1. PATOLOGIA
MOLECOLARE
EVOLUZIONE DEL CONCETTO DI PATOLOGIA
PATOLOGIA DEL DNA
PATOLOGIA DEL RNA
PATOLOGIA DELLE PROTEINE
PATOLOGIA DEGLI ZUCCHERI
PATOLOGIA DEI LIPIDI

2. Evoluzione dello studio della
patologia
PATOLOGIA D’ ORGANO
↓
PATOLOGIA CELLULARE
↓
PATOLOGIA METABOLICA
↓
PATOLOGIA SUBCELLULARE
↓
PATOLOGIA MOLECOLARE
↓
“DALLA MOLECOLA AL SINTOMO”

3. Patologia molecolare: finalità e metodi
Correlazione: Struttura – Funzione
Interazione: Ambiente – Genoma
Metodi:
1) Genomica (Farmacogenomica, Nutrigenomica, etc)
2) Postgenomica e Proteomica

4. Patologia molecolare: oggetti di studio
Molecole Biologiche Strutture sopramolecolari
Acidi nucleici Membrane
Proteine Mitocondri
Lipidi Cromatina e cromosomi
Zuccheri Ribosomi
Ioni e metalli Citosol
Citoscheletro

5. Patologia del DNA
Alterazioni e meccanismi Conseguenze
Rottura (siti fragili, sequenze ripetitive) Delezioni
- Per ossidazione (radicali perossidi) Inversioni
- Per idrolisi (DNA-asi, endonucleasi) Traslocazioni
Frammentazione apoptotica o necrotica
Mutazioni in geni codificanti
- Missense  Alterazione sequenza aa
- Nonsense  Introduzione codoni stop
- Silenti  Sostituzione con codoni equivalenti
- Alterazioni Splicing  Alterazione nell’eliminazione degli introni e nelle isoforme
Introduzione di nuove sequenze
- Mutagenesi inserzionale - A seconda della sequenza introdotta
- Amplificazione genica
- Transfezione
Altri meccanismi
- Alterato stato di metilazione - Alterazione regolazione trascrizionale
- “Parental imprinting”
“Parental

6. Patologia del DNA
Bersaglio Effetto
Promoter Inattivo, debole, forte, inappropriatezza
funzionale (specificità tissutale etc.)
Enhancer Inattivo, debole, forte, inappropriatezza
funzionale (specificità tissutale etc.)
Silencer
Sequenze ripetitive Deregolazione trascrizionale
Riduzione stabilità cromosomica (satelliti)
Esoni Inattivazione, delezione, deregolazione
Patologia molecolare di RNA e proteine
Introni Alterazioni splicing
Patologia molecolare di proteine
DNA non nucleare Alterazione organuli (mitocondri)

7. Patologia del DNA: sequenze ripetitive
 Satelliti: x.103 integrità fisica di telomeri, centromero
 Minisatelliti: sequenze sparse anche lunghe
Coinvolti nell’espressione genica a
 Microsatelliti: 3-100bp ripetute per decine di volte seconda della struttura e
posizione
 SINEs: < 7000bp (Alu 300bp x 5.105 con specificità)
familiare → medicina forense) Residui evoluzione o infezioni
coinvolti nell’espressione genica
 LINEs: < 7000bp e nel mantenimento dell’integrità
strutturale (siti fragili)

8. Patologia del DNA: sequenze ripetitive
Malattia Locus Sequenza ripetitiva Note
Variante Emofilia A Xq Negli esoni del gene per il Inserimento STOP
fattore VIII
Neurofibromatosi Tipo I 17q Negli introni del gene NF1 Alterazione splicing
Progressione maligna dei tumori 11p Negli introni del gene H-ras-1 Effetto dose
Variante deficit colinesterasi 3q26.2 Negli esoni del gene per la Inserimento STOP
pseudocolinesterasi
Progressione maligna K. colon ereditario 2p Sequenza dinucleotidica negli Mancata espressione geni
non–poliposico (HNPCC) introni dei geni MLH-1, MSH-
2, MSH-6, PMS-1, PMS-6
Atrofia muscolare spino-bulbare Xq21.3 Sequenza trinucleotidica nel Fino al doppio delle
gene per il recettore sequenze ripetitive
androgenico
Sindrome dell’X fragile (ritardo mentale Xq27.3 Sequenza trinucleotidica negli Normale: 6-54 seq.
familiare) introni del gene FMR-1 Patologia: 50-150 seq.
Miodistrofia miotonica 19q13.3 Sequenza trinucleotidica nel Normale: 5-37 seq.
gene per la chinasi muscolare Patologia: 44-3000 seq.
cAMP-dipendente
Atassia spinocerebellare 6p24 Sequenza trinucleotidica nel Normale: 25-36 seq.
gene per l’atassina Patologia: 43-81 seq.
Malattia di Huntington 4p16.3 Sequenza trinucleotidica nel Normale: 9-37 seq.
gene per l’huntingtina Patologia: 37-121 seq.
Amplificazione introni

