Elementi di genetica del Sistema Rh

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Elementi di genetica del Sistema Rh

  • articolo del prof. Sergio Barocci

Richiami di genetica

Rh e gravidanza.

Un sistema gruppo-ematico comprende antigeni la cui produzione viene guidata da alleli ad un singolo locus cromosomico o da alleli tanto strettamente legati tra loro che tra di essi non possa avvenire, o sia molto raro, il fenomeno del crossing-over.

Nella maggior parte dei sistemi gruppo-ematici lo stesso carattere è utilizzato per descrivere il gene del gruppo sanguigno e l’antigene del quale guida la produzione. Allo scopo di indicare se si intenda parlare del gene o dell’antigene, i simboli dei geni vengono scritti in corsivo oppure sottolineati. La maggior parte dei geni dei gruppi-ematici sono autosomici e codominanti. Una piccola parte non produce antigeni determinabili e in questo caso si parla di geni amorfi.

ANTIGENI ED ANTICORPI DEI GLOBULI ROSSI

Gravidanza ed Rh. Incompatibilità Materno-Fetale: Immunizzazione Rh in gravidanza.

L’antigene rappresenta la struttura sulla membrana del globulo rosso in grado di legarsi con il suo specifico anticorpo.

Un fenotipo è la descrizione di quali antigeni sono presenti sugli eritrociti di un individuo mentre un genotipo è la descrizione dei geni di un individuo.
I fenotipi sono determinati mediante dei test sierologici che rivelano la presenza o l’assenza di antigeni eritrocitari. Il fenotipo viene quindi definito come l’insieme dei caratteri che l’individuo manifesta e dipende dal genotipo, ma anche dalle interazioni fra geni ed ambiente.
Nel corso del XIX secolo Gregor Mendel, studiando il fenotipo di alcune piante di piselli, risalì al loro genotipo (linee pure, ibridi), gettando così le basi  per la conoscenza dei complessi meccanismi dell’ereditarietà.

GENOTIPI E FENOTIPI

Gregor Johann Mendel (1822 – 1884)

I genotipi, cioè l’insieme dei geni (unità funzionali) contenuti nel DNA e custoditi nel nucleo delle cellule, possono essere determinati solo attraverso studi familiari, anche se i probabili genotipi spesso si basano su un’interpretazione di quali geni l’individuo probabilmente porta per il fatto di avere eritrociti del fenotipo osservato. Ogni organismo eredita dai genitori il corredo genetico e possiede una specifica combinazione di geni, che in parte sono alla base della sua unicità. Ogni gene contribuisce in maniera diversa allo sviluppo e alla fisiologia dell’organismo e l’interazione dei prodotti genici è responsabile della formazione dell’intero organismo e di tutte le sue caratteristiche.
Negli organismi diploidi (dotati cioè di due coppie di ogni cromosoma), tra i quali è compreso l’uomo, se si considera un singolo carattere, il genotipo è la combinazione di alleli (forme alternative dello stesso gene che si trovano nella stessa posizione su ciascun cromosoma omologo) di quel gene.

DOMINANZA E RECESSIVITA’

Nomenclature dei sieri anti-Rh (1949).

Se i due geni hanno lo stesso allele su entrambi i cromosomi (cioè possiede geni identici sullo stesso locus), l’individuo è considerato omozigote; se invece i due geni portano diversi alleli (cioè possiede geni differenti sullo stesso locus) è invece considerato eterozigote.

Per aplotipo si intende la combinazione di varianti alleliche lungo un cromosoma o un segmento cromosomico contenente loci in linkage disequilibrium, cioè strettamente associati tra di loro e che in genere vengono ereditati come un blocco unico. Il termine è molto usato soprattutto in immunologia per descrivere un insieme di geni situati sullo stesso cromosoma, che codificano per gli antigeni del sangue o dei tessuti.
Si parla di  dominanza di un allele su di un altro quando, in un individuo eterozigote, solo l’allele dominante si esprime, ossia influenza il fenotipo. Si parla invece di recessività  di un allele quando il carattere indotto dall’allele in questione non si manifesta fenotipicamente.

