Suport Curs Boli Monogenice 1 [617969]

GENETICĂ UMANĂ ȘI BIOLOGIE MOLECULARĂ

Caractere Mendeliene
Suport curs

Dănuț Cimponeriu,
2020
The good, the bad, and the ugly: our phenotypes tales

1

Cuprins

I. Clasificarea caracterelor umane
Ex 1. Acondroplazia
A) Factori care afectează modelele de transmitere ale caraterelor monogenice
Ex. Neurofibromatoza
B) Sisteme de clasificare
C) Dificultăți de clasificare
Ex 1. Distrofia musculară facio – scapulo -humerală
Ex 2. PMP22 și patologia umană
II. Caractere patologice autozomal dominante
A) Particularitățile transmiterii de tip autozomal dominant
Ex 1.Pubertatea precoce la băieți
Ex 2. Hipercolesteolemia familială
Ex 3. Sindrom Marfan
Ex. 4. Boala Huntington
Ex 5. Diabetul de tip MODY
III. Caractere autozomal recesive
A) Caracteristici
Ex 1. Hemocromatoza HFE
Ex 2 Albinism
Ex 3. Fibroza chistică
Ex 4. Boala Tay -Sachs
IV. Top 10 caractere umane care inițial au fost clasificate eronat
V. Probleme și într ebări
VI. Referințe
VII Bibliogafie curs
2

I. Clasificarea caracterelor umane
Caractere monogenice (mendeliene)
– cele mai simple caractere genetice
– determinate de prezența/absența unui genotip într -un anumit locus (autozomal sau heterozomal)
– model de transmitere în pedigree – specific
-un genotip – necesar și suficient pentru apariția unui fenotip caracteristic
– >10000 de caracter e umane normale și patologice (OMIM)

Caractere multifactoriale
– rezultatul interacțiunii dintre mai multe gene și factori i de mediu
– model de transmitere în pedigree – greu de precizat
– cele mai multe caractere umane.

Forma nasului Ce este un caracter ?
Vitiligo
(MIM 193200 )
Spina bifida
(MIM 182940)
Xeroderma pigmentos um
-tegument – culoare închisă în regiuni expuse la soare – eritem
– predispoziție la melanom
-sensibilitate la UV↑→ frecvența aberațiilor cromozomale↑
Forme AR (278700 -278780) – severitate↑;
AD (194400) – severitate medie
Înălțimea Greutatea 3

I. Clasificarea caracterelor umane
A) Noțiuni introductive
1. Termeni utilizați pentru descrierea caracteristicilor fenotipice
– semn (creșterea TA)
– simptom (ex. cefalee)
– sindrom (ex. Sdr Down)
2. Dominant – se exprimă la AA și Aa
-tipuri – pură -AA și Aa au fenotip identic
– mai rar întâlnită în patologie (există diferențe la nivel molecular între Aa și AA)
– incomplete – există unele diferențe între AA și Aa
– în patologie fenotipul AA în gnr este mai sever comparativ cu Aa
3. Recesiv – se manifestă – la homozigoții recesivi (rr) sau heterozigoții compuși (r1r2)

În sens clasic , caracterele sunt definite pe baza exprimării în stare heterzigotă – SE manifestă → caractere DOMINANTE
– NU se manifestă → caractere RECESIVE
Dominan ța și recesivitatea – proprietăți ale caracterelor (fenotipurilor) nu ale genelor.
4

I. Clasificarea caracterelor umane
3. Semidominață – heterozigoții au un fenotip intermediar
4. Hemizigoții – la bărbați, genele plasate în anumite porțiuni din heterozomi (X și Y) au o singură copie
→ nu pot să fie în stare homozigotă / heterozigotă→ nu se poate discuta despre D sau R
5. Penetranța – există cazuri în care indivizi i cu au alele identice pentru același locus pot prezenta manifestări fenotip ice diferite
-capacitatea unei gene de a se exprima fenotipic , în anumite condi ții de mediu , se numește penetran ță. În cazul alelelor dominante
pentranța arată câți dintre indivizii heterozigoți manifestă caracterul specific.
-tipuri: -incomplet ă = simptomatologia dezvoltată de 1/n dintre purtătorii genotipului mutant
Ex. cancerul de sân – 80% dintre femeile purtătoare de mutații în BRCA1 și BRCA2 dezvoltă cancer de sân până la
vârsta de 80 ani
-completă – TOȚI indivizii care au genotipul mutant dezvolta boala
Ex. acondroplazia
6. Expresivitatea
– simptomatologia are severitate variabilă la purtătorii unui anumit genotip mutant
Ex. polidactilia

5

 Ex. Acondroplazia (100800 )
Transmitere AD
Frecvență : 1/ 25000 indivizi
Fenotip – nanism disproporționat – cap mare, frunte mare,
– membre scurte , degete mici
– obstrucții ale căilor aeriene superioare
– lordoză, cifoză
– compresiunea măduvei spinării
Factor de risc : vârsta înaintată a tatălui
Determinism: FGFR3 (4p16.3 )
– reglează creșterea oaselor (controlează osteogeneza și osificarea oaselor lungi).
– mutațiile – ↑ activitatea FGFR3→ acondroplazie +alte afecțiuni ( cranios inosto ză, unele tipuri de displazie scheletală)
– 98% dintre pacienți prezintă mutații punctiforme care au penetranță completă
-mutații somatice (postzigotice) → >80% dintre cazuri
– Substituția în 1138 FGFR3, homozigotă→o formă care are manifestări / severitate diferită (stenoză cervicomedulară,
↓volumul cavității toracice, insuficiență respiratorie, deces)

I. Clasificarea caracterelor umane
Dd x Dd
DD Dd dd
afectați mai sever (uneori
nu supraviețuiesc
postnatal)
6

I. Clasificarea caracterelor umane
A) Factori care afectează modelele de transmitere ale caraterelor monogenice
Ex. Neurofibromato za (OMIM, 2008b).
Incidență : NF1 (tipul periferic) 1:3000 persoane
Transmitere : AD
Determinism : gena NF1 (17q11.2) – codifică neurofibromină→ rol – semnalizare celulară (categoria GSCT)
– 50% -forme sporadice de boală (mutații dobândite)
– nu există o corelație mutație – severitatea manifestărilor
– purtătorii aceleiași mutații pot dezvolta doar o parte dintre manifestări
Fenotip :
– Tumori – oculare (glioame optice)→ cecitate
– tegumentare – benigne, multiple
– celule Schwann din SN ↑→ tumori = neurofibroa me (ex. spoturi café-au-lait sau regiuni umflate sub tegument).
–  6 pete “cafea cu lapte ” ( 0,5cm înainte de pubertate; 1,5cm după pubertate);
– deficit cognitiv
– leziuni osoase
– Simptomele – caracter progresiv
– expresivitate variabilă (pot avea doar unele dintre manifestările bolii)
– penetran ța – depinde de vârstă – la nou -născut→nu există manifestări (diagnostic dificil)
– la adulți (penetranța generală) -100%

7

Neurofibromatoza (boala von RECKLINGHAUSEN )
A ­ Pete „café au lait” – torac e anterior si posterior.
B ­ Lipom fesier drept.
C ­ Neurofibroame cutanate diseminate la nivelul întregului corp.
D ­ Noduli Li sch (hamartomul irisului – hamartom pigmentat, agregat nodular de melanocite dendritice la nivelul irisului)
Hamartom =forma țiune pseudo -tumoral ă
– are acelea și componente tisulare, ca și organul la nivelul c ăruia se dezvolt ă,
– se deosebe ște de țesutul normal ( prin structur ă, aranjament și grad de diferen țiere anormal al țesuturilor ).
8

