alterazioni del dna patologia generale e fisiopatologia. medicina slide lezione

1. ALTERAZIONI DEL DNA
REPAIR
Prof. Elisa Petrangeli

2. Gli effetti delle alterazioni del DNA
dipendono dal tipo di cellula in cui si
verificano
• Nelle cellule germinali:
- malattie genetiche
• Nelle cellule somatiche proliferanti
- malattie malformative (durante lo sviluppo)
- tumori
• Nelle cellule somatiche non proliferanti (differenziate)
- contributo a degenerazione ed invecchiamento
- alterato ricambio dei componenti cellulari

3. Gli effetti delle alterazioni del DNA
dipendono dalle sequenze e dal tipo di
gene interessati
• Sequenze promoter, enhancer, silencer:
- alterata regolazione dell’espressione, funzione
impropria.
• Sequenze ripetitive:
- perdita o guadagno di funzione dei geni associati
alla sequenza
- aumento o diminuzione della stabilità dei cromosomi
• Geni codificanti:
- inattivazione
- guadagno o perdita di funzione
- funzione impropria
- alterazione dello splicing

4. i
Codice genetico e triplette
Gli effetti delle alterazioni del DNA
dipendono dal tipo di mutazione
Mutazioni sinonime Non sostituiscono l’aa
Mutazioni mis-sense Sostituiscono l’aa
Mutazioni non-sense Sostituiscono l’aa con stop
Mutazioni frame-shift Slittamento del codice

5. Mutazioni mis-sense Sostituiscono l’aa
M
L
F
EQ
A
Le sostituzioni nucletidiche si definiscono:
Transizioni : pirimidina-pirimidina o purina-
purina
Trasversioni : pirimidina-purina o purina-
pirimidina
A causa della degenerazione del codice genetico circa
due terzi delle sostituzioni è silente.

6. Mutazioni non-sense sostituiscono l’aa con stop
M
L
S
stop
K
P
Mutazioni frame-shift Slittamento del codice
M
L
R
S
stop
L

7. gtaagta//agtaactttttttttttaag gtaattatt//tacatagEx. 5Ex. 4 Ex. 6
11(t)
gtaagta//agtaacttttttttt--aag gtaattatt//tacatagEx. 5Ex. 4 Ex. 6
9-10 (t)
471 tttggttttagtaagtttccatgggtgaactatcaagatggcaacctcaa
101 F G F S K F P W V N Y Q D G N L N
521 catttcaattccagtgtttagtattcatggcaatcatgacgatcccacag
118 I S I P V F S I H G N H D D P T G
571 gggcagatgcactttgtgccttggacattttaagttgt//
135 A D A L C A L D I L S C
471
tttggttttagtaagcagatgcactttgtgccttggacattt
taagttgt
101 F G F S K Q M H F V P W T
F *
normale
mutato
Mutazioni dei siti di splicing
•circa il 15% delle mutazioni puntiformi che determinano patologie ereditarie
nell’uomo
•Nella maggior parte sono mutazioni nelle seq consensus (gt/ag).
•Sono esempi la fibrosi cistica, la distrofia di Duchenne, la Fenilchetonuria
mutazione del gene MRE11, nel cancro del colon!!

8. Altri tipi di mutazioni geniche
Mutazioni del promotore Variazioni quantitative La sostituzione G-A in
posizione -75 della ApoA1
rende il promotore circa 2
volte più efficiente con
effetto su una doppia
produzione di HDL
Mutazioni dinamiche Triplette ed espansione siti fragili
Anticipazione, penetranza incompleta
Espressività variabile

9. Patologie da mutazioni geniche
CAG nel gene
Atassia spino-
cerebellare 1
Malattia
neurodegenerativa
aut. dominante
Atassina 1
Corea di
Huntigton
Malattia
neurodegenerativa
aut. dominante
Huntingtonin
a
CAG nel gene
Distrofia
miotonica
Distrofia muscolare
e miotonia
autosomica
miotonina CTG nel 3’UTR
S. Martin-Bell Ritardo mentale
grave. X-linked
FMR1 CGG nel
5’UTR

10. Patologie da alterata riparazione
del DNA
• Gruppo di malattie ereditarie autosomiche
recessive, caratterizzate da un’elevata incidenza
di alterazioni cromosomiche;
• Danno ad un sistema o apparato e/o accellerato
e precoce invecchiamento;
• Aumento di suscettibilità alle neoplasie;

11. DOUBLE-STRANDED BREAKS
Exogenous
•Ionizing radiations
•Chemicals
Endogenous
•Free radicals
•Single-stranded breaks
in DNA replication
•Collapsed replication forks
Specialized
•Somatic hypermutation
•Meiosis
Cell cycle control
Incorrect
Cell Death
•Apoptosis
•Replicative Death
Repair
GENOMIC INSTABILITY CARCINOGENESIS
Modified by:
van Gent D., et al., Nature REV GENETICS, 2001

