Gli alberi genealogici: i modelli di ereditarietà attraverso le generazioni

Generalità

In che modo le leggi di Mendel si applicano alla specie umana? É a questa domanda che rispondono gli alberi genealogici. Mendel con le sue tre leggi, eseguendo molti incroci programmati e numerosi conteggi della prole, ha fornito molti esempi di ereditarietà a singolo gene. Tuttavia, per l’uomo è necessario ricorrere alla costruzione di una storia familiare per seguire la trasmissione ereditaria di un carattere.

L’analisi, attraverso le generazioni, del risultato degli incroci in una famiglia è chiamata analisi degli alberi generalogici, o pedigree.

La genetica umana parte dal presupposto che gli alleli responsabili di fenotipi anomali (come le malattie genetiche) siano rari all’interno della popolazione. Quindi, nel caso in cui alcuni membri di una data famiglia presentano un allele raro, è ancora più improbabile che una persona esterna alla famiglia (che poi entra a farne parte) sia anch’essa dotata dello stesso allele raro. Considerate queste premesse, negli alberi genealogici vengono rilevati quattro diversi modelli di ereditarietà (Fig. 1) che riguardano malattie legate a un singolo gene:

malattie a ereditarietà mendeliana
Figura 1 – Classificazione delle malattie a ereditarietà mendeliana [slideplayer.it]

L’ereditarietà mendeliana ci dice che i geni sono ereditati in coppia (uno dal padre e l’altro dalla madre), ognuno dei quali possiede diversi alleli: alcuni sono dominanti e agiscono su altri noti come recessivi. Inoltre, se i due alleli sono uguali l’individuo viene detto omozigote (AA o aa), in caso contrario eterozigote (Aa).

Simbologia negli alberi genealogici

Gli alberi genealogici vengono fatti, nella maggior parte dei casi, per scopi clinici. Quindi, è importante comprendere a pieno il significato dei simboli (Fig. 2) che rappresentano un pedigree perchè sono il primo passo per poter effettuare un’analisi dell’ereditarietà di una malattia o di un tratto genetico:

simboli usati negli alberi genealogici
Figura 2 – Simboli usati nell’analisi degli alberi genealogici umani [slideplayer.it]

Le malattie autosomiche dominanti

Le mutazioni di un singolo gene in cui, solitamente, il figlio eredita un allele normale da un genitore e uno mutato dall’altro, caratterizzano le malattie autosomiche dominanti. In questo caso, l’allele normale è recessivo e l’allele mutato è dominante. Per l’eredità autosomica dominanate è possibile dire che:

  • Una persona malata (eterozigote) e una sana (omozigote recessivo) avranno, in media, un ugual numero di figli malati o sani;
  • Il carattere si manifesta in ogni generazione, si parla di trasmissione verticale;
  • L’allele mutato viene ereditato in uguale rapporto tra maschi e femmine;
  • Una persona affetta ha necessariamente un genitore affetto, mentre i figli sani di un genitore malato non trasmettono il carattere;

Vediamo meglio l’albero genealogico per un fenotipo determinato da un allele dominante A:

albero genealogico per un carattere autosomico dominante
Figura 3 – Albero genealogico con le caratteristiche di trasmissione autosomica dominante [slideplayer.it]

I caratteri dominanti mendeliani nell’uomo sono diversi: fossetta del mento, capacità di arrotolare la lingua, polidattilia e tanti altri. Un esempio di malattia ereditaria autosomica dominante è la corea di Huntington: si tratta di una malattia rara neurodegerativa del sistema nervoso centrale, caratterizzata da movimenti coreici involontari, demenza e disturbi psichiatrici-comportamentali. La particolarità di questa malattia è che i sintomi si manifestano tardivamente per cui spesso un individuo scopre di esserne affetto in età adulta, solo dopo aver avuto dei figli. Nonostante gli esempi riportati, è importante tener presente che una malattia autosomica dominante può anche originare da una mutazione de novo.

Le malattie autosomiche recessive

Per una malattia autosomica recessiva il fenotipo “affetto” è determinato da un genotipo omozigote recessivo. Anche in questo caso, ci sono caratteristiche ben precise per la trasmissione ereditaria di un carattere autosomico recessivo:

  • Sono necessarie due copie dell’allele mutato aa per causare la malattia quindi, se entrambi i genitori sono eterozigoti, 1/4 dei loro figli sarà affetto, 1/4 sarà sano e 1/2 sarà eterozigote;
  • La frequenza del carattere è uguale in entrambi i sessi;
  • Il carattere può saltare una o più generazioni, si parla in questo caso di trasmissione orizzontale;

