Genetica (malattie genetiche, cromosomi e ciclo cellulare, test genetici, analisi DNA, test prenatali)

GENETICA

GENOMA E CODICE GENETICO pag. 2

 vedi PDF

CICLO CELLULARE (mitosi e meiosi)

 

pag. 4-6

CROMOSOMI + COLTURE CELLULARI pag. 6-7

 CLASSICIFACAZIONE MALATTIE GENETICHE

 pag. 8

1. CROMOSOMICHE pag. 8

-numero: Down, Edwards, Patau

pag. 9-10

-Cromosomi sex. X: Turne, Klineferter

pag. 10

-struttura: Cri du Chat, Hirrshorn

pag. 11

2. MONOGENICHE pag 12

3. MENDEL + PATOLOGIE MENDELIANE

pag. 13-15

Autosomiche dominanti (Marfan, ipercolesterolemia)

o pag. 16-17

Autosomiche recessive (fibrosi cistica, malattie legate

o all’X) pag. 18

X-linked recessive (distrofie muscolari)

o pag. 20

EREDITARIETA’ NON MENDELIANA pag. 23

Sindrome dell’X fragile

4. MITOCONDRIALI pag. 24

5. POLIGENICHE

pag. 24-25

ANALISI DEL DNA + ALBERO GENEALOGICO

 pag. 27

TEST GENETICI + TUMORI EREDITARI (mammella)

 pag. 28-31

DIAGNOSI PRENATALI: invasivi e non

 pag. 32-34 Pag. 1

PROTEOMA: complesso delle proteine espresse dal genoma in un organismo;

EPIGENOMA: insieme dei fenomeni che modificano il dna senza intaccare la

sequenza ma regolando l’espressione;

METABOLOMA: insieme dei prodotti dei processi metabolici in un organismo.

Quindi con il termine EPIGENETICA si indicano quelle modificazioni del dna e

della cromatina che influenzano il genoma e l’espressione genica senza

alterare il dna.

Differenze tra mutazione genetica e modificazione epigenetica

Nella mutazione genetica si inserisce una base di dna all’interno della

sequenza del dna ed è chiaro che c’è uno slittamento della lettura delle

triplette e quindi abbiamo una perdita o un’alterazione di funzionalità

proteica(proteina che si dovrà formare) o perdita o alterazione dell’espressione;

questo è un meccanismo IRREVERSIBILE, una volta avvenuta la modificazione

non è più reversibile.

Nella modificazione epigenetica la sequenza resta identica però interviene il

fattore esterno ad agire su qualche base di dna alterandone l’espressione,

questo meccanismo è REVERSIBILE, cioè eliminando il fattore che interviene e

che modifica questa alterazione può tornare alla normalità.

Prevalenza cioè la percentuale di persone che in un dato momento, in una

determinata popolazione, presentano una certa patologia, quindi la prevalenza

è come se fosse una fotografia sulla situazione presente per quella patologia in

una determinata popolazione.

Incidenza è percentuale con la quale si verificano nuovi casi, per esempio se

diciamo 1 su 1000 nati vuol dire un nuovo caso ogni mille nati.

IL GENOMA

Il genoma è l’intero patrimonio genetico di un organismo vivente;si può

paragonare ad un’enorme enciclopedia in cui sono contenute le istruzioni che

regolano lo sviluppo e il funzionamento dell’organismo. Il genoma è

scritto in un composto chimico chiamato DNA (acido desossiribonucleico).

IL CODICE GENETICO

Il codice genetico può essere definito come la sequenza di nucleotidi del DNA

che, a tre a tre, codifica per un aminoacido nella proteina da sintetizzare. Pag. 2

Ogni tripletta di nucleotidi, detta codone, specifica un solo aminoacido mentre

ogni aminoacido può essere codificato da più triplette.

Poiché ci sono 4 nucleotidi ,le possibili triplette o codoni che si possono

ottenere sono 4 elevato alla 3=64. Però ci sono 20 aminoacidi che vengono a

costituire le proteine che si trovano in natura, ne risulta che uno stesso

aminoacido può essere codificato da più triplette; si dice così che il codice è

degenerato. Di queste 64 triplette possibili, 61 corrispondono ai 20 aminoacidi ,

3 sono dette no senso perché non specificano alcun aminoacido,esso sono:

UAG, UGA, UAA. (Se volessimo scrivere tutto il genoma su un foglio di carta

avremo bisogno di cinquecentocinquantamila pagine). Il dna è avvolto il 46

piccole strutture filiformi visibili al microscopio che sono i cromosomi. I

cromosomi sono 46 in un individuo normale; sui cromosomi sono distribuiti

circa 30 mila geni ai quali è affidata l’informazione ereditaria elementare. Ogni

gene, infatti,è un pezzo di DNA di lunghezza molto variabile che contiene

l'informazione genetica per costruire una determinata proteina.

