Curs Genetica Amg An1

GENETICA UMANĂ ŞI IMPORTANŢA EI ÎN MEDICINA MODERNĂ

A. CONŢINUTUL GENETICII UMANE

1. GENETICA ŞTIINŢA EREDITĂŢII ŞI VARIABILITĂŢII

2. GENETICA UMANĂ - DISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂ, CLINICĂ ŞI MEDICO-SOCIALĂ.

A. CONŢINUTUL GENETICII UMANE GENETICA ŞTIINŢA EREDITĂŢII ŞI VARIABILITĂŢII

EREDITATEA

proprietatea unui individ de a transmite la urmaşi caracterele personale precum şi cele ale speciei sale.

Se transmit informaţiile pentru realizarea caracterelor.

Ereditatea = proces informaţional care presupune stocarea, expresia şi transmiterea informaţiei necesare pentru realizarea caracterelor unui individ.

Ereditatea este o FUNCŢIE.


Substratul molecular al eredităţii:

acidul deoxi-ribonucleic (ADN)

3 funcţii majore.

deţine informaţia ereditară .

exprimă informaţia ereditară .

transmite informaţia ereditară .


ADN deţine informaţia ereditară

macropolimer de nucleotide

codificată - unitate de cod:

CODON (3 nucleotide învecinate) ↔ AMINOACID

GENOM = totalitatea informaţiei din ADN.

GENA = unitatea de informaţie ereditară

"o genă un caracter "

MUTAŢIE (modificare a structurii genice) variantă genică normală sau anormală.

Mutaţiile = cauze majore de boală sau predispoziţie la boală


ADN deţine informaţia ereditară

ADN + proteine → cromosomi (= fibre de cromatină)

cromosomi – substratul morfologic al eredităţii;

în celulele somatice → 46 de cromosomi (2n= număr diploid);

în celulele sexuale → 23 de cromosomi (n= număr haploid).

cromosom = succesiune caracteristică de gene


ADN exprimă informaţia ereditară

Transcripţie + Translaţie

Transcripţie - copierea informaţiei genetice corespunzătoare unei gene → moleculă de ARNm (mesager):

Translaţie – decodificarea informaţiei genetice dintr-o moleculă de ARNm → secvenţă peptidică


VARIABILITATEA

fenomenele care produc diferenţele genetice dintre indivizii unei populaţii, precum şi între populaţii diferite .

3 surse de variabilitate:

Recombinările genetice – fenomene normale în meioză şi fecundare.

Mutaţiile genetice – fenomene anormale în cursul diviziunilor celulare;

Migraţiile populaţionale


VARIABILITATEA

fiecare individ are o structură genetică unică şi specifică.

B. CONŢINUTUL GENETICII UMANE GENETICA UMANĂ – DISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂ, CLINICĂ ŞI MEDICO-SOCIALĂ

DISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂ

Genetica umană – disciplină fundamentală → studiul structurilor, mecanismele şi legile de bază ale eredităţii.

Ereditatea controlează toate procesele vieţii → genetica umană baza medicinii moderne.


DISCIPLINĂ CLINICĂ

Genetica umană → genetica medicală

relaţia ereditate ↔boală - importanţa mutaţiilor în producerea bolilor sau predispoziţiei la boli.

Genetica medicală - specialitate distinctă:

diagnosticul şi îngrijirea pacienţilor cu boli genetice;

îngrijirea familiilor bolnavilor prin:

sfat genetic,

diagnostic prenatal,

screening neonatal

diagnostic presimptomatic.

Importanţă în asistenţa medicală a populaţiei → păstrarea stării de sănătate a generaţiilor viitoare.


DISCIPLINĂ MEDICO-SOCIALĂ

bolile genetice = problemă majoră de sănătate publică:

afectează peste 5% din nou-născuţi,

interesează orice ORGAN si orice VÂRSTA

boli cronice şi invalidante,

cheltuieli importante de asistenţă medicală şi socială

pot fi prevenite → genetica comunitară.

B. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIUL

1. INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI BIOLOGICĂ.

2. DETERMINISMUL CARACTERELOR FENOTIPICE .

B. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIUL INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI BIOLOGICĂ

INDIVIDUALITATEA GENETICĂ

totalitatea informaţiei genetice a unui individ = GENOTIP = 2n cromosomi.

genotipul se formează în timpul fecundării:

n crs (ovul) + n crs (spermatozoid) = 2n crs (zigot) → COMBINAŢIE GENETICĂ NOUĂ, UNICĂ, CONSTANTĂ ŞI IREPETABILĂ

genotipul → programul ontogenetic:

succesiune de etape de dezvoltare prestabilite exact, diferite calitativ şi precis delimitate temporal

B. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIUL INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI BIOLOGICĂ

INDIVIDUALITATEA BIOLOGICĂ

FENOTIP

ansamblul unic de caractere specifice, produse prin interacţiunea permanentă şi în proporţii diferite dintre genotip şi mediu

B. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIUL DETERMINISMUL CARACTERELOR FENOTIPICE

Caractere fenotipice:

ereditare (factori genetici);

multifactoriale (factori genetici + de mediu);

ecologice (factori de mediu).



CARACTERE EREDITARE NORMALE

determinate monogenic,

transmise mendelian;

>30 sisteme grupale:

grupe sanguine (ABO, Rh, MN, etc.),

grupe serice (haptoglobine, transferine, ş.a.),

grupe enzimtice (fosfatază acidă, etc.),

grupe tisulare (antigenele HLA);

majoritatea polimorfe → > variante în populaţie:

pentru sistemul de grup sanguin ABO → grupe A, B, AB şi O;

fiecare individ posedă

numai o anumită variantă dintr-un sistem;

o combinaţie specifică de variante → unicat biologic


CARACTERE EREDITARE ANORMALE

determinate de mutaţii,

prezente la unii indivizi → BOLI GENETICE:

boli cromosomice (sindrom Down = trisomia 21 etc.),

boli monogenice (hemofilia ş.a.),

boli mitocondriale (atrofia optică Leber),

NB nu toate bolile genetice sunt ereditare

unele boli genetice pot fi influenţate de mediu → posibilităţi de profilaxie şi terapie

ex. fenilcetonuria (deficit de fenilalanil-hidroxilază) → retard mental sever;

eliminarea din alimentaţie a fenilalaninei → dezvoltare intelectuală normală


CARACTERE MULTIFACTORIALE

determinate de interacţiunea ereditate mediu

pot fi:

normale;

anormale.


CARACTERE MULTIFACTORIALE NORMALE

numeroase caractere normale:

talia;

greutatea;

inteligenţa;

tensiunea arterială;

contribuţia ereditară este poligenică;

genotipul determină:

un procent din caracter = HERITABILITATE;

limita maximă de dezvoltare a caracterului;

norme de reacţii la factorii de mediu.


CARACTERE MULTIFACTORIALE ANORMALE

boli multifactoriale (B)

tipuri:

anomaliile congenitale izolate – anencefalia, DSV;

bolile comune ale adultului – HTA, DZ;

boli prin mutaţii somatice – cancere, boli autoimune;

contribuţia ereditară este poligenică → au caracter familial, fără transmitere mendeliană;

genotipul → PREDISPOZIŢIE LA BOALĂ (PG);

B = PG + M → măsuri de profilaxie:

identificare persoanelor cu predispoziţie genetică;

evitarea factorilor nocivi de mediu


CARACTERE ECOLOGICE

agenţi fizici, chimici sau biologici → agresiuni → boli aparent negenetice.

efectele agresiunilor exogene influenţate de GENOTIP

mod specific de răspuns la agresiuni → ECOGENETICA

studiază variaţiile individuale determinate genetic la acţiunea factorilor externi;

alergenii, alcoolul, fumatul, infecţiile → efecte diferite la persoane diferite

manifestarea şi gravitatea îmbolnăvirilor → FARMACOGENETICA

studiază diferenţele genetice individuale în răspunsul organismelor la acţiunea medicamentelor;

medicamente oxidante → la persoane cu deficienţa în G6PD (asimptomatice) → anemie hemolitică

factorii de mediu → Fenocopii:

manifestări de boală similare cu boli genetice

importante în sfat genetic → riscuri de recurenţă diferite (ex., microcefalia).

DOGMA FUNDAMENTALĂ A GENETICII

GENOTIP FENOTIP

MEDIU

ADN ARNm PROTEINĂ

transmitere transcripţie translaţie

ereditară

ADN

Descifrarea structurii ADN

= singura cale pentru înţelegerea naturii şi funcţiei GENEI: stocarea, expresia şi transmiterea informaţiei genetice

STRUCTURA ADN

În anul 1962, James Watson şi Francis Crick au primit premiul Nobel

Modelul structurii ADN → universal valabil în lumea vie.

ADN devine nu numai esenţa geneticii ci şi un veritabil simbol

al vieţii *

şi al medicinii moleculare*

1. STRUCTURA PRIMARĂ ŞI SECUNDARĂ A ADN

1.1. STRUCTURA PRIMARĂ

ADN este un macro-polimer de dezoxiribonucleotide;

[P – 5dR1 - N]n

Polimerizarea nucleotidelor: legături covalente (puternice) 3’- 5’ fosfodiester*

Se formează o catenă (lanţ):

- continuă,

- lineară (neramificată!)

• o parte "constantă" (ax) → fosfo-glucidică şi

• o parte “variabilă” → bazele azotate *,

• polaritate 5’ →3’

• Această catenă = structura PRIMARĂ a ADN - ce deţine informaţia ereditară codificată

Informaţia genetică codificată = secvenţa (ordinea) nucleotidelor → determină ordinea aminoacizilor în proteine.

5'- ATGCCTAGATCA - 3'

aa1- aa2-aa3- aa4

“alfabet nucleic” = patru "litere": A, T, G, C

"cuvinte" de trei litere = triplet sau codon → aminoacid ATG → Met

asamblate într-o "frază" = o genă = unitatea de informaţie genetică; secvenţa nucleotide → secvenţa AA în proteină.

ATG TGT AAA CCA Met cis lys pro

Sensul de "citire" al informaţiei genetice este determinat de polaritatea 5' 3' a catenei de ADN

5'- ATGCCTAGATCA - 3'

aa1- aa2 -aa3-aa4

Informaţia genetică

Mutaţia genei → substituţia unui nucleotid → modificarea unui codon * → înlocuirea unui aminoacid → modificarea structurii şi funcţiei proteinei sintetizate.

ATG TGT AAA CCA ATG AGT AAA CCA Met cis lys pro Met ser lys pro

1.2. STRUCTURA SECUNDARĂ a ADN

două catene polinucleotidice,

legate între ele prin bazele azotate,

în mod complementar :

• b. purin. – b. pirimid.

• A − T şi G − C *

cele două catene sunt strict codeterminate.

De exemplu:

5'-ACGTCAG-3‘

3'-TGCAGTC-5‘ *

Legea complementarităţii bazelor explică mecanismele prin care se realizează funcţiile genetice ale ADN :

• transcripţia,

• replicarea,

• repararea leziunilor,

• recombinarea

Pentru aceste funcţii catenele se pot desface parţial → “matriţe” → pt sinteza unor noi molecule complementare (ARNm sau ADN).

catenele ADN sunt antiparalele (↓↑)

catenele ADN se înfăşoară plectonemic → dublă spirală elicoidală coaxială - dextrogiră .

Structura ADN este perfect regulată ! (Ø 2 nm; pas=3,4nm)

Două şanţuri laterale: mic (←histone) şi mare (← proteine reglatoare)

În condiţii fiziologice - molecula ADN are o mare stabilitate metabolică.

1.3. Denaturarea şi hibridizarea ADN

În condiţii experimentale (tratare termică sau chimică) → ruperea (desfacerea) legăturilor de hidrogen = denaturare→ monocatene *.

• monocatenele de ADN răcite lent se pot reasocia pe baza complementarităţii = renaturare sau hibridizare.

• răcire bruscă – monocatene separate

DENATURAREA ŞI HIBRIDIZAREA ADN

Monocatenele ADN separate se pot uni , pe bază de complementaritate, cu alte monocatene de ADN sau ARN – formând hibrizi moleculari;

HM folosiţi în diagnostic şi tratament:

• hibridizare între o monocatenă de ADN nativ şi o "sondă“ de ADN (secvenţă de ADN obţinută artificial) ce corespunde unei gene, marcată fluorescent:

- hibridizarea sondei → prezenţa semnalului → prezenţa genei;

- absenţa semnal = deleţia genei

B. STRUCTURA GENOMULUI UMAN

Genomul uman (GU) =

– conţinutul ADN celular sau

– ansamblul integrat al celor 25 de molecule diferite de ADN (24 în nucleu: 22 autosomi+X+Y şi 1 în mitocondrii), = 3,2 miliarde de pb

GU = un genom nuclear (complex, 99,5% ADN) + un genom mitocondrial (simplu şi mic, 0,5%).

1. PROIECTUL GENOM UMAN (1990 – 2005)

Obiectivele majore ale PGU:

• descifrarea secvenţei nucleotidice şi structurii GU (“harta genetică” a omului),

• identificarea genelor umane →(„cartea vieţii”).

PROIECTUL GENOM UMAN (1900 – 2005)

februarie 2001:

schiţa iniţială a GU,

octombrie 2004:

versiunea finisată,

de înaltă precizie, a secvenţei nucleotidice aproape complete a GU

(2,85 miliarde de pb sau ~ 99% din eucromatină).

GENOMICĂ STRUCTURALĂ( patru comentarii majore)

1. Numărul genelor umane este surprinzător de mic (~25.000).

Reprezintă mai puţin de ... 5 % din GU

Genele sunt distribuite inegal între şi în interiorul cromozomilor

Cine face diferenţa dintre OM şi alte specii * ?

Poziţia genelor în genom

Structura mai complexă (modulară) a genelor şi proteinelor.

Modul în care “lucrează” genele (mai intens, mai complex);

GENOMICĂ STRUCTURALĂ

2. Genomul a două persoane neînrudite, din populaţii diferite, are în comun 99,9% din secvenţele nu-cleotidice din ADN.

Ce deosebeşte atunci un om de altul, făcându-ne pe fiecare dintre noi UNIC?

diferenţa de 0,1% (3 mil pb) = POLIMORFISM INDIVIDUAL →

POLIMORFISMUL INDIVIDUAL al ADNO,1 % din genom = 3 milioane pb.

Această mică parte din genom este alcătuită din diferite secvenţe polimorfice de ADN:

CNP: “copy number repeats” = secvenţe mari de ADN

MINISATELIŢII HIPERVARIABILI: secvenţe foarte scurte (14-65 pb),

SNPs ( single nucleotid polymorphism) 1 pb la fiecare 1000 pb (în total 1,4 miliarde)

Numărul, secvenţa şi poziţia acestor markeri polimorfici sunt caracteristice fiecărui individ

POLIMORFISMUL INDIVIDUAL al ADNO,1 % din genom = 3 milioane pb.

Markerii genetici individuali determină

(dar încă nu ştim cum):

răspunsul la agresiuni (boală), predispoziţia / vulnerabilitatea la boală;

efectele medicamentelor (farmacogenomica)

coordonarea fizică, abilităţile, memoria, creativitatea

GENOMICĂ STRUCTURALĂ (1900-2005)

3. Descifrarea secvenţei GU şi identificarea genelor – nu explică:

cum este structurată şi funcţionează o fiinţă umană;

rolul genelor în starea de sănătate şi boală.

Ce se va întâmpla în epoca postgenomică (2006→?) ?

se va stabili funcţia precisă a fiecărei gene (“adnotare funcţională”)

Se vor descifra relaţiile funcţionale dintre gene:

la nivelul trasnscripţiei (“transcriptom”)

la nivelul proteinelor (“proteom”)

4. Care vor fi consecinţele descifrării GU asupra medicinii clinice ?

“...publicarea schiţei GU va schimba cu siguranţă practica medicală în următoarele decenii;

medicina genomică va transforma profund medicina clinică”

(“Getting Ready for Gene-based Medecine” –

H. Varmus, N.Engl.J.Med, 2002)

Medicina genomică (moleculară)

PRECIZĂRI:

1. Transformările potenţiale ale practicii clinice se vor face TREPTAT, vor fi lente dar profunde.

2. Vom traversa o perioadă de TRANZIŢIE ce implică două categorii de acţiuni:

a) îmbunătăţirea “trainingului” medical → să fim pregătiţi să înţelegem şi aplicăm medicina genomică.

“... În stadiul actual avem nevoie de cunoştinţe, vocabular şi, mai ales, de un concept larg despre rolul genomicii pentru a evita RISCUL DE A NU ÎNŢELEGE MEDICINA VIITOARE ”

(Dumont-Driscoll - 2002)

PRECIZĂRI:

b) Schimbarea treptată a gândirii clinice şi îngrijirii medicale

(3 concepte fundamentale):

în medicina clasică pe primul plan este BOALA ,

în medicina genomică important este BOLNAVUL

(medicina personalizată)

Se va trece de la diagnostic şi tratament → la predicţie şi profilaxie personalizată

– bazate pe susceptibilităţile genetice individuale;

“...păstrarea sănătăţii va deveni mai importantă decât tratarea bolii”.

B. STRUCTURA GENOMULUI UMAN

Genomul uman (GU) =

– conţinutul ADN celular sau

– ansamblul integrat al celor 25 de molecule diferite de ADN (24 în nucleu: 22 autosomi+X+Y şi 1 în mitocondrii), = 3,2 miliarde de pb

GU = un genom nuclear (complex, 99,5% ADN) + un genom mitocondrial (simplu şi mic, 0,5%).

2. STRUCTURA GENOMULUI UMAN

2.1. GENOMUL NUCLEAR

Enorm (3,2 miliarde pb),

Fragmentat: (22A+X+Y) molecule de ADN + proteine → cromozomi

Complex, heterogen:

• ADN nerepetitiv

• ADN moderat repetitiv

• ADN înalt repetitiv

ADN genic (25%) + ADN extragenic (75%)

2.1. Genomul nuclear a) ADN GENIC (25%)

Gena = unitatea de informaţie genetică →

codifică un produs primar specific (proteine sau ARN)

Structura genelor este foarte complexă - ADN genic:

ADN codant = exoni (10%)

ADN necodant (90%) = introni, secvenţe reglare, gene nefuncţionale (pseudogene) sau fragmente de gene

b) ADN EXTRAGENIC (75%)

Secvenţe netrasncrise (necodante);

Funcţii puţin cunoscute:

- rol “tampon” a mutaţiilor;

- împerecherea corectă a cromozomilor omologi în meioză şi schimbul egal (CO) de segmente cromozomiale → recombinare genică – sursă de variabilitate !!!.

Alcătuit din:

ADN nerepetitiv = secvenţe unice sau un nr mic de copii (60%)

ADN repetitiv (40%).

(1) ADN EXTRAGENIC NEREPETITIV (60%)

SECVENŢELE UNICE sau

SECVENŢE ÎNTR-UN NR MIC DE COPII

DUPLICAŢII SEGMENTALE (5% GU) – blocuri (~10Kb) ce flanchează genele (pe acelaşi cromozom) ;

rol în sinapsa corectă a omologilor in meioză * .

Importanţă:

fiind identice - pot genera erori de împerechere a cromozomilor omologi → CO inegal → mutaţii: duplicaţii /deleţii genice → BOLI GENOMICE

(2) ADN EXTRAGENIC REPETITIV (40%)

ADN moderat repetitiv (~30%): secvenţe scurte repetate de sute de mii de ori, dispersate în genom

(ex SINEs şi LINEs)

ADN înalt repetitiv (~10%): secvenţe foarte scurte, repetate în tandem →→→, de milioane de ori; 3 tipuri:

ADN satelit

(blocuri HCRT la centromer, telomere, CS) = rol structural;

ADN minisatelit

(minisateliţi hipervariabili), dispersat în toţi cromozomii = markeri genetici individuali = folosiţi în “amprenta genetică”

ADN microsatelit

3. GENOMUL MITOCONDRIAL

ADNmt – câteva mii de copii per celulă = 0,5%

Genomul mitocondrial diferă de genomul nuclear:

• mic (16.569 pb);

• circular;

• neasociat cu proteine;

• fără ADN repetitiv;

• compact: 97%=secvenţe codante

• 37 de gene:

• contigue,

• fără introni.

• Codul genetic mitocondrial diferă puţin de cel nuclear

GENOMUL MITOCONDRIAL

Genomul mitocondrial al zigotului provine, prin ovul, exclusiv de la mamă.

ADNmt poate suferi mutaţii germinale sau somatice

Mutaţiile germinale produc o serie de boli degenerative în SNC, SNP, muşchi, etc,

care se transmit maternal:

• de la mamă la toţi descendenţii;

• bărbaţii bolnavi nu transmit boala

ADNmt poate suferi mutaţii somatice, după naştere:

produse de radicalii liberi de O2

(generaţi în mitocondrii);

favorizate de structura ADNmit

(absenţa histonelor; densitate mare de gene; etc)

Mutaţiile se acumulează rapid datorită absenţei mecanismelor de reparare

Determină scăderea producţiei de energie → boli degenerative, cancer şi senescenţă

1. APARATUL GENETIC AL CELULEI(v. LP 1)

APARATUL GENETIC:

structurile celulare care conţin ADN:

nucleul + mitocondriile

(1). NUCLEUL → 99,5% ADN

ADN + proteine → (fibre) CROMATINĂ ↓↑

CROMOZOMI.

Cromatina şi cromozomii = două modalităţi diferite de organizare morfo - funcţionlă a materialului genetic în inetrfază şi diviziune.

(2). MITOCONDRIILE → 0.5% ADN,

origine exclusiv maternă.

2. CROMATINA (v. LP )2.1. EUCROMATINA ŞI HETEROCROMATINA

EUCROMATINA ŞI HETEROCROMATINA (v. LP )

HETEROCROMATINA:

constitutivă – constantă în structura cromozomilor:

benzi G, benzi C (cen, Yq, p A, CS)

facultativă – diferită în celule / organisme diferite

(hetrocromatinizarea o formă de reglaj genic)

ex., cromatina sexuală

2.2. CROMATINA SEXUALĂ (v. LP )

CROMATINA SEXUALĂ - definiţie:

un corpuscul de HCRT,

cu particularităţi morfologice bine definite,

care permite identificare NR cromozomilor sexuali→

- determinarea sexului genetic (XX sau XY);

- anomaliile cromozomilor sexuali (XO, XXX, XXY).

La femeie: cromatina X (corpusculul Barr)

La bărbat: cromatina Y (corpusculul F)

ORIGINEA CROMATINEI SEXUALE

CROMATINA X:

rezultă prin inactivarea unui cromozom X (la femeile XX) → va forma (prin heterocromatinizare) corpusculul Barr

Ipoteza Lyon (1961):

(1) inactivarea cromozomului X este totală; ambele sexe

→ un singur X activ.