Eredità del sistema Rh

Tabella 1: Genetica e Biochimica del sistema Rh

Rosenfield

Fisher-Race

Weiner

Rh:1

D

Rho

Rh:2

C

rh’

Rh:3

E

rh”

Rh:4

c

hr’

Rh:5

e

hr”

La complessità del sistema Rh venne ulteriormente interpretata, all’inizio degli anni quaranta del novecento, alla luce di due teorie alternative sull’eredità:
a) la teoria di Fisher-Race o dei tre loci strettamente associati;
b) la teoria di Wiener o degli alleli multipli

DIVERSE NOMENCLATURE

Notazione degli aplotipi Rh.

Secondo la nomenclatura di Fisher & Race ogni locus è occupato da una coppia di alleli D o d, C o c, E o e. Il cromosoma paterno e quello materno su cui sono posti i loci Rh trasmettono ciascuno tre geni alla prole; in questo modo esistono 8 combinazioni o aplotipi possibili sul cromosoma 1: CDe, cDE, cde, cDe, Cde, cdE, CDE, CdE.
Le combinazioni CDe, cDE, cde sono le più frequenti mentre le combinazioni cDe, Cde, cdE, CDE sono rare e quella CdE, invece, rarissima.
Secondo quella di Wiener esiste un gene in un singolo locus su ciascun cromosoma che contribuisce alla produzione di antigeni multipli. In questa teoria un gene R1 darebbe origine ai fattori Rh0, rh’ e rh’’ (corrispondente alla moderna nomenclatura degli antigeni D, C ed E) e un gene r produrrebbe i fattori hr’ e hr’’(corrispondente alla moderna nomenclatura degli antigeni C ed e). Le due nomenclature, in passato, sono state utilizzate in maniera intercambiabile (Rh0= D; Hr0 = d; rh’ =C; rh’’=E; hr’= c, hr’’ = e), ma poi per l’uso routinario quella di Fisher-Race è diventata ampiamente utilizzabile in quanto più semplice da spiegare rispetto a quella di Wiener, che è molto più complessa.

NOMENCLATURA DI ROSENFIELD

Struttura genetica del Fattore Rh secondo Wiener e Fisher-Race.

Esiste anche un’altra nomenclatura proposta nel 1973 da Richard E. Rosenfield, un professore del Dipartimento di Patologia della Mount Sinai School of Medicine di New York: si tratta di una nomenclatura numerica per la quale ogni antigene viene identificato con il simbolo Rh seguito da un numero (l’antigene D viene indicato con Rh1, l’antigene C con Rh2 e così via) (Tabella 1).

Le più recenti conoscenze sulla genetica e sulla natura degli antigeni Rh “normali” e dei vari fenotipi “parziali”, “difettosi” o “deleti” del sistema Rh sono derivate dai contributi che la genomica ha saputo offrire in questi ultimi anni.

ereditarietà degli antigeni del sistema Rh

Ereditarietà del sistema Rh.

Attualmente si ritiene che l’ereditarietà degli antigeni del sistema Rh sia determinata da un complesso di 2 geni strettamente associati situati sul cromosoma 1 (teoria formulata da P. Tippet nel 1986):
a) un gene RHD che codifica la proteina D che conferisce la specificità antigenica D. Negli individui caucasoidi D negativi il gene RHD è deleto mentre in altre popolazioni (africane, asiatiche) il fenotipo D negativo è associato ad un gene RHD inattivo, mutato o parzialmente attivo;

b) un gene RHCE che codifica per proteine che conferiscono le specificità antigeniche C,c,E,e: gli alleli sono RHCe, RHCE , RH cE e RHce.
Entrambi i geni vengono trasmessi insieme di generazione in generazione. L’ereditarietà del fenotipo Rh segue un modello dominante, per cui è sufficiente una copia del gene RHD per esprimere il carattere.

