Appunti completi senza esercizi di Genetica generale e elementi di genetica umana

BASI CROMOSOMICHE DELL’EREDITARIETÀ

Genetica = studia come si trasmettono i caratteri negli individui

comincia da Mendel

• solo negli anni ‘50 viene scoperta la natura del gene

•

Cromosomi eucariotici

tutti i caratteri in un organismo sono determinati dall’effetto da uno o più geni (caratteri

• geneticamente determinati)

caratteri mendeliani = caratteri completamente determinati da geni

• genoma = insieme di tutti i geni

•

- organismi aploidi (n) = hanno un solo

genoma

- organismi diploidi (2n) = hanno un genoma

duplicato (x2)

• localizzazione geni : (1916) i geni sono

suddivisi su più cromosomi

- organismi aploidi i geni sono suddivisi sui

cromosomi

- organismi diploidi le copie dei geni sono

distribuiti su cromosomi uguali a due a due, uno si eredita dalla madre e uno dal padre

(cromosomi omologhi = cromosomi che contendono gli stessi geni e nello stesso ordine

lungo il cromosoma)

• definiti omologhi (e non identici) perché possono contenere varianti alleliche = diverse

varianti dello stesso gene che controllano lo stesso carattere = codificano per proteine che

funzionano in modo leggermente diverso

- organismo omozigote = che presenta la stessa variante allelica per lo stesso gene -

organismo eterozigote = che presenta diverse varianti alleliche per lo stesso gene

Struttura cromosomi massimo livello di condensazione di

DNA all’interno della cellula

visibili solo nella fase M, altrimenti si trova sottoforma di

• cromatina (meno condensato)

[approfondimento condensazione DNA, condensine, coesine

• per stabilità cromosoma tenendo uniti i cromatidi fratelli]

caratteristica delle proteine che intervengono nella

• condensazione e che sono da anni stabili perché

compattare DNA in modo corretto è fondamentale

cromosomi sono diversi in base alle diverse fasi del ciclo

• cellulare (quindi possono avere un braccio o due bracci a

seconda della fase) ex nella metafase uno e formato da due

cromatidi fratelli, poi nell’anafase si separano e ciascuno diventa un cromosoma

la replicazione del DNA non implica un raddoppiamento del n. di cromosomi,

• semplicemente da monocromatidici diventano dicromatidici

centromero = regione di cromatina eterocostitutiva (altamente condensata) che non contiene

• geni ma ha funzione strutturale

c’è un centromero per ogni cromatidio e nel cromosoma dicromatidico i due cromosomi

• sono uniti nei centromeri mediante le coesine

forma il cinetocore grazie all’associazione con

• delle proteine necessario per l’aggancio alle fibre

del fuso mitotico

telomeri = sequenze terminali dei bracci del

• cromosoma prive di geni costituite da seq

altamente ripetute formate dalla telomerasi,

necessarie per evitare l’erosione del cromosoma

durante la replicazione

seq su telomeri che sono invece molto ricche di

• geni

quando cromosoma danneggiato e perde

• telomero diventa molto instabile e fa di tutto per trovare un altro telomero (diventa ad anello, si

appiccica a altro cromosoma) =>

riarrangiamenti strutturali cromosomi (se in cellula somatica poco importa, ma se in cellule

germinali trasmessi e avere conseguenze)

[approfondimento cariotipo e classificazione cromosomi

• per forma, grandezza e posizione centromero]

- metacentrici

- submetacentrici

- acrocentrici braccio p (piccolo) contiene geni per

codifica degli rRNA ribosomiali

- telocentrici (non presenti nell’uomo)

• Bandeggio = insieme tecniche di colorazione utilizzata

per visualizzare le diverse regioni di un cromosoma in

base al contenuto genico

- pattern di bande è cromosoma-specifico e

speciespecifico

- grazie al bandeggio e possibile discriminare un cromosoma da un altro

cariotipo / cariogramma = insieme di cromosomi

• di un individuo ordinati per coppie di omologhi e

per forma, dimensione e grandezza

studio del cariotipo per osservare anomalie

• morfologiche

bande e sottobande numerate secondo lo schema

• nel disegno

per scrivere cariotipo : n.cromosomi, coppia

• sessuali 46, XX

nel caso di malattie genetiche : n.cromosomi,

• coppia sessuali + coppia con cromosoma

soprannumerario)

47, XX +21 / 45, X0 / 47, XXY

Riproduzione sessuata e meiosi

ASESSUATA : non fornisce variabilità genetica, individui formati sono identici ai genitori -

procarioti: scissione binaria

- eucarioti : mitosi

- utile per gli organismi che vivono in ambienti poco variabili

- svantaggio e che se ambiente varia organismo non si adatta in tempi rapidi e difficile

sopravvivenza

SESSUATA : crea variabilità genetica e gli individui neoformati non sono identici ai genitori