(corect = parţială* →regiuni/gene active în ambii cromozomi X)

(2) se produce precoce (i.u) şi este definitivă ;

(posibil = uneori reversibilă)

(3) are loc la întâmplare (XM sau XP) şi independent în fiecare celulă

(posibil = uneori ne întâmplătoare)

Numărul c. Barr = suma cromozomilor X inactivi (numărul cromozomilor X = nr. c. Barr + 1)

CROMATINA SEXUALĂ

CROMATINA Y:

reprezintă heterocromatina de pe 2/3 distale braţ lung

cromozom Y

(colorată cu flurocromi – ex., quinacrină – şi vizibilă

la microscop UV ca un corpuscul fluorescent )

corpuscul F)

exclusiv la barbati

Nr. corpusculi F = nr. cromozomi Y

ex., bărbaţii XYY au 2 corpusculi F

2.3. STRUCTURA SUPRAMOLECULARĂ A CROMATINEI

Analiza cromatinei la microscopul electronic evidenţiază un sistem ierarhizat de compactare a moleculei de ADN → fibre de cromatină,

de dimensiuni diferite,

alcătuite din ADN, histone şi proteine nehistonice.

1) Filamentul cu nucleozomi (10nm)

Un segment de ADN (146 pb)

- se înfăşoară (1 tur şi 3/4)

- în jurul unui "miez" histonic, cilindric (8 mol.) → un NUCLEOZOM.

Nucleosomii → legaţi printr-un segment de ADN liniar (60 p.b.) → FILAMENTUL CU NUCLEOZOMI

(~ "şirag de mărgele").

FN - menţinut împachetat de către histona H1, ce leagă doi nucleozomi vecini.

Rată de "compactare" a ADN nativ este de circa 10:1

2) Fibra de cromatină (30nm)

Filamentul cu nucleozomi se spiralizează în solenoid → fibra de cromatină (FC) (30 nm)

Rată de "compactare" a filamentului cu nucleozomi este de circa 5:1

3) Fibra pliată în bucle laterale (300 nm)

FC (30 nm) se pliază în bucle laterale ataşate la un “schelet” de proteine nonhistoince → FPBL = 300nm

O buclă (domeniu crs) – de ~75Kb – câteva gene = unitate funcţională (de transcripţie şi replicare).

Rată de "compactare" este de circa 10:1

4) Cromozomul metafazic (300 nm)

În profază fibra de cromatină se condensează (20:1) → cromatida (700 nm) unui cromozom

Cromozomii – grad maxim de condensare în metafaza diviziunii

STRUCTURA SUPRAMOLECULARĂ A CROMATINEIsinteză

ADN FILAMENT F I B R A F I B R A CROMATIDA

CU DE PLIATĂ ← UNUI

NUCLEOSOMI CROMATINĂ ÎN BUCLE CROMOZOM

INTERFAZA DIVIZIUNE

Fiecare cromatidă are o singură moleculă de ADN

organizată în mai multe structuri succesive şi ierarhizate,

compactată de ~ 10.000 ori, pentru a face posibilă:

• localizarea în nucleu

• distribuţia corectă a materialului genetic în diviziune

STRUCTURA SUPRAMOLECULARĂ A CROMATINEISinteză

Buclele fibrei de 300 nm se fixează neregulat de scheletul proteic:

zone cu mici aglomerări = cromomere

zone mai laxe

Prin condensarea cromatidei în profază,

cromomerele se unesc şi formează benzi intens condensate şi colorate (benzi G + = heterocromatină)

care alternează cu benzi mai puţin condensate şi mai clare

(benzi R + = eucromatină).

STRUCTURA SUPRAMOLECULARĂ A CROMATINEI

Sinteză

Fiecare cromozom are o structură internă

eterogenă

caracteristică

(permite identificarea lui

precisă)

3. CROMOZOMII UMANI

CROMOZOMI = organite nucleare care fixează intens coloranţi bazici

(“chroma” + “soma”)

Funcţii:

Transportă + distribuie materialul genetic în cursul diviziunii → stabilitatea proceselor ereditare.

Asigură recombinarea genetică în meioză

3.1. MORFOLOGIA CROMOZOMILOR UMANIa). Elemente comune tuturor cromozomilor:

(1) COMATIDELE

- Crz = bicromatidian← după replicare;

- Cromatidele surori ≡ 1 moleculă de ADN + Pr

a). Elemente comune tuturor cromozomilor

(2) CENTROMERUL

locul de ataşare a cromatidele surori (prin proteina ISS)

unic → constricţie primară

împarte cromatidele în braţele “p” şi “q”

poziţie fixă – determinată de o secvenţă ADN repetitiv (ADN satelit) identică la toţi cromozomii) + ADN specific fiecărui cromozom;

cromozomi M, SM, A


(2) CENTROMERUL

Rol esenţial pentru SEGREGAREA cromozomilor din cursul diviziunii celulare:

La ADN cen se fixează proteine CENP = kinetocorii → locul de fixare a filamentelor fus de diviziune → ce vor tracta cromatidele la poli (în anafază)


(3) TELOMERELE = structuri specializate, formate din ADN repetitiv + proteine asociate, care “acoperă” şi protejează capetele cromozomilor.

Funcţii:

menţinerea integrităţii structurale;

asigurarea replicării complete;

poziţionare cromozomilor omologi în nucleu

b). Elemente caracteristice unor cromozomi

(1) SATELIŢII = mase mici de heterocromatină ataşate pe braţele scurte ale cromozomilor acrocentrici (exceptând Y) = variante normale

(2) CONSTRICŢIILE SECUNDARE= blocuri de heterocromatină situate pe 1q, 9q, 16q – lângă centromer = variante normale

(3) SITUSURILE FRAGILE = lacune necolorate pe cromatidele unor cromozomi. Majoritatea = variante normale; excepţie fra Xq27 asociat cu retard mintal

= Sdr. X fragil (RMLX-1:4000 nn)

c). Elemente specifice fiecărui cromozom: BENZILE

Prin diferite tratament – se observă pe cromozomii metafazici o serie continuă de benzi longitudinale,

- unele intens colorate (benzi G)

- ce alternează cu benzi slab colorate (benzi R)

c). Elemente specifice fiecărui cromozom: BENZILE

Benzile reflectă structura internă, heterogenă, a cromozomilor.

Fiecare cromozom – are un model caracteristic de benzi → identificarea sa precisă.

3.2. TEHNICI DE ANALIZĂ CROMOZOMIALĂ(v LP)

a). Principiile metodelor (!!!)

(1) Obţinerea de celule în diviziune :

Culturi celulare: limfocite, fibroblaste, celule fetale (← amniocenteză);

- 0,5 ml sânge periferic (recoltat steril, pe heparină) → mediu cultură cu PHA (stimulează diviziunile) → 72 ore

Ţesuturi care se divid activ: măduvă osoasă (← punvţie medulară), trofoblast (← placentocenteză);

(1) Obţinerea de celule în metafază: blocare cu colchicină

(2) Obţinerea preparatelor: hipotonizare, fixare, etalare pe lame, colorare, ± tehici de marcaj în benzi.

(3) Analiza preparatelor* → cariotip

EVOLUŢIA TEHNICILOR DE ANALIZĂ CROMOZOMIALĂ (v LP)

(1) TEHNICI DE GENERAŢIA I (1956)

- cromozomi uniform coloraţi;

- identificare imprecisă *

(2) TEHNICI DE GENERAŢIA II

(1970)

- marcaj în benzi G sau R cromozomi metafazici

(400 benzi);

- identificare precisă

TEHNICI DE ANALIZĂ CROMOZOMIALĂ (v LP)

(3) TEHNICI DE

GENERAŢIA III (1977)

- Înaltă rezoluţie: cromozomi

pro-matafazici

(550 benzi) sau

profazici

(850 benzi)

- o bandă = 3-5 Mb

TEHNICI DE ANALIZĂ CROMOZOMIALĂ (v LP)

(4) TEHNICI DE GENERAŢIA IV (1991)

- citogenetică moleculară

- FISH metafazic

- se pot identifica f. precis remanierile cromozomiale şi microdeleţiile

- FISH interfazic

Ce este FISH ?tehnică de analiză cromosomică

F fluorescence

I in

S situ

H hybridization

AVANTAJELE TEHNICII FISH

SENSIBILITATE ŞI SPECIFICITATE CRESCUTE

TIMPUL SCURT DE OBŢINERE A REZULTATELOR DEFINITIVE;

POSIBILITATEA ANALIZEI DE CELULE ÎN DIVIZIUNE SAU INTERFAZĂ

REZOLUŢIE MARE (sonde de până la 40 kb)

Curs 2

STRUCTURA GENELOR

1. GENA - UNITATE DE STRUCTURĂ A MATERIALULUI GENETIC

GENA = un segment de cromozom,

precis delimitat,

continuu (indivizibil),

ocupă o poziţie fixă,

numită locus*

determină un anumit caracter

---------------------------

* Plural = loci

GENE ALELE. POLIALELIE

Un caracter (fenotip) va fi determinat de o pereche de gene alele (genotip*) situate în aceeaşi poziţie (locus) pe cromozomii omologi.

Genele alele segregă în meioză:

gameţii (haploizi) sunt “puri genetic” (posedă o singur alelă);

Genele alele situte pe o pereche de crz. omologi (ex., Dd) segeregă (în meioză) independent de genele alele situate pe altă pereche (ex., Mm) formându-se gameţi cu combinaţii genice diferite.

HOMOZIGOT. HETEROZIGOT. HEMIZIGOT

Genele alele (N sau A), ce ocupă loci omologi, pot fi :

identice (NN sau AA) → HOMOZIGOT

diferite (Na sau An) → HETEROZIGOT

( A1A2 ) → HETEROZIGOŢI COMPUŞI

La bărbaţii XY o genă “autozomală” de pe X nu are echivalent pe Y → genotip HEMIZIGOT (XaY)

DOMINANT. RECESIV. CODOMINANT

La heterozigoţi, genele alele diferite se pot manifesta fenotipic diferit, în funcţie de "forţa" lor de expresie.

Gena şi caracterul care se manifestă la heterozigoţi sunt numite dominante.

Na → caracter N

An → caracter A

Gena (a sau n) care NU se manifestă la heterozigoţi se numeşte recesivă;

ea se exprimă numai la homozigoţi (aa sau nn).

Dacă ambele gene alele se manifestă fenotipic la heterozigoţi → codominante

Genotip→Fenotip

A1A1 → A1

A1A2 → A1

A1 o → A1

B B → B

B o → B

A1B → A1B

A2B → A2B

2. FENOMENELE DE ÎNLĂNŢUIRE GENICĂ (LINKAGE) ŞI ÎNCRUCIŞARE CROMOZOMIALĂ (CROSSING-OVER)

Un cromozom = mai multe gene nealele

- situate în loci distincţi

- dispuse liniar ("în monom")

- determină caractere ≠

Prezenţa a două sau mai multe gene distincte pe acelaşi cromozom se numeşte SINTENIE.

a). ÎNLĂNŢUIREA GENICĂ (LINKAGE)

Genele nealele,

- situate foarte aproape una de alta pe acelaşi cromozom,

- nu segregă (nu se separă) în meioză şi

- se transmit împreună (“în bloc”) de la părinţi la descendenţi.

Acest fenomen se numeşte ÎNLĂNŢUIRE GENICĂ ("linkage")

Fenomenul de înlănţuire se referă la LOCI şi nu la alele.

Ex., locusul D (pentru o boală genetică) este înlănţuit cu un locus marker (ce are variantele alelice M şi m);

în unele familii alela D este înlănţuită cu alela M iar în altele D cu m.

ÎNLĂNŢUIREA GENICĂ (LINKAGE)

Genele dintr-o regiune cromozomială care se transmit împreună formează un grup de înlănţuire sau un HAPLOTIP.

DEZECHILIBRUL DE ÎNLĂNŢUIRE

Uneori o genă boală (B) se asociază mai frecvent cu o anumită alelă a locusului marker = asociere alelică preferenţială sau dezechilibru de înlănţuire

Ex.: 85% dintre bolnavii cu hemocromatoză ereditară (HE) din Europa au o mutaţie unică (în codonul 282 din gena HFE) care se asociază cu alela HLA A3

Explicaţie: cei mai mulţi bolnavi cu HE provin dintr-un strămoş comun (“efect de fondator”) care a avut gena mutantă asociată cu HLA A3

Hemocromatoza ereditară

Boală ereditară (AR) frecventă, 1:400

Absorbţie crescută de fier ce produce acumulare excesivă de fier în ficat (ciroză), cord (insuficienţă cardiacă), pancreas (diabet), piele (pigmentaţie bronzată), glande endocrine.

Gena HFE pe cromozomul 6p lângă gena HLA A

APLICAŢII PRACTICE A FENOMENULUI DE ÎNLĂNŢUIRE GENICĂ

Diagnosticul (prenatal sau presimptomatic) al unor boli genetice

prin studiul transmiterii unei gene marker , uşor de identificat, înlănţuită cu gena mutantă (gena boală)

Diagnosticul prenatal al unor boli genetice:

identificarea mutaţiei (aa) la făt → posibil dar presupune cunoaşterea prealabilă a mutaţiei la copilul bolnav; laborioasă şi scumpă

studiul transmiterii unei gene marker , uşor de identificat, înlănţuită cu gena mutantă (gena boală)

gena pentru enzima 21 hidroxilază (CYP21B) este localizată pe cromozomul 6p şi se transmite strâns înlănţuită cu gena B a complexului HLA (genă marker cu mai multe alele)

Transmiterea genei mutante pentru 21-hidroxilază într-o familie şi diagnosticul molecular al bolii (transmisă AR) se pot stabili prin analiza genei marker HLA-B, cu care gena mutantă este strâns înlănţuită.

Valoarea diagnostică a înlănţuirilor genice dintre un locus boală şi un locus marker a început să fie larg utilizată după 1980 prin folosirea markerilor ADN polimorfici .

b). ÎNCRUCIŞARE CROMOZOMIALĂ (CROSSING-OVER)

Înlănţuirea genică NU este un fenomen absolut → numai genele situate foarte aproape una de alta se transmit totdeauna împreună , înlănţuite.

Genele situate la distanţă una de alta, pe acelaşi cromozom pot fi separate prin fenomenul de încrucişare cromozomială sau crossing-over (în profaza meiozei primare).

ÎNCRUCIŞARE CROMOZOMIALĂ (CROSSING-OVER)

MECANISM CO:

- sinapsa (“genă la genă”) a cromozomilor omologi (în zigoten);

- încrucişarea cromatidelor (“chiasmă”);

- ruperea lor la locul de contact + schimb EGAL de gene

- rezultă o nouă dispoziţie a genelor parentale = RECOMBINARE GENICĂ OMOLOAGĂ.

Recombinarea genică omoloagă – SURSĂ IMPORTANTĂ DE VARIABILITATE.

CARACTERISTICILE CO:

Recombinările genice omologe, produse în meioză prin CO, sunt fenomene aleatorii şi imprevizibile;

frecvenţa de producere a CO între două gene/ loci este direct proporţională cu distanţa fizică dintre ele; aplicaţii – în cartografierea genică.

CO INEGAL:

împerechere greşită a unor secvenţe asemănătoare dar neomolage, situate pe cromosomii omologi → prin CO → schimbul inegal de segmente → deleţii şi duplicaţii genice.

RECOMBINARE OMOLOAGĂ NEALELICĂ → BOLI GENOMICE.

B. CONCEPŢIA ACTUALĂ DESPRE STRUCTURA GENEI

GENA = un ansamblu liniar de secvenţe nucleotidice de ADN necesar pentru a produce un produs funcţional: un polipeptid sau o moleculă de ARN

Gena este o unitate de transcripţie.

Genele :

segmente de ADN,

imprecis delimitate

divizibile = structură discontinuă

ocupă un locus distinct

1. ANATOMIA UNEI GENE CARE CODIFICĂ PROTEINE

prezintă o regiune centrală, transcrisă integral în ARN mesager precursor, numită "cadrul de lectură" al informaţiei genetice → necesară pentru sinteza proteinei;

flancată de două părţi laterale, ne transcrise, cu rolul de a regla expresia genei

ANATOMIA UNEI GENE CARE CODIFICĂ PROTEINE

REGIUNEA CENTRALĂ A GENEI

EXONII

secvenţe transcrise în pre ARNm şi păstrate în ARNm matur.

Regiuni codante pt anumite pătţi din proteină = domenii.


INTRONII

(secvenţe intercalante=IVS)

Secvenţe necodante

Transcrise iniţial în preARNm şi apoi decupate precis şi îndepărtate din ARNm matur, alcătuit numai din asamblarea exonilor (“matisare”)

încep cu 5’ GT şi sfârşesc cu AG 3’ – semnale pentru decuparea precisă*.

Rol puţin cunoscut → probabil în matisarea alternativă (selecţia anumitor exoni)


Regiunea centrală se termină cu o secvenţă 3’UTR necodantă ce conţine:

Unul din codonii stop (TAA; TAG, TGA)

Situsul de terminare al transcripţiei (AATAAA)

Situsul de poliadenilare – locul de desprindere a moleculei de ARNm sintetizată şi adăugare unui segment poliadenilic (rol în stabilitatea şi transportul ei din nucleu)


1.2. REGIUNILE LATERALE

Flanchează regiunea centrală (ORF)

Netranscrise

Rol de reglare a transcripţiei


a). Regiunea laterală 5'

(în amonte de ORF)

3 situsuri:

PROMOTOR

Situs de specificitate tisulară

Situs de modulare a activităţii genice

Serveşte la:

iniţierea transcripţiei

(fixarea ARN polimerazei)

reglarea anumitor gene în anumite ţesuturi (specificitate tisulară), în anumite stadii de dezvoltare (specificitate temporală) sau la anumite semnale / stimuli din mediu

(ex. hormoni)

Reglarea intensităţii transcripţiei

REGIUNEA LATERALĂ 5’

PROMOTORUL conţine mai multe elemente sau module pe care se ataşează proteine reglatoare (trans-activatoare) numite factori de transcripţie (TF II);

TF se fixează la miezul promotorului (TATA; CAAT; GC) şi are rolul să fixeze, să poziţioneze şi să activeze ARN polimeraza II, astfel ca transcripţia să înceapă exact la SIT, cu primul nucleotid (+1)

Alţi TF reglează specificitatea tisulară, răspunsul la semnale şi intensitatea transcripţiei

b. REGIUNEA LATERALĂ 3’

Regiunea laterală 3' - situată în aval de cadrul de lectură al genei.

o secvenţă netranscrisă, imprecis delimitată şi cunoscută,

rol structural şi funcţional.

În această regiune se găsesc secvenţe semnal care afectează procesarea, stabilitatea şi durata de viaţă a ARNm.

2. TIPURI DE GENE

2.1. Gene comune şi gene specifice

Gene comune - ubicuitare

(“housekeeping genes”)

Se exprimă în toate celulele.

Codifică proteine indispensabile funcţiilor celulare fundamentale.

Trasncripţie continuă, la nivel scăzut.

Gene specifice:

Expresie limitată spaţial (anumite ţesuturi / celule) sau temporal (anumite stadii)

Codifică proteine specifice

2.2. Gene unice şi familii de gene

Majoritatea genelor sunt unice, puţine sunt duplicate

Unele copii ale genelor unice sunt nefuncţionale (gene trunchiate; fragmente de gene; pseudogene)

Familii de gene:

Au o structură identică

Produc proteine asemănătoare

Au o origine comună (prin duplicaţia unei gene ancestrale

C. METODE DE CLONARE ŞI ANALIZĂ A GENELOR(TEHNOLOGIA ADN)

Până în 1970 genele erau entităţi materiale inaccesibile analizei directe :

dimensiuni foarte mici

imposibilitatea obţinerii unei cantităţi suficiente de material pentru studiu.

După 1970 s-au descoperit:

enzimele de restricţie, veritabile "bisturie" genetice, cu ajutorul cărora a devenit posibilă secţionarea ADN şi izolarea genelor*.

tehnici de amplificare unui fragment specific de ADN = clonarea genelor (celulară sau acelulară – PCR)**.

tehnici de analiză şi secvenţiere*

1. CLONAREA ADN

Clonarea ADN este amplificarea selectivă a unei gene sau fragment de ADN – prin multiple runde de replicare – care vor produce un număr mare de copii a fragmentului respectiv, ce vor permit analiza structurii şi funcţiei sale.

2 tipuri majore de clonare:

Celulară, in vivo, utilizează mecanismul natural de replicare a unor fragmente de ADN – obţinute prin diferite metode şi introduse cu ajutorul unor vectori (plasmide, bacteriofagi, cromozomi artificiali) în celule gazdă (bacterii, levuri)

Acelulară, in vitro, folosind o reacţie de plomerizare în lanţ (PCR)

1.1. OBŢINEREA UNOR GENE SAU FRAGMENTE DE ADN

Trei metode:

(1). Secţionarea ADN genomic, cu ajutorul enzimelor de restricţie;

Enzimele de restricţie (Pr. Nobel, 1978) – recunosc şi taie ADN la nivelul unor secvenţe nucleotidice specifice (“situsuri de restricţie”) producând fragmente de ADN cu capete adezive.

OBŢINEREA UNOR GENE SAU FRAGMENTE DE ADN

(2). Obţinerea de ADN complementar unei molecule de ARNm, cu ajutorul transcriptazei inverse

Transcriptaza inversă (Pr. Nobel, 1975) – sintetizează o catenă de ADNc pe baza unei molecule de ARNm extrasă din celule.

OBŢINEREA UNOR GENE SAU FRAGMENTE DE ADN

(3). Sinteza artificială (chimică) a unor fragmente de ADN prin polmerizarea dezoxiribo-nucleotidelor într-o ordine determinată anterior (de ex., pe baza secvenţei de aminoacizi şi codului genetic).

Fragmentele de ADN vor fi utilizate ca sonde sau amorse în alte tehnici.

1.2. CLONAREA ADN ÎN CELULE

Clonarea ADN in vivo utilizează mecanismul natural de replicare al ADN în celule a unor segmente de ADN introduse în celule cu ajutorul unor vectori

formarea ADN recombinant, prin ataşarea in vitro a fragmentelor de ADN uman la "un vector sau replicon " capabil de replicare independentă;

transferarea moleculelor de ADN recombinant în celule gazdă, în care vectorul recombinant se replică independent de cromosomul celulei gazdă;

amplificarea sau producerea de clone celulare multiple.

izolarea clonelor de ADN recombinant.

1.3. CLONAREA ACELULARĂ A ADN (metoda PCR)

Foloseşte tehnica "polymerase chain reaction" (PCR) (Mullis şi Smith; Premiul Nobel, 1993)

se poate amplifica selectiv o secvenţă scurtă de ADN sau ARN.

Amplificarea se realizează pe baza principiului extensiei unei amorse ("primer").

PCR este o reacţie în lanţ deoarece catenele de ADN nou sintetizate vor acţiona ca matriţe pentru sinteza ADN în ciclurile următoare.

Amplificarea este considerabilă (de miliarde de ori) şi rapidă (în câteva ore), fiind integral automatizată.

2. METODE DE ANALIZĂ A ACIZILOR NUCLEICI

În medicina practică analiza directă a genei sau produselor sale este folosită pentru:

studiul patologiei moleculare;

diagnosticul genotipic prenatal sau presimptomatic al unor boli, chiar şi atunci când gena şi efectele ei nu sunt cunoscute sau nu sunt evidente;

recunoaşterea unei infecţii virale.