Ereditarietà del sistema Rh secondo Tippet

Tabella 2: Genotipo e Fenotipo del sistema Rh.

Fenotipo

Genotipo

Rh positivo o D+

DD

Dd

Rh negativo o D –

dd

Gli individui D+ o Rh+ possono essere DD (omozigote) oppure Dd (eterozigote), mentre gli individui D- o Rh- (recessivo) solo omozigoti dd (Tabella 2).

proteine disposte sulla superficie dei globuli rossi

Proteine trans membrana espresse dei geni RHD e RHCE.

I prodotti di entrambi i geni RHD e RHCE chimicamente sono proteine disposte sulla superficie dei globuli rossi (proteine trans membrana) di 417 aminoacidi. I loro terminali –NH2 e –COOH attraversano, infatti, il doppio strato lipidico eritrocitario, formando una struttura costituita da 12 domains o domini transmembrana, collegati tra loro da loops: 6 loops sporgono verso lo strato extracellulare della membrana detto glicocalice e 6 sporgono verso l’interno citoplasmatico. Diversamente dalla maggioranza delle proteine associate ai gruppi sanguigni, le proteine Rh non sono glicosilate. Negli individui D negativi (Rh-) il locus Rh è occupato solo dal gene RHCE 7.

Esiste una elevata omologia di sequenza (92%) tra i prodotti dei geni RHD e RHCE e tale omologia di sequenza è ancora più elevata tra i prodotti dei differenti alleli RHCE.

elevata omologia di sequenza

Prodotti proteici dei geni RHD, RHCE ed RHAG.

Ad esempio, le proteine C e c si differenziano l’una dall’altra per 4 aminoacidi nelle posizioni 16, 60, 68 e 103 mentre la presenza di una Prolina o di un’Alanina nella posizione 226 differenzia la proteina E da quella e.
All’interno della membrana eritrocitaria, le proteine Rh formano un complesso con una proteina Rh-associata detta RhAG (codificata dal gene RHAG situato sul cromosoma 6) che per il 37% della sequenza risulta omologa con le proteine Rh. Uno studio compiuto su emazie prive di tutti gli antigeni Rh (Rh null) ha rivelato che il complesso Rh-RhAG è essenziale per l’espressione di altre proteine di membrana.

L’antigene D

Espressione della proteina D sul globulo rosso.

L’antigene D è il più immunogeno degli antigeni del fenotipo Rh, causando un’immunizzazione in almeno il 50% dei casi nei quali un soggetto Rh negativo riceve una singola unità Rh positiva. La lettera “d” è comunemente utilizzata per indicare la mancanza della sostanza D nei soggetti Rh negativi.

Fenotipi e genotipi Rh

 

Fenotipo

Genotipo

Cde

cde/cde

cDe

Dce/dce

CDe

CDe/CDe

cDE

cDE/cDE

CcDEe

CDE/cDe

CcDEe

CDe/Cde

 

Tabella 3: I genotipi ed i fenotipi più comuni nella popolazione europea

Nella pratica trasfusionale per la differenza del fenotipo Rh sono facilmente disponibili 5 anticorpi come reattivi per la tipizzazione Rh: anti-C, anti-c, anti-D, anti-E, anti-e. L’insieme degli antigeni rilevati sui globuli rossi di un individuo rappresenta il suo fenotipo Rh
Si sono identificati 18 fenotipi comuni, corrispondenti a 36 genotipi. Il genotipo di un soggetto ed il suo fenotipo dipendono dagli aplotipi che eredita (Tabella 3).

