Disordini genomici - uniba.it · DNA segments provides a chance for ... Il fenotipo clinico e’ conseguenza di alterato dosaggio ... delezione frammento acentrico inversione ...

By NA

Disordini genomici

Lezione 21

By N.A.

Genome Research 2000Yonggang J, Evan E. Eichler, Stuart Schwartz, and Robert D. NichollsStructure of Chromosomal Duplicons and their Role in Mediating Human Genomic DisordersGenome Research Vol. 10, Issue 5, 597 -610, May 2000

Analysis of long stretches of available sequence from human chromosomes 22 and X suggest that 5% -10% of the genome may be duplicated (Mazzarella and Schlessinger 1998; Dunham et al. 1999). Sequence homology between duplicated DNA segments provides a chance for misalignment during meiosis, leading to unequal exchange and chromosome rearrangement, by either inter - or intrachromosomal or sister chromatid homologous recombination.This process with divergence between duplicated segments is essential to the generation of diversity and new genes over evolutionary time, although the more typical, short-term effect is genetic disease.

By N.A.

Trends in Genetics 2002P.Stankiewicz and J.R.Lupski

Genome , rearrangements and genomic disordersTRENDS in Genetics Vol. 18: 74 -82, 2002

architecture

Human Molecular Genetics 2004

By N.A.

Disordini Genomici

Il fenotipo clinico e’ conseguenza di alterato dosaggio genico di un gene o piu’ localizzati all’interno di segmenti genomici riarrangiati

L instabilita di alcune regioni genomiche e dovuta alla presenza di low copyrepeats: duplicazioni segmentali/dupliconi

All’origine ci possono essere :la Non-Allelic Homologous Recombination: NAHR

’ ’ ’

By N.A.

Disordini Genomici NAHR

cromosoma duplicato

cromosoma deleto

Ricombinazione omologa non allelica

Dupliconi altamente omologhiRegione contenentealmeno un gene dosage sensitive

All’origine ci possono essere :la Non Homologous End Joining: NHEJ

By N.A.

Disordini Genomici NHEJ

A

A NN...NN

B

B

La presenza fra le due sequenze non omologhe di una sequenza TTTAAApotrebbe causare la formazione di un loop che viene tagliata e ssostituito conbasi alternativi non corrispondenti alla sequenza originaria

By N.A.

Disordini GenomiciPossiamo classificarli sulla base del contenuto di geni sensibili alla dose presenti nel segmento compreso fra i dupliconi che vanno incontro alla NAHR

Disordini mendeliani: Un solo gene (piccoli riarrangiamenti)

Sindromi cromosomiche : molti geni sensibili (riarrangiamenti molto grandi)

Sindromi da geni contigui: piu’ geni sensibili alla dose (riarrangiamenti piu’ ampi)

By N.A.

Caratteri mendeliani IBanter syndrome type III AD 1p36 del 11kbGaucher disease AR 1q21 del 16kbFam. juv. nephronophthisis AR 2q13 del 290kbSpinal muscular atrophy AR 5q13.2 inv/dup Cong adrenal hyperplasia (21 hydroxylase def.) AR 6p21.3 del 30kbGlucocorticoid -remediable aldosteronism (GRA) AD 8q21 dup 45kbBeta -thalassemia AR 11p15.5 delalfa -thalassemia AR 16p13.3Polycystic kidney disease 1 AD 16p13.3Charcot -Marie -Tooth (CMT1A) AD 17p12 dup 1400kbHer. neur. with liability to pressure palsies (HNPP) AD 17p12 del idemNeurofibromatosis type 1 (NFl) AD 17q11.2 del 1500kbPituitary dwarfism AR 17q23.3 del 6.7kbCYP2D6 pharmacogenetic trait AR 22q13.1 del/dup 9.3kbIchthyosis XL Xp22.32 del 1900kbRed -green color blindness XL Xq28 delIncontinentia pigmenti XL Xq28 del 10kbHemophilia A XL Xq28 inv 300 -500kbEmery -Dreifuss musc. dystr. XL Xq28 del/dup/inv 48kbHunter syndrome XL Xq28 inv/del 20kb

By N.A.

CMT1A 24 Kb98,7% di identita1,4 Mb

tel Cen

tel

Cen

Cen

tel Cen

PMP22

PMP22

PMP22PMP22

All interno della regione sono stati identificati almeno 6 -7 geni: solo uno edosage sensitive.

