Genetica Flashcards
Che cos’è un gene?
● l’unità fondamentale dell’informazione genetica che entra in funzione sempre o in determinati momenti e ciò dipende da cosa codifica;
● qualcosa che ha una funzione ma che non la svolge direttamente, infatti viene trascritto in RNA, il quale verrà o meno tradotto in proteina, a seconda del tipo di informazione che conteneva il gene.
Quali sono gli elementi costitutivi di un gene?
-le Sequenze esoniche, ovvero le porzioni codificanti del gene. Sono costituiti da una regione detta open reading frame (ORF) = quadro di lettura funzionale, che è costituita dal codone d’inizio della traduzione AUG, localizzato al 5’ di ogni gene, importante per dare inizio alla sintesi proteica;
-le Sequenze introniche, ovvero quelle porzioni non codificanti che si trovano tra un esone e l’altro. Iniziano tutte con il dinucleotide GU (“donor site”) e terminano con il dinucleotide AG (“acceptor site”) , definite sequenze di giunzione. Quest’ultime svolgono un ruolo importante nel processo di splicing. I geni mitocondriali e molti geni che codificano per i tRNA sono privi di introni.
È importante notare come maggiore è il grado evolutivo di una specie maggiore è il numero di sequenze introniche. È difficile da pensare una cosa del genere perché ci sono vari svantaggi, tra cui:
1)l’utilizzo di molti più nucleotidi;
2)l’utilizzo di molta energia per la rimozione di quest’ultimi al momento della maturazione dell’mRNA.
Spesso questa porzione di DNA è stata definita “junk DNA” = DNA spazzatura, ma non è così perché vi sono dei vantaggi che surclassano gli svantaggi:
1)l’alternanza esoni-introni ha permesso la formazione di nuovi geni grazie al fenomeno del rimescolamento degli esoni. Per comprendere meglio questo aspetto si può paragonare il genoma a un insieme di blocchetti che possono essere mischiati come un mazzo di carte per creare varie combinazioni. Questo fenomeno è anche noto come exon shuffling e avviene in tempi molto molto lunghi.
2)lo splicing alternativo, che invece avviene nelle singole cellule e permette di ottenere proteine diverse a partire da uno stesso gene.
-le Sequenze di regolazione, ovvero delle regioni che regolano la trascrizione del gene. Si trovano a monte della regione codificante, ovvero nella porzione 5’. La sequenza principale è il promotore (il TATA box) che corrisponde al sito di attacco dei fattori di trascrizione e successivamente della RNA polimerasi. Ancor più a valle ci sono i cosiddetti enhancer e silencer, cioè elementi genici a corta sequenza che aumentano o diminuiscono la velocità trascrizionale della RNA polimerasi, a seconda delle condizioni.
Ci sono poi delle regioni non trascritte a valle della regione contente esoni e introni, quindi nella porzione 3’ del gene. Queste sono importanti segnali per la poliadenilazione o per il riconoscimento dei miRNA.
Quali sono le sequenze che regolano lo splicing?
● GU = donor site e AG = acceptor site;
● un nucleotide al 3’ contenente adenina: questo è il cosiddetto branching point, punto in corrispondenza del quale si forma la caratteristica struttura a cappio ed è sempre seguito da un sito polipirimidinico
Cosa succede quando si ha complementarietà perfetta e quando imperfetta?
-PERFETTA: quando i mirna che legano i loro rna bersaglio inducono il taglio del bersaglio che quindi NON può essere tradotto.
-IMPERFETTA: quando i mirna bloccano l’espressione dei loro geni target a livello post trascrizionale.
Che cos’è l’editing dell’ RNA? Fai un esempio
E’ un meccanismo di modificazione dell’RNA. Il meccanismo più conosciuto riguarda l’APOB. In genere perché questo avvenga c’è bisogno di strutture particolari dell’RNA. Una di queste modificazioni è la deaminazione della citosina che diventa così uracile (transizione). Ciò può provocare, nel caso dell’APOB, la formazione di un codone di stop. Per alcuni codoni il cambio della terza base può essere ininfluente, non fa cambiare l’amminoacido (fenomeno conosciuto come wobbing) ma altre volte può essere estremamente pericoloso. Quindi il cambio di nucleotide può cambiare l’amminoacido che viene sintetizzato o addirittura come nell’APOB far si che si crei un codone di stop che interrompe la sintesi proteica. La formazione di UAA rispetto a CAA non rende l’APOB inefficace, funziona lo stesso ma in maniera differente, in una posizione differente. Una funziona nelle VLDL, le lipoproteine a bassissima densità, che trasportano poco colesterolo e molti trigliceridi (si trova nel fegato), l’altra funziona invece nelle LDL, ed è importante perché trasporta prevalentemente colesterolo(si produce nell’intestino). Si hanno quindi funzioni differenti dallo stesso trascritto, che una volta modificato potrà essere interpretato in maniera differente. Un altro meccanismo di editing riguarda la deaminazione dell’ adenina che si trasforma in inosina (che viene riconosciuta come guanina, quindi si ha una transizione)
Quali sono le tappe di maturazione dei tRNA?
1)Rimozione della sequenza leader al 5’ e della sequenza di coda al 3’;
2)vengono aggiunti 3 nucleotidi al 3’: CCA: questa porzione lega l’amminoacido all’estremo carbossi-terminale con un legame estere catalizzato dall’amminoacil tRNA sintetasi;
3)rimozione di alcuni introni;
4)almeno altre 100 modifiche nucleotidiche durante e dopo la trascrizione tra cui:
-la metilazione dell’adenina e della guanina: A–>mA e
G–>mG;
-la riduzione dell’uracile: U–>DHU;
-la trasversione dell’uracile: U–>Ψ;
-la deaminazione dell’adenina in inosina: A–>I.
Come vengono trascritti gli rRNA e dove si trovano i geni che li codificano?
Esistono 4 tipi di RNA ribosomiali, tre dei quali (5.8 S, 18 S e la 28 S) vengono sintetizzati insieme a partire da un unico precursore e poi tagliate, cioè è un cistrone, tipico dei procarioti . I trascritti 5S, 5,8 S e 28 S faranno parte poi della subunità maggiore, mentre il 18 S costituirà la subunità ribosomiale minore, insieme ovviamente ad una serie importante di proteine diverse. I geni che codificano per le subunità 5,8 S, 18S e 28S si trovano sui bracci corti dei cromosomi acrocentrici 13, 14,15, 21 e 22 in clusters ripetuti anche 2-300 volte
Come maturano i miRNA?
Il pri-miRNA ha una struttura a doppio filamento riconosciuta da una proteina del nucleo nota come Pasha che si associa alla RNAasi di tipo 3 Drosha a formare il cosiddetto complesso microprocessore. L’intervento del microprocessore riduce le sue dimensioni a circa 70 nucleotidi così da ottenere il pre-miRNA precursore.
A questo punto il trasportatore nucleo-citoplasmatico esportina 5 riconosce i due nucleotidi sporgenti al 3’ lasciati dall’enzima Drosha e trasporta attivante il trascritto nel citoplasma utilizzando GTP.
Nel citoplasma l’RNAasi di tipo 3 Dicer trasforma il pre-miRNA in una molecola a doppio filamento grazie all’abolizione dell’ansa ripiegata.
Infine, uno dei due filamenti viene eliminato e quello maturo, corrispondente al miRNA maturo, viene incorporato nel complesso RISC (RNA - Induced Silencing Complex), la cui componente fondamentale è una proteina Argonauta, Ago, il quale ha il compito di inattivare l’informazione genetica secondo due meccanismi: la complementarità perfetta in cui si ha la degradazione di mRNA o, la complementarità imperfetta o parziale in cui si ha il blocco della sintesi proteica.
I miRNA si concentrano nei Processing-bodies (P-bodies) citoplasmatici: regioni dove avviene anche il decapping dell’mRNA.
Cosa sono gli snoRNA?
Sono responsabili di modificazioni post-trascrizionali e del processamento degli RNA (tra cui gli rRNA nel nucleolo). Sono una famiglia molto grande (quasi un centinaio nel genoma umano). Hanno forme particolari e si possono distinguere due famiglie principali:
-C\D – Box snoRNA 🡪 reazioni di metilazione del ribosio in posizione 2’;
-H\ACA – Box snoRNA 🡪 reazioni di pseudouridilazione.
Gli snoRNA per operare la loro attività si ripiegano su sé stessi a formare le cosiddette hairpin, ovvero delle strutture a forcina, e si associano a proteine. Ciò che ne deriva prende il nome di piccoli corpi di Cajal snoRNP. Il ripiegamento è possibile perché c’è complementarità tra le basi, mentre la porzione che non presenta legami è quella di riconoscimento. Essi veicolano le proteine a cui si sono complessati verso l’esatto sito di modificazione dell’RNA bersaglio.
