Domande aperte Genetica medica

DOMANDE APERTE GENETICA

LEZ 2

Definisci cos’e locus, allele e gene

Viene definito locus genico la porzione del cromosoma che ospita una determinata sequenza di DNA, in genere

corrispondente ad uno o piu specifici geni. Un locus puo essere occupato da uno qualsiasi degli alleli del gene.

Allele: le due o piu forme alternative dello stesso gene che si trovano nella stessa posizione su ciascun cromosoma omologo

(locus genico).

Gene: I geni sono sequenze nucleotidiche situate in posizioni fisse e specifiche del cromosoma. Non sono altro che una

serie di nucleotidi con una specifica sequenza che servira poi, mediante il processo di trascrizione e traduzione a generare una

proteina.

Definisci cos’e un gene

I geni sono sequenze nucleotidiche situate in posizioni fisse e specifiche del cromosoma. Non sono altro che una serie di

nucleotidi con una specifica sequenza che servira poi, mediante il processo di trascrizione e traduzione a generare una

proteina.

Definisci cos’e il genotipo

l’effettiva costituzione genetica di un individuo, cioè l’insieme dei geni localizzati sui suoi cromosomi, Il genotipo è cio che

è scritto nella sequenza di DNA, ossia quali basi azotate si susseguono nella sua sequenza. Costituzione genetica di un

individuo (insieme di geni).

Definisci cos’e il fenotipo Il fenotipo è quello che vediamo con gli occhi, l’aspetto che manifestiamo e che ci caratterizza.

determinate dall'interazione fra la sua costituzione genetica e l'ambiente.

Definisci cos’e il Microbioma

Gli uomini sono per la maggior parte costituiti da microrganismi (batteri, lieviti e virus) che troviamo sparsi su e dentro il

nostro corpo e che ci invadono pacificamente. Si tratta di un numero considerevole di specie diverse per una popolazione

globale molto nutrita. Sono maggiormente localizzate nel tratto gastrointestinale, ma anche genitale, nelle mucose, nella pelle,

queste diverse migliaia di specie si traducono in milioni di geni, un enorme genoma esogeno.

LEZ. 4

Definisci cos’e il Genoma umano

Con il termine genoma umano si intende l’intero contenuto informazionale di una cellula umana. Ad onore del vero in

ogni cellula in realta esistono due genomi: genoma mitocondriale ed il genoma nucleare. Piu di 100.000 funzioni sono

controllate geneticamente all’interno del corpo. Il genoma comprende una parte codificante, ossia i geni, ed una non

codificante, le cui funzioni sono poco note. Lo studio delle proprieta complessive dei genomi è denominato genomica,

distinto dalla genetica, che indaga le proprieta dei singoli geni.

LEZ.5

Definisci cos’e la Cromatina e come si classifica

Il termine cromatina è stato introdotto da Flemming nel 1897 per definire il materiale che, previa colorazione, appariva nel

nucleo. Oggi sappiamo che il DNA nucleare è associato a proteine istoniche (basiche) e non istoniche (neutre o acide). La

cromatina è DNA associato a proteine istoniche e non- istoniche. La cromatina è formata da DNA + istoni + proteine acide.

Durante la divisione cellulare si organizza mediante super avvolgimenti, questi sono successivi l’uno all’altro fino ad arrivare

alla massima condensazione data dai cromosomi. La cromatina puo comportarsi a livelli di complessita sempre maggiori fino

ad arrivare al massimo grado di complessita, che si osserva nei cromosomi metafasici. Nel nucleo in interfase si notano zone

in cui la cromatina è fortemente addensata (eterocromatina). In altre zone la cromatina appare in uno stato piu rilasciato, lasso

e costituisce l’eucromatina. Dato che il DNA per la trascrizione deve essere nello stato piu decondensato possibile, risulta che

la cromatina attiva è l’eucromatina, mentre quello inattivo è l’eterocromatina. L’eterocromatina facoltativa varia lo stato di

condensazione a seconda dei diversi tipi cellulari e delle fasi dello sviluppo, mentre l’eterocromatina costitutiva rimane

condensata durante tutto lo sviluppo (sempre inattiva) ed è in egual dose sui cromosomi omologhi di una coppia.