CMT1A

HNPP

’

’

’

☺

By N.A.

Caratteri mendeliani IBanter syndrome type III 1p36Gaucher disease 1q21Fam. juv. nephronophthisis 2q13Fascioscapulohumeral muscular dystrophy 4q35Spinal muscular atrophy 5q13.2Cong adrenal hyperplasia (21 hydroxylase def.) 6p21.3Glucocorticoid -remediable aldosteronism (GRA) 8q21Beta -thalassemia 11p15.5alfa -thalassemia 16p13.3Polycystic kidney disease 1 16p13.3Charcot -Marie -Tooth (CMT1A) 17p12Her. neur. with liability to pressure palsies (HNPP) 17p12Neurofibromatosis type 1 (NFl) 17q11.2Pituitary dwarfism 17q23.3CYP2D6 pharmacogenetic trait 22q13.1Ichthyosis Xp22.32Red -green color blindness Xq28Incontinentia pigmenti Xq28Hemophilia A Xq28Emery -Dreifuss musc. dystr. Xq28Hunter syndrome Xq28

By N.A.

Haemophilia A (X-linked): Factor VIII

Sostituzioni nucleotidiche (missense / nonsense) 515Sostituzioni nucleotidiche (splicing) 49Sostituzioni nucleotidiche (regulatory) 0Piccole delezioni 116Piccole inserzioni 36Piccole inserzioni/delezioni 5Grandi delezioni 86Grandi delezioni & duplicazioni 6Riarrangiamenti complessi (incluse inversioni) 9

TOTAL 822

By N.A.

Inversione in Xq28 :Emofilia A

Cen

F8B

1 22 23 26

F8C

F8A

CpG

tel F8A F8A

F8A

F8AF8A

F8BF8C

tel

F8A

122

23 26

CpG

CenF8AF8A

By N.A.

Inversione in Xq28 :Emofilia A

The human X and Y pair at early -mid pachytene as seen in a silver nitrate stained EM microspread preparation. Solari, 1980

Rossiter et al, 1994 Hum Mol Genet 3(7) 1035 -1039 :Factor VIII gene inversion causing severe hemophilia A originates almost exclusively in male germ cells

Banter syndrome type III AD 1p36 del 11kbGaucher disease AR 1q21 del 16kbFam. juv. nephronophthisis AR 2q13 del 290kbSpinal muscular atrophy AR 5q13.2 inv/dup Cong adrenal hyperplasia (21 hydroxylase def.) AR 6p21.3 del 30kbGlucocorticoid -remediable aldosteronism (GRA) AD 8q21 dup 45kbBeta -thalassemia AR 11p15.5 delalfa -thalassemia AR 16p13.3Polycystic kidney disease 1 AD 16p13.3Charcot -Marie -Tooth (CMT1A) AD 17p12 dup 1400kbHer. neur. with liability to pressure palsies (HNPP) AD 17p12 del idemNeurofibromatosis type 1 (NFl) AD 17q11.2 del 1500kbPituitary dwarfism AR 17q23.3 del 6.7kbCYP2D6 pharmacogenetic trait AR 22q13.1 del/dup 9.3kbIchthyosis XL Xp22.32 del 1900kbRed -green color blindness XL Xq28 delIncontinentia pigmenti XL Xq28 del 10kbHemophilia A XL Xq28 inv 300 -500kbEmery -Dreifuss musc. dystr. XL Xq28 del/dup/inv 48kbHunter syndrome XL Xq28 inv/del 20kb

Caratteri mendeliani I

Spinal muscular atrophy(SMA)Fenotipo autosomico recessivo letale,1/10.000 nati vivi. In circa il 18% dei casi e associato ad un riarrangiamento di una regione di ~500kb in 5q13

Sindrome di HunterFenotipo X -linked recessivo, dovuto a mutazioni del gene IDS (Xq28).Nel 20% dei casi la mutazione e dovuta a ricombinazione fra IDS e un suo pseudogene localizzato 90Kb a valle.

