Appunti - Biochimica - Classificazione delle emoglobinopatie - a.a. 2015/2016 PDF

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Classificazione delle emoglobinopatie Le emoglobinopatie possono essere classificate in:  Talassemie, nel caso in cui c’è la perdita o un decifit di una delle catene globiniche. Si differenziano: o Le α tassalemie o Le β tassalemie o Le δβ tassalemie o Le γδβ tassalemie.  Emoglobinopatie dovute a varinati strutturali, in cui la sostituzione di un amminoacido o altre modifiche possono influenzare la struttura dell’Hb. Alcuni esempio sono: o L’ HbS, dovuta alla sostituzione del β6-Glutammato con β6-Valina. Il glutammato in posizione 6 essendo un amminoacido polare è posizionato sulla superficie della proteina, la sua sostituzione con un amminoacido apolare determina la formazione di interazioni intermolecolari idrofobe tra le molecole di Hb, formando degli aggregati, responsabili del cambio della morfologia dei globuli rossi, che assumono la cosìdetta forma “a falce”. La patologia determinata dall’HbS prende il nome di anemia falciforme ed è una malattia autosomica recessiva. o HbC, dovuta alla sostituzione del β6-Glutammato con β6-Lisina, che provoca anemia, peggiorata se si verifica in eterozigosi con HbS. o Hb Lepore, prodotta da un patchwork (miscuglio) tra i geni globinici beta e delta. Perciò viene prodotta una catena globinica beta variante, che risulta in parte catena beta e in parte catena delta. La catena variante però viene prodotta in quantità ridotta producendo un quadro clinico di tipo βtalessimico.

Il cluster dei geni (ovvero il gruppo di geni che codificano per proteine simili) delle α globine è rappresentano in direzione 5’ -> 3’ dal gene ζ, dallo pseudo gene φζ, dallo pseudo gene φα2, dallo pseudo gene φα1 e infine dai geni α2 e α1. La catena globinica ζ, sostituisce la catena α per un periodo della vita intrauterina, ma già prima della nascita viene sostituita con le α globine. I geni che codificano per le α globine come si può vedere sono due, ma entrambi danno origine alla stessa identica catena polipeptidica, l’unica differenza sta nel livello di espressione, quindi sono diverse le regioni regolatrici ma il prodotto è identico.

Con il termine “pseudo gene” si intende una sequenza di nucleotidi simile ad un gene, ma priva di alcuna espressione all’interno della cellula.

Il cluster dei geni delle β globine o meglio è meglio definirlo dei geni “non α”, perché nella vita fetale abbiamo l’espressione di diversi geni “non α”: si parte dalle prime settimane di vita con l’espressione del gene ε, la quale espressione viene poi man mano diminuita mentre aumenta l’espressione dei geni γ, che sono due geni: Gγ e Aγ, che differiscono per un solo amminoacido, in uno c’è la glicina, nell’altro l’alanina. A seguire nel cluster troviamo uno pseudo gene φβ, poi il gene δ, che pure si esprime nella vita adulta in percentuali minori rispetto al gene β.

Nel grafico è possibile osservare esattamente tutto quello descritto teoricamente.

Si vede come nelle prime settimane di gestazione viene espresso il gene ζ per quanto riguarda le catena α globiniche e come l’espressione di questo gene viene man mano diminuita mentre in contemporanea viene aumentata l’espressione dei geni α, che dura poi per tutta la vita postnatale. Per i geni “non α”, nel grafico non è indicata l’espressione di ε, ma si sa che questo gene viene espresso nelle primissime settimane di gestazione, per poi lasciare il posto all’espressione dei geni γ che persiste per tutto il periodo di vita intrauterina. Al momento della nascita l’espressione dei geni γ viene già diminuita e aumenta invece l’espressione del gene β. Già qualche settimana prima della nascita comincia ad essere espresso anche il gene δ, che mantine la sua espressione anche nella vita post natale ma a livelli nettamente inferiori rispetto all’espressione del gene β. Dal momento che c’è un cambio nell’espressione dei diversi geni delle catene globiniche e c’è anche una coespressione di più geni diversi, possiamo distinguere diverse molecole di Hb:  Le Hb dell’età embrionale: Di Gowers (ζ2ε2), Di Portland (ζ2γ2) Di Gowers II (α2ε2)

 Le Hb dell’età fetale: HbF (α2γ2)  Le Hb dell’età adulta: HbA (α2β2) che forma il 98% dell’Hb totale. HbA2 (α2δ2) che forma il 2% dell’Hb totale.

Talassemie Abbiamo già detto che le talassemie sono caratterizzate da un difetto nell’espressione delle catena α o β. Se il difetto è a carico delle catene β si hanno allora le βtalassemie, in cui si può riscontrare un rapporto α/β diminuito e quindi l’espressione di β è ridotta. Generalmente le βtalassemie sono dovute a mutazioni puntiformi. Possiamo distinguere due tipi di mutazione: β+, quando la sintesi della catena è sono ridotta e β0 quando la mutazione sopprime completamente l’espressione dell’allele. In entrambi casi si ha uno squilibrio che può essere più o meno rilevante, infatti possiamo distinguere diversi tipi di βtalassemia, che sono classificate nella tabella che segue in base al genotipo e al fenotipo che si manifesta.