L'eucromatina rappresenta circa il 90% di tutta la cromatina e rispetto ad essa l'eterocromatina occupa posizioni differenti nel

nucleo, soprattutto lungo la periferia.

L'eucromatina coincide con la porzione di cromatina le cui fibre hanno uno spessore di 30 nm.L'eterocromatina presenta un

grado di compattazione superiore a quello della fibra da 30 nm, in larga parte ancora da definire. È probabile che un numero

maggiore di proteine intervenga in questo livello di organizzazione, contribuendo a rendere l'eterocromatina inaccessibile a

tutti i fattori coinvolti nell'espressione genica. L'eterocromatina si distingue in costitutiva e facoltativa. La prima rimane tale

in tutte le cellule e in tutte le fasi del ciclo cellulare e si trova, ad esempio, nelle regioni del centromero e dei telomeri, di cui

ne garantisce l'integrita strutturale. La seconda interessa quelle porzioni di cromatina in cui sono presenti geni che non devono

essere espressi, a seconda del tipo di cellula, della fase del ciclo cellulare e del tipo di attivita metabolica in corso.

Eteromorfismi cromosomici, variante normale di cromosomi riferiti a tratti eterocromatinici vicino al centromero o nei

satelliti del braccio corto di cromosomi acocentrici, non sono associati a difetti fenotipici

Definisci cos’e il Nucleosoma

Il Nucleosoma è l’unita fondamentale della cromatina, cioè il Dna associato con gli istoni. Il nucleosoma è dato da otto

proteine istoniche, che formano il centro del nucleosoma. Attorno la doppia elica fa due giri che vengono fermati da un’altra

proteina istonica H1, tutto l’insieme crea un nucleosoma. Il nucleosoma e il primo livello di condensazione della cromatina,

infatti piu nucleosomi successivi formano la cosidetta “collana di perle” la quale avvolgendosi ulteriormente su se stessa

forma il solenoide.

Esistono cinque tipi di istoni comuni: H1, H2A, H2B, H3, H4[1][3][4]. Essi hanno in comune una struttura detta dominio

histone-fold composta da 3 alfa eliche separate da 2 loop non strutturati[1]. Ciascun istone dell'ottamero presenta poi una

lunga coda N-terminale che si estende al di fuori del nucleosoma[2].

Gli istoni H2A, H2B, H3, H4 si autoaggregano, formando un ottamero chiamato ottamero istonico[2], intorno al quale il

DNA si avvolge in modo sinistrorso per 1,67 giri[4], interagendo con gli istoni mediante interazioni non covalenti (es. legame

a idrogeno). Il complesso formato da DNA + ottamero istonico è detto nucleosoma: 1,67 giri di elica

sinistrorsa corrispondono a circa 200bp[5][6], di cui 150bp sono strettamente legate all'ottamero istonico[5] mentre le restanti

50bp, distribuite in due pezzi da 25bp, si trovano legate ad H1, l'istone linker (queste 50bp sono dette DNA linker[7] poiché

permettono il legame tra due nucleosomi adiacenti)[2]. H1, infatti, riconosce una particolare sequenza interposta sul DNA

linker e un'altra che si trova sull'ottamero e contemporaneamente li lega causandone un avvicinamento. Inoltre, grazie alle

code presenti su entrambi i lati, l'istone H1 interagisce con gli istoni H1 dei nucleosomi vicini, avvicinandoli e percio

compattando la cromatina. I punti di al 5' fosfato e al 3'-OH del DNA presente nel nucleosoma e legato agli istoni linker sono

rispettivamente chiamati entry point ed exit point.