9. Patologia del DNA: sequenze ripetitive
a)inserimento negli esoni
↓
STOP
b) inserimento negli introni
↓
alterazione regolazione trascrizione,
mantenimento integrità e splicing

10. Patologia del DNA: sequenze ripetitive
Amplificazione  anticipazione genica
Amplificazione  mutazione dinamica con le generazioni
↓
> gravità

11. Patologia del DNA: retroelementi
Ruolo regolatorio
Persistenza
Retrotrasposoni
Retrovirus esogeni
RT
Pseudogeni
Ret
rovi
rus
end
oge
ni

12. Patologia del DNA mitocondriale
 Regolazione da proteine citoplasmatiche
 Mutazioni specifiche
 Funzione
 Invecchiamento cellulare

13. Mantenimento del genoma e
riparazione del DNA
Fattori genetici
(MMR)

14. Patologia del DNA: alterazione meccanismi
di riparazione  sindromi familiari
Sindrome Meccanismo Mutazione Patologia
riparativo alterato
Xeroderma Pigmentosum XP NER e TCR Puntiformi Ca epitelio da UV
S. di Cockayne TCR Puntiformi -
Tricodistrofia NER e TCR Puntiformi -
Atassia Teleangectasica AT Rip. doppie rotture Aberr. cromosomiche Linfomi
Simil AT Rip. doppie rotture Aberr. cromosomiche Linfomi
S. Niemegen Rip. doppie rotture Aberr. cromosomiche Linfomi
BRCA1 e BRCA2 HR Aberr. cromosomiche Ca mammella e ovaio
S. di Werner HR e TLS Aberr. cromosomiche Invecchiamento e neoplasie
S. di Bloom HR Aberr. cromosomiche Invecchiamento, leucemie,
…
S. di Rothmund-Thomson HR Aberr. cromosomiche Osteosarcomi
Deficit ligasi VI EJ Alt. ricombinazione Leucemie
HNPCC MMR Puntiformi Ca colon-retto
Variante di XP TLS Puntiformi Ca epitelio da UV
N.B.  siti fragili (specie oncosoppressori) + errori riparazione  rischio neoplasie

15. Patologia del RNA
splicing
ol
II hnRNA mRNA
P
A
RN
A Pol
III tRNA
RN
RN
AP
Mutazioni costitutive  
ol I
rRNA
ribozimi
miRNA (codificati da circa 1000 geni,
modulazione traduzione, emivita)
Alterazioni:
a) Assenza trascritto (delezioni, STOP, instabilità)
b) Mutazioni (siti cruciali, splicing, immaturità, instabilità)
c) Errori di trascrizione (occasionali → scarsa rilevanza)

16. Patologia del RNA
(vengono tagliati da complessi enzimatici
specifici: DROSHA+DICER)

17. Patologia delle proteine
> 3000 malattie ereditarie con mutazioni
geniche e proteine alterate
 Moltissimealtre patologie derivanti dalla
interazione SNPs (2x106) – ambiente
≠ varianti genetiche → ≠/= patogenesi →
stessa affezione

18. Patologia delle proteine

19. Patologia delle proteine
- del gene codificante
- della trascrizione
Alterazioni:
- dello splicing
- della traduzione

20. Patologia delle proteine: alterazioni
del gene codificante
Alterazione DNA Proteina
Gene assente Assente
Micro-macrodelezioni Troncata/assente
Introduzione STOP trasc. Troncata/assente
Perdita STOP trasc. Abnorme → disfunzione
Mutazioni puntiformi - No patologia
Sostituzione aa Alterata -  suscettibilità a patologie
- Patologie (An. falciforme, S.
Introduzione STOP trad. Troncata/assente emorragica, Osteog. imperfetta, …)
Perdita STOP trad. Abnorme → disfunzione
Inserzioni  UUA (leu) → UAA (stop)
Di basi Frame-shift → non sense  UUG (leu) → UAG (stop)
 UCA (ser) → UGA (stop)
Sequenze ripetitive esoni Abnorme → disfunzione
- Patologie (Distrofia)

