Psicologia clinica - Appunti lezione sul cario-tipo umano

LO SVILUPPO DELLA GENETICA

Si articola su tre livelli:

▪ La genetica classica si basa sull’analisi degli alberi genealogici e dei meccanismi ereditari e

consente interventi di prevenzione primaria a livello familiare fondati sulla probabilità statistica

di ereditare la malattia.

▪ La genetica molecolare ha l’obiettivo di individuare geni anormali e consente, grazie alla

tecnologia del DNA ricombinante, di giungere a precise diagnosi prenatali e ad attendibili

predizioni sulla probabilità che il feto erediti geni patologici dai genitori.

▪ La citogenetica si articola sull’analisi delle anormalità cromosomiche; è la branca della genetica

che studia i cromosomi. Ogni specie è caratterizzata da un determinato assetto cromosomico,

vale a dire da un insieme specifico di cromosomi, il cui numero e struttura vengono mantenuti

costanti attraverso le generazioni.

1. STRUTTURA E MORFOLOGIA DEI CROMOSOMI EUCARIOTICI

1.1 Struttura

Nelle cellule eucariotiche, ogni cromosoma è costituito da una lunghissima molecola di DNA

complessata con proteine e RNA a formare una sostanza denominata cromatina. La cromatina,

suddivisa in parti, è dispersa nel nucleo durante l’interfase del ciclo cellulare, ma diventa compatta

durante la meiosi e la mitosi (Fig. 1).

Durante tali divisioni, e in particolare alla metafase della mitosi, a causa appunto della progressiva

condensazione della cromatina, appaiono visibili al microscopio ottico dopo colorazione delle

strutture generalmente allungate, denominate cromosomi (Fig. 2).

Cromatina e cromosomi sono quindi due aspetti diversi in momenti diversi della stessa entità.

conseguenza, la possibilità di visualizzare i cromosomi ne consente l’identificazione e lo studio.

Di Fig. 1. I livelli di organizzazione della cromatina che danno origine ad un

cromosoma eucariotico.

a) doppia elica di DNA

“Collana di perle” o fibra di

b) nucleosomi

c) Fibra di nucleosomi avvolta a solenoide

d) Domini ad anse

e) Spirali condensate

f) Cromosoma metafasico

Fig. 2. Piastra metafasica in 3D.

Pertanto, il cromosoma degli eucarioti è costituito da cromatina, un complesso di DNA, proteine

cromosomiche e RNA, che può presentarsi sotto forma di:

- eucromatina, che si colora più debolmente perché despiralizzata e geneticamente attiva

- eterocromatina, che si colora più intensamente perché condensata e geneticamente inattiva.

1.2 Morfologia

I cromatidi

Nella metafase i cromosomi appaiono costituiti da due

subunità longitudinali identiche, o cromatidi fratelli,

unite a livello del centromero (Fig. 3), costituite ciascuna

da una doppia elica di DNA.

I cromatidi fratelli sono geneticamente identici, essendo il

risultato della replicazione del DNA nella fase S

dell’interfase che ha preceduto la divisione cellulare.

Il centromero

Il centromero, localizzato a livello di una strozzatura detta

costrizione primaria, è il punto di collegamento tra i due

cromatidi fratelli ed è una sequenza che assume Fig. 3. Struttura del cromosoma metafasico.

importanza particolare, poiché si associa al cinetocoro,

formazione alla quale si attaccano le fibre del fuso durante la divisione. La funzione del centromero

consiste pertanto nell’assicurare la corretta migrazione dei cromosomi e dei cromatidi alla meiosi e

alla mitosi. Anche se la lunghezza assoluta di ogni cromosoma varia a seconda dello stadio della

mitosi in cui viene fissato, la posizione relativa del centromero è costante e divide ciascun cromatidio

in due bracci: p (da petit, corto) e q (da queue, lungo) (Fig. 4).

Fig. 4. Morfologia di un cromosoma metafasico. 1. centromero o costrizione primaria; 2. telomeri. Nello schema a destra è evidenziato in nero uno dei

due cromatidi.

Se i centromeri non funzionano correttamente, possono verificarsi non-disgiunzioni (errori

nella segregazione) dei cromosomi omologhi durante prima divisione della meiosi o dei

cromatidi fratelli durante la seconda divisione della meiosi o anche dei cromatidi fratelli

alla mitosi.

I telomeri

Alle estremità dei cromatidi si trovano delle

speciali regioni dette telomeri (Fig. 5), costituite da

una sequenza di nucleotidi ripetuta migliaia di

volte. Nell’uomo la sequenza è 5’GGGTTA3’. Essi

hanno funzione di protezione delle estremità dei

cromosomi e svolgono un ruolo fondamentale

nell'assicurare una corretta replicazione della

doppia elica del DNA di ogni cromatidio. Fig. 5. Morfologia di un cromatidio.

Satelliti cromosomici

Alcuni cromosomi possono presentare oltre a quella del centromero, un’ulteriore

strozzatura detta costrizione secondaria. Questa regione è la sede delle sequenze

nucleotidiche che codificano l’RNA ribosomale (rRNA). La porzione di cromosoma che

sporge viene denominata satellite. Nei cromosomi umani, la costrizione secondaria si trova

sul braccio corto di tutti i cromosomi acrocentrici (Fig. 5).

2. IL CARIOTIPO UMANO

L’insieme completo di tutti i cromosomi metafasici di una cellula è definito cariotipo; il

cariotipo è specie-specifico e quello umano normale diploide è costituito da 46 cromosomi

(22 paia di autosomi e un paio di cromosomi del sesso o eterocromosomi: XX nella

femmina, XY nel maschio).

