Appunti Basi biologiche

VARIABILITÀ CROMOSOMICA

Questa consiste nella capacità da parte dei cromosomi, che sono le entità dinamiche contenenti DNA, di rimescolarsi, ovvero possono perdere o guadagnare alcune porzioni, determinando un'alterazione dell'ordine dei geni al loro interno.

Queste alterazioni si studiano ricavando l'assetto cromosomico di un individuo, ovvero il cariotipo, che si prepara da cellule che si dividono attivamente (globuli bianchi del sangue e cellule del midollo osseo).

Analisi del cariotipo (si effettua sugli individui in cui si sospettano malattie cromosomiche e sui bambini appena nati/feti nei quali si sospettino trisomie):

• Serve a verificare l'assetto cromosomico dell'individuo, quindi a determinare se le dimensioni e il numero dei cromosomi sono normali.
• In questa analisi si può confermare con certezza se vi è un'alterazione cromosomica o meno, cioè se si registra una variazione nel numero, nella lunghezza o nella struttura dei cromosomi.

La forma dei cromosomi è un'analisi grossolana grazie alla quale si può vedere visivamente i cromosomi e verificare se sono in numero corretto oppure se vi sono aneuploidie (cioè se vi sono cromosomi in più o in meno oppure se i cromosomi sono alterati). Si prendono alcune cellule del paziente, in cui si inducono le mitosi (divisione cellulare), in modo che i cromosomi si condensano e quindi siano visibili al microscopio ottico. Si ottengono delle immagini sfocate di cromosomi (22 autosomici e 2 sessuali), in cui si osservano le dimensioni di questi, ma non le sue mutazioni delle basi o dei nucleotidi. Per aumentare la risoluzione dell'analisi si può effettuare il bandeggio, che consiste nel colorare i cromosomi mettendoli a contatto con dei coloranti, che si legano a determinate basi del DNA: ad esempio, ci sono coloranti che si legano di più alle zone ricche di nucleotidi A e T (giemsa) oppure di nucleotidi C e G (quinacrina). A seguito di...

Queste colorazioni, sul singolo cromosoma si individuano delle bande (zone cromosomiche) colorate, perché i coloranti marcano delle zone ricche di determinati nucleotidi.

Vantaggio: se un cromosoma ha perso un certo numero di basi, con il bandeggio si può determinare la zona (posizione) in cui si è verificata questa perdita, grazie anche al fatto che i cromosomi dell'uomo si colorano tutti allo stesso modo (il bandeggio ha una sequenza di bande di colorazione standard). Infatti, è necessario confrontare il cromosoma sotto analisi con un cromosoma normale.

- Si localizzano eventuali perdite, delezioni, sezioni.

- I cromosomi possono scambiarsi in modo reciproco porzioni di basi, ma con l'analisi del cariotipo non si riuscirebbe a vedere ciò, perché si osserverebbero cromosomi normali dopo la traslocazione. Quindi si opta per il bandeggio, con cui si può evidenziare se la sequenza di bande viene alterata (diversa da quella standard).

RIARRANGIAMENTI CROMOSOMICI

I cromosomi possono effettuare i seguenti rimescolamenti:

• Delezioni: perdita di un certo tratto di basi (-> cromosoma accorciato)
• Duplicazioni: un certo tratto può essere copiato e re-inserito successivamente, generando un cromosoma più lungo (in teoria non dovrebbe creare problemi, perché non elimino geni ma li duplico)
• Inversioni: un tratto si stacca dal cromosoma, viene invertito e infine re-inserito successivamente (non dovrebbe creare problemi, perché il DNA può essere letto nelle due direzioni)
• Inserzioni: la regione persa da un cromosoma viene inserita in un altro cromosoma (anche in questo caso non dovrebbe creare problemi, perché i geni vengono spostati ma non eliminati)
• Traslocazioni: quando due cromosomi si scambiano porzioni di DNA, ritrovando un cromosoma più lungo e uno più accorciato (senza perdita di geni)

Gran parte dei riarrangiamenti cromosomici sono dovuti a rotture del DNA.

a doppio filamento, provocando lo spostamento di porzioni di DNA; pezzi che, grazie all'attivazione dei meccanismi di riparo del DNA, vengono reinseriti nella zona originaria (anche errori in fase di riparazione possono generare riarrangiamenti)