21. Patologia delle proteine: alterazioni
della trascrizione
- Alterazione sequenze regolatrici
- Start improprio
- Stop improprio
- Alterati fattori di trascrizione →(RNA-pol II )
- Errori RNA-polimerasi II

22. Patologia delle proteine: alterazioni
dello splicing
 Introduzione siti impropri
 Perdita siti
 Alterazione proteine regolatrici

alterazione distribuzione isoforme
 Alterazioni spliceosoma

23. Patologia delle proteine: alterazioni
della traduzione
 Errori accoppiamento codon/anticodon
(se disaccoppiamento costante  )
 Alterazioni “secondo codice genetico”
(accoppiamento aa-tRNA)
 Alterazioni ribosomi
 Alterazioni della “macchina” sintesi proteica
 STOP inopportuni

24. Patologia delle proteine: alterazioni
post-traduzionali Struttura, pH, T°, forza ionica
 Ripiegamento (folding)
Foldasi, chaperonine,… (oggetto di mutazioni)
 Interazione con altri peptidi (PrP, β-fibrille)
 GlicosilazioneAccumulo compartimentale
Glicosilazione
 Idrossilazione
 Fosforilazione
 Legami con lipidi (prenilazione)
 Proteolisi
 Ossidazione precursore→peptide definitivo
a) mutazioni sito d’attacco proteolitico
b) alterazioni proteasi (ICE↓IL-2)
 Interazione con altre molecole (trasduzione)
Alterazioni regioni cerniera, …

25. Patologia delle proteine:
patogenesi molecolare
Funzione: /
Accumulosovvertimento architetturasofferenza cell.morte
- Cirrosi (amorfe od organizzate, prealbumina, HBV, α1-antitrips.)
- Degenerazione neuronale
Proteina prot. Membrana: Pre-Alzheimer Mutazioniaccumulomorteplacche
Pre-Prioni
alterata
R.E.
-Plasmacellule (mieloma) Corpi di Russel
escrezione prot. Bence Jones
Amiloidosi sistemica
-Eritrociti (β-talassemie)accumulo α-globinaemocateresi
-Extracellulare: proteine abnormisecrezionepolimerizzazione β-fibrille
Tossicità: diretta o indiretta per localizzazione impropria
a) p53*-p53  segregazione nel nucleo
b) Recettori, canali  Assenza, disfunzione

26. Patologia delle proteine: patogenesi
da accumulo molecolare β-fibrille
SIndrome Costituzione β-fibrille
Sistemiche
Amiloidosi primaria sistemica Catene leggere Ig
Amiloidosi secondaria sistemica Frammenti amiloide sierica SSA
Febbre mediterranea familiare Frammenti amiloide sierica SSA
Polineuropatia amiloidosica fam. tipo 1 Transtiretina mutata
Amiloidosi sistemica senile Transtiretina normale
Polineuropatia amiloidosica fam. tipo 2 Frammenti apolipoproteina A-1
Amiloidosi dializzati β2-Microglobulina
Amiloidosi ereditaria finlandese Frammenti gelsolina secreta
Amiloidosi lisozimica Lisozima mutato
Amiloidosi insulinica Accumuli insulina
Amiloidosi del fobrinogeno Variante catena α fibrinogeno
Organo-specifiche
M. di Alzheimer β-amiloide
Encefalopatie spongiformi Proteina prionica e frammenti
Amiloidosi in emorragia cerebr. ereditaria β-amiloide o cistatina C
Amiloidosi nel diabete tipo II Amilina pancreatica
Amiloidosi in ca. midollare tiroide Procalcitonina
Amiloidosi atriale Ormone natriuretico

27. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo - Hb

28. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo - Hb
- superficie Anemia Falciforme
Mutazione gluval (HbS)

Interazione con altra catena β

(bassa pO2)polimerizzazione

29. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo - Hb
- Sito attivo - his→tyr  stabilizzazione Fe+++ (metaemoglobina HbM) (solo eterozigosi)
- Folding - mutazioni puntiformi→aa con ≠ rigidità→alter. flessibilità→≠affinità per O2
- Interaz. tra - mutazioni puntiformi→alter. struttura quat.→modific. allosteriche→≠affinità per O
2
le subunità
- Talassemie

30. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Recettori
Recettore a 7 domini associato a proteine G Recettore citosolico-nucleare con sito DNA-binding
Guadagno funzionale
Alterazioni (geniche o proteiche) :
Perdita funzionale

31. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Recettori per LDL
- Proteine transmembrana  legame  internalizzazione

32. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Resistenza agli ormoni
Cause e meccanismi Alcune patologie
Assenza della proteina Femminilizzazione (recettore androgeni- S. di Morris)
recettoriale Rachitismo tipo II (recettore vit.D)
Diabete insipido (recettore per ADH)
Mutazioni inattivanti il Diabete mellito insulino resistente (recettore insulina)
recettore Diabete insipido (recettore ADH)
Alterazioni post-traduzionali Resistenza androgenetica
del recettore (proteasi, Resistenza all’insulina
glicosilazione, prenilazione, Diabete insipido
…)
Mutazione/assenza proteine Ipotiroidismo genetico (proteina G associata al TSHR)
vie di trasduzione Iposurrenalismo genetico (proteina G associata al ACTHR)
Mutazione/assenza effettori Mutazioni adenil-ciclasi
Mutazioni PLC
Mutazioni chinasi cAMP-dipendente ( diabete insipido,..)
Mutazioni bersagli finali Diabete mellito insulino resistente (mutazioni GLUT)

33. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Guadagno recettoriale
TSHR

34. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Spill-over
“traboccamento ormonale”
Ormone in Patologia Recettore Effetti
eccesso improprio
IGF-1/IGF-2 Epatomi, ca. polmonare e intestinale… Insulina Ipoglicemia,
accrescimento patrologico
HCG Mola vescicolare, corionepitelioma TSH Tireotossicosi
ACTH Adenomi ipofisi, ca. polmonari… MSH Iperpigmentazione
Cortisolo Cushing, iperplasie surrenaliche Aldosterone Ipertensione
GH Gigantismo, acromegalia Prolattina Sterilità, amenorrea
TSH Adenoma ipofisario FSH/LH Pubertà precoce
Ossitocina Gravidanza, iatrogeno Barocettori Ipertensione gravidica

35. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – uso improprio
del recettore da parte di agenti infettivi

36. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Canali di trasporto
Regolazione Alterazioni
Ligando esterno (Ach) Ligando improprio - 
Ligando interno (cGMP) Ligando improprio - 
Potenziale Alterazione sensibilità alle variazioni - 
Stiramento Mancata attivazione - 
Fosfo/defosforilazione Perdita residuo interessato – no modulazione
Interazione con altre proteine (G) - 

37. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Canali ionici
Alterazioni: - trasporto
Na+ Miopatie miotoniche
Distrofiche (↓preatt.→iposensibilità)
Diverse condizioni Non distrofiche Paralisi periodica iperK
Diverse isoforme tessuto specifiche Epilessia Miotonia
Paramiotonia
K+ Q-T lungo (→ aritmie cardiache)
Sordità (canali cellule cocleari)
Atassia
Epilessia
Ipotensione familiare (nel tubulo collettore, blocco trasp. elettroneutri)
Ca++
Recettore sensibile al potenziale Membrana citoplasmatica Ipertermia maligna
(recettore per la ryanodina) Reticolo sarcoplasmatico Miopatia central-core
Paralisi periodica ipocaliemica
Recettore dei ligandi intra/extracell Emicrania emiplegica familiare
Atassia spino-cerebellare 6

38. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Canali ABC
48 diversi recettori
16 coinvolti in patologie

39. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Canali ABC
Trasportatore Molecole trasportate Patologia
ABCA1 Colesterolo, lipidi M. di Tanger
ABCA4 Fosfolipidi retinici Distrofia muscolare, Retinite
pigmentosa
ABCB1 Metaboliti steroidi Resistenza ai farmaci
ABCB3 Peptidi Ag Immunodeficienza
ABCB7 Fe e cotrasporto Fe/S Anemia sideropenica e atassia
ABCB11 Sali biliari Colestasi intraepatica progressiva
ABCC1 (MRP1) Coniugati anionici, con ac. glucur., glutatione Resistenza ai farmaci
ABCC2 Coniugati con ac. glucur., glutatione Variante ittero Dubin-Johnson
ABCC6 Peptidi Pseudoxantoma elastico
ABCC7 (CFTR) Cloro, anioni, GSH Fibrosi cistica
ABCC8 Glucosio Ipoglicemia iperinsulinemica
ABCD1 Ac. grassi a lunga catena (perossisomi) Adrenoleucodistrofia
ABCD5 Lipidi sterolici vegetali Fitosterolemia
ABCG8 Lipidi sterolici vegetali Fitosterolemia

40. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Canali ABC
ABCC1/MRP1
N.B. Amplificato (HSR) in molti tumori

41. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Canali ABC
ABCC7/CFTR (fibrosi cistica)
Escrezione Cl-

Movimenti ionici Na e H2O sangue→lume
+

Densità secrezioni

42. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Canali ABC
ABCB3 /trasportatore Ag

43. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Canali ABC
GLUT1-7 trasportatori glucosio
-Diversa distribuzione nei tessuti
- GLUT1 e 4 in adipociti, muscolo, fegato
- GLUT2 in pancreas (anche sensore)
- Modulabilità dall’insulina

44. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Canali ABC
Pompe ioniche
-Assenza o non funzionalità
-Alterata regolazione (per. Es. porzione responsiva alla digitale)
-Alterata regolazione distrettuale/tissutale
-Alterata localizzazione sulla cellula (rene policistico)

45. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Canali ABC
Pompe per l’omeostasi dei metalli
-Malattia di Menkes (alterato trasporto al polo basale dell’enterocita) ↓Cu++
-Malattia di Wilson (varianti con ceruplasmina normale) ↑Cu++
-Acrodermatite ereditaria (Zn)
-Emocromatosi ereditaria
Proteina specifica
Proteina condivisa
per ≠ metalli

46. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Canali ABC
Recettori per lipidi - HDL
Malattia di Tangier

47. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Canali ABC
Trasportatori elettroneutri
-Regolazione assorbimento Na+ → volemia→pressione
-I più conosciuti sono i cotrasportatori Na+/Cl-
-Particolare: cotrasportatore Na+/I- tireocitario

48. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Enzimi
-Ridondanza [basale]  manifestazione clinica in omozigosi (deficit >50%)
(proporzionale al deficit enzimatico anche come precocità )
Locali
Precursori
Sistemici (diffusibilità)
Ipofunzione
Prodotti

49. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Enzimi
Mucopolisaccaridosi
≠ enzimi
≠ tappe metaboliche
≠ subunità
in un complesso
Gangliosidosi

50. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Enzimi
-Deficit tessuto specifici  M. di Fabry variante cardiaca (mancanza α-galattosidasi A)
Cofattori comuni Subunità comuni
Deficit enzimatico multiplo
Tappa post-traduzionale comune mancato assemblaggio organulo

51. Patologia speciale delle proteine:
dalla molecola al sintomo – Citoscheletro
Distrofina: STOP (≈ 5’- M. di Duchenne)
numerose isoforme per splicing →mutazioni: Traslocazioni
Verso il 3’ (M. di Becker)

52. Patologia degli zuccheri
Alterata dislocazione (esposizione in membrana)
Alterata glicosilazione: ≠ funzione (perdita ancoraggio alla membrana)
funzione (anche valenza come Ag)
Mutazione sito di glicosilazione (α1-antitripsina)
Intracellulare: Assenza enzimi glicosilantiaccumulo compartimentale
Alterazione proteine rabno progressione R.E.→Golgi
Glicosilazione patologica
Glicosil-transferasi
Extracellulare:
 [glucosio]diffusioneglicosilazione non enzimatica
Stimolo infiammatorio cronico tramite RAGE (microangiopatia diabetica, Hb glicosilata)

53. Patologia dei lipidi
Variazioni quantitative
Alterazioni proprietà fondamentali membrane
Variazioni qualitative
Substrato energetico
Lipoperossidazione Costituzione membrane
(perossidi)
Colesterolo rigidità  scambi fino alla
necrosi
(endotelioaterosclerosiitrombosi)
>20 atomi
Alterazione permeabilità  Ca++ necrosi Saturazione rigidità
Fosfolipidi fluidità Metilazione
Polinsaturazione
<17atomi fluidità
Sistema aggancio Messaggeri secondari
- Prostaglandine
ad altre molecole - Lipoperossidi
Substrato metabolico Ormoni
(prenilazione) - DAG, IP3
- Metabolismo cerebrale
Mediatori

54. Patologia dei lipidi: membrane

55. Patologia dei lipidi: prenilazione

56. Patologia molecolare:
Conclusioni
Associazioni:
molecole  patologie/sintomi
molecole  suscettibilità a noxae patogene
SNPs  variabilità individuale

57. Patologia molecolare:
Letture consigliate
Pontieri “Patologia Generale” Piccin Nuova Libraria S.p.A.
Robbins “Le basi patologiche delle malattie” 7.a Ed. Elsevier Italia

58. Correzione dei difetti genetici
tramite complementazione