Espressione allelica Rh

L’Antigene D rappresenta l’antigene più importante del sistema Rh. Esso è presente in circa l’85% degli individui europei e dal punto di vista clinico è l’immunogeno di maggior rilievo.
I soggetti che sono D- (D negativo) sono privi del gene RHD oppure possiedono il gene RHD non funzionante. La maggior parte degli individui D- (D negativo) risultano omozigoti per l’allele RHce, il gene che codifica per gli antigeni c ed e; inoltre presentano con meno frequenza gli alleli RHCe o RHcE. Per quanto riguarda l’allele RHCE che codifica gli antigeni C ed E è molto raro sia negli individui D- (D negativi) e D+ (D positivi).

Espressione dell’antigene D

Durante l’analisi sierologica di soggetti D + (D positivi) cioè (DD o Dd) è possibile osservare una certa diversa intensità o dose dell’antigene D, da chiare agglutinazioni ad altre in cui l’antigene viene riconosciuto sulla membrana dei globuli rossi solo per mezzo di tecniche più sofisticate come le indagini molecolari basate sulla tecnica della reazione polimerasica a catena o PCR. Per motivi genetici, l’espressione dell’antigene Rh può subire alterazioni strutturali che possono riguardare la sua espressione fenotipica. E’ possibile quindi, riconoscere diverse situazioni:

A. assenza di antigene D che si può verificare per contemporanea delezione dei geni RHD e RHCE (fenotipo Rh null) o per sola delezione del gene RHD (fenotipo Rh negativo).

B. antigene D debolmente espresso (D debole o Du). Il termine Du oggi è stato abbandonato, in quanto non ritenuto appropriato. Geneticamente esistono tre categorie di antigeni D deboli:

  1. D deboli per effetto posizione in combinazione con l’antigene C in posizione trans (se l’interazione avviene tra geni o tra loro prodotti posti sullo stesso cromosoma si parla di effetto cis se invece l’interazione avviene tra un gene o il suo prodotto con un altro gene posizionato sul cromosoma omologo si parla di effetto trans);

  1. D deboli per effetto di geni trasmissibili che corrisponde alla situazione un tempo definita come Du ereditaria;

  1. D parziale, in passato noto come D mosaico o D variant che indica la situazione di una variante genica qualitativa che a volte si esprime anche con un indebolimento della reazione con sieri anti-D per cui i globuli rossi si comportano come D deboli. La causa risiede in un difetto strutturale che conduce all’assenza di epitopi antigenici (quella piccola parte di antigene che lega l’anticorpo specifico e possono essere sequenziali cioè caratterizzati da una specifica sequenza lineare aminoacidica oppure conformazionali, riconosciuti dal sistema immunitario come complessi tridimensionali) di cui è costituito l’antigene D.

C. D normalmente espressi

Occorre tener presente che i fenotipi RhD parziali sono caratterizzati dalla mancanza di alcuni epitopi antigenici mentre gli antigeni RhD deboli sono invece caratterizzati da una ridotta espressione quantitativa dell’antigene D. I portatori di alcuni RhD parziali e di rari RhD deboli si possono immunizzare in seguito a trasfusioni con globuli rossi Rh D positivi o se donne, dopo il parto di neonati RhD positivi.

Altri sistemi gruppo-ematici

Oltre agli antigeni del sistema AB0 e Rh esistono sui globuli rossi numerosissimi altri antigeni raggruppati o no in sistemi: Kell, Duffy, Kidd, MNSs, P, Lutheran, Lewis, Diego, Auberger, Scianna, Sid ecc. Tutti gli antigeni eritrocitari vengono ereditati come caratteri mendeliani semplici autosomici, eccetto l’antigene Xgª, il cui gene è associato al cromosoma X.

Tra gli antigeni elencati, sono implicati in problemi trasfusionali e nella malattia emolitica da incompatibilità materno-fetale principalmente il Kell (K), il Duffy (Fy) e il Kidd (Jk).

BIBLIOGRAFIA:
Sitografia e Riferimenti:

 

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