Le informazioni che seguono sono state tradotte dal sito http://www.supporting-cdkl5.co.uk

CelltoDNA1

Come funzionano i geni

Per capire come le mutazioni genetiche causano malattie come la sindrome CDKL5 vale la pena di capire le basi del funzionamento dei geni. I geni sono contenute all’interno del nostro DNA. Un gene è il “modello” per creare una proteina ed è composto di una catena di basi o coppie di basi. Ci sono 4 basi utilizzate nel DNA, adenina, citosina, guanina e timina. Essi sono spesso indicati come coppie di basi perché nel DNA esistono in coppie, adenina si appaia sempre con timina, guanina con citosina. Questo è stato uno dei risultati chiave che hanno portato alla scoperta della struttura del DNA da Crick e Watson nel 1953.

DNAtoProtein1Un gene è una sezione specifica di DNA che codifica per una proteina. Una proteina è costituita da una catena di amminoacidi; ogni 3 coppie di basi si ha ciò che è chiamato un codone. Il codice viene convertito in una proteina tramite l’RNA. Se il gene è il “modello” allora l’RNA è il “template” che viene preso dal gene e usato per fare la proteina.
Il modello di RNA è preso dal DNA, attraverso un processo chiamato trascrizione. Una struttura chiamata ribosoma (una sorta di fabbrica di proteine) poi legge il modello di RNA e lo usa per costruire una catena di aminoacidi attraverso un processo chiamato di traduzione – e oplà, si ottiene una proteina!splicing

Proprio come una frase è fatta di parole e spazi tra le parole, così un gene è costituito da esoni (le parole) e introni (gli spazi). Quando il codice genetico viene letto e convertito in una proteina, gli introni vengono rimossi e gli esoni uniti insieme per produrre il codice genetico che alla fine viene letto per produrre la proteina. Quello che è interessante, tuttavia, è che gli spazi tra le parole (introni) sono in realtà molto più lunchi delle parole (esoni) stesse.
Così             un             gene             potrebbe            essere             simile            a             questo.
Inoltre, è possibile che gli introni in realtà contengano informazioni importanti su come il gene, o anche un altro gene lungo la catena del DNA, viene letto e convertito in una proteina.
cdkl5Genome
Il gene CDKL5

Il gene CDKL5 contiene 24 esoni compreso l’esone 16b che si trova fra gli esoni 16 e 17. I 24 esoni includere esoni 1, 1a e 1b che non sembrano contribuire direttamente alla struttura della proteina in quanto non sono tradotti. Ci sono quindi 21 esoni (esoni da 2 a 21 – incluso l’esone 16b) che codificano per la proteina. E’ noto che la proteina può esistere in almeno 4 forme diverse e che la proteina CDKL5, importante nel cervello umano, può essere codificata soltanto dagli esoni successivi al 18. Gli esoni dal 2 a 11 codificano per il dominio della chinasi della proteina, e anche se sembra che ci sia qualche evidenza dalla letteratura che mutazioni in questa parte del gene potrebbero produrre fenotipi più gravi, la situazione è tutt’altro che chiara. Ci sono altri meccanismi – i cosiddetti fattori epigenetici – che possono potenzialmente avere un ruolo da svolgere nella gravità del fenotipo prodotto.

E così le mutazioni…

L’ordine delle coppie base è essenziale per la formazione della proteina. Una mutazione può alterare l’ordine delle coppie base in modo che la sequenza di amminoacidi diventa sbagliata. Di conseguenza la proteina non verrà prodotta correttamente e pertanto non funzionerà correttamente. Gli studi iniziali sulle ragazze con CDKL5 hanno identificato mutazioni definite come delezioni di singole basi (una base è effettivamente una lettera nella frase che è il codice del gene), e le traslocazioni cromosomiche (un riarrangiamento di lettere).

Così, per esempio …..
“La lunga e tortuosa strada” – una delezione di e causa lo slittamento di tutto quello che c’è dopo (un cosiddetto frameshift) e dà
“La lunga t ortuosas trada!”

“E’ stata una notte dura e ho lavorato come un cane” – Una traslocazione dà
“E’ stato un cane duro e ho lavorato come una notte”

In entrambi i casi la mutazione ha modificato l’ordine del gene o frase causando la perdita del senso e la funzione voluta.

Mutazioni comuni in CDKL5 sono le sostituzioni. Così…
“Guidare la mia macchina” potrebbe diventare “Guidare il mio gatto”
Questa è anche conosciuta come una mutazione missense, di nuovo perchè la struttura e quindi la funzione sono alterati.

