Medicina moleculara incearca sa explice mecanismele prin care anumita modificare genetica determina un fenotip clinic particular. In capitolul 6 au fost prezentate natura si mecanismele de producere a mutatiilor; acest subcapitol este concentrat mai ales asupra intelegerii consecintelor pe care mutatiile le pot avea asupra cantitatii si functiilor unui produs genic si asupra explicarii cauzelor pentru care aceste modificari sunt sau nu patogenice asupra unei anumite celule, aflata intr-un stadiu particular de dezvoltare.
Se pot deosebi patru categorii de efecte ale mutatiilor asupra functiilor proteinelor codificate: mutatii cu pierderea functiei, mutatii cu castig de functie, mutatii cu dobandirea unei functii noi si mutatii care conduc la expresia anormala temporal (expresie heterocronicA) sau spatial (expresie ectopicA) a unei proteine.
O clasificare mai putin utilizata in prezent imparte alelele mutante in: alele nule sau amorfe (care nu produc nici o proteinA), alele hipomorfe (care produc o cantitate redusa de proteina sau o proteina cu activitate scazutA), alele hipermorfe (care codifica o cantitatea crescuta de proteina sau o proteina cu activitate accentuatA), alele neomorfe (care codifica proteine cu o activitate nouA) si alele antimorfe (care antagonizeaza activitatea alelei normalE).
Trebuie precizat ca nu exista o asociere preferentiala intre unele gene si una din categoriile de mutatii prezentate mai sus. Ca urmare, una si aceeasi gena poate suferi atat mutatii cu pierderea functiei cat si mutatii cu castig de functie, iar consecintele acestor mutatii se pot exprima prin producerea unor boli diferite.
Un asemenea exemplu este acela al mutatiilor genei RET. Aceasta gena codifica un receptor transmembranar pentru factorul de crestere neuronal derivat din celulele gliale (GDNF). Diferite mutatii cu pierderea functiei proteinei RET au ca rezultat producerea bolii Hirschsprung (OMIM 142623), caracterizata prin absenta neuronilor postganglionari enterici care conduce la megacolon congenital si constipatie cronica. Alte mutatii specifice au insa ca efect castig de functie, determinand o reactivitate exagerata a receptorului fata de ligand sau chiar activarea sa in absenta GDNF. Aceste mutatii au ca rezultat boli genetice diferite precum carcinoamele tiroidiene medulare familiale sau neoplaziile endocrine multiple tip 2. Exista in sfarsit unele mutatii cu sens gresit care pot determina aparitia simultana a acestor boli, ceea ce sugereaza ca aceeasi mutatie poate avea efecte diferite in tesuturi diferite.
Multe boli monogenice asociaza o variabilitate clinica considerabila, chiar in interiorul aceleiasi familii in care membrii afectati sunt purtatori ai aceleiasi mutatii. Acest fapt sugereaza interventia altor gene nealele, care modifica fenotipul clinic (gene modificatoarE), sau a unor factori din mediul inconjurator.
Un exemplu de gena modificatoare este cel al genei PLA2G2A care codifica fosfolipaza A2. Diferite variante alelice ale acestei gene modifica numarul polipilor adenomatosi dezvoltati la indivizii cu polipoza adenomatoasa familiala (FAP - OMIM 175100). O alta gena modificatoare, localizata pe cromosomul 19q13.2-13.4, poate influenta severitatea manifestarilor clinice in fibroza chistica (OMIM 219700).