I. Clasificarea caracterelor umane
B) Sisteme de clasificare
Nr de
intrare Loci sau
fenotipuri Exemple Reprezentanți mai cunoscuți
1xxxxx Autozomale
(caractere AD) * 100050 – AARSKOG SYNDROME Boala CHARCOT -MARIE -TOOTH
2xxxxx Autozomale
(caractere AR) * 200100 – ABETALIPOPROTEINEMIA
fenilcetonuria FIBROZA CHISTICĂ, ATROFIA MUSCULARĂ SPINALA,
POLIPOZA ADENOMATOASĂ COLORECTALĂ
POLYCYSTIC KIDNEY DISEASE, AR; ARPKD (263200 )
3xxxxx X-linkate 300000 – OPITZ SYNDROME ATROFIA MUSCULARĂ X LINKATĂ, ICHTIOZA X –
LINKATĂ
4xxxxx Y-linkate 400000 – REMOVED FROM DATABASE EXCES DE PĂR LA NIVELUL URECHILOR
5xxxxx mitocondrial e 500000 – CARDIOMYOPATHY, INFANTILE
HISTIOCYTOID DAZ4 (DELETED IN AZOOSPERMIA – 400003)
6xxxxx Autozomale ** 600000 – SPONDYLOCAMPTODACTYLY
POLYCYSTIC KIDNEY DISEASE 1 PKD1 (601313 )
(identificate *înainte sau **după 15 .05. 199 4) Octo mbrie 31, 2008 1. Clasificarea propusă de McKusick
2. Varianta tipărită sau baza de date OMIM (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim/ )
Chiar și în cadrul fenotipurilor patologice mendeliene există caractere dificil de clasificat.
Explicație :
– există gene care codifică pentru proteine sau molecule de ARN netranslatat,
– unele proteine sunt alcătuite din mai multe catene polipeptidice,
– unele caractere sunt determinate de mutații într -o singură regiune genomică în care nu s -a identificat o genă

Exemple
– mutații – în regiuni în care aparent nu există gene pot determina o boală (ex. distrofia musculară fascio -scapulo -humerală )
– într-o genă pot determia mai multe boli (mutațiile în PMP22 →determină 3 afecțini) 9

I. Clasificarea caracterelor umane
C) Dificultăți de clasificare
Ex. 1 Distrofia musculară facio – scapulo -humerală (MIM 158900)

Organizarea regiunii 4q35
Conține:
-D4Z4 – o repetiție de tip cap – coadă (van Deutekom et al., 1993 , Wijmenga et al., 1992)
– fiecare repetiție conține o secvența DUX4 = ORF;
– ultima repetiție (capătul telomeric al D4Z4 ) =copia DUX4 funcțională
– transcrisă →produce ARNm stabil ( Céline Vanderplanck ,2011) .
– silen țiată în cele mai multe celule și țesuturi adulte .
-Secvența pLAM – localizată: în apropierea DUX4
-rol: -reglează transcripția D UX4
-variante: – 4qA =funcțională/ "permisiv ă“pentru sinteza proteină DUX4
– 4qB =nefuncțională/ "non -permisiv ă“
-genotipuri: 4qA/4qA;
4qA/4qB;
4qB/ 4qB

– normal -regiunea D4Z4 hipermet ilată →transcripția ↓ unitatea de repetiție ~3,3 kb
numărul de unități (n) – normal 11- 100
la pacienți 1-10
10

4qA – permisiv I. Clasificarea caracterelor umane
Organizarea regiunii 4q35
11

I. Clasificarea caracterelor umane
Ex. 1 Distrofia musculară facio – scapulo -humerală (MIM 158900)
Istoric : descrisă în 1884 (Louis Landouzy și Joseph Dejerine )
Frecvență : 1/17000
Rata de mutație : 5/10×106 game ți.
Penetranța : 0-4 ani<5% , 5-9 ani < 21%, 10 -14 < 58% , 15 -19 < 86%,
după 20 ani < 95% ((Lunt et al. 1989) )
Fenotip :
– hipotonie musculară asimetrică (la nivelul feței, regiunii scapulo -humerale și eventual a musculaturii
membrelor superioare) .
– hipotonia + poziția coborâtă a umerilor→ vedem musculatura din partea posterioară
– în timp se dezvoltă atrofie musculară→se poate extinde spre musculatura membrelor inferioare
Alte manifest ări – alterarea capacității de a – închide ochii și de a mișca buzele
– ridica brațele deasupra nivelului capului.
– lordoză lombară
– poate exista heterogenitate clinică chiar și între membrii aceleiași familii;
– fertilit atea – moderat redusă .
Evoluție : – în general -lentă;
-cu cât debutul este mai precoce cu atât severitatea este mai mare
12

I. Clasificarea caracterelor umane
Ex. 1 Distrofia musculară facio-scapulo -humerală (MIM 158900)
Tipuri diferențiate pe baze genetice ( FSHD – 1 și 2 au semne și simptome similare)
Model de transmitere : – frecvent AD dar 30% dintre pacienți nu prezintă transmiteri familiale .
Determinism genetic : 4q35
a) FSHD1 – frecvență 95% dintre cazuri
– regiunea D4Z4 este “contractată ” (n=1 -10)
b) FSHD2 – 4% dintre cazuri
– D4Z4 -lungime normală dar
– SMCHD1 (18p11.32 )- mutații →hipometilarea D4Z4
– proteină wt→ hipermetilează regiunea D4Z4
c) FSHD forme rare – 1% dintre cazuri
– cauza hipometilării D4Z4 – necunoscută (nu au mutații SMCHD1 )

Pacienții cu FSHD1 ( D4Z4 contractat) care au și mutații SMCHD1 →D4Z4 hipometilată→ DUX4 hiperactivă→fenotip sever
 Diagnostic :
– teste ADN
– nivelul de enzimă creatin kinazei (CK sau anterior CPKcreatin fosfokinaza) în sânge
– dacă celulele musculare se rup (ex. distrofii musculare)→ CK ↑
-electromiografie
-biopsie musculară (mai ales înainte de introducerea testelor ADN)
Referință : https://ghr.nlm.nih.gov/condition/facioscapulohumeral -muscular -dystrophy#genes La pacienți
cel puțin 1 copie p LAM
4qA ( "permisiv ă“)
D4Z4
contractată mutații
SMCHD1
Hipometilarea D4Z4
Activează DUX4
Modifică expresia
altor gene
alterează/ distrug
celulele musculare
Hipotonie și atrofie
13

FSHD2
Mutații SMCHD1 (structural maintenance of chromosomes
flexible hinge domain containing 1 ) – localizare 18p11.32
4qA-permisiv 4qA-permisiv Normal
FSHD1 I. Clasificarea caracterelor umane
Ex. 1 Distrofia musculară facio – scapulo -humerală (MIM 158900)
14

Referință : https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0026820 Efectele pleiotrope ale DUX4 Ex. 1 Distrofia musculară facio – scapulo -humerală (MIM 158900)
15

I. Clasificarea caracterelor umane
Ex 2. PMP22 și Patologia
PMP22 ( 17p11.2) – duplicațiile → Boala Charcot -Marie -Tooth tip 1A
– deleții → Neuropati e ereditară cu hipersensibilitate la presiune
– punctiforme → CMT4

a) Boala Charcot –Marie–Tooth tip 1A (MIM 118220)
Neuropatie – orice afecțiune a SNC sau SNP .
Istoric: 1886 (Jean-Martin Charcot , Pierre Marie , Howard Henry Tooth )
Prevalența: CMT – 1 / 2500
CMT1 -15-20/100.000
CMT1A – 10/100.000.
Clasificare: CMT1A 70%-80% PMP22 (duplicție)
CMT1B 6%-10% MPZ
CMT1C 1%-2% LITAF
CMT1D <2% EGR2
CMT1E <5% PMP22 (SNPs )
CMT2E/1F <5% NEFL
Speranța de viață – nu este modificată
Debut – simptome caracteristice bolii apar în primele 2 decenii de viață (mai rar >5 ani)
– viteza de conducere nervoasă – scăzută – la sugari sau copii mici (5-38 m/s )
– normal >40-45 m/s
16

Ex 2. PMP22 și Patologia
Charcot –Marie–Tooth tip 1A (MIM 118220)
Contractura musculară care
determină picior arcuit înalt
Fenotip
– neuropatie ereditar ă senzitivo -motorie , progresivă
– ROT – reduse sau absente
– hipotonia mușchilor distali ai membrelor →atrofie simetrică
– pes cavus – calcă pe marginea lateral ă a piciorului (planta – spre interior și superior ).
– mers și alergat – greoi
– sensibilitatea distală – se pierde
– dexteritatea manuală ↓
– anomalii scheletale (scolioză) 4 -35%
– dureri ( 55-70%)
– fatigabilitate ( 60% dintre pacienții adulți, 24% dintre copii)
– tremor – foarte sever
– parestezii
– >60% CMT1 pediatric – afectare a percepție i vorbirii, deși capacitatea de a detecta sunet e –
normală sau aproape normală
– edem la extremit ăți.
17