Nei lieviti sono generalmente monocistronici mentre nei vegetali sono policistronici. Nei vertebrati ci sono circa 100 geni in singola copia e si trovano spesso all’interno degli introni dei geni codificanti per le proteine ribosomiali. Sono sintetizzati dalla RNA polimerasi II.
Gli snoRNA policistronici e intronici sono modificati durante un processo di splicing particolare: all’interno degli introni vengono riconosciuti i geni per snoRNA e vengono recuperati tramite lo splicing interno.
Qual è la differenza tra un mosaico genetico e una chimera?
Nel MOSAICO il soggetto ha differente patrimonio genetico derivante tutto dallo stesso zigote, mentre nella CHIMERA le cellule avente differente patrimonio genetico vengono da zigoti diversi, come ad esempio è il caso di chi ha subito un trapianto. Tutti noi esseri umani siamo mosaici genetici perché con la vita e con l’invecchiamento, le patologie e anche con i tumori accumuliamo cambiamenti genetici all’interno delle nostre singole cellule. Quello delle donne viene definito mosaico funzionale perché il patrimonio genetico è lo stesso, solo funzionalmente è espresso differentemente.
Quali sono le principali tecniche di bandeggio cromosomico?
Bandeggio G Giemsa tripsina: eseguito con il colorante Giemsa, il campione è precedentemente trattato con tripsina, si utilizza il cosi detto invertoscopio, il cui la luce penetra nel campione dal basso verso l’alto
Bandeggio C: evidenzia i centromeri, viene effettuato con il colorante Giemsa ma senza il pretrattamento con la tripsina.
Bandeggio R: R sta per “reverse”, le bande saranno opposte rispetto a quelle del bandeggio G, è poco utilizzato e il colorante è l’arancio di acridina.
Bandeggio Q: identifica le stesse regioni del bandeggio G, come colorante viene utilizzata la quinacrina o il DAPI, viene dalla scuola francese ed è di più veloce attuazione rispetto al bandeggio G.
Cosa sono i piRNA?
I Piwi-ineracting RNA sono sintetizzati da geni particolari, presenti nel DNA in molte copie. Questi geni, ancestralmente non presenti nella specie umana sono in grado di silenziare regioni genetiche estremamente temibili per il nostro genoma, i trasposoni (che sono degli elementi mobili ripetuti migliaia di volte presenti nel nostro genoma, i quali possono causare mutazioni e riarrangiamento cromosomico pericoloso). I piRNA sono piccoli (25-31 nucleotidi), leggermente più grandi dei miRNA (21-25 paia di basi) e silenziano i trasposoni con l’aiuto di complessi proteici (ad esempio la proteina ’’ Zucchini’’) che si lega alla parete del mitocondrio insieme ad altre molecole proteiche come il complesso PIWI. Le zone che codificano per i trasposoni e quelle che codificano per i piRNA apparentemente sembrano separate tra loro, ma osservando nel dettaglio si può notare che la regione genetica sia la stessa, come se fosse quasi un’operazione suicida del gene che contiene, infatti, sull’altra catena una sequenza che silenzia sé stessa.
Nella normale vita cellulare è attivo l’RNA polimerasi, questo codifica anche per questo RNA. (Nella slide è evidente l’effetto inibitorio di questo RNA, visibile anche nella successiva slide in cui vi sono diversi attori, questa zona codifica sia un RNA pericoloso dagli effetti pericolosi, sia il proprio inibitore piwi.)
Quali sono gli eteromorfismi cromosomici centromerici e acrocentrici?
Nell’ambito dello stesso soggetto ci possono essere fenomeni diversi che differenziano i due cromosomi omologhi tra di loro e riguardano regioni, ad esempio, dei centromeri dove è presente una inversione ( rotazione di 180°) dove si può vedere una disposizione qualitativa e in alcuni casi quantitativa differente. Possiamo notare, infatti, che guardando la disposizione delle bande, la presenza in misura maggiore o minore di regione centromerica.
Questi fenomeni non causano fenotipo differente perché i centromeri non sono regioni codificanti e quindi questo non interferisce con la sua funzione che rimane conservata e non provoca alcuna patologia: questi sono esempi di ETEROMORFISMI CENTROMERICI che troviamo nei cromosomi 1,9 e 16, ma anche nei cromosomi 2 e 7. È importante sottolineare che non parliamo di casi dove manca totalmente il centromero. Se c’è una maggiore presenza di regione centromerica, aumenteranno le sequenze ripetute. Troveremo in seguito cromosomi dicentrici che presentano due centromeri: in questo caso uno dei due viene inattivato.
Un altro fenomeno di eteromorfismo sono gli ETEROMORFISMI ACROCENTRICI.
In questo tipo di polimorfismi i cromosomi omologhi presentano dei bracci corti di misure differenti, quindi c’è una differenza in termini quantitativi ma che non riguardano il fenotipo poiché nella regione del braccio corto troviamo geni molto ripetuti che codificano per qualcosa (ad esempio i geni per l’rRNA ribosomiale si trova in cluster ripetuti proprio sui bracci corti dei cromosomi acrocentrici medi e grandi 13, 14, 15, 21 e 22). Questo sottolinea gli effetti dell’evoluzione, che è casuale.
Un altro cromosoma acrocentrico è l’Y.
Con una colorazione a fluorescenza si possono osservare diversi tipi di Y dove è evidente una differenza nel braccio lungo dei cromosomi omologhi e anche questo caso non corrisponde a fenotipi differenti ( altezza, massa muscolare, peluria, tono della voce ecc.) poiché il cromosomi Y é pieno di parti non codificanti, presente nel così detto “ deserto genico” .
Come fanno i cromosomi X e Y a riconoscersi durante la metafase del ciclo cellulare?
Nel braccio corto del cromosoma Y e X è presente la regione PAR1 (24 geni) mentre all’estremità telomerica opposta del braccio lungo è presente la PAR 2 (meno importante ma non trascurabile, 4 geni). Si evidenzia quindi la presenza di una serie di regioni omologhe che permettono l’appaiamento.
La PAR 1 è la regione più grande dove ci sono una serie di geni ed è importante sottolineare che in questa regione il crossing over avviene con una probabilità 10 volte maggiore rispetto alle altre regioni, ed è presente in tutte e due le divisioni cellulari ( mitosi e meiosi) ma per l’evoluzione e la variabilità biologica è importante soprattutto ciò che avviene durante la meiosi perché assicura il riassortimento genetico e questo avviene non solo tra gli autosomi ( cromosomi dall’1 al 22), ma anche tra eterosomi ( cromosomi sessuali X e Y).
È importante sottolineare, quindi, che se è presente informazione genetica in queste zone, queste la condividono e quindi si avranno dei geni che possono essere presenti, sia nella specie umana che in altre specie, sia sull’X che sull’Y ( ma sono pochi).
Cosa sono i siti fragili e quali sono gli eteromorfismi cromosomici minori?
Un altro tipo di eteromorfismo riguarda alcuni cromosomi (chr. 16, X) in cui sono presenti i cosiddetti “ siti fragili” che nel cariogramma appaiono come se il fossero spezzati: questo fenomeno non è patologico ma è dovuto al fatto che in queste zone il colorante si lega debolmente. Un’eccezione è un sito fragile dell’X. La sindrome dell’X fragile (o sindrome di Martin Bell) deve il suo nome al fatto che più frequentemente i soggetti malati hanno questa caratteristica, ma non è questa la causa della malattia.
Esistono poi altri tipi di eteromorfismi: ad esempio nella zona telomerica del 2 del braccio lungo può esserci una perdita della regione subtelomerica ma anche questa non causa problemi.
Mentre nell’ESAC (extrastructurally abnormal chromosomes) ,che può essere dovuto a svariati fenomeni sia fisiologici che patologici, vi è la presenza di materiale genetico non codificante in più. Nel 90% dei casi gli ESAC sono il frutto di un cromosoma 15 in più e che avendo però solo la regione centromerica ancora una volta non desta preoccupazioni di tipo patologico.
Come si classificano i DNA ripetuti in tandem?
Si stima che il 45% del nostro genoma è composto da molte sequenze ripetute. Queste in base alle loro dimensioni prendono il nome di:
-DNA SATELLITE: è presente soprattutto in alcune zone, ad esempio nel centromero ovvero la regione così detta alfa satellite. Può essere presente anche in altre zone, principalmente vicino al centromero e vicino al complesso per i geni dell’RNA ribosomiale, che sono delle regioni ripetute particolari chiamate beta satellite. Queste sono ripetute in molti cromosomi acrocentrici e sono alla base delle traslocazioni.
