Capitolul 11

  • Published on
    05-Aug-2015

  • View
    196

  • Download
    2

Embed Size (px)

Transcript

CAPITOLUL 11

BOLILE MONOGENICEBolile monogenice sunt afeciuni produse de mutaii ale unei singure gene; aceste mutaii se transmit n succesiunea generaiilor dup tipul mendelian: autosomal dominant, autosomal recesiv sau legat de X. De aceea, bolile monogenice mai sunt numite boli mendeliene1 i sunt repertoriate n catalogul Mendelian Inheritance of Man (MIM), editat de Profesorul Victor McKusick (ultima ediie, a 12-a, a fost tiprit n 1998); vesiunea Online OMIM este actualizat continuu i accesibil n ntreaga lume (vezi caseta 5.4). OMIM cuprinde circa 14.000 de fenotipuri i gene, dintre care aproximativ 10.000 de intrri corespund unor boli monogenice. Bolile monogenice reprezint una dintre categoriile majore ale bolilor genetice, att prin numr i frecven, ct i prin consecinele importante asupra morbiditii i mortalitii, mai ales la copil.Majoritatea bolilor monogenice devin manifeste clinic n perioada neonatal sau n copilrie. Doar aproximativ 10% din bolile monogenice cunoscute debuteaz clinic dup pubertate i doar aproximativ 1% dintre ele dup sfritul perioadei reproductive.

Dei cele mai multe dintre aceste boli sunt rare, luate mpreun ele realizeaz o pondere important n cadrul morbiditii i mortalitii la copii. Frecvena global a bolilor monogenice la copii este de circa 2-3%, iar ponderea lor printre cauzelor de spitalizare este de circa 6-8%. Atunci cnd se cunoate defectul primar al unei boli monogenice, adic mutaia la nivel genic, precum i consecinele la nivelul proteinei codificate, se utilizeaz termenul de boal molecular. In prezent cel puin 1500 de boli monogenice pot fi ncadrate n aceast categorie a bolilor moleculare, iar cercetrile n curs de desfurare vor permite, fr ndoial, descifrarea bazelor moleculare ale tuturor bolilor monogenice. Studiul bolilor moleculare a produs o adevrat revoluie n medicin. El permite o reclasificare a bolilor n funcie de mutaiile cauzatoare i mecanismele patogenice. Aceast aciune dublat de posibilitatea unui diagnostic molecular, deseori prenatal sau presimptomatic are consecine majore pentru asigurarea unui sfat genetic mai precis, sau pentru selecia celor mai adecvate metode de tratament. Elucidarea bazelor moleculare ale bolilor monogenice este ns util nu numai pentru abordarea specific a acestor afeciuni, ci i pentru descifrarea mecanismelor moleculare care asigur desfurarea proceselor biologice normale i, implicit, funcionarea adecvat a organismului uman. Se poate afirma c am intrat ntr-o nou etap a dezvoltrii medicinii, denumit pe drept cuvnt medicin molecular (vezi capitolul 1.D.3). De aceea, prezentarea unor date generale despre bazele moleculare i biochimice ale bolilor monogenice, ca model pentru bazele moleculare ale tuturor bolilor umane, este nu numai benefic dar i necesar. A.1

BAZELE MOLECULARE I BIOCHIMICE ALE BOLILOR MONOGENICE.

Caracteristicile generale i criteriile de transmitere ale fiecreia dintre aceste subgrupe de boli au fost prezentate n capitolul 5

2 Medicina molecular ncearc s explice mecanismele prin care anumit modificare genetic determin un fenotip clinic particular. In capitolul 6 au fost prezentate natura i mecanismele de producere a mutaiilor; acest subcapitol este concentrat mai ales asupra nelegerii consecinelor pe care mutaiile le pot avea asupra cantitii i funciilor unui produs genic i asupra explicrii cauzelor pentru care aceste modificri sunt sau nu patogenice asupra unei anumite celule, aflat ntr-un stadiu particular de dezvoltare. Se pot deosebi patru categorii de efecte ale mutaiilor asupra funciilor proteinelor codificate: mutaii cu pierderea functiei, mutaii cu ctig de functie, mutaii cu dobndirea unei funcii noi i mutaii care conduc la expresia anormal temporal (expresie heterocronic) sau spaial (expresie ectopic) a unei proteine.O clasificare mai puin utilizat n prezent mparte alelele mutante n: alele nule sau amorfe (care nu produc nici o protein), alele hipomorfe (care produc o cantitate redus de protein sau o protein cu activitate sczut), alele hipermorfe (care codific o cantitatea crescut de protein sau o protein cu activitate accentuat), alele neomorfe (care codific proteine cu o activitate nou) i alele antimorfe (care antagonizeaz activitatea alelei normale).

