Gorduza-Ereditate Si Variabilitate
-
Upload
black999er -
Category
Documents
-
view
257 -
download
1
Transcript of Gorduza-Ereditate Si Variabilitate
GENETICA
=
EREDITATE + VARIABILITATE
EREDITATEA proprietatea unui individ de a transmite la
urmaşi caracterele personale precum şi celeale speciei sale.
Se transmit informaţiile pentru realizareacaracterelor.
Ereditatea = proces informaţional care presupune stocarea, expresia şi transmitereainformaţiei 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 nucleotidecodificată - unitate de cod:CODON (3 nucleotide învecinate) ↔ AMINOACIDGENOM = 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 saupredispoziţie la boală
J.D. WATSON F. CRICK1953, Cavendish Lab, Cambridge
-A-T-C-G-C-G-A-T-T-A-C-G-A-T-
-T-A-G-C-G-C-T-A-A-T-G-C-T-A-
În anul 1953, J.D. WATSON şi F. CRICK au propus un model al structurii ADN:
alcătuit din două catene polinucleotidice (A, G, T,C),
legate complementar prin bazele azotate: A-T; G-C,
înfăşurate într-o elice dublă, răsucită spre dreapta.
STRUCTURA ADN
U.M.F IAŞI
ADN deţine informaţia ereditară
ADN + proteine → cromosomi (= fibre decromatină)cromosomi – substratul morfologic aleredităţii; în celulele somatice → 46 de cromosomi
(2n= număr diploid); în celulele sexuale → 23 de cromosomi
(n= număr haploid).cromosom = succesiune caracteristică de gene
EVOLUŢIA TEHNICILOR DE ANALIZĂ CROMOZOMIALĂ
(1) TEHNICI DE GENERAŢIA I(1956)- cromozomi uniformcoloraţi;- identificare imprecisă*
(2) TEHNICI DE GENERAŢIA II(1970)- marcaj în benzi G sau R cromozomi metafazici
(400 benzi);- identificare precisă
U.M.F IAŞI
G I
G II
Identificarea precisă a
cromozomilor
TEHNICI DE ANALIZĂ CROMOZOMIALĂ
(3) TEHNICI DE GENERAŢIA III (1977)
- Înaltă rezoluţie: cromozomi
pro-matafazici (550 benzi) sau profazici(850 benzi)
- o bandă = 3-5 Mb
U.M.F IAŞI
M PM P
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
U.M.F IAŞI
Trisomie 21
t(1q;2q)
Del 15q
Ce este FISH ?tehnică de analiză cromosomicăF fluorescenceI inS situH hybridization
Hibridare fluorescentă in situ
Tehnică moleculară pentru detecţia anomaliilor cromosomice
Tehnică moleculară pentru localizarea secvenţelor genice
TIPURI DE SONDE FISH
Sondă specifică de locus
Sondă centromerică
Sonde telomerice
Sondă pancromosomică
Sonde din ADN repetitiv
Exemple de sonde
Sondă centromerică
(celulă interfazică)
Exemple de sonde
Sonde telomerice
(celulă metafazică)
Exemple de sonde
Sonde specifice de locus
(preparat prometafazic)
Sondă pancromosomică
(preparat prometafazic)
Exemple de sonde
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)
DEZAVANTAJELE TEHNICII FISH
COSTUL RIDICAT AL SONDELOR ŞI REACTIVILOR; COSTUL RIDICAT AL APARATELOR FOLOSITE GRADUL ÎNALT DE TEHNICITATE
Sindromul DiGiorge – identificarea microdeletiilor cromosomice
Cromosom 22 anormal
Cromosom 22 normal
19
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 delimitatedivizibile = structură discontinuăocupă un locus distinct
U.M.F IAŞI
20
STRUCTURA 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
U.M.F IAŞI
21
ANATOMIA UNEI GENE CARE CODIFICĂ PROTEINEU.M.F IAŞI
1.1.REGIUNEA CENTRALĂ
transcrisă integral în ARN mesager precursor (“ORF*”); alternanţa de secvenţe
codante = exoni şi necodante = introni
Începe cu: - situsul de iniţiere al transcripţiei (SIR sau INR) şi - regiunea netrasnlată 5’UTR ce conţine şi codonul iniţiator ATG
5’-CCAGCCATG-3’
Situs de iniţiere al
transcripţiei
codon iniţiator
* ORF= open Reading Frame
22
EXONII secvenţe transcrise
în pre ARNm şi păstrate în ARNm matur.