Gli Alfa satellite, presenti a livello del centromero, sono cruciali per la vita e la riproduzione di una cellula.
-DNA MINISATELLITE: regioni ripetute a livello dei telomeri (sequenza TTAGGG) Sono zone di chiusura molto particolari che permettono al cromosoma di assumere una particolare struttura e permettono anche l’adesione alla parete nucleare (formate da 8-100 nucleotidi).
-DNA MICROSATELLITE ripetizioni di alcuni nucleotidi (molto presenti nel nostro DNA) formando regioni di promoter anche in regioni codificanti, alcune volte possono anche essere causa di malattia (sono formate da 2-6 basi ripetute).
Quali sono i polimorfismi genetici?
Si definisce Polimorfismo delle variazioni nelle sequenze di DNA presenti nella popolazione con una frequenza maggiore del 1%. Le altre varianti, se non così frequenti, sono dette varianti rare, ma non è vero che queste diano per forza malattie. Il cambiamento può non dare nessun effetto, oppure possono causare o predisporre alle malattie o addirittura possono dare dei cambiamenti positivi. Le varianti più frequenti sono varianti di un singolo nucleotide. Per studiare l’effetto di queste variazioni bisogna prestare attenzione alla regione in cui si trovano. Distinguiamo i polimorfismi in:
-SNP (single-nucleotide polymorphism): polimorfismi di un singolo nucleotide;
-VNTR-STR (variable number of tandem repeats): ripetizioni di un numero variabile di sequenze ripetute di DNA minisatellite. A volte possono essere fonte di mutazione hotspot (punti speciali, delicati e fonte di cambiamenti). I cambiamenti genetici non sono sempre ereditati, ma molte volte avvengono al nostro interno.
Gli STR possono essere presenti in varie regioni, c’è una tollerabilità del cambiamento grazie alla ridondanza del nostro DNA.
Gli SNP sono presenti a migliaia nel nostro genoma. L’impatto è diverso in base alla regione in cui si trovano. Queste varianti sono state ritrovate anche in genomi di animali proprio perché sono alla base dell’evoluzione.
Quali sono le mutazioni più frequenti?
Nello studio delle mutazioni è cruciale la regione in cui avvengono. Questi cambiamenti, che sono casuali, dipendono dal nucleotide in cui avvengono e l’effetto dipende infatti dalla sequenza. Alla base delle diversità fra di noi ci sono proprio queste variazioni, non è quindi difficile pensare alle differenze diffuse nella popolazione (l’insieme delle differenze genetiche tra gli individui prende il nome di aplotipo). Si tratta di frequenze che variano gradualmente e geograficamente. Le mutazioni missenso sono le più frequenti e avvengono con maggiore probabilità per maggiori codoni, mentre nelle mutazioni non senso quella del codone UGA è la più frequente (60%). Altre mutazioni possono avvenire nei siti di splicing in cui l’intero esone può essere tagliato via (fenomeno conosciuto come skipping dell’esone) o nei siti di regolazione di un gene (in questo caso ci sarà un’ alterazione quantitativa non qualitativa della proteina)
Parlami delle trisomie autosomiche
LA SINDROME DI DOWN o TRISOMIA del 21
La Sindrome di Down o trisomia 21 è una trisomia autosomica compatibile con la vita che si ha più frequente negli individui di sesso femminile. Nel circa il 50% dei casi si ha aborto spontaneo.
Il fattore di rischio principale è l’età materna, ma le probabilità aumentano se c’è stata una precedente gravidanza con nascita di un figlio con trisomia 21.
Dal punto di vista Genetico nel 95% dei pazienti affetti da sindrome di Down si riscontra una trisomia libera con presenza di 3 cromosomi 21 causati in genere:
-da non-disgiunzione materna alla meiosi I materna, e più raramente a non-disgiunzione paterna alla meiosi I o II;
-a causa di un ritardo anafasico.
Nel 5% dei casi si riscontra una traslocazione robertsoniana tra cromosomi acrocentrici, in particolare t(14;21), t(21;21) per cui si parla di trisomia da traslocazione.
Nel 2-3% dei casi si riscontra un mosaicismo, cioè la contemporanea presenza nello stesso individuo di una linea cellulare trisomica (47 chr) e di una normale (46 chr) dovuto a non-disgiunzione che si verifica nelle divisioni cellulari post-zigotiche (mitosi) con quadro più attenuato.
La trisomia del 21 può essere osservata sia attraverso l’osservazione del cariotipo, sia attraverso l’impiego della metodica FISH, la quale ha il vantaggio di poter visualizzare i cromosomi durante l’interfase: si utilizza una sonda specifica per il braccio lungo del cromosoma 21. Dal punto di vista Clinico la Sindrome di Down si manifesta con ipotonia neonatale, viso tondo con profilo piatto, naso piccolo con radice piatta, la bocca è piccola, i denti sono piccoli e irregolari, la lingua presenta macroglossia e profonde fissurazioni (lingua scrotale), padiglioni auricolari corti e dismorfici, cranio piccolo, collo corto.
La Terapia è educativa e sintomatica con aspettativa di vita > 65 anni.
LA SINDROME di EDWARDS o TRISOMIA del 18
La Sindrome di Edwards o trisomia 18 colpisce principalmente gli individui di sesso femminile.
Nel 95% dei casi si ha aborto spontaneo.
Il 50% dei neonati affetti muore nel 1° mese di vita, solo il 10% raggiunge 1 anno di vita, mentre i rari casi sopravvissuti presentano un grave ritardo psicomotorio e dell’accrescimento.
In oltre il 95% dei casi si tratta di una trisomia libera correlata con l’età materna.
Dal punto di vista Clinico la sindrome di Edwards si manifesta con grave ritardo psicomotorio e della crescita, naso, bocca e mento piccoli, padiglioni auricolari impiantati più in basso e dismorfici, bacino piccolo, malformazioni del SNC, labio-palatoschisi, mano chiusa a pugno con tipica contrattura in flessione delle dita con sovrapposizione del 2° dito sul 3° e del 4° sul 5°.
LA SINDROME di PATAU o TRISOMIA del 13
La Sindrome di Patau o trisomia 13 è correlata all’età materna. Nel 95% si ha aborto spontaneo.
Nel 90% dei casi si tratta di una trisomia libera, mentre nel 10% o è una trisomia da mosaicismo o è causata da traslocazione robertsoniana t(13;14).
I rari casi che sopravvivo presentano ritardo mentale grave e ritardo della crescita con gravi malformazioni facciali e del cavo orale (labbro leporino e palatoschisi), microftalmia con occhi piccoli e malformati, polidattilia post assiale, cioè dito o appendice soprannumeraria sul lato del mignolo, malformazioni cardiache.
Parlami delle aneuploidie eterosomiche
LA SINDROME di KLINEFELTER 47-XXY
Il Sindrome di Klinefelter 47-XXY ha una frequenza alla nascita di 1caso su 1.000 (nei maschi). È causata nel 50% dei casi da una non-disgiunzione materna alla meiosi 1 ed è correlata all’età materna avanzata. Il rischio aumenta nelle successive gravidanze.
Spesso la diagnosi avviene durante la gravidanza mediante analisi citogenetiche sugli amniociti. La diagnosi viene solitamente richiesta per le donne in età avanzata oppure per valutare la causa di infertilità di coppia: molto spesso si è difronte a individui di sesso maschile completamente sani ma sterili. È una sindrome totalmente compatibile con la vita. Nel 90% dei casi gli individui sono solo soggetti ad azoospermia. Nel 10% dei casi i soggetti affetti presentano:
statura maggiore con arti maggiormente sviluppati;
caratteri secondari maschili poco sviluppati, ipogonadismo;
possono presentare ginecomastia (ingrossamento per cause non tumorali del tessuto mammario);
lieve ritardo mentale;
scoliosi, osteoporosi e diabete.
LA SINDROME XXX
La Sindrome 47,XXX o superfemmine alla nascita ha una frequenza di ~ 1/1.000 F. È dovuta nel 90% dei casi a non-disgiunzione materna alla meiosi 1, raramente a non-disgiunzione paterna alla meiosi 2 o mitotica (post-zigotica). Dal punto di vista clinico il fenotipo è normale. Solo in 1/4 dei casi si manifesta con infertilità, irregolarità del ciclo mestruale, menopausa precoce e potrebbe presentarsi qualche ridotta capacità in alcune abilità, come ad esempio il calcolo matematico. Ci possono essere casi di infertilità e irregolarità del ciclo mestruale.