Penetran ța: ~100% (depinde de vârstă și de gradul de identificare a cazurilor)
Transmitere : AD (o alelă mutantă – determină boala)
Forme : ereditară (66%) și sporadice (mutații de novo 34%)
Determinism genetic→ problemă de dozaj genic
– duplicație în tandem de 1,5 Mb (17p11.2) → ↑ARNm și ↑ proteină PMP22
– duplica ție PMP 22 ( peripheral myelin protein -22) – produsă mai ales de celulule Schwann
– la aproape toate fibrele mielinice din SNP (reprezintă 2-5% din mielină)
– rol experimental – contribuie la creșterea și diferențierea celulelor Schwann .
Diagnostic paraclinic
– examinarea LCR;
– electromiograma;
– măsurarea vitezei de conducere nervoasa (scazut ă);
– biopsi e (neuromuscular ă și de nerv)
– dozarea enzimelor musculare.
– teste genetice
Biopsii le de nerv + studii morfologice→ au eviden țiat semn e de de -remielinizare.
– CMT1A –tulburare de dismieliniz are (nu de demieliniz are) – adică mielinizarea este întârziată
(nu se ajunge la mielinizarea normală)

Ex 2. PMP22 și Patologia
Charcot –Marie–Tooth tip 1A (MIM 118220)
18

Denumiri alternative : HNPP , Polyneuropathy , familial recurrent
Frecvență : 7,3-16 /100.000
Fenotip
– neuropatie episodic ă, multifocal ă
– tipic – paralizii temporare recurente , nedureroase, simptome motori i și senzoriale pe teritoriul unui nerv sau al plexul ui
brahial
– poate provoca atacuri hipotonie și atrofie , parestezii
– frecvent – episoade le precedate de o comprimare minoră pe nervul afectat (ex. poziți a membrelor – menținută prelung ).
Transmitere : AD
Determinism : – deleții de mari dimensiuni în PMP22 la 85 -90% din tre pacienți.
– sunt mediate de recombinarea omologă nonalică
– mutații în PMP22 care determină apariția unor c odonii stop prematur aprar mai rar

c) CMT4
Frecvență : foarte rară
Transmitere : AR ( Dejerine -Sottas syndrome / DSS)
Determinism : SNP homozigote în PMP22 (c.469C>T)

Referință : van Paassen BW, van der Kooi AJ, van Spaendonck -Zwarts KY , Verhamme C, Baas F, de Visser M. PMP22 related neuropathies:
Charcot -Marie -Tooth disease type 1A and Hereditary Neuropathy with liability to Pressure Palsies. Orphanet J Rare Dis. 2014 Mar 19;9:38. Ex 2. PMP22 și Patologia
b) Neuropatia ereditară cu hipersensibilitate la presiune
19

II. Caractere patologice autozomal dominante
A) Particularitățile transmiterii autozomal dominantă
a) Boala apare
– în general – în fiecare generație
– în caz contrar – mutația se pierde din ramura/familia respectivă
– !!! Posibilitatea de reapariție a bolii depinde de probabilitatea apariției unei mutații de novo
– ambele sexe sunt afectate în mod similar similar
– Excepție – fenotipul se manifestă mai sever /exclusiv la un sex sau
– dominanța pură vs dominanța incompletă (fenotip mai sever la DD vs Dd)

– la indivizii care moștenec cel puțin o alelă D de la oricare dintre părinți
– în general o persoană afectată are de obicei cel puțin un părinte afectat.
-Excep ții :1) mutații de novo – nu este necesar ca un parinte să fie afectat / să moștenească o alelă A
2) penetranța incompletă
– riscul de a transmite boala:
wt/mt x wt/wt: dintre descendenți 50 % sunt bolnavi (wt/mt) și 50 % sunt sănătoși (wt/wt)

Intrebare: Care este raportul genotipic și fenotipic între descendenții unui cuplu format din indivizi:
– wt/mt x wt/mt : Genotipic : ? wt/wt ,? wt/mt , ? mt/mt
Fenotipic : ? Sănătoși / ? Bolnavi?
– mt/mt x mt/mt
– mt/mt x wt/wt
20

II. Caractere patologice autozomal dominante
A) Particularitățile transmiterii autozomal dominantă
Excepție
Ex 1. Pubertatea precoce la băieți
Fenotip : apar caractere sexuale secundare la copii (de la 4 ani);
cu cât debutează mai târziu cu atât fenotipul este mai blând
Determinism : gena – receptorul pentru hormonul luteinizant (localizare autozomală)→rol – sinteza testosteronului
Mutațiile → activarea permanentă a receptorului în abesența hormonului luteinizant
→se pot transmite de la mamă sau de la tată
mutația se poate transmite la urmași → dacă nu este afectată capacitatea de reproducere a pacientului
mutația NU se poate transmite la urmași dacă – pacienții nu se pot reproduce → apar cazuri izolate în pedigree
– forma de boală este letală

Ex 2. Hipercolesteolemia familială (= subgroup de hiperlipoproteinemi i)
Frecvență : Homozigoților 1/300.000 -400.000
Heterozigoților 1/70 (Africa de Sud) -1/300 (Europa)
-cea mai frecventă boală mendeliană
Fenotip
– muta țiile – alterează clearanceul particulelor de LDL
– depuneri de colesterol →vizibile: xantoame (la nivelul tendoanelor, înaintea vârstei de 10 ani), xantelasme, arc cornean
→ ateroscleroză precoce

21

II. Caractere patologice autozomal dominante
A) Caracteristicile transmiterii autozomal dominantă
– niveluri crescute de colesterol plasma tic la indivizii Dd ( 3x) și DD (5x) comparativ cu homozigoții de tip dd
DD (comparativ cu Dd) – debut precoce al simptomatologiei (inclusiv al bolilor cardio -vasculare)
– infarct miocardic și deces <20 ani
Dd – asimptomatici până la vârsta adultă – xantoame de -a lungul tendoanelor
Cauza
– mutații în trei gene : 1. ApoB/E ( 2p24.1 ) codifică receptorul LDL (70% din colesterolul plasma tic)
Clase de mutații : I (alterează sinteza receptorului)
II (alterează capacitatea de transport)
III (legare)
IV (internalizare )
2. PCSK9 (proprotein convertase subtilisin kinase 9) ( 1p32.3 ) – mutații gain-of-function
forma mutantă de PCSK9 formează complexe cu LDLR
3. ApoB100 ( 2p24.1 ) – mutații →alterează capacitatea legare
– se transmit pe model AD

22

Exemple de boli care se transmite pe model autozomal dominat II. Caractere patologice autozomal dominante
A) Caracteristicile transmiterii autozomal dominantă
23

Boala Frecvența (cazuri /10000 nn)
Dominant otosclerosis 30
Familial hypercholesterolaemia 20
von Willebrand disease 10
Adult polycystic kidney disease 10
Huntington disease 5
Neurofibromatosis 4
Myotonic dystrophy 2
Tuberous sclerosis 1
Familial adenomatous polyposis 1
Dominant blindness 1 Exemple de boli care se transmite pe model autozomal dominat II. Caractere patologice autozomal dominante
A) Caracteristicile transmiterii autozomal dominantă
24

Antoine Marfan
(1858 -1942) Istoric – prima prezentare – particularități scheletale ( Gabrielle P. , 5 ani)
Inciden ța – 2-3/10.000 de indivizi
Speran ța de via ță:
– disec ția acuta a aortei → principala cauză de deces
– pacientele î nsărcinate → risc de a pierde sarcin a
Fenotip – manifestări – preponderent 3 sistem e
schelet: p icioare , brațe și degete lungi (arachnodact ilie)
bolta palatină înaltă, arcuit ă (gotic)
longilini, slabi,
hiperextensibilitate articula ră
deformări ale coloanei vertebrale și sterului ( pectus excavatum / de porumbei )
ocular : slăbirea ligamentului suspensor → disloca ție sau subluxa ția cristalinului
cardiovascular : alterarea fibrelor elastice din tuncia medie→a nevrism și disec ția aortei (35-45%);
afectarea sistemului valvular al inimii (p rolaps valva mitral ă)
Alte manifestări: facies alungit ș i îngust;
miopie precoce sever ă; glaucom, cataract ă;
osteoporoz ă.
Gabrielle P.