Oltre ai quattro tipi di istoni di natura quasi esclusivamente strutturale (H2A, H2B, H2 e H4), ne esistono altri con differenti

ruoli:

•H2A.X: è un istone molto frequente nel genoma eucariotico che si sostituisce ad H2A. La sua funzione è implicata nella

riparazione del DNA, specie da radiazioni. In caso di danneggiamento infatti viene fosforilato l'istone H2A.X piu vicino al

sito di rottura[8] fungendo da segnale per richiamare in loco tutte le proteine e gli enzimi necessari alla riparazione del

genoma.

•H2A.Z: è una variante di H2A ed è presente in zone del genoma ad alto livello di trascrizione[8]. Esso agisce reclutando un

complesso di decondensazione e sfavorendo strutturalmente la formazione della fibra 30 nm.

•CENP.A :è un istone presente nel DNA centromerico che si sostituisce ad H3. La sua funzione è quella di mediare il legame

del cromosoma al fuso mitotico durante il processo di mitosi[8]. CENP-A ha un dominio histon-fold molto simile ad H3, ma

possiede un'estremita N-terminale molto piu lunga che possiede siti di legame per proteine che legano il cinetocore.

Formazione del nucleosoma[modifica | modifica wikitesto]

Il processo è di tipo autoaggregativo e si verifica solo se è presente anche il DNA; in caso contrario le proteine istoniche non

si aggregano. Il processo di formazione del nucleosoma prevede i seguenti passaggi[9][10]:

1.Formazione di un tetramero composto da H3 e H4 (due per ciascuno);

2.Il tetramero lega nel solco minore una zona ricca di AT del genoma eucariotico e lo ripiega;

3.Si formano due dimeri H2A-H2B che si legano al DNA e al tetramero precedente;

4.H1 riconosce il DNA linker e ne causa l'avvicinamento all'ottamero istonico.

quasi 2 m di genoma umano sono impacchettati in un nucleo di circa 2 µm (10−6 m).

Le code N-terminali degli istoni possono subire numerose modifiche promosse da specifici enzimi che originano acetilazione,

metilazione, ubiquitinazione, fosforilazione[2][9]. Tali modifiche influiscono sulla struttura della cromatina facilitando

la trascrizione di un gene, la sua inibizione o altri importanti meccanismi.

LEZ.6

Definisci cos’e un Cariotipo

Il cariotipo definisce il numero, le dimensioni dei cromosomi, la posizione del centromero e la presenza di costruzioni

secondarie. Questi sono i criteri per classificare i cromosomi e per ordinarli.La loro lunghezza , la loro morfologia e il numero

dei cromosomi in ogni cellula e' costante per ogni specie. Il cariotipo umano è costituito da 46 cromosomi suddivisi in 23

coppie di cromosomi omologhi di cui 22 coppie di autosomi e una coppia di cromosomi sessuali. Questi ultimi sono una

coppia di cromosomi omologhi XX nella donna e 2 cromosomi parzialmente omologhi indicati come X e Y nell’uomo. In

seguito a mutazioni il cariotipo puo modificarsi nel numero o nella morfologia dei cromosomi che lo costituiscono, dando

così origine rispettivamente alle anomalie numeriche dei cromosomi e alle anomalie strutturali dei cromosomi. Le anomalie

numeriche piu frequenti osservate nell’uomo sono la monosomia (assenza di un elemento nella coppia di cromosomi

omologhi) e la trisomia (presenza di un elemento addizionale in una coppia di cromosomi omologhi). In questi casi si parla

di monosomia e trisomia completa, ma si possono verificare anche monosomie/trisomie parziali, per assenza o presenza in

triplice copia di singoli segmenti di cromosoma.

Le monosomie complete sono incompatibili con la vita, l’unica eccezione è rappresentata dalla monosomia del cromosoma X,

associata alla sindrome di Turner (45,X).