LA SINDROME XXXX
Molto raramente possono presentarsi condizioni di cariotipo con quattro cromosomi X (48-XXXX) in questo caso l’organismo presenta:
statura mediamente più elevata della precedente condizione;
ritardo in alcune competenze intellettive più evidente.
MASCHIO XYY
Sul cromosoma Y c’è pochissima informazione genetica, riguardante principalmente la spermatogenesi e la statura. Quindi il cariotipo XYY non è assolutamente assimilabile ad una caratteristica fenotipica patologica, né vi sono differenze fisiologiche (non sono più alti, più o meno sviluppati, ecc.): l’informazione genetica duplicata non aumenta né la spermatogenesi, né l’altezza (cosa che avviene in correlazione all’aumento dell’X).
Negli anni 70 venivano utilizzati individui ricoverati in ospedali psichiatrici per alcune sperimentazioni ed indagini: si evinse una certa tendenza cariotipica della suddetta tipologia; fu denominata sindrome di Jacobs. Si pensava che tale condizione cariotipica contribuisse all’aumento dell’aggressività dell’individuo, presumibilmente per il doppio cromosoma Y che andava ad “amplificare” l’indole dominatrice del maschio.
Successivamente, con ulteriori studi, si è visto che la frequenza di questo cariotipo è la medesima sia in soggetti ricoverati in ospedali che in soggetti non ricoverati, andando a vanificare le credenze precedenti.
Il maschio XYY ha una frequenza alla nascita di circa 1 caso su 1.000 nati vivi. Questo particolare cariotipo è dovuto a non-disgiunzione alla 2° divisione meiotica nella spermatogenesi o non-disgiunzione post zigotica, non correlata all’età paterna e il rischio di ricorrenza non aumenta nelle successive gravidanza.
LA SINDROME di TURNER 45-X0
La Sindrome di Turner è una monosomia 45-X0. Nel 99% dei casi si ha aborto spontaneo. In genere si deve a ritardo anafasico nella spermatogenesi, raramente a mosaicismo (X0/46,XY) o anomalie di struttura del cromosoma X, tra cui isocromosomia del braccio lungo, cromosoma ad anello, delezione del braccio p o q. Non è correlata all’età dei genitori per cui il rischio di ricorrenza non aumenta nelle successive gravidanze.
In questo caso è come se ci si trovasse in presenza di una bambina di 10/11 anni. I soggetti affetti possiedono alcune caratteristiche invariabili:
Bassa statura.
Caratteri secondari assolutamente non sviluppati.
Sterilità.
Cardiopatie.
Nefropatie.
Imperfezioni estetiche, tra cui il cosiddetto “pterigium colli” (collo corto, tozzo, con pliche laterali).
La terapia con ormoni sessuali e ormone della crescita migliorano lo sviluppo dei caratteri sessuali secondari e lo sviluppo corporeo.
CORPI DI BARR
Nella sindrome di Klinefelter, nelle sindromi da tripla e quadrupla X e nella sindrome di Turner, il numero di corpi di Barr è sempre uguale a N-1, dove N è il numero di cromosomi X:
Nella sindrome di Klinefelter ci sono due X nel nucleo, dunque un solo corpo di Barr.
Nella 47-XXX ci sono tre X nel nucleo, dunque due corpi di Barr.
Nella 48-XXXX ci sono quattro X nel nucleo, dunque tre corpi di Barr.
Nella 45, X o nel normale cariotipo maschile 46, XY c’è una sola X nel nucleo, dunque nessun corpo di Barr.
Quindi, le trisomie della X non comportano gravi danni perché si ha una compensazione di dose, anche se non completa.
Per la sindrome di Turner la situazione cambia anche se, non ragionandoci, si potrebbe pensare che la situazione sia normale dato che c’è un solo cromosoma X. Non è così perché in questo caso c’è perdita di materiale genetico: il secondo cromosoma X, solitamente, non è totalmente compattato ma circa il 15% è ancora trascrizionalmente attivo.
L’esistenza di geni capaci di sfuggire all’inattivazione dell’X spiega per quale motivo esseri umani con un numero anomalo di cromosomi X mostrino fenotipi anomali. Se l’inattivazione dell’X fosse totale, non vi sarebbe alcuna differenza tra questi genotipi ed un assetto cromosomico normale.
Parlami di tutti i tipi di traslocazione
TRASLOCAZIONE
La traslocazione consiste nel trasferimento di segmenti cromosomici tra cromosomi diversi in seguito o alla riparazione anomala di cromosomi andati in contro a rottura, o in seguito a ricombinazione tra cromosomi non omologhi durante la meiosi. Ci sono vari tipi di traslocazione: reciproca, robertsoniana e per inserzione. Essa può essere intra-cromosomica o inter-cromosomica (quest’ultima di norma non riguarda cromosomi omologhi). Sono anomali bilanciate perché non provocano acquisizione o perdita di materiale cromosomico ma, coloro che presentano traslocazione hanno un elevato rischio di dare origine a gameti sbilanciati da cui possono derivare zigoti patologici o incompatibili con la vita.
TRASLOCAZIONE RECIPROCA
La traslocazione reciproca ha una frequenza di circa 1/500. Essa origina da 2 rotture su 2 cromosomi non omologhi. Ciò che viene scambiato tra i due cromosomi sono i segmenti distali ai punti di rottura. Si ottengono 2 cromosomi strutturalmente diversi rispetto a quelli presenti nel cariotipo normale.
L’individuo analizzato sarà un portatore con fenotipo normale.
Il problema sorge al momento della produzione di gameti sbilanciati, infatti, al momento della profase meiotica si ha l’appaiamento tra i cromosomi 3 e 21 normali e traslocati che indichiamo con A, B, C e D. Essi formano una struttura a croce detta quadrivalente che consente di allineare le regioni omologhe dei cromosomi normali e traslocati (normalmente si forma la bivalente o lineare).
All’anafase i 4 cromosomi segregano nelle cellule figlie (gameti) in modi differenti.
-Nel caso della segregazione 2:2 (2 a 2) 2 cromosomi vanno a un polo e 2 al polo opposto:
-Si ha segregazione alternata se allo stesso polo si trovano i 2 cromosomi non contigui nella tetrade, dando origine ad un gamete normale (A+D) e un gamete con traslocazione bilanciata (B+C). Si avranno il 50% di possibilità di avere figli normali e il 50% di possibilità di avere figli portatori della traslocazione.
-Si ha segregazione Adiacente-1 se allo stesso polo si trovano i 2 cromosomi contigui nella tetrade con centromero non omologo, dando origine a gameti spesso non vitali: un gamete sbilanciato con trisomia 3/monosomia 21 (A+C), monosomia 3/trisomia 21 (B+D) nello zigote.
-Si ha segregazione Adiacente-2 se allo stesso polo si trovano i 2 cromosomi contigui con centromero omologo, dando origine a gamete sbilanciati con monosomia/trisomia parziale nello zigote A+B e C+D. Gameti sempre non vitali.
Nel caso della segregazione 3:1 (3 a 1) dei 4 cromosomi del quadrivalente, 3 migrano verso un polo e 1 verso l’altro polo, dando origine solo a gameti sbilanciati con trisomia nello zigote. I cromosomi segreganti possono combinarsi in questi modi: A+B+C, A+B+D, A+C+D, B+C+D.
Nel caso della segregazione 4:0 (4 a 0) tutti e 4 i cromosomi del quadrivalente migrano verso un polo della cellula dando origine a gameti sbilanciati con tetrasomia/monosomia nello zigote.
La trascolazione reciproca avviene perché, dato che gli esseri umani hanno tanti segmenti ripetuti, quando c’è contatto fisico tra regioni cromosomiche ravvicinatesi nell’interfase, quando la cromatina è estremamente distesa, si possono attivare fenomeni di scambio, in quanto il materiale genetico è estremamente plastico.
Facciamo ora l’esempio di una traslocazione reciproca di una patologia tumorale (caso di leucemia). Consideriamo:
I cromosomi 2 e 22 perché contengono le informazioni per la produzione delle catene leggere degli anticorpi.
Il cromosoma 14 perché contiene le informazioni per la produzione delle catene pesanti degli anticorpi.
Il cromosoma 8 perché contiene un gene importante per la crescita cellulare.
Dato che gli anticorpi sono molecole fondamentali per la difesa dell’organismo, presentano dei promoter estremamente sensibili agli stimoli, così da attivare tempestivamente la trascrizione in caso di necessità.