Abraham Lincoln
(1809 – 1865)
Inalt, membre lungi, stern
anormal, probleme articulare.
El Greco
Identificați manifestări
specifice sdr Marfan? II. Caractere patologice autozomal dominante
Ex 3. Sindrom Marfan
25

Manifestari clinice in
sindromul Marfan Sindrom Marfan
26

Reprezentarea schematica a FBN1 (dupa G.J. Nollen, B.J.M. Mulder, 2004) Cauza : fibroblaste le sintetizează p roteina fibrilin (component al matricei extracelulare)
la pacienți, fibrilina – anormal ă →alterarea fibrelor elastice și de colagen (afectează țesuturile de legătură)
Muta ții ~500
– clasificare: – misssense (majoritatea) – localizate mai ales în regiunil e care codifică domenii le EGF
– frameshit (~20%)→ apariția unui codon STOP prematur;
– splice -site (12%) → asociate cu apariția unor transcripți anormali II. Caractere patologice autozomal dominante
Ex 3. Sindrom Marfan
27

II. Caractere patologice autozomal dominante
Ex 4. Boala Huntington
 Istoric : Prima descriere: George Huntington (1872 )
 Frecvența :
– în SUA: 1 pacient / 10.000 pe rsoane .
~30.000 pe rsoane afectate
~150.000 risc crescut de boală
– mai rară în populațiile din Japonia, Chin a, Africa

 Inciden ța bolii Huntington

African i 0,06
Caucazieni din Africa de Sud 2,4
Japonia 0,38
Finland a 0,5
Hong Kong 2,5
American (populația negroidă) 3-7
Vest Europen i 7
American i (populația caucaziană) 7-10

28

Forme – în funcție de debut – la adult (dezvoltă boala la vârsta de 30- 40 ani), forma cea mai frecventă .
– în copilărie (mai rară și mai benignă) .
Caracterizare : afecțiune neuropsihiatrică , degenerativă (modifiări de personalit ate, reducerea abilităților cognitive )
– la debut – probleme de echilibru, grimase
– ulterior – mișcări bruște , involuntare – afectează o mare parte a corpului,
– agravarea problemelor de echilibru și coordonare, probleme de deglutiție etc.
– stadii avansate → demen ță
Transmitere : considerată AD
Severitatea manifestărilor→ similară la pacineții homozigoți și la cei heterozigoți
– evoluția bolii este mai accelerată la homozigoții pentru mutație
Locusul HD (4p16.3 ) ~200kb
– markerul asociat cu boala este un polimorfism (CAG )n (identificat prin RFLP ) (Wexler et al, 1993).
n – la persoan e sănătoase 10-35
n – la pacienți 36-120
 Proteina huntingtin ă
–FL (full-length ) dimensiune mare→translocată ineficient în nucleu → rămâne localizată în
citoplasma celulelor din diferite țesuturi
– funcție antiapoptotică (prin legarea moleculei proapoptotice HIP1 )
– implicată în dezvoltare

Woodrow Wilson "Woody" Guthrie
(1912 –1967)
Diagnosticat cu HD în 1952
Mama – a avut HD iar fiul – a refuzat testarea genetică
II. Caractere patologice autozomal dominante
Ex 4. Boala Huntington
29

Ex 4. Boala Huntington
Meca nisme poten țiale responsabile de moartea celulară în HD
La pacienți
– expansiunea ( CAG )n →proteina forma mutantă → inhibă funcția proteinei normale → I. agregate proteinice insolubile
– proteina→ localizată în citoplasmă și nucleu
Are similaritate imunologică cu TATA -binding protein →recrutează factori transcripționali (ex. TBP, CREB -binding protein )
→ II. răspuns ↓ la factorii trofici care sunt esențiali pentru supraviețuirea neuronilor
→ nu poate recruta eficient HIP1 (se exprimă în zonele din SN afectate de HD)
– proces area proteinei → un fragment -COOH ( citoplasm atic)
– un fragment -NH2→ translocat ă în nucleu →corpii nucleari → III. activitate toxică .
HD se poate considera o boală complexă – cauzată de – toxicitatea proteinei mutante
– alterarea transcripției altor gene
– pierderea activității neuroprotective a proteinei normale
– disfuncții la nivelul mai multor structuri subcelulare 30

SUBTIP
MODY Gena
afectată Localizare Protein a
Alterat ă Funcția
proteinei Nr de
mutații % MODY Prevalența în
Europa și SUA
MODY 1 HNF4A 20q12 -q13.1 Hepatocyte
nuclear factor 4
alpha Factor
transcripțional 12 ~5% redusă
MODY 2 GCK 7p15 -p13 glucokinaza Metabolismul
Glucozei ~200 ~15% moderată
MODY 3 TCF1 12q24.2 hepatic nuclear
factor 1 alpha Factor
transcripțional >100 ~65% comună
MODY 4 IPF1 13q12.1 Insulin promotor
factor 1 Factor
transcripțional redus ? redusă
MODY 5 FCF2 17cen -q21.3 hepatic nuclear
factor 1 beta Factor
transcripțional redus <3% redusă
MODY 6 NEUROD1 2q32 Neurogenic
differentiation
factor 1 Factor
transcripțional redus ?
foarte redusă
Tip particular de diabet zaharat (se transmite pe model AD)
Incidență redusă (cumulativ reprezintă <1% din nr. total de cazuri de DZ );
Cauza: mutații în gene care codifică pentru factori transcripționali implicați în
formarea pancreasului endocrin sau în metabolismul glucozei II. Caractere patologice autozomal dominante
Ex 5. Diabetul de tip MODY
Fig. Famil ie cu MODY (indivizii clinic
afectați – gri, dignosticați genetic – negru,
săgeata – pacientul index)
31

În general bolile AD sunt ușor de identificat
Probabil există și alte subtipuri de MODY dar sunt greu de identificat deoarece :
– au manifestări fenotipice discrete (ex. glicemie moderat crescută)
– se pot diagnostica eronat ca DZ2
– au frecvență foarte redusă
– pot fi determinate de mutații private/personale (existente într -o singură familie)

Spre exemplu, se discută despre un nou subtip de MODY
→s-a identificat o translocație cromozomală la un pacient cu DZ
→sectorul translocat cuprinde gena MPP7 ( Membrane Protein Palmitoylated 7 ; 10p12.1);
– proteina codificată – implicată în polaritatea celulară și în reglarea dezvoltării pancreasului.
Puteți să identificați date despre această genă în bazele publice de date?

Bhoj E, Molecular Cytogenetics 2008 II. Caractere patologice autozomal dominante
Ex 5. Diabetul de tip MODY
32

III. Caractere autozomal recesi ve
A) Caracterizare
Într-o familie în care există o boală AR
Părinții – în general – purtători sănătoși (heterozigoți) .
– Excepțional: 1. un părinte purtător sănătos + o mutație de novo
2. consangvinizare (mai ales dacă boala este foarte rară)
Boala
– la homozigoții recesivi și la heterozigoții compuși (în trans) –
– alelă normală (A) – haplosuficientă → asigură fenotipul normal
– nu este obligatoriu prezentă în toate generațiile
– într-o generație pot exista mai mulți indivizi (frați) afectați;
– dacă există proband – fiecare copil are 25% risc să fie afectat
Probabilități : wt/mt x wt/mt→ wt/wt ( 25%), wt/mt (50 %), mt/mt ( 25%)
sănătoși 75% bolnavi 25%
– incidența și gradul de afectare→în general – similar la ambele sexe
Mutațiile – eliminarea completă din populație (prin selecție naturală)→ foarte dificilă
Corelații genotip – fenotip
– Pacienții cu genotip identic → fenotip diferit cauzat de gene modificatoare sau factori de mediu
Explicație : expresivitate variabilă

Purtător sănătos
Consangvinizare
33

Bolile AR – incidența și gradul de afectare -în general – similar la ambele sexe
Ex 1. Hemocromatoza HFE ( “blestemul celtic ” sau diabetul bronzat)
(există și o formă ra ră de hemocromatoză non HFE care nu este cauzată de mutații în DMT1)
 Frecvența : – 0,5% la Nord Europeni,
Distribuția pe sexe: bărbați /femei -10/1
 Transmitere AR
 Determinism
mutație – în gena HFE (6p – în apropierea HLA A) la >90% dintre pacien ți
– missense – C282Y (Cisteină →Tirozină)→ rata purtătorilor 1 / 7 – 10 caucazieni
– mai rar H63D (Histidină→Aspartat) sau S65C (Serină →Cisteină)