13. X-rays
Oxigen radicals
Alkylating agents
Replication errors
UV-light
Polycyclic aromatic
hydrocarbons
X-rays
Antitumor agents
(cis-Pt, MMC)
Uracil
Abasic site
8-Oxoguanine
Single-starnd break
A-G Mismatch
T-C Mismatch
U
G
G
G
A
T
C
T
T
T
G
G
C
(6-4)PP
Bulky adduct
CPD
Interstrand cross-link
Double-strand break
BER
MMR
NER
Recombinational
Repair
HNPCC
Xeroderma Pigmetosum,
Cockayne Syndrome,
Trichothiodystrophy
Ataxia-Teleangiectasia
A-T-like Desease
Nijmegen Syndrome
NA REPAIR DAMAGE and HUMAN PATHOLOG

14. NAME PHENOTYPE ENZYME OR PROCESS AFFECTED
MSH2, 3, 6, MLH1, PMS2 colon cancer mismatch repair
Xeroderma pigmentosum (XP)
groups AG
skin cancer, cellular UV sensitivity,
neurological abnormalities
nucleotide excision-repair
XP variant cellular UV sensitivity translesion synthesis by DNA
polymerase δ
Ataxia-telangiectasia (AT) leukemia, lymphoma, cellular γ-ray
sensitivity, genome instability
ATM protein, a protein kinase activated
by double-strand breaks
BRCA-2 breast and ovarian cancer repair by homologous recombination
Werner syndrome premature aging, cancer at several sites,
genome instability
accessory 3-exonuclease and DNA
helicase
Bloom syndrome cancer at several sites, stunted growth,
genome instability
accessory DNA helicase for replication
Fanconi anemia groups A-G congenital abnormalities, leukemia,
genome instability
DNA interstrand cross-link repair
46 BR patient hypersensitivity to DNA-damaging
agents, genome instability
Table 5-2. Inherited Syndromes with Defects in DNA Repair

15. L'anemia di Fanconi (FA).1
• Caratterizzata da
• pancitopenia, anemia progressiva da aplasia midollare, malformazioni
multiple;
• suscettibilità allo sviluppo della leucemia mieloide acuta (AML);
• instabilità cromosomica, clinicamente eterogenea,
• ipersensibilità agli agenti che producono legami interfilamento nel
DNA;
• trasmissione autosomica recessiva: una persona affetta eredita da
ciascun genitore una copia alterata (mutata) del gene;
• descritta in ogni gruppo etnico;
• incidenza è stata stimata 1/350.000 nati.

16. L'anemia di Fanconi.2
• I difetti congeniti comprendono:
• le malformazioni scheletriche, l'iperpigmentazione
cutanea, i difetti cardiaci, renali e urogenitali.
• si presenta soprattutto in età scolare
• andamento progressivo, con esito solitamente fatale, in
gran parte a causa di fenomeni emorragici.
• Una quota importante dei pazienti (circa il 10%) contrae
leucemie non linfocitiche o tumori solidi, rarissimi in
età pediatrica.
• I segni ematologici secondari al difetto del midollo
osseo (trombocitopenia, pancitopenia ingravescente) si
manifestano generalmente attorno ai 7 anni, ma in alcuni
casi più precocemente e, raramente, dopo i 40 anni.

17. L'anemia di Fanconi.3
• La diagnosi parte dall'osservazione clinica (anomalie ematologiche e
malformazioni).
• Esecuzione del test diagnostico – citogenetico: misura l'instabilità
cromosomica (tendenza delle cellule Fanconi a manifestare fratture dei
cromosomi), in presenza di diepossibutano (DEB).
• L'innalzato rischio di leucemie e altre neoplasie tra i pazienti Fanconi
permette di considerare questa malattia come un modello umano di
cancerogenesi.
• Identificazione di "gruppi di complementazione", Sono stati individuati 8
gruppi (FANCA-FANCH), ad ognuno dei quali corrisponde un gene. Ad
oggi, sono stati clonati 6 geni per la FA, ma il meccanismo patogenetico
della malattia non è ancora chiaro.
• Le terapie oggi disponibili consistono in trapianto di midollo osseo e
trasfusioni.

18. Complementation groups of Fanconi anemia
Subtype FA patients, Chromosome location Protein products
(estimated %) (kD)
A 65% 16q24.3 163
B Rare 13q12–13 380 (BRCA2)
C 15% 9q22.3 63
D1 Rare 13q12–13 380 (BRCA2)
D2 Rare 3p25.3 155,162
E Rare 6p21–22 60
F Rare 11p15 42
G 10% 9p13 68 (XRCC9)

19. Schematic depiction of the Fanconi anemia DNA repair
pathway.
DNA damage activates the complex of Fanconi anemia−associated proteins FANCA, FANCB,
FANCE, FANCF, FANCG and FANCL1. FANCL5 is a ubiquitin ligase that probably causes the
ubiquitination of FANCD2. This protein, together with another Fanconi anemia−associated
protein, BRCA2 and RAD51, is involved in the repair of DNA damage

20. Sindrome di Werner.1
Rara malattia autosomica recessiva che provoca invecchiamento
precoce e suscettibilità alle neoplasie, caratterizzata da:
• modificazioni sclerodermiche della cute,
• cataratta,
• calcificazioni sottocutanee,
• atrofia muscolare,
• tendenza a sviluppare diabete mellito,
• aspetto invecchiato del viso,
• alopecia,
• elevata incidenza di neoplasie;
• età media di morte per tutte le cause è di 47 anni.

