Genetica - parte 1

2-CAMBIAMENTI DI UNO O POCHI CROMOSOMI

Nella lezione precedente, abbiamo parlato delle mutazioni cromosomiche euploidi (normali e aberranti); oggi invece parliamo

delle aneuploidie.

ANEUPLOIDIA: presenza o mancanza di uno o più cromosomi rispetto all’assetto cromosomico normale.

In sostanza quindi, a differenza dell’euploidia dove vi è la presenza di assetti completi di corredo cromosomico di base

aberranti, nell’aneuploidia invece sono presenti in sovrannumero o mancanti solo uno o più cromosomi.

Ad esempio, se un individuo normalmente è diploide, esso presenterà tutti i cromosomi in coppia; ma se uno di questi non

dovesse avere il corrispettivo o ne dovesse avere più di uno, allora si ha un’aneuploidia.

TIPI DI ANEUPLOIDA

- Monosomia: se un individuo diploide anziché avere due copie per ogni cromosoma, ne presenta uno senza corrispettivo.

- Trisomia: se un individuo diploide anziché avere due copie per ogni cromosoma, di uno ne presenta tre.

In sostanza quindi, la cellula ha tre copie di un particolare cromosoma e due copie per tutti gli altri.

- Tetrasomia: se un individuo diploide anziché avere due copie per ogni cromosoma, di uno ne presenta quattro.

In sostanza quindi, la cellula ha quattro copie di un particolare cromosoma e due copie per tutti gli altri.

- Nullisomia: se un individuo diploide anziché avere due copie per ogni cromosoma, di uno non presenta proprio la coppia.

- Aneuploidie multiple: se un individuo presenta più aneuploidie insieme (es. monosomia per un cromosoma, trisomia per un

altro ecc.).

L’aneuploidia multipla, può riscontrarsi anche nei gameti.

N.B. quando ci sono casi di aneuploidie, quasi tutti gli organismi non le sopportano.

COMPORTAMENTO DEGLI ANEUPLOIDI IN DIVISIONE

Adesso vediamo che succede, nel momento in cui le cellule si dividono per produrre i gameti:

- Se l’individuo è diploide (in questo caso ha 4 cromosomi con i rispettivi omologhi), esso effettuerà la meiosi e produrrà tutti

gameti (o spore) aploidi.

- Se la cellula è trisomica, ovvero se un individuo diploide anziché avere due copie per ogni cromosoma, di uno ne presenta tre

(es. trisomia 21 detta anche sindrome di Down).

Quando questo soggetto trisomico, produrrà gameti (o spore) essi saranno aberranti; questo perché esso produrrà gameti i

quali presenteranno i cromosomi quasi tutti in singola copia, ad eccezione di uno.

Questo perché, per quanto riguarda il cromosoma che presenta tre copie, quando essi si divideranno, andranno uno da una

parte e due dall’altra, creando così gameti disomici.

- Se la cellula è nullisomica, ovvero se un individuo diploide anziché avere due copie per ogni cromosoma, di uno non presenta

proprio la coppia.

Quando questo soggetto nullisomico, produrrà gameti (o spore) essi saranno aberranti; questo perché esso produrrà gameti i

quali presenteranno i cromosomi quasi tutti in singola copia, ad eccezione di uno che mancherà proprio.

- Se la cellula è monosomica, ovvero se un individuo diploide anziché avere due copie per ogni cromosoma, ne presenta uno

senza corrispettivo.

Quando questo soggetto monosomico, produrrà gameti (o spore) essi saranno aberranti; questo perché esso produrrà i gameti,

i quali presenteranno i cromosomi tutti in singola copia, ad eccezione di uno che mancherà proprio.

ORIGINE DELLE ANEUPLOIDIE

L’origine delle mutazioni per aneuploidia sono diverse; le più comuni sono:

La non disgiunzione, che crea monosomie e trisomie; mentre se sono già presenti monosomie e trisomie, esse formano gameti

aberranti e quindi determinano a loro volta, la formazione di organismi aneuploidi.

NON DISGIUNZIONE

In mitosi:

Durante la metafase, i cromosomi raddoppiati (ogni cromosoma è formato da due

cromatidi fratelli) si allineano sul piano equatoriale della cellula e in seguito con

l’anafase, i due cromatidi verranno trasportati ai poli opposti.

In condizioni normali, i due cromatidi fratelli dovrebbero separarsi ed andare uno in

una cellula e uno in un’altra ma, se dovesse verificarsi la non disgiunzione, questo non

succederà e al contrario, i due cromatidi rimarranno attaccati ed andranno a finire

entrambi in una sola delle due cellule figlie.

Il risultato di questa non disgiunzione sarà che:

- Una cellula invece di essere 2n sarà 2n+1 (trisomica), in quanto di quel particolare

tipo di cromosoma ne avrà 3 copie.

- Una cellula invece di essere 2n sarà 2n-1 (monosomica), in quanto di quel particolare

tipo di cromosoma ne avrà solo 1 copia.

In meiosi I:

Durante la metafase, i cromosomi omologhi si allineano sul piano equatoriale della

cellula e in seguito con l’anafase essi si separano e verranno trasportati ai poli opposti.

In condizioni normali, i due cromosomi omologhi dovrebbero separarsi ed andare uno

in una cellula e uno in un’altra ma, se dovesse verificarsi la non disgiunzione, questo

non succederà e al contrario, i due cromosomi rimarranno attaccati ed andranno a

finire entrambi in una sola delle due cellule figlie.

Il risultato di questa non disgiunzione sarà che:

- Una cellula invece di essere n sarà 2n (diploide), in quanto avrà entrambi i membri

della coppia di omologhi.