★ Questo genotipo non è dovuto a nessuna mutazione dell’allele β, ma ad una

triplicazione dell’allele α.

Per cui le βtalessiemie sono molto eterogenee. Esempio:

Analizziamo i valori dell’emocromo di un maschio adulto. Se leggiamo la tabella possiamo vedere che il MCV è inferiore rispetto ai parametri normali, parliamo quindi di microcitemia, inoltre se guardiamo il MCH, notiamo che è al di sotto dei parametri normali, quindi questo individuo presenta piccoli globuli rossi, con un basso contenuto di Hb. Tra l’altro già se guardiamo la quantità dei globuli rossi e la quantità di Hb, si vede che c’è uno squilibrio: i globuli rossi sono superiori ai valori normali, ma l’Hb si mantiene giusto nei valori. La microcitemia può essere dovuta a diverse cause, di solito alla diminuzione di ferro, però una mancanza di ferro non porta mai ad un valore così basso di MCV e quindi già questo ci fa sospettare di una possibile emoglobinopatia. Perciò utilizziamo la cromatografia per continuare ad indagare.

L’area totale dei vari picchi del cromatogramma (risultato della cromatografia ad alta performanza) corrisponde a circa 20.000 di unità di tetrameri di Hb. L’Hb si dissocia nelle varie componenti e a questo sono dovuti i vari picchi. Il picco più alto è dovuto all’ Hb α2β2 e corrisponde giustamente a circa l’80%. Il picco che esce a poco prima di un minuto è sempre dovuto all’ Hb α2β2 ma che ha passato molto tempo a contatto con il glucosio perciò lo zucchero reagisce spontaneamente con le regioni terminali delle catene β per formare la così della Hb glicosilata. Però vediamo anche un picco di HbF, che normalmente dovrebbe essere 0 nell’adulto, ma si tollerano fino ad un valore di 2%, in questo caso il valore è superiore. L’ultimo picco è dell’Hb α2δ2 che normalmente dovrebbe variare tra valori di 2%-3%, qui è di una valore di 5.5%, quindi superiore. Questi risultati, di un’altra % di Hb α2δ2, di HbF, accompagnai da una basso MCV e un basso MCH ci permettono di eseguire una diagnosi di βtalassemia. Nel caso di bambini è il caso di indagare anche sul genotipo dei genitori, per rendersi conto che tipo di βtalassemia è presente, dato che abbiamo visto possono essere molte e diverse.

Nel caso delle αtalassemie, di solite queste sono associate a grosse delezioni. Cromosomi con delezioni di tipo α+ portano ad una diminuita sintesi delle catene αglobiniche; cromosomi con delezioni di tipo α0 portano ad un assenza di catene αglobiniche. Ci sono due loci genici per le catene α, che diventano quattro nelle cellule diploidi, due di origine materna e due di origine paterna. La gravità

clinica dell'alfa talassemia è inversamente proporzionale al numero di catene α; più ne mancheranno, peggiori saranno le manifestazioni cliniche. Nell'analisi del genotipo il segno "-" indica un gene assente e la lettera greca "α" indica un gene presente. Se mancano uno o due alleli α, allora il quadro clinico si sovrappone a quello della βtalassemia minor; se mancano tre alleli α, il quadro clinico si presenta con un anemia ipocromica (ovvero globuli rossi con una basso contenuto di Hb) e splenomegalia, se mancano quattro alleli α, la situazione è incompatibile con la vita.

Varianti dell’emoglobina. Sono state identificate oltre 900 varianti dell’Hb. A seconda della variazione, possono provare:  Instabilità nella struttura;  Aumentare o diminuire l’affinità dell’Hb per O2;  Aumentare la velocità dell’ossidazione del F2+ a Fe3+. Esempi:  HbS, dovuta alla sostituzione del β6-Glutammato con β6-Valina. Il glutammato in posizione 6 essendo un amminoacido polare è posizionato sulla superficie della proteina, la sua sostituzione con un amminoacido apolare determina la formazione di interazioni intermolecolari idrofobe

tra le molecole di Hb, formando degli aggregati, responsabili del cambio della morfologia dei globuli rossi, che assumono la cosìdetta forma “a falce”. La patologia determinata dall’HbS prende il nome di anemia falciforme ed è una malattia autosomica recessiva.

I sintomi clinici legati prevalentemente ai casi di omozigosi sono: anemia emolitica cronica, asplenia (infarti splenici), fenomeni vaso-occlusivi (principale causa di morte).  Hb Cowtown, dovuta ad una sostituzione della βIstidina 146 con la βLeucina 146, per cui viene destabilizzata la conformazione T e aumenta l’affinità dell’Hb per l’O2, questo causa nei tessuti periferici un minor rilascio dell’O2.  HbIwate, sostituzione dell’ αHis 87 con la αTyr, questa istidina è l’istidina prossimale F8 delle catene α e ciò determina una maggiore velocità dell’ossidazione del Fe2+ a Fe3+.  HbHide Park, la mutazione è la stessa della precedente, nel senso che coinvolge l’istidina prossimale βIstidina 92 che viene sostituita con la βTirosina e il danno è lo stesso.  HbBoston e HbSaskatoon, che analogamente alle ultime due sono caratterizzate dalla mutazione, questa volta, dell’istidina distale: nel primo caso αHis 58 con una αTyr, nel secondo caso βHis 63 con una βTyr....