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Patologia Molecolare. Patologia molecolare. Cerca di spiegare perché un dato cambiamento genetico dia luogo ad un particolare fenotipo clinico. Patologia molecolare. Si occupa di:

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Presentation Transcript
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Patologia molecolare

Cerca di spiegare perché un dato cambiamento

genetico dia luogo ad un particolare fenotipo clinico

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Patologia molecolare

  • Si occupa di:
  • capire l’effetto di una particolare mutazione sulla QUANTITA’ o FUNZIONALITA’ del prodotto di un dato gene mutato
  • spiegare perché il cambiamento sia o non sia patogeno
principali classi di mutazioni
Principali classi di mutazioni
  • DELEZIONI da 1 nt a più megabasi
  • INSERZIONI
  • MUTAZIONI DINAMICHE (unità ripetute in tandem che cambiano dimensione quando trasmesse alla prole)
  • SLITTAMENTI DEL MODULO DI LETTURA
  • SOSTITUZIONI DI SINGOLE BASI:
    • MUTAZIONI SINONIME (SILENTI)
    • MUTAZIONI DI SENSO ERRATO: nel prodotto genico sostituzioni di un aa con un altro
    • MUTAZIONI NONSENSE: sostituiscono codone di un aa con codone di stop
    • MUTAZIONE NEI SITI DI SPLICING
slide5

MUTAZIONI SINONIME (SILENTI), non modificano la sequenza

del prodotto genico

In genere sono nella terza base del codone , ma talvolta anche nel

nucleotide in prima posizione (CUA>-<UUA, AGA>-<CGA)

MUTAZIONI NON SINONIME, sequenza alterata in un polipeptide

o in un RNA funzionale

slide6

MUTAZIONI “MISSENSE”:

Danno origine ad un codone che specifica un aminoacido diverso

da quello originario

Sostituzioni conservative:sostituzione di un aminoacido con un altro chimicamente simile

Spesso effetto minimo sulla proteina

Es: Asp (GAC, GAT)

Glu (GAA, GAG)

Sostituzioni non conservative:sostituzione di un aminoacidocon uno che ha una catena laterale completamente diversa.

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MUTAZIONI “NONSENSE”

sostituzione di un codone che da luogo ad un codone

di terminazione

slide8

MUTAZIONI NEI SITI DI SPLICING:

Creano o distruggono segnali di splicing tra esoni e introni.

Si verificano generalmente nei dinucleotidi essenzialmente

invarianti GT e AG, localizzati all’inizio di un introne (sito

donatore di splicing) o alla sua fine (sito accettore

di splicing)

nomenclatura
Nomenclatura
  • Specificando i cambiamenti di sequenza:
    • sostituzioni di aa
    • sostituzioni di nucleotidi
    • delezioni ed inserzioni
  • In base agli effetti:
    • ALLELE NULLO o AMORFO: non produce nulla
    • IPOMORFO: non produce nulla
    • IPERMORFO: produce q.tà maggiori di prodotto o prodotto con attività aumentata
    • NEOMORFO: produce prodotto o attività nuovi
    • ANTIMORFO: allele il cui prodotto ha attività antagonista rispetto al prodotto normale
slide10

Amorfo o Ipomorfo

  • Delezione
    • intero gene
    • parte del gene
  • Distruzione della struttura genica
    • inserzione, inversione, traslocazione
  • Inattivazione del promotore
  • Destabilizzazione dell’mRNA
  • Mutazioni di splicing
    • inattivazione del donatore/accettore
    • attivazione di criptici siti di splicing
mutazioni che alterano lo splicing

GT AG GT AG

SPLICING

mRNA

MUTAZIONI CHE ALTERANO LO SPLICING

Se la mutazione colpisce una sequenza consenso dello splicing, il processo di eliminazione degli introni non può avvenire normalmente

slide12

Amorfo o Ipomorfo

  • frame-shift nella translazione
    • inserzione di n+1 o n+2 basi all’interno della sequenza codificante
    • delezione di n+1 or n+2 basi all’interno della sequenza codificante
  • mutazioni nonsense
  • mutazioni missense /delezioni aminoacidiessenziali/conservati
    • difetti nel processo post-trascrizionale
    • difetti nella localizzazione cellulare
ipermorfo
Ipermorfo
  • trisomia
  • duplicazione
  • amplificazione (tumori)
  • derepressione cromatinica (FSH)
  • trasposizione sotto un promotore “più forte”
  • leucemia
  • “overattività” di una proteina anomala
neomorfo
Neomorfo
  • formazione di proteine chimeriche
  • duplicazioni
  • amplificazioni (cancer)
  • mutazioni missense
  • inclusione di esoni criptici codificanti
  • uso di ORFs alternativi
  • maggiore attività di una proteina anomala
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MUTAZIONECAMBIAMENTO FENOTIPICO

