La Struttura e le Anomalie dei Cromosomi: Un Overview, Sbobinature di Genetica

Scarica La Struttura e le Anomalie dei Cromosomi: Un Overview e più Sbobinature in PDF di Genetica solo su Docsity! Genetica 12.11.21 Abbiamo già parlato della cromatina e di come è organizzato il genoma all'interno delle cellule eucariotiche, oggi parliamo dei cromosomi. I cromosomi hanno una forma specifica, nel genoma umano i cromosomi sono 23 e ognuno di questi è presente in doppia copia, per un totale di 46 cromosomi. Quindi il corredo genetico umano è composto da 23 coppie di cromosomi (23 cromosomi forniti da un genitore, 23 dall’altro). Dal 1956 in poi si è finalmente cominciato a capire che potevano esserci delle anomalie sia nel numero dei cromosomi, sia nella struttura dei cromosomi. Queste anomalie sono in grado addirittura anche di modificare il fenotipo, di solito in senso patologico, dell'individuo stesso. I cromosomi sono importanti perché contengono il filamento di cromatina al cui interno è nascosta la fibra di DNA. I parametri per distinguere le varie coppie di cromosomi sono quelli legati fondamentalmente alla lunghezza complessiva del cromosoma rapportata con le dimensioni di una delle due porzioni del cromosoma, che sono distinguibili in base alla posizione nel restringimento della struttura del cromosoma. Questa costrizione corrisponde alla regione del centromero del cromosoma stesso. Utilizzando questi due parametri possiamo avere a disposizione la capacità di distinguere i vari cromosomi. I 23 cromosomi di una cellula (46 nelle cellule somatiche perché uguali a 2 a 2) in relazione alla posizione del centromero sono idealmente divisi in 7 gruppi: Gruppo A: cromosomi 1 - 2 - 3 (sono i cromosomi più grandi e sono metacentrici, cioè il centromero è posizionato al centro). Gruppo B: cromosomi 4 – 5 (sono grandi e submetacentrici, cioè il centromero è posizionato un po’ più in alto). Gruppo C: cromosomi 6 - 7 – 8 – 9 – 10 – 11 – 12 – X (sono submetacentrici di dimensioni medie). Gruppo D: cromosomi 13 – 14 – 15 (sono grandi e acrocentrici, cioè il centromero si trova posizionato ad un'estremità tanto da apparire senza braccio corto che, in realtà, è presente seppur piccolissimo). Gruppo E: 16 – 17 – 18 (sono molto piccoli, i primi 2 sono quasi metacentrici, il 18 è quasi acrocentrico). Gruppo F: 19 – 20 (sono metacentrici e molto piccoli). Gruppo G: 21 – 22 – Y (sono piccoli e acrocentrici). Un'ulteriore distinzione dei cromosomi viene fatta in base al bandeggio, ovvero la formazione di bande nero/bianche a seguito di particolari tecniche di colorazione. La posizione delle bande permette la distinzione di un cromosoma rispetto all’altro. Al microscopio ottico i cromosomi si riconoscono in base a: -dimensione e morfologia; -posizione del centromero; -bandeggio (posizione e intensità delle bande). La rappresentazione del corredo cromosomico di una cellula, e di un individuo, è detta cariogramma. Quindi in un cariogramma le varie coppie di cromosomi vengono posizionate in base alla dimensione complessiva del cromosoma e alla posizione del centromero. Ciascun cromosoma presenta un braccio corto e uno lungo, detti anche braccio P e braccio Q. Questi bracci si riconoscono perché sono separati tra di loro dalla costrizione centromerica del cromosoma. I cromosomi hanno varie forme, e non solo varia la dimensione complessiva ma anche l'organizzazione tra il braccio corto e il braccio lungo. È piuttosto difficile distinguere ad esempio i due cromosomi 4 dai due cromosomi 5, per non parlare dei cromosomi del gruppo C, o anche dei cromosomi che hanno la stessa struttura e stesse dimensioni. Per ovviare a questa difficoltà di riconoscere le varie coppie di cromosomi omologhi si è riusciti, una cinquantina d'anni fa, (Quindi vent'anni dopo che erano stati identificati i cromosomi nelle nostre cellule) ad identificare alcuni sistemi di clonazione che permettono di svelare lungo ogni coppia di cromosomi una caratteristica alternanza di zone chiare e scure. Una striatura che viene chiamata bandeggiatura. Proprio grazie a questa scoperta è diventato molto più semplice attribuire