Frameshifts e codoni di “Stop” …

Come si è visto in “La lunga e tortuosa strada” sopra, se una mutazione provoca coppie di basi cancellate, allora tutte le basi successive si sposteranno – questo è un frameshift. Lo stesso si verifica se vi è un inserimento. La modifica delle coppie base significherà che la sequenza di amminoacidi sarà completamente cambiato da quanto originariamente codificato.
Frameshift1
Un codone di “stop” è un codone che significa che la fine della proteina è stato raggiunto – e per ovvie ragioni di solito si trova alla fine della sequenza di coppie di basi codificanti per la proteina. Ci sono 3 codoni di stop – TAA, TAG e TGA. A causa della frameshift per una delezione o inserzione si può produrre un nuovo codone che è un codone “stop”. Ciò potrebbe verificarsi lungo il gene in qualsiasi punto  successivo alla mutazione e causerà un fine prematura della produzione della proteina e quindi una proteina incompleta. Se una sostituzione, come detto in precedenza, produce direttamente un codone di stop, allora anche questa è noto come una mutazione nonsense.
AminoAcidsAbs

Come sono descritte le mutazioni nei report ….

Il gene CDKL5 ha 21 esoni contenenti 3092 coppie di basi che codificano per 1030 amminoacidi, anche se ora si pensa che la proteina CDKL5 principale è codificata solo da esoni fino al 18. In senso lato le mutazioni sono descritte usando 2 formati, anche se esistono anche le altre. Come abbiamo visto in precedenza, una mutazione in una base-pair causerà un cambiamento di amminoacido corrispondente e è questo cambiamento che colpisce la struttura della proteina CDKL5 e quindi la sua funzione. Il refertoi che si riceve può quindi riferirsi a quale base è intaccata – nel qual caso la mutazione inizia con una “c”. – O a quale aminoacido è di conseguenza stato modificato – indicato con una “p.”.
Così, per esempio, c.175C> T significa che la citosina alla posizione 175 (che è nell’ esone 5) è stata sostituita dalla Thymine. Questa è una sostituzione. Un altro esempio potrebbe essere c.2047delG che è una delezione della Guanine alla posizione 2047 (nell’esone 14). Un altro tipo di mutazione è un inserimento. Quindi, c.865insA significa che l’adenina è stata inserita nel gene CDKL5 alla posizione 865, che è nell’esone 11. Nota, l’esone interessato non è incluso.
Se il referto si riferisce al cambiamento conseguente a aminoacidi, si vedrà qualcosa di simile a p.Ala40Val, che significa che l’aminoacido alanina è stato sostituito con l’aminoacido Valina alla posizione 40 della catena proteica. Le lettere sono anche usate per indicare aminoacidi, così la stessa mutazione potrebbe anche essere scritta come p.A40V. Questo cambiamento di aminoacidi da alanina a Valina si verifica a causa di una sostituzione di base alla posizione 119 nell’esone 4 – scritto come c.119C> T. In un report, è possibile che uno o entrambi i formati vengano utilizzati.
Una proteina troncata – dovuta a una mutazione nonsense o delezione / inserzione con un codone di stop anticipato – è solitamente indicato con una “X” come in p.R59X che è dovuto alla sostituzione detta sopra, c.175C> T, che è quindi anche una mutazione nonsense.

Come nascono le mutazioni?

In linea di massima possono verificarsi mutazioni in due modi: acquisiti o ereditati.

Mutazioni acquisite
Queste mutazioni si verificano quando il materiale genetico è danneggiato a un certo punto, di solito durante il ciclo cellulare, in cui il DNA viene copiato nella prima divisione cellulare. Le mutazioni de novo sono quelli che si verificano per la prima volta e non sono di solito presenti nei genitori del bambino affetto. La maggior parte delle mutazioni CDKL5 si pensa siano sorte in questo modo. Mentre storicamente si è pensato che le malattie genetiche de novo aumentavano con l’età della madre, ora c’è qualche evidenza che è l’età del padre che potrebbero essere più rilevanti per lo sviluppo di alcune malattie genetiche.

Mutazioni ereditarie
I modelli di ereditarietà in condizioni di autosomici (che coinvolgono i cromosomi da 1 a 22) sono in genere riconosciuti come dominanti o recessivi. La situazione, tuttavia, è differente in condizioni X-linked quali CDKL5. Ci possono in definitiva essere un certo numero di modi in cui un disturbo CDKL5 può essere ereditato, ma una visione attuale è che alcune mutazioni CDKL5 potrebbero essere ereditate come risultato della linea germinale di mosaicismo.
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Che cosa è mosaicismo?