Se la parte del gene che contiene il promoter per la produzione degli anticorpi, venisse trasferito dal cromosoma 2, 14 o 22, al cromosoma 8 al posto del promoter del gene della crescita cellulare, si avrebbe una situazione catastrofica: gli stimoli che di solito servono a produrre grandi quantità di anticorpi, attiverebbero in modo spropositato il gene responsabile della crescita cellulare. Si viene così a creare un nuovo gene.
Le traslocazioni reciproche spesso si verificano nel periodo post-zigotico, come la t(9;22) tipica della leucemia mieloide cronica (LMC).
Un altro caso particolare è quello del cromosoma Philadelphia (chr 22 che ha subito una traslocazione). È un elemento cardine delle leucemie mieloidi croniche. Questi sono ovviamente fenomeni acquisiti e con i quali non si nasce. Si ottiene un nuovo gene grazie alla traslocazione dei cromosomi 9 e 22: qui una tirosin-chinasi che non è regolata, messa in verticale, che causa la patologia.
Una traslocazione è non reciproca quando un cromosoma perde un frammento per delezione e questo frammento è aggiunto ad altro cromosoma per inserzione.
TRASLOCAZIONE ROBERTSONIANA o FUSIONE CENTRICA
La Traslocazione Robertsoniana o fusione centrica si deve a 2 rotture su cromosomi acrocentrici a livello del centromero e fusione delle braccia lunghe a livello del centromero, per cui si forma:
un cromosoma dicentrico stabile perché i 2 centromeri funzionano come se ce ne fosse solo uno;
un cromosoma acentrico (braccia corte) che viene perso durante la divisione meiotica senza conseguenze, essendo costituito da sequenze ripetute non codificanti (satelliti).
Le traslocazioni robertsoniane più frequenti sono la t(13;14), t(14;21), t(13;21).
Anche in tal caso il fenotipo può essere normale ma c’è il rischio di produrre gameti sbilanciati: infatti, alla profase meiotica si ha l’appaiamento tra cromosomi traslocati e cromosomi omologhi normali formando un trivalente che garantisce l’allineamento delle sequenze omologhe. All’anafase si ha la segregazione dei 3 cromosomi nelle cellule figlie in vari modi:
segregazione alternata: dà origine ad un gamete normale e un gamete con t(14;21) bilanciata.
segregazione adiacente: dà origine a gameti sbilanciati con trisomia 14, monosomia 14, monosomia 21 e trisomia 21.
Il 5% di trisomie 21 è derivante da traslocazione Robertsoniana. Nella coppia di genitori con trisomia libera, la probabilità di ottenere un altro prodotto del concepimento con la stessa patologia è grossolanamente correlabile a quello della popolazione generale (principalmente dall’età materna); nel caso di traslocazione Robertsoniana il rischio è molto più elevato, dettato da una diversa condizione di partenza.
TRASLOCAZIONE PER INSERZIONE
La traslocazione per inserzione è una rara anomalia caratterizzata dal trasferimento di un tratto di cromosoma all’interno del braccio di un altro cromosoma. È dovuta a 3 punti di rottura:
uno sul cromosoma accettore del segmento che viene introdotto;
due sul braccio cromosomico dal quale proviene il segmento che viene traslocato.
Di conseguenza, il cromosoma donatore presenta una delezione interstiziale, il cromosoma accettore presenta un segmento aggiuntivo. In genere, gli eterozigoti per queste anomalie sono normali ma ad elevato rischio riproduttivo (50%), infatti possono produrre gameti normali, bilanciati, deficienti e duplicati.
Quali sono i meccanismi di riparazione del DNA?
Capita molto frequentemente di avere delle mutazioni, quindi non c’è da stupirsi se durante l’evoluzione siano stati selezionati dei meccanismi di correzione delle mutazioni, che sono estremamente importanti. Esistono meccanismi di riparo a tutti i livelli.
-Il proof-reading è il meccanismo esplicato dalla DNA polimerasi dove vi è un controllo della corretta successione delle basi.
Il proof-reading 5’🡪3’ verifica solo in un senso la corretta successione delle basi. Le DNA polimerasi nel nostro organismo sono tante ed ognuna ha una attività di proof-reading differente, le polimerasi principali per la sintesi del DNA sono le alfa e le gamma, queste hanno attività di proof-reading 5’🡪3’, questo comporta il controllo solo del nucleotide appena aggiunto, non di quello precedente, se l’errore è commesso precedentemente, questo non viene visto.
-Abbiamo inoltre dei veri e propri meccanismi di riparazione del DNA che possiamo distinguere in diretto e indiretto:
Il meccanismo di riparazione del DNA diretto è ad esempio la riparazione della dimerizzazione indotta da radiazioni UV piuttosto che la rimozione dei radicali alchilici che vengono aggiunti, questi sono rimossi da enzimi ben definiti.
-Un altro meccanismo di riparazione è quello della lettura del DNA da parte di proteine che successivamente vanno ad eliminare sia il nucleotide mutato, sia la regione circostante al luogo del cambiamento genetico con la successiva ricostruzione della regione eliminata sfruttando la complementarietà. Si distinguono meccanismi di excision repair, ovvero attraverso l’enucleazione e di meccanismi analoghi a quelli di un crossing-over, ovvero prendere una regione omologa dal cromosoma e riposizionarla.
I meccanismi di excision repair possono essere quelli di escissione di un nucleotide (base azotata e zucchero) e successivo ripristino sfruttando la sequenza stampo, la correzione avviene dunque in pre-replicazione, a tale meccanismo vi partecipano una serie di proteine.
Vi è poi un altro meccanismo definito come base-excision repair, in questo meccanismo lo scheletro zucchero-fosfato è conservato, solo le basi vengono enucleate.
Quale può essere un meccanismo di identificazione di una mutazione? Ovvero che strategia possono impiegare le proteine per capire che vi è una mutazione? Se partiamo dal concetto di errato appaiamento, dobbiamo prima analizzare l’appaiamento fisiologico, corretto, ovvero analizzando l’appaiamento adenina timina o guanina citosina, osserviamo come l’appaiamento si verifica tra una purina e una pirimidina, a livello strutturale una pirimidina ha una “forma” esagonale, mentre la purina è composta da un esagono e un pentagono, il costante appaiamento purina-pirimidina consente di avere una dimensione costante della catena polinucleotidica e inoltre la distanza tra le due catene è costante, se ad un certo punto la distanza aumenta allora vi è un appaiamento errato delle basi, questa anomalia allerta i sistemi di controllo.
Atri meccanismi di correzione post-replicazionali sono quelli che sfruttano meccanismi simili a quelli del crossing-over, ovvero meccanismi che sfruttano la presenza di un omologo e lo utilizzano come stampo per ricostruire i frammenti danneggiati.
In questi meccanismi di riparazione vengono coinvolte delle proteine che se mal funzionanti possono portare all’insorgenza di diverse patologie. XP si riferisce allo xeroderma-pigmentoso, una mutazione a questo livello aumenta la suscettibilità ai tumori, soprattutto a quelli della pelle.to patologico, è quello dell’invecchiamento, anche questo è dovuto all’accumularsi di una serie di mutazioni.
Abbiamo cercato di capire che cosa sono le mutazioni, come si verificano e perché rimangono nel nostro organismo, comprendendo gli effetti e come si trasmettono alle generazioni successive, inoltre abbiamo cercato di capire il senso di una mutazione e il perché si preferisce il termine variante. Una mutazione è solo un cambiamento, non è scontato l’effetto del cambiamento e se permane all’interno del genoma, sfuggendo all’attività dei sistemi di correzione, l’effetto può essere vario, alcune sono silenti ovvero non hanno effetto, possono essere dannose e provocare malattie genetiche o addirittura l’interruzione della vita dell’organismo, anche una mutazione puntiforme può interrompere la vita di un organismo se compromette il gene che codifica per un prodotte genico indispensabile per la cellula. Se le mutazioni vengono fissate nei gameti queste possono essere trasmesse ai figli, nelle cellule somatiche le mutazioni fissate si trasmettono alle cellule figlie, possono determinare neoplasie e non solo, anche malattie genetiche ma, essendo mutazioni comparse dopo la nascita e non interessando le cellule germinali, non vengono trasmesse alla prole, queste mutazioni, durante l’evoluzione possono dare però dei miglioramenti ma questo avviene molto raramente, la regola per la selezione naturale è sempre la stessa, se un individuo con una mutazione, vive più a lungo in un determinato ambiente e dunque genera più figli. Anche per gli OGM (organismi geneticamente modificati) vale lo stesso, ma gli OGM non sono solo quelli creati in laboratorio, per similitudine gli OGM sono anche le specie di grano ottenute per ricombinazione cosa che l’uomo fa da almeno 10mila anni, un esempio sono gli alberi da frutta che non sono prodotti selvatici ma sono stati ottenuti da incroci, così come il grano e il riso. L’uomo è nato come cacciatore e raccoglitore, ha imparato successivamente ad allevare e coltivare, crescendo esponenzialmente in numero.