Essi rappresentano solo il 10% circa di tutto il DNA di una cellula; il restante

90% considerato fino a pochi anni fa “DNA spazzatura”, perché non sembrava

avere alcuna funzione, ha in realtà un ruolo importantissimo nella regolazione

dell’espressione genica.

Nella struttura di un gene eucariotico abbiamo due pezzi importanti: ESONI

segmenti di un gene rappresentati nell’ mRNA maturo, costituiscono le parti

funzionali del gene che verranno tradotte nella sequenza aminoacidica e

INTRONI sequenze di DNA non codificanti che si alternano agli esoni;il numero

e la dimensione degli introni varia nei differenti geni.

Il dogma centrale della biologia molecolare comprende la TRASCIZIONE dove

l’informazione genetica viene trasmessa dal DNA dei cromosomi al RNA

messaggero; lo SPLICING con la rimozione degli introni e la fusione degli esoni

nel RNA durante la trascrizione e infine la TRADUZIONE dove l’informazione

genetica viene tradotto dal rna messaggero in proteina. Chiaramente la

proteina poi si ripiega su se stessa nella struttura tridimensionale per poi

essere funzionale. Quindi il flusso dell’informazione genetica avviene in una

sola direzione, dna – trascrizione – rna messaggero – traduzione – proteine.

In generale se il DNA si potesse srotolare, ogni cellula ne conterrebbe più di un

metro, ma allo stesso tempo la doppia elica è così sottile ed avvolta su se

stessa da occupare un volume microscopico.

Con tutto il DNA presente nel nostro organismo si potrebbe coprire 1200 volte

la distanza fra la terra e il sole.

Chiaramente il dna per poter stare, in queste ridotte dimensioni, all’interno del

nucleo della cellula devono essere utilizzate delle strutture proteiche attorno

alle quali si compatta; queste strutture proteiche sono istoni e proteine non

istoniche.

I nucleosomi sono formati da un ottamero di istoni e su ognuno di essi si

avvolge un filamento di DNA contenete 200 paia di basi. Essi poi si condensano

ulteriormente in nucleo filamenti che si associano in anse su una struttura

DUPLICAZIONE

polisaccaridica. Quindi prima della ogni cromosoma è costituito

da una singola molecola di DNA. Dopo la duplicazione un cromosoma appare

costituito da due cromatidi fratelli che contengono ciascuno una copia della

molecola di DNA. Durante la MITOSI della divisione cellulare i cromatidi fratelli

si dividono e vengono ripartiti fra le cellule figlie,quindi ogni cellula figlia ha il

patrimonio genetico identico. Pag. 3

IL CICLO CELLULARE

Corrisponde al periodo di vita della cellula e bisogna tener conto che la

replicazione del dna avviene solo durante una specifica fase della vita della

cellula. Nel ciclo cellulare quindi abbiamo varie fasi: la G0 nella quale la cellula

non si riproduce, G1 in cui abbiamo la crescita e la riproduzione degli organuli,

S in cui abbiamo replicazione del dna, G2 in cui abbiamo la sintesi proteica e M

dove avviene la mitosi cioè la divisione cellulare; i tempi coincidono intorno alle

24 ore.

La divisione cellulare è un processo che da origine a nuove cellule, avviene

durante lo sviluppo embrionale, nella formazione dell’organismo adulto e nella

vita adulta, dove circa 25 milioni di cellule al secondo sono soggette a

divisione.

Il ciclo cellulare ha vari checkpoint, dove nel checkpoint in g1 la cellula verifica

la dimensione e l’integrità del DNA, nel checkpoint in G2 la cellula verifica la

sintesi e i danni del DNA, nel checkpoint in M la cellula verifica la formazione

del fuso e l’attacco di cinetocori e dopo di questo c’è la decisione di uscire dal

ciclo cellulare oppure rientrare nel ciclo.

MITOSI

È un processo cellulare mediante in quale è assicurata la precisa distribuzione

di copie esatte del materiale genetico a due cellule figlie che risultano

geneticamente identiche tra loro e rispetto alla cellula madre. Le fasi della

mitosi sono: INTERFASE,PROFASE,METAFASE,ANAFASE e TELOFASE.

PROFASE: i filamenti di cromatina, spiralizzandosi e ripiegandosi, si accorciano

progressivamente diventando visibili microscopicamente. Ogni cromosoma è

costituito da due cromatidi identici uniti all’altezza del centromero,

contemporaneamente si organizza l’apparato mitotico alla fine della profase

nella fase detta pro metafase scompare l’involucro nucleare.