La mutazione di un gene potrebbe causare un cambiamento fenotipico in due modi:

  • Il prodotto potrebbe essere ridotto o non avere funzione (mutazioniloss of function - amorfo o ipomorfo);
  • Il prodotto potrebbe agire positivamente in modo anomalo (mutazionigain of function - ipermorfo o neomorfo)
slide17

Loss of function mutation

  • Most often produce recessive phenotypes
  • For most gene products the precise quantity is not crucial, and we can get by on half the normal amount
  • Most inborn errors of metabolism are recessive
  • For some gene products 50% of the normal level is not sufficient for normal function, and haploinsufficiency produces an abnormal phenotype, which is therefore inherited in a dominant manner
  • Sometimes a nonfunctional mutant polypeptide interferes with the function of the normal allele in a heterozygous person, giving a dominant negative effect (an antimorph)
slide18

Loss of function mutations

Avvengono quando mutazioni puntiformi in un gene producono gli stessi cambiamenti patologici di un adelezione

slide20

Ciuffo di capelli bianchi o capelli brizzolati in età precoce, intorno ai 12 anni.

SINDROME DI WAARDENBURG

  • SORDITÀ neurosensoriale (o deficit uditivo di vario livello) bilaterale
  • ALTERAZIONInella pigmentazione, sia dei capelli (albinismo parziale, in genere piebaldismo) che della pelle,
  • ANOMALIE nello sviluppo dei tessuti derivati dalla cresta neurale
  • LATERALIZZAZIONE del canto mediale

Aumentato spazio tra gli angoli interni degli occhi (telecanto).

Sopracciglia unite

Attaccatura dei capelli frontale molto bassa

Una delle caratteristiche più comuni è il diverso colore degli occhi (eterocromia), di solito uno marrone e l'altro blu.

Il suo nome deriva da Peter Johannes Waardenburg, un oculista tedesco che per primo notò sintomi di ipoacusia in persone con occhi di colore differente.

4 tipi di WS

associazione con altre anomalie

WS I

WS II non è presente telecanto

WS III sono presenti malformazioni agli arti

WS IV è presente megacolon (malattia di Hirschsprung)

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Sindrome Gene Ereditarietà

WS I PAX3 (fattore di trascrizione) AD

2q35

WS II MITF (fattore di trascrizione) AD

3p14.1-p12.3

WS III PAX3 (fattore di trascrizione) AD

2q35

WS IV EDNRB (recettore endotelina) AR

13q22

EDN3 (endotelina) AR

20q13.2-q13.3

SOX10 (fattore di trascrizione) AD

22q13

slide22

Mutationi in PAX3(locus cromosomico 2q35) causa WSI and WSIII

Mutazioni causative in PAX3 includono sostituzioniaminoacidiche, frameshifts,mutazioni displicing, and in alcuni pazienti delezioni complete della sequenza PAX3.

Tutte producono lo stesso risultato clinico: la perdita di funzione di PAX3

slide24

Ci sono differenti modi di ridurre o abolire la funzione di un prodotto genico(emoglobinopatiesono un esempio di molti di questi meccanismi)

I sintomi clinici derivano direttamente dal mal funzionamento della proteina, che a 15 g per 100 ml di sangue è facile da studiare e quindi la relazione tra eventi clinici e molecolari è più chiara per queste patologieche per altre malattie

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EMOGLOBINOPATIE

Tre gruppi principali

1. Talassemiascausate da inadeguate quantità di catene α o β

Gli alleli sono classificati in quelli che non producono (a0, β0)

e quelli che producono meno quantità di proteina (a+, β+)

talassemie

a2

a1

Talassemie

normale

La perdita di geni a-globinici porta a forme di a-talassemia di differente severità

a2-talassemia

(portatore silente)

a1-talassemia

(anemia non significativa)

Hb H disease

(anemia da lieve a severa)

Idrope fetale

(morte fetale o in epoca neonatale)

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Distrofia Muscolare di Duchenne

E’ una forma di distrofia muscolare trasmessa come carattere legato all’X che determina degenerazione progressiva delle fibre muscolari

E’ dovuta all’assenza di una proteina detta Distrofina

L’assenza di questa proteina determina una serie di eventi che portano a degenerazione del tessuto muscolare, che viene sostituito da tessuto fibroso e adiposo.