Le trisomie complete di alcuni cromosomi, come la trisomia 21 o sindrome di Down (47 XX,+21), trisomia 18 o sindrome di

Edwards (47,XX,+18), trisomia 13 o sindrome di Patau (47,XX,+13) sono invece compatibili con la vita. Anche i cromosomi

del sesso possono andare incontro a difetti numerici,

Le anomalie strutturali originano dalla rottura di uno o piu cromosomi. I riarrangiamenti strutturali che ne derivano possono

essere bilanciati se non si ha né a perdita né a guadagno di materiale genetico e le persone portatrici sono generalmente sane;

oppure sbilanciati se il riarrangiamento comporta perdita o guadagno di materiale genetico. Si distinguono le seguenti

anomalie strutturali:

•Le delezioni, che consistono nella perdita di un segmento di un cromosoma.

•Le duplicazioni consistono nella presenza di due copie di un segmento di cromosoma, e pertanto costituiscono delle

trisomie parziali.

•Le inversioni originano da 2 rotture che avvengono sullo stesso cromosoma e dalla successiva rotazione di 180° del

segmento compreso tra i punti di rottura. Le inversioni producono un nuovo allineamento dei geni lungo l’asse di un

cromosoma e di solito non si associano ad alterazioni cliniche. I portatori di inversione sono pero a rischio riproduttivo, in

quanto possono produrre gameti sbilanciati.

•Le traslocazioni reciproche originano dalla rottura di due o, raramente, di piu cromosomi e dallo scambio reciproco dei

segmenti, senza perdita o acquisizione di materiale cromosomico. I portatori di traslocazioni bilanciate sono

generalmente sani, ma a rischio riproduttivo, perché possono produrre gameti sbilanciati.

•Le traslocazioni Robertsoniane originano dalla fusione di due cromosomi che si sono rotti a livello del centromero

(una regione del cromosoma fondamentale per la corretta ripartizione dei cromosomi durante la divisione cellulare) od in

prossimita di questo. I cromosomi che si originano da questo scambio sono uno dotato di uno o due centromeri ed uno

acentrico (cioè senza centromero). Quest’ultimo è instabile e viene perso alla prima divisione cellulare. I portatori di

traslocazioni Robertsoniane hanno di conseguenza 45 cromosomi. Sono anch’essi a rischio riproduttivo potendo produrre

gameti sbilanciati.

Per l'analisi del cariotipo viene effettuato un prelievo di dsangue e i cromosomi vengono estratti dai gobuli bianchi

le cellule vengono bloccate in uno stadio cellulare ben preciso (metafase), in cui i cromosomi si presentano come strutture

ben definite, facilmente individuabili e riconoscibili al microscopio. Dopo aver bloccato le cellule in metafase i cromosomi

vengono colorati con sostanze che si fissano selettivamente a determinate zone, dando luogo ad un caratteristico aspetto a

bande. La fase successiva comprende l’osservazione al microscopio: i cromosomi vengono contati, analizzati e fotografati.

Dalle fotografie i cromosomi vengono poi appaiati a due a due in base alle dimensioni e al caratteristico bandeggio. Si arriva

così alla determinazione del cariotipo.

LEZ.7

Definisci cos’e una restrizione o costrizione primaria

Ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi identici in quanto derivati dalla duplicazione del DNA. Sono

uniti dal centromero o costrizione primaria. corrisponde alla regione in cui il cromosoma condensato risulta piu sottile,

assomigliando a una sorta di strozzatura decentrata. È costituito da DNA altamente ripetuto rappresentato da una serie di

ripetizioni in tandem di DNA alfa satellite quindi fortemente eterocromatico. Il centromero è essenziale per la corretta

segregazione dei cromatidi durante l'anafase mitotica e meiotica. Durante la divisione cellulare le sequenze centromeriche si

associano a proteine specifiche che formano un complesso multiproteico chiamato cinetocore capace di legare i microtubuli

del fuso responsabili della segregazione. L'irregolare distribuzione dei cromosomi comporta la comparsa di cariotipi aberranti

nelle cellule figlie. Un cromosoma senza centromero è definito acentrico e viene perso dopo una o due divisioni cellulari. Il

centromero divide i cromatidi in due bracci. Il segmento compreso tra l'estremita superiore del cromosoma e il centromero

prende il nome di braccio corto e viene indicato con la lettera p, mentre il segmento compreso tra il centromero e l'estremita

inferiore è denominato braccio lungo e indicato con la lettera q.

