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LO STATO DEL CROMOSOMA (2.2)

Il patrimonio genetico ha sempre delle dimensioni spropositate (1,7 metri dentro un diametro

di 5 micrometri) rispetto al contenitore in cui sono contenute e questo è uguale per tutti gli

organismi.

→ Le proteine istoniche

Ma un istone è in realtà un ottamero poiché costituito da otto subunità di quattro tipologie

differenti, ciascuna presente due volte:

●​ H2A

●​ H2B

●​ H3

●​ H4

Ciascun istone ha più o meno la stessa struttura ovvero una struttura secondaria ad alfa

elica.

Importante è ricordare che l’istone H4 interagisce con l’istone H3 mentre l’istone H2A

interagisce con l’istone H2B.

Al termine delle varie interazioni tra questi ultimi si formerà l’ottamero istonico a cui intorno si

avvolgerà il DNA.

Anche se del core istonico fanno parte solo 4 istoni, ne esistono di 5 tipi: esiste infatti anche

l’istone H1 che come abbiamo già detto serve per stabilizzare gli avvolgimenti del DNA

attorno al core istonico.

→ La cromatina e i nucleosomi

I cromosomi sono strutture tridimensionali molto compatte, quindi molto più piccole rispetto

al DNA configurato in maniera lineare.

I cromosomi sono formati dall’unione del DNA e di proteine chiamate istoni che

compattandosi insieme agli strand, danno forma al cromosoma.

Si definisce nucleosoma la struttura di DNA avvolto attorno agli istoni e viene definito come

l’unità fondamentale della cromatina perchè è il primo livello di avvolgimento del DNA,

l’avvolgimento (2 giri) è sempre di 146 nucleotidi.

Ogni nucleosoma è separato dall’altro da una sequenza fissa che si chiama “DNA linker”

che comprende 150 nucleotidi e nell’insieme questa struttura prende il nome di “collana di

perle” di 10 nm(perché i nucleotidi sono come perle su una collana).

Il DNA si compatta ulteriormente grazie all’istone H1 dove la sua parte terminale si mette

sopra al DNA che si sta avvolgendo per chiudere l’ingresso e l’uscita del filamento di DNA e

prende contatto con la porzione carbossi terminale dell’altro nucleosoma.

Se i nucleosomi perdono il DNA linker e di conseguenza si uniscono tra loro, il DNA si

accorcia ulteriormente e spontaneamente si forma un ripiegamento a spirale che prende il

nome di solenoide (30 nm) che è un momento di compattamento della cromatina.

Lo stato della cromatina, all’interno della cellula, è diverso infatti possiamo trovare:

●​ Eucromatina → è la forma meno compattata della cromatina ed è trascrizionalmente

attiva, si distribuisce per tutto il nucleo.

●​ Eterocromatina → è la forma più compatta della cromatina ed è’ trascrizionalmente

attiva e contiene sequenze di DNA ripetute come quelle presenti nei telomeri o nei

centromeri.

Ha una distribuzione periferica al nucleo.

A sua volta possiamo suddividere l’eterocromatina in:

●​ Eterocromatina costitutiva → non contiene sequenze geniche

●​ Eterocromatina facoltativa → contiene sequenze geniche che non vengono

espresse durante tutto l’arco della vita della cellula e possono quindi essere spente

(utilizzando il compattamento della cromatina) o accese → es: corpo di Barr.

→ Meccanismi per modulare il compattamento del DNA

Ci sono diversi modi per modulare il compattamento del DNA e tra questi abbiamo:

●​ Metilazione

●​ Acetilazione

●​ Ubiquitinazione

●​ Sumoilazione

●​ Fosforilazione

●​ Serotonilazione

La metilazione

La metilazione utilizza l’enzima metilasi ed è un modo per compattare la sequenza di DNA

aggiungendo gruppi metile (CH ) alle citosine che si trovano accanto alle guanine.

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Infatti si dice che la metilazione avviene sui dinucleotidi CPG (P = fosfato) e viene fatta sia

sul primo filamento che su quello complementare.

La metilazione del DNA ha a che fare con il compattamento della cromatina perché essa

richiama degli enzimi del compattamento del DNA che sono istoni deacetilasi.

Questi istoni deacetilasi sono enzimi predisposti al compattamento del DNA.

Come abbiamo detto la metilazione avviene grazie all’enzima metilasi ma ricordiamo che

non è ancora stato scoperto l’enzima che permette di svolgere l’attività opposta della

metilazione.

→ La metilazione può intervenire anche sulle proteine istoniche

Ci sono alcuni tipi di struttura della cromatina, come la metilazione, che possono essere

ereditabili e quindi trasmessi da una cellula ai suoi discendenti.

Ricordiamo infatti che esistono delle ereditarietà che non comportano una modificazione

della sequenza del DNA ma sono dovute a un fenomeno chiamato epigenetica.

Sono proteine o modificazioni del DNA che non sono irreversibili ma applicano alla cellula

iniziale una marcatura che viene trasferita alla cellula figlia.

L’acetilazione

L'acetilazione interviene sulle proteine istoniche ed è un processo che avviene attraverso gli

enzimi acetilasi che partendo da una struttura di cromatina compattata formano cromatina

non compattata.

Questo processo prevede l’aggiunta di gruppi acetilici (-COCH ) che sono di carica negativa

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e rendono acide le proteine istoniche che in condizioni normali sono di carica neutra e quindi

basiche.