Quali possono essere alcune cause di mutazioni?
Le mutazioni possono essere spontanee oppure possono essere indotte da alcuni fattori, tra i più conosciuti vi sono le radiazioni e il calore.
Le radiazioni ultraviolette sono responsabili di un meccanismo molto particolare che è quello di far legare tra di loro due timine adiacenti, dunque la dimerizzazione delle timine, una volta che si legano tra di loro queste si sottraggono alla duplicazione, nel filamento stampo vi è una delezione delle due T. Le radiazioni UV, a seconda dell’energia che portano, possono indurre una frammentazione del DNA va da sé che se noi abbiamo altre sorgenti di radiazione, ad esempio ionizzanti, questo causa danni maggiori.
Le radiazioni più potenti sono più penetranti dunque interessano cellule più profonde del derma, come le cellule del midollo osseo rosso che sono in attiva replicazione, i danni dovuti a mutazioni cellulari a questo livello si vedranno in modo più tardivo ed avranno conseguenze sul metabolismo o sul ciclo dei globuli rossi.
Il calore è comunque una fonte di trasporto energetico, per far si che avvenga una reazione chimica, il fenomeno scatenante deve essere trasportatore di energia. Il calore, come altri agenti chimici possono dare depurinazione, deaminazione, in generale possono dare le stesse mutazioni che possono avvenire spontaneamente.
Parlando delle radiazioni ionizzanti, che hanno energia maggiore, il danno che ne deriva è maggiore, possiamo infatti avere una rottura del DNA con conseguente perdita di informazione. Se noi osserviamo i linfociti di un soggetto sottoposto a radioterapia, il DNA dei linfociti di questi soggetti appare più frammentato questo è dovuto alle radiazioni ad alta energia, le radiazioni ionizzanti sono radiazioni a energia più alta dei raggi X, gli effetti voluti dalla radioterapia è la morte delle cellule tumorali e la si ottiene andando a danneggiare il DNA e dunque ad indurre la morte cellulare.
Le radiazioni ionizzanti, raggi beta o gamma, non riescono a capire le cellule cancerose e le cellule sane, dunque possono essere direzionate verso la massa tumorale ma danneggia anche le cellule sane.
Anche i raggi X danneggiano il DNA.
Tra le cause biologiche delle mutazioni vi sono gli elementi trasponibili che sono frammenti di genoma virale che permangono e si integrano nel DNA della cellula infettata, l’evoluzione ha fatto si che le nostre cellule sviluppassero metodi per silenziare le zone genomiche in cui compaiono, a seguito di una infezione virale, queste sequenze.
Le mutazioni possono essere indotte da agenti chimici, che in base alla tipologia possono avere diversi effetti, ad esempio le sostanze chimiche intercalanti possono andare a disporsi in mezzo alla doppia elica falsando la duplicazione, i radicali metilici invece danneggiano l’elica.
Con l’avanzare della ricerca, si è scoperto che alcune sostanze impiegate nel settore alimentare erano cancerose, dunque sono state poi sostituite con altre sostanze sicure, ad esempio il colorante impiegato nel Bitter (allora rosso scuro) venne identificato come sostanza cancerogena ed in seguito modificato.
Allo stesso modo le radiazioni devono essere distinte le radiazioni innocue da quelle dannose, le radiazioni a maggiore energia sono quelle più dannose.
Quali sono le caratteristiche dell’ereditarietà autosomica dominante e recessiva?
Caratteristiche malattie AD:
*Fenotipo di solito presente in tutte le generazioni.
* Rischio pari al 50% di avere un figlio affetto.
* Persone sane non trasmettono la malattia ai propri
figli.
* Nessuna differenza di sesso nella trasmissione.
Può verificarsi la trasmissione da maschio a
maschio.
* Possono verificarsi nuove mutazioni.
Caratteristiche malattie AR:
* Fenotipo presente nei fratelli ma non nei genitori,
figli o altri parenti.
* Machi e femmine affetti nella stessa proporzione.
* Entrambi i genitori sono carrier asintomatici.
* I genitori possono essere consanguinei.
* Il rischio di recidiva in un fratello è pari al 25%.
Quali sono le caratteristiche ereditarie delle malattie legate agli eterosomi?
Caratteristiche dell’ereditarietà XR:
* Incidenza della malattia molto più alta nei maschi.
* Donne eterozigoti di solito sane.
* I geni mutati sono trasmessi dal padre malato alle
figlie che possono trasmetterli ai propri figli nel
50% dei casi.
* Impossibilità di trasmettere la malattia da padre a
figlio maschio.
* In una famiglia, tutti gli affetti sono tra loro
collegati da donne .
* Possibilità di nuove mutazioni.
Caratteristiche dell’ereditarietà XD:
* Maschi affetti con partner sani hanno figli
maschi sani e figlie femmine non normali.
* Tutti i figli di donne affette hanno il 50% di
probabilità di essere affetti.
* Le donne malate possono mostrare un
fenotipo più lieve di quello presete nei
maschi.
Quali sono le principale malattie autosomiche dominanti?
All’ereditarietà AD sono collegate varie patologie:
-la polidattilia o la sindattilia. Anche qui possiamo avere variabilità perché la polidattilia può riguardare tutti e quattro gli arti, uno solo o solo quelli superiori o solo quelli inferiori. Questo è un esempio di espressività variabile.
-La disostosi cranio facciale, sindrome di Treacher Collins, si presenta con un’ipoplasia della mandibola e degli zigomi e problemi di deglutizione.
-Sindrome di Marfan, presenta altezza maggiore della norma, arti lunghi, aracnodattilia (molti pianisti hanno aracnodattilia che non c’entra nulla con Marfan), lassità delle articolazioni, pectus excavatum, scoliosi, ma ciò che può essere più rischioso è l’aneurisma dell’aorta ascendente, cioè una dilatazione che può rompersi, malformazioni cerebrali, lussazione del cristallino.
-Neurofibromatosi, con presenza di neurofibromi a livello cutaneo, che possono essere molti o essere addirittura assenti e altri problemi come macchie caffè latte. In alcuni soggetti ci sono i noduli di Lisch a livello dell’iride (tanti, pochi o assenti)
-Ipercolesterolemia familiare, presente in epoca giovanile, il problema non è l’accumulazione di lipidi (ipertrigliceridemia familiare), ma importanti i problemi a livello cardiovascolare.
Guardando l’albero genealogico della polidattilia, noi possiamo trovarci ad osservare una donna che ha una figlia con fenotipo malato e la madre della donna in questione è malata, ma lei no.
Questo può avvenire a causa di fattori esterni al gene, che non si trovano sullo stesso gene, che possono condizionare il fenotipo con effetto inibente.
Esso si chiama PENETRANZA e in questo caso si parla di penetranza incompleta. Anche questa rappresenta un’eccezione alle leggi di Mendel.
Non in tutti i soggetti che hanno quella variante genetica si ha l’espressione del fenotipo. E’ diversa dall’espressività variabile in cui si ha una graduazione del fenotipo; la penetranza è tutto o nulla. O c’è o non c’è il fenotipo, a prescindere dalla gravità, dalla variabilità. Quindi penetranza incompleta significa che una percentuale, ma non tutti i soggetti con lo stesso allele-malattia, hanno il fenotipo malato. Ci sono soggetti che hanno una penetranza completa, quindi a prescindere da tutto il resto, dal genoma o dall’ambiente, mostrano sempre il fenotipo. Ci sono invece geni le cui alterazione genetiche possono non manifestarsi e non dare un fenotipo e queste sono malattie a penetranza incompleta.
Ci sono altre malattie legate all’ereditarietà AD:
-Nanismo acondroplastico, nanismo disarmonico, forma molto grave di osteogenesi imperfetta; la forma di tipo2 spesso causa la morte in utero o la morte del bambino post-nascita.
L-a Progeria di Hutchinson-Gilford, forma più grave di progeria. Il fenotipo di 20 anni mostra un’età molto più matura di quella che effettivamente ha.
