado di interagire con altre proteine con le quali la forma normale normalmente non interagisce. In particolar modo si ritiene che nei neuroni una proteasi tagli la HD mutata in due. Una delle due parti entra nel nucleo. Man mano che i pezzi di HD mutati entrano nel nucleo esse si accumulano aggregandosi tra di loro e portando alla morte cellulare. Non è chiaro fino a che punto tali agglomerati siano direttamente responsabili della morte cellulare.
Altre caratteristiche della corea di Huntington sono:

Espressività variabile.
La malattia si manifesta in modo diverso tra individui con lo stesso genotipo cioè lo stesso gene mutato può dare fenotipo differenti.
Inoltre il gene dell'huntingtina presenta due forme:
Forma rigida: quando l'amplificazione della tripletta del gene di generazione in generazione è sempre identica e l'espressività è costante (rigida).
Forma cronica: si verifica nella maggior parte dei casi, quando l'amplificazione della tripletta del gene di generzazione in generazione tende ad aumentare e a determinare variazione nell'espressività.

Anticipazione.
All'aumentare del numero delle triplette l'età di comparsa della malattia è sempre anticipata e poichè il numero delle triplette aumenta di generazione in generazione, nelle generazioni successive la malattia avrà un eordio sempre più precoce. Inoltre all'aumentare del numero del triplette aumenta la gravità delle manfestazioni fenotipiche nelle generazioni successive.

1 commento:

  1. Ciao Marco,potresti creare un post su Thomas Hunt Morgan ( e quindi la sua importanza nell'ambito della genetica classica,grazie alla teoria cromosomica dell'eredità)?
    Grazie!

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