Conseguenza clinica: progressiva perdita di forza muscolare con conseguente progressiva perdita delle abilità motorie

Deletions in the dystrophin (DMD) gene

slide29

Deletions in the dystrophin (DMD) gene

size of the deletion

Frameshifdeletions produce the lethal

Duchenne muscular dystrophy, in whichno dystrophin is produced

Nonframeshif mutations

cause the milder Becker form,

in which dystrophin is present but abnormal

mutazioni che cambiano la fase di lettura frameshift
MUTAZIONI CHE CAMBIANO LA FASE DI LETTURA (FRAMESHIFT)
  • Qualunque inserzione o delezione di un numero di basi che non sia multiplo di 3 in un esone comporta necessariamente una modifica della fase di lettura. Tale situazione esita, prima o poi, nella comparsa di un codone nonsenso prematuro.
  • Se l’alterazione ha luogo all’estremità 3’ della sequenza codificante, questa può anche essere allungata fino ad un codone nonsenso neoformato nella regione 3’ non codificante del messaggero.
mutazioni che alterano lo splicing1

GT AG GT AG

SPLICING

mRNA

MUTAZIONI CHE ALTERANO LO SPLICING

Se la mutazione colpisce una sequenza consenso dello splicing, il processo di eliminazione degli introni non può avvenire normalmente

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SD

SA

In generale, l’esone localizzato a monte di un sito donatore mutato, o

a valle di un sito accettore mutato, viene eliminato.

slide34

SD

SA

ATTIVAZIONE DI UN SITO CRIPTICO DI SPLICING

SPLICE DONOR CRIPTICO

CT GT AG

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Loss of function mutation

  • Most often produce recessive phenotypes
  • For most gene products the precise quantity is not crucial, and we can get by on half the normal amount
  • Most inborn errors of metabolism are recessive
  • For some gene products 50% of the normal level is not sufficient for normal function, and haploinsufficiency produces an abnormal phenotype, which is therefore inherited in a dominant manner
  • Sometimes a nonfunctional mutant polypeptide interferes with the function of the normal allele in a heterozygous person, giving a dominant negative effect (an antimorph)
slide37

Why relatively few genes are dosage-sensitive?

Sometimes, if the gene product is needed in large quantities, the total synthetic capacity of the cell, even at maximum transcription levels, may be insufficient if only one copy of the gene is present

Example: elastin

In people heterozygous for a deletion or loss of function mutation of elastin, for the most part the elastic tissues (skin, lung, blood vessels) work normally, but often the aorta, a highly elastic tissue, shows some degree of narrowing just above the heart (supravalvular aortic stenosis), which may require surgery

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Loss of function mutation

  • Most often produce recessive phenotypes
  • For most gene products the precise quantity is not crucial, and we can get by on half the normal amount
  • Most inborn errors of metabolism are recessive
  • For some gene products 50% of the normal level is not sufficient for normal function, and haploinsufficiency produces an abnormal phenotype, which is therefore inherited in a dominant manner
  • Sometimes a nonfunctional mutant polypeptide interferes with the function of the normal allele in a heterozygous person, giving a dominant negative effect (an antimorph)
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Mutations in proteins that work as dimers or multimers sometimes produce dominant negative effects

A dominant negative effect occurs when a mutant polypeptide not only loses its own function, but also interferes with the product of the normal allele in a heterozygote

Dominant negative mutations cause more severe effects than deletion or nonsense mutations in the same gene.

Structural proteins that contribute to multimeric structures are vulnerable to dominant negative effects

Example: Collagens

slide40

Fibrillar collagens, the major structural proteins of connective tissue, are built of triple helices of polypeptide chains, sometimes homotrimers, sometimes heterotrimers, that are assembled into close-packed crosslinked arrays to form rigid fibrils

slide41

Y

Y

In newly synthesized polypeptide chains (preprocollagen), N- and C-terminal propeptides flank a regular repeating sequence (Gly- X-Y)n, where X is usually proline (13%) and Y hydroxyproline, and the other is any amino acid

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Three preprocollagen chains associate and wind into a triple helix under control of the C-terminal propeptide.

