Malattie Genetiche, Diagnosi e Terapia Genica

Anche un solo aminoacido mutato in una proteina può causare alterazioni molto importanti nella sua struttura secondaria, terziaria o quaternaria, tali da compromettere la funzione stessa della proteina. Vediamo ora le malattie genetiche causate da mutazioni puntiformi.

Nell’anemia falciforme si ha la mutazione della β– globina, che è una delle componenti proteiche dell’emoglobina adulta. L’alterazione genica sulla β – globina fa sì che una glutammina venga convertita per effetto della mutazione, in una valina. Quindi il risultato è che un aminoacido polare (come la glutammina) viene convertito in un aminoacido non polare (come la valina).

Questo fenomeno ha una ricaduta molto importante sulla solubilità della proteina e sulla sua funzionalità. Infatti, mentre il globulo rosso normale ha la forma di un disco biconcavo, il globulo rosso “falciforme” è a forma di falce, poiché la β-globina mutata, che contiene la valina, precipita nel globulo rosso dandogli questa forma.
Questo pregiudica in parte la sua capacità di scambiare i gas e, inoltre, le cellule falciformi non passano facilmente attraverso i capillari di piccolo calibro, causando blocchi del flusso sanguigno e agglomerati di globuli rossi, che causano una minore ossigenazione dei tessuti.
Possono anche formarsi dei trombi di globuli rossi, quindi fenomeni di ostruzione dei capillari. Inoltre questi vengono distrutti più precocemente dai sistemi di cleanens delle cellule emopoietiche, cioè da quel sistema che funziona per eliminare le cellule emopoietiche vecchie o danneggiate.
Questo sistema consiste nel sequestro di globuli rossi dalla forma alterata o comunque senescenti da parte di capillari specifici (che si trovano nella milza e nel fegato).
Questi globuli rossi falciformi vengono trattenuti precocemente, questo causa una certa anemia, ovvero una carenza di globuli rossi. È dunque una sindrome autosomica recessiva dovuta all’alterazione genica di una glutammina in valina (sulla β-globina), porta ad un’anemia che può essere curata con trasfusioni o idrossiurea (che è un farmaco che induce l’espressione dell’emoglobina fetale, che è più affine all’ossigeno dell’emoglobina dell’adulto, in questi pazienti che non sono in grado di produrre un’emoglobina adulta efficace funzionalmente, è utile indurre l’emoglobina fetale, che anche se ha una maggiore difficoltà nell’adulto a cedere ossigeno ai tessuti, è comunque una terapia che può essere d’aiuto).

La fenilchetonuria o PKU è una malattia autosomica recessiva dovuta ad una deficienza enzimatica, in particolare si ha la mutazione di un gene che codifica per l’enzima coinvolto nel metabolismo della fenilalanina. Fisiologicamente l’enzima fenilalanina idrossilasi converte la fenilalanina a tirosina, in mancanza di questo enzima, la fenilalanina assunta dalla dieta viene convertita in composti tossici chiamati fenilchetoni, tra cui il più tossico è l’acido fenilpiruvico. I danni all’organismo sono dati appunto, dall’accumulo di questo acido fenilpiruvico nelle cellule nervose. I sintomi sono legati all’accumulo dell’acido fenilpiruvico nei neuroni, che nel corso di molti anni porta ad un danno delle cellule cerebrali e quindi ad un ritardo mentale progressivo.


Questa è una malattia congenita, ma che si manifesta in età adulta, quindi il pericolo è di non sapere di essere malati, e quindi condurre una vita normale e rischiare di trasmettere alla progenie la malattia. Come terapia c’è bisogno di una dieta priva di carne, pesce, latte e derivati, pane, nocciole, dunque priva di fenilalanina. Esiste anche uno screening neonatale che si fa sui neonati (screening per le malattie metaboliche), inoltre per le donne affette da PKU è importantissimo seguire una stretta dieta prima di incominciare una gravidanza, per evitare di danneggiare il cervello del feto.