a un certo tipo di cromosoma un elemento di una piazza metafasica. Per esempio si può riconoscere abbastanza agevolmente la coppia di cromosomi 7 con questa caratteristica, per la presenza di due bande molto evidenti un braccio lungo, oppure nelle coppie di cromosomi 11 e 12 dove l'alternanza di zone scure è decisamente grossolana ed ha delle grosse bande scure che le fanno somigliare tra di loro ma in realtà quello che distingue è la posizione del centromero di un braccio corto di dimensioni rilevanti, cosa che invece è decisamente minore nel caso della coppia di cromosomi 12, e così via tutti i cromosomi presentano un'alternanza caratteristica che permette di assegnare in maniera univoca la loro posizione all'interno del cariogramma. Pseudodiploidia ——> è una cellula che ha sì 46 cromosomi ma tra questi 46 cromosomi ci sono cromosomi che non possono essere accoppiati, quelli che presentano un'alternanza di zone colorate che non permettono di identificare da quale cromosoma derivano tutti i vari tratti di quel cromosoma. Aploidia ——> sono quelle che contengono 23 cromosomi uno diverso dagli altri, e queste cellule aploidi vengono anche dette a corredo n. Poliploidia ——> è quella condizione per cui la cellula, o meglio l'individuo, non ha 46 cromosomi, ma ne ha a causa dei 23 organizzati in triplette o in quartetti. Quindi gli individui triploidi non hanno 46 cromosomi ma ne hanno 69 e gli individui tetraploidi ne hanno 92. Sono per lo più abortiti precocemente durante la gravidanza. Perché lo sbilanciamento genico è talmente grave che queste cellule non hanno la possibilità di recuperare il danno provocato dall'eccessiva attivazione di tutti questi geni. Solo raramente vengono individuati prima e solo in casi eccezionali si arriva alla nascita di un individuo triploide, però proprio per la gravità delle alterazioni genetiche sopravvive solo poche ore. La condizione più frequente per generare un individuo triploide è la contemporanea fecondazione dell'ovocita da parte di due spermatozoi. In condizioni normali un solo spermatozoo feconda l’ovocita, e nel momento in cui lo spermatozoo entra nell’ovocita determina una reazione della parete dell’ovocita che la rende impermeabile a qualunque altro spermatozoo, ma se il fenomeno di fecondazione è simultaneo da parte di due spermatozoi tutti i due riescono a passare, e così si ottiene un corredo triploide dovuto alla somma dei due corredi aploidi dei due spermatozoi e del corredo aploide dell’ovocita. Più raro il caso in cui o lo spermatozoo o l’ovocita non abbiano fatto correttamente le divisioni meiotiche. La tetraploidia ha un’origine più complessa. È la conseguenza di una normale fecondazione con errore che interviene durante la prima e l'iniziale divisione mitotica dello zigote, per cui la cellula 2n sbaglia a duplicare il patrimonio cromosomico e la divisione successiva e finisce per avere nel proprio nucleo il doppio dei cromosomi che dovrebbe avere. I ——> cariogramma normale (ma con sindrome di Turner) II ——> cariogramma triploide Parliamo ora delle Aneuploidie vere e proprie, cioè la variazione del numero degli elementi di una o più coppie di cromosomi. Nelle anomalie costituzionali cioè quelle che si manifestano già alla nascita, queste riguardano solitamente un solo cromosoma che varia nel numero. Si parla di monosomia per l'assenza di uno dei due elementi della coppia di cromosomi. Le monosomie degli autosomi non sono compatibili con la vita; l’unica monosomia compatibile con la vita è la sindrome di Turner (quindi quella del cromosoma X) La nullisomia è l'assenza di entrambi gli elementi di una coppia, è un'anomalia gravissima e rarissima la si trova solo nelle cellule tumorali. Ci sono poi anomalie degli autosomi, e qui abbiamo una trisomia del cromosoma 21. Sono persone che oggi con i trattamenti disponibili hanno un'aspettativa di vita molto vicina a quella delle persone con corredo diploide 46 cromosomi anche se ovviamente ci sono dei deficit. La trisomia 13 è ben più grave, la possibilità che questi individui arrivino alla nascita è molto molto bassa. Vengono quasi tutti abortiti spontaneamente. E