Regiuni codante pt anumite părţi din proteină = domenii.
U.M.F IAŞI
REGIUNEA CENTRALĂ A GENEI
23
U.M.F IAŞI
INTRONII
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*.
REGIUNEA CENTRALĂ A GENEI
24
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)
U.M.F IAŞI
REGIUNEA CENTRALĂ A GENEI
25
1.2. REGIUNILE LATERALE
Flanchează regiunea centrală (ORF)
Netranscrise
Rol de reglare a transcripţiei
U.M.F IAŞI ANATOMIA UNEI GENE CARE CODIFICĂ PROTEINE
26
U.M.F IAŞI
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
METODE DE CLONARE ŞI ANALIZĂ A GENELOR
27
U.M.F IAŞI
TEHNOLOGIA ADN
a inaugurat “era ingineriei moleculare” cu multiple şi
importante aplicaţii practice:
• analiza structurii, cartografierii lu funcţiei genelor;
• elucidarea patogeniei bolilor genetice şi dobândite (infecţii, cancere);
• diagnosticul bolilor: preimplantator, prenatal, presimptomatic;
• biosinteza unor molecule terapeutice (insulină, hormon de creştere, eritropoietină etc)
• tratamentul bolilor genetice şi terapia genică
28
U.M.F IAŞI
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)
29
U.M.F IAŞI
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.
30
U.M.F IAŞI
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.
31
U.M.F IAŞI
OBŢINEREA UNOR GENE SAU FRAGMENTE DE ADN
(3). Sinteza artificială (chimică) a unor fragmente de ADNprin 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.
32
U.M.F IAŞI
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.
1.2. CLONAREA ADN ÎN CELULE
33
U.M.F IAŞI
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.
1.3. CLONAREA ACELULARĂ A ADN (metoda PCR)
34
U.M.F IAŞI
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.
35
U.M.F IAŞI
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.
36
U.M.F IAŞI
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
ADN exprimă informaţia ereditară
Transcripţie + Translaţie
Transcripţie - copierea informaţieigenetice corespunzătoare unei gene →moleculă de ARNm (mesager):
Translaţie – decodificarea informaţieigenetice dintr-o moleculă de ARNm →secvenţă peptidică
A.CONŢINUTUL GENETICII UMANEGENETICA − ŞTIINŢA EREDITĂŢII ŞI VARIABILITĂŢII
ADN transmite informaţia ereditară
Replicarea ADN + diviziunea celulei
Replicare - autocopierea informaţiei genetice din toatemoleculele de ADN → 2 molecule noi de ADN:
Semiconservativă; Asincronă; Foarte precisă;
Diviziune – procesul de împărţire totală şi egală ainformaţiei genetice dintr-o celulă → 2 celule fiiceidentice (mitoză) sau nu (meioză) cu celula de origine
GENETICA
ADN
VARIABILITATE EREDITATE
STOCARE
Codon
EXPRIMARE
Translaţie (ribosomi)
Transcripţie (nucleu)
ARNm
Peptid
REPLICAREA ADN (semiconservativ)
DIVIZIUNEA CELULEI
Mitoza (celule somatice)
Meioza (celule germinale)
Transmiterea informaţiei în succesiunea generaţiilor celulare
Ovare
Testiculi Spermatozoizi
Fecundare
Transmiterea informaţiei în succesiunea generaţiilor de organisme
Ovule
Zigot
RECOMBINARE GENETICĂ
Meioză
Recombinare intracromosomică
Recombinare genomică
Fecundare
Recombinare intercromosomică
MIGRAŢII
MUTAŢII
genice
cromosomice
genomice
mitocondriale
TRANSMITERE
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.
Mutaţiile
Mutaţiile:modificări
în secvenţasau aranjarea
nucleotidelor (secvenţelor) din ADN
Nenaturale, permanente (±), ereditare
Consecinţe:• fără efect,• variaţii fenotipice
normale,• boală.
Clasificarea mutaţiilor
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
MUTATIILE GENICE
MUTAŢIILE GENICE
MG = modificări ale secvenţei nucleotidice sau aranjării ADN unei gene → variante alelice
m1gena 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
AT
A T
G C
A T T
G T
A
G CÎMPERECEHERE GREŞITĂ
A
G
T
C
A
A
T
T
TA
G C C
TA
G
MUTAŢIE
Substituţii nucleotidice prin erori de replicare a
ADN
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 aprogresiei 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.
