Genetica Flashcards
Classificazione malattie genetiche
Le malattie genetiche possono essere distinte in:
1) Le malattie monogeniche sono dovute a mutazioni di un singolo gene e sono dette anche malattie mendeliane poiché il loro pattern di trasmissione è quello ipotizzato da Mendel. Le malattie monogeniche possono essere distinte in malattie autosomiche (dominanti e recessive) e malattie legate ai cromosomi X e Y. Questa classe di malattie si caratterizza per un alto rischio di ricorrenza familiare e un pattern di ereditarietà riconoscibile all’interno della famiglia. Esempi di malattie monogeniche sono la talassemia, la fibrosi cistica, l’emofilia, la distrofia muscolare di Duchenne e la fenilchetonuria e per molte di queste patologie sono disponibili screening pre-natali e test di diagnostica molecolare.
2) Le malattie genomiche invece sono causate dalla perdita o dall’acquisizione di uno o più geni, un esempio è la sindrome di DiGeorge (causata da una microdelezione sul braccio corto del cromosoma 22).
3) Le malattie cromosomiche sono dovute all’eccesso o al deficit di interi cromosomi o di frammenti di essi, hanno un rischio di ricorrenza variabile e tendenzialmente sono caratterizzate da alcuni segni dismorfici peculiari, ritardo mentale e bassa statura. Queste patologie sono correlate ad alti rischi di aborto ed alcuni esempi sono la Sindrome di Down (trisomia 21), di Klinefelter (XXY), di Turner (X0), di Patau (trisomia 13) e di Edwards (trisomia 18).
4) Una malattia multifattoriale invece coinvolge più geni, queste patologie sono più frequenti delle monogeniche, si manifestano nell’età adulta e sono determinate dall’interazione tra geni ed ambiente. Sono esempi di malattie multifattoriali il diabete mellito, ipertensione, labbro leporino e malattie coronariche.
5) Le malattie mitocondriali sono trasmesse esclusivamente per via materna (i mitocondri dello spermatozoo non entrano nella cellula uovo quindi tutti i mitocondri del feto sono di origine materna), esse sono causate da mutazioni a carico del genoma mitocondriale e da difetti nel funzionamento dei mitocondri (ricordiamoci che molte proteine che servono per la funzionalità mitocondriale sono codificate nel genoma nucleare, se esse non funzionano correttamente portano a difetti della funzione mitocondriale e quindi causano una malattia mitocondriale).
6) Le malattie dovute a mutazione nelle cellule somatiche sono dovute a delle mutazioni delle cellule somatiche e non vengono ereditate nella famiglia, il classico esempio di malattia dovuta ad una mutazione di una cellula somatica è il cancro.
Mendel
Pianta di pisello; le 3 leggi (Principio dell’uniformità della prima generazione ibrida; Principio della segregazione; Principio dell’assortimento indipendente.); Albinismo esempio di malattia mendeliana
Centromero
centromero è l’elemento fondamentale per la divisione dei cromatidi fratelli perché su di esso si forma una piastra proteica chiamata cinetocore che è costituita da centinaia di proteine che permettono l’aggancio dei microtubuli del fuso. Il cinetocore, infatti, possiede una piastra esterna che lega i microtubuli e una piastra interna che è connessa al centromero e la sua funzione è quella di permettere il legame dei microtubuli in modo che essi possano tirare verso il centrosoma, e quindi verso i due poli opposti, i cromatidi fratelli.
Il centromero è costituito da DNA α-satellite che può essere di tipo I e II. Essi sono delle ripetizioni di DNA in tandem che si possono estendere da 0.1 a 4 Mb. Il DNA satellite è diverso per tutti i cromosomi con delle eccezioni: i cromosomi 1, 5, 19, 13, 21, 14 e 22 hanno le stesse sequenze di DNA centromerico.
Il DNA centromerico è anche associato a delle proteine specifiche, in particolare alla variante proteica dell’istone H3. Quando negli anni 80’ furono indagati dei pazienti affetti da sclerodermia si notò nel loro sangue la presenza di anticorpi contro delle proteine che riconoscevano proteine centromeriche chiamate CENP-A, CENP-B e CENP-C.
Andando a vedere dove si localizzavano queste proteine, si scoprì che esse si localizzavano proprio a livello dei centromeri.
La principale proteina centromerica negli eucarioti è CENP-A che è una variante dell’istone H3, essa presenta un’organizzazione per cui si crea una struttura che:
internamente è costituita da un nucleosoma fatto di istoni H3;
esternamente è costituita da un foglietto di nucleosomi che contengono CENP-A.