21. Sindrome di Werner.2
SEGNI RISCONTRATI NELLA MAGGIOR PARTE DEI PAZIENTI
Cataratta
La cataratta è presente nel 94-100% dei soggetti; di solito compare nella
terza decade, generalmente bilaterale.
Patologia cutanea
Nella seconda decade di vita, la maggior parte dei soggetti ha una cute
dall’aspetto simil-sclerodermico agli arti superiori e inferiori; caviglie e
piedi sono particolarmente colpiti. La cute è tesa, lucente, e sottile a causa
dell’atrofia dermica e della perdita di tessuto connettivo, muscolare, e
adiposo sottocutaneo sottostanti. Può verificarsi ipercheratosi, spesso
causa di ulcere dei piedi e delle caviglie.
Altre alterazioni cutanee sono: iperpigmentazione diffusa, aree di
ipopigmentazione, telangiectasia (36%), deformità delle unghie (42).
La bassa statura è caratteristica (86-100%), con altezza media di 157 cm
e 146 cm per i maschi e le femmine rispettivamente. L’arresto di crescita
si verifica durante la prima adolescenza (tra i 10 e i 20 anni) e sembra
essere il risultato dell’assenza dello scatto di crescita puberale
Ingrigimento e perdita di capelli
Eccesso di acido ialuronico nelle urine

22. Sindrome di Werner.3
• SEGNI RISCONTRATI NEI PAZIENTI
Ipogonadismo
66-96% dei soggetti studiati.
• Osteoporosi e calcificazioni dei tessuti molli
percentuale variabile tra il 33 e il 41% aveva perdita evidente di massa ossea.
• Diabete mellito
nel 44-70% dei soggetti. In uno studio riguardante la tolleranza al carico orale di
glucosio, il 55% dei soggetti è stato classificato affetto da diabete mellito e un altro 22%
da alterata tolleranza al glucosio. A digiuno i livelli di glucosio sono elevati solo in un
gruppo di pazienti con test di tolleranza al glucosio alterati, ad indicare che, nella
sindrome il diabete è lieve; sintomi quali poliuria, polidipsia, prurito, calo ponderale
sono di riscontro poco comune. Le complicanze tipiche del diabete, quali nefropatia,
retinopatia, neuropatia, non sono state riportate nei soggetti con la sindrome. Dal
momento che certi pazienti non hanno alcuna tendenza a sviluppare diabete, altri fattori,
diversi dalle mutazioni nel gene WRN, sono responsabili della comparsa di diabete in
questi soggetti.
Vasculopatia
responsabile del 15% dei decessi. Il 70-90% dei pazienti presenta ipercolesterolemia e
ipertrigliceridemia.
• Sistema nervoso centrale
studi più recenti hanno evidenziato che attorno ai 40 anni, il 40% presenta atrofia
cerebrale, visibile alla TAC o alla RM: una demenza senile lieve è stata riscontrata nel
21% dei pazienti studiati.

23. Sindrome di Werner.4
NEOPLASIE
I soggetti con sindrome di Werner hanno un rischio maggiore di
sviluppare carcinomi e sarcomi; le neoplasie rappresentano la
principale causa di morte (80%).
• Si verificano con maggior frequenza neoplasie non-epiteliali;
• il rapporto neoplasie epiteliali-neoplasie non-epiteliali è di 1:1
contro 1:10 nella popolazione generale.
• Le neoplasie più comuni sono sarcomi dei tessuti molli,
osteosarcomi, melanomi, carcinomi della tiroide.
• Nei pazienti sono poco rappresentate alcune forme comuni di
neoplasie epiteliali, soprattutto il cancro della prostata, che nella
popolazione generale è frequente fra i maschi anziani.

24. Sindrome di Werner.5
• Disordine autosomico recessivo caratterizzato da esordio
precoce di manifestazioni correlate ad instabilità genomica,
aumentato rischio di cancro ed invecchiamento precoce.
• La caratterizzazione biochimica ha evidenziato il
coinvolgimento di una proteina di Werner con attività elicasiproteina di Werner con attività elicasi
ed esonucleasi associata ad ATPasied esonucleasi associata ad ATPasi
Test Method Mutations Detected Mutation Detection Rate
Sequence analysis WRN mutations ~90%

25. Sindrome di Werner.6: eziologia
• Il gene implicato della sindrome di Werner (WRN),
localizzato sul cromosoma 8p12, codifica per una
proteina di 1432 aminoacidi, WRNp, che presenta
un’omologia con la super-famiglia delle elicasi DExH
box DNA e RNA.
• Sindrome da instabilità genetica: percentuale elevata di
traslocazioni cromosomiche e mutazioni e tasso elevato di
mutazioni nelle cellule somatiche.
• Fenotipo mutato, per perdita di WRNp: difetto del
sistema di riparazione del DNA, difetto nell’iniziazione
della replicazione, difetto di altri aspetti del metabolismo
del DNA che richiedono lo svolgimento del DNA.