La fibrosi cistica è la malattia genetica ereditaria più comune nella popolazione caucasica, tra i bambini affetti da questa malattia, solo 1 su 2500 nascono vivi. È una malattia autosomica recessiva dovuta alla mutazione del gene CF, che codifica per una proteina chiamata CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator), che è un canale ionico, in particolare è un canale del cloro AMPciclico dipendente con funzione di regolazione della funzione di altri canali, in particolare per il sodio.
L’affetto di questa patologia risente di uno squilibrio ionico a livello della membrana apicale (che deve fare gli scambi ionici e acquosi) delle cellule epiteliali delle vie aeree, del pancreas, dell’intestino, delle ghiandole sudoripare e dei vasi deferenti. Lo squilibrio ionico è causato da un’alterazione nella secrezione da parte delle cellule epiteliali di ioni cloro e un conseguente maggior riassorbimento di sodio e acqua, con produzione di muco estremamente denso.
Questa è la causa di morte, infatti le cellule cigliate epiteliali delle vie respiratorie, in presenza di questo muco molto denso, sono incapaci di espellerlo, quindi il muco si accumula, diventa particolarmente denso e si infetta (perché i batteri che normalmente vengono espulsi assieme al muco, rimangono all’interno).
L’infezione bronchiale cronica determina una progressiva distruzione del parenchima polmonare ed una situazione di infiammazione cronica. Tutto questo provoca, oltre a difficoltà respiratorie, progressivamente anche la fibrosi, cioè la sostituzione delle cellule epiteliali dell’albero respiratorio con fibroblasti da parte del nostro organismo perché viene attaccato dal nostro sistema immunitario. Quindi l’epitelio polmonare viene progressivamente distrutto.
La respirazione, ovviamente, diminuisce fino a diventare insufficiente. Giornalmente i pazienti devono subire trattamenti di fisioterapia per espellere il muco, il quale si accumula nelle vie respiratorie (pressione gentile del torace). Si fanno anche trattamenti con la Dnasi, che è un enzima che tende a ridurre la viscosità del muco. Comunque sia i pazienti affetti da fibrosi cistica non raggiungono mai la maggiore età.

Il Morbo di Tay-Sachs è una malattia autosomica recessiva dovuta a deficit dell’enzima esosaminidasi A, che provoca l’accumulo del ganglioside GM2 nelle cellule cerebrali. Il gene che causa la malattia si trova sul quindicesimo cromosoma. Questa malattia provoca un ritardo psicomotorio, un ipotonia, e in alcuni casi megalencefalia (testa molto grande) e sussulti associati a forti rumori, con la morte entro cinque anni. Attualmente non c’è nessuna terapia per risolvere questa malattia.

La Malattia di Hungtinton, detta anche Corea di Hungtinton, è una malattia autosomica dominante, che porta alla mutazione della “hungtintina“, proteina a funzione ignota (sul braccio corto del quarto cromosomi). Come alterazione genica abbiamo una ripetizione di alcune triplette, in particolare di triplette CAG, che codificano per l’acido glutammico, che normalmente in questo gene sono ripetute da 11 a 34 volte, mentre nel malato vengono ripetute fino a 150 volte. La malattia si presenta tanto più precocemente tanto è maggiore il numero delle ripetizioni. La proteina mutata nei neuroni si lega alle acetiltrasferasi, inibendole ed inibendo l’attivazione della trascrizione nelle cellule cerebrali. La malattia è caratterizzata dalla formazione di inclusioni intranucleari ed aggregazione proteica che causano, appunto, la distruzione dei neuroni. Ne riscontriamo i sintomi dai 30-40 anni, in età fertile, con movimenti ipercinetici, deterioramento delle facoltà mentali e morte. Per questa malattia esistono dei test genetici specifici per vedere il numero di ripetizione della hungtintina. Al momento non esiste nessun tipo di terapia.

L’Ipercolesterolemia familiare è una malattia autosomica dominante, di cui esistono due forme principali, la forma eterozigote e omozigote, che è molto più grave. La colesterolemia si ha con 650-1000 mg/dl, mentre la soglia stabilita per la normalità è 200 mg/dl totale, con HDL ed LDL, mentre nella patologia abbiamo soprattutto LDL. Questo porta alla formazione di placche all’interno dei vasi sanguigni (placche arteriosclerotiche, che restringono il calibro di vasi e di arterie molto importanti come la carotide, le coronarie e l’aorta) e a gravi problemi cardiocircolatori, anche in età precoce. Abbiamo una mutazione del gene del recettore delle LDL, il recettore è prodotto in quantità insufficiente oppure è del tutto assente (negli omozigoti). Il deficit del recettore fa sì che le LDL si accumulino nel sangue ed innalzino la colesterolemia. Come terapia viene indicata una dieta povera di colesterolo e l’assunzione delle statine (inibitori dell’ HMG-CoA reduttasi, quindi inibiscono la sintesi del colesterolo).