METODE DE ANALIZĂ A ACIZILOR NUCLEICI:PRINCIPII

Pentru a identifica o genă este necesară o sondă genotipică adecvată care să permită:

fie recunoaşterea genei (sonde directe)

fie recunoaşterea unor markeri genotipici (secvenţe necodante) situaţi în vecinătatea genei (sonde indirecte).

Această recunoaştere se realizează pe principiul hibridizării moleculare a acizilor nucleici.

METODE DE ANALIZĂ A ACIZILOR NUCLEICI:PRINCIPII

Hibridizarea moleculară se bazează pe capacitatea unor sonde monocatenare de acid nucleic de a forma, pe bază de complementaritate, molecule bicatenare cu o secvenţă de acid nucleic “ţintă” (monocatenar).

Fragment ADN:

...T T A T A C G G T C A T C G T C G C A T G C T A G

A T* G C C A*G T A

Sondă oligonucleotidică marcată

Pentru a identifica şi izola hibridul molecular sonda este marcată cu un trasor radioactiv (32P) sau cu un compus fluorescent.

METODE DE ANALIZĂ A ACIZILOR NUCLEICI:TEHNICI

a).Analiza ADN genomic uman prin metoda de transfer Southern

b). Analiza cu sonde oligo-nucleotidice specifice unei alele (ASO) (dot blot).

c). Analiza ARNm prin Northern blot.

d). Analiza proteinelor prin Western blot.

e) Secvenţierea unor gene

FUNCŢIA

GENEI

A. CONCEPŢIA CLASICĂ REFERITOARE LA FUNCŢIA GENEI .

B. CONCEPŢIA ACTUALĂ REFERITOARE LA FUNCŢIA GENEI .

A. CONCEPTIA CLASICĂ REFERITOARE LA FUNCTIA GENEI

1. Generalităţi

2. Poligenia

3. Pleiotropia

4. Interacţiunile genice

5. Eterogenitatea genetică

A.1. GENERALITATI

Relaţia "o genă → un caracter“

Excepţii de la regula "o genă → un caracter“:

Poligenie;

Pleiotropie;

Interacţiuni genice;

Eterogenitatea genetică

A.2. POLIGENIA

unele caractere sunt determinate prin acţiunea conjugată a mai multor perechi de gene alele, care ocupă loci diferiţi;

fiecare pereche de gene are efecte cantitative mici şi aditive

abaterea de la regula "o genă → un caracter" este aparentă, deoarece fiecare genă determină o parte din caracter

A.2. POLIGENIA

distribuţia caracterului în populaţie corespunde unei curbe de tip Gaussian (distribuţie continuă);

genele implicate acţionează independent, iar expresia lor este influenţată de factori de mediu → caractere multifactoriale

Caractere poligenice normale:

talia,

tensiunea arterială,

culoarea pielii,

inteligenţa,

dermatoglifele

Caractere poligenice anormale:

bolile comune ale adultului – ulcerele gastrice şi duodenale, astmul bronşic, schizofrenia, diabetul zaharat

malformaţiile congenitale izolate – piciorul strâmb congenital, luxaţia congenitală de şold, anomaliile congenitale cardiace izolate

unele forme de cancer

efecte fenotipice multiple determinate de o singură genă mutantă (dominantă) sau o pereche de gene mutante (recesive);

două tipuri de pleiotropie:

pleiotropie relaţională

pleiotropie nerelaţională

Pleiotropie relaţională

corelaţie patogenică mutaţia genică ↔ efectele fenotipice;

exemple:

sindromul Marfan,

osteogenesis imperfecta,

fibroza chistică

albinismul

Pleiotropie nerelaţională

Nu există corelaţie patogenică mutaţia genică ↔ efectele fenotipice;

exemplu:

sindromul Moon - Bardet – Biedl:

polidactilie

obezitate,

surditate,

hipogonadism,

retinită pigmentară

retard mintal

Interacţiuni alelice;

Interacţiuni non-alelice;

Interacţiuni cu mediul.


Dominanţă-recesivitate.

A1>0 sau B > 0


Codominanţă.

A1 = B


Semidominanţă.

G > g

Interacţiuni non-alelice;

epistazie.

Expresia fenotipică a unei perechi de gene alele poate fi influenţată de acţiunea altor perechi de gene alele, care ocupă loci diferiţi de pe acelaşi cromosom sau de pe cromosomi diferiţi;

lanţuri metabolice → > enzime (gene diferite) → caracter fenotipic:

mutaţia oricărei gene → caracter anormal

Interacţiuni cu mediul

Modificarea acţiunii unor gene de către factori de mediu.

Expresivitate variabilă

Penetranţă incompletă

Interacţiuni cu mediul

Expresivitate variabilă

manifestarea variabilă a aceleiaşi boli la indivizi afectaţi din aceeaşi familie sau din familii diferite;

expresivitatea variabilă poate interesa:

spectrul de semne manifeste,

severitatea afecţiunii,

vârsta de debut a bolii

fenotipuri identice (asemănătore) ← mutaţii genice diferite

Tipuri:

eterogenitate de locus sau nonalelică,

eterogenitate alelică

eterogenitate clinică ;

Eterogenitatea de locus

fenotipuri identice (asemănătore) ← mutaţii diferite în gene diferite

Eterogenitatea alelică

mutaţii genice diferite în aceeaşi genă → boli diferite

exemplu → mutaţii în gena distrofinei:

Distrofia musculară Duchenne;

Distrofia musculară Becker

Eterogenitatea clinică

mutaţii genice diferite în aceeaşi genă → manifestări clinice de severitate diferită

exemplu → mutaţii în gena α-L-iduronidazei:

Sindrom Hurler;

Sindrom Scheie

Importanţa fenomenului de eterogenitate

Tratament → de ex. hemofilia A şi B (eterogenitate de locus) → diagnostic → terapie corectă:

Hemofilie A - tratament substitutiv cu factor de coagulare VIII;

Hemofilie B – tratament substitutiv cu factor de coagulare IX.

Prognostic → boli cu eterogenitate alelică sau clinică → diagnostic corect → estimare evoluţie:

distrofie musculară Duchenne → deces la 20-25 ani;

distrofie musculară Becker → deces după 50-60 ani.

Sfat genetic → boli cu eterogenitate de locus → diagnostic corect → calculare risc de recurenţă:

forme dominant autosomale - risc 50%;

forme recesiv autosomal – risc 25%

forme recesive legate de X – risc 25% (50% din băieţi bolnavi)

B. CONCEPTIA ACTUALĂ REFERITOARE LA FUNCTIA GENEI

1. Genele controlează sinteza proteinelor

2. Relaţia “o genă → proteină”

3. Complexitatea relaţiei “o genă →o proteină”

4. Interacţiunile genice în concepţia actuală

B.1. GENELE CONTROLEAZĂ SINTEZA PROTEINELOR

Genetica clasică:

O genă → un caracter fenotipic

Descifrarea erorilor înăscute de metabolism:

O genă → o proteină

O genă → un polipeptid

Introducerea tehnicilor de genetică moleculară:

O genă → un produs funcţional

B.1. GENELE CONTROLEAZĂ SINTEZA PROTEINELOR

GENA ESTE SEGMENTUL DE ADN CARE CONŢINE INFORMAŢIA GENETICĂ NECESARĂ SINTEZEI UNUI PRODUS FUNCŢIONAL.

Genele care codifică proteine sunt considerate gene structurale

B.2. RELAŢIA O GENĂ → PROTEINĂ

A fost descifrată pe baza studiului efectelor mutaţiilor

Exemplu: drepanocitoza (sicklemia, anemia cu hematii în formă de “seceră”)


DREPANOCITOZA

Transmitere recesiv autosomală.

Incidenţa bolii - 1/400 – 1/600 de nou-născuţi la populaţiile originare din Africa, bazinul mediteranean, Orientul mijlociu şi India.

Incidenţa crescută ← avantaj selectiv al heterozigoţilor Na = imunitate naturală la malarie.


DREPANOCITOZA

se manifestă la homozigoţiii aa

anemie hemolitică severă.

dureri la diverse niveluri (mâini, picioare, abdomen – splină, mezenter, ficat, pancreas) ← microinfarcte ← obstrucţia capilarelor.

hemoliza cronică → splenomegalie → pierderea funcţiei imune a splinei → susceptibilitate ↑ la infecţii bacteriene → cauza principală de deces.


DREPANOCITOZA

Mecanism patogenic:

1949 - Pauling – în sicklemie hemoglobina S (migrare electroforetică diferită de HbA).

1956 - Ingram - HbS - catena β a globinei (poziţia 6) valină ≠ acid glutamic

HbS afinitate N pt. O2 în condiţii normale de oxigenare

În hipoxie (microcirculaţia capilară) →↓ 50% afinitate O2 → ↓ solubilitate Hb → precipitare → bastonaşe →“hematii în seceră”


DREPANOCITOZA

Mecanism patogenic:

Hematii în “seceră” → lezarea membranei eritrocitare (capilare) + blocarea microcirculaţiei (microtrombusuri).

Lezarea membranei → distrugerea hematiilor → anemie hemolitică

microtrombozele → dureri cronice în diverse organe

1975 - secvenţierea genei β-globinei.

sicklemie - mutaţie punctiformă = substituţia adeninei cu timina codon 6 lanţ β-globină → GAG→GTG ↔ acid glutamic → valină


DREPANOCITOZA

concluzii:

genele = secvenţe de nucleotide → informaţia genetică pentru asamblarea specifică a aminoacizilor.

Mutaţiile genice → schimbarea secvenţei de nucleotide → sinteza de proteine anormale → boală moleculară

gena are trei categorii de efecte:

efectul primar la nivel molecular – în sicklemie substituţia acidului glutamic cu valina în poziţia 6 a β-globinei, cu apariţia HbS;

efectul secundar la nivel celular – în sicklemie modificarea formei hematiei (din disc biconcav în seceră)

efectul terţiar la nivel de organ sau organism (semne şi simptome) – în sicklemie: anemie hemolitică cronică, dureri de tip infarctic, infecţii recurente.

B.3. COMPLEXITATEA RELAŢIEI “O GENĂ →O POLIPEPTIDĂ”

Relaţia “o genă → mai multe polipeptide”

structura discontinuă a genei (exoni + introni) → preARNm → matisare diferenţiată → peptide diferite.

exemplu: matisarea diferenţiată a preARNm genei calcitoninei:

tiroidă – matisare exoni 2 + 3 + 4 → calcitonină;

hipotalamus – matisare exoni 2 + 3 + 5 → CGRP (calcitonin gene-related peptide)

rearanjarea exonilor unei gene → proteine cu funcţii noi

B.3. COMPLEXITATEA RELAŢIEI “O GENĂ →O POLIPEPTIDĂ”

Relaţia “> gene → o proteină”

proteine policatenare = fiecare lanţ peptidic ← informaţa genetică > gene diferite.

exemplu: hemoglobina = 2 lanţuri α + 2 lanţuri β + 4 grupări hem:

Lanţ α ← gena α – cromosom 16;

Lanţ β ← gena α – cromosom 11.

exemplu: imunoglobuline = 2 lanţuri H + 2 lanţuri L:

Lanţ H ← familia genelor lanţului H – cromosom 14q32 – 237 de alele pt. 4 domenii proteice;

Lanţ L ←2 familii de gene L:

Cromosomul 2p13 – 106 alele pentru 3 domenii ale lanţului Lκ;

Cromosomul 22q11 – 106 alele pentru 3 domenii ale lanţului Lλ

B.4. INTERACTIUNILE GENICE ÎN CONCEPTIA ACTUALA

Interacţiuni alelice

la nivel molecular toate genele sunt manifeste fenotipic.

mutaţiile genice pot genera mai multe categorii de acţiuni:

gene amorfe;

gene hipomorfe;

gene izomorfe

B.4. INTERACTIUNILE GENICE ÎN CONCEPTIA ACTUALA

Interacţiuni nealelice

epistazia este rezultatul acţiunii seriate a mai multor enzime, codificate de gene diferite, la nivelul unui lanţ metabolic.

exemplu: sinteza antigenelor AB0 este condiţionată de intervenţia a 3 enzime:

H-secretaza transformă substanţa precursoare în antigen H;

În absenţa H-secretazei substanţa precursoare rămâne nemodificată → absenţa antigenelor

A-transferaza transformă antigenul H în antigen A;

B-transferaza transformă antigenul H în antigen B;

În absenţa A-transferazei sau B-transferazei antigenul H rămâne nemodificat;

Curs 3EXPRESIA GENICĂ

Date generale

două procese corelate funcţional: transcripţia şi translaţia;

necesită:

un sistem de transfer al informaţiei genetice din nucleul celulei în citoplasmă;

un cod genetic.

Date generale

Date generale

Transfer general:

ADN → ADN = replicare;

ADN → ARNm = transcripţie

ARNm → proteine = translaţie;

Transfer special:

ARN → ARN - replicarea unor virusuri;

ARN → ADN (transcripţia inversă) celule infectate cu retrovirusuri.

Date generale

Transferul informaţiei ADN → proteine :

transcripţia – formare ARN mesager precursor;

formarea ARNm matur;

transportul ARNm din nucleu la ribosomi;

translaţia –sinteza proteine;

procesarea post-translaţională;

Transcripţia

1. Diferenţe ADN – ARN

2. Formarea ARNm precursor

3. Maturarea ARNm

Transcripţia

1. Diferenţe ADN – ARN

componenta glucidică – pentoza - este riboza, în loc de deoxiriboză;

în ARN, timina din ADN este înlocuită de uracil, astfel cele patru baze azotate ale unei molecule de ARN sunt: adenina, guanina, citozina şi uracilul;

moleculele de ARN sunt monocatenare.

Transcripţia

2. Mecanismul transcripţiei

copierea unui segment limitat din molecula de ADN.

transcripţia se face pe o singură catenă a moleculei de ADN..

catena transcrisă are întotdeauna o polaritate 3' → 5'.

catena transcrisă = matriţă pentru ARNm (T→A, G→C, C→G, A→U).

molecula de ARNm → polaritate şi secvenţă nucleotidică identică cu catena de ADN netranscrisă.

catena netranscrisă = catenă sens,

catena transcrisă = catenă antisens.

FORMAREA ARNm PRECURSOR

Expresia genică presupune mai întâi decondensarea regiunii din ADN care conţine gena / genele ce vor fi transcrise prin:

acetilarea histonelor din nucleozomi – ce reduce condensarea filamentului cu nucleozomi;

repoziţionarea nucleozomilor.

Ambele mecanisme sunt implicate în REGLAREA expresiei genelor

Transcripţia

3. Formarea preARNm

Iniţierea transcripţiei - regiunea promotor a genei, prin fixarea factorilor proteici de transcripţie.

gene cu exprimare specific tisulară → fixare TBP (TATA-binding protein) în regiunea TATA a promotorului → atragerea altor factori proteici → complex ADN-proteine → fixare ARN-polimerază II la aproximativ 25 pb în aval de situsul TATA

Transcripţia

3. Formarea preARNm

fixarea ARN-polimerazei II → fixare ADN-helicază → scindare legături de hidrogen.

creşterea catenei de ARNm în direcţia 5’ → 3’ → formare de legături esterice între riboza şi acidul fosforic.

copiere exoni + introni → transcript primar sau preARNm.

În momentul în care ARNpol întâlneşte situsul de terminare a transcripţiei AATAAA (aval de ultimul exon) se semnalează clivarea 3’ a transcriptului primar;

ARNm precursor va fi secţionat (de nişte nucleaze) în dreptul situsului de poliadenilare la 18-20 pb în aval (zonă bogată în pb GC)

Transcripţia

4. Maturarea preARNm

în regiunea 5’ a moleculei este adăugat un rest de 7-metilguanină → rezistenţă la acţiunea ribonucleazelor din citoplasmă;

o ribonuclează secţionează preARNm la 11-30 de nucleotide în aval de situsul AAUAAA → fixare poliA-polimeraza → ataşarea mai multor nucleotide cu adenină (50-250) → "coadă poliadenilică“ → stabilizare preARNm în timpul transportului din nucleu în citoplasmă

Transcripţia

3. Maturarea preARNm

Matisare

secţionarea capetelor intronilor + eliminarea intronilor → racordarea exonilor;

la nivelul spliceosomilor (organite citoplasmatice) - ribonucleoproteine mici de tipul snRNA → fixare pe balizele dinucleotidice ale intronilor: GU şi AG;

Secţionare enzimatică;

Excludere introni;

Racordare exoni.

TRANSCRIPŢIA INVERSĂ

ADN ARN

transcripţie inversă

T. Inversă = transcrierea unei molecule de ARN monocatenar într-o catenă de ADNc, care va deveni apoi bicatenar (prin sinteza unei catene complementare).

Realizată de către transcriptaza inversă / revers transcriptază (H. Temin şi D. Baltimore, Pr. Nobel, 1975).

Utilizată de: virusurile ARN; retrotransposoni, telomerază – precum şi în tehnologiile ADN, pentru obţinerea de gene

Translaţia

1. Aparatul de translaţie

2. Codul genetic

3. Etapele translaţiei

Aparatul de translaţie

1. ARNm matur

2. Ribosomii

3. ARN transfer

4. Proteine

5. Surse energetice


1. ARNm matur

2 zone netranslate laterale

1 regiune centrală translată


2. Ribosomi

(Palade, Pr. Nobel, 1974) = platformele de asamblare a AA în Pr;

complexe macromoleculare (ARNr + proteine)

asamblare la debutul translaţiei

subunitate mică (30S) + subunitate mare (50S) → ribosom activ (70S):

situs de fixare ARNm;

situs aminoacil

situs peptidil

situs de ieşire


3. ARNt

40 de tipuri,

80 de nucleotide,

două funcţii:

fixare specifică aminoacid

recunoaşte codonul corespunzător aminoacidului

două situsuri funcţionale: aminoacil şi anticodon


4. proteine

Factori reglatori:

factori de iniţiere specifici (IF – initiation factor),

factori de elongaţie (EF – elongation factor)

factori de eliberare (RF – release factor).

Enzime:

aminoacil-ARNt-sintetaze,

peptidil transferaza

translocaza ,


5. Surse energetice

acidul adenozin-trifosforic (ATP)

acidul guanozin-trifosforic (GTP)

Codul genetic

sistem de corespondenţă între o anumită succesiune de nucleotide din structura unei molecule de ARNm şi un anumit aminoacid din structura peptidei sintetizată pe baza informaţiei genetice a moleculei de ARNm

Codul genetic

Proprietăţi:

triplet;

fără echivoc

degenerat

are o serie de codoni speciali:

AUG;

UAA, UAG, UGA

lipsit de “semne de punctuaţie”

nesuperpozabil

universal

Cunoaşterea codului genetic→ înţelegerea mecanismelor mutaţiilor

Mecanismul translaţiei

Iniţiere

aminoacil-ARNt-sintetaza + ATP → activarea complexelor aminoacid-ARNt;

fixarea complex metionil-ARNt la subunitatea mică a ribosomului (40S);

deplasare spre capătul 3’ al ARNm → codonul iniţiator AUG

ataşare subunitate mare ribosom (60S) → situsuri funcţionale: aminoacil, peptidil şi de ieşire


Elongaţie

fixarea în situsul peptidil, a complexului aminoacid2-ARNt;

Peptidiltransferaza → transfer metionină pe aminoacid2 → formare dipeptid ataşat la situsul peptidil;

Translocaza → deplasare ribosom activ trei nucleotide, în direcţia 5’→3’→:

Dipeptid → situs aminoacil;

Situs peptidil liber → fixare aminoacid3

Repetare ciclu de elongaţie


Încheiere

situs peptidil → codon stop → fixare factor de eliberare ;

desprindere complexul peptidil-ARNt → trecere în citoplasmă → dezasamblare → eliberare peptid;

Dezasamblare ribosom → 40S + 60S

Distrugere ARNm

AMPLIFICAREA SINTEZEI DE PROTEINE

O celulă poate produce cantităţi mari dintr-o anumită proteină pe baza informaţiei unei singure gene.

Un plasmocit → 2000 molecule identice de anticorpi pe secundă

Explicaţiile amplificării:

Prin transcripţie se pot produce copii multiple a unui ARNm;

Fiecare ARNm poate fixa zeci de ribozomi → copii multiple proteină

Aceste procese presupun o reciclare rapidă a ”materialelor” folosite: ARN, ribozomi, enzime etc

Reglare expresie genică

Proces complex → > niveluri de reglare:

Reglare globală:

semnalizarea localizată dependentă de poziţia celulei,

amprentarea genetică,

recombinările somatice

competiţia pentru activator/inhibitor

Reglare transcripţională;

Reglare posttranscripţională:

Unităţi transcripţionale multigenice;

Matisarea şi poliadenilarea alternativă;

Modificarea secvenţei nucleotidice a ARNm;

Reglare translaţională

Reglare posttranslaţională:

Modificări chimice posttranslaţionale;

Clivarea posttranslaţională a peptidelor

REGLAREA EXPRESIEI GENELOR

Toate celulele corpului posedă aceeaşi informaţie genetică (rezultă prin mitoze succesive din zigot).

Expresia genelor este însă diferită, datorită unor mecanisme complexe de reglare a expresiei genice.

Unele gene (“constitutive”) – exprimate continuu, în toate tipurile celulare → produc proteine permanent necesare metabolismului celular.

Alte gene (“autorizate”) au o expresie limitată la anumite ţesuturi specifice → diferenţiere celulară.

Expresia genelor autorizate să se exprime poate fi limitată temporal (stadii diferite ale dezvoltării) şi adaptată la stimulii extracelulari (ex).

Multe alte gene sunt complet şi permanent inactivate.

REGLAREA PRE-TRASNCRIPŢIONALĂ(EPIGENETICĂ)A EXPRESIEI GENELOR

Vizează expresia spaţială a anumitor gene în anumite ţesuturi şi tipuri celulare:

selecţia unor gene în celulele embrionare nediferenţiate şi

menţinerea expresiei lor la celulele descendente (diferenţiate).

Se realizează prin modificarea configuraţiei cromatinei (despiralizare) care permite accesul ARN pol + factorilor de transcripţie la promotorul genelor → transcripţie.

Modificările conformaţiei cromatinei NU interesează secvenţa de nucleotide (informaţia genetică) şi se numesc modificări epigenetice:

Acetilarea histonelor → decondensarea cromatinei → expresie genică;

Dezacetilarea histonelor → condensarea cromatinei → represie genică;

Metilarea ADN → condensarea cromatinei → represie genică; ex.

Amprentarea genomică – una din genele alele de pe o pereche de cromozomi omologi este represată

Inactivarea unui cromozom X

REGLAREA TRASNCRIPŢIONALĂA EXPRESIEI GENELOR

Vizează reglarea activităţii ARN polimerazei II (transcriptaza).

Se realizează prin interacţiunea

unor FACTORI DE TRANSCRIPŢIE

cu anumite SECVENŢE ALE PROMOTORULUI

→ determină transcripţia anumitor gene în anumite ţesuturi, într-un anumit moment şi cu o anumită intensitate.