’

’


Banter syndrome type III AD 1p36 del 11kbGaucher disease AR 1q21 del 16kbFam. juv. nephronophthisis AR 2q13 del 290kbSpinal muscular atrophy AR 5q13.2 inv/dup Cong adrenal hyperplasia (21 hydroxylase def.) AR 6p21.3 del 30kbGlucocorticoid -remediable aldosteronism (GRA) AD 8q21 dup 45kbBeta -thalassemia AR 11p15.5 delalfa -thalassemia AR 16p13.3Polycystic kidney disease 1 AD 16p13.3Charcot -Marie -Tooth (CMT1A) AD 17p12 dup 1400kbHer. neur. with liability to pressure palsies (HNPP) AD 17p12 del idemNeurofibromatosis type 1 (NFl) AD 17q11.2 del 1500kbPituitary dwarfism AR 17q23.3 del 6.7kbCYP2D6 pharmacogenetic trait AR 22q13.1 del/dup 9.3kbIchthyosis XL Xp22.32 del 1900kbRed -green color blindness XL Xq28 delIncontinentia pigmenti XL Xq28 del 10kbHemophilia A XL Xq28 inv 300 -500kbEmery -Dreifuss musc. dystr. XL Xq28 del/dup/inv 48kbHunter syndrome XL Xq28 inv/del 20kb


LCR 17p

PMP22

distalCMT1A -REP

proximalCMT1A -REP

24Kb

LCR17pA383Kb

LCR17pE~31Kb

distalSMS-REP

LCR17pF~33Kb

middleSMS-REP

proximalSMS-REP

LCR17pB191Kb

~200Kb

LCR17pC91Kb

LCR17pD191Kb

LCR17pG~31Kb

CEN

7,4 Mb totale LCR 1,7 Mb (23%)

Williams-Beuren syndrome 7q11.23Prader-Willi syndrome 15q11.2q13Angelman syndrome 15q11.2q13dup(15)(q11.2q13) 15q11.2q13triplication 15q11.2q13 15q11.2q13Smith-Magenis syndrome 17p11.2dup(17)(p11.2p11.2) 17p11.2DiGeorge/VCFS 22q11.2Male infertilityAZFa microdeletion Yq11.2Male infertility AZFc microdel. Yq11.2

Sindromi da geni contigui I



Fenotipo autosomico dominante. mutazione presente: delezione di 1600kb. Prevalenza 1/7500 -1/25.000 fra i nati vivi

Williams-Beuren syndrome (WBS) I

Williams-Beuren syndrome (W BS) II

C A B C B A B A Ccen tel

ELN

A BC A B C B A Ccen telcromosoma invertito

cromosoma deletoC A B C B A B A C

cen tel

Inversione benigna nel 28% dei genitori

crom.7

7q11.23



DGS/VCFS22q11.2

A

BCDN

3 Mb (85 -90%)1.5Mb(8%)2Mb(2%)

A

B C

Cen

D Tel

T.H.Shaikh et al: Hum.Mol.Genet.9(4) 489-501 2000T.H.Shaikh & B.S.Emanuel:Nat.Rev.Genet.2(10) 791-800 20

crom.22



PWS/AS15q11-q13

crom.15

delezione 4Mb ~70% dei casi di PWS/AS inversione in 4/15 madri di AS deleti

Come si originano le del/dup

Intercromosomico

duplicazionetel

delezione

telCen

Intracromosomico

delezione frammento acentricoinversione paracentrica

inv dup(15)(q11q13) Inverted dupinv dup(22)(q11.2) Inverted dupdic(X)(p11.2) Isodicentricinv dup(8p) inv/dup/delder(8)(pterp23.1::p23.2pter); inv/dup/deldel(8)(p23.1p23.2)dup(15)(q24q26) dupt(11;22)(11q23;22q11)

Riarragiamenti costituzionali

Inv dup(22) Cat-Eye Syndrome (CES)

Cariotipo del laboratorio Prof.ssa O.Zuffardi

22q11.2

Cromosoma 22 mar

Inv dup(15) IDue tipi di inv dup(15)

Fenotipo normale

15q11


48,XX,+mar.+mar

Cromosoma 15

mar

☺

Inv dup(15) II

LFenotipo patologico

15q12


Ipotonia -Deficit di accrescimento -Facies caratteristica -Ritardo mentale -epilessia -comportamento autistico.