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
Sinapsă greşită
CO inegal
Duplicaţie
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
ARNmAAA AAG GAA UAA
Pr..liz... ...liz... ..glu.. ..STOP..
Substituţia nucleotidică: localizare intragenică
În INTRONI:Anulare situsuri de decupare (splice site mutations)
5’GT---------AG3’
Exon 1 Intron 1 Exon 2 Intron 2 Exon 3
GT GTAG AG
Exon 1’ (exon 1 + intron 1 + exon 2) Intron 2 Exon 3
GC GTAG AG
Exon 1 Intron 1’ (intron 1 + exon 2 + intron 2) Exon 3
GT GTAT AG
Mutaţie la nivelul secvenţei dinucleotidice GT
Mutaţie la nivelul secvenţei dinucleotidice AG
Substituţia nucleotidică: localizare intragenică
În SECVENŢELE DE REGLARE
→ reg 5’ - promotor → modificări cantitative ale sintezei proteinelor
→ reg 3’ – anomalii de poliadenilare → ARNm instabil
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
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
degenerativă Distrofia miotonică (prin expansiunea CTG) – afecţiune
neuromusculară
EFECTELE FENOTIPICE ALE MUTAŢIILOR GENICE PATOGENE
1. Pierderea (totală/parţială) a funcţiei(activităţii) genei- în majoritatea bolilor recesive (bolnavii = homozigoţi)
2. 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
MUTAŢIE GENICĂ
Mutaţie în regiune reglatoareMutaţie în regiune codantă
Proteină anormală Proteină normală
Scăderea cantităţii de proteină dacă aceasta este instabilă
Cantitate scăzută
Cantitate crescutăMECANISM PATOGENIC
Pierdere de funcţie (cel mai frecvent)
Câştig de funcţie (rareori)
Proprietăţi noi (rareori)
Corelaţii dintre genotip şi fenotip
“o genă → o boal㔕 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 boal㔕 B. Hirschprung ← mutaţii gene RET sau ECE1 sau EDN3
Mutaţiile genice –cauză majoră de boală
sau depredispoziţie la îmbolnăvire
Genetica - 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 generaţiilorviitoare.
61
BOLILE 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.
U.M.F IAŞI
Noţiuni generale – BOLI GENETICE
Bolile genetice ↔ probleme de sănătate publică: sunt frecvente - incidenţă globală 5-8% la nou-născuţi; sunt numeroase - 10.000 de afecţiuni; sunt grave - cauză majoră de mortalitate; nu se vindecă spontan; beneficiază de măsuri de profilaxie (primară sau
secundară) prin: identificarea persoanelor afectate şi a riscului de recurenţă al
afecţiunii - anamneză familială şi sfat genetic; depistarea precoce a persoanelor cu risc - diagnostic prenatal,
screening neonatal şi presimptomatic
interesează bolnavul, familia acestuia şi societatea [14]
Noţiuni generale – BOLI GENETICE
Tipuri de boli genetice: boli cromosomice boli monogenice; boli mitocondriale - mutaţia ADN-ului mitocondrial
60 de afecţiuni rare cu transmitere matriliniară; boli multifactoriale - produse prin interacţiunea complexă a factorilor
genetici (mutaţii la nivelul mai multor gene) cu factorii nefavorabili de mediu ereditatea determină predispoziţia genetică; reprezentate de malformaţii congenitale izolate şi bolile comune ale
adultului; incidenţă 5% din populaţie; risc 3-20% dependent de numărul de persoane afectate din familie;
boli prin mutaţii somatice mutaţiiile somatice intervin în patogenia cancerului, bolilor autoimune,
senescenţei; au caracter clonal; nu se transmit la descendenţi
64
Bolile cromozomiale (B.crz.)
B. crz. - produse de anomalii în numărul sau structuracromozomilor: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)
U.M.F IAŞI
65
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.
Anomaliile cromozomiale sunt principalele cauze ale malformaţiilor congenitale multiple, retardului mental, tulburărilor pubertare sau de reproducere (sterilitate, avorturi spontane, nou-născuţi morţi).
(~1:250 persoane N !!!)
