Appunti di Genetica medica

Genetica

Cos’è la genetica medica?

• Genetica: studia cause e modalità di trasmissione dei caratteri biologici ereditari.
• Genetica medica: studia le basi ereditarie delle malattie.

Perché la genetica medica in psicologia

• Conoscere i problemi psicologici legati alla genetica.
• Conoscere il ruolo svolto dallo psicologo in consulenza genetica.
• Conoscere le basi genetiche del comportamento.
• Conoscere l’ereditarietà delle patologie neuro-psico-comportamentali.

Perché è importante la presenza di uno psicologo

• Per una diagnosi prenatale del feto.
• Per una diagnosi di malattie genetiche che si potrebbero avere.
• Diagnosi di un portatore sano che potrebbe ammalarsi.

L’impatto della genetica sul sociale

• Test genetici predittivi (es. tumore).
• Discriminazione genetica.
• Riproduzione assistita.
• Basi genetiche per il comportamento criminale.

L’origine delle caratteristiche umane

L’origine delle caratteristiche umane si divide in:

• Teoria ambientalista —> la diversità tra gli uomini è data dalla natura (genetica uguale in ogni uomo).
• Teoria naturalista —> la diversità tra gli uomini è data dalla genetica di essi.

La genetica ha avuto impatto sui mass media

1. Tendenza ad uccidere (criminali si nasce) è colpa di un gene.
2. Malattie alimentari (geni predisposti).
3. Attacchi di panico e depressione.
4. Infedeltà degli uomini.

Il DNA

È il costituente delle informazioni genetiche.

Doppia elica legata con basi azotate più uno zucchero (desossiribosio).

Il genoma umano

• Ogni cellula contiene 2 metri di DNA organizzato in 46 cromosomi.
• Numero di geni: 22 mila.
• Oltre 3 miliardi di basi AGCT.
• Se fossero un libro occuperebbero 150 mila pagine.
• Il cambiamento di una sola lettera all’interno delle pagine potrebbe provocare una patologia.

Il cariotipo

Cariotipo —> insieme dei cromosomi di una determinata specie vivente.

Cromosoma —> stato condensato del DNA organizzato insieme a specifiche proteine, ogni cromosoma contiene migliaia di geni.

Estremità: telomeri. Centro: centromero.

46 cromosomi divisi in 23 coppie, in ognuno ve ne è uno paterno ed uno materno.

46esimo cromosoma: cromosoma sessuale (X o Y). Y —> maschile. X —> femminile.

Corredo cromosomico umano

1. Diploide: 2 coppie di ogni cromosoma (46) presente in tutte le cellule —> mitosi.
2. Aploide: una coppia di ogni cromosoma (23) solo nelle cellule germinali —> meiosi.

Sui cromosomi di ogni individuo sono presenti i geni, ognuno in una posizione specifica, ogni gene determina uno o più fenotipi.

Gene: sequenza di DNA che può diventare proteina, si trova in dei locus, ogni gene in un tratto specifico del DNA è capace di produrre mRNA.

In ogni singolo gene si trovano strutture particolari come il promotore, gli esoni e gli introni.

Caratteristiche nel genoma umano

• Lunghezza: 3 miliardi di nucleotidi.
• Genoma tradotto in proteine: 1,5%.
• Genoma trascritto ma non tradotto: 25%.

Il genoma varia a seconda dell’individuo e non è mai uguale ad eccezione dei gemelli omozigoti.

• Genitori e figli hanno il 50% in comune.
• Fratelli e sorelle hanno il 25% in comune.
• In ogni generazione viene dimezzata la quantità di genotipo.

Genotipo: costituzione genetica di ogni individuo.

Fenotipo: caratteristiche fisiche biochimiche e mentali.

• F=G (A= ambiente=0) fenotipo dato dal genotipo.
• F=G+A ereditato in modo complesso.
• F=A (0=0) non può essere ereditato.

Genotipo

• Manifestarsi tramite il fenotipo.
• Trasmettersi identica nelle cellule figlie.

Tratti mendelici semplici

• Carattere deriva dal gene.
• Carattere dicotomico (tutto o nulla).

Tratti complessi

Carattere quantitativo.

Variabilità genetica

Diverso genotipo non implica geni diversi ma varianti diverse.

• 85% interindividuale.
• 10% intercontinentale.
• 5% interrazziale.

Le due funzioni fondamentali del DNA

Replicazione del DNA

• Trasferimento dell’informazione genetica da una cellula madre ad una cellula figlia.
• Si basa sul meccanismo di replicazione semiconservativa del DNA.

Espressione genica

• Manifestazione dell’informazione genetica.
• Avviene attraverso la produzione di proteine mediata dal trasferimento dell’informazione dal nucleo al citoplasma per mezzo dell’RNA messaggero.

Ogni giorno nel nostro corpo milioni di cellule muoiono per eventi fisiologici o patologici e vanno sostituite da nuove cellule.

Estrazione del DNA

Campioni utilizzabili:

• Sangue.
• Saliva.
• Chewing-gum.
• Sperma.
• Urine e feci.
• Capello.
• Fossili (dinosauri inclusi).
• Mummie.

La duplicazione del DNA

In ogni replicazione cellulare ognuna delle due cellule figlie eredita un filamento di DNA originale ed uno di nuova formazione.