Trebuie precizat c nu exist o asociere preferenial ntre unele gene i una din categoriile de mutaii prezentate mai sus. Ca urmare, una i aceeai gen poate suferi att mutaii cu pierderea funciei ct i mutaii cu ctig de funcie, iar consecinele acestor mutaii se pot exprima prin producerea unor boli diferite.Un asemenea exemplu este acela al mutaiilor genei RET. Aceast gen codific un receptor transmembranar pentru factorul de cretere neuronal derivat din celulele gliale (GDNF). Diferite mutaii cu pierderea funciei proteinei RET au ca rezultat producerea bolii Hirschsprung (OMIM 142623), caracterizat prin absena neuronilor postganglionari enterici care conduce la megacolon congenital i constipaie cronic. Alte mutaii specifice au ns ca efect ctig de funcie, determinnd o reactivitate exagerat a receptorului fa de ligand sau chiar activarea sa n absena GDNF. Aceste mutaii au ca rezultat boli genetice diferite precum carcinoamele tiroidiene medulare familiale sau neoplaziile endocrine multiple tip 2. Exist n sfrit unele mutaii cu sens greit care pot determina apariia simultan a acestor boli, ceea ce sugereaz ca aceeai mutaie poate avea efecte diferite n esuturi diferite.

Multe boli monogenice asociaz o variabilitate clinic considerabil, chiar n interiorul aceleiai familii n care membrii afectai sunt purttori ai aceleiai mutaii. Acest fapt sugereaz intervenia altor gene nealele, care modific fenotipul clinic (gene modificatoare), sau a unor factori din mediul nconjurtor.Un exemplu de gen modificatoare este cel al genei PLA2G2A care codific fosfolipaza A2. Diferite variante alelice ale acestei gene modific numrul polipilor adenomatoi dezvoltai la indivizii cu polipoza adenomatoas familial (FAP OMIM 175100). O alt gen modificatoare, localizat pe cromosomul 19q13.2-13.4, poate influena severitatea manifestrilor clinice n fibroza chistic (OMIM 219700).

1. MUTAII CU PIERDEREA FUNCIEI.Pierderea funciei proteinei codificate de o gen mutant reprezint cea mai frecvent modalitate prin care o modificare genetic produce o boal. Exist numeroase tipuri de mutaii care pot reduce sau aboli funcia unui produs genic (vezi capitolul 6.B.1). Acestea pot fi: deleii sau inserii ce produc schimbarea cadrului de lectur (frameshift), mutaii nonsens care determin sinteza unei proteine trunchiate, mutaii cu sens greit (missens) ce substituie un aminoacid esenial pentru activitatea proteinei, mutaii la nivelul regiunilor reglatoare ale gene.; Uneori se pot produce chiar modificri epigenetice, cum ar fi de exemplu atenuarea activitii genice prin hipermetilarea (i deci inactivarea) regiunii promotor. Mutaiile cu pierderea funciei tind s se asocieze, n general, cu o transmitere recesiv, deoarece la indivizii heterozigoi (Na) alela normal este capabil s asigure singur o cantitate suficient de protein funcional i, de cele mai multe ori, organismul funcioneaz normal doar

3 cu 50% din nivelul de activitate genic. Exist ns unele mutaii genice, relativ puine la numr, pentru care o reducere cu 50% a nivelului de activitate determin apariia unui fenotip anormal. Asemenea situaii, desemnate prin termenul de haploinsuficien, sunt ntlnite n special atunci cnd proteina codificat este necesar n cantiti mari (celulele funcioneaz n mod normal la nivelul maxim de transcripie).Un exemplu este cel al genei pentru elastin ale crei mutaii sunt implicate n producerea stenozei aortice supravalvulare (OMIM 185500). La indivizii heterozigoi pentru asemenea mutaii, majoritatea esuturilor bogate n elastin (tegumente, plmni, vase sanguine) funcioneaz normal, dar aorta supravalvular va suferi un proces de stenozare progresiv care poate necesita corecia chirurgical.