- solo negli eucarioti

• interessa i gameti = cellule sessuali specializzate che contendono metà del corredo

cromosomico tipico della specie (aploidi)

- nomi a diversi nell’organismo femminile (cellula uovo) e maschile (spermatozoi)

- si formano nelle gonadi (ovaie e testicoli)

- si formano mediante meiosi di cellule precursori

MEIOSI

= processo di divisione cellulare che porta alla formazione dei gameti mediante gametogenesi

nelle cellule della linea germinale

• preceduta da una replicazione

• prevede due divisioni cellulari successive (meiosi I, meiosi II)

•

1) MEIOSI I / DIVISIONE RIDUZIONALE 1. Profase I

- più lunga di quella mitotica

- 5 stadi :

Leptotene : cromosomi cominciano

1. a condensare

Zigotene : cromosomi omologhi

2. spiralizzano vicini e condensano

insieme grazie a una struttura

proteica

- estremità cromosomi interagiscono

con il citoscheletro per orientare

correttamente i cromosomi e per

trovare l’omologo

- cromosomi omologhi si dispongono

l’uno vicino all’altro e si appaiano con

la sinapsi formando le tetradi

3. Pachitene : complesso proteico

(complesso sinaptonemale, formato

da assi laterali per tutta lunghezza cr e lo legano attraverso le coesine, e

proteine trasversali) è completo e tutti omologhi uniti, cromosomi ben piazzati , si staccano da

involucro nucleare e si ispessiscono e compattano

- uniti in tutta la loro lunghezza i cromatidi fratelli per favorire la formazione del complesso

- si forma sorta scala a pioli

- importante tenerli allineati perché il complesso è propedeutico per il crossing-over

- avviene crossing-over = cromatidi non fratelli di

cromosomi omologhi si scambiano tratti di DNA tramite un

processo di rottura e congiunzione (fornisce variabilità

genetica)

- alla fine cromatidi costituiti da una porzione di genoma

materno e paterno (cromatidi ricombinanti)

- i cromatidi non coinvolti nel crossing-over sono cromatidi

non ricombinanti

- se avviene in maniera ineguale o tra cromatidi non

omologhi è un evento patologico

- comincia perché su uno dei due interviene endonucleasi

che rompe il doppio filamento

- esonucleasi accorciano estremità 5’

- si formano estremità 3’ che fuoriescono

- un‘estremita 3’ invade doppia elica del cromatidi non

fratello e si appaia con filamento complementare perci

l’identico si deve staccare formando ansia (si sostituisce)

- DNA-pol si attacca e finisce il filamento complementare

staccando quello che ha davanti che era attaccato (ansia

diventa sempre più grande) e anche sull’altro cromatidio

- DNA-pol finisce il filamento e interviene ligasi che unisce

filamento (ottengo regioni homoduplex e heteroduplex

formato da porzione materna e paterna)

- ottengo due molecole che si incrociano e si uniscono in

giunzioni di Holiday

- la risoluzione dell’ incrocio sia in due modi : o si taglia in

orizzontale (non avviene il crossing-over perché i filamenti

sono uguali) o in verticale (avviene il crossing-over) con

enzimi resolvasi

- a cosa serve (fondamentale) : aumenta variabilità

genetica (nuove combinazioni alleliche); permette

formazione chiasmi e quindi tenere allineati

cromosomi sulla piastra metafasica

- avviene sempre almeno un crossing-over per coppia di

omologhi

4. Diplotene : scompare complesso sinaptinemale,

diventano visibili strutture cruciforme che prendono

il nome di chiasmi = punti in cui è avvenuto il crossing-

over

- grazie alle proteine coesine

5. Diacinesi : scompare involucro nucleare, fuso mitotico formato, fibre del fuso si

agganciano ai cromosomi

- da poli del fuso (centrioli) proiettate fibre di microtubuli a ricerca cromosoma (battuta di

pesca), se non aggancia viene distrutta e si rifà

- quando cromosoma agganciato viene tirato verso polo provenienza della fibra

- avviene per entrambi i poli cellula

- fibre di poli opposti che agganciano i cromosomi di una coppia di omologhi tirano da parti

opposte e quindi omologhi si trovano lungo piastra metafasica

6. Metafase I

- tetradi (coppie di omologhi) sono allineate sul piano

equatoriale e rimangono unite nei chiasmi

- non tutti i centromeri si legano alle fibre del fuso

- cromosomi che stanno dallo stesso lato della cellula si

ritroveranno nella stessa cellula figlia

- si separano le coppie di cromosomi omologhi ma

non di cromatidi fratelli

- coesine che tengono uniti i cromatidi fratelli non vengono

degradate nella meiosi I (come invece avviene in mitosi)