1. MUTATII CU PIERDEREA FUNCTIEI.

Pierderea functiei proteinei codificate de o gena mutanta reprezinta cea mai frecventa modalitate prin care o modificare genetica produce o boala. Exista numeroase tipuri de mutatii care pot reduce sau aboli functia unui produs genic (vezi capitolul 6.B.1). Acestea pot fi: deletii sau insertii - ce produc schimbarea cadrului de lectura ("frameshift"), mutatii nonsens - care determina sinteza unei proteine trunchiate, mutatii cu sens gresit ("missens") - ce substituie un aminoacid esential pentru activitatea proteinei, mutatii la nivelul regiunilor reglatoare ale gene.; Uneori se pot produce chiar modificari epigenetice, cum ar fi de exemplu atenuarea activitatii genice prin hipermetilarea (si deci inactivareA) regiunii promotor.
Mutatiile cu pierderea functiei tind sa se asocieze, in general, cu o transmitere recesiva, deoarece la indivizii heterozigoti (NA) alela normala este capabila sa asigure singura o cantitate suficienta de proteina functionala si, de cele mai multe ori, organismul functioneaza normal doar cu 50% din nivelul de activitate genica.
Exista insa unele mutatii genice, relativ putine la numar, pentru care o reducere cu 50% a nivelului de activitate determina aparitia unui fenotip anormal. Asemenea situatii, desemnate prin termenul de haploinsuficienta, sunt intalnite in special atunci cand proteina codificata este necesara in cantitati mari (celulele functioneaza in mod normal la nivelul maxim de transcriptiE).
Un exemplu este cel al genei pentru elastina ale carei mutatii sunt implicate in producerea stenozei aortice supravalvulare (OMIM 185500). La indivizii heterozigoti pentru asemenea mutatii, majoritatea tesuturilor bogate in elastina (tegumente, plamani, vase sanguinE) functioneaza normal, dar aorta supravalvulara va suferi un proces de stenozare progresiva care poate necesita corectia chirurgicala.
Mutatiile asociate cu un fenomen de haploinsuficienta tind sa se transmita dominant si asociaza un grad crescut de expresivitate variabila.
In cazul proteinelor care functioneaza ca dimeri (homo- sau heterodimerI) sau in cadrul unor compleze multimerice, mutatiile cu pierderea functiei pot avea drept consecinta nu numai alterarea activitatii polipeptidului respectiv dar si a celui produs de alela normala sau chiar de gene nealelice.
Printre exemplele cele mai cunoscute in aceasta categorie sunt mutatiile genelor pentru colagen care vor fi discutate in subcapitolul urmator. Colagenul fibrilar, componenta majora a tesutului conjunctiv, este organizat sub forma unor lanturi polipeptidice triplu helicoidale, fie homotrimerice, fie heterotrimerice. Un polipeptid anormal care va forma un triplu helix cu doua polipetide normale va conduce la alterarea activitatii intregului complex; ca urmare, astfel de mutatii pot reduce semnificativ sub 50% cantitatea de colagen functional.
In aceste cazuri se considera ca mutatiile au efecte dominant negative: se pastreaza capacitatea de sinteza a unei proteine functionale dar cu activitate anormala. Mutatiile dominant negative vor avea in general consecinte fenotipice mai severe decat alte mutatii ale acelorasi gene care abolesc complet activitatea ei (mutatii nulE) si se transmit dupa un model dominant simplu (figura 11.1).
Efectele fenotipice ale mutatiilor cu pierderea functiei depind in mare masura de gradul de pierdere a functiei si deci de nivelul activitatii reziduale a produsului genic. De exemplu, multe substitutii aminoacidice pot avea un efect foarte redus asupra functiei proteice, desi altele pot aboli complet functia normala. Mutatiile cu pierderea functiei pot sa intereseze una sau ambele alele. In a doua situatie, indivizii sunt afectati dar mutatiile celor doua alele pot fi adeseori diferite - realizand statusul de heterozigoti compusi. Daca ambele mutatii determina pierderea functiei, dar in proportii diferite, alela care are efectul cel mai putin sever va dicta nivelul de activitate reziduala si implicit severitatea manifestarilor clinice. Se poate realiza astfel o recesivitate graduala in care severitatea fenotipului clinic depinde de nivelul activitatii reziduale
Un exemplu este cel al mutatiilor care afecteaza gena pentru hipoxantin-guanin-fosforibozil transferaza (HPRT) de pe cromosomul X. Nivelul de activitatea reziduala este bine corelat cu fenotipul clinic al barbatilor purtatori ai mutatiei. Astfel, mutatiile care permit o mentinere a nivelului activitatii enzimatice de peste 60% nu determina nici o simtomatologie clinica, mutatiile ce reduc nivelul activitatii enzimatice la 1,6-8% determina guta, o reducere la 1,4-1,6% asociaza coreoatetoza si automutilare, in timp ce mutatiile ce reduc activitatea enzimatica sub 1,4% determina manifestari clinice de sindrom Lesch-Nyhan clasic (OMIM 308000): coreoatetoza, automutilare si retard mintal.