L’Emofilia A è una malattia recessiva del cromosoma X, dovuta ad una deficienza del Fattore VIII della coagulazione. Senza questo fattore VIII la coagulazione non avviene. La sintomatologia prevede delle emorragie anche per piccole ferite, che richiedono un intervento medico, mentre per curare la malattia vengono fatte delle trasfusioni del Fattore VIII. I maschi sono emizigoti per il fattore VIII, quindi sono malati anche se presentano un solo allele malato. Questa malattia si trasmette allo stesso modo del daltonismo, che abbiamo già trattato.

Per tutte queste malattie sono in corso tentativi di terapia genica, in cui viene introdotto nell’organismo un vettore virale modificato, che porta ed esprime, nelle cellule del paziente precedentemente isolate, il gene sano che si vuole fare esprimere, il quale poi va a compensare la deficienza che geneticamente è presente nelle cellule dell’individuo. Qualche anno fa queste terapie geniche hanno avuto una battuta d’arresto per il fatto che alcuni di questi vettori virali si vanno ad integrare nel genoma umano in zone pericolose, causando la cosiddetta mutazione inserzionale e si comportano come virus oncogeni di tipo lentamente trasformante. Questo è successo, per esempio, in pazienti curati per una determinata immunodeficienza genetica che sono stati curati, dopo un paio di anni hanno sviluppato una leucemia, dato che il vettore virale era andato ad inserirsi in un gene importante per il differenziamento emopoietico. Si sta lavorando per l’individuazione di virus più sicuri, che cioè non vadano ad inserirsi in regioni del genoma umano capaci di causare neoplasie. Si sta cercando di individuare i siti di inserzione di questi virus, si sta cercando di discriminare la strategia più sicura da utilizzare e che non causi appunto mutazioni inserzionali.

La diagnosi prenatale è un argomento molto importante per la prevenzione di malattie genetiche. Attraverso, per esempio, l’amniocentesi è possibile diagnosticare sindromi cromosomiche e anche una malformazione del sistema nervoso che è la spina bifida.

L’amniocentesi è un prelievo del liquido amniotico fatto in maniera ecoguidata per cercare di non danneggiare il feto, per via transaddominale (viene perforato l’addome della madre e si entra in cavità uterina con un ago). Viene aspirata una certa quantità di liquido amniotico, che contiene un certo numero di cellule di sfaldamento del feto. Quindi è possibile studiare il cariotipo e delle eventuali malattie a carico di alcuni geni del feto, perché dal liquido amniotico si riescono ad isolare le cellule di sfaldamento del feto, chiamate amniociti.
Questi amniociti, dopo il prelievo, vengono messi in coltura, dove richiedono circa tre settimane per raggiungere un numero sufficiente per vedere un cariotipo e per essere proliferanti (dato che il cariotipo lo si fa su cellule in metafase). L’amniocentesi si fa quando si ricercano malattie cromosomiche, quindi ad esempio se in famiglia sono presenti aberrazioni cromosomiche e se l’età della madre supera i 35 anni (più la madre è anziana, più è facile che si verifichi una non-disgiunzione meitica e quindi la formazione di uno zigote che porta trisomie).
Quando, invece, ci sono in famiglia malattie genetiche, gli amniociti vengono utilizzati, oltre che per il cariotipo, anche per l’analisi mutazionale di questi geni. Quindi dagli amniociti viene estratto il DNA e dal DNA viene sequenziato il gene target della malattia che si vuole escludere. Ma normalmente questa analisi molecolare non viene fatta se non ci sono casi in famigliari di primo grado.
La diagnosi di spina bifida si può fare perché il liquido amniotico contiene anche una parte di liquido acellulare, che contiene delle proteine, si è visto che un aumento della proteina che si chiama α-fetoproteina è altamente indicativo di una sindrome cromosomica (come la sindrome di Down) oppure di spina bifida.