perché si mascherano i siti di fosforilazione a causa della

loro composizione diversa rispetto a quelle della meiosi

- [separazione cromatidi avviene in mitosi grazie a fosforilazione coesine ad anello che ne

modifica la forma e le fa aprire; coesine vengono degradate quando cell supera punto di

controllo della fase M (che tutti i cromosomi siano agganciati) grazie a complesso APC che

degrada proteina sepurina che normalmente lega separasi e si assicura che non funzioni

(degradando sepurina la separasi ai attiva e separa i cromatidi fratelli degradando coesine nel

centromero)]

- quando tuti i cromosomi sono attaccati alle fibre del fuso anche qui interviene separasi

che degrada tutte le coesine tranne quelle dei centromeri

7. Anafase I

- assortimento indipendente dei cromosomi sulla piastra determina variabilità genetica :

2^23 combinazioni

- cromosomi omologhi si separano e

migrano ai poli opposti

- cromatidi fratelli rimangono uniti tramite

il centromero

- viene degradata proteina SGO2 che

proteggeva le coesine del centromero

e si passa alla telofase I

8. Telofase I

- un solo cromosoma per ciascun paio di

omologhi raggiunge ciascun polo

- fuso si disassembla, si ricostituisce

involucro nucleare

- avviene la citodieresi (ottengo

cellule aploidi con cromosomi

dicromatidici)

INTERFASE : non viene replicato il DNA, cromosomi condensano e decondensano subito

2) MEIOSI II (Profase II, Metafase II, Anafase II, Telofase II) / DIVISIONE EQUAZIONALE

analoga a una mitosi, si separano i cromatidi fratelli (la cellula era già aploidi all’inizio),

alla fine ottengo 4 cellule aploidi con cromosomi monocromatidici (gameti)

- e possibile la separazione dei cromatidi a causa della degradazione della proteina che

proteggeva le coesine e che quindi sono degradabili

Gametogenesi = processo di formazione dei gameti

spermatogenesi = processo di formazione spermatozoi

- negli individui di sesso maschile dalla pubertà

- nelle gonadi maschili (testicoli)

- nei testicolo presenti tubuli seminiferi dove risiedono a diversi stadi maturazione le cellule

germinali disposte secondo gradiente differenziamento (vicino a parete, in periferia, quelle

meno differenziate spermatogoni insieme a cellule somatiche del sertoli, verso il lume sempre

più differenziate fino a spermatozoo maturo nella parte centrale dove viene rilasciato)

cellule del sertoli responsabili di stimolare differenziamento cellule germinali

1. tra i tubuli presenti cellule interstiziali che secernono testosterone per stimolare

2. spermatogenesi e per stimolare altre cellule per sviluppo caratteri secondari

spermatogoni proliferano per mitosi successive e servono per mantenere bacino per

3. formazione spermatozoi, in parte maturano in spermatici ti I

spermatociti I sono cellule che vanno incontro alla prima divisione meiotica originando

4. spermatociti II

spermatociti II sono già aploidi ma con doppio contenuto doppio di DNA (cr dicromatidici),

5. vanno incontro a seconda divisione meiosi tifa per formare spermatidi (prodotto fjinale della

meiosi)

- spermatidi cambiano morfologia diventando spermatozoi

(cellule flagellate, perde gran parte del citoplasma e

organuli, con testa con nucleo e parte apicale grosso

vacuolo che è modificazione apparato del golgi con

enzimi idrolitici e corpo basale del flagello nella parte

basale, tratto intermedio rivestito di manicotto di

mitocondri e flagello)

Ovogenesi = processo di formazione della cellula uovo

dai primi mesi di sviluppo embrionale => già a secondo mese di gravidanza presenti ovogoni

1. che proliferano (analoghi degli spermatogoni)

alcuni di differenziano in oociti I altri degenerano

2. oocita I va incontro a prima divisione meiotica ma si ferma in profase I fino alla pubertà (fase

3. di quiescenza) formando follicoli primordiali

dalla pubertà alcuni follicoli si riattivano e continuano il processo di maturazione

4. ovocita I nel follicolo continua divisione meiotica e divisione meiotica secondaria bloccandosi

5. di nuovo in Metafase II

la divisione del citoplasma e asimmetrica, tutto il citoplasma rimane in una cellula : si formano

6. un globulo polare (non fecondabile) e un ovocita secondario con tutto il citoplasma

nel momento della fecondazione l’ovocita II riprende e termina la Meiosi II formando ovocita