III. Caractere autozomal recesi ve
A) Caracterizare
Genotipuri: 282Y282Y – 95%
282Y63D – 4%
63D63D / 282YS65C – 1%

Reprezentarea schematică a HFE
34

III Caractere autozomal recesi ve
A) Caracterizare
Hemocromatoza este o boală AR
Penetranța HFE C282Y este redusă→mutație HFE nu este
echivalent cu hemocromatoza! Fenotip
Afectează metabolismul Fe hepatic
-Homozigoții – ↑absorbția intestinală a Fe → se depune în organe – mai ales la bărbați
(Femei – dietă săracă în Fe, consum redus de alcool, pierdere periodică de Fe)
Bolile finale de organ – Triada clasică : ciroză (alterarea hepatic ă)
DZ2 (alterare pancreatic ă)
tegument bronzat (hiperpigmenta ție)
35

III. Caractere autozomal recesi ve
Ex 2. Albinismul
Boală heterogenă : mai multe gene→hipopigmentație la nivelul părului, tegumentului și ochilor
 Tipuri
1. Albinism ocular – cauzat de mutații în GPR143 (Xp22.2 )
Incidență : 1 /60.000 bărbați
Fenotip : – afecțiuni oculare (acuitate vizuală redusă, fotofobie, nistagmus , strabism )
– permanente, nu se agravează semnificativ cu vârsta
– piele, fanere – colorate normal
. 2. Albinism oculocutanat
Transmitere autozomală
Prevalența : 1/17.000
Cauza –mutații în gene implicate în producerea de melanină →mai multe subtipuri

Fig: Albinism ocular la un băiat a frican
(ochii albaștri)
Fig. Albinism oculo -cutanat
Fig. Mutații asociate cu
modificarea culorii blănii la
șoareci au corespondent la
om (Ex. Șoarecii albino vs
albinism OCA1 la om) 36

III. Caractere autozomal recesi ve
Albinism Oculocutanat (OCA)

Albinism Determinism Localizare Fenotip – principalele particularități
OCA1 TYR 11q14.3 – nivel scăzut de melanină în păr, ochi, piele;
pierdera acuității vizuale; nistagmus; strabism; alterarea vederii stereoscopice
– frecvența -1/40.000;
OCA2 OCA2 15q12 -q13 -fenotip foarte variabil. Acumulare redusă de pigment în timpul
vieții→ culoarea părului se poate închide , pot să apară pistrui și nevi
pigmentari.
African ii și afr o-american ii – păr galben și iris albastru -cenușiu sau căprui
OCA3 TYRP1 9p23 – sensibilitatea la expunere solară – mai redusă
Pigmenții retinieni pot sa fie prezenți; incidență mai redusă
OCA4 SLC45A2 5p13.2 – hipopigmenta ție, anomalii o cular e,
păr alb , tegument palid , iris albastu -gri translucid
OCA5 Intervalul -14
gene 4q24 – s-a identificat la o familie din Pakistan în care s -au evidențiat relații
consangvine
OCA6 LC24A5 15q21.1 . – s-a identificat la o familie din China→fetiță la naștere – păr blond; s -a închis
cu vârsta; pielea – albă; nistagmus+fotofobie -moderate
OCA7 LRMDA 10q22 – tendință de pigmentare mai redusă decât a rudelor ; nistagmus , pigmentare
extrem de redusă a fondului ocular periferic. Fotofobia nu este semnificativă;
culoarea părului variază de la blond deschis la maro închis .
Alte
tipuri? O parte dintre pacien ți – nu au mutații în genele cunoscute
Tabel . Forme de albinism oculocutan os transmis AR
(modificat după Grønskov K , OCA1. Sci Rep . 2019;9(1):645 ). 37

III. Caractere autozomal recesi ve
Albinism oculocutanat tip 1 (OCA1)
Una dintre puținele boli care sunt cauzate aproape exclusiv de mutații
Relație genotip -fenotip clară
Transmitere –AR
Tirozinaza – enzimă particulară: – catalizează 3 etape succesive care au rol în sinteza eumelaninei și feomelaninei
– precursorii nu se acumulează semnificativ / se acumulează în cantități foarte reduse
– mutațiile →impact triplu →Albinism, Alcaptonurie și Fenilcetonurie (PKU)

Tirozinaza
Fenilalanină (Phe, F)
Tirozină
Fenilcetonurie Acid fenilpiruvic →alte căi
3,4 dihidroxifenilalanină (dopa) →Dopamină
Melanină →Albinism
Deficit fenilalanin hidroxilază
acid p -hidroxifenilpiruvic ac homogentizic deficit de
homogentizic
acid oxidază Alcaptonurie
38

III. Caractere autozomal recesi ve
Albinism oculocutanat tip 1 (OCA1)
Subtipuri – în funcție de modificare pigmentării pe parcursul vieții:
1. OCA1A – albinism toată viața
– mutații missense (alele Tyr nule )
2. OCA1B – fenotipul se modifică pe parcursul vieții
– mutațiile – reduc activitatea tirozinazei (alele Tyr hipomorfe )
Alte asocieri
TYR S192Y (rs1042602 ) – variații normale ale pigmentării pielii ( Stokowski RP, Am. J. Hum. Genet , 81: 1119 -32, 2007)
– apariția pistruilor (Sulem, P , Nature Genet. 39: 1443 -52, 2007 )
R402Q – melanom cutanat și c arcinom celular bazal (Gudbjartsson DF . Nature Genet. 40: 886 -91, 2008 )
– predispoziție la vitilgo?
39

 Transmitere – AR+ genă modificatoare (MC1R )
 Gena MC1R (receptorul pentru melacortin 1) (16q24.3) – nu conține introni
– codifică receptorul pentru MSH (melanocyte -stimulating hormone)
– legarea MSH de MC1R→ activează receptorul→ sinteza eumelaninei ↑→ variații normale de pigmenta re
Există 2 tipuri de melanină: eumelanina (neagră)
feomelanina (roșie).
 Rol MC1R – modificator al OCA2
– purtătorii de mutații în MC1R și OCA2 →au caracteristici ale albinismului oculo -cutan at tip 2 (ex. culoarea deschisă a
ochilor, probleme vizuale) dar tipic au păr roșu (nu blond sau șaten deschis) .
– mutațiile loss-of–function – homozigoții sau heterozigoții compuși → ↑feomelanină →culoarea particulară tegument și păr
– ↑ sensibilitatea tegumentului la UV (la radicalii liberi secundari expunerii) → ↑ risc de melanom
– MC1R – singurul locus care poate explica semnificativ culoare roșie a părului la om
– > 30 alele asociate cu variante ale pigmentării tegumentului și părului.
III. Caractere autozomal recesi ve
Albinism oculocutanat tip 2 (OCA2)
Rupert Grint
(Ron Weasley din Harry Potter ) Culoarea ro șcată a părului a
devenit un polimorfism comun în
unele populații (efectul
fondatorului )
40

 Istoric
-1938 – prima descriere completă a fenotipului – Dr Dorothy Andersen
-1985 – gena CFTR localizată prin studii de linkage în crz 7
-1989 – gena CFTR identificată la nivel moleculat
 Frecvența
– diferențe intra -continentale/inter -etince semnificative
-1 /2500 – 3500 nnv – cea mai comună boală letală AR identificată în populațiile caucaziene din America N și Nordul
Europei
– pacienți cu CF: ~27000 în Europa; ~30,000 în SUA
– comună la n ativii American i (mai ales grupurile Pueblo si Zuni )
– mai rară la – afro-america ni (1/17000 nnv) și asiatici,
– Hawaii (1/90000 nnv)

III. Caractere autozomal recesi ve
Ex 3. Fibroza chistică
Fenotip (CF PANCREAS )
C -Chronic respiratory disease
F -Failure to thrive
P -Polyps
A -Alkalosis, metabolic
N -Neonatal intestinal obstruction
C -Clubbing of fingers
R -Rectal prolapse
E -Electrolyte ↑in sweat
A -Aspermia / absent vas
S -Sputum – S.aureus/
P.aeruginosa 41

Respirator
Absorbția Na + ↑ și secreți a de Cl-↓→mucus sărac în Na+ și H2O→ vâscos, aderent → se acumulează → obturarea căilor
aeriene inferioare→deficit de aerare→ infecții pulonare →ințial -H. Influenzae , S. aureus
ulterior -P . aeruginosa
ocazional- Xanthomonas xylosoxidans , Burkholderia gladioli ,
Proteus , E. coli , Klebsiella
→alterarea plâmânilor + inflamație

→bronșiectazii + hemoptizie (ocazională)→ principala cauză de deces

Bronsiectazie la pacient cu CF
III. Caractere autozomal recesi ve
Ex 3. Fibroza chistică
Fig .Reprezentarea traficului de H2O și Cl – prin membrana plasmatică subiecți sănătoși (stg) și la pacienți cu fibroză chistică 42