REGLAREA POST-TRASNCRIPŢIONALĂA EXPRESIEI GENELOR

Vizează moleculele de ARN sintetizate prin transcripţie.

Mai multe mecanisme din care importante sunt:

Matisarea alternativă → o genă produce mai multe molecule de ARNm diferite (prin selecţia exonilor) → mai multe proteine diferite; de ex, calcitonina şi neuropeptidul înrudit cu calcitonina (v. cursul precedent);

Interferenţa ARN (RNAi) – A. Fire şi C.Mello – Pr. Nobel 2006

INTERFERENŢA ARN

ARNi – mecanismul prin care se inhibă expresia genică cu ajutorul unor molecule mici de ARN complementar ţintei:

Genomul ARN al unor virusuri (HIV, polio, hepatita C etc) sau ARNm produs de genele virale

Gene din genomul ADN al celulei.

Rolul cheie în acest proces îl au:

ARNsi (“small interfering RNA”) – acţionează în citoplasmă unde recunosc şi clivează enzimatic moleculele de ARN ţintă (virale);

ARNmi (“microRNAs”) – produs prin transcripţia unor gene ADN reglatorii – acţionează în nucleu şi prin metilare blochează transcripţia altor gene (în special în procesul de diferenţiere celulară)

MODIFICĂRILE POST-TRANSLAŢIONALE ALE PROTEINELOR

Determină funcţia proteinelor

După sinteză se produc:

Configuraţia spaţială, tridimensională specifică;

Modificări reversibile: fosforilarea serinei sau acetilarea lyzinei;

Modificări permanente:

Structurale: punţi disulfidice; clivare enzimatică a unui precursor inactiv (pro-hormon; pro-ferment);

Adiţia unor grupări funcţionale; ex., glicozilare, adăugare de lipide etc

Adăugarea altor proteine

REGLAREA EXPRESIEI GENICE: CONCLUZII

Proces foarte complex care se realizeaza in fiecare etapa a fluxului informational:

ADN→ARNm→PROTEINA

Regleaza expresia anumitor gene in anumite tesuturi;

Genele “autorizate” se exprima in anumite momente ale dezvoltarii si in anumite etape ale ciclului celular , cu o anumita intensitate, determinata de stimulii extracelulari

TRANSMITEREA INFORMAŢIEI GENETICE

TRANSMITEREA INFORMAŢIEI EREDITARE

Ambele procese:

riguros controlate → se desfăşoară de obicei cu mare exactitate → stabilitatea proceselor ereditare;

Se pot produce însă erori de replicare sau erori de distribuţie → BOLI

A. REPLICAREA ADN.

1. Date generale

Mecanismul de copiere şi transmitere a informaţiei genetice a fost intuit de Watson şi Crick :

Fiecare catenă a ADN serveşte drept matriţă sau tipar pentru formarea unei noi catene:

Dezoxiribonucleotidele activate se aranjează complementar (A-T, G-C), în direcţia 5’→3’, şi sunt polimerizate, sub acţiunea ADN polimerazei.

Date generale despre replicarea ADN

Sinteza a două molecule de ADN identice prin copierea unei molecule de ADN iniţiale (parentale) = re(du)plicare.

Pentru că cele două catene ale ADN parental se separă şi fiecare moleculă sintetizată are o catenă parentală şi o catenă neoformată – replicarea este semiconservativă.


Replicarea – proces fundamental pentru toate organismele vii = esenţa eredităţii.

S Ochoa şi A. Kornberg – Premiul Nobel (1959).

Descifrarea mecanismului replicării → obţinerea celor mai puternice antibiotice şi antivirale – prin blocarea replicării genomului procariotelor


Procesul de replicare la eucariote:

foarte complex – datorită structurii genomului:

enorm (+ fragmentat în cromozomi)

asociat cu proteine,

compactat în fibre de cromatină

se desfăşoară în condiţii stricte:

în fază S a ciclului celular, înaintea diviziunii,

rapid (faza S = 8 ore),

impecabil, cu foarte mare fidelitate – deoarece erorile = mutaţii.

Pentru realizarea replicării există un APARAT DE REPLICARE (REPLIZOM) – implică un număr mare de proteine şi enzime.

Cele mai importante sunt ADN polimerazele:

ADN polimerazele:

Familie de enzime pentru toate formele de replicare.

Sintetizează o catenă nouă de ADN, în direcţia 5’→3’.

ADN polimerazele NU POT însă să înceapă sinteza unei catene , ci numai să o alungească, adăugând fiecare nou nucleotid (complementar c. matriţă) la gruparea 3’OH a nucleotidului deja încorporat;

Sinteza unei catene noi de ADN începe cu sinteza unei amorse (“primer”) ARN (de către o primază) pe care ADN polimeraza o va extinde; în final amorsele vor fi îndepărtate şi înlocuite cu ADN

2. MECANISMUL MOLECULAR AL REPLICĂRII

(1) Iniţierea replicării.

(2) Elongaţia.

(3) Terminarea replicării.

(1). Iniţierea replicării

Replicarea începe în mai multe puncte, bine definite, ale genomului = origini ale replicării (“ori”),

Ele sunt recunoscute de proteinele ce iniţiază replicarea (complexul pre-RC) care facilitează:

despiralizarea ADN ← topoizomeraze;

desfacerea catenelor ← helicaze → “furci” de replicare;

menţinerea separată a catenelor ← proteinele SSB (sau RPA) → prevenirea respiralizării

De la “origini” replicarea progresează în ambele direcţii (bidirecţional) pe anumite segmente = repliconi

ADN polimeraza NU poate începe sinteza ci numai extinde catena de acid nucleic – adăugând dezoxiribonucleotide complementare catenei matriţă

sinteza unei amorse ARN (“primer”) de către primază facilitează acţiunea ADN-polimerazei

Ambele catene matriţă sunt copiate

prin aranjarea secvenţială şi complementară de dezoxiribonucleotide activate,

în direcţia 5’→3’

şi polimerizarea lor

Deoarece catenele matriţă sunt antiparalele, sinteza catenelor noi (în direcţia 5’→3’) se va face diferit pe fiecare catenă:

Pe o catenă (3’→5’, “directă” sau “precoce”) sinteza este continuă şi rapidă (pe măsură ce se formează furca de replicare);

Pe cealaltă catenă (5’ →3’, “indirectă” sau “întârziată”) sinteza este discontinuă (în fragmente scurte = piese Okazaki) şi lentă;

amorsele ARN vor fi hidrolizate de ARNaza H si înlocuite cu secvenţe de ADN ce vor fi unite de către ADN ligază

Replicarea se opreşte atunci când furcile de replicare (a doi repliconi vecini) se întâlnesc sau când o furcă de replicare întâlneşte un semnal de terminare (“ter”).

Replicarea capetelor ADN (ce formează telomerele cromozomilor) este incompletă (!!!):

Eliminarea ultimei amorse lasă la capătul 5’ al catenei noi sintetizate o mică regiune ne replicată

Telomerele = regiuni de ADN repetitiv – (TTAGGG)n –care asigură protecţia şi stabilitatea cromozomilor.

Replicarea ADN la nivelul capetelor cromozomilor este incompletă:

la capătul 5’ al catenei noi sintetizate există o mică regiune ne replicată;

prelungirea monocatenară (25-200 pb) a catenei 3’→5’ se pierde (!!!).

“telomerele sunt călcâiul lui Achile al ADN”

La fiecare ciclul replicare / diviziune → scurtarea progresivă a telomerelor → la un anumit moment se produce oprirea diviziunii:

previne instabilitatea genomică şi rearanjarile cromozomilor → prevenire cancer;

începe bătrâneţea.

Lungimea telomerelor = posibil biomarker al senescenţei (“ceas molecular”)

În sindroamele cu îmbătrînire accelerată (progerie) – telomerele bolnavilor < ca la persoanele normale de aceeaşi vârstă;

Radicalii liberi de oxigen accelerează pierderea telomerelor → îmbătrânire precoce.

Clonele de mamifere (realizate pe baza celulelor somatice adulte) îmbătrânesc şi mor mai repede decât persoanele născute natural

Totuşi NU este sigur dacă relaţia dintre scurtarea telomerelor şi îmbătrânire este o relaţie cauzală.

Pierderea telomerelor este compensată de telomerază – enzima ce asigură replicarea ADN telomeric şi “repară” telomerele.

Activă în celulele germinale şi la embrion; inactivată postnatal (excepţie celulele stem) → senescenţă.

Prevenirea senescenţei şi … prelungirea vieţii ?!

încetinirea ratei de scurtare a telomerelor (vitamina D; antioxidanţi)

activarea telomerazei (ipoteză neverificată; risc creştere a vulnerabilităţii la cancer)

În 90% din cancere se produce o activare a telomerazei → imortalizare → proliferare celulară necontrolată.

Aplicaţii practice:

Determinarea telomerazei = test de diagnostic precoce;

Inhibitorii de telomerază – terapie performantă.

4. REGLAREA REPLICĂRII ADN

Replicarea ADN → în faza S

În punctul de control G1/S se stabileşte dacă celula poate începe replicarea.

În caz contrar proteina p53 induce sinteza p21 care blochează replicarea şi celula este oprită în faza Go.

Intrarea în faza S este determinată de complexul CDK2-ciclina E.

Progresia prin faza S şi replicarea ADN sunt reglate de CDK2-ciclina A.

Reglarea replicării ADN

Deoarece replicarea este asincronă există riscul ca anumite regiuni să fie replicate repetat.

Anumiţi factori inhibitori se fixează pe cromatina replicată şi nu permit replicarea ei repetată până ce celula nu trece prin mitoză (ei sunt îndepărtaţi după diviziune)

5. FIDELITATEA REPLICĂRII ADN

Acurateţea replicării este critică pentru transmiterea informaţiei genetice.

În cursul replicării se produc frecvent erori de împerechere (“mismatch”) →1:10.000 nucleotide = 10-4 → mutaţii. DEZASTRU !??

Organismul uman are posibilitatea corecţiei lor.

(1) ADN polimerazele recunosc erorile de împerechere (prin variaţia diametrului moleculei de de ADN) şi le corectează → nr. erorilor scade de la 10-4 la 10-6

FIDELITATEA REPLICĂRII ADN

(2). Mecanismul de reparare prin excizie-resinteză – ce implică:

recunoaşterea erorii,

excizia şi îndepărtarea

fragmentului de ADN.

resinteza catenei ce

corespunde breşei,

legătura dintre fragemente

Mecanism multienzimatic (enzime de reparare)

În final:

o eroare la 109- 1010 nucleotide, deci o eroare per genom/ciclu de replicare;

erorile se acumulează cu vîrsta→cancer

FIDELITATEA REPLICĂRII ADN

Enzimele de reparare sunt codificate de anumite gene (MSH, MLH, PMS) numite şi gene “mutator”

Mutaţiile acestor gene → predispoziţie la cancer

Ex. Cancerul de colon nonpolipozic ereditar (HNPCC) – 5% din toate cancerele colorectale

Apare sub 45-50 de ani

Pe flexura splenică a colonului (70%)

Cancer mucinos

Marker genetic = instabilitatea microsateliţilor

Determinat de mutaţii ale genelor MLH1, MSH2 în 70% cazuri

B. TRANSMITEREA INFORMAŢIEI GENETICE DE LA O CELULĂ LA CELULE FIICE

În celulele somatice, materialul genetic dublat în interfază, se distribuie în mod egal şi total celulelor fiice, prin MITOZĂ.

Rezultă două celule noi („fiice”), identice din punct de vedere genetic, atât între ele, cât şi cu celula („mamă”) din care provin.

1. CICLUL CELULAR

Procesele prin care o celulă îşi replică materialul genetic, şi îl transferă celulelor fiice se desfăşoară într-o ordine progresivă, precis reglată, ce formează ciclul celular.

CC → interfaza (faza G1, S, G2) şi mitoza (faza M) → vezi LP.

Evoluţia celulelor după diviziune:

proliferare: începerea unui nou ciclu;

diferenţiere celulară;

stare de repaus proliferativ GO

CONTROLUL CICLULUI CELULAR

Realizat de multiple kinaze ciclin-dependente (CDK)(1-7) activate prin fixarea unor cicline (A-H).

Fiecare fază a CC este controlată de un anumit complex CDK-ciclina care fosofrilează proteinele specifice necesare fazei CC.

Controlul ciclului celular

Trecerea de la o fază la alta a CC se face prin anumite puncte de control unde se verifică:

dacă anumite procese sunt terminate înaintea începerii altora;

nu există alterări ale componentelor sau “maşinăriilor” de replicare sau diviziune.

Identificarea unor defecte:

blocarea progresiei (prin CKI) şi repararea (dacă este posibilă);

apoptoză

Controlul ciclului celular

Perturbarea controlului ciclului celular va genera:

O creştere celulară anormală →

anomalii congenitale,

cancer;

Apoptoză;

Erori de segregare mitotică → anomalii cromozomiale

2. MITOZA

Mitoza asigură:

creşterea organismului (1014)

reînoirea celulară

repararea leziunilor.

Mitoza→ transmiterea cu mare fidelitate a informaţiei genetice în succesiunea generaţiilor de celule → toate celulele somatice sunt identice genetic.

(1). Fazele mitozei:

P, PM, M, A, T → vezi LP

(3). Erori de distribuţie a materialului genetic în mitoză:

Nedisjuncţia cromatidiană

Întârzierea anafazică anomalii

Clivarea transversală a centromerului cromozomiale

Absenţa citokinezei (vezi LP)

Consecinţe: celulele viabile cu anomalii cromozomiale produc o clonă anormală → MOZAIC CROMOZOMIAL

Efectele depind de:

momentul ontogentic – în care s-a produs eroarea,

distribuţia lor în diferite ţesuturi.

C. TRANSMITEREA INFORMAŢIEI GENETICE DE LA PĂRINŢI LA DESCENDENŢI

Două etape: formarea gameţilor + fecundarea lor

1. GAMETOGENEZA

Formarea gameţilor prin meioză.

Meioza = două diviziuni succesive, neseparate de interfază (ADN se replică o singură dată), care generează 4 celule haploide (!) şi diferite genetic *

Meioza I – primară; reducţională;

Meioza II – secundară; ecuaţională

Funcţii:

reduce la jumătate (n=23) numărul de cromozomi;

generează diversitatea / variabilitatea genetică

Meioza primară (vezi LP)

PROFAZA I

Leptoten

Zigoten: sinapsa “genă la genă” a cromozomilor omologi;

Pahiten

Diploten

Diakineză

METAFAZA I

încrucişarea cromozomilor omologi (CO) → schimb reciproc de fragmente egale = recombinare genică omologă sau recombinare intracromozo-mială → sursă majoră de variabilitate

ANAFAZA I :

Disjuncţia cromosomică + migrarea (simultană şi cu aceeaşi viteză) → reducerea nr cromozomilor: 2n →n.

Segregarea aleatorie a fiecărei perechi de omologi → asortarea independentă a cromozomilor (recombinare intercromosomică) → sursă majoră de variabilitate

(223 combinaţii)

TELOFAZA I

2. ERORI ÎN DESFĂŞURAREA MEIOZEI

Erori de recombinare genică ← CO inegal

Erori de segregare (distribuţie) anafazică ale cromozomilor

CO INEGAL:

împerechere greşită a unor secvenţe asemănătoare dar neomolage, situate pe cromosomii omologi (RECOMBINARE OMOLOAGĂ NEALELICĂ)

prin CO → schimbul inegal de segmente → deleţii şi duplicaţii genice → BOLI GENOMICE.

Erori de segregare (distribuţie) anafazică ale cromozomilor → gameţi cu anomalii cromozomiale

Nedisjuncţia:

cromozomială (în meioza I) → toţi gameţii anormali

cromatidiană (în meioza II) → jumătate din gameţi anormali, cu disomie uniparentală.

Întârzierea anafazică

Nesepararea citelor de ordinul II → gameţi diplozi (diandrie / diginie) → zigoţi cu tripoidie (3n)

NEDISJUNCŢIA

ND este frecventă, mai ales în meioza maternă → 8% zigoţi au anomalii cromozomiale, majoritatea neviabile → 0,7-1% nn

Originea maternă sau paternă a ND se poate stabili cu markeri ADN polimorfici:

ND este frecventă în ovogeneză, mai ales în MI (92% copii cu S. Down)

Riscul ND creşte odată cu creşterea vîrstei materne (peste 35 de ani)

ND paternă este regulă în trisomia XYY şi 70% în sdr. Turner

Cauzele ND ???

Efectul vârstei materne este cert (“ovulele au vîrsta femeii) dar NU se ştie de ce

Factorii externi (radiaţii, infecţii, medicamente, cafea, alcool etc) NU au un rol în ND

NU s-au identificat factori genetici care să crească riscul de ND

3. PARTICULARITĂŢILE GAMETOGENEZEI LA BĂRBAT ŞI LA FEMEIE

BĂRBAT

Începe la pubertate

Este continuă toată viaţa adultă.

O spermatogonie → 4 spermatozoizi cu X şi Y

Proces rapid – 64 zile.

Proces intens (70mil S/ml)

Autoreglabil dar sensibil la factori externi

VP ↑ → erori de copiere→ ↑ gameţi cu mutaţii genice noi (AD)

FEMEIE

Începe prenatal.

Este discontinuă – se opreşte luna VII (“capital” ovocite limitat)

O ovogonie → 1 ovul cu X

Proces lent – (“ovulele au vârsta femeii”).

Proces redus (1 ovul / ciclu)

Condiţionat de: factori hormonali, ovulaţie, fecundare

VM ↑→ erori de distribuţie → ↑ gameţi cu an.cromozomiale

4. FECUNDAREA

Monospermică

Evenimente genetice:

(1) La Zigot:

- se reface numărul diploid (2n=46)

- se stabileşte identitatea genetică a organismului

(2) Se determină sexul genetic: XX sau XY

(raportul sexelor la naştere este ~ 1:1)

FECUNDAREA

ERORI:

(1). Dubla fecundare:

- zigoţi:

(2) Dispermia : n + n + n → triploidie

CLONAREA REPRODUCTIVĂ şi EMBRIONARĂ

În 1997 s-a reuşit clonarea primului mamifer adult: oiţa DOLLY

Tehnică: transferul unui nucleu al unei celule somatice într-un ovul nefecundat, enuclea.

Tehnica a fost aplicată cu succes la clonarea altor mamifere

CLONAREA REPRODUCTIVĂ şi EMBRIONARĂ

O clonă NU este însă o copie identică a individului şi va fi afectată precoce de multiple boli:

Multe caractere sunt determinate prin fenomene genetice care NU mai au loc în cazul clonării; de ex., reglarea epigenetică, inactivarea unui X, amprentarea genomică.

ADN mitocondrial provine de la primitor

Individualitatea biologică este şi rezultatul acţiunii mediului, NU poate fi redusă la gene

Telomerele cromozomilor din nucleul donor sunt mai scurte → îmbătrânire precoce

ADN donor a suferit mutaţii somatice → risc crescut de cancer

Probleme etice majore: clonarea umană interzisă prin lege.

Clonarea embrionară – utilă pentru a obţine celule stem embrionare → se pot transforma în orice tip de celulă diferenţiată; acceptată în mai multe ţări.

Curs 4

• VARIABILITATEA EREDITARĂ

• VARIABILITATEA GENETICĂ probleme:

1. Variabilitatea: definiţie şi surse

2. Mutaţiile genice:

2.1. Substituţiile nucleotidice

2.2. Deleţiile si inserţiile nucleotidice mici

2.3. Recombinări omoloage nealelice

2.4. Expansiunea instabilă a repetiţiilor

trinucleotidice

2.5. Corelaţii dintre genotip şi fenotip

3. Mutaţiile cromosomice şi genomice

• Variabilitatea genetică = ansamblul de fenomene care produc diferenţele genetice - între indivizii unei populaţii, - între populaţii diferite

Sursele de variabilitate:

1.1. Recombinările genetice,

1.2. Mutaţiile,

1.3. Migraţiile.

• 1.1. Recombinările genetice (RG)

• RG = producerea unor combinaţii genetice noi (recombinanţi), prin rearanjarea materialului genetic cuprins în două unităţi genetice diferite.

RG presupune: asociere intimă + interacţiune / schimb egal

RG = proces natural (normal) * →cea mai mare sursă de variabilitate.

RG: genomice, cromozomice, genice

R. genomică : - în fecundare → unirea genomuri gameţi

R. cromozomială

- în gametogeneză

- R. intercromozomială (anafaza I) = asortarea independentă a crz.omologi → 223 combinaţii posibile → gamet cu structură genetică unică.

- R. intracromozomială (profază I) = CO egal

R. intragenică →

CO egal între două gene → genă hibridă (fuziune genică)

• 1. 2. Mutaţiile

Mutaţiile:

modificări

în secvenţa

sau aranjarea

nucleotidelor (secvenţelor) din ADN

• Nenaturale, permanente (±), ereditare

• Consecinţe:

• fără efect,

• variaţii fenotipice normale,

• boală.

• Clasificarea mutaţiilorcriterii:

• Mărimea materialului genetic:

• M. genice

(10-6/locus)

• M. cromozomiale

(anom. structură)

(10-6/diviz. cel)

• M. genomice

(anom. număr)

(10-2/diviz. cel)

• Tipul de celulă afectată:

• M. germinale → ereditare

• M. somatice → clone an. → ne-ereditare

• Cauză:

• M. Spontane (majoritatea)

→ erori de replicare a

ADN

→ erori de recombinare

(CO inegal)

→ erori de distribuţie

(nedisjuncţie)

• M. induse ← de ag.mutageni

• Consecinţe fenotipice

– M. germinale:

• M. patogene

• M. neutre

• M. benefice

– M. somatice → clone → cancer, îmbătrânire

• COMENTARII:

(1). Mutaţiile – în special cele genomice – sunt frecvente.

M. germinale = 3% nn

Mutaţiile sunt o cauză majoră de boală sau de predispoziţie la îmbolnăvire

• COMENTARII:

(2). M. somatice, produse prin erori de replicare, se acumulează cu vârsta →efecte la vârsta a III-a

(50.000/genom/zi → corecţie erori → una la fiecare replicare genom x 1015 diviziuni → câteva mii)

(3). Mutaţiile spontane = mai frecvente ca cele induse.

• COMENTARII:

(4). Mutaţiile induse:

– agenţi mutageni exogeni:

- fizici (radiaţiile UV, ionizante) – efecte relativ mici;

- chimici (ag. alchilanţi / metilanţi etc., ce poluează

atmosfera / alimente → efecte relativ grave !!!);

fumul de ţigară cel mai important agent

mutagen exogen

- biologici (virusuri)

– agenţi mutageni endogeni:

produşi oxidanţi (10.000 leziuni /genom /zi) ← sisteme antioxidante + mecanisme de reparare + antioxidanţi exogeni.

• 1.3. Migraţiile

Migraţii = transferul de gene prin deplasarea şi încrucişarea unui grup de indivizi dintr-o populaţie în altă populaţie genetic diferită.

