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CLASSIFICAZIONI DELLE MALATTIE GENETICHE
MALATTIE CROMOSOMICHE:
- Alterazioni del numero dei cromosomi (sindrome di down (trisomia 21));
- Alterazioni della struttura (delezioni, duplicazioni, inversioni, traslocazioni reciproche);
MALATTIE MENDELIANE:
- Causate da mutazioni puntiformi in un singolo gene;
MALATTIE MULTIFATTORIALI:
- Determinate sia da mutazioni geniche (spesso poligeniche) che da fattori ambientali(diabete mellito, ipertensione);
MALATTIEMONOGENICHE CON PARTICOLARE MODALITà DI TRASMISSIONE:
- Mutazioni dinamiche;
- Influenzate da imprinting genomico o disattivazione cromosoma x.
Le malattie genetiche che sono legate all’alterazionedei cromosomi sono dovute al fatto che in alcuni casicome, ad esempio, nella trisomia 13 e 21, si possonoavere (come nel caso della 21, sindrome di down) uncromosoma in più, quindi invece di esserci unacoppia (quindi due) ce ne sono 3.Questi difetti sorgono durante le due meiosi cheavvengono nella produzione dei
gameti aploidi, e (per quanto riguarda il down) avviene a livello della seconda divisione meiotica. La variazione genica è fondamentale perché senza la possibilità di mutare non ci sarebbe stato il miglioramento della specie. L'evoluzione è determinata da due aspetti: il caso e la necessità. Per il caso si intende l'insorgenza di mutazioni e lo scambio di forme di queste mutazioni; la necessità è il cambiamento della condizione ambientale del nostro pianeta che è avvenuta nel corso dell'evoluzione della specie. Per cui la possibilità all'interno di una popolazione di esprimere varie forme, vari alleli con delle mutazioni, dà la possibilità che in una condizione ambientale si selezionano determinati geni, quelle forme geniche che si sono meglio adattate all'ambiente. Genotipo = sono i nostri geni, la collezione dei nostri geni con le mutazioni e con le sue forme geniche, quindi ognuno di noi ha un
genotipo che si differenzia da un altro individuo quindi porta delle forme alleliche uguali oppure differenti; e quel genotipo determina un fenotipo. Fenotipo= aspetto fenotipico esterno come capelli, naso, bocca, colori. Questo aspetto fenotipico esterno è determinato da polimorfismi al livello del DNA. Quindi le mutazioni geniche e i polimorfismi genici determinano il fenotipo degli individui. Per quanto riguarda la replicazione e la riproduzione di una cellula a partire dal DNA, si è evoluta questa doppia elica in modo che quest'ultima si apre ed entrambe le singole eliche vengono replicate in modo che alla fine abbiamo due doppie eliche, fatte su stampi complementari e quindi avranno la stessa informazione genetica della doppia elica iniziale. Durante questo processo di replicazione del DNA che avviene in tutte le cellule del nostro corpo, possono verificarsi degli errori di replicazione, ovvero possono formarsi degli stalli di replicazione, cioè ad un certo punto la replicazione si interrompe.punto si può generare quello che viene chiamato collasso della macchina replicativa che può portare al rompimento del legame tra un nucleotide ed un altro. Se accade questa cosa sbagliata nella replicazione quel nucleotide può essere riconosciuto ad esempio non come adenina ma come guanina, e quindi si ha una mutazione del nucleotide dopo la replicazione.
In questo caso il meccanismo di replicazione è imperfetto. L'imperfezione è fondamentale, ovvero abbiamo evoluto un meccanismo imperfetto per generare mutazioni.
In altre parole, la natura non funziona in maniera finalistica, è sempre dovuta al caso. Quando all'inizio della vita vi era questo meccanismo di duplicazione del DNA si è selezionato un meccanismo imperfetto perché in quel modo si è generata più variazione genetica all'interno della popolazione e quindi ha dato la possibilità a quella popolazione iniziale di andare avanti, perché i
cambiamenti ambientali esterni sul nostro pianeta e in contemporaneo lo sviluppo di altre specie animali ecc., hanno cambiato le cose; quindi quella variazione genetica ha consentito a quella specie di evolversi, quindi questo meccanismo imperfetto ci ha consentito di andare avanti perché ha creato variabilità genetica; così come la variabilità dei recettori dei linfociti T o quella delle immunoglobuline di membrana. Vi è quindi una ricombinazione genetica che è somatica e che avviene soltanto in un momento specifico di maturazione dei linfociti B. È diverso come meccanismo ma anche qui si ricombina qualcosa per creare variazione, e quella variazione, quel sistema che si è evoluto ci ha consentito di esprimere tanti cloni di linfociti T ognuno specifico per un antigene e quindi di costruire un solido sistema immunitario. Ugualmente un meccanismo imperfetto di replicazione di DNA ha consentito la variabilità.genetica all'interno della popolazione. L'imperfezione è importante perché ci consente di andare avanti. L'altra variazione genetica avviene durante la ricombinazione tra cromosomi omologhi. Ricordiamo che nella meiosi è importantissimo che vi sia lo scambio di materiale genetico tra cromatidi non fratelli. Abbiamo i due cromosomi, uno paterno e uno materno; durante la gametogenesi avviene che si ha uno scambio per mezzo della ricombinazione omologa tra cromatidi non fratelli, cioè tra un cromatide che viene dal padre e uno che viene dalla madre. Questo scambio che avviene per mezzo dell'avvicinamento di regioni omologhe della stessa sequenza di DNA permette di scambiare porzioni del cromosoma e quindi creare, tramite il meccanismo di cross over attraverso la formazione di chiasmi, variabilità; per cui si parte da un cromosoma rosso e uno blu, per mezzo dello scambio di materiale genetico durante la divisione meiotica all'interno dei nostri gameti,
Noi produciamo dei gameti che non sono un po' rossi e un po' blu, ma o tutti rossi o blu. Quando tutto avviene bene si ha solamente scambio di quelle regioni, però se questa ricombinazione omologa avviene perché i cromatidi si sono appaiati invece per regioni non omologhe dovuto al fatto che esistono all'interno del nostro genoma delle sequenze ripetute, ovvero la stessa sequenza ripetuta più volte; però questa ripetizione può portare che l'appaiamento non avviene nelle regioni omologhe ma avviene nelle regioni ripetute nel DNA perciò lo scambio che si ha non è più equilibrato.