Un esempio di albero genealogico relativo a un fenotipo raro dato da un allele recessivo a è:

albero genealogico per un carattere autosomico recessivo
Figura 4 – Albero genealogico per un carattere autosomico recessivo [slideplayer.it]

Nel caso delle malattie autosomiche recessive, affinché si manifestino è necessario che un figlio erediti l’allele recessivo mutato da entrambi i genitori; è, invece, portatore sano se eredita un allele mutato e uno normale. Essere un portatore sano significa non avere malattia ma, comunque, poter trasmettere l’allele mutato alle generazioni successive. Alla luce di queste considerazioni, diventa molto importante specificare che, nel caso in cui due consanguinei abbiano un figlio, c’è un aumento del rischio dal 3% al 6% di avere un figlio omozigote affetto da una patologia autosomica recessiva.

Esempi di caratteri mendeliani recessivi sono: lobo dell’orecchio attaccato, emocromatosi ereditaria, fibrosi cistica, albinismo e felinchetonuria (PKU). Quest’ultima, è un disordine autosomico recessivo con incidenza di 1 caso su 10000 nascite con sintomi che variano dal grave ritardo mentale, all’iperattività con convulsioni, eczema e ipopigmentazione.

Malattie legate all’X

Le malattie genetiche autosomiche dominanti e recessive (viste precedentemente) hanno un meccanismo di trasmissione comune indipendente dal sesso. Gli alberi genealogici di malattie causate da alleli dominanti e recessivi di geni localizzati sul cromosoma X, invece, sono dipendenti dal sesso e, quindi, ancora più particolari. É importante ricordare che il sesso di un individuo dipende da due cromosomi: le femmine hanno due X mentre i maschi hanno un cromosoma X e uno Y (XY), il primo ereditato dalla madre e il secondo dal padre. Ad oggi è noto che ci sono diverse patologie legate ai geni collocati sul cromosoma sessuale X, mentre il cromosoma Y è piccolo e contiene i geni necessari per la produzione degli spermatozoi e necessari per lo sviluppo maschile. Nessun gene vitale risiede sul cromosoma Y e, eventuali difetti di questo, si rifanno a deficit di fertilità maschile.

La maggior parte delle malattie correlate a difetti del cromosoma X sono recessive. Pertanto, se una femmina presenta un allele recessivo mutato, sarà portatrice sana della malattia genetica legata a questo cromosoma. I maschi invece, non avendo un’altra copia di quel gene per compensare l’errore, con una mutazione recessiva sul cromosoma X saranno affetti dalla patologia.

Trasmissione ereditaria di un carattere dominante legato al sesso

I modelli di ereditarietà di malattie dominanti legate all’X hanno le seguenti caratteristiche:

  • Il carattere si manifesta in entrambi i sessi ma è più frequente nelle femmine;
  • Padri affetti possono avere solo figlie femmine affette, non trasmettono il carattere ai loro figli maschi;
  • Il figlio di una femmina affetta, indipendentemente dal sesso, ha una probabilità del 50% di essere affetto;

L’ereditarietà di una malattia dominante legata all’X ha il seguente albero genealogico:

albero genealogico di un carattere dominante legato all'X
Figura 5 – Albero genealogico caratteristico della trasmissione di un carattere dominante legato all’X [slideplayer.it]

Un esempio di carattere dominante X-linked è la ipofosfatemia, una forma di rachitismo resistente alla vitamina D.

Trasmissione ereditaria di un carattere recessivo legato al sesso

Per gli alberi genealogici delle malattie causate da alleli recessivi rari di geni localizzati sul cromosoma X è possibile distinguere le seguenti particolarità:

  • Gli individui affetti sono quasi tutti di sesso maschile;
  • Un maschio malato non trasmetterà mai il carattere ai figli maschi, mentre le femmine sono affette se il padre è affetto e la madre è una portatrice;
  • La madre, in genere portatrice asintomatica, trasmetterà il carattere a 1/2 dei figli maschi;

Esempi di malattie recessive legate all’X sono: l’emofilia, la distrofia muscolare di Duchenne e il daltonismo. Per quest’ultima patologia l’albero genealogico corrispondente è il seguente:

albero genealogico daltonismo
Figura 6 – Albero genealogico per un carattere recessivo legato al cromosoma X [slideplayer.it]

Per quanto riguarda l’emofilia, si tratta di una malattia caratterizzata da difetti della coagulazione del sangue dovuti all’assenza o al malfunzionamento del fattore VIII della coagulazione. Una curiosità in merito a questa patologia è che i casi più noti si trovano negli alberi genealogici delle famiglie reali d’Europa. L’allele originale dell’emofilia, probabilmente, si formò a seguito di una mutazione spontanea avvenuta nelle cellule germinali dei genitori della regina Vittoria o della regina Vittoria stessa.

Fonti

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