Sursă importantă de variabilitate şi vigoare hibridă (heterozis)

• 2. MUTAŢIILE GENICE

MUTAŢIILE GENICE: definiţie şi clasificare

MG = modificări ale secvenţei nucleotidice sau aranjării ADN unei gene → variante alelice

m1

gena N m2

m3

• Clasificarea mutaţiilor genice

după mecanism:

modificarea secvenţei N:

substituţii = înlocuirea unei perechi de baze (pb).

deleţii = pierderea unei/unor pb

inserţii= introducerea unei/unor pb

modificarea aranjării N:

recombinări omoloage nealelice → deleţie / duplicaţie segmente ADN

amplificarea repetiţiilor trinucleotidice

• Clasificarea mutaţiilor genice

după dinamica:

• M. stabile / fixe

• M. instabile / dinamice!

după secvenţele genice implicate:

• exoni,

• introni

• secvenţe reglatoare

•

2.1. SUBSTITUŢIA NUCLEOTIDICĂ

Substituţie = înlocuirea unui singur nucleotid (şi deci a unei pb) = “mutaţie punctiformă”.

S = cel mai frecvent tip de mutaţie întâlnit la om.

• a).Substituţia nucleotidică: localizare intragenică

În EXONI:

a). Codon sens →

(1) codon sens sinonim

→ proteină N (silent m.)

(2) alt codon sens AA1→ AA2

→ proteină An (missens m.)

(3) codon nonsens prematur → proteină An scurtată (instabilă)

(non-sens m.)

b). Codon nonsens →

→ codon sens → proteină An alungită

→ alt codon nonsens → proteină N

ADN N (1) (2) (3)

TTT TTC CTT ATT

ARNm

AAA AAG GAA UAA

Pr

..liz... ...liz... ..glu.. ..STOP..

• Substituţia nucleotidică: localizare intragenică

În INTRONI:

Anulare situsuri de decupare:

(splice site mutations)

5’GT---------AG3’

absenţa matisării → includerea intron în ARNm → instabil

ADN

X

GA-----------AG

ARNm

Pr ---------------------

• Substituţia nucleotidică: localizare intragenică

În SECVENŢELE DE REGLARE

→ reg 5’ - promotor → modificări cantitative ale sintezei proteinelor

→ reg 3’ – anomalii de poliadenilare → ARNm instabil

• b). Mecanismele posibile de producere a substituţiilor

(1). erori de replicare a ADN, datorită împerecherii

greşite (“mismatch”) a nucleotidelor în catena nou

sintetizată.

• Mecanismele posibile de producere a substituţiilor

(2). leziuni provocate în ADN de factori mutageni, exogeni sau endogeni, (fizici sau chimici )

- dezaminare,

- depurinare,

- demetilare

• c). Mecanismele reparare a leziunilor ADN

Erorile de împerechere au o frecvenţă mare, de ~1:10.000 (10-4).

• Rata mutaţiilor este menţinută la un nivel scăzut (10-10) prin intervenţia unor mecanisme de recunoaştere şi reparare a leziunilor (“controlul calităţii ADN”).

• Acţiunea lor este cuplată cu mecanismele de control a progresiei prin ciclul celular şi cu apoptoza.

G1 → Go → ± reparare → G1 sau apoptoză

• NU au o eficienţă absolută; în final, se produce o mutaţie nouă la fiecare replicare / diviziune celulară.

• Mecanismele reparare a leziunilor ADN

• Tipuri mecanisme reparare (R):

R. erorilor de împerechere a nucleotidelor din cursul replicării

(“mismatch repair” = MMR)

R. bazelor /nucleotidelor modificate după replicare:

» excizie a bazelor (BER)

» excizia nucleotidelor (NER)

R. rupturilor ADN (sistemul HR)


• Mecanismele de reparare (MMR, BER, NER) diferă prin ţinta lor dar modul de acţiune este asemănător (implicând multiple gene şi enzime “mutator”);

• Etape :

– recunoaşterea leziunii ADN,

– excizia fragmentului de ADNmodificat (←endonuclează)

– îndepărtarea şi degradarea fragmentului (←exonuclează)

– refacerea secvenţei normale (←ADNpolimeraza)=reparare

– legarea ei la catenă (←ligaza)


• Mutaţiile genelor ce codifică enzime de reparare → acumulare rapidă mutaţii → creşterea susceptibilităţii la cancer

– Ex.1, mutaţiile genelor implicate în calea MMR → cancerul colorectal non-polipozic ereditar (HNPCC) = 5% din cancere de colon

• Caracteristici: apar sub 45-50 ani; loclizare proximală de unghiul splenic; cancere mucinoase; instabilitatea microsateliţilor

– Ex.2., mutaţiile genelor implicat în calea HR → cancerul de sân ereditar (genele BRCA1, BRCA2); Ataxia telangiectazia

• 2.2. DELEŢII ŞI INSERŢII MICI

Del /Ins - care NU sunt multiplu de 3 nucleotide → decalarea (defazarea) cadrului de lectură al genei (m. frameshift) → schimbarea secvenţei AA în aval de del/ins

Del /Ins a 3 nucleotide / multiplu de 3→ ± 1-n aminoacizi

Mecanismul de producere a deleţii /inserţii:

glisare / derapare replicativă

determinată de împerecherea decalată a unor secvenţe repetate

• 2.3. RECOMBINAREA GENICĂ ABERANTĂ(recombinare omoloagă nealelică)

Are loc în profaza meiozei I:

- împerecherea (sinapsa) greşită între regiuni omoloage (secvenţe de ADN identice sau cvasiidentice;

ex., R1 ~ R2) dar nealelice;

- CO → schimb inegal între crz. omologi → deleţii, duplicaţii, inversii a unor segmente mari

• Recombinarea omoloagă nealelică (RON)

• RON se produce datorită “ arhitecturii ” genomului uman

Conţine numeroase regiunile omoloage (~identice):

• duplicaţii segmentare (5-10% din genom);

• secvenţe repetitive mici (număr mic de repetiţii identice)

situate în anumite segmente ale cromozomilor

(la/lângă centromer sau telomere);

• RON → determină deleţii, duplicaţii, inversii ADN → BOLI GENOMICE

(deosebite de bolile cauzate de alterarea secvenţei genice)

• Bolile genomice

• Descrise recent (Lupski, 2002)

• Frecvente (10-4)

• În funcţie de mărimea segmentului implicat

(si deci nr de gene) :

• boli mendeliene (NF1)

• sdr. cu microdeleţii (sdr. VCF)

• rearanjamente cromozomiale mari (inversii, izocromozomi).

• 2.4. EXPANSIUNEA INSTABILĂ A REPETIŢIILOR TRINUCLEOTIDICE

• Tip nou de mutaţii – instabile sau dinamice – diferit de mutaţiile “clasice”= permanente şi stabile

• Se produc în genomul uman în regiuni cu repetiţii trinucleotidice:

• dispuse în tandem: CGG CGG CGG…→→→→→

• polimorfice (într-un număr diferit la persoanele normale); ex CGG = 6-50 repetiţii.

• situate în diferite segmente ale genei (promotor; exoni; introni); ex. CGG – în regiune promotor a genei FMR1 (Xq27.3 în situsul fragil FRAXA)

• “inerte” funcţional (CGG=6-50 →fenotip normal)

• instabilitate intergeneraţională (“meiotică”)

• Expansiunea instabilă a repetiţiilor trinucleotidice

• instabilitatea intergeneraţională (“meiotică”):

• Pe măsură ce gena trece – prin meioză – de la o generaţie la alta → nr. repetiţiilor trinucleotidice creşte progresiv dar moderat;

• se produce o premutaţie (pt CGG = 60-200 repetiţii) →normal

• mecanism: glisare sau derapare replicativă

• Când se ajunge la un prag critic (ex. pt CGG = 230 repetiţii) → blocarea expresiei genei → mutaţie →boală

• boli prin mutaţii dinamice (expansiunea trinucleotidelor):

• Sdr. X fragil (prin expansiunea CGG) – retard mintal legat de X

• Boala Huntington (prin expansiunea CAG) – boală neurologică degenetaivă

• Distrofia miotonică (prin expansiunea CTG) – afecţiune neuromusculară

• Boli prin mutaţii dinamice - caracteristici:

• Expansiunea creşte în succesiunea generaţiilor → boala apare mai precoce şi este mai gravă (“anticipaţie”)

• Intensitatea /gravitatea manifestării bolii depinde uneori de sexul părintelui; mama – în sdr. X fragil; tatăl – în boala Huntington

• 2.6. EFECTELE FENOTIPICE ALE MUTAŢIILOR GENICE PATOGENE

1. Pierderea (totală/parţială) a funcţiei(activităţii) genei

- în majoritatea bolilor recesive (bolnavii = homozigoţi)

1. Câştigul de funcţie

- creşterea nivelului de expresie a proteinei

- ex., activarea permanentă a unui receptor în absenţa ligandului

3. Achiziţia unor proprietăţi noi a proteinei mutante

- ex., deficit în alfa-1 antitripsină – varianta α1 AT Pittsburg – nu mai acţionează ca o anti- elastază ci ca un inhibitor al coagulării.

4. Expresia inadecvată a genei ca timp şi loc

- ex., persistenţa ereditară a Hb fetale

- oncogenele

• Corelaţii dintre genotip şi fenotip

“o genă → o boală”

• În unele boli (ex., sicklemia) mutaţia este unică la toţi bolnavii → manifestare identică a bolii;

• În alte boli → bolnavii au mutaţii diferite în aceeaşi genă – gravităţi dfierite.

“o genă → mai multe boli”

• Mutaţii diferite în gena RET → b. Hirschprung (megacolon congenital); cancer ereditar tiroidă + suprarenale (sdr. MEN)

• Mutaţii diferite a genei beta-globină → sicklemia (AR); beta-talasmia (AR); methemoglobinopatia (AD)

“mai multe gene → o boală”

• B. Hirschprung ← mutaţii gene RET sau ECE1 sau EDN3

• BOLILE GENETICE

• 1. BOLILE GENETICE: definiţie şi clasificare

a) Definiţia bolilor genetice

Boală = orice alterare majoră a structurii şi/sau funcţiei normale a organismului.

Cauze : factori de mediu (f.m.) ± factori genetici (f.g.) (mutaţii);

Clasificare etiologică:

boli genetice ← f.g.

boli multifactoriale ← f.g + f.m.

boli ecologice (negenetice) ← f.m.

• BOLI:- genetice - multifactoriale- ecologice

M utaţiile reprezintă o cauză majoră de boală sau predispoziţie la boală.

În bolile ecologice - efectele agresiunilor exogene sunt influenţate de GENOTIP, ce determină:

→ un mod specific de răspuns la agresiuni (vulnerabilitate / rezistenţă)

→ manifestarea şi gravitatea ≠ a îmbolnăvirilor.

Aproape toate bolile umane au o componentă genetică, mai mare sau mai mică.

BOLILE GENETICE =

boli determinate sau condiţionate de mutaţii

• b). Importanţa bolilor genetice în practica medicală

Argumente:

1) BG sunt numeroase:

- peste 10.000;

- unele frecvente (1:500 – 1:10.000), altele mai rare;

1) BG sunt diverse pot afecta orice organ, la orice vârstă:

- se regăsesc în toate specialităţile !!!.

1) BG sunt, în ansamblul lor, frecvente: ≥ 5-8% nn !

În Iaşi: în fiecare zi se naşte un copil afectat;

în Romania: 7200 nn/ an;

• Importanţa bolilor genetice în practica medicală

Argumente:

4) BG sunt boli cronice → produc frecvent un handicap fizic, mental, senzorial, motor → cheltuieli importante

5) BG sunt o cauză majoră de morbiditate şi mortalitate (infantilă)

30-50% din internările în spitalele de pediatrie;

10% din internările în spitalele de adulţi;

10-30% din tulburările de reproducere;

~50% din mortalitatea infantilă (în ţările dezvoltate).

• Bolile genetice reprezintă o problemă majoră de sănătate publică şi în ROMÂNIA

Specialitate medicală distinctă = “GENETICĂ MEDICALĂ” (1996)

CENTRE DE GENETICĂ MEDICALĂ

doar pe hârtie → lipsă de finanţare

Programe naţionale de profilaxie a bolilor genetice (2003)

CENTRUL DE GENETICĂ MEDICALĂ

IAŞI

• c). Clasificarea bolilor genetice

În funcţie de tipul de mutaţii, de localizarea şi acţiunea lor → cinci categorii :

boli cromozomiale,

boli monogenice (mendeliene sau moleculare),

boli mitocondriale,

boli multifactoriale,

boli prin mutaţii somatice.

• (1). Bolile cromozomiale (B.crz.)

B. crz. - produse de anomalii în numărul sau structura cromozomilor:

vizibile (!) la microscop (inclusiv prin FISH), deci ≥ 4 Mb.

Ex. sdr. Down (trisomia 21); sdr. Turner (monosomia X);

sdr. Velo-Cardio-Facial (del 22q11).

NU sunt ereditare (rare excepţii).

Frecvenţa anomaliilor cromozomiale:

gameţi (bărbaţi/femei normale şi fertile): → 10 % (spermatozoizi) 25 % (ovule)

embrioni (std. preimplantator) → 25 %

embrioni 5-8 spt (avorturi spontane) → 50 – 60 %

nou-născuţi morţi → 10%

nou-născuţi vii → 0,7 – 1 % (>1:140)

• Anomaliile cromozomiale – consecinţe fenotipice

48 % = anomalii crz. neechilibrate (~1:300 nn)

→ trisomii / monosomii complete sau parţiale →

“anomalii de dozaj genic” (± segm.crz./gene N)

→ fenotip anormal: ACM ± RM (~600 entităţi)

52 % = anomalii crz. echilibrate

(t; ins; inv;)

→ fenotip normal;

→ tulburări de reproducere: sterilitate, avorturi spontane,

nn morţi, nn vii plurimalformaţi.

• (2). Bolile monogenice (B. MG)

B. MG - produse de mutaţia unei alele (A/n) sau ambelor alele (a/a) ale unei gene nucleare cu efect major → proteină anormală.

B. MG - se pot transmit e ereditar , în succesiunea generaţiilor : AD, AR, LX → boli mendeliene.

- ex., AD (An) : hipercolesterolemia familială, ADPKD;

- ex., AR (aa) : fibroza chistică (mucoviscidoza); sicklemia;

- ex., LX (XaY): hemofilia.

Indexate şi descrise îm catalogul « Mendelian Inheritance of Man » edt. Victor McKusick (ed.12, 1998; versiunea online = OMIM, actualizată permanent)

• ww w .ncbi.nlm.nih.gov/omim

• Bolile monogenice (B. MG)

în ~ 40% b. MG. – gena a fost localizată ± clonată şi se cunoaşte defectul primar = proteina anormală → BOLI MOLECULARE.

Numeroase (~ 10.000 dar nr. va creşte) şi diverse

Frecvenţă globală : 2%

• unele sunt frecvente:

HF (2‰),

ADPKD (1‰)

sdr. cancer de sân ereditar (0,5‰),

HNPCC (0,5‰),

mucoviscidoza (0,2‰)

• (3). Bolile mitocondriale (B. Mit)

Produse prin mutaţii germinale în genomul mitocondrial

Afectează producerea de energie, în muşchi şi nervi.

60 de boli neuro-musculare

Transmisie maternală *:

mamă B → toţi copiii B

tată B → toţi copiii S

• Mutaţiile mitocondriale

Mutaţiile dobândite ale genomului mitocondrial → frecvente

Explicaţie: rata mutaţiilor în ADNmit de 10-20 ori mai mare ca în ADN nuclear:

în mitocondrii se produc cantităţi mari de radicali liberi de oxigen → mutaţii;

ADN mit nu are histone şi nici mecanisme de reparare.

Mutaţiile mitocondriale dobândite sunt implicate în:

senescenţă,

boli degenerative ale vârstei a treia: b. Parkinson, b. Alzheimer, diabetul zaharat tip II

cancer.

• (4). Bolile multifactoriale (B. MF)

B. MF (complexe) – produse de interacţiunea complexă, în proporţii diferite, dintre factorii genetici (→ predispoziţie genetică) şi factorii de mediu

• PG + M = BOALĂ

PREDISPOZIŢIA GENETICĂ:

determinată poligenic sau oligogenic (1-2 gene majore+gene modificatoare);

se distribuie în populaţie sub forma curbei Gauss. Când se depăşeşte un prag → boală (Modelul distribuţiei continue cu PRAG)

• Bolile multifactoriale (B. MF)

B. MF – pot avea o distribuţie familială,

dar NU se transmit mendelian

B. MF – sunt relativ frecvente (3-5%):

la copil – malformaţiile congenitale izolate +

boli psihice

la adult – “boli comune ale adultului”:

boala coronariană,

hipertensiunea arterială,

diabetul zaharat,

boala ulceroasă

schizofrenia

boala canceroasă

etc

• Bolile multifactoriale (B. MF)

PROFILAXIA BOLILOR MULTIFACTORIALE (PG+ M = B.MF):

• Identificarea genelor de predispoziţie;

• Depistarea indivizilor cu PG;

• Evitarea agenţilor de mediu.

• (5). Bolile prin mutaţii somatice (B.MS)

Se produc postnatal prin mutaţii somatice:

multiple , în gene diferite,

succesive ,

efect cumulativ.

Mutaţiile sunt produse prin:

erori de replicare ADN,

factori mutageni:

exogeni (→ ADN nuclear )

endogeni (→ ADN nuclear + ADNmt, absenţa mecanismelor de reparare)

• Bolile prin mutaţii somatice (B. MS.)

B. MS - caracteristici:

apar după naştere,

limitate la celulele somatice,

NU se transmit la descendenţi,

Uneori, probandul poate moşteni (de la unul dintre părinţi) o mutaţie iniţială (importantă dar nu suficientă pt producerea bolii) → PG boală; ulterior, alte mutaţii somatice → boala (ex., mutaţia genei BRCA1 în cancerul de sân).

B. MS :

procesul de senescenţă,

majoritatea cancerelor,

multe boli autoimune,

unele boli degenerative

Frecvenţă : ≥ 25% din populaţia peste 25 ani

• 2. CARACTERELE GENERALE ŞI METODELE DE STUDIU ALE BOLILOR GENETICE

Permit medicului practician să-şi orienteze diagnosticul etiologic, să răspundă la întrebarea:

“boala pacientului este determinată genetic ?”

• CARACTERELE GENERALE ALE BOLILOR GENETICE

a). BG sunt determinate de mutaţii germinale sau somatice

Metode de identificare a mutaţiilor :

directe (DIAGNOSTIC GENOTIPIC)

prin analiza ADN,

prin analiza cromozomilor;

indirecte

prin studiul efectelor primare (proteină anormală)

sau efectelor secundare (la nivel celular)


b) BG – sunt congenitale = determinate prenatal şi prezente / existente la naştere dar manifeste clinic în diferite perioade de viaţă.

Congenital nu înseamnă obligatoriu genetic (ex. malformaţii congenitale produse de agenţi externi);

Bolile prin mutaţii somatice nu sunt congenitale

c) BG – sunt deseori familiale dar:

există şi forme sporadice (b. recesive sau b. dominante-prin mutaţii noi);

există boli ne-genetice familiale (infecţioase – ex., tuberculoza; nutriţionale – ex., hipotiroidia, prin carenţă de iod).


d) BG pot fi ereditare , în sensul de transmitere în succesiunea generaţiilor.

Genetic ≠ ereditar (există BG care NU se transmit la descendenţi, fiind letale sau afectând reproducerea)

Există boli negenetice prezente la bolnavi din generaţii diferite (ex., tuberculoza sau sifilisul “ereditar”- greşit numite în acest caz “ereditare”).

e) BG au o concordanţă mare la gemenii monozigoţi (genotip identic)

• ANAMNEZA FAMILIALĂ

AF = informaţii despre:

relaţiile biologice şi social/legale,

starea fizică şi mentală

sau funcţia reproductivă a

indivizilor unei familii

Informaţiile se înregistrează într-o formă standardizată = arbore genealogic

(v. LP !!!)

• ANAMNEZA FAMILIALĂ

AF – poate furniza date utile pentru:

diagnosticul medical,

strategiile de testare,

modul de transmitere a bolii,

riscul de recurenţă,

identificarea persoanelor sănătoase cu risc crescut de a moşteni / transmite gena mutantă.

3. ABORDAREA GENETICĂ ÎN MEDICINA ACTUALĂ

• RELAŢIA modernă MEDIC – PACIENTcapătă o nouă dimensiuneABORDAREA GENETICĂ

• Pe primul plan nu este boala ci BOLNAVUL , unic prin ereditatea sa şi mediul în care a trăit → “…el este un om vulnerabil!” care face boala “în stilul lui” caracteristic

(“NU există boli ci numai BOLNAVI”)

• Tratamentul este adaptat la bolnav (medicina personalizată)

• Se dezvoltă predicţia şi prevenţia personalizată; “...păstrarea sănătăţii va fi mai importantă decât tratarea bolii” → medicina omului sănătos.

• la binomul medic – bolnav se adaugă o a treia dimensiune: familia bolnavului

• ABORDAREA GENETICĂ se bazează pe 3 principii majore(ce determină acţiuni distincte):

1. pacientul are o anumită individualitate biologică, determinată de ereditate + mediu

2. în marea majoritate a bolilor intervin factori genetici, determinanţi sau favorizanţi,

3. genele mutante se transmit la alte persoane din familie → risc de boală.

• (1). INDIVIDUALITATEA BIOLOGICĂ

a) răspunsul specific la agresiunile mediului: rezistenţă / vulnerabilitate (PG) → „suntem inegali în faţa bolii”;

b) manifestările variabile şi gravitatea diferită a bolii → „nu există boli ci numai bolnavi”;

c) răspunsul particular la tratament al fiecărui bolnav → capacitate ≠ de metabolizare şi eliminare a compuşilor chimici (farmacogenetica)

• (2). NATURA GENETICĂ A BOLII

Stabilirea naturii bolii este decisivă pentru:

- determinarea evoluţiei şi prognosticului,

- îngrijirea bolnavului,

- stabilirea riscului genetic de recurenţă în familia lui.

• (3). FAMILIA CA UNITATE DE ACŢIUNE.

Acţiunea derivă din esenţa eredităţii ce implică transmiterea genelor mutante la alţi membri ai familiei.

• “Nu există boli ci numai ... familii de bolnavi”

Medicul practician (de familie sau specialist) – trebuie să se implice, direct sau indirect, în familia bolnavului;

• să informeze bolnavul / familia sa;

• să evalueze cel puţin rudele de gradul I

să identifice alte cazuri nediagnosticate

(deseori oligo-simptomatice),

să identifice persoanele sănătoase dar cu risc de a fi moştenit gena mutantă;

să le acorde sprijinul necesar.

sfat genetic,

diagnostic prenatal sau presimptomatic

• 4. ECOGENETICA, FARMACOGENETICA ŞI FARMACOGENOMICA

ECOGENETICA studiază:

Variaţiile – la acţiunea unor factori de mediu → diferenţe

individuale de răspuns

determinate la agresiuni

genetic

↓

Variante alelice

normale /anormale

↓

Proteine/enzime

cu activitate

diferită

FARMACOGENETICA studiază:

Variaţiile – la acţiunea unor MEDICAMENTE → diferenţe

individuale de răspuns

determinate TRATAMENT

genetic

↓

Variante alelice

normale /anormale

↓

Proteine/enzime

cu activitate

metabolică

diferită

• FARMACOGENETICA ŞI FARMACOGENOMICA

Studiază variaţiile alelice ale unor gene

implicate în farmacocinetica unor medicamente:

absorbţie, distribuţie, metabolism, excreţie → relaţia doză – concentraţie plasmatică / tisualră →

produc diferenţe de răspuns

la un anumit medicament şi

la un grup de persoane.