26. Sindrome di Werner.7:
mutazioni di WRN
• Sono state identificate mutazioni nel gene WRN in tutti i soggetti
con sindrome di Werner studiati.
• Sono state identificate 19 diverse mutazioni. Tutte le mutazioni,
(puntiformi, inserzioni o delezioni) portano alla formazione di una
proteina tronca; nessuna mutazione missense è stata fino ad ora
identificata.
• Le proteine tronche WRN risultanti dalle varie mutazioni variano
in lunghezza da 176 a 1304 aminoacidi, alcune contengono il
dominio elicasi, mentre altre sono costituite soltanto dall’estremità
N-terminale della proteina. Non è provato che la gravità della
malattia correli con il tipo di mutazione osservata.
• Gli eterozigoti (allele normale/mutazione WS) non sembrano
avere nessuna caratteristica della sindrome, alcuni vivono anche
fino a 90 anni.

27. Sindrome di Werner

28. Alterazioni di DNA elicasi
• Famiglia di RecQ
Geni della famiglia di RecQ codificano
per elicasi, enzimi che “srotolano” il
DNA così da permettere replicazione,
trascrizione e riparazione del DNA.
• Le elicasi sono essenziali per la vita
cellulare e per il mantenimento della
stabilità genomica.
• 5 elicasi umane RecQ: RECQL,
WRN, BLM, RECQL4, e
RECQL5.
• Mutazioni in WRN e RECQ4 causano
la Sindrome di Werner e di
Rothmund-Thomson.
• Queste patologie, come anche la
Sindrome di Bloom (mutazione di
BLM), causano una predisposizione a
sviluppare forme di cancro (Karow,
2000).

29. Sindrome di Bloom.1
Rara malattia autosomica recessiva ad
esordio infantile precoce, caratterizzata
da:
• teleangectasie,
• eritema teleangectasico facciale,
• fotosensibilità,
• ipoevolutismo, immunodeficienza ed
• aumentata suscettibilità a neoplasie.
Causata dalla mutazione del gene BLM,
con gene locus 15q26.1. La proteina
codificata ha un’attività elicasi e
funziona nel mantenimento della
stabilità genomica.

30. • Where is the BLM gene located?
• Cytogenetic Location: 15q26.1
• Molecular Location on chromosome 15: base pairs 89,061,605
to 89,159,601
• The BLM gene is located on the long (q) arm of chromosome 15
at position 26.1.
• More precisely, the BLM gene is located from base pair
89,061,605 to base pair 89,159,601 on chromosome 15.

31. Gene BLM nella S di Bloom
• Mutazione omozigote del gene BLM, che codifica per un DNA
elicasi 3'-5', un membro della famiglia RecQ.
• La proteina BLM svolge un ruolo nel mantenimento della stabilità
genomica durante la replicazione, la ricombinazione e la riparazione
del DNA.
• La frequenza della BS nella popolazione non è nota: estrema rarità
della malattia.
• Tra gli ebrei Askenazi la frequenza della BS è di circa 1/48.000.
Questo è dovuto ad un effetto fondatore, in quanto 1% degli ebrei
Askenazi è eterozigote per la mutazione BLMAsh.
• Non è disponibile una terapia risolutiva per la BS. Tuttavia, la presa
in carico dei pazienti con BS deve essere accurata, per assicurare la
diagnosi precoce di cancro

32. Sindrome di Bloom (BS).2:
clinica
• Caratterizzata da instabilità genetica marcata, compresa elevata
frequenza di scambi tra cromatidi fratelli,
• Segni clinici costanti: ritardo proporzionato della crescita pre e
postnatale e predisposizione ai tumori.
• Altri segni clinici: dolicocefalia, eritema telangectasico facciale foto-
sensibile, le chiazze cutanee iper e ipopigmentate ed immunodeficienza
medio-grave, con infezioni ricorrenti alle vie respiratorie e all'intestino;
• Diagnosi di BS: aumento di circa 10 volte negli scambi tra cromatidi
fratelli (SCEs) nelle cellule dei pazienti, rispetto alle cellule normali.
• La diagnosi clinica è confermata dall'analisi citogenetica che dimostra
una caratteristica instabilità cromosomica.