Queste sono tutte malattie autosomiche dominanti a penetranza completa. Se vediamo un albero genealogico, ci accorgiamo che i genitori fenotipicamente non hanno malattia. Sicuramente sono avvenute nuove mutazioni che possono avvenire sicuramente nello zigote ma frequentemente avvengono nei gameti dei genitori perché spesso uno dei genitori presenta un mosaicismo germinale, un genitore che sfugge all’inquadramento delle leggi mendeliane, perché non sappiamo chi dei due genitori è portatore e non sappiamo neanche la frequenza dei gameti mutati.
Questo è l’esempio dell’ipercolesterolemia familiare. Malattia AD. Il fenotipo si manifesta nel soggetto eterozigote. Nel soggetto omozigote per l’allele dominante, secondo le leggi di Mendel, si presenta comunque il fenotipo. In questo caso però abbiamo fenotipo eterozigote dominante o omozigote dominante in cui le conseguenze non sono le stesse. In alcune malattie, l’essere eterozigote o omozigote dominante non si traduce nello stesso fenotipo.
A questo punto non dobbiamo meravigliarci di ciò che è l’espressività variabile. Se guardiamo questo albero genealogico, ci accorgiamo che ogni spicchio è riempito in modo differente e questo indica segni e sintomi differenti. La mutazione è la stessa all’interno della stessa famiglia, ma ci sono condizioni che determinano segni e sintomi differenti.
Parlami delle malattie Y-linked
Una delle più importanti malattie Y-linked è discondrosteosi di Leri-Weill, anomalia che presenta nanismo e displasia radio-ulnare che si traduce in arti particolari. È legata al gene SHOX presente nella PAR1. Nell’albero genealogico possiamo avere diverse persone affette; può essere trasmesso sia da X che da Y perché il gene attraverso il crossing over può passare sul cromosoma X (e viceversa) e quindi essere trasmesso da esso. Se il gene è presente sia sull’X che sulla Y, la malattia può essere assimilata ad una forma omozigote estremamente grave. Sull’Y c’è poca informazione che si può trasmettere, ci sono perlopiù geni che riguardano la maturazione sessuale, la formazione delle gonadi. Molto importante è il gene SRY che è il motore di inizio della formazione delle gonadi e gametogenesi. Se non funziona il gene SRY, si mette in moto tutto ciò che riguarda il fenotipo femminile. Nel caso per esempio di soggetto con cariotipo 46XY e fenotipo femminile causato da una delezione/mutazione di SRY (sindrome di Swyer), il soggetto non avrà utero.
Quali sono le principali patologie da triplette (o da ripetizioni dinamiche)?
Nella distrofia miotonica, sappiamo che il problema risiede nell’azione dell’RNA (l’RNA funge da vettore per la codifica della funzione proteica). Non è la proteina a mancare, ma l’azione dell’RNA.
Questo tipo di distrofia può essere dovuta sia ad alterazione nel gene DM1, sia al gene DM2. In quest’ultimo caso la malattia è causata dalla ripetizione di quattro nucleotidi, di un tetranucleotide a livello della regione intronica. Questo rende il prodotto dell’RNA instabile.
Un’altra malattia è rappresentata dall’Atassia di Friedrich. L’atassia, in generale, provoca problemi neurologici e mancanza di coordinamento. La postura del soggetto appare traballante; questo problema è accentuato quando vi è un mal funzionamento del cervelletto.
Questo tipo specifico di atassia è dovuta ad un aumento del numero di ripetizioni del trinucleotide GAA che si posiziona in una regione intronica del gene. L’aumento di queste ripetizioni è causato da un cambiamento della conformazione della cromatina, che da eucromatina passa ad eterocromatina.
Anche in questo caso ritroviamo il fenomeno dell’anticipazione.
Questa malattia è una delle poche recessive, in termini mendeliani; entrambi gli alleli devono essere mutati.
I segmenti ripetuti possono anche trovarsi anche all’interno di porzioni codificanti del gene, come nel caso dall’Atrofia muscolare spinale e bulbare. In questo caso la sequenza CAG codifica per una glutammina. Questa malattia porta a problemi neurologici.
Il gene in questione si trova sul cromosoma X. Questo è l’esempio lampante di come mutazioni differenti all’interno dello stesso gene possano dare due quadri fenotipici totalmente diversi (l’assenza di un prodotto genico causerà un problema, di differenziamento sessuale con un fenotipo femminile di 46 XY; un prodotto genico che con il tempo perderà la sua funzione, soprattutto in alcuni tessuti come quello neuronale, causerà un altro tipo di problematica, di solito neuromuscolare).
Un meccanismo simile è proprio del gene che codifica per l’huntigtina. La malattia che ne deriva è la Corea di Huntington, molto rara, causata da un segmento ripetuto CAG nella porzione codificante per la glutammina. Anche in questo caso abbiamo soggetti normali e premutati con un certo grado di instabilità. Ci sono poi individui con ridotta penetranza, ovvero soggetti che possono essere sia instabili, sia malati con sintomatologia sfumata; con il tempo questo prodotto genico non funzionerà più. La proteina non funzionante tenderà ad accumularsi all’interno della cellula, che diverrà tossica nel tempo, portando alla morte, all’apoptosi cellulare. Questo spiega il danno neuronale che si presenterà nel tempo e non alla nascita (proprio perché si deve accumulare il danno nella cellula).
Questo ci spiega perché alcune malattie genetiche presenti alla nascita o nell’embrione, danno effetto successivamente.
Esistono molti tipi di Atassia spinocerebellare. Gran parte di questi sono dovuti proprio ad un numero improprio di ripetizioni nucleotidiche.
Anche nella SCA 1 ritroviamo il fenomeno dell’anticipazione con un fenotipo più grave.
Quali sono le caratteristiche del DNA mitocondriale?
Il mtDNA presenta all’incirca 17.000 nucleotidi. Un’altra caratteristica molto importante è che il DNA mitocondriale è composto quasi interamente da porzione codificante (circa il 93%).
Il DNA mitocondriale inoltre NON ha una struttura a doppia elica, come il DNA nucleare, ma ne presenta una circolare e le due catene che lo compongono hanno informazione genetica per prodotti differenti, quindi lo spazio è molto “ottimizzato”.
Possono anche esserci geni sovrapposti: a seconda del codone di inizio cambia la sequenza di lettura e viene prodotta una proteina piuttosto che un’altra (anche questa caratteristica è comune ai batteri)
Un’altra differenza che possiamo trovare tra il DNA nucleare e quello mitocondriale può essere riscontrata nel codice genetico. Nel DNA nucleare sono presenti 3 codoni di STOP, invece nel DNA mitocondriale 4; inoltre un codone di STOP nel DNA nucleare codifica per una metionina nel DNA mitocondriale. Quindi queste piccole differenze rendono i due codici genetici simili ma NON identici.
Un’altra differenza è data dalla struttura: nel genoma nucleare troviamo istoni e proteine non istoniche, mentre in quello mitocondriale troviamo pochissime proteine.
Dopo aver fatto queste considerazioni è importante sottolineare che nei mitocondri vi è un ambiente che può portare molto spesso a mutazioni del DNA a causa soprattutto dei prodotti di scarto della respirazione cellulare, quali principalmente i radicali liberi. Una mutazione nel genoma mitocondriale può avere, a differenza di quello nucleare, molto più frequentemente un effetto, che rischia di permanere nel genoma poiché i mitocondri non hanno meccanismi di correzione.
Il DNA mitocondriale codifica per alcuni RNA transfer necessari per la sintesi proteica, RNA ribosomiali e proteine importanti per la catena ossidativa.
(Ricorda che nei mitocondri avviene una propria sintesi proteica con propri ribosomi. Abbiamo però, un sistema in parte autonomo; molta dell’informazione genetica necessaria al funzionamento dei mitocondri è presente nel nucleo.)
(Naturalmente per prevedere il fenotipo NON possiamo, in questo caso, utilizzare le leggi di Mendel).
Ricorda: Le patologie mitocondriali sono soprattutto neuro-muscolari (come l’esempio che riporta la slide) poiché sia le cellule muscolari che quelle nervose hanno bisogno di tanta energia e quindi contengono numerosi mitocondri.
È importante adesso analizzare il concetto di eteroplasia e omoplasia.
ETEROPLASMIA: cellule che contengono DNA mitocondriale differente
OMOPLASMIA: cellule con un unico tipo di DNA mitocondriale
Il nostro organismo possiede tantissime molecole di DNA mitocondriale e proprio per questo motivo non c’è da meravigliarsi se ci sono molecole differenti dal punto di vista genetico
Cos’è l’imprinting genomico?
E’ un meccanismo di espressione di un allele genico a seconda dell’origine parentale. Nell’imprinting paterno si esprime solo l’allele originato dalla madre; l’altro viene spento. Viceversa avviene con l’imprinting materno. Questo meccanismo coinvolge solo una piccola parte della nostra informazione genetica.