Naturalmente questa cellula, con la seconda divisione meiotica, produrrà 2 gameti (2

l’altra cellula e in totale 4):

- Uno avrà un solo membro della coppia (ancora costituito da due cromatidi).

- Uno avrà l’altro membro della coppia (ancora costituito da due cromatidi).

Quindi saranno tutti gameti che per quel particolare tipo di cromosoma

risultano essere disomici.

- Una cellula invece non avrà nessun membro della coppia di omologhi.

Naturalmente questa cellula, con la seconda divisione meiotica, produrrà 2 gameti:

- Uno non avrà alcun membro della coppia.

- Uno non avrà anch’esso alcun membro della coppia.

Quindi saranno tutti gameti che per quel particolare tipo di cromosoma

risultano essere nullisomici.

In meiosi II:

Durante la metafase, quel particolare tipo di cromosoma (formato da due cromatidi

fratelli) si allinea sul piano equatoriale della cellula e in seguito con l’anafase, i due

cromatidi verranno trasportati ai poli opposti.

In condizioni normali, i due cromatidi fratelli dovrebbero separarsi ed andare uno in una

cellula e uno in un’altra ma, se dovesse verificarsi la non disgiunzione, questo non

succederà e al contrario, i due cromatidi rimarranno attaccati ed andranno a finire

entrambi in una sola delle due cellule figlie (gameti).

Il risultato di questa non disgiunzione sarà che:

- Un gamete invece di essere n sarà n+1 (disomico), in quanto avrà entrambi i cromatidi di

quel particolare tipo di cromosoma.

- Un gamete invece di essere n sarà n-1 (nullisomico), in quanto di quel particolare tipo di

cromosoma non avrà nemmeno un cromatidio.

NON DISGIUNZIONE E ANEUPLOIDIE NEI CROMOSOMI SESSUALI

In questa situazione, abbiamo una Drosophila femmina con occhi bianchi che viene incrociata con un maschio con occhi rossi.

W+

X Y

w W+ w w

X X X X Y

w W+ w w

X X X X Y

La progenie naturalmente sarà normale costituita da femmine con occhi rossi e maschi con occhi bianchi.

Se invece ci troviamo in un caso di non disgiunzione che si verifica ad esempio in un oocita della femmina, noi avremo che

l’oocita farà gameti:

W W

- Uno con X X quindi diploide

- Uno con assenza, detto anche 0 e quindi nullisomico per quel cromosoma.

Se a questo punto, incrociamo questi gameti con quelli del maschio, otteniamo questa situazione:

w w W+

X X X : queste dette “superfemmine” nella maggior parte

dei casi sono letali.

W+

X : maschio sterile con occhi rossi

w w

X X Y: femmina normale con occhi bianchi.

Y: letale

ANEUPLOIDIE NELL’UOMO

Le aneuploidie dovute ai cromosomi sessuali, sono in genere molto più tollerate dal punto di vista della vitalità perché:

- Sul cromosoma Y non ci sono cose molto importanti e fondamentali, ad eccezione del fattore di determinazione del testicolo

(proprio per questo Y è il cromosoma che determina il sesso).

- Sul cromosoma X invece, ci sono dei geni fondamentali che devono funzionare in modo corretto.

Inoltre, bisogna anche tenere conto che nei mammiferi questo cromosoma deve funzionare in singola copia; nei maschi infatti è

presente solo una copia, mentre nelle femmine, c’è un fenomeno di inattivazione con il quale le cellule inattivano uno dei due

cromosomi X.

Proprio per questo, le malattie legate all’X non sono riscontrate nelle femmine perché loro avranno sempre una controparte X

sana. MUTAZIONI CROMOSOMICHE STRUTTURALI

Adesso andremo a vedere quelle mutazioni che implicano cambiamenti nella struttura del cromosoma; esse vengono chiamate

mutazioni cromosomiche strutturali (o anche riarrangiamenti cromosomici).

Una mutazione si dice cromosomica quando essa può essere vista al microscopio ottico.

In particolare, esistono quattro tipi principali di mutazioni cromosomiche strutturali:

1. Duplicazioni

2. Delezioni

3. Inversioni

4. Traslocazioni

Tutti e quattro questi tipi di mutazioni cromosomiche strutturali hanno origine da una o più rotture del cromosoma; queste

rotture, spesso causano la morte della cellula, di conseguenza l’organismo ha sviluppato complessi meccanismi di riparazione

che ricompongono le estremità di DNA spezzato.

Se queste estremità si ricompongono in modo corretto, si riformerà nuovamente il cromosoma originale, altrimenti se al

contrario vengono ricomposte le estremità sbagliate, si verifica un riarrangiamento cromosomico.

Supponiamo di avere un cromosoma, il quale possiede le seguenti regioni geniche (a, b centromero c, d, e).

DELEZIONI: questo tipo di mutazione, consiste nella perdita di un segmento cromosomico

- Se poniamo che sia intervenuta una rottura che ha portato via la regione “e”; siccome questa porzione si trova in posizione

terminale, in questo caso stiamo parlando di una delezione terminale.

È bene ricordare però, che nelle cellule, ci sono molti enzimi che hanno il compito di degradare il DNA non protetto, per evitare

soprattutto un appaiamento tra DNA cellulare e DNA esogeno; i cromosomi (formati da DNA e proteine) sono protetti da questi

enzimi, in particolare le estremità che noi chiamiamo telomeri, in genere agiscono come dei veri e propri cappucci formati

anch’essi da DNA che si ripiega e proteine e di conseguenza, proteggono così dall’attacco delle DNasi.

Quando si formano queste delezioni terminali quindi, esse rimangono stabili solo se al termine di queste delezioni, in questo

cromosoma che è stato rotto si riforma il tel