U.M.F IAŞI
66
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 transmite 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)
www.ncbi.nlm.nih.gov/omim
Ex., Cystic fibrosis – OMIM # 219700
National Center for Biotechnology Information ; National Library of
Medecine ; National Institut of Health
U.M.F IAŞI
Noţiuni generale
BOLI MONOGENICE
Dominant autosomale
A>n
AA, An
nn
Dominant legat de crs. X
A>n
XAXA, XAXn XAY
XnXn XnY
Recesiv autosomale
N>a
aa
NN, Na
Recesiv legat de crs. X
N>a
XaXa XaY
XNXN ,XNXa XNY
Noţiuni generale – BOLI GENETICE
Boli moleculare boli monogenice la care se cunoaşte complet
mecanismul patogenic: mutaţia genică, proteina anormală, modificările fenotipice (simptomatologie);
1500 afecţiuni; clasificare: deficite enzimatice; boli anomalii ale proteinelor de transport; boli prin anomalii ale proteinelor structurale; boli prin anomalii ale proteinelor implicate în comunicarea
intercelulară; boli prin anomalii ale preteinelor implicate în homeostazie
[14];
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, specificitatea de organ, pleiotropia, eterogenitatea genetică consanguinitatea.
Boli monogenice - noţiuni generalePENETRANŢA INCOMPLETĂ
Penetranţa noţiune cantitativă valabilă în bolile dominante: frecvenţa manifestării genei mutante (numărul bolnavilor), în raport cu
numărul total de purtători ai genei anormale (AA, An).
În unele boli dominant autosomale unii heterozigoţi (An) sunt aparent sănătoşi, gena „A” nefiind manifestă, situaţie caracteristică penetranţei incomplete → posibilitatea transmiterii mutaţiei → descendenţi (An) cu manifestări complete → transmitere dominantă neregulată (similară transmiterii recesive).
Riscurile de recurenţă dificil de evaluat, deoarece un individ aparent sănătos heterozigot poate transmite mutaţia la copii, care, însă, pot manifesta boala.
La riscul obţinut pe baza legilor lui Mendel se înmulţeşte valoarea penetranţei incomplete, rezultând un risc mai mic decât cel teoretic pentru o boală dominantă.
Boli monogenice - noţiuni generaleEXPRESIVITATEA VARIABILĂ
Expresivitatea variabilă noţiune cantitativă = manifestarea clinică a anomaliei genetice cu grade diferite de intensitate, în aceeaşi familie sau în familii diferite.
Diverse aspecte: grade diferite de severitate la membrii aceleiaşi familii sau în familii diferite -
polidactilie unilaterală, bilaterală, la mâini, la picioare sau la toate membrele. forme tipice de boală sau forme incomplete, cu manifestări reduse → boli
dominante determinate de gene cu efect pleiotrop (sindrom Marfan): corelaţie cu vârsta de debut a bolii → anticipaţie (manifestarea bolii la vârste
din ce în ce mai tinere în generaţii succesive - de exemplu coreea Huntington). Predominanţa sau limitarea la unul dintre sexe apare în unele boli dominant
autosomale. hemocromatoza are o frecvenţă de zece ori mai mare la bărbaţi decât la femei,
explicaţia fiind aportul alimentar mai redus în fier şi pierderile menstruale prezente la femei.
aplazia emailului dentar sau căderea precoce a dinţilor sunt întâlnite mai frecvent la femei.
limitarea la un sex survine atunci când organul ţintă este prezent doar la unul dintre cele două sexe (de exemplu, sindromul Morris se manifestă clinic doar la subiecţii de sex masculin).
Boli monogenice - noţiuni generale
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.
Boli monogenice - noţiuni generale
PLEIOTROPIA
efecte fenotipice distincte în ţesuturi diferite, datorite aceleiaşi mutaţii.
sindromul Marfan → mutaţie dominantă la nivelul genei fibrilinei → anomalii: scheletice, oculare cardiovasculare.
Boli monogenice - noţiuni generaleETEROGENITATEA GENETICĂ
apariţia de consecinţe fenotipice identice sau similaregenerate de mutaţii diferite în aceeaşi genă (E alelică) sau în gene diferite (E de locus).
eterogenitate alelică → mucoviscidoză → 700 de mutaţii în gena canalului transmembranar pentru ionul de clor (CFTR).
eterogenitate de locus → retinopatia pigmentară → transmitere dominant autosomal, recesiv autosomal sau recesiv legat de cromosomul X → diagnostic clinic insuficient pentru evaluarea riscului de recurenţă → analiza arborelui genealogic al familiei.