La replicazione del DNA procede in direzione 5’ e 3’. Il processo avviene mediante l’aggiunta diretta di basi a un filamento del DNA (filamento leading). Nell’altra direzione (filamento lagging), la replicazione ha inizio con la creazione di piccoli inneschi (primer) di RNA. Le basi di DNA sono aggiunte ai primer, e piccoli segmenti, chiamati frammenti di Okazaki, vengono assemblati tra loro.

Il DNA a livello della forca di replicazione viene srotolato dall’enzima elicasi.

Dal DNA alle proteine

• Il DNA presente nel nucleo delle cellule contiene l’informazione genetica per produrre le proteine.
• Al momento necessario viene prodotto RNA messaggero che ha il compito di trasportare l’informazione genetica dal nucleo al citoplasma.
• L’RNA messaggero provvederà a produrre le proteine che determineranno specifici fenotipi.

Il ruolo delle proteine

Le proteine prodotte dai geni agiscono in un individuo determinando insieme all’ambiente:

• L’aspetto fisico.
• Il metabolismo.
• Capacità cognitive.
• Capacità di reagire a stimoli esterni.

Tale ruolo è esercitato attraverso 3 funzioni:

1. Strutturale.
2. Ormonale.
3. Enzimatica.

Trascrizione

L’espressione genica è regolata da proteine che si legano al DNA e attivano o reprimono la trascrizione.

La regione del promotore è adiacente al sito di inizio della trascrizione (nei promotori vi è una sequenza di basi T A T A chiamata TATA BOX).

Le proteine che si legano al DNA possono agire come repressori o attivatori della trascrizione e possono legarsi al promotore.

La trascrizione comincia con l’attacco dell’enzima RNA polimerasi al promotore.

Ci sono 3 tipi di RNA polimerasi: I, II, III.

• I —> RNA ribosomiale.
• II —> trascrizione.
• III —> RNA transfer.

La trascrizione procede attraverso tutta la sequenza codificante.

In biologia molecolare, la trascrizione è il processo mediante il quale le informazioni contenute nel DNA vengono trascritte enzimaticamente in una molecola complementare di RNA. Concettualmente, si tratta del trasferimento dell'informazione genetica dal DNA all'RNA.

Traduzione

L’mRNA maturo viene trasportato nel citoplasma per essere tradotto in proteine.

L’apparato di traduzione consiste di un complesso proteina RNA chiamato ribosoma.

I ribosomi possono trovarsi liberi o associati al reticolo endoplasmatico.

La traduzione delle proteine consiste nel legame di specifici tRNA al codone appropriato; il processo si conclude quando si incontra un codone di STOP.

A questo punto il peptide viene rilasciato dal ribosoma per essere trasportato nel sito intercellulare appropriato o per essere secreto all’esterno della cellula.

Vi sono 3 fasi:

1. Iniziazione —> legame del primo amminoacil tRNA.
2. Elongazione —> legame dell’amminoacido tRNA successivo al proprio anticodone nel sito A.
3. Terminazione —> quando si incontra un codone di stop.

Espressione genica

I geni sono presenti in tutte le cellule ma non funzionano allo stesso modo in tutte le cellule.

HOX in genetica dello sviluppo indica un complesso di geni essenziali per lo sviluppo dello schema corporeo dei mammiferi.

Membri di ogni gruppo HOX vengono espressi lungo l’asse del corpo in direzione cranio-caudale.

Mutazioni dei geni HOX

Le mutazioni dei geni HOX possono alterare i processi di crescita e lo sviluppo di una parte del corpo al posto di un’altra.

Un esempio è la mutazione antennapedia che avviene negli insetti (le antenne crescono al posto dei piedi e viceversa).

Epigenetica

Alcuni geni possono essere attivati o repressi in modo reversibile.

Questo processo avviene in seguito a modificazioni chimiche del DNA.

Riproduzione sessuata —> 23+23=46.

Le modificazioni epigenetiche sono reversibili.

Data la natura dinamica delle modificazioni epigenetiche si intravede una grande potenzialità per interventi terapeutici che possano far revertire i cambiamenti di lunga durata che contribuiscono alle malattie ad azione epigenetica.

Inattivazione del cromosoma X

• Uno dei due cromosomi X delle donne viene inattivato durante lo sviluppo dell’embrione.
• La scelta del cromosoma X da inattivare è casuale e può variare da cellula a cellula.
• L’inattivazione è stabile in tutte le mitosi successive.

Mosaicismo in donne eterozigoti per un carattere X-linked

• In diverse cellule del corpo di una donna può essere inattivato l’uno o l’altro cromosoma X.
• L’inattivazione preferenziale del cromosoma che porta l’allele dominante porterà alla espressione di quello recessivo.

Esempio: il gene del colore del pelo di questi gatti si trova sul cromosoma X; in alcune regioni sarà inattivato l’allele del colore rosso, in altre l’allele del colore scuro.

Scopo dell’inattivazione del cromosoma X

• Compensare il numero dei geni attivi sul cromosoma X tra maschi e femmine.
• Il numero dei cromosomi X inattivati è sempre uguale al numero di X presenti -1 (una donna 47 XXX avrà due X inattivate).
• L’inattivazione viene rimossa nelle cellule germinali.

Genomic imprinting

Processo di marcatura di alcuni geni che porterà al funzionamento nella prole del solo allele paterno o materno.

I geni che non devono essere espressi in uno dei due sessi vengono inattivati mediante la mediazione del