Definisci cos’e il telomero

I telomeri sono strutture specializzate che si trovano all’estremita dei cromosomi lineari. Essi permettono la replicazione

completa del cromosoma, impediscono l’accorciamento progressivo dei cromosomi in quanto vengono mantenuti dall’enzima

telomerasi. Un cromosoma senza telomero è pericoloso perché: instabile (degradato dalle esonucleasi), altamente reattivo

(tende a legarsi ad altri cromosomi), oppure a creare un cromosoma ad anello, dove il braccio corto e il braccio lungo tendono

ad unirsi. I telomeri non contengono informazioni genetiche significative per l'espressione di una certa caratteristica. Hanno

invece un importante ruolo (non ancora del tutto compreso) nel determinare la durata della vita di ciascuna cellula. Per

esempio, si accorciano costantemente a ogni duplicazione.Nella maggior parte dei mammiferi la sequenza telomerica è

sempre la stessa, ed è TTAGGG.La maggior parte delle cellule eucariotiche necessita di una particolare DNA-polimerasi,

denominata 'telomerasi', per mantenere invariata la lunghezza del DNA telomerico alle estremita dei cromosomi.

Generalmente le cellule umane somatiche sono sprovviste di questo enzima e, con il crescere dell'eta replicativa, tendono a

perdere in modo graduale i telomeri sia in vitro sia in vivo. Al contrario, la maggior parte delle cellule trasformate o tumorali

riattivano la telomerasi durante il processo di immortalizzazione.

LEZ. 8

Definisci cos’e il bandeggio cromosomico

I cromosomi vengono classificati in base a un pattern di bande il quale viene ottenuto in seguito ad una colorazione specifica.

E’ una tecnica importante perché la definizione delle bande è talmente netta che permette di riconoscere i due cromosomi

omologhi in quanto pressoché identici. I cromosomi vengono colorati con le tecniche di bandeggiamento, che visualizzano

lungo le braccia cromosomiche regioni a diverse intensita di colorazione chiamate appunto, bande. Sono tecniche basate sul

legame differenziale di coloranti con diverse caratteristiche chimiche, denaturazione o digestione dei cromosomi. Le bande

riflettono il diverso grado di condensazione della cromatina.

Definisci cos’e l’interfase

L’interfase è il periodo in cui non vi è divisione, ma crescita e replicazione del DNA. L’interfase, ossia il periodo in cui la

cellula passa la maggior parte della sua vita, puo essere a sua volta suddivisa in 3 fasi: -G1, in cui la cellula sintetizza proteine

ed altre molecole, e solitamente è la fase piu lunga; -S, in cui si ha la replicazione del DNA ; -G2, in cui la cellula si prepara

alla mitosi e si osserva un incremento della sintesi proteica.

LEZ. 10

Definisci cos’e una regione pseudoautosomica

Le regioni pseudoautosomiche ,PAR1, PAR2, sono sequenze omologhe di nucleotidi sui cromosomi X e Y.

Le regioni pseudoautosomiche prendono il nome perché tutti i geni al loro interno (finora ne sono stati trovati almeno 29 per

gli esseri umani) sono ereditati proprio come qualsiasi gene autosomico. PAR1 comprende 2,6 Mbp delle punte a braccio

corto di entrambi i cromosomi X e Y nell'uomo e nelle grandi scimmie (X e Y sono 155 Mbp e 59 Mbp in totale). PAR2 è

sulla punta delle braccia lunghe, coprendo 320 kbp. I mammiferi maschi normali hanno due copie di questi geni: uno nella

regione pseudoautosomica del loro cromosoma Y, l'altro nella porzione corrispondente del loro cromosoma X. Le femmine

normali possiedono anche due copie di geni pseudoautosomici, poiché ciascuno dei loro due cromosomi X contiene una

regione pseudoautosomica. L' incrocio tra i cromosomi X e Y è normalmente limitato alle regioni pseudoautosomiche; quindi,

i geni pseudoautosomici mostrano un modello di ereditarieta autosomica, piuttosto che legata al sesso. Quindi, le femmine

possono ereditare un allele originariamente presente sul cromosoma Y del padre.

