Appunti di genetica medica

Genetica medica

Indice

• I. Introduzione alla genetica medica.
• II. Terminologia della genetica.
• III. Trasmissione dei caratteri: la prima e la seconda legge di Mendel (aspetti principali).
• IV. Approfondimento dell'eredità mendeliana nell'uomo: gli alberi genealogici come modalità per lo studio della trasmissione dei caratteri, i fattori che ne condizionano il passaggio attraverso le generazioni.
• V. Ereditarietà autosomica recessiva, autosomica dominante, recessiva associata al cromosoma X, dominante associata al cromosoma X: caratteristiche osservabili negli alberi genealogici, assegnazione dei genotipi negli affetti e nei non affetti.

I. Introduzione alla genetica medica

Cosa studia la genetica?

Studia le variazioni ereditarie presenti negli individui e nelle famiglie tra genitori e figli, e come si trasmettono da generazione in generazione. Queste variazioni sono delle modifiche nella sequenza dei nucleotidi che costituiscono la struttura della molecola dell'acido desossiribonucleico (DNA), che spiegano le differenze morfologiche fra gli individui.

Cosa studia la genetica medica?

Studia le malattie genetiche, provocate da variazioni nella sequenza dei nucleotidi della molecola di DNA di ordine medico. La genetica medica si occupa di variazioni di questo tipo, con due obiettivi:

• Diagnosi (chiarire le basi molecolari delle patologie)
• Prevenzione

Per fare ciò, occorre effettuare una consulenza genetica, che è un atto medico di tipo informativo, con il quale il genetista medico si relaziona con il paziente o la famiglia in cui si sospetta sia presente una patologia genetica.

II. Terminologia della genetica

Genoma: intero patrimonio genetico, ovvero tutta l'informazione genetica contenuta nel nucleo delle cellule, che è essenziale per i processi di embriogenesi, sviluppo, crescita e di riproduzione.

Dal punto di vista chimico corrisponde a un'elevata quantità di acido desossiribonucleico (DNA). Ogni specie è caratterizzata da una precisa quantità di genoma; nel caso della specie umana, la quantità di DNA corrisponde a circa 6 miliardi di nucleotidi.

La struttura tridimensionale del DNA è costituita da due filamenti polinucleotidici affrontati e disposti a spirale, la parte fissa si ripete a comporre le catene polinucleotidiche, la molecola del nucleotide. Il nucleotide è una molecola complessa, formata da più componenti: due sono fisse e costanti in tutte le molecole di DNA (zucchero e fosfato), la terza componente (basi azotate) è variabile, può cambiare all'interno di quattro tipi di basi azotate presenti nel DNA.

Nel genoma umano:

• Genoma nucleare, che contiene la maggior parte delle informazioni necessarie per la vita. Nella specie umana il grande quantitativo di DNA (6 miliardi di nucleotidi) è suddiviso in 46 unità (per metà di origine materna e metà paterna) dalla struttura lineare (cromosomi), contenute nel nucleo.
• Genoma mitocondriale, costituito da alcune molecole di DNA contenute nei mitocondri, che assolvono alla necessità di sintesi di componenti del mitocondrio stesso, e sono conosciute patologie genetiche causate da variazioni a carico delle molecole di DNA mitocondriale.

Ogni cromosoma è formato da una molecola di DNA continua e lineare. Possiamo analizzarli quando, durante il ciclo cellulare, la cellula si trova in metafase, in cui il DNA sotto forma di cromatina si addensa a formare i cromosomi; questi possono essere ordinati in coppie, numerate dall'1 al 23. Otteniamo così un cariotipo umano, che è una modalità di studio dei cromosomi.

Questi 46 cromosomi sono appaiati in 23 coppie:

• Dalla 1a alla 22a coppia sono chiamati autonomi, e sono cromosomi omologhi, che hanno la stessa dimensione, morfologia e contenuto di sequenze di DNA.
• La 23a coppia riguarda cromosomi del sesso (X e Y).

Ogni cromosoma è formato da una molecola lineare di DNA a doppia elica, che dev'essere condensato in vari livelli per poter rientrare nelle dimensioni del nucleo. I cromosomi rappresentano il massimo grado di compattazione del DNA, che lo raggiunge grazie all'interazione con proteine istoniche nella formazione dei nucleosomi, e successivamente la fibra si accorcia notevolmente grazie ad impalcatura di proteine non istoniche.

Gene: è un'unità ereditaria che contiene informazione genetica ed è l'unità funzionale del genoma. Dal punto di vista chimico, un gene è una sequenza di DNA informativa, che contiene messaggio genetico, che servirà poi per passare a molecole di RNA o alle proteine. Alcune porzioni della sequenza di nucleotidi sono informative (verranno espresse), e sono denominate esoni; queste sono intervallate da porzioni che non saranno espresse (introni).

I geni sono situati sui cromosomi, ognuno in un punto preciso, denominato locus. Ogni cromosoma contiene un differente numero di geni. Nel dogma centrale della biologia è riassunta l'espressione dell'informazione genetica; il flusso di informazione genetica permette di tradurre l'informazione contenuta nel DNA e fare in modo che diventi qualcosa che assuma una funzione all'interno dell'organismo cellulare.

Il DNA è formato da nucleotidi, così come l'RNA, ma le proteine, che sono le molecole finali, sono polimeri di amminoacidi, quindi cambia la chimica di queste molecole. Esiste una modalità di traduzione, ovvero il codice genetico. L'informazione genetica è scritta utilizzando i quattro nucleotidi (Adenina, Timina, Citosina e Guanina), che si ripetono nel genoma per un numero pari a 3 miliardi di volte. Nella doppia elica del DNA le basi di ognuno dei due filamenti sono affrontate.

Il messaggio contenuto nel DNA si esprime in codoni (triplette di nucleotidi). Il codice genetico è essenziale per leggere e tradurre l'informazione da genoma a struttura cellulare. La variazione nell'ordine di una di queste triplette può portare a patologie diverse.

Un esempio è l'anemia falciforme causata da una emoglobina anomala; l'emoglobina è una proteina tetramerica presente nei globuli rossi, costituita da due catene α e due β. Questa patologia è causata dal fatto che l'emoglobina contenga una catena alterata, in cui un amminoacido che solitamente è presente nelle catene β (acido glutamico, codone normale GAG) in conseguenza di un errore nel messaggio genetico specifico per la catena risulta sostituito dall'amminoacido valina (codone mutato GTG). Queste catene anomale β tendono a formare delle strutture fibrillari, che polimerizzano, determinando la...