Appunti di genetica

Lezione genetica 3

Il ciclo cellulare consta di diverse fasi:

• Fase G1: la cellula raddoppia la propria dimensione e produce nuovi organelli, oltre agli enzimi necessari per la duplicazione del DNA.
• Fase S: si ha la replicazione del DNA necessaria affinché, durante la divisione cellulare, ogni cellula figlia possa ricevere una copia completa del genoma.
• Fase G2: la cellula continua a crescere e a formare nuovi organelli.
• Fase M: fase della divisione cellulare in cui la divisione mitotica origina due cellule figlie con lo stesso materiale genetico della cellula madre.

La mitosi è possibile suddividerla in diverse tappe:

• Profase: all'interno del nucleo, le fibre di cromatina si spiralizzano e si condensano formando cromosomi distinti. Si ha inoltre la scomparsa dei nucleoli e ciascun cromosoma duplicato risulta formato da due cromatidi identici uniti a livello del centromero. Contemporaneamente, nel citoplasma si forma il fuso mitotico.

un insieme di fibre costituite da microtubuli che attraversano tutte le cellule.

1. Prometafase: l'involucro nucleare si frammenta e i microtubuli raggiungono i cromosomi, ora molto condensati. Ciascun cromatidio è unito a una struttura proteica, il cinetocore, presente nel centromero.
2. Metafase: i cromosomi si radunano in corrispondenza del piano equatoriale della cellula. I centromeri di tutti i cromosomi sono allineati lungo il piano equatoriale e, per ciascun cromosoma, i cinetocori dei due cromatidi fratelli sono rivolti verso i poli opposti del fuso.
3. Anafase: i cromatidi fratelli si separano migrando verso i poli opposti della cellula grazie all'accorciamento delle fibre del fuso mitotico.
4. Telofase: il fuso mitotico scompare gradualmente e i cromatidi, ormai divenuti i nuovi cromosomi delle cellule figlie, si despiralizzano. Attorno ad essi si riforma la membrana nucleare e ricompare il nucleolo.

Meiosi

La meiosi è un processo simile alla mitosi che porta a

Risultati completamente differenti: si vengono a formare quattro cellule figlie con patrimonio genetico dimezzato. La meiosi è formata da due fasi principali: meiosi I e meiosi II. Esse a loro volta si dividono in varie fasi.

Meiosi I

La meiosi I si suddivide in:

• Profase I: la cromatina si spiralizza e i cromosomi sono visibili al microscopio. I cromosomi omologhi si appaiano dando origine a strutture dette tetradi. I cromatidi dei cromosomi omologhi si scambiano segmenti di DNA in un processo chiamato crossing over che contribuisce alla variabilità genetica delle popolazioni a riproduzione sessuata. I cromosomi si condensano sempre di più e i nucleoli scompaiono; i centrosomi si allontanano l'uno dall'altro e tra di essi si forma il fuso mitotico. L'involucro nucleare si frammenta e le tetradi, agganciate ai microtubuli del fuso, vengono trascinate verso il centro della cellula.
• Metafase I: le tetradi si allineano sul piano equatoriale della cellula.

Ogni cromosoma è condensato e ispessito, con i cromatidi fratelli uniti in corrispondenza del centromero. I cromosomi omologhi di ogni tetrade sono uniti a microtubuli diversi e in questo modo sono pronti a migrare verso i poli opposti della cellula.
Anafase I: i due cromosomi di ogni coppia si separano e si muovono verso i due poli opposti della cellula grazie all'accorciamento delle fibre del fuso.
Telofase I: i cromosomi raggiungono i poli opposti della cellula.
I prodotti della prima divisione meiotica non sono uguali al gametocita di partenza in quanto sono aploidi; inoltre, non sono uguali tra loro in quanto ereditano un cromosoma dalla madre e un cromosoma dal padre.
Tra la prima e la seconda divisione meiotica può esserci un breve periodo di riposo (interchinesi), durante il quale i cromosomi si despiralizzano parzialmente.
Meiosi II
La meiosi II si suddivide in:
Profase II: i centrioli migrano ai poli opposti della cellula e si riforma l'apparato del fuso.fuso.