After formation of the triple helix, the N- and C-terminal propeptides are cleaved off

slide43

Collagen types I, II and III are the classical fibril-forming collagens and account for 80-90% of all collagens in the human body.

Type V and XI collagens are also classified as fibrillar collagens on the basis of their homology with type I-III collagens

slide44

A polypeptide that complexes with normal chains, but then wrecks the triple helix can reduce the yield of functional collagen to well below 50%

slide46

Mutations in these genes usually produce osteogenesis imperfecta (OI)

Frameshifts and nonsense mutations produce type 1 OI, the mildest form,

while amino acid substitutions in the Gly-X-Y repeated units are seen in the

more severe types II, III and IV OI.

slide47

Mild OI: frameshifts and

nonsense mutations

Severe OI:

amino acid substitutions in the Gly-X-Y repeated

slide49

Skipping of exon 6 (of COL1A1 or COL1A2) has a quite different effect.

The site for cleavage of the N-terminal propeptide is lost and abnormal collagen produced causes Ehlers Danlos syndrome Type VII (laxity of skin and joints)

A different function has been lost, and a different phenotype results

slide52

Mutations in the K+ channel subunit KvLQT1 have been identified as responsible for both Romano-Ward (RW) and Jervell and Lange-Nielsen (JLN) inherited long QT syndromes

Another example of multimeric structures that are subject to dominant negative effects:The ion channels in cell membranes

slide53

Loss of function mutation (2)

  • The phenotypic effect depends on the residual level of gene product
  • Many amino acid substitutions have little or no effect, while some mutations will totally abolish the function
  • A mutation may be present in one or both copies of a gene

When both homologues are affected, they may be affected unequally - people with autosomal recessive conditions are often compound heterozygotes, with two different mutations

If both mutations cause loss of function, but to differing degrees, the least severe allele will dictate the level of residual function

slide55

A. Simple recessive condition

People heterozygous for a mutation that totally abolishes gene

function are phenotypically normal, provided their remaining

allele is not significantly defective

slide56

This simple situation is rare

If a 50% reduction in gene product causes symptoms, a more severe

reduction will probably have more severe effects

B. Dominant condition caused by haploinsufficiency

slide57

C. A recessive condition with graded severity

Examples:

  • mutants in the X-linked hypoxanthine guanine phosphoribosyl transferase
  • (HPRT) gene
slide58

MALATTIA DI LESCH-NYHAN

sindrome da deficit di ipoxantina guanina fosforibosiltransferasi

Il deficit ereditario di ipoxantina-guanina fosforibosiltransferasi (HPRT),

causa, a seconda della quota di attività enzimatica residua,tre sindromi cliniche

sovrapponibili

Forma classica di malattia di Lesch-Nyhan: mancanza pressochè totale dell’enzima con

iperproduzione di acido urico ed il caratteristico fenotipo neurocomportamentale

(atteggiamenti impulsivi ed autoaggressivi)

Varianti della malattia di Lesch-Nyhan: Attività enzimatica residua (tra 1,5 e 8%) con

iperuricemia, alterazioni neurologiche, no alterazioni comportamentali

Iperuricemia HPRT-correlata: più del’8% di attività enzimatica con iperuricemia,

no alterazioni neurologiche e comportamentali

slide60

La grande maggioranza dei pazienti presenta, tra i 3 e i 12 mesi di età,

ritardo motorio, più spesso ipotonia o difficoltà a raggiungere le normali

tappe di sviluppo motorio

Altri pazienti sono identificati per la comparsa di movimenti

involontari o di aumento del tono muscolare.

Una minoranza di pazientipuò presentare complicanze legate alla

iperproduzione di acido urico

slide61

A small portion of the lower lip has been disfigured by persistent self-biting

The distal portions of several fingers are shortened by prior uncontrolled self-biting

slide62

SKELETAL :

    • Feet
    • Gout
  • SKIN, NAILS, HAIR :
    • Uric acid tophi
  • NEUROLOGIC :
    • Central nervous system
    • Motor delay
    • Hypotonia
    • Self-injurious behavior, median onset age 2 years
    • Extrapyramidal signs
    • Choreoathetosis
    • Dystonia
    • Basal ganglia dysfunction
    • Spasticity, hyperreflexia
    • Opisthotonus
    • Dysarthria
    • Dysphagia
    • Mental retardation (IQ 45-75)
  • GROWTH :
    • Height
    • Short stature
    • Other
    • Growth retardation
  • ABDOMEN :
    • Gastrointestinal
    • Vomiting
  • GENITOURINARY :
  • External genitalia, male
    • Testicular atrophy
  • Kidneys
    • Nephrolithiasis
  • HEMATOLOGY :
    • Anemia
  • Megaloblastic anemia
  • LABORATORY ABNORMALITIES :
    • Hyperuricemia
  • Hyperuricosuria
slide63