Mutaiile asociate cu un fenomen de haploinsuficien tind s se transmit dominant i asociaz un grad crescut de expresivitate variabil. In cazul proteinelor care funcioneaz ca dimeri (homo- sau heterodimeri) sau n cadrul unor compleze multimerice, mutaiile cu pierderea funciei pot avea drept consecin nu numai alterarea activitii polipeptidului respectiv dar i a celui produs de alela normal sau chiar de gene nealelice.Printre exemplele cele mai cunoscute n aceast categorie sunt mutaiile genelor pentru colagen care vor fi discutate n subcapitolul urmtor. Colagenul fibrilar, componenta major a esutului conjunctiv, este organizat sub forma unor lanuri polipeptidice triplu helicoidale, fie homotrimerice, fie heterotrimerice. Un polipeptid anormal care va forma un triplu helix cu dou polipetide normale va conduce la alterarea activitii ntregului complex; ca urmare, astfel de mutaii pot reduce semnificativ sub 50% cantitatea de colagen funcional.

In aceste cazuri se consider c mutaiile au efecte dominant negative: se pstreaz capacitatea de sintez a unei proteine funcionale dar cu activitate anormal. Mutaiile dominant negative vor avea n general consecine fenotipice mai severe dect alte mutaii ale acelorai gene care abolesc complet activitatea ei (mutaii nule) i se transmit dup un model dominant simplu (figura 11.1). Efectele fenotipice ale mutaiilor cu pierderea funciei depind n mare msur de gradul de pierdere a funciei i deci de nivelul activitii reziduale a produsului genic. De exemplu, multe substituii aminoacidice pot avea un efect foarte redus asupra funciei proteice, dei altele pot aboli complet funcia normal. Mutaiile cu pierderea funciei pot s intereseze una sau ambele alele. In a doua situaie, indivizii sunt afectai dar mutaiile celor dou alele pot fi adeseori diferite realiznd statusul de heterozigoi compui. Dac ambele mutaii determin pierderea funciei, dar n proportii diferite, alel care are efectul cel mai puin sever va dicta nivelul de activitate rezidual i implicit severitatea manifestrilor clinice. Se poate realiza astfel o recesivitate gradual n care severitatea fenotipului clinic depinde de nivelul activitii rezidualeUn exemplu este cel al mutaiilor care afecteaz gena pentru hipoxantin-guanin-fosforibozil transferaz (HPRT) de pe cromosomul X. Nivelul de activitatea rezidual este bine corelat cu fenotipul clinic al brbailor purttori ai mutaiei. Astfel, mutaiile care permit o meninere a nivelului activitii enzimatice de peste 60% nu determin nici o simtomatologie clinic, mutaiile ce reduc nivelul activitii enzimatice la 1,68% determin gut, o reducere la 1,4-1,6% asociaz coreoatetoza i automutilare, n timp ce mutaiile ce reduc activitatea enzimatic sub 1,4% determin manifestri clinice de sindrom Lesch-Nyhan clasic (OMIM 308000): coreoatetoza, automutilare i retard mintal.

2. MUTAII CU CTIG DE FUNCIEMutaiile pot altera fenotipul clinic nu numai prin reducerea sau pierderea funciei, dar i prin accentuarea funciei unor proteine. Acest efect se poate produce fie prin creterea nivelului de sintez a proteinei, fie prin intensificrea funciei proteinei normale. Mutaiile care cresc nivelul de expresie al unei gene i, ca urmare, cantitatea de protein funcional sintetizat, sunt relativ rare. Modul lor de transmitere este dominant. Cea mai frecvent situaie este aceea a duplicaiei unor gene, precum gena DAX de pe cromosomul X (care determin inversiune sexual prin efect de dozaj la indivizi 46,XY OMIM 300018) sau

4 duplicaia genei pentru mielina periferic PMP22 implicat n producerea sindromului Charcot-Marie-Tooth tip 1A (degenerescena nervoas periferic OMIM 118220).Asemenea mutaii care conduc la creterea nivelului unei proteine normale pot fi considerate i baza molecular a multora dintre trsturile fenotipice n cadrul trisomiilor cromosomice. In plus, acest mecanism este frecvent implicat la nivel somatic, n cadrul fenomenelor de amplificare genic ntlnite n celulele tumorale.