“medicamentul potrivit pentru o anumită boală”

Studiază variaţiile genomului

(polimorfisme ADN)

implicate în farmacodinamia unor medicamente

transport, mecanism acţiune, ţinte (enzime/receptori) → relaţia doză – efect

produc diferenţe de răspuns

la un anumit medicament şi

la o anumită persoană

“medicamentul potrivit pentru pacientul potrivit la timpul potrivit”

(terapie personalizată)

• FARMACOGENOMICA

Ex., Consecinţele funcţionale ale polimorfismului (SNPs) genei adrenoreceptorului ß2=

ţinta agoniştilor ß2-adrenergici → vasodilataţie (antiHTA), bronhodilataţie (antiastmatice), inhibă ACE (enzima de conversia a angiotensinei)

• FARMACOGENOMICA

Va subdiviza bolnavii cu acelaşi fenotip (boală) în mai multe categorii definite genetic.

Problema esenţială este identificarea markerilor ce indică legătura dintre structura genetică şi răspunsul la medicamente

NU este simplu → terapia personalizată este “în faza copilăriei” dar este certă pentru viitorul apropiat

Ex., Dv aveţi cancer de sân → Dv aveţi CS cu profilul molecular:

A – sensibil la herceptin

B – sensibil la tamixifen

• CONCLUZII

• Bolile genetice = problemă majoră de sănătate publică

• Abordarea genetică = componentă de rutină a îngrijiriii bolnavilor

• Terapia personalizată – o certitudine pentru viitorul apropiat

Curs5

BOLILE CROMOSOMICE

1. DEFINIŢIA, FRECVENŢA, ETIO-PATOGENIA BOLILOR CROMOZOMIALE

a). Definiţie:

Bolile cromozomiale (B.crz.) sunt produse de anomalii cromozomiale – de număr sau structură – vizibile (!) la microscop (inclusiv prin FISH), deci ≥ 4 Mb.

Ex. sdr. Down (trisomia 21);

sdr. Turner (monosomia X);

sdr. Velo-Cardio-Facial (del 22q11).

Bolile cromozomiale sunt boli genetice dar (cu rare excepţii) NU sunt ereditare.

b). Frecvenţa anomaliilor cromozomiale:

nou-născuţi vii → 0,7 – 1 % (>1:120)

(Hook et al, 1992= 0,83% + sdr cu microdeleţii)

gameţi (bărbaţi/femei normale şi fertile): →

10 % (spermatozoizi) 25 % (ovule)

embrioni (std. preimplantator) → 25 %

embrioni 5-8 spt. (avorturi spontane) → 50 – 60 %

nou-născuţi morţi → 10%

c). Tipuri de anomalii cromozomiale (v.LP):

Anomaliile cromozomiale:

constituţionale sau dobândite;

numerice (aneuploidii şi poliploidii) sau

structurale:

del, r, dup, i, dic, der

inv, t (TRE; rob), ins.

omogene sau în mozaic

autozomale sau gonozomale.

După consecinţele fenotipice, an. crz. :

neechilibrate (± crz) = toate an. număr + struct. neechilibrate

→ fenotip ANORMAL echilibrate (fără modif. crz. cantitative) = TRE, INV, INS → fenotip NORMAL

d). Cauzele anomaliilor cromozomiale

Anomaliile cromozomiale de număr.

Produse prin erori de distribuţie (nedisjuncţie şi întârziere anafazică – pt aneuploidii);

Cauzele erorilor = necunoscute

vârsta maternă creşte riscul de ND (meioza I) :

1:1000 – sub 25 de ani,

1:100 – la 37 ani,

1:10 – la 45 ani.

Explicaţie : particularităţile meiozei la femeie(“ovulele au vârsta femeii”);

alte cauze: doar 25% din copiii cu trisomie 21 au mame peste 35 ani;

NU intervin factori externi (!);

gene de nedisjuncţie (?);

“accidente” meiotice !?!

Boli cromosomice - date generale

Anomaliile de număr sau structură neechilibrate → fenotip anormal → cel mai frecvent letal → avort spontan sau nou născut mort.

Incidenţa anomaliilor cromosomice neechilibrate la n.n. = 1/250 → sindroame cromosomice

Trisomii complete

Monosomie X

Trisomii parţiale

Monosomii parţiale.


Indiferent de cromosomul afectat, toate anomaliile cromosomice neechilibrate viabile prezintă o serie de trăsături comune:

tulburări de creştere şi dezvoltare pre- şi postnatală;

retard psiho-motor;

tulburări de reproducere, manifestate prin: sterilitate şi/sau infertilitate (avorturi repetate sau naştere de copii plurimalformaţi morţi sau vii);

sindrom plurimalformativ specific fiecărei anomalii în parte.


Consecinţele anomaliilor cromosomice neechilibrate numerice şi structurale depind de mai mulţi factori:

tipul anomaliei,

cantitatea de material genetic activ prezent pe cromosomul implicat

mărimea dezechilibrului genic;

tipul cromosomului afectat (autosom sau gonosom)

numărul de celule afectate;

Trisomii autosomale

Sindromul Down

Sindromul Down poate fi depistat prin screening şi disgnostic prenatal,

testul triplu în sângele matern + ecografia fetală:

α-fetoproteina [valoare scăzută],

gonadotrofina corionică umană [valoare crescută]

estriol neconjugat [valoare scăzută]

Confirmarea diagnosticului necesită examen citogenetic pe amniocite sau vilozităţi coriale.

Sindromul Down

Riscul de recurenţă al sdr. Down la următoarele sarcini a unei femei care are un copil cu sdr. Down este dependent de tipul de trisomie 21:

fiind nesemnificativ în trisomii prin mozaic (<0,1%)

redus în trisomia 21 liberă omogenă (aproximativ 1%)

dacă unul din părinţi are o translocaţie Robertsoniană echilibrată:

moderat în trisomia 21 prin translocaţie Robertsoniană între cromosomi neomologi (10%)

total în trisomia 21 prin translocaţie Robertsoniană între cromosomi omologi (100%)

dacă copilul are translocaţie Robertsoniană, iar părinţii au formulă cromosomică normală – risc redus ~1%

Monosomii autosomale parţiale

Sindroame produse prin deleţii submicroscopice

Sindromul Velo-cardio-facial

Microdeleţie 22q11.2

clinic:

Dismorfie facială caracteristică (nas bulbos cu filtru lung, faţă alungită, gură mică, urechi mici)

Despicătură palatină sau insuficienţă velo-faringiană → dificultăţi de fonaţie

Malformaţii cardiace (defecte septale, tetralogie Fallot)

Dificultăţi de învăţare

Hipocalcemie

Sindromul Velo-cardio-facial Etiologie

Clasic

Deleţie microscopică 22q11 - 15-20%

FISH

Deleţie submicroscopică 22q11.2 - 63%

Absenţa deleţiei - 17%

Regiune critică minimă - 480 kb

5 gene candidat

În 10-15% din cazuri, deleţia este moştenită de la unul din părinţi după un model DA → risc de recurenţă 50%

SINDROM PRADER-WILLI

1/10.000-1/20.000 n.n.

microdeleţie/deleţie 15q11-q13

Hipotonie severă în perioada de nou-născut

Dificultăţi de alimentaţie la sugar → gavaj

Hiperfagie după 1 an → Creştere rapidă în greutate → Obezitate hipotalamică

Dismorfie craniofacială: Îngustarea diametrului bifrontal; Ochi cu formă de migdală;Gură cu colţuri căzute

Hipostatură;

Hipogonadism:

Hipoplazie genitală

Pubertate întârziată

Infertilitate

Dezvoltare psihocomportamentală deficitară→ retard mental + anomalii de învăţare

Acromicrie;

modificări genetice:

deleţie 15q11-q13 de novo - prezente în 75% din cazuri (întotdeauna de origine paternă), fiind caracterizate prin absenţa unui segment cromosomic de aproximativ 3-4 Mb;

disomia uniparentală maternă a cromosomului 15 prezentă în 20% din cazuri, fiind consecinţa “salvării” a unei trisomii 15, anomalie corelată cu vârsta maternă înaintată;

deleţia interstiţială 15q11-q13 moştenită pe linie paternă în cazul malsegregării meiotice a cromosomilor derivativi în inserţii echilibrate, prezentă în 2-4% din cazuri;

mutaţia centrului de amprentare, care controlează modificările epigenetice ale genelor amprentate din regiunea 15q11-q13, a fost identificată în 1% din cazuri.

Aneuploidii gonosomale

TULBURĂRI DE REPRODUCERE DE CAUZĂ CROMOSOMICĂ

Sterilitatea - imposibilitatea unui individ de a forma gameţi fecundanţi

Infertilitatea - terminarea unei sarcini prin avort sau naşterea unui copil anormal.

avorturi spontane repetate,

naşterea de copii morţi plurimalformaţi,

naşterea de copii vii plurimalformaţi

asociearea acestor particularităţi

STERILITATEA DE CAUZĂ CROMOSOMICĂ

10-15% din cupluri sunt sterile → sterilitate:

masculină (20%)

feminină (38%)

de cuplu (27%)

idiopatică (15%).

factorii implicaţi în sterilitate sunt:

genetici,

endocrini,

anatomici,

imunologici

de mediu.

factori emoţionali sau psihologici.

STERILITATEA DE CAUZĂ CROMOSOMICĂ

sterilitatea poate fi:

hipotalamică

hipofizară

Gonadică → hipogonadism hipergonadotrop,

Postgonadică – fără hipogonadism.

Sterilitatea gonadică:

definitivă

determinată de mutaţii:

cromosomice

genice.

STERILITATEA CROMOSOMICĂ FEMININĂ

Sindromul Turner

monosomia X → insuficienţă ovariană → ↑ FSH şi LH + ↓ estrogeni şi progesteron → sterilitate primară şi definitivă.

absenţa dezvoltării pubertare şi menarhei → 90% din cazuri

deleţiile Xp11:

→ insuficienţă ovariană în jumătate din cazuri.

50% cazuri cicluri menstruale prezente + fertilitatea rareori prezentă.

deleţiile Xp21 → amenoree secundară şi sterilitate.

deleţiile Xq13-q26 → absenţa telarhei + amenoree primară + hipogonadism hipergonadotrop.

Mecanismele insuficienţei ovariene - pierderea unei (unor) gene esenţiale pentru dezvoltarea normală a ovarelor → absenţa genei modifică meioza → atrezia foliculară.

STERILITATEA CROMOSOMICĂ FEMININĂ

Sindromul triplo X

de obicei fenotip necaracteristic şi fertiltate prezentă.

Uneori amenoree secundară precoce.

Translocaţiile X-autosom

Translocaţiile X-autosom (15, 21, 22) sunt anomalii cromosomice rare.

În translocaţiile echilibrate, inactivarea se face preferenţial pe cromosomul X normal (Xn) în timp ce cromosomul X cu translocaţie (Xt) rămâne activ.

În translocaţii X-autosom neechilibrate → inactivare preferenţială a cromosomului Xt.

1/2 din femeile purtătoare sterile.

Sterilitatea poate fi consecinţa: unui efect de poziţie, a deleţiei unei gene esenţiale pentru funcţia ovariană sau a afectării activităţii cromosomului X în cursul mitozei şi meiozei celulelor germinale.

STERILITATEA CROMOSOMICĂ MASCULINĂ

Sindromul Klinefelter

trisomia XXY → principala cauză de sterilitate masculină.

Prezenţa suplimentară a unui cromosom X → disgenezie testiculară → dispariţia progresivă a celulelor germinale → deficit de sinteză a testosteronului.

azoospermie.

uneori la cazurile cu mozaic 46,XY/47,XXY (la vârste tinere) → oligospermie.

Distrugerea tubilor seminiferi şi atrezia celulelor germinale consecinţa unui efect de dozaj genic, indus de prezenţa a doi cromosomi X.


Bărbaţii XYY

În trisomia XYY există o afectare a fertilităţii cu hipofertilitate

Consecinţa unei vezicule sexuale anormale, prin asocierea cromosomilor Y şi a cromosomului X → dificultăţi de spermatogeneză → ↓ nr. spermatozoizi.

Trisomiile autosomale

trisomia 21 + trisomia 8 în mozaic → sterilitate masculină.

Bărbaţii XX

1/10000 – 1/20000 de bărbaţi

anomalie a determinismului sexual

80% dintre cazuri ← translocaţia genei SRY (Sex-determing Region of chromosome Y) de pe cromosomul Y pe cromosomul X în cursul meiozei paterne.

fenotip de sindrom Klinefelter + talie normală.

Atrofie testiculară postpubertar

Diagnostic prin tehnica FISH - sonde specifice regiunii SRY


Anomalii structurale ale cromosomului Y

15% dintre subiecţii cu azoospermie

6% dintre subiecţii cu oligospermie severă.

afectare testiculară ← absenţa unor Yq

Cele mai frecvente anomalii - microdeleţiile Yq.

Majoritatea sunt de novo

identificate la 3-18% dintre bărbaţii cu azoospermie nonobstructivă şi la 5-10% dintre bărbaţii cu oligospermie severă.

Evidenţierea microdeleţiilor cromosomului Y poate fi realizată prin tehnica PCR.


Anomalii structurale ale cromosomului Y

microdeleţiile Y → modificări anatomopatologice testiculare (absenţa completă a celulelor germinale ↔ blocarea spermatogenezei).

regiunea critică în microdeleţiile Y - Yq11.23 denumită AZF (AZoospermia Factor).

Regiunea AZF a fost împărţită în trei domenii notate: AZFa, AZFb şi AZFc.

Deleţiile subregiunii AZFa sunt rare (1-5%) dar severe, fiind asociate cu absenţa celulelor germinale - gene implicate USP9Y şi DBY .

Deleţiile AZFb (16%) şi AZFc (60%)

mai frecvente,

blocarea spermatogenezei.

la nivelul regiunii AZFb a fost identificată gena RBMY.

la nivelul regiunii AZFc a fost identificată gena DAZ care codifică o proteină ce se fixează pe ARN şi este exprimată doar în celulele germinale testiculare.


Anomalii structurale echilibrate

inversii şi translocaţii (inserţii, reciproce şi Robertsoniene) cauzează sterilitate masculină prin afectarea formării veziculei sexuale datorită prezenţei cromosomului(ilor) derivativ(i).

Inversiile cromosomilor 1, 2, 3, 5, 6, 7 şi 9 au fost asociate cu sterilitatea masculină, incidenţa lor fiind de 8 ori mai mare decât la persoanele normale.

Translocaţiile reciproce şi inserţiile reprezintă cauza sterilităţii masculine în aproximativ 1% din cazuri, incidenţa fiind mai mare în azoospermii.

Azoospermia este consecinţa unei blocări a spermatogenezei, indusă de modificarea configuraţiei meiotice normale.

Translocaţiile Robertsoniene sunt implicate în circa 0,7% dintre cazurile cu sterilitate masculină, cea mai frecventă fiind translocaţia rob(13;14).

Afectarea fertilităţii variază de la o spermatogeneză cvasinormală până la blocarea aproape completă a spermatogenezei.

INFERTILITATEA CROMOSOMICĂ

Avorturile spontane

pierderea inexplicabilă a unei sarcini, înainte ca fătul să fie capabil să supravieţuiască extrauterin (< săptămâna 20)

Frecvenţa avorturilor spontane variază între 12 şi 50%, dependent de modul de evaluare a sarcinii.

În sarcinile depistate clinic, rata avorturilor spontane este de 12-15%, majoritatea pierderilor de sarcină producându-se între săptămânile 7 şi 11 de gestaţie.


Avorturile spontane

toate tipurile de anomalii cromosomice neechilibrate.

5% din produşii de concepţie umani prezintă aneuploidie, dar este posibil ca această valoare să fie subestimată, deoarece mulţi embrioni aneuploidie îşi întrerup evoluţia înainte ca sarcina să devină evidentă clinic.

au fost identificate toate tipurile de trisomie. Trisomia 16 este cea mai frecventă trisomie (26,9% dintre trisomii) dar cea mai frecventă aneuploidie este monosomia X (1/4 din totalul aneuploidiilor).

Trisomiile gonosomale au o frecvenţă redusă în produşii de avort (0,2%) ceea ce atestă severitatea mică a acestora.

Triploidia reprezintă aproximativ 15% din totalul anomaliilor citogenetice identificate la produşii de avort.

Tetraploidia induce 5% din avorturile spontane, majoritatea acestora producându-se în săptămânile 10-14 de gestaţie.

Anomaliile cromosomice structurale neechilibrate determină 2% dintre avorturile spontane, jumătate dintre aceste anomalii fiind de novo.


Avorturile recurente

existenţa a mai mult de 2 avorturi spontane consecutive la acelaşi cuplu.

0,8-1% din cupluri au mai mult de 3 avorturi spontane consecutive.

Riscul de recurenţă:

12% după un prim avort spontan,

24% după două avorturi spontane consecutive

36% după mai mult de 3 avorturi spontane consecutive.

Principalele cauze de avorturi recurente sunt:

malformaţiile uterine (15-30% din cazuri)

bolile endocrine (defecte ale fazei luteale, sindromul ovarelor polichistice – 23-40% din cazuri)

cauzele genetice (anomalii cromosomice şi boli monogenice)

tulburările imunologice (bolile autoimune caracterizate prin formarea de autoanticorpi).


Avorturile recurente

anomalii cromosomice structurale neechilibrate

translocaţii neechilibrate

5% din avorturile recurente.

unul dintre membrii cuplului purtător al unei translocaţii echilibrate (reciprocă sau Robertsoniană).

80% dintre sarcinile unei femei purtătoare de translocaţie echilibrată se încheie prin avort spontan,

16% se finalizează prin naşterea unui copil sănătos,

4% se termină prin naşterea unui copil cu un sindrom plurimalformativ,.

Inversiile cromosomice

0,3% dintre avorturile recurente,

riscul de naştere a unui copil anormal este de 4-8%.

Inversiile paracentrice au un risc mult mai mic decât cele pericentrice.

INDICATIILE PRACTICE ALE STUDIULUI CROMOSOMILOR UMANI

La indivizii cu stări intersexuale, analiza cromosomilor permite stabilirea concordanţei între sexul genetic şi cel civil precum şi decelarea unor eventuale anomalii cromosomice.

La indivizii cu sindroame plurimalformative (trei sau mai multe malformaţii) cu sau fără retard mental, este utilă efectuarea analizei cromosomice, deoarece poate fi identificată prezenţa unei anomalii cromosomice numerice sau structurale neechilibrate mici; analiza cromosomică este importantă chiar şi când diagnosticul clinic este cert, ca în sindromul Down, deoarece permite depistarea tipului de dezechilibru cromosomic, aspect important pentru acordarea sfatului genetic.

În debilităţile mentale de cauză necunoscută, cu sau fără tulburări de comportament, efectuarea cariotipului poate indica prezenţa unei anomalii cromosomice structurale neechilibrată.


La persoane cu dezvoltare anormală a caracterelor sexuale secundare (de exemplu băieţi cu pilozitate sexuală redusă şi voce înaltă) sau întârzierea apariţiei pubertăţii (în special la fete cu talie mică sau la băieţi longilini) efectuarea cariotipului permite identificarea unei anomalii gonosomice (monosomie X sau trisomie XXY).

La cuplurile cu sterilitate primară de origine nedeterminată efectuarea cariotipului poate releva o anomalie gonosomică sau o anomalie structurală echilibrată.

La cuplurile cu avorturi spontane repetate sau copii născuţi morţi, efectuarea cariotipului poate indica prezenţa unei anomalii cromosomice echilibrate, răspunzătoare de accidentele reproductive. Efectuarea cariotipului la produşii de avort poate indica existenţa unei anomalii numerice sau a unei anomalii cromosomice structurale neechilibrată letale.


La părinţii copiilor cu anomalii structurale neechilibrate (cu boli cromosomice), efectuarea cariotipului este necesară, deoarece poate releva prezenţa unei anomalii cromosomice structurale echilibrate, La rudele apropiate ale indivizilor cu anomalii cromosomice echilibrate efectuarea cariotipului poate releva aceeaşi anomalie, aspect important pentru stabilirea riscului de recurenţă al anomaliei.

La persoanele expuse la acţiunea unor agenţi mutageni (radiaţii ionizante, agenţi alchilanţi) efectuarea analizei cromosomice permite, uneori, identificarea unor anomalii cromosomice structurale neechilibrate dobândite, de tipul cromosomilor inelari sau cromosomilor dicentrici.


În unele forme de cancer, efectuarea cariotipului poate releva o anomalie cromosomică structurală dobândită. Astfel, în leucemia mieloidă cronică poate fi identificat cromosomul Philadelphia 1 (translocaţie între cromosomii 9 şi 22) în retinoblastom există o deleţie 13q−, iar în tumora Wilms (nefroblastom) poate fi identificată o deleţie 11p−. Detecţia anomaliei cromosomice specifice este utilă pentru identificarea recidivelor şi, în unele cazuri, pentru stabilirea prognosticului pacienţilor.

Diagnosticul prenatal este indicat pentru cuplurile cu risc crescut (un părinte purtător al unei anomalii cromosomice echilibrate, cupluri care au avut copii cu anomalii cromosomice neechilibrate, vârstă maternă

avansată – peste 35 de ani - în momentul concepţiei). Realizarea analizei cromosomilor din celulele fetale (din lichidul amniotic sau vilozităţile coriale) permite evidenţierea unor anomalii cromosomice numerice sau structurale neechilibrate. În cazul identificării unor anomalii cromosomice cuplul parental poate opta pentru întreruperea sarcinei.

Curs6

BOLILE MONOGENICE

Boli monogenice - date generale

Bolile monogenice sunt produse prin mutaţii care afectează o singură pereche de gene alele.

Bolile monogenice sunt caracterizate prin fenotipuri anormale, determinate exclusiv de factorii ereditari.

Ele reprezintă o parte importantă a patologiei genetice, deoarece sunt numeroase - peste 9.500 de entităţi clinice distincte,

Per ansamblu sunt relativ frecvente – afectând 1-2% dintre nou-născuţii vii

Bolile monogenice se transmit ereditar conform legilor lui Mendel.

Investigaţia genetică presupune în primul rând efectuarea anamnezei familiale şi a arborelui genealogic.

Boli monogenice - date generale

Pe baza arborelui genealogic se poate stabili modul de transmitere monogenic al afecţiunii (vezi LP):

dominant autosomal sau legat de cromosomul X.

recesiv autosomal sau legat de cromosomul X.