Le cellule che compongono il corpo umano possono essere sostanzialmente divisi in due tipi. Le cellule germinali di linea, che sono lo sperma nei maschi e nelle femmine le uova, e le cellule somatiche che includono tutte le altre cellule rimanenti (che formano i muscoli, ossa, pelle, cervello, ecc ..). Mosaicismo si verifica quando una persona ha 2 popolazioni di cellule ognuna con le informazioni genetiche distinte. Quindi, una frazione contiene “normale” materiale genetico, mentre l’altra popolazione può avere una mutazione o altre anomalie genetiche. Mosaicismo può colpire sia le cellule della linea germinale che le cellule somatiche.

Mosaicismo germinale

Nel mosaicismo germinale, l’anomalia genetica è limitata ad una percentuale delle sole cellule della linea germinale, il resto è normale. In questa situazione, l’individuo non avrà alcuna prova della malattia di base come le cellule somatiche che compongono il resto del loro corpo hanno materiale genetico normale. Tuttavia, un individuo può ancora passare la mutazione, attraverso una delle sue cellule germinali anormali. È stato pensato che questa è una causa di disturbi CDKL5, magari in un numero molto limitato di casi.

Mosaicismo somatico

Ci sono una serie di malattie genetiche che presentano mosaicismo somatico. Gli effetti di mosaicismo somatico di solito non sono trasmessi alla progenie come le cellule della linea germinale sono tutti normali. Tuttavia, in alcuni casi, gli individui possono avere sia mosaicismo somatico che germinale, nel qual caso l’anomalia genetica può essere trasmesso alla progenie.
Infine, e molto insolitamente, sarebbe possibile per la madre di avere una mutazione CDKL5 ma con un pattern X-inattivazione estremamente sbilanciato (vedi sotto) tale che la mutazione era appena espresso. La madre potrebbe essere relativamente inalterata, ma lei sarebbe effettivamente un “vettore” della mutazione CDKL5. Questo meccanismo di ereditarietà sembra essere raro (non mi risulta che sia stato ancora riportato, almeno non per CDKL5).
x-inactivation

X-inattivazione

Il gene CDKL5 si trova sul cromosoma X. Anche se le femmine hanno due cromosomi X (uno da ciascun genitore), solo uno di loro è necessario per la normale funzione, infatti, sarebbe dannoso per entrambi i cromosomi di essere attivi insieme. Pertanto, uno dei cromosomi X viene normalmente “spento” attraverso un processo chiamato X-inattivazione.
La mutazione CDKL5 è solitamente presente solo su uno dei cromosomi X. Se è il cromosoma X con la mutazione che è spento, allora è possibile avere mutazioni che non hanno alcun effetto poichè il cromosoma X che rimane attivo ha un gene CDKL5 normale. Tuttavia non è necessariamente lo stesso cromosoma X che viene inattivato in ogni cellula del corpo.
Risulta che il corpo può avere gruppi di cellule in cui un particolare cromosoma X è inattivo e altre cellule in cui l’altro cromosoma X è inattivo. Nel cervello di conseguenza ci può essere aree in cui le cellule utilizzano il cromosoma X con la mutazione e altre aree in cui le cellule utilizzano il cromosoma X con il gene CDKL5 normale.
Quale cromosoma particolare X è inattivato sembra essere casuale ma ovviamente, maggiore è il numero di cellule che utilizzando il cromosoma con la mutazione, più grave può essere il fenotipo. Detto questo, rimane ancora da stabilire che il grado di X-inattivazione effettivamente influenza la gravità del fenotipo.
GraphE così, una relazione tra la mutazione e la gravità della malattia CDKL5-rimane poco chiaro. È interessante una pubblicazione dalla Francia del 2011 nella quale c’è un riassunto dei dettagli clinici di 77 casi precedentemente pubblicati di CDKL5. Di questi, le migliori capacità motorie sono di 51 individui, di questi 21 sembrano avere varie abilità nel camminare. Guardando le capacità di deambulazione in relazione alla mutazione una tendenza emerge. L’analisi dei dati mostra che solo il 30% degli individui con una mutazione che colpisce esoni da 1 a 11 hanno una sorta di capacità di camminare, mentre,  aumenta a 61% in coloro che hanno una mutazione che colpisce esoni 12-21.Questa è ovviamente una analisi relativamente grossolano e non tiene conto di altri fattori come il tipo di mutazione, il grado di X-inattivazione e multi-esone o coinvolgimento introne.
Altri fattori clinici possono anche essere rilevanti come ad esempio la quantità di terapia che ogni individuo ha avuto o se ci sono altri problemi ortopedici come problemi dell’anca o della colonna vertebrale. Inoltre, alcuni bambini relativamente piccoli possono andare avanti per sviluppare una capacità di camminare, mentre altri che camminavano possono perdere la loro capacità, forse a causa di scarso controllo dell’epilessia. Inoltre, i numeri coinvolti in questo studio sono relativamente piccoli.