33. Xeroderma pigmentoso (XP),
Cockayne sindrome
Xeroderma pigmentoso (XP),1
Cockayne syindrome (CS) e
xeroderma pigmentosum-
Cockayne syndrome (XP-CS) sono
rari disordini ereditari autosomico-
recessivi, caratterizzati da estrema
senibilità alla luce del sole.
Determinata da una inadeguata
funzione di riparazione dei danni
indotti dagli UV per alterazione
del nucleotide excision repair
(NER).
Difetti comuni in XP and CS che sono
clinicamente distinte.

34. Cockayne sindrome (CS)
Disordine genetico strettamente
relato allo XP.
CS è associata con
fotosensibilità ma non
necessariamente cancro della
pelle.
Sintomatologia: grave ritardo
della crescita, retinopatia,
cataratta, facies
caratteristica.
Aspetto prematuramente
vecchieggiante.

35. Xeroderma pigmentoso.1
• Malattia ereditaria , autosomica recessiva, caratterizzata da:
estrema fotosensibilità che determina severi e precoci danni a
livello della cute e degli occhi.
• Incidenza 1:250.000 in Europa e USA, 1:40.000 in Giappone;
• Nel bambino affetto da XP una esposizione pur breve ai raggi
solari determina ustioni cutanee con lenta risoluzione,
• gli effetti delle esposizioni sono cumulativi nel tempo.
• Manifestazioni cutanee: chiazze pigmentate, secchezza
cutanea, lesioni atrofiche, cheratosi, bolle, che portano alla
comparsa, anche prima dei dieci anni di età, di tumori cutanei.
La cute, normale alla nascita, presenta le prime alterazioni
dopo i sei mesi di vita.

36. Xeroderma pigmentoso.2:
FENOTIPO E CLINICA
MANIFESTAZIONI CUTANEE:
Fotosensibilità severa del sole (poikilodermia): lesioni cutanee precoci sulle zone
esposte.
Occhi: in circa l'80% dei pazienti si osserva cataratta bilaterale, congiuntivite,
cheratite, opacità corneali, fino alla cecità, comparsa di tumori benigni e rischio
aumentato di tumori maligni oculari.
Vesciche e bolle alla minima esposizione alle radiazioni ultraviolette. Nel bambino
affetto da XP una breve esposizione ai raggi solari determina ustioni cutanee con
lenta risoluzione; gli effetti delle esposizioni sono cumulativi nel tempo.
Ustioni o infiammazioni epidermiche (chiazze eritematose), insistenti scottature che
possono durare per molte settimane.
Sviluppo di molte lentiggini (freckling) o di macchie scure ed irregolari sulla pelle nei
primi anni di vita.
Pelle asciutta, senile, retrazioni cutanee, (invecchiamento prematuro di pelle, labbra,
occhi, bocca e lingua).
Cheratosi attiniche (discolorazione).
Lesioni atrofiche cutanee con numerose cicatrici che generano un danno estetico.
Pelle sottile, debole e fragile.
Teleangiectasie.

37. Xeroderma pigmentoso.3:
neoplasie
• Lesioni tumorali, determinate da un difetto del meccanismo di
riparazione del DNA, si sviluppano sul viso e sulle parti del corpo
esposte al sole, inclusi occhi, labbra e punta della lingua.
• I tre tumori cutanei più comuni (epitelioma basocellulare, spinocellulare
e melanoma) sono tutti presenti nello XP.
• più rari sono i sarcomi.
Meno del 40% dei pazienti sopravvive dopo i venti anni di età;
• soggetti con forma attenuata della malattia possono superare l'età media,
La prevalenza per altri tumori solidi (pricipalmente tumori cerebrali) è
10-20 volte quella della popolazione generale.

38. Xeroderma pigmentoso.4:
disturbi neurologici.
• Il 14- 40% dei pazienti presenta disturbi neurologici di gravità
estremamente variabile (sindrome piramidale, neuropatia
periferica);
• I disturbi neurologici più frequenti sono:
• Sordità,
• Microcefalia,
• Atassia cerebellare,
• Spasticità,
• Corea
• Ritardo mentale

39. Xeroderma pigmentoso.5:
eziologia
• Alterato meccanismo di riparazione del DNA.Alterato meccanismo di riparazione del DNA.
• Il difetto base dello XP è da ricercare nel sistema di
escissione-riparazione del nucleotide, NERNER, che determina
una alterata riparazione del DNA danneggiato dai raggi
ultravioletti.
• Nel soggetto colpito da XP le cellule (fibroblasti, linfociti,
ecc...) non riescono a riparare le lesioni provocate dai raggi
ultravioletti.
• Esistono otto tipi di Xeroderma Pigmentosum: ogni tipo è
caratterizzato da una alterazione di differenti geni del sistema
di riparazione del DNA (mutazioni dei geni XPA, ERCC3
(XPB), XPC, ERCC2 (XPD), DDB2 (XPE), ERCC4 (XPF),
ERCC5 , e POLH).

