Riassunto esame di genetica medica

Divisione cellulare e cromosomi

Il ciclo cellulare è un processo altamente organizzato che consiste di 4 fasi: G1, S, G2 e M. 1. Fase G1 → è il momento in cui i geni sono trascritti e tradotti; 2. Fase S → è il momento in cui avviene la replicazione del DNA; 3. Fase G2 → è la fase in cui la cellula si prepara per la fase M; 4. Fase M → è la mitosi. La tempistica degli eventi che nel ciclo cellulare è regolata dalle proteine dette cicline, le quali interagiscono con le chinasi ciclino-dipendenti (Cdk), attivandole e rendendole capaci di fosforilare altre proteine richieste per procedere con il ciclo cellulare. La cellula si impegna nella divisione cellulare in un preciso punto di regolazione del ciclo, quando la ciclina D si accumula e interagisce con Cdk4 e 6, questo porta alla fosforilazione della proteina Rb, che libera dall'inibizione alcuni fattori di trascrizione, i quali a loro volta portano alla sintesi delle

Le cicline A e E interagiscono con Cdk2 per dare inizio alla sintesi del DNA. Una volta completata la fase S, le cicline A e B si accumulano innestando il processo di mitosi. Ci sono due punti di controllo (checkpoint) a livello dei quali la presenza di danni del DNA inibisce il ciclo cellulare. Le proteine checkpoint possono mettere in pausa il ciclo cellulare per permettere la riparazione del danno del DNA. Se questo danno è troppo esteso per essere riparato, si attiva la morte cellulare programmata detta apoptosi. Negli eucarioti, la divisione delle cellule somatiche coinvolge la divisione del contenuto nucleare (mitosi) e del citoplasma (citocinesi), mentre le cellule germinali vanno incontro a meiosi, che da luogo alla produzione di gameti aploidi.

La mitosi consiste di 4 fasi: profase, metafase, anafase e telofase. La replicazione del DNA è già avvenuta durante la fase S, quindi all'inizio della mitosi, i cromosomi consistono di due filamenti di DNA, i cromatidi.

tenuti insieme a livello di una costrizione primaria detta centromero.

• Profase → i cromosomi cominciano a condensarsi e la membrana nucleare si rompe;
• Metafase → i cromosomi sono al massimo livello di condensazione e vengono allineati al centro della cellula;
• Anafase → i due cromatidi si separano e si muovono verso i poli;
• Telofase → si formano due nuove membrane nucleari e le cellule figlie si separano mediante un processo di citocinesi.

La meiosi → ha inizio negli oociti durante la vita fetale, mentre nei maschi comincia dopo la pubertà. È preceduta da un ciclo di replicazione del DNA, quindi all'inizio ci saranno 46 cromosomi, ognuno dei quali è replicato in modo da essere costituito da due cromatidi. Si verificano due fasi:

1. Prima fase → i cromosomi si appaiono e possono andare incontro a ricombinazione genetica. L'appaiamento implica la formazione di una struttura proteica chiamata complesso

sinaptonemale.Gli eventi di ricombinazione coinvolgono scambi tra due filamenti di DNA. La prima divisionemeiotica è completata nel momento in cui i cromosomi si separano migrando verso i poli oppostidella cellula e vengono generate due cellule figlie, le quali contengono una singola copia di ognicromosoma.

2. Seconda fase → nel maschio questo processo produce 4 spermatidi che matureranno per formare glispermatozoi. Nella femmina si verifica al momento della fecondazione e risulta in un secondo corpopolare e in una cellula uovo fecondata.

La meiosi svolge due ruoli importanti:

1. riduce il numero dei cromosomi al numero aploide, quindi al momento della fecondazione vieneripristinato un numero diploide;
2. permette la ricombinazione genetica.

I cromosomi → il cariotipo umano consiste di 22 coppie di cromosomi non sessuali (autosomici) e duecromosomi sessuali. Ogni cromosoma consiste in un filamento continuo di DNA. Il centromero divide ilcromosoma in un braccio lungo

(braccio q) e un braccio corto (braccio p). Sono classificati come:

• metacentrici → centromero posto al centro;
• submetacentrici → centromero posto verso un'estremità;
• acrocentrici → centromero posto molto vicino all'estremità.

I centromeri sono circondati da blocchi di sequenze di DNA ripetute molte volte. Un componente principale è rappresentato dal DNA alfa satellite, che consiste di migliaia di copie di una ripetizione di 171 paia di basi.

Le sequenze ripetute intersperse sono brevi segmenti di DNA sparsi per tutto il genoma.

Dagli anni Cinquanta le tecniche di analisi cromosomica finalizzate alla diagnostica clinica si sono evolute. L'introduzione del bandeggio cromosomico ha permesso l'identificazione di alterazioni più piccole. L'ibridazione in situ fluorescente permette l'identificazione di delezioni o duplicazioni di circa un milione di paia di basi; questa tecnica ha portato alla scoperta