Digestiv: inapetență, emeză
CFTR la nivel pancreatic (>90% dintre pacienți)
→ limit are a schimburilor de Cl-–HCO3- (bicarbonat) și secreția de bicarbonat
→ retenți a enzimelor în pancreas →autodigestia pancreasului→ insuficiență pancreatică și risc de DZ
CFTR la nivel intestinal
↓secreției de apă →mucus și conținut intraluminal vâscos→acumulare→distensie→ischemia regiunii dilatate →necroză
intestinală→ peritonit ă (urgență chirurgicală) .
→ malabsorbție (proteine, lipide, v itamin e liposolubile A, D, E, K ) și steatoree
→ meconiu (primul scaun la nn)→dacă ramâne blocat =Ileus m econi al
– depozit bogat în proteine, vâscos, localizat în interiorul intestinul subțire
– cea mai comună manifestare gastointestinală
CFTR și vezica biliară
-retenție biliară, distensia ductelor biliare, colelitiază, colecistită cronică
Ileus meconial
Acumulare meconială
III. Caractere autozomal recesi ve
Ex 3. Fibroza chistică
43

Glandele sudoripare
-volum normal de sudoare hipersalină
– la nivelul ductelor H2O, Na+ și Cl- resorbite→soluție hipotonă
– disfuncția CFTR →↓resorbția NaCl din sudoare→Soluție hipertonă→ copiii “sărați ”

Reproducător
– problemele de nutriție și pulmonare→pubertate întârziată
– risc de infertilitate: barbații cu FC (95% – infertili ) – spermatogenza – normală
– vasele deferente – absente sau insuficient dezvoltate ( fenotip CBA VD )
femei (20% infertile) – ↑ vâscozitatea mucusului cervical → pasajul spermatozoizilor – dificil
→ impiedică nidarea
– dacă se produce nidare este posibil să ducă sarcina la termen

Test de screening – Testul sudorii
Normal: <40mEq/L
Borderline: 40 -60mEq/L
Pozitiv> 60mEq/L III. Caractere autozomal recesi ve
Ex 3. Fibroza chistică
44

Ex 1. Fibroza chistică
Speran ța de viață

Referință : CF Foundation Patient Registry, 2014
Speranța de viață
În urmă cu 6 -7 decenii→deces în copilărie
În prezent – 50 ani
-13% au > 30 ani
→o parte se căsătoresc→au
urmași→frecvența alelelor mutante tinde să
crească în populație III. Caractere autozomal recesi ve
Ex 3. Fibroza chistică
45

Gena CFTR ( 7q 31.2) – 27 exoni ,  189kb,
– localizată prin tehnica “chromosome walking and jumping”
Promotor →asigură reglarea transcripției genei cu specificitate de țesut.
– nu conține – cutia TATA
-secvența CCAAT
– conținut ridicat în GC (65%)
– situsuri de legare pentru -AP1,
-Sp1 (specific genelor bogate în GC, fără TATA ),
-Pit-1,
-Y box,
-CRE
Protein a – o catenă polipeptidică de 1480 a minoacizi, multidomeniu, multifuncțională
-în condiție normală →localizată în mb plasmatică a celulelor epiteliale
– canal de clor reglat de AMPc – pompează Cl- în secreții (controlează -efluxul de Cl
– regleză concentrația intacelulară de Cl-
– reglează alte proteine transportor și canale ionice
– funcția – controlată de alte proteine.

Ex 3. Fibroza chistică
Determinsim
46

Ex 3. Fibroza chistică
Determinsim
Fig. Reprezentarea principalilor factori transcripționali care acționează la nivelul promotorul CFTR→reglează transcrierea
genei cu specificitate de țesut
Situsuri de glicozilare
R- demeniu reglator
NBD1+NBD2 – domeniu nucelotidic 1 și 2
TMD1+TMD2 -demoniu transmembranar
1+2
47

Procesul multistadial de sinteză a proteinei CFTR wt
Sinteza
transcripție→pre mRNA -splicing →ARNm→translație î n citoplasm ă→în
reticulul e ndoplasm atic Plierea protein ei și proces area
proteina CFTR imatură →pliere și procestă î n RE
*orice proteină care nu este pliată corect este degradată Transport
proteina CFTR matură → transport ată în aparatul Golgi→ procesări finale
→ protein a transportată la suprafața celulei Turnover proteină CFTR
– proteina canal – durată de viață limitată→ îndepărtată ( turnover )
Funcția CFTR
proteina CFTR func ționează la suprafața celulei
Canal transport or pentru ionii de Cl, bicarbonat
*proteina funcțională ajunge în membrana apicală, în
cantitate suficientă→asigură transportul ionic normal
48

– definită ca transportul total de ioni mediat de proteina canal CFTR la suprafața celulei .
– determinată de produsul dintre – cantitatea de CFTR (numărul de canale CFTR la suprafața celulei)
– funcția CFTR (abilitatea fiecărui canal de a se deschide și de a transporta ioni)

– probabilitatea canalului de a se deschide ( Gating )= fracția de timp în care canalul este deschis și transportă ioni
– conductanța canalului – rata cu care ionii “curg” prin canal Activitatea totală a CFTR
= cantitate x funcție
49

Relația dintre activitatea totală a CFTR și fenotipul subiecților
50

Clasificarea mutațiilor CFTR
51

Clasa Molecular Consecințe funcționale Exemple Distribuție
I
(producerea) Non sense, frameshift, deleții
masive→codon STOP prematur Proteina CFTR nu se exprimă W1282 X,
R553X,
G542X

>85% dintre
pacien ți II
(procesarea) Unele mutații missense, deleții in-
frame → alterează plierea proteinei
și transportul spre suprafața celulei Proteina pliată greșit
→nu este transportată la suprafața
celulei sau
→este transportată într-o cantitate
reziduală F508del
N1303 K
III
“gating
defect ” Unele mutații missense→
substituții de aminoacizi
→alterează reglarea canalului
CFTR→nu se deschide ca răspuns
la agoniștii canalului Reducerea sau pierderea capacității
canalului CFTR de deschidere
(“gating defect ”) G551D,
G551S,
G1349 D
IV
(conductanța) Unele muta ții missense→ substituții
de aminoacizi → modifică
structura proteinei CFTR →
afectează canalul . Canalul CFTR are formă eronată→
restricționează migrarea Cl- prin
canal (defect de conductanță ) R117H,
R334W, R347P
V Unele muta ții missense → splicing
alternativ→ predomină forma
alternativă de proteină dar există și
o cantitate minimă de proteină
normală . Se sintetizează o cantitate extrem
de redusă de CFTR normală
→funcționează o cantitate minimă
de proteină la nivelul membranei
celulare . 2789 +5G→A,
A455E
VI
(reglarea) Diferite tipuri de mutații care cresc
turnoverul proteinei CFTR la
suprafața celulei . Proteina CFTR este normală dar
este instabilă la suprafața celulei→
este rapid degradată și eliminată . Rescued
F508del,
120del23,
N287Y, 4326
dellTC, Clasificarea mutațiilor CFTR

– în bazele de date sunt înregistrate >2000 mutații→catalogarea lor (1)
– marea m ajoritate extrem de rare.
~12% (n= 242) au fost c onfirm ate ca determinatoare de CF
Heterogenitate alelică – mutații diferite, în același locus, produc același fenotip
Ex. Fibroza chistică
Omogenitate genetică (genetic homogeneity) – toți indivizii afectați au aceeași mutație, în aceeași genă )
Ex. anemia falciformă (AR)
DF508 (F508del ) – procesarea neadecvată și degradarea intracelulară a CFTR
– este cea mai comună muta ție CFTR din lume
– este prezentă la ~ 92% dintre pacienții cu CF
alte mutații – compatibile cu procesarea completă a proteinei
– proteine total nefuncționale sau parțial funcționale
unele mutații sunt considerate “ blânde ” →doar cresc riscul pentru unele boli pulmonare (ex. astm ) (2)

– distribuția mutațiilor – diferențe semnificative interetnice și interpopulaționale .