40. Xeroderma pigmentoso.6:
test UDS del sistema NER
• Il sistema NER può essere visualizzato e valutato al microscopio tramite ilIl sistema NER può essere visualizzato e valutato al microscopio tramite il
test di sintesi non prevista di DNA (UDS).test di sintesi non prevista di DNA (UDS).
• Analisi di complementazione tramite fusione cellulare hanno permessoAnalisi di complementazione tramite fusione cellulare hanno permesso
un’ulteriore classificazione genetica dello XP.un’ulteriore classificazione genetica dello XP.
• 7 differenti gruppi di complementazione, che rappresentano sette diversi7 differenti gruppi di complementazione, che rappresentano sette diversi
geni difettivi del sistema NER nello XP: XP-A, -B, -C, -D, -E, -F, e -G.geni difettivi del sistema NER nello XP: XP-A, -B, -C, -D, -E, -F, e -G.
• Inoltre un'altra classe di pazienti XP (XP variante) sembra essere difettosoInoltre un'altra classe di pazienti XP (XP variante) sembra essere difettoso
in un prodotto genico che nelle cellule normali permette la replicazionein un prodotto genico che nelle cellule normali permette la replicazione
semiconservativa di tratti della catena di DNA danneggiati (riparazionesemiconservativa di tratti della catena di DNA danneggiati (riparazione
postreplicativa). (C. Scriver et al., The Metabolic and Molecular Bases ofpostreplicativa). (C. Scriver et al., The Metabolic and Molecular Bases of
Inherited Disease, Seventh Edition).Inherited Disease, Seventh Edition).
• I geni per diversi tipi di XP sono stati clonati, e la loro attività include ilI geni per diversi tipi di XP sono stati clonati, e la loro attività include il
legame di fotoprodotti, l’elicasi e la endonucleasi. (De Vita, Hellman,legame di fotoprodotti, l’elicasi e la endonucleasi. (De Vita, Hellman,
Rosenberg. Cancer, 6th Edition)Rosenberg. Cancer, 6th Edition)

41. Molecular Genetics of Xeroderma Pigmentosum
Group
Locus
Name
Gene
Symbol
Chromosomal
Locus
Protein Name
A XPA XPA 9q22.3
DNA-repair protein
complementing XP-A cells
B XPB ERCC3 2q21
TFIIH basal transcription
factor complex helicase XPB
subunit
C XPC XPC 3p25
DNA-repair protein
complementing XP-C cells
D XPD ERCC2 19q13.2-q13.3
TFIIH basal transcription
factor complex helicase
subunit
E XPE DDB2 11p12-p11
DNA damage binding protein
2
F XPF ERCC4 16p13.3-p13.13
DNA repair endonuclease
XPF
G XPG ERCC5 13q33
DNA-repair protein
complementing XP-G cells
XP
variant
POLH 6p21.1-p12 DNA polymerase theta

42. Atassia-Telangectasia.1
• Talvolta chiamata sindrome di Luis-Bar, è stata descritta per la prima
volta da Sylaba e Henner nel 1926, assai prima della descrizione di Luis-
Bar nel 1941.
• Caratterizzata da: atassia cerebellare progressiva, che inizia
dagli 1 ai 4 aa di età, telangectasie della congiuntiva, frequenti
infezioni, immunodeficienza ed un aumentato rischio per lo
sviluppo di tumori maligni, in particolare leucemie e linfomi.
• I pazienti con A-T sono oltremodo sensibili alle radiazioni
ionizzanti.
• Ereditarietà autosomica recessiva (mutazione del gene ATM).
• Gli eterozigoti possono presentare un’aumentata possibilità di
sviluppare cancro.

43. Atassia-Telangectasia.2
• .
Model of differential effects of
ATM and ATR mutation in
neuronal vs dividing somatic
cells.
In neurons, ATM/ATR loss-of-
function manifests as cell death
and neurodegeneration.
In normally dividing cells such as
epithelial cells, the same
mutations can result in the
accumulation of additional
mutations with each successive
generation, eventually resulting
in cancer...
Abbreviations: ATM, ataxia-telangiectasia mutated; ATR, ataxia telangiectasia and Rad3 related;
BRCA1, breast cancer 1; NBS1, nijmegen breakage syndrome 1 (nibrin); Rad17, RAD17 homolog.
Yellow circles labeled with P denotes phosphorylation

44. Atassia-Telangectasia.3
Segni clinici
• AT tende a differenziarsi leggermente da famiglia a famiglia
negli ultimi stadi.
• Le caratteristiche principali includono: (a) atassia progressiva del
tronco e dell’andatura con esordio dal primo fino al terzo anno di
età; (b) alterazioni progressive del linguaggio; (c) aprassia
oculomotoria; (d) teleangectasia oculocutanea; (e) aumento
dell’alfa fetoproteina serica; (f) infezioni frequenti, per
immunodeficienza umorale e cellulare; (g) predisposizione alle
neoplasie, generalmente leucemia o linfoma; (h) ipersensibilità
alle radiazioni ionizzanti (sono quindi controindicate le dosi
convenzionali di radioterapia per la cura del cancro); (i)
traslocazioni reciproche che coinvolgono quasi esclusivamente i
cromosomi 7 e 14.
• Altre caratteristiche includono l’invecchiamento precoce e
anomalie endocrine.