Il deficit di ipoxantina-guanina fosforibosiltransferasi (HPRT) è ereditato come

condizionerecessiva legata all’X

il gene è stato mappato a livello di Xq26-q27

L’intero gene è stato clonato e sequenziato e sono state identificate più di

200 mutazioni responsabili della malattia

slide64

Loss of function

Epigenetic modification can abolish gene function even without a DNA sequence change

Heritable changes that do not depend on changes in a DNA sequence are called epigenetic

Es: DNA methylation is an epigenetic mechanism which plays an important part in mammalian gene control, acting as a general method of maintaining repression of transcription.

slide65

2. Changes in chromatin configuration

imprinting

Imprinted genes are a particularly intriguing example of epigenetic modification

Their expression is controlled by patterns of methylation that differ according to the parental origin of the gene

When either the imprinting mechanism malfunctions or the parental origin is not as expected, pathogenic loss of function or inappropriate expression can occur in intact genes.

Several human diseases involve imprinted genes, (Prader-Willi

and Angelman syndromes)

slide66

1. DNA methylation

Fragile-X syndrome

la sindrome dell x fragile causata da un gene in xq27 3
La sindrome dell’X fragile è causata da un gene in Xq27.3

The gene that causes the condition is found at the end of the X chromosome

( marked by arrow ), and shows as a "fragile" site - it looks as if the tip of

the chromosome is broken off but not quite separated.

This fragile site gives the syndrome its name

slide70

5-54

55-200

>200

slide71

1. DNA methylation

In Fragile-X syndrome, the FMR1 gene is silenced by methylation, although in this case the methylation is triggered by a local DNA sequence change, expansion of a trinucleotide repeat

When the number of repeated sequences reaches the

200 to 600 copy range, the repeat itself becomes very

heavily methylated, leading to silencing of the FMR1 gene

slide72

Malattie da espansione di triplette

Le malattie da espansione di triplette sono dovute ad una espansione anomala di una sequenza ripetuta (frecce rosse) di DNA

slide73

Replicazione normale

Uno scivolamento all'indietro causa l'inserzione di una tripletta

Uno scivolamento in avanti

causa la delezione di una

tripletta

Errori di appaiamento per scivolamento durante la replicazione del DNA causano inserzioni o delezioni

slide75

Generalità delle malattie da espansione di triplette

• Mutazioni dinamiche

Spesso associate al fenomeno dell’ anticipazione =

comparsa piu’ precoce e spesso aggravamento dei sintomi in generazioni successive di una stessa famiglia (es. DM

distrofia miotonica)

Espansione preferenziale nelle trasmissioni materne (FRAXA, distrofia miotonica) o parterne (corea di Huntington)

Tendenza al rapporto lineare fra numero di repeats e gravita’ del quadro clinico, in genere disordini neurologici

slide78

Deletion or loss-of-function mutation of the PMP22 gene is seen in patients with tomaculous neuropathy

A patient homozygous for the duplication had very severe disease

Some patients have only two copies of the PMP22 gene, but one copy carries an activating mutation.

slide79

Gain of function mutations

Acquisition of a novel function is rare in inherited disease but common in cancer

The only mechanism that commonly generates novel functional genes is when a chromosomal rearrangement joins functional modules of two different genes

Many acquired tumor-specific chromosomal rearrangements

produce chimeric genes with novel activities that lead to

uncontrolled cell proliferation

slide81

Over-expression may be pathogenic

Gross over-expression of certain genes is common in cancer cells.