METAFASE: i cromosomi si dispongono sul piano equatoriale della cellula,

formando la piastra equatoriale Pag. 4

ANAFASE: i due cromatidi fratelli di ciascun cromosoma si separano migrando

verso i poli;la separazione dei due cromatidi avviene in modo improvviso e

sincrono in tutti i cromosomi questo per evitare il fenomeno della non

disgiunzione cioè della possibilità che per un certo cromosoma non si stacchino

i cromatidi dal centromero e quindi entrambi i cromatidi vanno su una cellula e

sull’altra cellula non va nessn cromatide, quindi nessuna parte di dna di quel

cromosoma. E avremo in questo caso una cellula con un cromosoma in più e

una cellula con un cromosoma in meno.

TELOFASE: processi che procedono in senso “inverso” a quelli della profase,

c’è una de spiralizzazione e dispiegamento dei cromosomi e la formazione

dell’involucro nucleare e segue la citodieresi.

CITODIERESI: comparsa del solco equatoriale che si restringe progressivamente

finché la cellula si divide in due cellule figlie e i componenti citoplasmatici

vengono distribuiti più o meno ugualmente nelle due cellule figlie.

Per la riproduzione abbiamo un meccanismo di MEIOSI che porta alla

formazione dalle cellule somatiche alle cellule germinali, cellule uovo nelle

donne e spermatozoi negli uomini.

I gameti posseggono un corredo cromosomico dimezzato, perciò sono cellule

aploidi. Dalla fusione di due cellule aploidi, per fecondazione, si ottiene un

organismo diploide. Successivamente, un discendente di questa cellula diploide

si divide producendo nuove cellule aploidi e così via con un processo detto di

Meiosi. Infatti, la riproduzione sessuata comprende due eventi fondamentali: la

meiosi e la fecondazione. Il ciclo della vita sessuata comporta quindi

l’alternanza fra generazioni di cellule aploidi e cellule diploidi. Quindi la cellula

somatica si divide per meiosi e forma cellule aploidi,queste si uniscono insieme

alla fecondazione e otteniamo una cellula diploide.

La riproduzione sessuata ha il grande vantaggio dell’evoluzione della specie

perché aumenta la variabilità genetica con i seguenti meccanismi:

assortimento indipendente dei cromosomi omologhi nella I divisione meiotica e

ricombinazione o crossing-over tra cromosomi omologhi (che avviene solo nella

Profase della I divisione meiotica) e infine la casualità della fecondazione di una

cellula uovo da parte di uno spermatozoo.

L'allineamento all'equatore dei due omologhi é casuale per cui é casuale quale

dei due cromosomi vada verso un polo o verso l'altro provocando, come

conseguenza,l'assortimento indipendente delle caratteristiche genetiche

portate sui diversi cromosomi. Il numero delle combinazioni possibili é uguale a

2 elevato alla potenza del numero di paia di cromosomi. Se ad es. si allineano

tre paia di cromosomi (cellula ipotetica) si possono ottenere 2 alla terza=8

gameti differenti.

Nell’uomo abbiamo la segregazione indipendente di 23 paia di cromosomi si

possono ottenere 2 elevato alla 23=8 milioni di gameti; alla fecondazione: 8

milioni x 8milioni = 64 trilioni di combinazioni zigotiche; aggiungendovi anche

il crossing-over le possibilità sono illimitate.

Questi dati indicano che la meiosi è un meccanismo biologico in grado di

garantire l’unicità biologica delle persone. L’unica eccezione è rappresentata

dai gemelli monozigoti.

Nella meiosi e gametogenesi maschile e femminile: alla fine della meiosi

maschile abbiamo 4 spermatozoi maturi e alla fine della meiosi femminile

abbiamo 1 ovocita e 3 globuli polari. Sono tante le fasi della meiosi,inoltre si

meiosi I e meiosi II.

divide in I cromosomi omologhi vengono duplicati e si Pag. 5

presentano come cromatidi fratelli uniti,per cui per produrre i gameti aploidi

occorrono 2 divisioni nucleari.

Da ogni cellula diploide si ottengono 2 cellule figlie diploidi nella prima

divisione meiotica e da ognuna di queste si ottengono 2 cellule aploidi dalla

seconda divisione meiotica.

Nella PROFASE MEIOTICA le due copie di ciascun cromosoma detti cromosomi

omologhi si appaiano e si scambiano materiale genetico con la ricombinazione

o crossing-over.

Il CHIASMA non è altro che la formazione di uno scambio a filamenti incrociati

tra due eliche di DNA omologhe di cromatidi non fratelli. Quindi nel chiasma

abbiamo le due eliche di dna omologhe,vediamo un incisione del filamento

dove avviene lo scambio e la saldatura dei filamenti incisi, quindi abbiamo due

molecole di dna congiunte dal chiasma.

Nell’uomo ogni coppia di cromosomi subisce mediamente 2, 3 eventi di

ricombinazione. I chiasmi sono appunto i siti di ricombinazione che sono visibili

al microscopio ottico.