Boli monogenice - noţiuni generale

transmiterea monogenică = cel mai simplu mod de transmitere → recunoaştere uşoară

numeroase dificultăţi de diagnostic şi evaluare a riscului de recurenţă ← variabilitatea expresiei fenotipică a mutaţiilor (interrelaţii genice şi influenţa factori de mediu):

penetranţa incompletă,

expresivitatea variabilă,

pleiotropia,

eterogenitatea genetică

specificitatea de organ,

consanguinitatea.


SPECIFICITATEA DE ORGAN

noţiune calitativă → tipul şi localizarea efectelor fenotipice ale genei mutante.

boli dominante care afectează mai multe organe sau ţesuturi.

boala Rendu-Osler (angiomatoza hemoragică ereditară) → hemoragii în diferite organe prin ruperea unor hemangioame.


CONSANGUINITATEA

↑ probabilitatea ca descendenţii să moştenească aceeaşi mutaţie genică recesivă şi să fie homozigoţi afectaţi.

fiecare individ are 3-4 gene recesive → cuplu consanguin RISC pentru o boală recesivă gravă.

coeficient de consanguinitate (F) - probabilitatea copilului provenit dintr-un cuplu consanguin de a fi homozigot (afectat) pentru o genă la nivelul unui locus specific, moştenită de la genitorul comun al cuplului parental

coeficientul de înrudire (R) - proporţia medie de gene comune a membrilor unui cuplu consanguin

BOLILE MOLECULARE

Studiul bolilor moleculare a relevat existenţa mai multor tipuri de efecte ale mutaţiilor genice asupra fenotipului:

mutaţii cu pierderea funcţiei;

mutaţii cu câştig de funcţie;

mutaţii cu dobândirea de funcţii noi;

mutaţii cu expresie genică ectopică sau heterocronică.

BOLILE MOLECULARE

Pentru unele maladii monogenice se cunoaşte întregul mecanism patogenic:

Gena mutantă

Mutaţia care determină afecţiunea

Modificările proteice

Modificările celulare

Modificările la nivelul unor organe sau a întregului organism.

Aceste boli → boli moleculare.

> 2000 de afecţiuni moleculare.

BOLILE MOLECULARE

În raport, cu tipul de deficit funcţional, bolile moleculare pot fi împărţite în:

defecte enzimatice,

defecte de transport şi de stocaj, defecte ale proteinelor structurale,

defecte ale proteinelor implicate în homeostazia organismului;

defecte ale proteinelor implicate în expresia genică,

defecte ale proteinelor implicate în dezvoltare,

defecte ale proteinelor implicate în metabolismul şi comunicarea intercelulară

DEFICITE ENZIMATICE

Erori înnăscute de metabolism

Interesează toate metabolismele.

350 de deficite enzimatice (posibil > 3000).

De obicei transmitere recesivă (autosomală sau legată de cromosomul X).

majoritatea enzimelor normale au activitate catalitică > necesităţile fiziologice ale organismului.

la heterozigoţi (Na sau XNXa) → activitate enzimatică 50% → proces metabolic normal.

la homozigoţi (aa) + heterozigoţii compuşi (a1a2) + hemizigoţi (XaY) → activitatea insuficientă → bloc metabolic.

DEFICITE ENZIMATICE

Efectele blocului metabolic pot fi diferite:

acumularea substratului;

absenţa produsului final de metabolism;

metabolizarea secundară a produsului primar al reacţiei;

activarea unui mecanism de feed-back negativ

DEFICITE ENZIMATICE

Acumularea substratului

absenţa enzimei → blocarea metabolizării produsului primar al reacţiei → acumulare;

când substratul este o moleculă mică (difuzibilă) → sânge → efecte negative în majoritatea ţesuturilor

de exemplu, acumularea de galactoză în deficitul de galactozo-1-fosfat uridil transferază);

când substratul este o macromoleculă → acumulare locală → efecte nocive în ţesutul unde se formează

(de exemplu acumularea de glicozaminoglicani în mucopolizaharidoze);

GALACTOZEMIA

cea mai frecventă enzimopatie ce afectează metabolismul zaharidelor.

1/55.000 de nou-născuţi

transmitere de tip recesiv autosomal.

forma clasică de boală ← mutaţie în gena galactozo-1-fosfat uridil transferazei (GALT):

> 150 de mutaţii,

trei frecvente:

Gln188Arg,

Lys258Asn

Ser135Leu

GALACTOZEMIA

Diagnostic.

Manifestările clinice → sugar ← alimentaţia lactată.

simptome iniţiale: vărsături şi dificultăţi de hrănire.

Ulterior:

deficit de creştere,

deficit de dezvoltare neuro-psihică,

retard mental,

cataractă

semnele de ciroză hepatică (hepatomegalie, icter prelungit).

Diagnosticul de certitudine → teste biochimice:

↑ galactozurie

↑ galactozemiei

activitate ↓GALT.

GALACTOZEMIA

Tratament.

îndepărtarea galactozei şi lactozei din alimentaţie

folosirea de formule speciale de lapte praf,

evitarea produselor lactate.

Profilaxie.

screening-ul neonatal al galactozemiei → determinarea activităţii GALT într-o picătură uscată de sânge, recoltat prin puncţie capilară.

Prognosticul.

La pacienţii netrataţi → insuficienţă hepatică, retard mental şi cataractă.

Aplicarea precoce a tratamentului → viaţă cvasinormală,

DEFICITE ENZIMATICE

absenţa produsului final de metabolism

efectele negative ale blocului metabolic ← absenţa substanţei metabolizate de enzima implicată

de exemplu, deficitul de tirozinază determină absenţa transformării tirozinei în melanină cu apariţia albinismului oculo-cutanat;

DEFICITE ENZIMATICE

metabolizarea secundară a produsului primar al reacţiei

în absenţa enzimei → activare căi secundare de metabolism → formare de produşi metabolici toxici;

de exemplu, în absenţa fenilalanil-hidroxilazei → activare cale secundară metabolică → acid fenilpiruvic + acid fenillactic → efecte toxice nervoase;

FENILCETONURIA

boală recesiv autosomală ← mutaţii ale genei care codifică fenilalanin hidroxilaza,

enzima catalizează transformarea fenilalaninei în tirozină.

1/10.000 de nou-născuti în populaţia caucaziană.

Gena PAH:

localizată 12q24.1.

eterogenitate alelică → > 400 de mutaţii.

6 mutaţii frecvente → 2⁄3 din cazurile de fenilcetonurie.

majoritatea bolnavilor heterozigoţi compuşi → variabilitate a nivelurilor reziduale ale activităţii enzimatice.

FENILCETONURIA

Mecanism patogenic.

blocarea transformării fenilalaninei (un aminoacid esenţial) în tirozină

acumulare de substrat → hiperfenilalaninemie

activare cale secundară de metabolizare → acid fenilpiruvic (fenillactic) + acid fenilacetic → efecte toxice SNC.

efecte secundare:

↓ melaninei → hipopigmentaţia

↓ producerii de dopamină → convulsii.

FENILCETONURIA

manifestări clinice după primul trimestru de viaţă ← aportul de fenilalanină din laptele matern.

indicii posibile la nou-născut: hipopigmentaţie cutanată, păr blond şi culoarea albastră a ochilor.

forme netratate →

tulburările neurologice (anomalii de mers, postură şi şedere),

retard somatic

retard mintal (de obicei sever).

miros anormal al urinei (“de şoarece“)

crize comiţiale

dermatită eczematiformă.

FENILCETONURIA

Diagnosticul de certitudine → paraclinic:

dozarea plasmatică a fenilalaninei (peste 20 mg/dl)

nivelul urinar ↑ al acizilor fenil-piruvic şi orto-hidroxi-fenil acetic.

FENILCETONURIA

fenilcetonuria maternă:

forme grave de fenilcetonurie (manifeste din momentul naşterii) la copiii femeilor cu fenilcetonurie

În absenţa restricţiei severe de fenilalanină în timpul gestaţiei.

Simptome asociate:

microcefalie

anomalii congenitale cardiace.

FENILCETONURIA

Tratament.

dieta restricţionată pentru fenialalnină → nivel seric de fenilalanină < 6 mg/dl.

tratament din prima lună de viaţă şi menţinut pentru toată viaţa.

după adolescenţă relaxarea restricţiei ↔ fenilalaninemie < 10-12 mg/dl.

restricţie severă preconcepţional şi gestaţional la paciente gravide → preîntâmpină boala la copiii bolnavelor.

FENILCETONURIA

Profilaxie → screening-ul neonatal al afecţiunii:

Screening generalizat → depistare > 99% din cazuri

Aplicare zilele 3-7 după naştere.

Două metode de screening:

metoda Güthrie - inhibiţia creşterii coloniilor de bacil subtilis de către fenilalanina din sânge → numeroase rezultate fals pozitive sau fals negative.

teste fluorimetrice - mai exacte → stabilirea diagnosticului în 99,9% din cazuri.

DEFICITE ENZIMATICE

activarea unui mecanism de feed-back negativ

absenţa produsului funcţional → activarea unui mecanism de feed-back negativ → accentuarea efectelor negative ale blocului metabolic;

de exemplu în deficitul de 21-hidroxilază → absenţa formării de cortizol →, stimularea secreţiei de ACTH-RH (în hipotalamus) → stimularea secreţiei de ACTH (în hipofiză) → activare în exces a corticosuprarenalei → hipertrofie glandulară + transformarea colesterolului în hormoni androgeni

SINDROMUL ADRENO-GENITAL

transmitere recesiv autosomală

incidenţa bolii este 1/8.000 – 1/20.000 de nou-născuţi.

mutaţii ale genei CYP21A2, care codifică 21-hidroxilaza:

mutaţii punctiforme la nivelul exonilor sau intronilor,

deleţii complete sau parţiale,

înlocuirea genei cu pseudogena CYP21A1P.


Absenţa enzimei perturbă metabolismul colesterolului în corticosuprarenală →

deficit de glucocorticoizi (cortizol)

deficit de mineralocorticoizi (aldosteron)

hipersecreţie de androgeni (testosteron)

Hipocortizolemia → feed-back negativ → hipersecreţie de ACTH → hiperplazie suprarenaliană.


Diagnostic.

Manifestările clinice:

vărsături,

şoc

virilizare şi organe genitale externe ambigue (stare intersexuală) la fetiţe

pubertate precoce şi hipostatură la băieţii afectaţi

deces în formele complete, cu pierdere de sare şi hipocorticism;

Diagnosticul paraclinic:

nivel ↑ cetosteroizi urinari,

nivel ↑ pregnantriolului urinar,

nivel ↑ 17α-hidroxiprogesteron seric

nivel ↑ ACTH-ului seric.


Tratament.

hidrocortizon şi fludrocortizon în doze adaptate vârstei, per kilogram corp, dependent de condiţiile vieţii

Corecţia chirurgicală a stării intersexuale

Prognosticul.

Speranţă de viaţă şi fertilitate normală în tratament corect şi aplicat imediat după naştere.

DEFICITE ALE PROTEINELOR IMPLICATE ÎN TRANSPORT ŞI STOCAJ

Hemoglobinopatii

grup de afecţiuni, caracterizate printr-un deficit de transport intraeritrocitar al oxigenului.

Incidenţa globală 1/20 de persoane

certificată de depistarea unei anomalii de migrare electroforetică a hemoglobinei


Hemoglobinopatii

> 700 de mutaţii → 500 cauzează hemoglobinopatii.

mutaţiile pot afecta:

gena β-globinei (localizată 11p)

gena α-globinei (localizată 16p)

mutaţiile pot avea transmitere recesivă sau dominantă.

mutaţiile pot cauza modificări :

calitative - hemoglobina este constituită din două lanţuri α şi două β, dar unul din aceste lanţuri au funcţie modificată → substituţii, deleţii, inserţii, mutaţii cu afectarea cadrului de lectură, mutaţii la nivelul codonului terminal

cantitative → afectează producerea de lanţuri α (α-talasemie) sau lanţuri β (β-talasemie) → cantitate ↓ sau absenţa de HbA .


Hemoglobinopatii – efecte patogenice

Mutaţiile în situsuri de fixare ale hemului sau de interconectare a lanţurilor → hemoglobine instabile → precipitare intraeritrocitară → anemie hemolitică.

Exemple de astfel de hemoglobine anormale sunt: Hb S, Hb C, Hb E, Hb Gun Hill etc.


Hemoglobinopatii – efecte patogenice

Mutaţiile în situsurile de fixare a oxigenului →

methemoglobinemii (hemoglobina este stabilă în forma redusă) - Hb Boston sau Hyde Park;

hemoglobine cu afinitate scăzută pentru oxigen - Hb Kansas;

hemoglobine cu afinitate crescută pentru oxigen - Hb Chesapeake sau Heathrow.


Fibroza chistică

Mucoviscidoza/ fibroza chistică = transmitere recesiv autosomală

mutaţia genei CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) → canal transmembranar pentru clor.

1/2000-2500 de nou-născuţi bolnavi în populaţia caucaziană,

heterozigoţi Na - 1/25.


Fibroza chistică

Gena CFTR (7q31) = 27 de exoni.

Gena → proteină cu funcţie de canal transmembranar de clor.

Proteina = 5 domenii:

două domenii de legare a ATP

două domenii transmembranare (cu funcţie de canal de clor)

un domeniu reglator

> 1000 de mutaţii (majoritatea rare) - deleţii, mutaţii missense, mutaţii nonsense, mutaţii cu decalarea cadrului de lectură, mutaţii ce afectează situsurile de matisare.

Cea mai frecventă mutaţie - 70% dintre pacienţi - mutaţia ΔF508, → absenţa fenilalaninei în poziţia 508 a proteinei.


Fibroza chistică – mecanism patogenic

proteina anormală → deficit de excreţie a clorului din celulă → acumulare intracelulară de clorură de sodiu → îngreunarea secreţiei celulare de mucus → efecte negative respiratorii (infecţii bronşice cronice) şi digestive (insuficienţă exocrină digestivă).

Corelaţii mutaţie – funcţie:

o activitate proteică < 3% N → formă severă completă de boală

funcţie proteică 3-8% → forme de boală limitate la pancreas

conservare a funcţiei proteice de 8-12% → forme uşoare de boală → infertilitate masculină.


Fibroza chistică – diagnostic

Forme severe - debut neonatal sau în copilărie.

forme uşoare - perioada adultă → sterilitate ← absenţa congenitală bilaterale a vaselor deferente.

Simptomatologia clinică clasică:

pulmonar - infecţii recurente cronice ← staza secreţiilor la nivel bronşic.

digestiv:

maldigestia → deficit de absorbţie alimentară → deficit de creştere.

tulburări de tranzit intestinal,

ileus meconial neonatal

crize biliare.

Paraclinic:

testul sudorii - ↑ Na + Cl în secreţii sudorale (peste 60mEq/L)

analiza moleculară care atestă prezenţa mutaţiei.


Fibroza chistică

Tratament.

combaterea infecţiilor pulmonare - antibioticoterapie agresivă şi adecvată,

creşterea fluidităţii secreţiilor bronşice

administrarea de enzime digestive pentru stimularea digestiei.

Prognosticul.

ameliorat în ultimele decenii → speranţa de viaţă 25-50 ani, dependent de ţară.

Profilaxie.

Screeningul neonatal

- testare moleculară a nou-născuţilor pentru 10-30 dintre mutaţiile cele mai frecvente.

rezultate fals negative - eterogenitatea alelică este importantă ~ 5% din bolnavi heterozigoţi compuşi, având o alelă mutantă rară.

diagnosticul prenatal molecular - părinţii heterozigoţi + mutaţie cunoscută

DEFICITE ALE PROTEINELOR STRUCTURALE

Proteinele structurale constituie elementele de bază ale oricărei celule.

Exemple de boli produse prin defecte ale proteinelor strcuturale sunt:

sindromul Marfan - defect al fibrilinei, componentă a ţesutului conjunctiv,

distrofiile musculare Duchenne şi Becker - defect al distrofinei, componentă a fibrei musculare)

osteogenesis imperfecta - defect al fibrelor de colagen

sferocitoza ereditară - defect al ankyrinei, componentă a membranei eritrocitare

curs7

BOLILEMULTIFACTORIALE

1. DEFINIŢIA, FRECVENŢA ŞI ETIOLOGIA BMF

BMF = afecţiuni determinate de factori multipli, genetici şi ecologici.

BMF sunt:

numeroase,

variate :

afectează orice vârstă:

copil → majoritatea anomaliilor congenitale izolate (frecvenţă individuală ~ 1:1000 nn vii),

adult → bolile comune (frecvenţă individuală ~1:100 );

afectează orice sistem / organ

3 - 5 % nn

↑ morbiditatea şi mortalitatea generală

ETIOLOGIA BMF: FACTORII GENETICI + FACTORI DE MEDIU

a. Metode de studiu a factorilor genetici

(1) Agregarea familială:

incidenţa ↑ a BMF printre rudele de gradul I şi II comparativ cu populaţia generală;

NU are distribuţie mendeliană ;

variabilă în familii diferite.

(2) Studiul gemenilor

(gemeni MZ = ereditate identică; gemenii DZ = eredităţi diferite):

concordanţă ↑ la gemenii MZ comparativ cu gemenii DZ

(3) Studiile de adopţie:

incidenţa ↑ la părinţii biologici comparativ cu părinţii adoptivi

(4) Asocierea cu anumiţi markeri genetici :

incidenţa ↑ a anumitor alele la bolnavi comparativ cu populaţia generală.

FACTORII GENETICI ÎN BMF

c. Rolul factorilor genetici

IPOTEZA CLASICĂ: genele de susceptibilitate (GS) → predispoziţie genetică la boală (PG):

PG + Mediu = Boală

GS sunt multiple (poligenie) şi diferite ← nr ???

au efecte cantitative, mici şi aditive;

acţionează concomitent.

Numărul GS – diferă de la o persoană la alta şi

are o distribuţie gaussiană în populaţie;

când se depăşeşte un anumit PRAG indivizii pot fi bolnavi.

Factorii de mediu determină „când” şi „cât de grav” vor fi afectaţi indivizii predispuşi la boală.

3. RISCUL GENETIC ÎN BMF

a) Evaluarea riscului genetic de recurenţă a BMF este solicitată în practica medicală în special după naşterea unui copil cu o anomalie congenitală izolată:

MC cord, defecte tub neural (spina bifida, anencefalie), despicături labiale /palatine, picior strâmb congenital, luxaţie congenizală de şold, stenoza pilorică, etc

Riscul genetic nu poate fi calculat matematic, ca şi în bolile monogenice.

Se determină un risc empiric, prin analiza unui număr mare de familii în care apare boala.

RISCUL GENETIC ÎN BMF

Riscul empiric de recurenţă (RR) pentru rudele gr I

depinde de frecvenţa bolii în populaţie şi este egal cu radical din frecvenţa bolii :

anomalii congenitale izolate f=1:1000 → RR = 1:32 sau 3%

bolile comune ale adultului f=1:100 → RR = 1:10 sau 10%

RR scade semnificativ la rudele de gr II iar la cele de gr. III devine ~ ca în populaţia generală.

În concluzie, riscul de recurenţă al unei anomalii congenitale izolate la rudele de gr. I este foarte mic: 3-5% dar totdeauna trebuie să stabilim cu precizie că anomalia congenitală este cu adevărat izolată

RISCUL GENETIC ÎN BMF

b) RR poate creşte însă peste 5% în patru situaţii:

În familie sunt mai multe persoane afectate

Ex. în despicăturile labio-maxilo-palatine

– un copil afectat = RR 4%

– doi copii afectaţi = RR 10% (familia are o PG >)

Bolnavul are o formă mai gravă de boală

Ex. în despicătura labială unilaterală = RR 2,5 %

în despicătura labială bilaterală = RR 6%

(bolnavul are mai multe gene risc)

Bolnavul aparţine sexului mai rar afectat

(pentru ca să fie bolnav este nevoie de un număr mai mare gene de risc)

Ex. 1: stenoza pilorică – (femeile fac mai rar boala)

bărbat bolnav → risc 5,5% pt băieţi; 2,4% pt fete

femeie bolnavă → risc 19,4% băieţi; 7,3% fete

Ex. 2: boală coronariană (femeile fac mai rar - datorită efectului protectiv al estrogenilor);

copii unei femei bolnave au RR mai mare decât cei ai unui bărbat bolnav.

Părinţii sunt înrudiţi

(au mai multe gene de risc în comun)

ANOMALIILE CONGENITALE

1. Anomaliile congenitale: definiţie, frecvenţă şi importanţă

a). Definiţia anomaliilor congenitale.

Anomaliile congenitale (AC):

modificări (defecte) morfologice (structurale) ale unui organ sau regiuni anatomice,

produse de tulburări de dezvoltare prenatală

(erori de morfogeneză),

prezente la naştere, evidente (depistate) sau nu în această perioadă.

b). Frecvenţa şi importanţa AC

frecvenţă mare: 3-5% nou-născuţi,

consecinţe deseori grave,

25% AC → handicap fizic, senzorial sau mental major.

cauză frecventă de morbiditate şi mortalitate

infantilă:

25% AC → decese în primul an de viaţă;

20% AC → decese la 1-9 ani

cheltuieli importante

2. Clasificarea AC

2.1. Clasificarea patogenică a AC – după natura erorii de morfogeneză (Spanger et al., 1982):

- malformaţii congenitale *,

- disrupţii (“distrugeri” ) congenitale ,

- deformaţii congenitale,

- displazii congenitale.

Importanţa clasificării : evaluarea corectă a prognosticului şi riscului genetic de recurenţă.

a. Malformaţiile congenitale (MC)

- MC = AC produse printr-un proces primar, intrinsec şi precoce de morfogeneză anormală.

- Primordiul de organ NU se formează normal

(ţesuturile sunt însă normale)

datorită unei:

diferenţieri incomplete

(ex., sindactilie, DSV );

diferenţieri anormale

(ex., polidactilia).

Malformaţiile congenitale (MC)

MC se produc precoce:

15-60 de zile de dezvoltare

i.u = perioada de organogeneză (“embriopatii”)

MC pot fi:

izolate → un singur organ: → cauze multifactoriale → RR mic (2-3%)

multiple → ≥ două organe → cauze variate: cromozo-milale, monogenice; teratogene

→ RR ≠ 2-50%.

b. Disrupţiile congenitale (Dr.C)

Dr.C = AC produse prin distrugerea secundară, extrinsecă şi tardivă (“fetopatii”) a unei structuri fetale formată normal (!).

ex., amputaţiile digitale

prin bride amniotice → tulburări circulatorii → necroză → rezorbţie → distrugerea structurilor normale.

Cauze negenetice:

agenţi extrinseci (ischemie, infecţii, bride amniotice)

RR ~ nul

c. Deformaţiile congenitale (Df.C)

Df. C = AC de formă sau poziţie a unei părţi / regiuni a corpului produse tardiv (“fetopatii”) prin compresia şi deformarea unei structuri fetale formată normal (!).

ex., piciorul strâmb congenital;

c. Deformaţiile congenitale (DfC)

Cauze multifactoriale:

extrinseci (frecvente): limitarea spaţiului uterin (uter mic/ malformat, gemeni, oligohidramnios) → compresie → deformaţie;

intrinseci (rare): inabilitatea de mişcare (făt mare, anomalii /boli SNC sau musculare) → compresie → deformaţii + artrogripoză.