Mutaiile care amplific funcia normal a unei proteine sunt relativ frecvente printre bolile monogenice cu transmitere dominant. Astfel, hemoglobina Kempsey (substituia Asp99Asn la nivelul lanului beta OMIM 141900.0146) se caracterizeaz printr-o accentuare a afinitii pentru oxigen i, ca urmare, o reducere a nivelului de eliberare a acestuia la nivelul esuturilor periferice. Un alt exemplu este cel al acondroplaziei (OMIM 100800), boal caracterizat prin hipostatur disproporionat, n care substituia unui singur aminoacid n structura FGFR3 (receptorul tip 3 pentru factorul de cretere a fibroblatilor) determin o activare permanent a acestui receptor, chiar n absena ligandului. Recunoaterea bolilor genetice produse prin mutaii cu ctig de funcie este foarte important deoarece tratamentul acestora difer n mod esenial de cel al bolilor produse prin mutaii cu pierderea funciei. In plus, mutaiile cu ctig de funcie permit adeseori nelegerea la nivel fundamental a mecanismelor de reglare a expresiei genice sau a bazelor moleculare ale funciei proteinei.

3. MUTAII CU DOBNDIREA UNEI FUNCII NOIIntr-un numr mic de boli, modificarea unui singur aminoacid din structura unei proteine poate determina dobndirea unei caliti noi, fr ca funcia proteinei s s fie n mod obligatoriu modificat. Un exemplu ilustrativ l reprezint alela Pittsburg a alfa1-antitripsinei (substituia Met358Arg OMIM 107400.0026). n mod normal alfa1-antitripsina inhib elastaza; n schimb, alela mutant Pittsburg nu mai este activ asupra elastazei dar are capacitatea de a aciona asupra trombinei, producnd o tulburare letal de coagulare. Un alt exemplu de mutaie cu dobndirea unei funcii noi l reprezint, n oarecare msur, sicklemia (OMIM 603903). Hemoglobina S i pstreaz afinitatea normal fa de oxigen, dar n condiiile scderii presiunii pariale a oxigenului, precipit determinnd deformarean secer a eritrocitelor (vezi capitolul 4.B.3).Cel mai frecvent mecanism care conduce la apariia unor funcii noi este ntlnit la nivel somatic, prin remanieri cromosomice care unesc poriuni funcionale ale unor gene diferite. Asemenea reasocieri ale exonilor au avut probabil o importan deosebit n cursul evoluiei, permind apariia unor funcii noi. Cea mai frecvent consecin a unor asemenea rearanjamente somatice este ns dezvoltarea unor neoplazii.

4. MUTAII ASOCIATE CU EXPRESIA HETEROCRONIC SAU ECTOPICExpresia multor gene este astfel controlat nct s aib loc ntr-un moment bine determinat al dezvoltrii ontogenetice i n anumite esuturi. Unele mutaii, localizate la nivelul regiunilor reglatoare ale genelor, determin expresia anormal din punct de vedere temporal sau spaial a unor gene. Exist ns relativ puine boli monogenice produse prin asemenea mutaii. Un exemplu sugestiv l reprezint persistena ereditar a hemoglobinei fetale (OMIM 141749), n care mutaii n regiunile reglatoare ale genelor pentru hemoglobin determin expresia la adult a hemoglobinei gamma, sintetizat n mod normal numai n viaa fetal i n perioada neonatal.Asemenea mutaii apar ns mult mai frecvent n cadrul cancerelor. Aa cum va fi prezentat n capitolul 17, protooncogenele sunt gene care pro...