2. MUTATII CU CASTIG DE FUNCTIE

Mutatiile pot altera fenotipul clinic nu numai prin reducerea sau pierderea functiei, dar si prin accentuarea functiei unor proteine. Acest efect se poate produce fie prin cresterea nivelului de sinteza a proteinei, fie prin intensificarea functiei proteinei normale.
. Mutatiile care cresc nivelul de expresie al unei gene si, ca urmare, cantitatea de proteina functionala sintetizata, sunt relativ rare. Modul lor de transmitere este dominant. Cea mai frecventa situatie este aceea a duplicatiei unor gene, precum gena DAX de pe cromosomul X (care determina inversiune sexuala prin efect de dozaj la indivizi 46,XY - OMIM 300018) sau duplicatia genei pentru mielina periferica - PMP22 - implicata in producerea sindromului Charcot-Marie-Tooth tip 1A (degenerescenta nervoasa periferica - OMIM 118220).
Asemenea mutatii care conduc la cresterea nivelului unei proteine normale pot fi considerate si baza moleculara a multora dintre trasaturile fenotipice in cadrul trisomiilor cromosomice. In plus, acest mecanism este frecvent implicat la nivel somatic, in cadrul fenomenelor de amplificare genica intalnite in celulele tumorale.
. Mutatiile care amplifica functia normala a unei proteine sunt relativ frecvente printre bolile monogenice cu transmitere dominanta. Astfel, hemoglobina Kempsey (substitutia Asp99Asn la nivelul lantului beta - OMIM 141900.0146) se caracterizeaza printr-o accentuare a afinitatii pentru oxigen si, ca urmare, o reducere a nivelului de eliberare a acestuia la nivelul tesuturilor periferice. Un alt exemplu este cel al acondroplaziei (OMIM 100800), boala caracterizata prin hipostatura disproportionata, in care substitutia unui singur aminoacid in structura FGFR3 (receptorul tip 3 pentru factorul de crestere a fibroblastiloR) determina o activare permanenta a acestui receptor, chiar in absenta ligandului.
Recunoasterea bolilor genetice produse prin mutatii cu castig de functie este foarte importanta deoarece tratamentul acestora difera in mod esential de cel al bolilor produse prin mutatii cu pierderea functiei. In plus, mutatiile cu castig de functie permit adeseori intelegerea la nivel fundamental a mecanismelor de reglare a expresiei genice sau a bazelor moleculare ale functiei proteinei.

3. MUTATII CU DOBANDIREA UNEI FUNCTII NOI

Intr-un numar mic de boli, modificarea unui singur aminoacid din structura unei proteine poate determina dobandirea unei calitati noi, fara ca functia proteinei sa sa fie in mod obligatoriu modificata. Un exemplu ilustrativ il reprezinta alela Pittsburg a alfa1-antitripsinei (substitutia Met358Arg - OMIM 107400.0026). In mod normal alfa1-antitripsina inhiba elastaza; in schimb, alela mutanta Pittsburg nu mai este activa asupra elastazei dar are capacitatea de a actiona asupra trombinei, producand o tulburare letala de coagulare. Un alt exemplu de mutatie cu dobandirea unei functii noi il reprezinta, in oarecare masura, sicklemia (OMIM 603903). Hemoglobina S isi pastreaza afinitatea normala fata de oxigen, dar in conditiile scaderii presiunii partiale a oxigenului, precipita determinand deformareain secera a eritrocitelor (vezi capitolul 4.B.3).
Cel mai frecvent mecanism care conduce la aparitia unor functii noi este intalnit la nivel somatic, prin remanieri cromosomice care unesc portiuni functionale ale unor gene diferite. Asemenea reasocieri ale exonilor au avut probabil o importanta deosebita in cursul evolutiei, permitand aparitia unor functii noi. Cea mai frecventa consecinta a unor asemenea rearanjamente somatice este insa dezvoltarea unor neoplazii.

4. MUTATII ASOCIATE CU EXPRESIA HETEROCRONICA SAU ECTOPICA

Expresia multor gene este astfel controlata incat sa aiba loc intr-un moment bine determinat al dezvoltarii ontogenetice si in anumite tesuturi. Unele mutatii, localizate la nivelul regiunilor reglatoare ale genelor, determina expresia anormala din punct de vedere temporal sau spatial a unor gene. Exista insa relativ putine boli monogenice produse prin asemenea mutatii. Un exemplu sugestiv il reprezinta persistenta ereditara a hemoglobinei fetale (OMIM 141749), in care mutatii in regiunile reglatoare ale genelor pentru hemoglobina determina expresia la adult a hemoglobinei gamma, sintetizata in mod normal numai in viata fetala si in perioada neonatala.
Asemenea mutatii apar insa mult mai frecvent in cadrul cancerelor. Asa cum va fi prezentat in capitolul 17, protooncogenele sunt gene care promoveaza proliferarea celulara normala in cursul perioadei de dezvoltare embrionara. Expresia acestor gene in celulele somatice adulte are drept consecinta proliferarea celulara necontrolata, care va conduce la dezvoltarea neoplaziilor.

---

---

---

Copyright © 2008 - 2024 : MediculTau - Toate Drepturile rezervate.
Reproducerea partiala sau integrala a materialelor de pe acest site este interzisa, contravine drepturilor de autor si se pedepseste conform legii.
Termeni si conditii - Confidentialitatea datelor