Prognostic – bun (pot fi reversibile la încetarea compresiei ± tratm. ortopedic)

RR – de obicei mic

d. Displaziile congenitale (Dp. C)

Dp. C = AC determinate de organizarea anormală a celulelor în ţesuturi (dishistogeneză).

Efecte în toate structurile în care se găseşte ţesutul respectiv.

displazii ectodermale

displazii scheletice (ex., acondroplazia)

Cauze: mutaţii monogenice

RR →mare (25 – 50%)

2.2. CLASIFICAREA CLINICĂ A AN.CONG.

Funcţie de numărul şi tipul erorilor de morfogeneză:

AC izolate : eroare unică şi localizată;

AC multiple : erori multiple

Problemă esenţială pentru medic: AC unică sau multiplă?

diagnostic complet şi corect,

pronostic,

sfat genetic corect

a). ANOMALII CONGENITALE IZOLATE:

unice = o singură anomalie; ex., DSA

complexe = mai multe anomalii, în acelaşi organ:

ex., DSA+DSV

secvenţe = o anomalie primară care determină secundar alte anomalii;

ex., S. PIERRE - ROBIN = hipoplazia mandibulei →

desp.palatină + glosoptoză

b). ANOMALII CONGENITALE MULTIPLE

Sindroame pluri-malformative

= combinaţie specifică de ACM corelate etio-patogenic

sdr. Cromozomiale (sdr. Down)

sdr. Monogenice (sdr. Marfan)

sdr. Teratogene (sdr. Alcoolismului fetal)

Asociaţii pluri-malformative

= asocierea frecventă a unor ACM dar ne-corelate etiopatogenic

asociaţia VATER reuneşte: anomalii Vertebrale, Anale, Traheo-Esofagiene, Renale

Anomalii congenitale multiple

= combinaţii întâmplătoare a unor AC care individual sunt frecvente

Malformaţie cong. cord + picior strâmb sau testicul necoborât cong.

Hipotrofie staturo-ponderală,

Microcefalie severă,

Hipertelorism, exoftalmie,

colobom irian,

Nas mic,

Micrognatie,

Malf. cong. cord; despicătură palatină; agenezie renală dr.

Sdr. Alcoolismului fetal

3. CAUZELE ANOMALIILOR CONGENITALE

Cauze:

ne - genetice (teratogeni) ~ 5%

genetice (mutaţii) ~ 45%

necunoscute ~ 50%

(factori genetici neidentificaţi încă !!)

Importante pentru profilaxie şi sfat genetic

3.1. Cauzele NEGENETICE ale AC

Agenţi teratogeni din mediu (~ 4%)

[biologici, chimici, fizici] +

starea fiziologică / patologică a mamei (~ 1%).

Total ~ 5% !!!

Orice femeie / gravidă trebuie:

să-i cunoască şi

să-i evite.

Cauzele negenetice ale AC

Efectele unui agent teratogen depind de:

- perioada gestaţională,

- natura şi doza,

- expuneri concomitente,

- susceptibilitatea genetică a mamei şi fătului.


a) Agenţii biologici (2%):

- Toxoplasmoza

- Others: Treponema

- Rubeola

- Citomegalic v.

- Herpes simplex

Identificarea infecţiilor prin testul TORCH

b) Agenţii chimici (2%):

(1) ALCOOLUL

(2) anticonvulsivantele

(tratm. epilepsie)

(3) inhibitotii ECA (tratm. HTA)

(4) retinoizi ± antimicotice

(tratm. dermatologice)

(5) androgeni/progestine sintetice

(tratm. iminenţe avort)

(6) unele anticoagulante (cumarinice)

(7) litiu (tratm. unor psihoze)

(8) citostaticele

(9) streptomicina, tetracicline

(10)FUMATUL


c) Agenţii fizici :

- Radiaţiile ionizante

- Hipertemia prelungită

- Conformaţia uterului

d) Starea mamei (1%):

(1) Fiziologică:

- VM > 35 de ani

- Starea de nutriţie:

- deficitul în folaţi !!!,

- deficitul proteic.

(2) Starea patologică:

- diabetul zaharat (hiperglicemia),

- epilepsia (anticonvulsivantele)

- lupusul eritematos diseminat,

- fenilcetonuria.

3.2. Cauzele GENETICE ale AC

~ 45%

Anomalii cromozomiale neechilibrate

Mutaţii monogenice (RR – mare)

Ereditatea multifactorilaă (RR – mic)

La orice copil cu AC

trebuie să se facă

consult genetic + explorări genetice

+ sfat genetic

4. PROFILAXIA ANOMALIILOR CONGENITALE

a) Profilaxia primară → se adresează cauzelor

(1). Sfatul genetic: preconcepţional, prenatal, postnatal

(2). Planificarea sarcinii:

- de preferat până la 35 de ani;

- în deplină stare de sănătate,

- suplimentare acid folic (800μg/zi) – o lună pre-concepţional

şi 2 luni post-concepţional.

(3). Cunoaşterea şi evitarea factori teratogeni.

Profilaxia anomaliilor congenitale

(3). Cunoaşterea şi evitarea factori teratogeni:

- Vaccinarea antirubeolică a tinerelor fete;

- Controlul atent al diabetului zaharat sau epilepsiei;

- Evitarea băutorilor alcoolice ;

- Renunţarea la fumat ;

- Evitarea administrării neautorizate a oricărui medicament ;

- Evitarea iradierii diagnostice.

b) Profilaxia secundară:

- Diagnostic prenatal / depistare postnatală precoce

PROFILAXIA BOLILE GENETICE

PROFILAXIA BOLILOR GENETICE= ansamblu de măsuri pentru:

1. cunoaşterea şi EVITAREA CAUZELOR bolilor genetice

2. DEPISTAREA familiilor şi persoanelor cu RISC GENETIC CRESCUT

3. DIAGNOSTICUL PRECOCE al persoanelor afectate.

A). PRINCIPALELE DIRECŢIIDE PROFILAXIE A BOLILOR GENETICE

1. PROFILAXIA PRIMARĂ = evitarea APARIŢIEI bolilor genetice.

(a). Prevenirea PRODUCERII şi/sau TRANSMITERII MUTAŢIILOR.

(b) Prevenirea APARIŢIEI BOLII la persoanele sănătoase dar cu PREDISPOZIŢIE GENETICĂ la boală.

2. PROFILAXIA SECUNDARĂ = DEPISTAREA PRECOCE a bolii

(c) Prevenirea NAŞTERII unui copil cu genotip anormal – la cuplurile cu risc genetic crescut.

(d) Prevenirea MANIFESTĂRILOR bolilor genetice sau ale COMPLICAŢIILOR lor la un copil născut cu o boală genetică.

1. PROFILAXIA PRIMARĂ: a). Prevenirea PRODUCERII şi/sau TRANSMITERII MUTAŢIILOR.

Prevenirea PRODUCERII MUTAŢIILOR:

1. Cunoaşterea şi evitarea agenţilor mutageni*.

Majoritatea mutaţiilor sunt spontane,

prin erori de replicare / distribuţie – frecvenţa lor creşte cu vârsta

2. Reducerea vârstei reproductive:

femei → sub 35 - 38 ani → risc ↑ copii cu s. Down;

bărbaţi → sub 45 ani → risc ↑ copii mutaţii genice (ex. neurofibromatoza 1; acondroplazia).

Prevenirea PRODUCERII şi/sau TRANSMITERII MUTAŢIILOR.

Prevenirea TRANSMITERII* MUTAŢIILOR la descendenţi , prin :

1. sfat genetic → determinarea riscului genetic;

2. diagnostic pre-simptomatic (înaintea reproducerii) la purtătorii sănătoşi de mutaţii dominante care se manifestă clinic tardiv (ex. ADPKD= boala polichistică renală a adultului cu transmitere AD);

3. depistarea heterozigoţilor sănătoşi (purtători de mutaţii recesive) → Na + Na = 25% copii bolnavi;

4. evitarea căsătoriilor consanguine → cresc frecvenţa întâlnirii heterozigoţilor.

1.b). Prevenirea APARIŢIEI BOLILOR la persoane sănătoase dar cu PREDISPOZIŢIE GENETICĂ la boli multifactoriale (PG + M = B).

1. cunoaşterea factorilor genetici (genelor) care determină PG → cercetări*;

2. identificarea persoanelor sănătoase cu PG ; ex.:

determinarea mutaţiilor în genele BRCA1 şi BRCA2 → PG la cancerul de sân;

proba hiperglicemiei provocate în DZ.

3. evitarea factorilor de mediu care transformă PG → BOALĂ.

2. PROFILAXIA SECUNDARĂ:DEPISTAREA PRECOCE* A BOLII

c). Prevenirea NAŞTERII unui copil cu genotip anormal – la cuplurile cu risc genetic crescut , prin adoptarea unei “opţiuni reproductive”:

1. contracepţia voluntară (temporară/definitivă) ± adopţie

2. fecundare in vitro (FIV) ← donatori de gameţi,

3. diagnostic preimplantator,

4. screening şi diagnostic prenatal.

PROFILAXIA SECUNDARĂ: DEPISTAREA PRECOCE A BOLII

d). Prevenirea MANIFESTĂRILOR sau ale COMPLICAŢIILOR bolii la un copil născut cu o boală genetică, prin:

1. screening neonatal → depistarea precoce a nou-născuţilor cu genotip anormal dar fără semne clinice de boală în perioada neonatală (ex., fenilcetonurie);

2. diagnostic postnatal precoce;

3. diagnostic pre-simptomatic.

B). SFATUL GENETIC

SG = proces de comunicare – prin

care pacienţii şi/ sau rudele lor cu

risc pentru o boală genetică sunt

informaţi şi sfătuiţi asupra:

- bolii şi consecinţelor sale,

- căilor prin care boala poate fi

ameliorată sau prevenită ,

- probabilităţii (RISCULUI) apariţiei

sau transmiterii ei în familie.

Pacientul / familia vor fi ajutaţi

să înţeleagă:

boala: diagnosticul, evoluţia, posibilităţile de îngrijire;

natura genetică, modul de transmitere, gravitatea bolii şi riscul de recurenţă;

opţiunile şi alternativele reproductive determinate de risc;

să ia o decizie informată;

să beneficieze de cea mai bună corecţie a bolii / riscului genetic

SFATUL GENETIC (v. LP):

1. OBIECTIVE ŞI CIRCUMSTANŢE DE ACORDARE.

2. PRINCIPII ŞI METODE (ETAPE) DE REALIZARE.

3. CATEGORII DE RISC GENETIC (cu explicaţii şi exemple).

4. RISCUL GENETIC ÎN BOLILE CROMOZOMIALE.

5. RISCUL GENETIC ÎN BOLILE MONOGENICE

6. RISCUL GENETIC ÎN BOLILE MULTIFACTORIALE.

7. PROBLEME ETICE:

Informaţii clare, complete, corecte şi nepărtinitoare

Hotărârea finală va aparţine NUMAI individului / cuplului = SG nondirectiv

C). SCREENINGUL BOLILOR GENETICE

1. DEFINIŢIE, PRINCIPII, CLASIFICARE.

Screeningul genetic:

identificarea PREZUMTIVĂ într-o populaţie a unei boli sau a unui genotip anormal – ne manifest clinic,

prin aplicarea unor proceduri simple, rapide, ieftine şi cu acurateţe ridicată,

în scopul SORTĂRII persoanelor aparent sănătoase care probabil AU boala de cele care probabil NU au boala.

SCREENINGUL BOLILOR GENETICE PRINCIPII:

Testele de screening :

NU PUN DIAGNOSTICUL de boală

ci IDENTIFICĂ un grup populaţional, la care vor trebui făcute ALTE TESTE DIAGNOSTICE.

OBIECTIVE - printr-o intervenţie precoce adecvată :

procesele patologice să fie prevenite (dgn+trtm);

sau persoanele implicate să ia o decizie reproductivă informată.

2. TIPURI DE SCREENING GENETIC în funcţie de populaţia ţintă: screening populaţional şi screening familial

(1). Screeningul populaţional:

prenatal : DTN, sdr. Down ş.a;

neonatal : fenilcetonurie; hipotiroidie congenitală, ş.a.

postnatal : purtători sănătoşi de mutaţii:

- heterozigoţi (Na sau X NX a) pentru o boală recesivă frecventă (talasemie, fibroză chistică; distrofie musculară Duchenne, etc);

- în viitorul apropiat → determinarea susceptibilităţii individuală la boli comune (medicină predictivă).

SCREENINGUL BOLILOR GENETICE: CLASIFICARE

(2). Screening familial:

depistarea precoce a bolii la rudelor gr.I – II sănătoase ale bolnavului, pentru a preveni boala sau pentru a lua o decizie reproductivă informată.

4 tipuri:

presimptomatic (ADPKD; hipercolesterolemie familială, boală Huntington; cancer sân sau colon);

purtătorii sănătoşi de an. cromozomiale echilibrate;

heterozigoţii în boli recesive (fibroza chistică; distrofia musculară Duchenne);

premutaţii (în sdr. X fragil şi alte boli prin mutaţii dinamice).

3. SCREENINGUL PRENATAL

DEFINIŢIE:

identificarea GRAVIDELOR CU RISC genetic / malformativ suficient de mare,

pentru a justifica aplicarea unor proceduri de diagnostic INVAZIV,

care NU POT fi folosite la TOATE gravidele

(riscuri de avort, cost ridicat).

SCREENINGUL PRENATAL

PRINCIPIU:

determinarea concentraţiei unor markeri biochimici fetali* în serul matern + ecografie fetală →

pentru depistarea fetuşilor cu:

defecte de tub neural (DTN) deschise (şi alte MCg),

sindrom Down (şi alte aneuplodii).

---------------------

* proteine produse de făt în cursul perioadei gestaţionale sau hormoni

produşi de unitatea feto-placentară.

2.1. SCREENINGUL PRENATAL AL DTN DESCHISE

Se face la 16 săptămâni de vârstă gestaţională;

alfa fetoproteina în serul matern (AFP-SM) are valori semnificativ mai mari la gravidele cu fetuşi cu DTN deschise.

SCREENINGUL PRENATAL AL DTN DESCHISE

Circa 1-2% gravide au valori crescute ale AFP în serul matern (peste pragul 2,5 MoM) → se vor face TESTE DIAGNOSTICE:

ecografie fetală;

amniocenteză + determinarea AFP şi acetilcolinesterazei în lichidul amniotic

Valori crescute ale AFP în LA se întâlnesc însă numai la 1 din 15 gravide cu AFP - crescute în serul matern

explicaţie: există şi alte cauze ce produc creşterea AFP-SM: alte anomalii fetale, sindrom nefrotic, sângerări fetale.

Totuşi sensibilitatea AFP-SM este înaltă

(depistează 80-90% DTN)

2.2. SCREENINGUL PRENATAL AL SDR. DOWN (SD)

INDICAŢIE: la gravidele peste 35 de ani (risc ~ 3‰) .

dar:

numai 5 % din gravide au peste 35 ani;

doar 25-30 % copii SD au mame peste 35 ani;

se preconizează extinderea SPN la toate gravidele !!!.

a). Screeningul seric al Sdr. Down la 16 spt. (± 2) de sarcină.

TRIPLU TEST (TT):

AFP ↓ - scade cu aproximativ 25%,

E3u ↓ - scade cu aproximativ 25%,

HCG ↑ - creşte, se dublează.

TT este pozitiv la ~ 5 % din testări

Screeningul seric al Sdr. Down la 16 spt.

La gravidele cu test pozitiv → obligatoriu AMNIOCENTEZĂ de diagnostic → FISH interfazic şi/sau cariotip.

Test fals pozitiv la 5% din gravide cu TT pozitiv → făt normal;

valorile markerilor pot fi influenţate de alţi factori : vârsta sarcinii; greutatea gravidei; gemeni; fumat etc

Test fals negativ la 5% din gravide cu TT negativ → făt SD (!!!).


Părinţilor trebuie SĂ LI SE EXPLICE înainte de test că:

triplul test este numai un test de screening si NU unul de diagnostic;

valorile normale REDUC probabilitatea ca fetusul să fie trisomic, dar NU exclud total SD (!!!).

diagnosticul de CERTITUDINE se stabileşte exclusiv prin amniocenteză şi analiză citogenetică.

triplul test identifică numai circa 60% din fetuşii cu SD


Performanţele triplului test (60% SD) pot fi sporite la 70% dacă se cercetează un al patrulea marker:

inhibina A (↓) sau beta-HCG (↑) = quadruplul test (QT)

Efectuarea testelor (TT sau QT) la 16 spt VG ± 2-3 spt pentru amniocenteză şi cariotip → DEZAVANTAJ: perioadă lungă de aşteptare şi anxietate !!!.

b). Screeningul seric al Sdr. Down la 12 spt. de sarcină (trim. I).

Detecţie precoce prin testul dublu:

PAPP-A (proteina plasmatica A asociată cu sarcina) → scade

iar beta-HCG (subunitatea beta liberă a HCG) → creşte ;

se detectează circa 60% din sarcinile cu SD.

Rezultatele pot fi însă ameliorate prin cercetarea:

altor markeri serici: inhibina A; AFP; E3u şi

a unui marker ecografic: translucenţa (edem) nucală ≥ 3 mm:

TEST INTEGRAT = {PAPP-A + βHCG + inhibina A+ AFP + uE3} + transl.nucală = → rata de detecţie de 80% , cu 3% fals pozitivi

Screeningul seric al Sdr. Down la 12 spt. de sarcină (trim. I).

Detecţia precoce (trim. I) are

avantaje psihologice şi

dezavantaje: nu depistează DTN; costuri mai ridicate.

Faptul că:

¾ din cazurile de SD se nasc din gravide tinere (!)

testul integrat are o rată de detecţie de 80 %

sunt argumente puternice pentru generalizarea testului la toate gravidele.

3. SCREENINGUL NEONATAL

Pentru BOLI MONOGENICE:

relativ frecvente,

care nu pot fi diagnosticate clinic la naştere,

au consecinţe severe,

costisitor de tratat după apariţia manifestărilor clinice

fenilcetonuria

hipotiroidia congenitală ,

galactozemia,

hiperplazia congenitală suprarenaliană.

fibroza chistică, hemoglobinopatiile, distrofia musculară Duchenne (la băieţi), deficienţa în alfa -1-antitripsină – boli care NU pot fi tratate ci numai ameliorate + sfat genetic şi DPN.

3.1. SCREENINGUL NEONATAL PENTRU FENILCETONURIE (PKU)

PKU - boală AR,

relativ frecventă (1:13.000 naşteri),

produsă de o deficienţă a fenilalanin-hidroxilazei →

creşterea concentraţiei plasmatice a fenilalaninei şi metabolitului său fenilpiruvatul („fenilcetona”),

scăderea tirozinei.

Boala NU poate fi identificată clinic în primul an de viaţă.

Netratată, evoluează >95% cazuri → RM profund

RM poate fi prevenit cu o dietă săracă în fenilalanină, din primele săptămâni de viaţă → menţinerea fenilalaninei plasmatice la un nivel aproape normal.

SCREENINGUL NEONATAL PENTRU FENILCETONURIE

SCREENINGUL neonatal al PKU → măsurarea fenilalaninei într-o picătură de sânge

(cromatografie sau testul de inhibiţie bacteriană Guthrie)

Teste pozitive → DIAGNOSTIC: dozarea cantitativă a fenilalaninei şi tirozinei în plasmă.

Sensibilitatea testului = 95%; specificitatea = 100%

3.2. SCREENINGUL NEONATAL PENTRU HIPOTIROIDISMUL CONGENITAL

Hipotiroidismul congenital (CH):

boală frecventă (circa 1:4000 de naşteri);

produsă de:

agenezia tiroidiană non-genetică,

defecte genetice în sinteza tiroxinei;

Hipopituitarism;

netratată la timp → retard mental (RM) + dismorfii;

tratamentul cu tiroxină previne RM.

Screeningul neonatal al CH → măsurarea TSH în probe de sânge recoltate a treia zi de viaţă.

D). DIAGNOSTICUL PRENATAL

DPN – act medical complex, înalt informativ, permite depistarea la făt a numeroase anomalii congenitale şi boli genetice.

DPN se face exclusiv în scopuri medicale pentru a evita naşterea unui copil cu o afecţiune genetică sau malformativă gravă / serioasă”..

Tehnicile de DPN sunt relativ scumpe, invazive (risc avort) dar beneficiile sunt mari.

1. TEHNICI DE DIAGNOSTIC PRENATAL

TEHNICI DE DIAGNOSTIC PRENATAL

2. INDICAŢIILE DIAGNOSTICULUI PRENATAL

INDICAŢIILE MAJORE:

(1) Vârsta maternă peste 35 ani

(2) Triplu test pozitiv ± semne ecografice „de alarmă”.

(3) Anomlie cromozomială structurală la unul dintre părinţi.

(4) Istoric familial de boală monogenică (AR, AD sau LX) care poate fi diagnosticată la fetus prin analize biochimice sau ADN

(5) Istoric familial sugestiv pentru o boală legată de X pentru care NU există un test specific de DPN (→ selecţie sex).

(6) Copil cu o boală cromozomială (SD) de novo.

(7) Copil cu suspiciune de defect de tub neural.

(8) Rude de gradul I cu o malformaţie unică (în special malformaţie de cord) sau un sindrom plurimalformativ (posibil mendelian)

(9) Agresiuni teratogene în cursul sarcinii.

(10) Istoricul obstetrical pozitiv (av.sp. repetate; nn morţi)

COMENTARII DPN

DPN – o nouă şi valoroasă opţiune reproductivă* .

DPN – normal în ≥ 95% din cazuri → sprijin psihologic dar NU exclude posibilitatea unei anomalii fetale !!! .

Depistare unei anomalii fetale (5%) → cuplul parental va decide evoluţia ulterioară a sarcinii , în funcţie de:

manifestările şi severitatea bolii,

posibilitatea penetranţei şi expresivităţii variabile,

posibilităţilor de corecţie prenatală/ neonatală

Decizia informată a cuplului cu privire la făt va trebui respectată şi protejată (“principiul autonomiei”).

------------------------------------------

* Până la introducerea DPN cuplurile cu risc genetic crescut aveau doar posibilitatea asumării riscului sau evitării oricărei sarcini (prin contracepţie sau sterilizare voluntară).

Dileme şi controverse etice

privind diagnosticul prenatal

(1). Întreruperea sarcinii cu un făt afectat:

- pentru:

întreruperea sarcinii este un „rău mai mic” decât o viaţă de suferinţă;

- contra:

dreptul fătului la viaţă („to kill or not to kill);

alterarea semnificativă a statutului persoanelor handicapate.

(2). Autonomia cuplului versus beneficiul fătului.

Decizia cuplului de a întrerupe sarcina în cazul unor afectări fetale medii sau uşoare, eventual tratabile:

- pentru:

se va respecta, pe baza principiului autonomiei.

- contra :

„DPN se face exclusiv în scopuri medicale, pentru a evita naşterea unui copil cu o afecţiune genetică sau malformativă gravă/serioasă”.

Curs Genetica Amg An1

Documents

Transcript of Curs Genetica Amg An1