L’appaiamento X-Y avviene nella regione pseudoautosomica primaria. Sull’estremita dei bracci corti dei cromosomi X e Y. I

geni in questa regione sono presenti in copie omologhe sui due cromosomi, inoltre, questi geni, non sono soggetti

all’inattivazione di X. A causa del crossing-over, gli alleli presenti in questi loci segregano come alleli autosomici. Nella

regione pseudoautosomica secondaria, sull’estremita dei bracci lunghi dei cromosomi X e Y, l’appaiamento ed il crossing-

over non sono obbligatori durante la meiosi maschile, quindi potrebbe non avvenire.

LEZ 11

Spiega cos’e la meiosi e in quali fase si suddivide

La meiosi è un processo di divisione cellulare in cui a partire da una cellula madre si formano 4 figlie, tutte diverse tra loro e

con la meta del patrimonio genetico della cellula madre. Avviene solo nelle cellule della linea germinale ( nelle somatiche

avviene la mitosi) e determina il passaggio dall’assetto diploide della cellula germinale, a quello aploide del gamete, che

fondendosi con il gamete dell'altro genitore forma uno zigote diploide, le cui successive mitosi genereranno la blastula e il

futuro feto.

La meiosi introduce variabilita agli organismi e determina un grande vantaggio competitivo generando individui

geneticamente diversi dai genitori e probabilmente maggiormente idonei alla sopravvivenza in determinate condizioni.

La meiosi consiste in due divisioni (meiosi I e II) ed una sola sintesi di DNA. Con la meiosi I si separano i cromosomi

omologhi. La meiosi II o equazionale separa i cromatidi fratelli. per entrambe le divisioni meiotiche identifichiamo degli stadi

funzionali: profase I, metafase I, anafase I e telofase I, cui seguono una interfase senza sintesi di DNA e poi profase II,

metafase II, anafase II e telofase II. Meiosi I

profase I.

• I cromosomi si condensano, gli omologhi paterni e materni si allineano e si accoppiano, appaiandosi per tutta la loro

lunghezza.

• La profase I ha una lunga durata ed è divisa in cinque stadi:

LEPTOTENE, e i cromosomi si contraggono e diventano visibili;

ZIGOTENE, i cromosomi continuano a condensarsi; i cromosomi omologhi si appaiano e ha inizio la sinapsi, cioè

la formazione di un legame molto stretto tra le coppie. Ogni coppia di cromosomi omologhi sinaptici è costituita da

quattro cromatidi chiamati bivalente o tetrade.

PACHITENE, i cromosomi si accorciano e si addensano e fra i cromosomi omologhi si sviluppa un complesso

sinaptonemale tripartito. Il complesso sinaptonemale è una struttura proteica che si forma tra cromosomi omologhi

(due coppie di cromatidi fratelli) che media l'accoppiamento cromosomico, la sinapsi e la ricombinazione.

DIPLOTENE Diplotene i centromeri dei cromosomi appaiati si separano; i due omologhi rimangono uniti al livello

del chiasma che è il risultato del crossing-over. Verso la conclusione della profase I la membrana nucleare si

dissolve e si forma il fuso, preparandolo stadio della metafase I.

DIACINESI In questa fase si ha la contrazione dei cromosomi con scomparsa del nucleolo e della membrana

nucleare e formazione delle fibre del fuso.

Il centrosoma è duplicato insieme ai centrioli, che si dirigono ai poli opposti della cellula nel momento in cui la

membrana nucleare si dissolve.

I microtubuli iniziano ad estendersi dal centrosoma.

La scomparsa dei nucleoli e la frammentazione dell’involucro nucleare segnano la fine della profase I;

metafase I.

• I microtubuli formano il fuso e si agganciano ai cinetocori esterni del centromero dei due omologhi. Inoltre, si

disperde la membrana nucleare; si forma quella che e' definita piastra