Quindi la ricombinazione omologa non allelica crea delle combinazioni sbilanciate che portano alla variazione del numero di copie di regioni genomiche (CNV).
In questo caso (nel cromosoma 4 e in quello 20) vi sono proprio due cromosomi differenti che si appaiono; il cromosoma 4 prende un pezzo del cromosoma 20 e viceversa. Nel caso della leucemia
mieloide cronica, che avviene a livello somatico, a livello dei leucociti, questo tipo di traslocazione porta all'insorgenza di un nuovo gene proprio nel cromosoma 9, che ha un'attività tirosinachinasica molto importante che partecipa ai meccanismi di insorgenza delle neoplasie. Torniamo alle CMV che avvengono a livello germinale e che quindi partecipano alla variazione del patrimonio genetico per mezzo delle duplicazioni o delezioni submicroscopiche delle regioni cromosomiche. A livello dei cromosomi le possiamo ereditare oppure possono essere de novo, cioè che si possono ereditare de novo durante la produzione dei gameti. Per quanto riguarda quelle macroscopiche le CMV si determinavano (negli anni 60) con degli esperimenti di citogenetica classica dove attraverso il cariotipo si potevano vedere alcune formazioni ma ovviamente possiamo capire che non si può determinare se ci sono state grandi delezioni. Quindi poi (negli anni 80/90) si è sviluppata latecnologia molecolare che si chiama FISH dove si usano delle sonde di RNA che ibridizzano e quindi ci possono far vedere a livello più molecolare se ci sono duplicazioni o meno. Ma quello che ha veramente rivoluzionato l'analisi genetica di queste duplicazioni che avvengono molto spesso durante il meccanismo di riproduzione è stato lo sviluppo di quello che si chiama Array-CGH. Nell'immagine a sinistra vediamo la piattaforma con al suo interno diversi pallini colorati, ogni colore rappresenta una specifica regione del genoma umano. Vogliamo capire se c'è una componente genetica corrispondente ad una duplicazione di regioni del DNA, quindi variazioni sub macroscopiche. Allora si prende il DNA dai leucociti di quel paziente e praticamente lo si usa come sonda, cioè lo si marca con delle sostanze fluorescenti che emanano delle luci a lunghezze d'onda differenti nello spettro della luce; vengono messi sulla piattaforma array e quindi a seconda se ci stao no una duplicazione del DNA abbiamo più di quel colore che di un altro. La maggioranza dei casi di malattie su base genetica, si è visto che la condizione più frequente in queste patologie è il risultato sporadico di variazioni del numero di copie del 97% dei casi. Sporadiche = de novo, ciò che non è genetico ma insorge a livello somatico. Le basi biologiche dell'autismo sono complesse e dal punto di vista genetico in quasi tutti i casi sono associate a duplicazione del genoma e riguardano aspetti fisiologici diversi e non soltanto legati al sistema nervoso. Possiamo dire che si basano su tre aspetti che sono concatenati tra di loro: abbiamo il rapporto tra cervello, apparato gastrointestinale e immunologico. Gli sono delle concause peggiorative che riguardano la posizione del microbiota dovuta al tipo di alterazione dello sviluppo neuronale e dall'altra parte c'è anche una connessione con alcuni aspetti dell'immunità.Parte del nostro cervello si sviluppa durante il feto, ma l'altra parte si sviluppa dopo la nascita (tipo il cervelletto).
Sistema limbico = amigdala, talamo e ippocampo. Ridotte dimensioni neuronali = neuroni più piccoli oppure con assoni che non raggiungono connessioni lontane.
Queste alterazioni a livello dell'amigdala e dell'ippocampo sono responsabili dei deficit dell'interazione sociale e nello scambio emotivo.
Il cervelletto è coinvolto nel controllo e nell'apprendimento motorio, nella modulazione dei processi cognitivi, affettivi e comportamentali.
La principale alterazione riscontrata è la riduzione del numero delle cellule di Purkinje nel cervelletto autistico, alterato sviluppo motorio, nonché acquisizione anormale e ritardata di gesti importanti per la socializzazione e la comunicazione.