Referințe : 1. http://www.genet.sickkids.on.ca
2. Bombieri C și colab. Recommendations for the classification of diseases as CFTR -related disorders. J Cyst Fibros. 2011
Jun;10 Suppl 2:S86 -102.
Mutații CFTR
53

Muta ția SUA Canada Europ a Australia
621+1G→T X X X
1717 -1G→A X X
2789+5G→A X
3120+1G→A X
3849+10kbC→T X
A455E X
F508del X X X X
G542X X X X X
G551D X X X X
N1303K X X X
R117H X X
R553X X
W1282X X X
Tabel. Cele mai frecvente mutații î n diferite regiuni
http://www.genet.sickkids.on.ca/cftr/app
https://www.cftrscience.com/epidemiology
Clasificarea mutațiilor CFTR
http://www.genet.sickkids.on.ca
Screening nou născuților (zone în care CF este frecventă)
a) Detectarea enzimelor pancreatice
– eliberate în sânge când pancreasul este alterat
– ex. IRT –tripsinogen imunoreactiv
b) Testul sudorii
– detectarea concentrațiilor mari de Cl- la nivelul pielii
c) Screening genetic
– sunt testate cele mai frecvente mutații identificate în
populație . 54

Frederic Chopin ?
Se presupune că avea
fibroză chistică;
Autoritățile nu acceptă
prelevarea unei mostre de
țesut (inima –formol izată)
pentru efectuarea analizelor
Lisa Bentley
Născută:28.XI.1968;
diagnosticată cu CF în 1988
1.63m/ 52 kg; antrenament 25 -30h/ săptămână
11x IRONMAN Champion
(ultimul titlu August 2007 la Ironman Canada )
Ironman: 3.8km înot, 180 km – pe bicicletă,
42km maraton.
Formă blândă de fibroză chistică
http://www.lisabentley.com/bio.htm
Andrew Simmons
Nume de ring: Andy Boy Simmonz , El
Meano ,The International Man of
Mystery , Simmons , Simmons the Butler
(21.05.1984 – ), wrestler preofesionist.
1.75 m / 102 kg Pacienți cu fenotipuri CF particulare
Cum puteți explica din
punct de vedere
genetic capacitatea
deosebită de efort pe
care o au unii pacienți
cu fibroză chistică?
55

genotip CFTR → activitatea totală a CFTR la suprafața celulei
Cauza CF : 2 muta ții → absența/ ↓↓ activitate CFTR → debut timpuri u +progresie accelerată
→ activitate CFTR reziduală → debut mai târziu+ progresi e mai lentă
-alelele complexe ** →↓activitatea totală CFTR→ debut mai târziu+ progresi e mai lentă
(ex. lungimea tracturilor poliT *** influen țează efect ele mutației R117H asupra activității CFTR)
Alți factori → variabilitatea clinic ă, diferențele interindividuale1-5
FENOTIP CF
Gene modificator (epistatică)*
– sistemul imunitar și funcția
pulmonară
-MBL2 ( mannose -binding lectin 2)
-TGFb1
-HLAII
-TNFa
– ileus meconial: CFM1
– fenotip gastrointestinal: Muc1
– infecții microbiene: NOS1 Activitatea totală a CFTR
0 sau foarte redusă
2 alele ( muta ții)
alelele complexe
Factori de mediu
– nivelul de îngrijire
– statut socio -economic
– starea nutrițională
– expunerea la poluanți (ex. fum de țigară )
– vârsta la debutul infecții lor pulmonare
Referințe . 1. Castellani C. J Cyst Fibros. 2008;7(3):179 -196. 2. Zielenski J. Respiration . 2000;67(2):117‐133.
3. Knowles MR. Cold Spring Harb Perspect Med. 2012;2(12):1 -13. 4. Quittner AL .Chest. 2010;137(3):642 -650.
5. Sheppard DN . Nature. 1993;362(6416):160 -164. 6. https://www.cftrscience.com/phenotypic -factors
7. http://www.nature.com/scitable/topicpage/mendelian -genetics -patterns -of-inheritance -and-single -966 * Relații de epistazie: gena m odifi cator (epistatică) influențează expresia unei alte gene (genă hipostatică)
**Alele c omplex e: 2 sau mai multe muta ții în aceeași genă (i.e. in cis).5
***secvență p oli-T în intron ul 8 al genei CFTR . Numărul diferit de repetiții (5T, 7T, 9T ) poate:
→afect a procesul de splicing →reduce cantitatea de proteină CFTR funcțional ă.
→ poate modifica impactul fenotipic al unei mutații CFTR localizată în cis. Factori care influențează fenotipul CF
56

III. Caractere autozomal recesi ve
4. Boala Tay-Sachs
una dintre primele boli pentru care s -a efectuat screening genetic
Fiziopatologie : determinată de acumulare masivă de ganglio zide (mai ales GM2 ) în neuronii din SNC.
Incidența – frecvența alelelor mutante este crescută în unele grupuri populaționale
– frecven ța purtătorilor în populația generală – 1/250
Frecvența mare la: – evreii Aschenazi (SUA, Europa centrală și de Est) -1/27 evrei din USA purtători
– canadi enii francezi care nu sunt evrei ( Quebec ), comunitățile Cajun (Louisiana ) și Amish (Pennsylvania )
Forme clinice
cu debut precoce – devine manifestă după vârsta de 6 luni.
– absența enzimei lizozomale hexo zaminida za-A (Hex -A)→ lipidele (gangliozide GM2) se acumulează progresiv în SNC
→ modificarea aspectului neuronilor și deteriorarea progresivă a abilităților fizice și psihice.
– la vârsta de 2 ani – surditate, regres cognitiv și fizic (nu se pot ridica, întoarce, sta în șezut), cecitate, paralizie
– speranța de viață – maxim 5 ani
cu debut mai tardiv – indivizii heterozigoți (haplosuficiență) →cantitatea de enzimă→fenotip normal
-mutație în alela wt (pierderea condiției de heterozigozigot)→ determină apariția bolii.
– deces până la vârsta de 15 ani

Spoturi -roșii retiniene înconjurat de un
halou deschis la culoare 57

III. Caractere autozomal recesi ve
4. Boala Tay-Sachs
Transmitere AR
– cel mai frecvent – parinții sunt purtători sănătoși
– mai rar – mutații de novo
rata de mutații spontane: <10-5-10-6/ locus/ gamet
Determinism :
-gena – HexA (crz 15) – codifică pentru subunitatea alf a a unei enzime lizozomale ( beta-N-acetylhexosaminidase A ),
– în neuron: enzima →clivarea N-galactosamine i din gangliozidele G M2
-mutații: >90 mutații
– tip: punctiforme, InDel , splice , rearanjamente complexe
– alterează funcția subunității alf a
Ex. inserția a 4 baze în exonul 11 (1278insTATC)→ cadrul de citire este modificat→simptomatologie cu debut precoce
– cea mai comună muta ție identificată la evreii Ashkenazi cu boala Tay Sachs
 Ex. mutația punctiforma C/G din exon ul 11 →simptomatologie similară cu cea produsă de 1278insTATC
– apare mai frecvent în familiile pacienților care au ancestori Canadieni -Francezi sau Cajun .
Tratament – se încearcă transplant de măduvă osoasă și terapia genică.

58

IV. Top 10 caractere umane care inițial au fost
clasificate eronat

1.Încrucișarea mâinilor
-s-a raportat că: 55% plasează degetul stâng deasupra (caracter dominant)
44% plasează degetul drept deasupra (recesiv)
1% nu au preferin țe
-influențată : voluntar
Culoarea brună determinată
de tetraciclină
(aspect de benzi orizontale)
Monica Columbeanu
2. Culoarea dinților
– albă – considerată caracter dominant
– brună – caracter recesiv
– influențată : igiena orală insuficientă
Fenocopii : administrarea antibioticelor în copilărie
tratamente dentare, consum cafea/ceai negru
3. Aspectul policelui (d eget mare)
– îndoit (formă de arc de cerc) – caracter dominant,
– drept – caracter recesiv
4. Aspectul degetului mic
– îndoit – caracter dominant
– drept – caracter recesiv

5. Meșa de păr alb frontală
– fire grupate de păr alb localizate de obicei la nivelul liniei părului de la nivelul frunții – caracter recesiv
– absența sa – caracter dominant .
-sunt
influențabile
59

6. Gropițele în obraz
-Winchester (1951) studii pe familii → prezența =caracter dominant
– evidențiere: ☺
– există numeroase variante intermediare (diferă prin formă, adâncime, simetrie -uni sau bilaterale)
– se pot modifica – pe parcursul vieții (în copilărie aveau gropițe ↔ la vârsta adultă –nu au)
– în funcție de circulația sanguină, greutatea corporală, tonusul musculaturii faciale (Wiedemann, 1990)
7. Linia părului
– conturul – șerpuit spre nas ( Widow's peak ) – dominant
– netedă – recesiv
– există numeroase variante intermediare
– se pot modifica pe parcursul vieții
Raymond și Jack Nicholso n
Will Smith Andy
Garcia
Kourtney
Kardashian
Marilyn
Monroe
Jennifer
Lopez -se modifică
-n variante
intermediare IV. Top 10 caractere umane care inițial au fost
clasificate eronat
60