chi arriva alla nascita avrà una serie di alterazioni talmente gravi che difficilmente supera le prime ore di vita. Sono casi eccezionali quelli che arrivano ai 10 anni (meno di 10 al mondo). Abbiamo anche la trisomia 18, una serie di alterazioni, la stragrande maggioranza dei bambini viene abortito durante la gravidanza in maniera spontanea. Come insorgono queste anomalie di numero? Per la maggior parte dei casi sono dovute a errori durante la divisione meiotica. Questi errori possono intervenire nella prima divisione o nella seconda divisione. A sinistra vediamo quello che può accadere durante la prima divisione. Abbiamo i due cromosomi omologhi che sono dicromatidici perché la cellula prima di avviare la meiosi aveva duplicato il proprio patrimonio cromosomico durante la fase S. Come avviene di solito i due cromosomi della coppia dovrebbero migrare uno in una cellula figlia uno nell'altra cellula. Può capitare però che entrambi gli elementi della coppia migrano nella stessa cellula. Per cui si arriva a due cellule che non hanno lo stesso patrimonio genetico perché una ha un cromosoma in più e l'altra manca di quel cromosoma anche se tutti gli altri cromosomi sono correttamente ripartiti. Le inversioni sono alterazioni cromosomiche dovute alla rotazione di un segmento cromosomico. In pratica questa inversione anatomica è dovuta ad una frattura sul cromosoma che interviene sul braccio corto ma anche sul braccio lungo. Questi due punti di rottura del cromosoma fanno sì che il segmento possa staccarsi e riposizionarsi rovesciato. Nel caso di inversione si ha una rotazione di 180 gradi del segmento compreso tra due punti di rottura. Queste inversioni in base a se il segmento che ruota contiene meno il centromero vengono dette inversioni pericentriche quando il centromero è compreso nel segmento che ruota o paracentriche quando il segmento che ruota non include al suo interno il centromero. Le inversioni pericentriche sono anomalie che possono addirittura essere costituzionali, si può nascere con un'inversione senza nessun effetto fenotipico e tra le varie anomalie di struttura è quella meno pericolosa. Abbiamo poi le delezioni. Le delezioni consistono nella perdita di materiale cromosomico. La perdita del materiale genetico è sempre un evento grave. Una delezione è sempre accompagnata da un’alterazione fenotipica che varia nella gravità in base alle dimensioni del segmento perso. Dipende anche dalla regione colpita, se ricca o no di geni. La delezione del braccio corto del cromosoma 5 dà luogo a una sindrome: la sindrome del pianto di gatto. Nella sindrome del pianto di gatto manca un bel pezzo del braccio corto del cromosoma 5, si chiama così perché uno degli effetti fenotipici di questa perdita è la malformazione della laringe nei bambini, per cui quando piangono sembra che emettano un miagolio. Abbiamo un altro tipo di delezione che è correlata con la sindrome di Prader-Willi. È la condizione caratteristica perché è dovuta alla perdita di un piccolo segmento cromosomico difficilmente evidenziabile dal microscopio e che determina una serie di alterazioni tra cui la bulimia, l’irascibilità, ipogenitalismo. Parliamo ora delle traslocazione. Le traslocazione consistono proprio nel trasferimento di materiale cromosomico a un elemento ad un altro, di solito è tra due tipi di cromosomi diversi. Nel tipo di traslocazione in cui due cromosomi scambiano materiale si chiama traslocazione reciproca. Le traslocazioni reciproche possono essere distinte e bilanciate (quando a seguito di questo processo non si ha nessun effetto patologico) o sbilanciate (con effetto fenotipico conseguente alla traslocazione, ad esempio Myc and Burkitt’s Lymphoma) Ci sono poi le traslocazioni Robertsoniane che prendono il nome da chi le ha scoperte, e sono dovute alla fusione a livello del centromero di due cromosomi acrocentrici. Se colpisce il cromosoma 21 aumenta la probabilità di avere un individuo con la sindrome di Down, ma ci sono anche individui perfettamente sani che hanno questa traslocazione. Interessa solo cromosomi acrocentrici. Abbiamo poi le duplicazioni (prossima lezione)