The mechanisms by which somatic genetic changes produce over-expression include massive reduplication of the gene or transposition of a gene normally expressed at low level into a highly active chromatin environment

slide82

The modular nature of genetic diseases

There is now good evidence from bioinformatic analyses that human genetic diseases can be clustered on the basis of their phenotypic similarities and that such a clustering represents true biological relationships of the genes involved

It may use such phenotypic similarity to predict and then test for the contribution of apparently unrelated genes to the same functional module

slide83

The modular nature of genetic diseases

RELATIONSHIP BETWEEN GENES AND PHENOTYPES

Multiple syndromes can be caused by mutations in the same gene, and a single disorder can be caused by mutations in different genes

Different alleles of different genes in different individuals integrate differently with each other to create different final phenotypes

slide84

This is the basis of human phenotypic diversity and an important factor contributing to the fact that no two individuals are identical

Strongly related genes may thus lead to the same or similar phenotypes when mutated, potentially resulting in the phenomenon of syndrome families

slide86

Marshall and oto-spondylo-megaepiphyseal dysplasia syndromes have similar facial and skeletal features as Stickler syndrome, but differ in other characteristics such as deafness or blindness

  • Myopia
  • Retinal detachment
  • Hearing loss
  • Cleft palate
  • Arthropathy
slide87

All three genes, COL2A1, COL11A2andCOL11A1

encode fibrillar collagens that associate to form a single trimeric collagen-11 protein molecule.

COL2A1 may be tested first in individuals with ocular findings including

type 1 congenital vitreous anomaly and milder hearing loss

COL11A2 may be tested for in individuals with craniofacial and joint

manifestations and hearing loss, but lacking ocular findings

COL11A1may be tested first in individuals with typical ocular findings

including type 2 congenital vitreous anomaly and significant hearing loss

slide88

Other phenotypes associated with mutations in

COL2A1

  • Achondrogenesis type II (AD)
  • Absence of ossification in the vertebral column, sacrum, and pubic bones
  • Marked shortening of the limbs and trunk, with a prominent abdomen

and hydropic appearance

  •  Death in utero or in the early neonatal period

Hypochondrogenesis

 Mild variant of achondrogenesis

Spondyloepiphyseal dysplasia congenita (SED congenita-AD)

 Skeletal changes similar to those seen in Stickler syndrome, but more

severe short stature

 Flat facial profile, myopia, and vitreoretinal degeneration

slide89

Other phenotypes associated with mutations in

COL2A1 (2)

  • Spondyloepimetaphyseal dysplasia (SEMD) Strudwick type (AD)
  •  Severe short stature with severe pectus carinatum and scoliosis, cleft
  • palate, and retinal detachment
  • Irregular sclerotic changes ("dappled") in the metaphyses of the long

bones (alternating zones of osteosclerosis and osteopenia)

Kneist dysplasia (AD)

 Disproportionate short stature, flat facial profile, myopia and

vitreoretinal degeneration with cleft palate

 Kyphoscoliosis

 Variety of radiographic changes

Spondyloperipheral dysplasia

 Short stature, radiographic changes with a spondyloepiphyseal dysplasia

 Brachydactyly E

slide90

Other phenotypes associated with mutations in

COL2A1 (3)

Early-onset arthropathy

Rhegmatogenous retinal detachment (ARDD)

 Pathologic myopia and vitreoretinal degeneration

slide92

MUTATIONS IN FIBROBLAST GROWTH FACTOR RECEPTOR 3

(FGFR3)

Achondroplasia

ÞAll achondroplastics have one of two mutations in the fibroblast growth factor receptor gene FGFR3, both of which cause the same amino acid change, G380R

ÞOther mutations in the same gene produce other syndromes

ÞFor unknown reasons, the mutation rate for G380R is extraordinarily high, so that achondroplasia is one of the commoner genetic abnormalities, despite requiring a very specific DNA sequence change

slide93

Diseases associated with the fibroblast growth factor receptor 3 gene

Achondroplasia

Hypochondroplasia

Thanatophoric dysplasia, types I and II

Crouzon syndrome with acanthosis nigricans

Muenke syndrome

Bladder cancer

Colorectal cancer, somatic

Cervical cancer, somatic

slide94

El Nino de Vallecas

Museo del Prado, Madrid

Velázquez

L'acondroplasiaè la più

comune causa di nanismo nell'uomo

con una prevalenza

1/25 000 nati vivi

Caratterizzata da un mancato

sviluppo armonico della cartilagine

di accrescimento delle ossa lunghe

degli arti con quindi

gravi disturbi della crescita

slide95

Clinical features :

    • Short stature
    • Rhizomelic (proximal) shortening of the arms and legs with redundant skin folds on limbs
    • Limitation of elbow extension
    • Trident configuration of the hands
    • Genu varum (bow legs)
    • Thoracolumbar gibbus in infancy
    • Exaggerated lumbar lordosis, which develops when walking begins
    • Large head with frontal bossing
    • Midface hypoplasia
  • The radiologic findings of achondroplasia in children include :
    • Narrowing of the interpediculate distance of the caudal spine
    • Notch-like sacroiliac groove
    • Circumflex or chevron seat on the metaphysis
slide96

The penetranceof the geneis 100%, meaning that all individuals

who have a single copy of the altered FGFR3 have achondroplasia.