Questo avviene grazie a modificazioni epigenetiche (metilazioni); sono reversibili in alcune fasi della vita, come la gametogenesi.
Questo meccanismo è utile per spiegare il processo di malattia di questo albero genealogico dovuto ad un mancato funzionamento della copia di origine paterna.
Se un soggetto riceverà la copia non funzionante dal genitore, la malattia risultante sarà confinata all’interno del suo organismo; non verrà trasmessa alla generazione successiva perché i gameti resettano queste caratteristiche quindi queste malattie non possono essere previste utilizzano le leggi di Mendel.
Esempi molto conosciuti sono quelli del cromosoma 11 e del cromosoma 15, dove vi sono regioni espresse a seconda dell’origine parentale. A seconda di ciò che viene espresso possiamo avere malattie come la Sindrome di Prader-Willi, dove il problema risiede nell’allele paterno e la Sindrome di Angelman, se il problema si trova sull’allele materno.
Se c’è un problema nell’allele ricevuto dal padre (manca una zona o non è funzionante), l’altra copia che si riceve di origine materna, anche se perfettamente funzionante, non è utilizzabile perché è imprintata.
Possono esserne affetti sia i soggetti di sesso femminile, che quelli di sesso maschile.
Queste malattie causano molto spesso ritardo mentale.
Più complessa è la Sindrome di Beckwith-Widwmann, caratterizzata dall’espressione dell’allele paterno e mancata espressione dell’allele materno. Provoca gigantismo asimmetrico.
Se invece non funziona la copia peterna, perché metilata o mancante, si verificherà la Sindrome di Silver-Russell.
Si tratta di problemi di metilazione e quindi epigenetici.
Un altro problema molto importante, che può anche essere coniugato ai due precedenti, è la disomia uniparentale dovuta alla presenza di una coppia di cromosomi di origine unicamente paterna o materna (abbiamo sempre 23 coppie di cromosomi, ma una di queste è solo di origine materna o paterna)
Come avviene la disomia uniparentale?
La disomia uniparentale avviene attraverso un meccanismo di riparazione di una trisomia.
Nello zigote (o anche una cellula post zigote) avviene un meccanismo che identifica il cromosoma in più e si esclude casualmente uno di essi.
Questo meccanismo avviene in modo casuale, quindi si può avere sia un risultato positivo (circa 2 volte su 3) sia uno negativo che comporta quindi la disomia uniparentale (circa 1 volta su 3)
Si può anche avere un problema a causa dell’identificazione di uno stato di monosomia.
Nello zigote o comunque nelle cellule delle primissime fasi avviene una ricostruzione sulla base dell’unico cromosoma presente della coppia. In questo caso si avranno due cromosomi perfettamente identici e dunque si parla di isodisomia. (NB nel caso precedente si parla invece di eterosomia perché i cromosomi non sono perfettamente identici).
Quando può essere applicata la legge di Hardy-Weimberg?
Quando la popolazione presa in considerazione non è soggetta a pressioni evolutive, ovvero:
-non devono avvenire mutazioni e se avvengono non devono essere mantenute (devono, cioè, causare letalità o infertilità oppure dare un fenotipo che può impedire o sfavorire il soggetto nella procreazione);
-ci deve essere l’assenza di flusso genico, cioè di migrazioni, che causerebbero la diffusione improvvisa di nuovi alleli provenienti da altre popolazioni;
-non deve avvenire la selezione naturale che influenzerebbe le frequenze alleliche in quanto favorirebbe alcuni alleli rispetto ad altri (selezione direzionale o distruttiva) determinando maggior fitness solo in alcuni individui, che quindi continueranno a riprodursi;
-la popolazione deve essere formata da un gran numero di individui (cioè deve essere assente la deriva genica);
-devono avvenire unioni casuali tra gli individui, cioè dovrebbe avvenire la panmissia, anche detta, con un inglesismo, “non-random mating” ma ciò non è possibile a causa di differenze culturali.
Parlami dell’effetto “collo di bottiglia” e “fondatore”
L’effetto “collo di bottiglia” è scaturito da eventi importanti come pandemie, terremoti, uragani, maremoti,… che operano una selezione casuale naturale. Questo effetto la maggior parte delle volte fa sì che dopo questi eventi tragici la popolazione riparta con frequenze di caratteristiche alleliche e genotipiche diverse rispetto a quelle che c’erano prima dell’evento. In piccole popolazioni troviamo anche l’effetto “fondatore”, che consiste nel fatto che se ci sono delle persone che hanno una variante allelica in un piccolo gruppo, queste, tendendo a procreare, diffondono questa variante di generazione in generazione; e si hanno vari esempi nel mondo, tipo una piccola isola colonizzata da un piccolo gruppo di francesi dove c’era qualcuno con un allele mutato per la retinite pigmentosa, e tutti i discendenti di questi ultimi diventarono portatori dell’allele per la retinite pigmentosa. Un altro esempio può essere delle comunità Amish (molto isolate) che discendono da gruppi di poche persone. In queste comunità
sono più presenti alcune malattie rispetto ad altre. Un altro esempio può essere la corea di Huntington chiamato anche “El mal de San Vito” nella regione di Maracaibo. Questo allele malato della corea di Huntington si propaga di generazione in generazione all’interno delle piccole
comunità. Ulteriore esempio, che però ci fa anche capire la come varia una popolazione nel tempo grazie agli spostamenti delle persone è la Marta’s Vineyard, che è un’isola in cui si dice che tutti conoscano il linguaggio dei segni perché, perché fu colonizzata dal settecento all’ottocento da alcuni coloni di origine anglosassone, popolazione dove era frequente un allele della sordità, e quindi in questa piccola comunità in questa piccola isola successivamente ci fu un’alta incidenza di non udenti, che però poi durante gli anni successivi, siccome ci furono tanti spostamenti, quindi tante persone emigrarono da questa isola, andò scemando, facendo sì che attualmente l’incidenza della
sordità nell’isola non sia più come quella di una volta.
In cosa consiste il cosidetto “vantaggio dell’eterozigote”?
E’ un fenomeno per il quale i soggetti eterozigoti hanno un maggior successo riproduttivo (maggior fitness) dei soggetti omozigoti. Un altro esempio è quello del gene CCR5 che è un corecettore per i macrofagi del virus dell’HIV: si è visto che i soggetti aventi una variante allelica del CCR5 che consiste in una delezione di 32 nucleotidi, che quindi formano una proteina tronca per questo corecettore, determinavano alla fine una resistenza contro il virus dell’ HIV, perchè il virus era impossibilitato a legarsi a questo corecettore.
Se dovessimo vedere la frequenza all’interno dell’Europa di questa variazione, come questa si distribuisce in Europa, riusciremmo a vedere una differente distribuzione nord-sud, fattore anche presumibilmente legato ad una resistenza alla peste nera in epoca manzoniana che ha stratificato la popolazione europea rispetto a questa mutazione. Un altro esempio può essere quello della fibrosi cistica, malattia autosomica recessiva la cui frequenza è all’interno della popolazione mondiale è del 3%. E’ comunque notabile che ci sono zone più colpite e zone meno colpite; la mutazione determinante la malattia è quella del gene ∆F-508 (che sarebbe il gene mutato nella fibrosi cistica), che si tramuta in una delezione di 3 timine, dando la delezione di questa fenilalanina in posizione 508. Un altro ancora può essere il deficit di lattasi che impedisce di digerire il lattosio. In particolare questa variante non è stata una perdita della specie ma un guadagno, perché le specie umane primordiali non digerivano il lattosio; però poi alcuni soggetti hanno sviluppato questa mutazione che hanno poi trasmesso alle generazioni successive. Ma come hanno fatto alcuni soggetti a esportare questa variazione in tutto il mondo? Spostandosi a causa della nascita dell’allevamento, che, portando come conseguenza il fatto di potersi nutrire oltre che con la carne anche con il latte, avvantaggiava chi riusciva a digerire il lattosio. Oggigiorno troviamo una stratificazione che mette in evidenza un elemento importante: ovvero le popolazioni che si trovano in zone dove l’allevamento è molto sviluppato hanno maggiormente questa capacità di digerire il lattosio.
Altro aspetto interessante riguarda la variante genetica che ha dato la tolleranza al lattosio, che dipende da una variazione in una porzione regolatrice molto a monte del gene (14 kb a monte). Ma nella popolazione africana questa variazione si trova ancora più a monte; quindi questo evidenzia meccanismi di mutazione per lo stesso gene, ma indipendenti tra di loro, evidenziando la plasticità enorme del nostro DNA.