45. Atassia-Telangectasia.4
Lesioni
A livello del sistema nervoso centrale sono presenti:
• gravi degenerazioni nella corteccia cerebellare;
• perdita delle fibre mielinizzate nelle colonne posteriori, nei tratti spino-
cerebellari e nei nervi periferici;
• alterazioni degenerative nelle radici posteriori e nelle cellule dei gangli del
sistema simpatico;
• perdita di cellule a livello delle corna anteriori del midollo spinale.
• In alcuni casi sono state riscontrate anomalie vascolari,
• Vi può essere anche una perdita di cellule pigmentate nella substantia nigra
e nel locus ceruleus ed inclusioni citoplasmatiche (corpi di Lewy) nelle altre
cellule (Agamanolis e Greenstein). Inclusioni intranucleari e strane
formazioni nucleari sono state registrate nelle cellule satellite (amficiti) dei
neuroni gangliari delle radici dorsali (Strich). (Adams et al. Principles of
Neurology. 2001)

46. Atassia-Telangectasia.5
Neuropatologia
• Caratteristica principale e maggiormente disabilitante dell’atassia
teleangectasia è l’atassia progressiva cerebellare.
• Poco dopo che il bambino ha iniziato a camminare, comincia a muoversi
barcollando. Entro i 10 anni d’età, essi sono generalmente costretti all’uso
della sedia a rotelle. L’atassia comincia a livello del tronco, ma nel giro di
alcuni anni coinvolge la coordinazione periferica.
• I riflessi tendinei profondi sono diminuiti o assenti nei pazienti meno
giovani mentre i riflessi plantari sono aumentati o assenti.
• Il linguaggio impacciato e l’aprassia oculomotoria vengono notate
precocemente.
• La scrittura viene interessata entro i 7-8 anni d’età.
• Gli spasmi mioclonici ed i tremori intenzionali sono presenti in circa il 25%
dei casi. Spesso viene lamentata ipersecrezione salivare.

47. Atassia-Telangectasia.6
Altre caratteristiche.
• La potenza muscolare è normale all’inizio, ma diminuisce con il non
utilizzo, soprattutto a livello delle gambe.
• La forza delle braccia rimane generalmente inalterata. Le contratture delle
dita delle mani e dei piedi sono comuni nei pazienti più anziani, ma
possono essere evitate tramite precisi esercizi.
• I pazienti con atassia teleangectasia possiedono normali capacità
intellettive, sebbene la lentezza delle risposte renda difficile la valutazione
tramite il test del QI rispetto al tempo.
• Molti pazienti hanno completato le scuole superiori con ottime valutazioni;
alcuni hanno completato il college o l’università.
• Certi pazienti sembrano avere un ritardo mentale minimo; la maggior parte
possiede buone capacità mnemoniche.

48. Atassia-Telangectasia.7
Teleangectasie
• La presenza di teleangectasia aiuta nella diagnosi.
• Localizzate nella congiuntiva, sulle orecchie, sopra il ponte del naso, nelle
fosse antecubitali e dietro le ginocchia, talvolta su tutto il corpo.
• Non compare prima dei 4-6 anni di vita
• Boder suppose che le teleangectasie comparissero in seguito
all’esposizione ai raggi ultravioletti, tuttavia ciò non spiegherebbe la loro
comparsa nelle zone dietro le ginocchia di alcuni pazienti.
• Circa il 5% dei pazienti con atassia teleangectasia non sviluppano mai
importanti teleangectasie e risultano essere i pazienti con sintomi più
lievi. Quasi in tutti i soggetti affetti vengono riscontrate chiazze caffè-
latte. (C. Scriver et al., The Metabolic and Molecular Bases of Inherited
Disease, Eighth Edition)

49. Atassia-Telangectasia.8
Radiosensibilità e tumori
• Le cellule dei pazienti e dei portatori eterozigoti, presentano una
aumentata sensibilità alle radiazioni ionizzanti, una deficitaria riparazione
del DNA e frequenti anomalie cromosomiche. (Nelson, Textbook of
Pediatrics, XVI Edition).
• Predisposizione allo sviluppo di neoplasie Nel corso della loro vita, il 38%
dei pazienti omozigoti con atassia teleangectasia sviluppa una neoplasia.
• Circa l’85% di queste neoplasie sono leucemie o linfomi. Nei pazienti più
giovani, la leucemia linfocitica acuta è di origine T-cellulare, sebbene sia
stata osservata anche quella di origine pre-B.
• Le cellule leucemiche spesso contengono una traslocazione e/o una
inversione che coinvolge il complesso per il gene della catena alfa del
recettore delle cellule T, localizzato nel cromosoma 14q 11-12

50. Atassia-Telangectasia.9
Rischio tumori
• Poiché i pazienti con atassia teleangectasia tendono oggi a vivere più a
lungo, vengono osservate anche neoplasie non linfoidi.
• Diversi pazienti hanno sviluppato cancro mammario e melanoma,
alcuni il cancro gastrico e ovarico.
• Anche nei soggetti eterozigoti per atassia teleangectasia sembra
esistere una predisposizione allo sviluppo di neoplasie.
• E’ stata riportata una incidenza maggiore di cancro mammario nelle
donne eterozigoti per atassia teleangectasia degli Stati Uniti, Regno
Unito e Norvegia.
• Le neoplasie più frequentemente riscontrate negli eterozigoti per
l’atassia teleangectasia sono: il cancro mammario, tracheobronchiale,
polmonare, gastrico, prostatico, il melanoma ed il cancro della
cistifellea.