75
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)
U.M.F IAŞI
76
Mutaţiile genice au 3 categorii de efecte:(ex., sicklemia)
MUTAŢIE GENICĂ
Gena β-globină
Efect primarProteină anormală
Hb S
Efect secundar – la nivel celular: hematii în seceră
Efecte terţiare
(semne şi simptome)
anemie
Hemoliză
splenomegalie
Ocluzie capilară
microinfarcte
U.M.F IAŞI
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.
U.M.F IAŞI
4 DIRECŢII DE PROFILAXIE, fiecare cu mai multe ACŢIUNI
PROFILAXIA PRIMARĂ:Prevenirea PRODUCERII 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).
U.M.F IAŞI
Prevenirea 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.
U.M.F IAŞI
PROFILAXIA SECUNDARĂ:DEPISTAREA PRECOCE A BOLII
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.
U.M.F IAŞI
PROFILAXIA SECUNDARĂ: DEPISTAREA PRECOCE A BOLII
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.
U.M.F IAŞI
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.
U.M.F IAŞI
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.
U.M.F IAŞI
TIPURI DE SCREENING GENETIC
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).
U.M.F IAŞI
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).
U.M.F IAŞI
STRATEGII DE TERAPIE A BOLILOR GENETICE
1. Tratament simptomatic;2. tratament patogenic;3. terapie de substituţie;4. terapie celulară;5. terapie genică: de înlocuire a genei mutante, de blocare a expresiei genei mutante.
U.M.F IAŞI
STRATEGII DE TERAPIE A BOLILOR GENETICE
1. Tratamentul simptomatic = metode de tratament care acţionează la nivelul fenotipului:
metode educaţionale → prevenirea unor factori declanşatori ai bolii, metode farmacologice → combaterea unor manifestări / complicaţii, intervenţii chirurgicale → corecţia malformaţiilor congenitale.
U.M.F IAŞI
STRATEGII DE TERAPIE A BOLILOR GENETICE
2. Tratamentul patogenic = tratamentul tulburărilor metabolice sau biochimice asociate bolilor genetice
Metode farmacologice sau nutriţionale ce urmăresc: restricţia substratului (ex., fenilalanină în PKU), utilizarea unor căi metabolice alternative pentru îndepărtarea
metaboliţilor toxici (ex., allopurinolul în gută), utilizarea unor inhibitori metabolici (ex., statinele în
hipercolesterolemia familială), înlocuirea produsului deficitar (ex., tiroxina în hipotiroidie).
U.M.F IAŞI
STRATEGII DE TERAPIE A BOLILOR GENETICE
3. Metode de tratament care acţionează la nivelul proteinei deficitareTerapia de substituţie: ex, factorul VIII în hemofilia A; enzime în boli lizozomale.
4. Terapia celulară:- transplante de organe,- implantarea unor celule diferenţiate sau celule stem.
U.M.F IAŞI
STRATEGII DE TERAPIE A BOLILOR GENETICE
5. Terapia genică
Terapia genică constă în MODIFICAREA GENETICĂ a celulelor bolnavului prin transferul ADN (gene, fragmente de gene, oligonucleotide) sau ARN
(oligonucleotide anisens),
cu ajutorul unui vector.
U.M.F IAŞI
STRATEGII DE TERAPIE A BOLILOR GENETICE
Terapia genică somatică:
Introducerea unei gene în celulele somatice prin: manipularea celulelor proprii ale pacientului în afara
organismului (terapie ex vivo), tratarea celulelelor fără îndepărtarea lor din organism
(terapie in vivo).
U.M.F IAŞI
STRATEGII DE TERAPIE A BOLILOR GENETICE
Terapia genică somatică:Din punct de vedere al scopului urmărit, se pot deosebi:
terapia genică de ÎNLOCUIRE (numită şi terapia genică “clasică”) -transferul în celulele somatice a unei gene normale
corespunzătoare genei mutantecu ajutorul unui vector viral sau non-viral;
terapia genică de BLOCARE a expresiei genei cu ajutorul uno oligonucleotide anti-sens, ribozime ARN interferent
U.M.F IAŞI