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Quindi durante l’amniocentesi viene dosata anche la α-fetoproteina. Il problema dell’amniocentesi è che presenta un rischio di aborto che è legato alla manovra meccanica della perforazione dell’utero. Oggi questo rischio è dell’1 % o del 2 %, che è comunque un rischio basso considerando le percentuali di aborto nel primo trimestre (15 – 17 %). Però è comunque alto per un’indagine che nella maggior parte dei casi dà risultati negativi.
Quindi oggi si sta cercando di sostituire l’amniocentesi con altri esami, ma ancora non ci si è riusciti. Per esempio si utilizza il sangue della madre, che contiene alcune cellule del feto, che possono essere cariotipizzate. Oppure ci sono dei test biochimici sul dosaggio dell’α-fetoproteina nel siero della madre, che è sempre indicatore di malattie cromosomiche o di spina bifida. Quindi quando non si vuole fare come primo tentativo l’amniocentesi, è possibile effettuare questi test, se danno come risultato un certo grado di probabilità di malattia, allora si procede con esami più invasivi come l’amniocentesi. L’amniocentesi però ha anche un altro problema, cioè che viene fatta tra la quindicesima e la ventunesima settimana di gestazione: prima non si può fare perché il numero di amniociti è insufficiente, dopo è troppo tardi per prendere la decisione di interrompere la gravidanza.
Comunque la risposta dell’amniocentesi viene data dopo tre settimane dal momento del prelievo. E’ quindi molto importante effettuare il prelievo il prima possibile, dal momento che dopo il primo trimestre l’aborto non viene più consentito tramite le semplici tecniche di aspirazione, ma richiede l’induzione del parto e a volte nascono anche bambini vitali. Quindi più si va avanti e peggio è.

Per anticipare la diagnosi di malattie genetiche, c’è anche la possibilità di fare un’indagine più precoce che è la villocentesi, che consiste nel prelievo dei villi coriali, che si effettua entro il primo trimestre di gravidanza, alcune settimane prima dell’amniocentesi. Quindi o per via transvaginale (attraverso il canale cervicale dell’utero) oppure per via transaddominale ecoguidata, si aspirano i villi coriali (che sono parte degli annessi embrionali e quindi hanno la stessa costituzione genetica del feto) e si analizzano per cariotipo oppure si sequenzano i geni target delle malattie genetiche che il feto può presentare.

La diagnosi pre-impianto, invece, è una possibilità che è vietata in Italia e che è stata molto discussa. Consiste in una diagnosi di malattia prima dell’impianto dell’embrione nell’utero. Quindi i genitori che hanno forti probabilità di produrre un embrione malato decidono di fare questa diagnosi preimpianto. Si sottopongono a fertilizzazione in vitro, quindi ovulo e spermatozoo vengono messi a contatto in vitro, si creano numerosi embrioni in vitro e questi embrioni, quando sono allo stadio di otto cellule, vengono analizzati prelevando un paio di cellule da ognuno, la cui mancanza non pregiudica poi uno sviluppo normale dell’embrione stesso. Queste cellule vengono analizzate per la presenza di anomalie. In questo caso la finalità è quella di impiantare nell’utero della madre solo embrioni sani. Purtroppo però c’è chi ha usato la diagnosi preimpianto per avere un maschio o una femmina, e questo è un grave problema etico.

Tutte le analisi che sono appena state descritte sono consigliate da un medico che è un genetista e che si chiama consulente genetico, che viene consultato dalle coppie che vorrebbero figli o che sono già in attesa di figli, che vorrebbero avere un consiglio. Quindi il genetista fa l’albero genealogico della famiglia nel caso siano già presenti casi di alterazioni cromosomiche o di malattie genetiche, oppure consiglia l’amniocentesi nel caso di una madre anziana, oppure dà ai genitori le probabilità che esistono di avere un figlio con sindrome di Down. Quindi dà ai futuri genitori le probabilità che il loro figlio nasca con una determinata malattia. Poi ovviamente quello che viene dopo sarà una scelta personalizzata di ogni coppia.

Lo screening genetico, invece, è postnatale ed è molto importante per la prevenzione dei danni di quelle malattie genetiche di cui è possibile, se diagnosticate precocemente, almeno parzialmente inibire i danni, come la PKU o l’anemia falciforme. Nei neonati quindi viene fatto questo screening genetico per malattie metaboliche e genetiche, per sapere alla nascita se il neonato è portatore della malattia ed intervenire tempestivamente con le cure che si hanno a disposizione. Viene anche effettuato negli adulti ed è utile per sapere se la persona è portatrice di malattie genetiche recessive e quindi dare alla persona la consapevolezza di poter trasmettere e in quale misura una determinata malattia genetica alla prole.