51. Atassia-Telangectasia.10
Eziologia
• L’atassia teleangectasia, come lo xeroderma pigmentoso e la
sindrome di Cocayne, viene attribuita ad una alterazione del
sistema di riparazione del DNA. (Adams et al. Principles of
Neurology. 2001).
• Il gene mutato responsabile di questo difetto (ATM) è stato
mappato nel braccio lungo del cromosoma 11 (11q22-23) ed
è stato clonato.
• Il prodotto di questo gene è una protein-chinasi DNA
dipendente localizzata per lo più nel nucleo.
• Essa è coinvolta nella trasduzione del segnale mitogenico,
della ricombinazione meiotica e nel controllo del ciclo
cellulare. (Nelson, Textbook of Pediatrics, XVI Edition)

52. Atassia-Telangectasia.11:
gene ATM• A-T è un disordine complesso che comprende sindromi da
difetto dei processi di riparazione del DNA,
immunodeficienza, disordini neurologici, sindrome da
instabilità cromosomica, abnorme radiosensitività,
predisposizione a sviluppare cancro.
• La proteina ATM controlla il ciclo cellulare e svolge un
ruolo importante nella protezione del genoma.
• ATM regola l’attività di geni “tumor suppressor” come TP53 e
BRCA1, importanti nella predisposizione in alcuni tipi di
cancro.
• ATM svolge un ruolo importante nello sviluppo del sistema
nervoso, per quel che riguarda il differenziamento delle cellule
staminali, e per l’eliminazione delle cellule post-mitotiche
danneggiate.

53. Atassia-Telangectasia.12

54. Atassia-Telangectasia.13:
proteina ATM
• ATM appartiene ad una famiglia di proteine (di cui fanno parte anche
DNA-Pk e mTOR), conservata dal lievito all’uomo, che regola i punti di
controllo del ciclo cellulare (CHECKPOINTS) ed è coinvolta nella
riparazione e ricombinazione del DNA.
• I pazienti con A.T. presentano anomalie nelle risposte alle radiazioni
ionizzanti, alterazioni dei checkpoints ed incremento delle rotture
cromosomiche e dei telomeri.
ATM è una proteina di 350kDa che:
• contiene un dominio a cerniera di leucine;
• ha un dominio chinasico C- terminale omologo al dominio catalitico di
PI3K;
• ha una subunità catalitica p110 simile a DNA-PKα;
• è localizzata soprattutto nel nucleo, ma è stata ritrovata anche in
vescicole citoplasmatiche.

55. Funzione della proteina ATM
• ATM è regolatore dei checkpoints del ciclo cellulare.
• Le radiazioni ionizzanti attivano ATM che fosforila p53, ( la frequenza di
fosforilazione diminuisce in pazienti con deficit di ATM ).
• p53- attivato induce p21 (conosciuto anche come WAF1 o CIP1 ), che a
sua volta inibisce la cic.E e la cdk2, importanti per la progressione del
ciclo cellulare da G1 a S.
• Anche in fase S il ciclo si blocca in seguito a danni al DNA. Si è visto
che le cellule mancanti di ATM hanno difficoltà ad arrestare la sintesi del
DNA dopo l’esposizione a radiazioni ionizzanti.
• ATM, in questa fase, vede come potenziale substrato, identificato in
vitro, la proteina p95, detta anche NBS1.
• Un altro componente di complesso è BRCA1, che partecipa al pathway di
segnalazione.
• Un’altra possibile via prevede l’attivazione di CHK2 da parte di ATM .
• Anche l'arresto in G2 può avvenire attraverso due vie, in cui ruoli primari
sono coperti da ATM,

56. ATM
• La proteina ATM si associa con il DNA, con particolare affinità
per le estremità terminali, suggerendo che potrebbe agire come
sensore primario di rottura del doppio filamento di DNA.
• In presenza di danno al DNA, ATM è in grado di fosforilare una
varietà di proteine target e di attivare diverse cascate di segnali

57. Proteina ATM

58. Azione di ATM
In risposta alla
rottura del doppio
filamento di DNA,
ATM interagisce
con molte proteine
con il risultato di
indurre l’arresto
del ciclo cellulare,
aumentare la
riparazione del
DNA ed inibire
l’apoptosi.