Sul centromero si assembla il cinetocore, questa piastra proteica costituita da più di 80 proteine. Il cinetocore deve permettere l’aggancio dei microtubuli del fuso oltre che controllare la separazione corretta dei cromatidi fratelli. Questa verifica viene effettuata nel check-point di anafase che permette di controllare che il DNA sia stato correttamente replicato e quindi possa essere trasmesso alle cellule figlie. Tra le proteine del
centromero che sono coinvolte in questo check-point di anafase c’è APCC. 10 di 33
Telomeri
I telomeri sono dei complessi di eterocromatina costituiti da DNA e proteine che sono localizzati alla fine dei cromosomi lineari. Tutti i cromosomi hanno due telomeri, uno sul braccio p e uno sul braccio q, tranne i cromosomi acrocentrici che hanno solo i telomeri del braccio q perché non hanno il braccio corto p. Il telomero è costituito da ripetizioni di 6 nucleotidi che arrivano anche a un numero di 2000 ripetizioni. Le ripetizioni sono fatte da TTAGGG su un filamento e nucleotidi complementari sull’altro. La funzione dei telomeri è quella di proteggere il cromosoma dalla degradazione e questa funzione viene esplicata perché all’estremità ultima del cromosoma ci sono circa 30 ripetizioni di TTAGGG a filamento singolo perché manca il filamento complementare. Poiché queste ripetizioni sono ricche di G possono legare per complementarietà l’altro filamento più interno andando a creare il cosiddetto T- loop, o ansa T, che viene visualizzata anche al microscopio elettronico. Quando un cromosoma perde l’estremità telomerica risulta fortemente instabile e può andare incontro a degradazione oppure può esporre delle estremità appiccicose che si attaccano erroneamente ad altri filamenti di DNA.
I cromosomi si accorciano comunque nel corso della vita ma i telomeri rallentano tale accorciamento che rimane comunque un fenomeno naturale che avviene durante l’invecchiamento. I telomeri sono replicati non dalla DNA polimerasi ma dall’enzima telomerasi che contiene al suo interno un filamento di RNA (RNA template) complementare alle ripetizioni dei telomeri.
Quindi questo enzima è fondamentale nel mantenimento della lunghezza dei telomeri, mutazioni a carico dei geni coinvolti nell’assemblamento di questa proteina possono provocare gravi problemi all’organismo. In topi transgenici mutati per questo enzima si è visto che i problemi non ci sono tanto nella prima generazione quanto in quelle successive, a causa di un accorciamento sempre maggiore del DNA dei telomeri.
Ori
Sui cromosomi ci sono più origini di replicazione, questo è stato visto attraverso degli esperimenti in cui il DNA è stato marcato con la timidina triziata, una base radioattiva, e seguendo poi con una radiografia il deposito della radioattività. È emerso appunto che lungo tutto il cromosoma si generano diverse bolle di replicazione, cioè diversi siti di inizio della replicazione (che è bidirezionale).
Quindi, ricapitolando: le origini di replicazione durante l’interfase, in particolare nella fase S, permettono la duplicazione del DNA per cui il cromatide fratello viene replicato e avremo un cromosoma con la classica forma ad X che viene mantenuto insieme dal centromero.
In mitosi si avrà l’aggancio del fuso mitotico al centromero che permetterà la divisione dei due cromatidi fratelli tra le cellule figlie, per cui alla fine in interfase avremo di nuovo cromosomi duplicati in cellule divise. I telomeri servono sempre da protezione alle estremità del cromosoma.
Disposizione cromosomi nel nucleo
teoria dei territori cromosomici → il DNA di ciascun cromosoma occupa un volume definito all’interno del nucleo e si tocca con i cromosomi immediatamente vicini ma non con altri cromosomi;
2. teoria degli spaghetti → tutti i cromosomi si dispongono in maniera del tutto random nel nucleo e quindi molti cromosomi sono vicini tra loro.
Tecnica FISH
Permettono di ibridare il dna con sonde fluorescenti ed ha permesso di verificare ulteriormente la teoria dei territori cromosomici
Struttura cromatina
Nucleosoma (H2A, H2B, H3, H4; 11nm)—>Solenoide (6-8 nucleosomi; istone H1; 30nm)—>Anse (300nm)
Coesine e condensine
Le coesine sono proteine che mantengono uniti i cromatidi fratelli lungo l’asse maggiore non permettendo un errata separazione prima dell’anafase. Le condensine invece allentano l’azione delle coesine condensando i cromatidi lungo l’asse centrale con una compressione laterale. I cromatidi sono di conseguenza uniti solo dal centromero. Mutazioni di queste proteine coinvolte nella compattazione sono responsabili di una classe di patologie chiamate coesinopatie caratterizzate da ritardo mentale, dismorfismi facciali, alterazione degli arti che hanno come causa difetti nella separazione dei cromatidi.