IV. Top 10 caractere umane care inițial au fost
clasificate eronat
9. Bărbia despicată
Lebow și Sawin (1941) – au analizat o singură familie→ bărbia – despicatră – caracter dominant
– netedă – recesiv
Dar există …..forme – sporadice (nu au ancestori cu caracterul recesiv)
– intermediare (numeroase)
diferențe – interpopulaționale : 4-71% (Bhanu, Malhotra,1972)
– între sexe (Germania: bărbați 9.6%, femei 4.5% (Günther,1939)
frecvența se modifică cu vârsta (Bhanu (1972)
– la bărbații din India: grupa vârstă 6 -10 ani vs > 35 ani: 5% vs 10%

Michael Jackson – fenocopie ?
1970 1989 2013 Fig. Forma bărbiei -variante
8. Lobul urechii
Fig. Există variante intermediare? -se modifică?
-n variante
intermediare
Lobul urechii – liber, plasat inferior față de punctul în care urechea se atașează de cap – dominant
– atașat de partea laterală a capului – recesiv
61

 Alfred Sturtevant (1940)
la prima încercare – rulează limba ("R“-rolling – dominant ) sau
– nu pot (“nr" non -rolling -recesiv )
NR – pot să reușească după mai multe încercări
Studii familiale

Studii populaționale – 65-81% sunt de tip R ( Urbanowski , 1947 ; Liu, 1949 ; Komai , 1951 ; Lee, 1955 )
elevii din Japonia → R (vârsta 6-7 ani): 54 % →22% “învață ” să ruleze limba ( Komai , 1951)
R (vârsta 12 ani): 76%
 Studii pe gemeni monozigotici : 7 din 33 ( ~21%) perechi au fost discordante (unul R unul NR) ( Matlock , 1952)
– mai recente→ 30% sunt discordanți
 Există un fenotip intermediar (persoane care pot rula doar parțial limba) (Reedy , 1971 )

Concluzii
factorii genetici și de mediu sunt implicați în apariția caracterului →este un caracter complex
În cazul caracterelor complexe nu putem discuta despre un model dominant / recesiv

Parinți Copii R Copii NR
R x R 28 5
R x nr 33 22
nr xnr 4 9 Caracter
dominant? Caracter
recesiv?
Fenotip
intermediar 10. Abilitatea de a rula părțile laterale ale limbii -se învață?
-variante
intermediare IV. Top 10 caractere umane care inițial au fost
clasificate eronat
62

CONCLUZIE
Caracterele care :
– au o rată redusă de concordanță la gemenii monozigotici
– sunt influențate de mai mulți factori (se poate învăța)
– se modifică în timpul vieții
– prezintă variante intermediare (sunt discontinue)
– apar frecvent cazuri sporadice

sunt în realitate caractere multifactoriale! IV. Top 10 caractere umane care inițial au fost
clasificate eronat
63

V. Probleme și întrbări
1. Considerați următoarele cupluri; presupunem că indivizii nu au alte afecțiuni.
Precizați ce genotipuri pot avea copiii acestora și care este frecvența așteptată.
A) Albino x Carrier albino
B) Carrier albino x Carrier albino
C) Albino x Alcaptonuric
D) Carier albino x Carrier alcaptonuric
E) Albino și alcaptonuric x Fenilcetonuric

2. Care este frecvența indivizilor sănătoși (wt/wt) și a purtătorilor sănătoși (wt/mt) pentru o boală ipotetică, AR, care are
frecvența :
a) 1 bolnav la 10000 indivizi
b) Care este probabilitatea ca într -un cuplu ambii parteneri să fie heterozigoți (wt/mt)
c) Care este probabilitatea ca într -un cuplu un partener să fie wt/wt iar celălalt să fie wt/mt
Considerați că nu apar mutații de novo .

3. Care este riscul apariției unui copil afectat în cazul următoarelor cupluri de părinți:
a) wt/mt x wt/wt
b) wt/wt x wt/wt

4. Se consideră că 1 din 2500 nn din America de N și Europa au CF. Care este frecvența purtatorilor sănătoși?

5. Cum explicați fenotipul diferit al pacienților cu CF?

64

Clasificarea bolilor în monogenice, ambientale, genetice și ambientale nu mai este de actualitate
Bolile monogenice – puține cazuri în care există o corelație clară genotip -fenotip (OCA1);
– în cele mai multe cazuri există factori modulatori – genetici (OCA2);
– genetici și ambientali (OCA2+MC1R)
– ambientali (deficitul de G6PDH)
– în cele mai multe cazuri evoluția bolilor monogenice = caracter multifactorial

La un heterozigot, boala transmisă pe model autozomal dominant apare dacă:
– alelea normală este h aploinsuficien tă sau
– alela mutantă are e fectul dominant negativ
Doar mutațiile non -letale sunt rezervorul bolilor genetice întâlnite în clinică.

Ce urmeză?
•Transmiterea X și Y linkată
•Transmiterea mitocondrială
•Factori care pot să crească dificultatea analizei transmiterii
caracterelor mendeliene

66

VI. Referințe
Boala CMT
-Bird TD. Charcot -Marie -Tooth Neuropathy Type 1 – ARCHIVED CHAPTER, FOR HISTORICAL REFERENCE ONLY .
1998 Aug 31 [updated 2015 Mar 26]. In: Adam MP, Ardinger HH, Pagon RA, Wallace SE, Bean LJH, Stephens K, Amemiya
A, editors. GeneReviews ® [Internet]. Seattle (WA): University of Washington, Seattle; 1993 -2020.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1205/
-van Paassen BW, van der Kooi AJ, van Spaendonck -Zwarts KY , Verhamme C, Baas F, de Visser M. PMP22 related
neuropathies: Charcot -Marie -Tooth disease type 1A and Hereditary Neuropathy with liability to Pressure Palsies. Orphanet J
Rare Dis. 2014 Mar 19;9:38. doi: 10.1186/1750 -1172 -9-38. Review.
Hemocromatoză
-Kelly AL, Lunt PW, Rodrigues F, Berry PJ, Flynn DM, McKiernan PJ, Kelly DA, Mieli -Vergani G, Cox TM. Classification
and genetic features of neonatal haemochromatosis : a study of 27 affected pedigrees and molecular analysis of genes
implicated in iron metabolism. J Med Genet. 2001 Sep;38(9):599 -610.
Albinism OCA1
-Grønskov K, Jespersgaard C, Bruun GH, Harris P, Brøndum -Nielsen K, Andresen BS, Rosenberg T. A pathogenic haplotype ,
common in Europeans, causes autosomal recessive albinism and uncovers missing heritability in OCA1. Sci Rep. 2019 Jan
24;9(1):645
CFTR
-Csanády L, Vergani P, Gadsby DC. STRUCTURE, GATING, AND REGULATION OF THE CFTR ANION CHANNEL.
Physiol Rev. 2019 Jan 1;99(1):707 -738. https://journals.physiology.org/doi/pdf/10.1152/physrev.00007.2018
-Liou TG. The Clinical Biology of Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator Protein: Its Role and Function in
Extrapulmonary Disease. Chest. 2019 Mar;155(3):605 -616. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6414788/
-Cutting GR. Cystic fibrosis genetics: from molecular understanding to clinical application. Nat Rev Genet. 2015
Jan;16(1):45 -56. doi: 10.1038/nrg3849. Epub 2014 Nov 18. Review.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4364438/
-Cystic Fibrosis Mutation Database http://www.genet.sickkids.on.ca
Modele de trnamitere pentru bolile mendeliene
Mendelian Genetics: Patterns of Inheritance and Single -Gene Disorders
https://www.nature.com/scitable/topicpage/mendelian -genetics -patterns -of-inheritance -and-single -966/

67

VII. Bibliogafie curs
Cărți
1.Human molecular genetics – Strachan , ISBN -10: 0815345895
2.Human genome epidemiology – Muin Khoury , ISBN: 9780195398441
3.Genes and common diseases. Alan Wright, Nicholas Hastie , ISBN0521833396, 9780521833394
4.Food nutrition and diet therapy, Mahan Katheleen
5.Color Atlas of Genetics , Eberhard Passarge , ISBN: 9783132414402

68