di controllo darà un segnale verde. Le microdelezioni e le microduplicazioni sono alterazioni genetiche che coinvolgono una piccola porzione del DNA. Queste alterazioni possono causare una varietà di patologie, come sindromi genetiche o malattie genetiche. Le tecniche di ibridazione genomica comparativa e l'uso dei microarray genomici hanno rivoluzionato la diagnosi di queste alterazioni. Nella tecnica di ibridazione in situ fluorescente, i cromosomi vengono fissati su vetrini e il DNA viene separato in singoli filamenti. Una sonda di DNA a singolo filamento, marcata con una fluorescenza, si lega al DNA omologo sul vetrino. Le regioni in cui avviene il legame vengono visualizzate al microscopio a fluorescenza. I microarray genomici, invece, utilizzano due sistemi di evidenziazione. Nella tecnica di ibridazione genomica comparativa, il campione da analizzare viene marcato con una fluorescenza rossa, mentre il campione di controllo viene marcato con una fluorescenza verde. I due campioni vengono miscelati e ibridati. Un'ibridazione uguale produce un segnale giallo, mentre un eccesso del campione da analizzare, dovuto a una duplicazione, darà un segnale rosso. Al contrario, un eccesso di campione di controllo darà un segnale verde.del campione di controllo, dovuto a una delezione del campione da analizzare, darà un segnale verde. Analisi quantitativa dell'ibridazione di un campione da analizzare sul microarray = non viene impiegato alcun campione di controllo. Le delezioni e le duplicazioni sono evidenziate sotto forma di segnali di ibridazione di intensità diminuita o aumentata rispetto al fondo. Le anomalie del numero o della struttura dei cromosomi possono verificarsi in due situazioni: - In soggetti con anomalie congenite e/o alterazioni dello sviluppo; - In cellule somatiche ottenute da tessuti neoplastici. Sono considerati tre tipi principali di anomalie cromosomiche: poliploidia, aneuploidia, rimaneggiamenti cromosomici. Poliploidia = il numero normale diploide dei cromosomi deriva dalla fecondazione di un oocito aploide da parte di uno spermatozoo aploide. La poliploidia rappresenta la presenza di uno o più set interi di cromosomi in eccesso. Triploidia = 69 cromosomi.

1. tre set aploidi;
2. tetraploidia = 92 cromosomi, quattro set aploidi. Queste condizioni non sono compatibili con la vita e in genere si va in contro ad un aborto spontaneo.
3. La triploidia può essere il risultato di eventi di fecondazione anomali, come la fecondazione da parte di due spermatozoi (dispermia) o la fusione di un corpo polare con l'oocito, che produce una cellula uovo diploide che darà luogo a una triploidia dopo la fecondazione.
4. Aneuploidia = si riferisce alla presenza di un assetto cromosomico multiplo di quello aploide. Si verifica sotto forma della presenza di un cromosoma in eccesso o in difetto rispetto al numero diploide a causa di una trisomia (un cromosoma in eccesso) o una monosomia (una singola copia di un particolare cromosoma).
5. La prima anomalia cromosomica umana conosciuta è la trisomia 21 che produce la sindrome di Down.
6. L'aneuploidia può derivare da un errore durante la meiosi o la mitosi chiamato non disgiunzione.
7. Una non

La disgiunzione meiotica durante la prima divisione comporta che entrambi i cromosomi omologhi vadano nello stesso gamete, mentre se avviene durante la seconda divisione meiotica, due cromatidi identici vanno nello stesso gamete. La non disgiunzione mitotica avviene durante la divisione delle cellule somatiche e produce un mosaicismo, qualora si verifichi dopo la prima divisione. Uno dei fattori di rischio della non disgiunzione è l'elevata età materna.

I bambini con sindrome di Down sono in genere riconosciuti alla nascita per il loro aspetto distintivo, caratterizzato da naso piatto, occipite piatto, dita delle mani e dei piedi corte, spazio tra il primo e il secondo dito del piede aumentato. I bambini malati hanno in genere ritardo di sviluppo psicomotorio. Ci sono spesso anomalie dello sviluppo di organi e sistemi, quali difetti cardiaci congeniti e difetti gastrointestinali, inoltre i pazienti hanno frequenti infezioni delle vie aeree superiori, sono a rischio aumentato di.

La leucemia e la malattia di Alzheimer possono sviluppare segni simili nel corso della vita.

Anomalie strutturali:

• I rimaneggiamenti cromosomici possono coinvolgere singoli cromosomi o provocare lo scambio di materiale tra diversi cromosomi.
• Un pezzo di cromosoma può essere perso a seguito di una delezione o può essere duplicato.
• I segmenti cromosomici possono anche essere invertiti e un gene può essere alterato a seguito della rottura cromosomica responsabile dell'inversione. Queste rotture possono portare alla formazione di cromosomi sbilanciati dopo il crossing-over in meiosi.
• Cromosoma ad anello: deriva dalla rottura delle due estremità e dalla loro successiva fusione a formare una struttura ad anello.
• Gli isocromosomi rappresentano la duplicazione delle intere braccia cromosomiche lunghe o corte a causa di un'errata divisione del centromero.
• La traslocazione consiste nello scambio di materiale tra cromosomi. Se non viene formattato correttamente, il testo potrebbe apparire così:

perso o acquisito alcun materiale, la traslocazione è detta bilanciata. Le traslocazioni reciproche bilanciate possono generare gameti con sbilanciamenti cromosomici dovuti ad un'alterata segregazione durante la meiosi: l'appaiamento meiotico tra i cromosomi coinvolti in una traslocazione bilanciata richiede un'associazione di quattro cromosomi, i due coinvolti nello scambio e i due omologhi; alla prima anafase questi cromosomi possono separarsi in modi diversi:

1. Se i due omologhi normali vanno in una cellula e i due coinvolti nello scambio in un'altra, i gameti risultanti saranno geneticamente bilanciati;
2. Lo sbilanciamento si produrrà qualora nelle cellule germinali andranno un cromosoma normale e uno rimaneggiato.

Traslocazioni robertsoniane → sono traslocazioni tra cromosomi acrocentrici in cui le braccia lunghe si fondono al centromero.

Sbilanciamenti genetici possono risultare anche dalla segregazione meiotica di cromosomi invertiti.

l'appaiamento tra omologhi richiede la formazione di un'ansa: il crossing over