EFFETTI DEI RIARRANGIAMENTI

Tali rotture cromosomiche possono causare la morte cellulare e anche patologie rare (nessuno investe nella ricerca), da cui si è potuto comprendere quanto sia importante che il numero dei geni presente nel genoma e il numero di copie per ogni gene si mantengono fissi; infatti, se, invece di avere una copia materna e una paterna per uno stesso gene, ne avessimo 4 o più copie, si otterrebbe un sistema incompatibile con la vita - le duplicazioni non sono tollerate, perché alterano il numero di geni

Per mostrare gli effetti di una duplicazione cromosomica, in drosofila è stata duplicata la regione BAR e si è notato che la dimensione dell'occhio del moscerino della frutta diminuiva,

prodotta sicomporta come un feedback negativo che permette l'ulteriore trascrizione. La duplicazione dei tratti cromosomici è stata fondamentale nell'evoluzione, perché duplicando uno stesso gene, si creano più varianti di uno stesso gene, per cui le copie sono libere di accumulare mutazioni e cambiare fino ad assolvere a nuove funzioni; quindi ha permesso la creazione di nuovi geni, come la globina, che è un gene che codifica per una proteina fondamentale (studiando le specie ancestrali, si è scoperto che vi era un solo gene delle globina).

Avere un solo gene deputato ad una certa funzione essenziale, significa che su di lui non si possono accumulare mutazioni, poiché porterebbero l'organismo all'estinzione; però, grazie alle duplicazione geniche, si possono generare delle copie del gene ancestrale, copie che, dopo essersi specializzate, assolvono la stessa funzione ma in ambienti/tessuti diversi.

Le delezioni

Le anomalie cromosomiche sono gravi, poiché si perdono completamente copie di geni, cosa che non è compatibile con la vita.

Sindrome di Williams-Beuren: consiste nella cancellazione di un tratto del cromosoma 7, in cui sono contenuti 9 geni, determinando ritardo mentale e problemi con l'elastina.

Anche le inversioni cromosomiche sono gravi, poiché il punto in cui si verifica l'interruzione potrebbe interrompere la sequenza di un gene, eliminandolo completamente.

Le traslocazioni cromosomiche comportano lo spostamento di materiale cromosomico tra cromosomi omologhi o non omologhi e possono essere di due tipi:

• Reciproche: quando due cromosomi si scambiano la stessa quantità di materiale (nessuno guadagna o perde materiale)
• Robertsoniane: a seguito della traslocazione, uno dei due cromosomi resta molto piccolo (nella divisione cellulare questo non riesce a essere agganciato dal citoscheletro, in particolare dalle fibre del fuso mitotico, quindi non viene trasmesso correttamente)

separatoe portato e viene perso ->si creano aneuploidie)Un cromosoma aggiuntivo altera radicalmente il fenotipo probabilmente a causa di un errato dosaggio genico e in molti animali e piante tali variazioni sono letali (fanno eccezione le aneuploidie legate al cromosoma X)

Nell'uomo un'alta percentuale degli embrioni presenta anomalie cromosomiche e per questo il 30% delle gravidanze termina con un aborto spontaneo in una fase molto precoce dello sviluppo (infatti a volte una donna nemmeno si accorge della sua gravidanza), che rappresenta un meccanismo attuato dall'organismo per eliminare un feto affetto da trisomia grave, che lo porterebbe alla morte dopo qualche giorno

Le trisomie dei cromosomi 8, 11, 15, 17 non sono tollerate, tant'è che avviene l'aborto precoce a poche settimane dal concepimento dell'embrione; altre, come la trisomia 21 o Sindrome di Down, portano alla nascita del feto. La Sindrome di Edwards o trisomia 18 è

molto rara (colpisce un individuo su 8000) e gli individui affetti non hanno una speranza di vita maggiore di qualche mese. La trisomia 13 è ancora più rara (1:15000 nati), la metà dei nati muoiono entro il primo mese di vita e il 95% dei sopravvissuti non arriva a 3 anni. Probabilmente, le trisomie sono correlate alla tarda età materna al momento del concepimento: la percentuale di trisomie dopo i 26 anni cresce esponenzialmente. Se nelle femmine, alla nascita, gli oociti primari sono fermi alla prima profase della meiosi e la meiosi riprende subito prima dell'ovulazione, dove si completa la divisione e si forma l'oocita secondario; i maschi producono continuamente spermatozoi, quindi sono continuamente rinnovati (a differenza degli ovociti), ma gli spermatogoni (cellule che producono spermatozoi) possono accumulare mutazioni. Per questo motivo le aneuploidie derivate dai maschi non risentono dell'età del maschio.