Genetica generale - Biologia

Giulia Pirazzini - Genetica generale

Introduzione alla genetica

Concetti fondamentali

Ereditarietà: Tendenza che gli organismi hanno a possedere caratteri simili a quelli dei loro genitori.

Stabilità: Conservazione delle caratteristiche fondamentali della specie.

Variabilità: Serie di differenze presentate dai vari caratteri che permettono di distinguere tra loro singoli individui della stessa specie.

Genotipo: Patrimonio ereditario dell’individuo.

Gene: Unità fondamentale della trasmissione dei caratteri, la sua azione è modificata dall’ambiente (inteso come momento e luogo), per cui il fenotipo deriva sempre dall’interazione tra genotipo e ambiente.

Cromosoma: Chimicamente il cromosoma è costituito essenzialmente da DNA, la cui struttura (un polimero a doppia elica) è adatta alla conservazione e trasmissione delle informazioni con un meccanismo di replicazione “a stampo”. I geni sono tratti di DNA situati in particolari loci del cromosoma, capaci di originare dei prodotti (come RNA e proteine) responsabili del fenotipo.

Informazione genetica

L’informazione genetica deve essere gestita a tre livelli:

• Conservazione: L’informazione è conservata sotto forma di una determinata sequenza lineare dei 4 tipi di nucleotidi possibili del DNA.
• Replicazione: Effettuare una copia dell’informazione in modo tale da trasmetterla a nuove cellule dello stesso individuo o a nuovi individui.
• Espressione: L’informazione deve poter essere interpretata per realizzare l’oggetto di cui specifica le caratteristiche.

Il differenziamento è il processo per cui la selezione delle informazioni espresse, mentre le altre pur presenti non realizzano un prodotto, rende le cellule diverse tra loro anche se tutte le cellule di un adulto posseggono la stessa sequenza di DNA dello zigote (ovvero la prima cellula da cui l’organismo deriva).

Genoma umano

Il genoma rappresenta il complesso dell’informazione genetica, ossia il patrimonio ereditario dell’organismo a cui appartiene.

Organizzazione generale del genoma umano: Le due molecole di DNA che compongono ciascuna delle 23 coppie contenute nel nucleo sono ereditate una dal padre e una dalla madre. Nel corso della mitosi ciascuna molecola di DNA è ripiegata e condensata con proteine a costituire il cromatide, ciascun cromatide è legato tramite il centromero al cromatide fratello, il quale è derivato dalla duplicazione durante l’interfase della molecola originale di DNA.

La più lunga molecola di DNA umano è il cromosoma 1, lungo circa 250 Mbp (milioni di coppie di basi); il cromosoma 21 è invece il più piccolo, infatti totalizza circa 45 Mbp. La somma della lunghezza dei 46 cromosomi umani è di circa 2 metri.

La sequenza codificante costituisce l’1% del genoma umano, il quale non può funzionare correttamente se non è nella condizione diploide (aploide: genoma contenente una sola serie di informazioni). Due geni che differiscono per una sola coppia di basi non sono equivalenti. Per allele si intende dunque una forma alternativa di un gene.

Le leggi di Mendel

Le leggi di Mendel spiegano la trasmissione dei caratteri ereditari determinati da un solo gene (caratteri monofattoriali).

1. Legge della segregazione dei caratteri: i due determinanti (o geni) di un carattere si separano nei gameti, metà dei gameti prodotti conterranno un determinante e l’altra metà l’altro. I due determinanti per un carattere si trovano in loci corrispondenti su una coppia di cromosomi omologhi.

Un organismo si dice omozigote per un certo locus quando in quella posizione possiede due alleli identici fra loro del gene che occupa quel locus (esempio: GG o gg).

Un organismo si dice eterozigote per un certo locus quando in quella posizione possiede due alleli diversi fra loro (esempio: Gg).

• Carattere dominante: quando si manifesta anche se il gene che lo determina è in eterozigosi.
• Carattere recessivo: quando si esprime solo se il gene che lo determina è in omozigosi.

2. Legge dell’assortimento indipendente dei caratteri: i due determinanti di ogni carattere si separano nei gameti, indipendentemente dai determinanti di un secondo carattere. Ciò è vero se e solo se i determinanti dei due caratteri si trovano su 2 coppie di omologhi diverse e se i determinanti dei due caratteri si trovano sulla stessa coppia di omologhi ma sono sufficientemente lontani per essere separati da crossing over. [Questa legge non vale se i determinanti si trovano vicini (quindi sono concatenati) sulla stessa coppia di omologhi, perché in questo caso vengono trasmessi insieme].

Trasmissione dei caratteri ereditari umani

Il carattere può essere:

• Famigliare: presente in individui della stessa famiglia.
• Congenito: presente dalla nascita.
• Genetico: dovuto ai geni, anche se l’individuo non è in grado di trasmetterlo ai figli.
• Ereditario: si trasmette con modalità variabili lungo le generazioni.

La modalità di trasmissione di un carattere ereditario può essere autosomica (se il gene responsabile si trova su un cromosoma non sessuale, cioè su un autosoma), oppure legata al sesso.

Modalità di trasmissione di un carattere ereditario legato al sesso

Esistono chiare differenze nella presentazione del carattere tra maschi e femmine, dovute al fatto che il gene per il carattere è localizzato su uno dei cromosomi sessuali ereditati con modalità differenti tra uomini e donne.

Modalità di trasmissione autosomica di un carattere ereditario

Eredità autosomica dominante

Caratteristiche:

• Di solito almeno un genitore manifesta il carattere.
• Si manifesta in entrambi i sessi.
• Viene trasmessa da entrambi i sessi.
• Tendenzialmente, ad ogni generazione almeno un individuo presenta il carattere.

Esempio: Acondroplasia

Il fenotipo è patologico se è presente almeno un allele A mutato, poiché A presenta un effetto di dominanza sull’allele normale. Nel caso dell’acondroplasia, l’allele mutato è letale in omozigosi in quanto il genotipo AA determina gravi malformazioni scheletriche che portano a morte l’individuo nel periodo natale per deficit respiratorio dovuto alla piccolezza della gabbia toracica o all’aborto intrauterino.

Il gene mutato del nanismo si trova sul cromosoma 4 e codifica per la proteina di membrana FGFR3 che funziona come recettore del segnale FGF (il quale stimola le cellule connettive a dividersi). L’allele responsabile del nanismo è con una sola base azotata cambiata, per cui la tripletta GGG assume la sequenza AGG. Questo unico cambiamento amminoacidico è sufficiente ad alterare il recettore, il quale acquisisce la proprietà di attivarsi anche in assenza del fattore che lo lega. FGFR3 infatti è un regolatore negativo della proliferazione e del differenziamento dei condrociti (cellule responsabili della produzione del collagene) della cartilagine di accrescimento. Queste mutazioni sono da considerare del tipo con “guadagno di funzione”, perché il recettore diventa più efficace nello svolgimento del suo ruolo inibitorio. La funzione eccessiva del recettore mutato impedisce un normale accrescimento lineare osseo.

Basta una sola copia del gene mutato (Aa) per causare la malattia, perché in questo caso metà dei recettori che ogni cellula esporrà funzionerà normalmente, mentre l’altra metà funzionerà eccessivamente, per cui in ogni caso il risultato finale sarà un eccesso di funzione. [Nel 90% dei casi di acondroplasia le mutazioni sono “de novo”]

Prognatismo (o mascella asburgica)

Esempio: Prognatismo

Ogni figlio, con un genitore sano (aa) e l’altro malato (Aa), avrà una possibilità di sviluppare il carattere.