Cromosoma 15 mar

Origine dei riarrangiamenti I

MI punti di rottura dei marcatori sovrannumerari sono gli stessi della delezione all origine di DGS/VCFS

A

BCDN

3 Mb (85 -90%)1.5Mb(8%)2Mb(2%)

CES BP

CES BP

’

Origine dei riarrangiamenti II

MI punti di rottura (BP) dei marcatori sovrannumerari coinvolgono i dupliconi della regione PWS/AS ed altri piu distali

BP1classeI

BP2classeII

BP3 BP4 BP5

delezioni PWS/AS

inv dup(15)grandi inv dup(15)

duplicazioni etriplicazioni

Modificato da: Gimelli G. et al: Hum.Mol.Genet. 12(8) 849-858 2003

’

Origine dei riarrangiamenti III Intercromosomico

bisatellitato

acentrico

Intracromosomico

inversione paracentrica

bisatellitato

acentrico

Modificato da: B.S.Emanuel &T.H.Shaikh: Nat.Genet.Rev. 2(10) 2001



T(11;22)* La traslocazione 11q/22q e l unica traslocazione costituzionale ricorrente non robertsoniana. Anche in questo caso i portatori che si presentano fenotipicamente normali vengono individuati per la nascita di progenie sbilanciata.

11 der(11) 22 der(22)

Portatore bilanciato Progenie sbilanciata

der(22)der(11)

der(22)

Cariotipi del laboratorio Prof.ssa O.Zuffardi

’’

T(11;22) origine I* Il punto di rottura di entrambi i cromosomi contiene unasequenza (AT)n palindromica (PATRR:PalindromicATRichRegion)

Il BP sul cromosoma 22 cade in uno dei dupliconi della regione DGS/VCFS

ABCDN

CES BP

CES BP

t(11;22) BP

Forse tramite la formazione di una hairpin/cruciform structure(Kurahashi H.et al.Hum.mol.Genet. 9(11)1665 -1670 2000)

Quale potrebbe essere il meccanismo?

M

“ ”

T(11;22) origine IIForse tramite la formazione di una hairpin/cruciform structure in cui il centro della forcina e suscettibile alle DSB(double-strand break).La struttura potrebbe originarsi anche in altri cromosomi che condividono la stessa organizzazione e questo sarebbe l innesco per la traslocazione

A

BCDN

In effetti sembra che il BP sia localizzato all estremita della forcina e un altro caso e stato riportato nel 2003 in cui ecoinvolta la stessa sequenza del 22 e una sequenza ATn localizzata sul 17. I BP di questa traslocazione hanno la stessa organizzazione della 11/22 (Kurahashi H. et al. Am.J.Hum.Genet.72733 -738, 2003)

crom.22crom.11

der22der11

“” ’

’

’ ’’ ’ ’



Olfactory receptor genesOR ipotizzati nel genoma umano: 1000 tra geni e psuedogeni

La maggior parte sono organizzati in cluster di 10 o piu’ membri

Il braccio corto del cromosoma 8

I BP sono costanti in entrambi i casi e coinvolgono i cluster degli OR presenti su 8p.I due cromosomi riarrangiati sono i prodotti reciproci dello stesso evento

Inv dup(8) der(8)(pterp23.1::p23.2pter);

Inv dup(8) crom.8

In tutti i casi esaminati :21(inv dup8) e 2 der(8), l origine era materna:

Giglio S.et al. Am.J.Hum.Genet. 68:874-883, 2001

’

Il braccio corto del cromosoma 8Giglio S.et al. Am.J.Hum.Genet. 68:874-883, 2001

Origine:meiosi materna


La NAHR fra due cluster di OR potrebbe portare alla formazione di un dicentrico e di un frammento acentrico


FISHcon sondeinterne agli OR

26% della popolazioneeuropea e eterozigote8% omozigote

Polimorfismo

’

M

Heterozygous submicroscopic inversions involving olfactory receptor -gene clusters mediate the recurrent t(4;8)(p16;p23) translocation . Giglio S.et al. Am. J. Hum. Genet. 71:276 -285 (2002)

Anche in questo caso l origine era la meiosi materna. Anche in questo caso le madri erano eterozigoti per la regione compresa fra i cluster degli OR del cromosoma 4 e del cromosoma 8

T(4;8)(p16;p23)

12,5% eterozigoti per il crom.4

26% eterozigoti per il crom.8

~2.5% doppie eterozigoti

’

CONCLUSIONIParticolari strutture genomiche predispongono all’insorgenza di riarrangiamenti genomici e cromosomici, in meiosi e/o in mitosi

La variabilita’ individuale potrebbe essere il principale fattore di suscettibilita’ alla loro insorgenza

By NA

NON sono dispense, ma un ausilio allo studio sullibro

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