Per effetto del crossing-over le 4 cellule risultanti dalla meiosi avranno 4

cromatidi diversi,quindi partendo da un cromosoma materno e paterno,avviene

il crossing-over fra i cromosomi e alla fine della divisione avremo 4 cellule

risultanti con cromatidi diversi dalle cellule d’origine.

A differenza della Mitosi dove la divisione porta alla formazione di due cellule

diploidi, ogni cellula diploide che va in meiosi produce quattro cellule aploidi.

mitosi e meiosi: mitosi

La principali differenze tra la avviene nelle cellule

somatiche,abbiamo una divisione cellulare,non c’è un appaiamento dei

meiosi

cromosomi omologhi e non c’è ricombinazione; mentre la avviene nelle

cellule germinali,abbiamo due divisioni cellulari, c’è un appaiamento dei

cromosomi omologhi e c’è una ricombinazione.

Abbiamo inoltre delle conseguenze genetiche dovute alla meiosi:

Assortimento indipendente dei cromosomi omologhi: un gamete contiene

cromosomi ereditati sia per via paterna che materna.

Segregazione degli alleli: un gamete contiene una singola copia di un gene.

Ricombinazione: porta a ogni cromosoma contenuto nei gameti contiene

materiale sia di origine materna che di origine paterna.

I CROMOSOMI

Sono strutture portatrici dell’informazione genetica,sono 46 per ogni individuo

normale, sui 46 cromosomi sono distribuiti circa trentamila geni. La branca

della genetica che si occupa dei cromosomi prende il nome di CITOGENETICA,

si occupa delle tecniche per lo studio dei cromosomi, delle malattie

cromosomiche in particolare la parte relativa all’alterazione genetica e meno a

quella relativa alle variabili cliniche fenotipiche del soggetto, e poi tumori in cui

abbiamo anomalie cromosomiche molto caratteristiche nelle cellule somatiche.

I cromosomi sono visibili soltanto nelle cellule in attiva divisione; fino al 1970 la

classificazione dei cromosomi si basava esclusivamente sulla dimensione e

sulla posizione del centromero; e l’avvento di tecniche particolari di bandeggio

ha consentito una classificazione e uno studio accurato che consente di

visualizzare anche piccoli riarrangiamenti dei cromosomi. Pag. 6

Se vogliamo ottenere questi cromosomi abbiamo necessità di fare una

COLTURA CELLULARE, cioè coltivare queste cellule,in quanto abbiamo detto

che i cromosomi si possono estrarre solo da cellule in attiva divisione.

I principi base delle colture cellulari devono essere allestite osservando una

completa asepsi(tutti i passaggi devono avvenire in completa sterilità),vengono

utilizzati terreni di coltura che contengono sali, glucosio, aminoacidi essenziali,

rosso fenolo

vitamine, nucleotidi e, in genere, un indicatore il che serve a

stabilire che il terreno ha un ph idoneo a far moltiplicare queste cellule. Fino ad

alcuni anni fa i terreni di coltura si preparavano in laboratorio aggiungendo sul

terreno di base tutte queste sostanze, adesso invece esistono terreni già pronti

all’uso. L’ambiente di lavoro attualmente avviene sotto la cappa a flusso

laminare cioè una cappa con un filtro epa(che ha la possibilità di filtrare sia

batteri che virus) e l’aria che viene cacciata nella cappa rimane in circolo cioè

l’aria sterile arriva all’interno della cappa,risale,viene filtrata e ritorna sterile.

Quindi all’interno della cappa abbiamo sempre un’aria sterile che permette di

lavorare in maniera adeguata in completa asepsi. La cappa è fornita di

lampada ad ultravioletti da utilizzare per la sterilizzazione notturna

dell’ambiente di lavoro e tutti i piani di lavoro vanno puliti periodicamente con

soluzioni antisettiche. Nell’ambiente di lavoro devono essere utilizzati: guanti

sterili,cautela nella manipolazione di cellule e terreni, cambio frequente di

pipette e uso di pipettatori automatici.

I tessuti e le cellule utilizzate per la citogenetica sono tutti i tessuti e cellule

che hanno nucleo,quindi i linfociti da sangue periferico, cellule del midollo

osseo, cellule da trofoblasto, cellule da fibroblasti o amniociti e cellule di

tessuto tumorale. Solo per i linfociti che non sono in divisione spontanea è

necessario utilizzare una sostanza che deve stimolare le cellule alla

divisione,questa sostanza si chiama fitoemoagglutinina,sostanza che si estrae

dai fagioli rossi, ed è appunto una sostanza che stimola i linfociti alla divisione.

Citogenetica standard dove viene utilizzata per il sangue periferico, il prelievo

avviene con provette a tappo verde che contengono all’intero eparina, quindi

deve essere un prelievo eparinato; all&rsquo