Come vengono studiati i cromosomi
Vengono principalmente utilizzati globuli bianchi fissandoli su un vetrino. La procedura parte con del sangue periferico che viene preparato su un terreno di coltura con sostanze che stimolano la proliferazione (es Fitoemoagglutinina) e anticoagulanti per 2-4 giorni; Viene poi utilizzata una sostanza che blocca tutte le cellule in una determinata fase del ciclo cellulare per sincronizzarle, poi le si fanno partire tutte dallo stesso punto per poi fermarle in metafase grazie al colcemid/colchicina; dopo 30 minuti si centrifuga e si immerge il preparato in ipotonica per lisare i globuli rossi; dopo 20 min si centrifuga ancora per eliminare residui di cellule; poi si utilizza un fissativo (soluzione alcolica, poche ml) e altre centrifugazioni per far rimanere nel pellet solo i globuli bianchi; alla fine con qualche goccia di sospensione si fanno aprire i globuli bianchi facendo rimanere i cromosomi metafasici (servono condizioni climatich adeguate) e si può ricostruttiva cariogramma e cariotipo.
Classificazione centromerica
1) cromosomi metacentrici: centromero circa centrale. Telomeri su entrambi i bracci p e q
2) acrocentrici: centromero sulla parte subterminale del braccio p. Ha solo un telomero sul q e non ha il braccio p ma una protrusione, il satellite, costituita da dna beta-satellite che codifica per rRna e si presenta come uno sbuffo
3) submetacentrico: un po piu in basso del centro. Ha un braccio p piu corto ed un q piu lungo. Ha entrambi i telomeri
4) telocentrico: centromero in posizione terminale. Un solo braccio e un solo telomero
Tipi di bandeggi
1) G: si usa Giemsa che si lega alle sequenze AT previo trattamento proteolitico per rimuovere le proteine del dna. Presenta bande chiare (negative) e scure (positive)
2) Q: come G ma si usa Quinacrine invece di Giemsa ed è fluorescente
3) R: è il G ma invertito. Si usa per rilevare alterazioni che nelle bande chiare non si vedrebbero bene
4) C: colora il centromero
5) NOR: colora il braccio p degli acrocentrici
Cosa differenzia un polimorfismo da una semplice mutazione?
Il polimorfismo è una mutazione presente in più dell’1% della popolazione che non presenza svantaggi (per questo è così rappresentata)
Da quale mutazione sono causate la Corea di Huntington e la sindrome dell’X fragile
Inserzione multipla di 3
Esempi di LOF
Neuropatia Tomaculare (Mutazione PMP22, mielina periferica 22, sistema nervoso periferico)
Mucopolisaccaridosi
Esempi di GOF
Acondroplasia
Malattie da Poliglutammine
Mucopolisaccaridoso
È una malattia causata da una mutazione del gene IDUA che codifica per la alfa-L-Iuronidasi che agisce sui glicosaminoglicani. Provoca un accumulo nei lisosomi di dermatansolfato ed eperansolfato, due glicosaminoglicani. Si presenta in 3 forme: Grave (Hurler) Intermedia (Hurler-Scheie) e Lieve (Scheie). I sintomi principali sono difetti di crescita, deformità scheletriche, insufficienza cardiaca, malfunzionamento di fegato e milza, deficit cognitivi, ma possono manifestarsi anche opacità della cornea, bassa statura, ernie.
La formazione di un isocromosoma comporta perdita di materiale genetico?
Si, comporta la perdita di 2 braccia su 4 (le 2 p o le 2 q) perché si forma da un solo centromero, quindi le parti senza centromero si perdono.
Come si forma un isocromosoma?
Si forma da un’errata separazione dei cromatidi fratelli (trasversale invece che longitudinale) ad opera della separasi, dopo la rimozione dell’inibizione della securina, che rimuove le coesine
Perché un cromosoma ring spesso comporta fenotipo patologico?
Perché l’unione è terminale e i geni sono presenti spesso sul sub-terminale per una questione evolutiva
Come si classificano le traslocazioni?
Robertsoniane (unione di 2 dei 5 cromosomi acrocentrici) e non robertsoniane. Reciproche e non reciproche
Quando una mutazione cromosomica è bilanciata?
Quando non si ha perdita o guadagno di materiale genetico
Come si classificano le duplicazioni?
A tandem o non tandem. Stesso orientamento o diverso
Come si classificano le delezioni?
Interstiziali e terminali