• Metafase II: i cromosomi si allineano sul piano equatoriale della cellula con i cinetocori dei cromatidi fratelli rivolti verso i poli opposti della cellula.
• Anafase I: i cromatidi fratelli di ogni cromosoma si separano e si muovono verso i due poli opposti della cellula, diventando i nuovi cromosomi delle cellule figlie.
• Telofase II: ai poli opposti della cellula si riformano i nuclei con le loro membrane e, nello stesso tempo, si verifica la citodieresi. Al termine del processo vi sono quattro cellule figlie, geneticamente diverse l'una dall'altra, ognuna con un corredo cromosomico aploide.

Gametogenesi

Il processo di formazione dei gameti è detto gametogenesi e avviene nelle gonadi. La gametogenesi maschile è detta spermatogenesi, mentre quella femminile è detta ovogenesi.

Quando si possono diagnosticare le malattie genetiche?

Come sappiamo, esistono diverse condizioni che possono causare anomalie genetiche: alterazioni del numero o della

La struttura dei cromosomi è responsabile della trasmissione dei caratteri ereditari e delle informazioni genetiche. Le mutazioni genetiche possono interessare sia gli autosomi (i cromosomi non sessuali) sia i cromosomi sessuali. Queste anomalie possono essere presenti già nei genitori o possono originarsi durante la formazione dei gameti.

Oggi è possibile individuare eventuali alterazioni genetiche nel feto anche prima della nascita. Questo tipo di indagini, chiamate indagini prenatali, prevedono il prelievo di cellule fetali su cui vengono effettuati test per le malattie genetiche più comuni.

Le indagini genetiche prenatali più comuni sono l'amniocentesi e il prelievo dei villi coriali. Quest'ultimo è preferibile nei casi in cui esista una forte probabilità di anomalie genetiche, in quanto può essere effettuato nelle prime settimane di gravidanza, quando è possibile intervenire più facilmente.

Purtroppo, queste tecniche di indagine comportano alcuni rischi, come perdite di sangue, parto prematuro e aborto.

Nell'1% dei casi per l'amniocentesi e nel 2% dei casi per la villocentesi possono verificarsi complicazioni. Pertanto, queste procedure sono generalmente riservate a situazioni in cui c'è una ragionevole probabilità che il feto abbia un disturbo genetico.

Amniocentesi

L'amniocentesi viene eseguita tra la 14esima e la 16esima settimana di gravidanza. Consiste nel prelievo di liquido amniotico tramite un ago inserito nell'utero attraverso la parete addominale. Successivamente, il campione prelevato viene centrifugato e suddiviso in liquido amniotico (che può essere sottoposto a test biochimici immediatamente o in seguito sulle cellule coltivate) e cellule fetali (che vengono coltivate per diverse settimane per determinare il cariotipo).

Prelievo dei villi coriali (villocentesi)

Il prelievo dei villi coriali o villocentesi viene eseguito tra l'ottava e la decima settimana di gravidanza.

Essa consiste in un prelievo tramite un catetere per aspirazione che viene inserito nell'utero attraverso la cervice per prelevare il tessuto dai villi coriali. La determinazione del cariotipo e test biochimici possono essere effettuati immediatamente sulle cellule del feto, in modo da avere l'esito entro qualche giorno. Bandeggio I bandeggi sono molto importanti per l'organizzazione del cromosoma in quanto aiutano a determinare il contenuto genico, i tempi di replicazione, la densità delle sequenze ripetute, la condensazione della cromatina e l'attività trascrizionale. Bande G Le bande G+ sono ricche nelle basi A+T; contengono pochi geni e replicano nella fase tardiva S del ciclo cellulare. Esse sono le più usate in quanto sono permanenti e offrono la possibilità di avere un buon contrasto che è possibile analizzare anche attraverso un semplice microscopio ottico. Esse però necessitano di un pretrattamento difficilmente

standardizzabile e i preparati devono essere invecchiati.