Achondroplasia is the most common form of inherited

disproportionate short stature.

It occurs in one in 15,000 to one in 40,000 live births.

slide97

Obesity is a major problem in achondroplasia. Excessive weight gain is manifest in

early childhood.

Until a height of about 75 cmis reached, the mean weight-to-height ratio for

childrenwith average stature and children with achondroplasia is virtually identical

Above a height of 75 cm, the weight-to-height ratio for patients with

achondroplasia exceeds that of the general population.

In adults, obesity can aggravate the morbidity

associated with lumbar stenosis and contribute to nonspecific joint problems and

possibly to early mortality from cardiovascular complications.

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Differential Diagnosis

Hypochondroplasia

Skeletal dysplasia characterized by short stature with disproportionately

short arms and legs.

The skeletal features are very similar to achondroplasia but usually

tend to be milder.

Medical complications common to achondroplasia (e.g., spinal stenosis,

tibial bowing, obstructive apnea) occur less frequently in hypochondroplasia

but deficits in mental capacity and/or function may be more prevalent.

slide99

Physical features

  • The most common clinical features of hypochondroplasia include:
    • Short stature (adult height 128 - 165 cm; 2-3 SD below the mean in children)
    • Stocky build
    • Shortening of the proximal (rhizomelia) or middle (mesomelia) segments of the extremities
    • Limitation of elbow extension
    • Broad, short hands and feet (brachydactyly)
    • Generalized, mild joint laxity
    • Large head (macrocephaly) with relatively normal facies
  • Less common but significant clinical features include:
    • Scoliosis
    • Bow legs (genu varum) (usually mild)
    • Lumbar lordosis with prominent abdomen
    • Mild to moderate mental retardation
    • Learning disabilities
    • Adult onset osteoarthritis
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Normal geneproduct:

  • The FGFR3 è un recettore tirosino chinasico ed è un membro della famiglia dei recettori di crescita dei fibroblasti. FGFR3 è localizzato a livello del braccio corto del cromosoma 4, in posizione 4p16.3, è lungo 16.5 kb ed è costituito da 19 esoni. Mutazioni a suo carico sono generalmente associate a specifici fenotipi, anche se alcune alterazioni mostrano una notevole variabilità di espressione.
  • I fattori di crescita dei fibroblasti (Fibroblast Growth Factors; FGF) costituiscono una famiglia di 9 polipeptidi ad attività mitotica, che inducono diverse risposte cellulari in numerosi sistemi biologici
  • This family comprende 4 genei nei mammiferi (FGFRs 1-4) con una struttera altanmente conservata.
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Thanatophoric dysplasia

I bambini con displasia tanatofora hanno un fenotipo simile a quello degli omozigoti acondroplasici, con grave nanismo rizomelico, importante ipoplasia medio-facciale, e coste cortissime per cui il torace è molto stretto. Generalmente è presente idrocefalo, evidenziabile già in epoca prenatale. L’idrocefalo può essere associato a fusione precoce delle suture coronali e lambdoidee, producendo una caratteristica deformità del cranio chiamata “cranio a trifoglio”.

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Sulla base degli aspetti clinici e molecolari ne sono stati distinti due tipi (DTI e DTII). DTI si caratterizza per la presenza di micromelia, grave curvatura del femore e meno frequentemente cranio a trifoglio, mentre nelle forme di DTII è sempre presente micromelia, non è generalmente presente curvatura del femore, e si associa cranio a trifoglio.

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FGFR3 è il solo gene responsabile

la DTI mostra eterogeneità allelica, mentre tutti i casi finora descritti di TDII sono causati dalla mutazione K560E localizzata nel dominio tirosin-chinasico.

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Penetrance

The penetranceof mutationsin the FGFR3 geneis 100%.