7. secondario

entrambi vanno incontro a seconda divisione meiotica : globulo polare origina altri globuli

8. polari, l’oocita secondario origina un globulo polare a una cellula uovo matura

- nell’ovogenesi si forma un’unica cellula grossa con citodieresi asimmetrica

- avviene nella gonadi femminili (ovaie) = organi nella cavità addominale

- ciclo di 28 gg

- intorno ai 50 anni si arresta (menopausa)

- vengono prodotte circa 500 cellule uovo e le altre degenerano

MUTAZIONI

Mutazioni genomiche

= alterazioni del numero di cromosomi

a) Euploidia aberrante

= variazione nel numero di corredi cromosomici (tutte incompatibili con la vita nell’uomo)

• tollerate in alcuni esseri viventi (monoploidie e diploidie)

• piante sopportano presenza di corredi cromosomici sovrannumerari, si associano al

gigantismo (selezionate per la vendita di specie commerciali)

- Monoploidia (n)

• in alcuni organismi determina il sesso ex nelle api

- Triploidia (3n)

• maggior parte dei casi dovuta a fecondazione di una cellula uovo da parte di due

spermatozoi

• 24% perché spermatozoo è diploide

• 10% perché cellula uovo e diploide

• da studio si è capito che per sviluppo serve un corredo maschile e uno femminile (il feto

non si sviluppa in tutte le sue parti)

• suggerito che genoma maschile e femminile non sono uguali

• alcuni geni si esprimono solo quando sono su un cromosoma materno o paterno

- Tetraploidia (>4n)

• autotetraploidia se tutti provenienti dalla stessa specie

• allotetraploidia provenienti da specie diverse) (4n)

- Poliploidia

b) Aneuploidie

= variazione nel numero dei cromosomi

- Monosomia (2n-1) = perdita di un cromosoma, 45 tot

• letali ai primi stati dello sviluppo embrionale

• monosomie dei cromosomi sessuali : 45, X (Turner) unica monosomia compatibile con la

vita (per la vita serve almeno un cromosoma X)

• la maggior parte di monosomie dell’X nonostante ciò determinano aborto

Sindrome di Turner

- collo corto con pterigio, attaccatura delle orecchie bassa, attaccatura dei capelli nella

parte posteriore del collo, bassa statura, piedi gonfi, freuqnri difetti cardiaci, maggior

parte delle persone hanno qi normale

- donne non hanno il ciclo mestruale, non sviluppano mammelle e non sono fertili

- cause principali :

- 50% mancanza di un X

- 50% anomalia strutturale di un X (d’elezione parziale di un braccio corto)

- raramente mosaicismo

- Trisomia (2n+1) = acquisto di un cromosoma in una coppia sovrannumerario, 47 tot

• normalmente letali nel primo trimestre di gravidanza

• alcuni letali nel secondo trimestre

• solo 3 compatibili con la vita : Trisomia 13 (Patau), Trisomia 18 (Edwards), Trisomia 21

(Down); anche se la maggior parte muoiono nei primi mesi di età (tranne Down)

• le trisomie dei cromosomi sessuali determinano condizioni di vita normali : 47, XXX, XXY

(Klinefelter), XYY; spesso vengono a conoscenza per problemi di infertilità

• l’aumento dell’età materna aumenta il rischio di concepire un feto con trisomia

Sindrome di Down (trisomia 21)

• più comune anomalia cromosomica

• ritardo nella capacità cognitiva e crescita fisica e particolare caratteristiche del viso

• cause principali :

- 92% non disgiunzione alla meiosi (trisomia libera o primaria)

- 4,8% traslocazione robertioniana (trisomia 21 secondaria) : se è la madre a essere

portatrice il rischio è 14%, se è il padre 1-2%, se uno dei due genitori è portatore di una

t(21,21) 100%

- 3% non-disgiunzione sono il alcune cell dello zigote (mosaicismo)

Sindrome di Patau (trisomia 13)

- labioschisi, palatoschisi, occhi piccoli, polidattilia, ritardo mentale e dello sviluppo,

ipotonia, problemi cardiaci p, la maggior parte muore prima di tre mesi di vita

- cause principali :

- 75% non disgiunzione

- 20% traslocazione robertioniana tra il cr 13 e un cr acrocentrico

- 1,4% mosaicismo

-

Sindrome di Edwards (trisomia 18)

- ritardo crescita prenatale e postnatale, aspetto emaciato con ipotrofia, microcefalia con

cranio stretto e dolicocefalia, microretrognazia, microstoria, ipotelorismo, orecchie

angolate a disegno semplice

- cause p