Bande Q

Le bande Q sono utili per lo studio delle varianti della zona eterocromatica del cromosoma Y, delle zone organizzatrici nucleolari dei cromosomi acrocentrici e delle zone eterocromatiche dei cromosomi 1, 9, 16. Esse sono le più semplici da ottenere, sono molto informative, non richiedono preparativi invecchiati e evidenziano bene i satelliti. Esse però non sono permanenti e sono le più costose per quanto riguarda la strumentazione necessaria.

Bande R

Le bande R sono molto utili per lo studio dei telomeri e i riarrangiamenti del cromosomi X.

Bande C

Le bande C sono utili per identificare polimorfismi cromosomici, consentono di colorare i centromeri e sono utili per lo studio di markers cromosomici.

Lezione genetica 4

Errori cromosomici di struttura

Gli errori cromosomici di struttura si dividono in mutazioni intracromosomiche (all'interno di un cromosoma e queste possono essere bilanciate se non c'è

perdita di materiale o sbilanciate dove in questo ultimo caso si ha la perdita di materiale genetico) e mutazioni intercromosomiche (avvengono tra due cromosomi e sono bilanciate se nello scambio intercorso tra due cromosomi non si è perso materiale genetico o sbilanciate ossia quando nello scambio tra due cromosomi si è perso del materiale genetico). Questi errori cromosomi di struttura si ritrovano in circa lo 0,6% di tutti i nati vivi, ossia quasi 1 su 200 persone nascono con una mutazione cromosomica di struttura. Di queste, la stragrande maggioranza ossia lo 0,52%, sono bilanciate ossia senza perdita del percento e solo lo 0,06% sono sbilanciate portando a un fenotipo patologico. Le sbilanciate sono in numero così basso perché sono la causa del maggior numero di aborti spontanei.

Riarrangiamenti strutturali intracromosomici:

• Delezioni: eliminazione di un tratto del cromosoma che può interessare uno o più geni. La rottura è provocata da

cromosoma. La duplicazione può avvenire in diverse parti del cromosoma e può coinvolgere una o più regioni. Nell'immagine sopra, abbiamo due coppie del cromosoma 7, con una copia normale e una copia in cui è avvenuta una duplicazione di una porzione del braccio lungo (q) del cromosoma 7. Questa duplicazione viene definita come duplicazione del cromosoma 7 della regione principale 2 del braccio lungo nella banda del gruppo quarto e in particolare la bandina (suddivisione ulteriore della banda) seconda [dup(7)(q22.2)].  Inversioni: durante la divisione cellulare, può verificarsi un errore nella ricombinazione dei cromosomi che porta a un'inversione di una porzione del cromosoma. Nell'immagine sopra, abbiamo due coppie del cromosoma 11, con una copia normale e una copia in cui è avvenuta un'inversione di una porzione del braccio lungo (q) del cromosoma 11. Questa inversione viene definita come inversione del cromosoma 11 della regione principale 3 del braccio lungo nella banda del gruppo terzo e in particolare la bandina (suddivisione ulteriore della banda) quarta [inv(11)(q23.4)].  Traslocazioni: durante la divisione cellulare, può verificarsi un errore nella ricombinazione dei cromosomi che porta al trasferimento di una porzione di un cromosoma su un altro cromosoma. Nell'immagine sopra, abbiamo due coppie del cromosoma 9, con una copia normale e una copia in cui è avvenuta una traslocazione di una porzione del braccio lungo (q) del cromosoma 9 sul braccio lungo (q) del cromosoma 22. Questa traslocazione viene definita come traslocazione bilanciata tra il cromosoma 9 e il cromosoma 22 nella regione principale 1 del braccio lungo del cromosoma 9 e nella regione principale 2 del braccio lungo del cromosoma 22 [t(9;22)(q34;q11.2)]. Questi sono solo alcuni esempi di anomalie cromosomiche strutturali che possono verificarsi. Ogni anomalia cromosomica può avere conseguenze diverse sullo sviluppo e sul funzionamento dell'organismo. La citogenetica è una branca della genetica che si occupa dello studio delle anomalie cromosomiche e delle loro implicazioni cliniche.

pezzo del DNA. Questa duplic