Prevalence

Thanatophoric dysplasia occurs in approximately 1/20,000 to 1/50,000 births

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I 4 tipi di recettori FGFR (FGFR1, FGFR2, FGFR3 e FGFR4)

hanno una struttura comune caratterizzata dalla presenza di

un dominio di legame extracellulare che contiene 3 anse (loops)

simili a quelli presenti nelle immunoglobuline, di un dominio

transmembranoso, e di un dominio catalitico

tirosin-chinasico intracitoplasmatico.

La prima e la seconda ansa immunoglobulino-simili sono separate

da una regione acida

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Crouzon syndrome with acanthosis nigricans

  • Intellect: Normal
  • Craniofacial: Significant proptosis, external strabismus, mandibular prognathism, craniosynostosis
  • Extremities: Normal (although radiographic metacarpal-phalangeal profile may reveal shortening
  • Cutaneous: The 5% of individuals with Crouzon syndrome who have acanthosis nigricans are said to have Crouzon syndrome with acanthosis nigricans. Acanthosis nigricans can be present in the neonatal period or appear later.
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oxycephaly

acanthosis nigricans

the mutation in the transmembrane region of FGFR3 was detected in this syndrome

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ACONDROPLASIA

1138 G A

1138 G C

Gly (380)Arg

D. transmembranoso

CROUZON CON A.N.

Ala(391)Glu

D. transmembranario

TD

Arg(258)Cys IgII-IgIII

interloop

TD

Lys(650)Met TK2

IPOCONDROPLASIA

Lys(540)Leu 70%

TK1

S - S

S - S

S - S

FGFR3

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Muenke syndrome

  • Some individuals with a disease-causing mutationhave no clinical problems and are identified only on clinical, radiographic, or molecular genetic evaluation after the birth of an affectedchild.
    • Intellect: Normal
    • Craniofacial: Variable— may see uni- or bilateral coronal craniosynostosis, or only megalencephaly; mild-significant midface hypoplasia; ocular hypertelorism
    • Extremities: Variable— carpal-tarsal fusion is diagnostic when present but is not present in every case; brachydactyly, carpal bone malsegregation, coned epiphyses may occur.
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Muenke syndrome

Characterized by the premature closure of certain bones of the skull (coronal synostosis), which affects the shape of the head and face.

The primary feature of this disease is prematurely fused skull bones along the coronal suture, the growth line which goes over the head from ear to ear.

People with Muenke syndrome may also have mild abnormalities of the hands or feet, and hearing loss has been observed in some cases.

Journal of Medical Genetics 2002;39:764-766

Six to seven percent of people

with the gene mutation

associated with Muenke syndrome

have no closure of the sutures or

other signs or symptoms of syndrome

Journal of Medical Genetics 2002;39:764-766

33 years

17 months

patologia molecolare delle anomalie cromosomiche
Patologia molecolare delle anomalie cromosomiche

Sindromi da microdelezioni autosomiche

  • causate dall’aploinsufficienza di più geni

Sindrome di Wiliams facies tipica, ritardo di crescita, ipercalcemia, stenosi sopravalvolare aortica, modesto ritardo mentale,socievolezza, capacità musicali, incapacità nel riconoscere e manipolare le forme

delezione in cr 7 di 1-2 Mb di DNA, che comprendono l’elastina

Sindromi da delezione di geni contigui del cromosoma X

nei maschi microdelezioni cr X producono sindrome da delezione di geni contigui; più estese sono le delezioni, maggiore è il numero di geni rimossi e più numerose sono le malattie incluse nella sindrome

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Esempio

di sindrome

da geni contigui

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Gene SHOX (statura)

Y

X

Soggetti con aploinsufficienza per SHOX (inclusi i soggetti 45,X)

hanno bassa statura (inferiore al 3° percentile) e,

discondrosteosi di Leri-Weill con, eventualmente,

la deformità di Madelung

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ICHTHYOSIS, X-LINKED (STS)

Hypertrophic ichthyosis, esp. scalp, ears, neck and flexures

Dark adherent skin scales

Onset by age six months

KALLMANN syndrome, X-LINKED (KAL1)

Hypogonadotropic hypogonadism and anosmia.

KAL1, encodes a protein, anosmin, that plays

a key role in the migration of GnRH neurons and

Olfactory nerves to the hypothalamus.

Xp22 nullisomy: associated phenotypes

CHONDRODYSPLASIA PUNCTATA 1, X-LINKED (ARSE)

Aberrant bone mineralization, Underdevelopment of nasal cartilage,

Epiphyseal stippling, Distal phalangeal hypoplasia

MENTAL RETARDATION, X-LINKED NONSPECIFIC