Quindi l’acetilazione comporta un cambiamento delle cariche delle proteine istoniche e la

repulsione tra le cariche uguali fa diminuire la presa sul DNA che diventa meno compattato..

Il processo inverso si chiama deacetilasi che rimuove i gruppi acetilici in modo che il DNA

ritorni nello stato precedente.

Infine esistono anche proteine ed enzimi che provvedono a compattare in modo ordinato il

DNA:

●​ Condensine → sono proteine dimeriche che lavorano, utilizzando energia, sui grossi

ripiegamenti di DNA perché riescono a prendere le anse e a sistemare il DNA senza

che si aggrovigli troppo.

Alla massima attività dell’avvolgimento delle condensine la troviamo quando la

cellula si deve dividere perchè lì abbiamo un DNA compattato al massimo.

IL GENOMA UMANO (2.3)

Quando parliamo di genoma ricordiamo che non esiste soltanto il DNA del nucleo ma esiste

anche il DNA contenuto nei mitocondri che ha un DNA particolare (circolare e senza

proteine istoniche).

Il genoma umano è costituito per il 44% da sequenze geniche e per un 56% da sequenze

extra geniche, ma cosa sono le sequenze geniche e le sequenze extra geniche?

Tra le sequenze geniche abbiamo:

●​ 50% di sequenze geniche a sequenza unica → nel genoma della cellula sono

rappresentate una sola volta.

●​ 50 % sequenze mediamente ripetute → sono rappresentate nel genoma della

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cellula 10 -10 volte.

↓

Ma quali sono le sequenze mediamente ripetute:

●​ 39% di sequenze che codificano per delle proteine

●​ 5% di sequenze che codificano RNA e pseudogeni

↓

Tra i geni codificanti per proteine ci sono:

●​ Geni mediamente ripetuti → sequenze a cui appartengono le famiglie geniche.

Le famiglie geniche

Le famiglie geniche sono gruppi di geni che vengono classificati all’interno delle sequenze

mediamente ripetute derivanti da un unico gene ancestrale comune (si sono differenziati in

seguito).

La caratteristica delle famiglie geniche è che sono composte da sequenze geniche più o

meno simili che producono una proteina più o meno simile con attività più o meno simili.

Le famiglie geniche più importanti sono quelle delle α e β globine che sono i componenti

dell’emoglobina adulta.

Il locus (in genetica locus = regione del cromosoma dove mappano determinati geni) dell’α

-globina è sul cromosoma 16 mentre quello della β-globina è sul cromosoma 11.

Ogni famiglia contiene geni espressi in modo specifico in tessuti embrionali, fetali e adulti,

oltre a copie non funzionali del gene (pseudogeni).

Sia l’α -globina che la β-globina presentano nella stessa regione cromosomica le sequenze

nucleotidiche per l’espressione di queste proteine in momenti diversi della vita di un

organismo.

Passando quindi dall’età embrionale a quella fetale l’α - e β-globina silenzieranno il gene

embrionale e cominceranno ad esprimere quello fetale che si trova nella stessa regione

cromosomica.

Lo stesso procedimento avverrà per quanto riguarda il passaggio da organismo fetale a

organismo adulto.

Tra le sequenze mediamente ripetute ci sono anche:

●​ 5% Geni codificanti per RNA e pseudogeni → questi RNA sono rRNA

Pseudogeni → Sono copie non funzionali di un gene, avvenute per duplicazione, che hanno

accumulato nel tempo molte mutazioni (soprattutto nel promotore genico, es metilazione) e

hanno perso la capacità di esprimersi.

Tra il DNA Extragenico:

●​ 3% sequenze ripetute uniche → sono quelle che sono rappresentate una volta nel

genoma e sono anche chiamate sequenze spaziatrici e sono quelle sequenze che si

mettono tra una sequenza genica e l’altra.

●​ 46% sequenze ripetute disperse

●​ 7% Sequenze ripetute in tandem → sono sequenze che si ripetono una dietro

l’altra testa-coda, hanno una distribuzione particolare sul DNA e le possiamo

identificare nel cromosoma super spiralizzato.

Vengono definite insieme alle sequenze disperse sono sequenze altamente ripetute

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(da 10 a 10 ).

Tra le sequenze ripetute in tandem ci sono:

●​ Sequenze satellite → formano unità da 5 nucleotidi a 50 paia di basi e sono quelle

sequenze che quando il DNA si super compatta si concentrano del centromero.

●​ Sequenze minisatelliti → unità più piccole da 4 a 5, costituiscono le sequenze

telomeriche che sono sequenze terminali che si compattano per proteggere i

cromosomi.

Ogni specie ha una sequenza minisatellite.

●​ Sequenze microsatellite → i più piccoli di tutti con unità inferiori a 4 paia di basi e in

genere sono costituiti da nucleotidi che si ripetono per tante volte.

Non hanno una collocazione ben precisa sul cromosoma come l'hanno gli altri e

sono sparse per tutto il DNA.

Invece tra le sequenze ripetute disperse ci sono:

●​ 10% SINE (short) → sequenze corte e nel genoma ce ne sono circa un milione e

sono principalmente sequenze Alu che hanno al suo interno una sequenza

riconosciuta dagli enzimi di restrizione.

●​ 17% LINE (long) → sono sequenze lunghe e a loro volta si dividono in:

-​ LINE 1 → sono le più conosciute

-​ LINE 2

-​ LINE 3

●​ 8% Retrotrasposoni → sono retaggi di sequenze che la cellula si è portata dietro

durante l’evoluzione e inizialmente erano sequenze di retrovir