2.1 Classificazione e nomenclatura dei cromosomi

La ricostruzione del cariotipo o mappa cromosomica viene effettuata attraverso la

costruzione del cariogramma, ottenuto appaiando i cromosomi metafasici omologhi e

ordinandoli secondo un sistema di classificazione internazionale.

La localizzazione del centromero è una caratteristica costante. In base alla posizione del

centromero i cromosomi vengono pertanto così classificati:

• se il centromero ha una posizione centrale, il cromosoma è definito metacentrico (Fig.

6A)

• se è localizzato non esattamente in posizione mediana, il cromosoma è definito

submetacentrico (Fig. 6B)

• all’estremità

se infine il centromero è localizzato del cromosoma, questo è definito

acrocentrico (Fig. 6C) Fig. 6. Diversi tipi morfologici di cromosoma (p,

braccio corto; q, braccio lungo; c, centromero; c.s.,

costrizione secondaria; s, satellite)

I cromosomi umani esaminati in mitosi sono classificati e ordinati in base alla lunghezza e

alla posizione del centromero, in accordo con la classificazione di Denver, proposta nel

1960 al Congresso di Genetica Umana tenutosi in Colorado.

I cromosomi sono stati suddivisi in 7 gruppi

(Fig. 7), in ordine decrescente di lunghezza:

Gruppo A (coppie 1, 2 e 3),

Gruppo B (coppie 4 e 5),

Gruppo C (coppie da 6 a 12 e

cromosoma X), Gruppo D (coppie 13, 14

e 15),

Gruppo E (coppie 16, 17 e 18),

Gruppo F (coppie 19 e 20),

Gruppo G

(coppie 21 e 22),

Cromosoma Y

Fig. 7. Cariogramma di cromosomi metafasici umani ordinati secondo la classificazione di Denver.

i cromosomi 1, 3, 16, 19 e 20

Nell’uomo sono metacentrici, i cromosomi 13, 14, 15,

21, 22 e Y sono acrocentrici e gli altri sono submetacentrici.

Fino all’introduzione delle tecniche di bandeggio era peraltro praticamente impossibile

classificare ed identificare singolarmente tutte le 23 coppie di cromosomi. Potevano essere

chiaramente identificati solo i cromosomi 1, 2, 3, 16 e Y.

Successivamente al 1960 si sono accumulate informazioni su diverse aberrazioni numeriche

e strutturali dei cromosomi (vedi paragrafo 4.2). Nella Conferenza Internazionale di

Genetica Umana di Chicago del 1966 ed in seguito nella Conferenza di Parigi del 1971, è

stata definita una nomenclatura standard per le varie aberrazioni cromosomiche: venne

proposto di aggiungere alla nomenclatura originale di Denver una serie di simboli per

indicare sia alcune caratteristiche del cariotipo normale che le aberrazioni cromosomiche.

Per convenzione, i cariotipi normali si rappresentano in modo sintetico

come segue: 46, XX (individuo di sesso femminile)

46, XY (individuo di sesso maschile)

Alcuni dei simboli comunemente usati sono:

/ una linea diagonale indica la presenza di un mosaicismo (vedi paragrafo 4.3);

per esempio 46/47 indica che l’individuo in esame presenta due linee

cellulari, una con 46 cromosomi, l’altra con 47.

–

+ e questi segni indicano la presenza di un cromosoma soprannumerario (+) o la

mancanza di un cromosoma (–) o di una parte di cromosoma (es. 47, XX,

+21 indica un individuo di sesso femminile con un cromosoma 21

soprannumerario).

La ricostruzione del cariotipo, ovvero il passaggio dal cariotipo al cariogramma, è

rappresentata nella Fig. 8. A sinistra è presentata una metafase quale appare al microscopio

(cariotipo), al centro e a destra la ricostruzione (cariogramma) di un cariotipo maschile e

femminile rispettivamente con i diversi cromosomi appaiati, classificati e allineati.

Fig. 8. Dal cariotipo al cariogramma.

Nel 1971 durante la conferenza di Parigi, la nomenclatura e la classificazione dei

cromosomi sono state aggiornate, tenendo conto delle immagini di bande che si ottengono

colorando i preparati cromosomici con Giemsa o con particolari fluorocromi quali la

quinacrina (vedi paragrafo seguente). Le tecniche di bandeggio hanno consentito di

identificare ed analizzare i singoli cromosomi.

2.2 I bandeggi

Un’identificazione inequivocabile di ogni cromosoma del cariotipo umano è stata possibile

grazie a tecniche di trattamento e colorazione dei cromosomi denominate bandeggi.

Intorno al 1970, infatti, sono state introdotte metodiche di colorazione dei cromosomi che

utilizzano sostanze in grado di colorare specifiche regioni (bande) in modo più evidente di

altre. Il bandeggio che ne deriva è specifico e costante per ogni coppia di cromosomi

omologhi e permette di ricostruire il cariotipo, evidenziando anche eventuali anomalie

cromosomiche sia di numero sia di struttura.

Esistono diversi tipi di bandeggi, di cui i principali sono:

• ottenuto mediante l’impiego di un colorante fluorescente, la

Bandeggio Q,

Consiste in un’alternanza di regioni intensamente fluorescenti e di

Quinacrina.

regioni buie. Le bande più luminose corrispondono alle zone ricche in Adenina e

Timina (Fig. 9 a).

• Bandeggio G, ottenuto col colorante Giemsa e con tripsina. Il bandeggio G è

caratterizzato da un’alternanza di bande chiare e scure (Fig. 9 b). Le bande chiare

corrispondono a regioni caratterizzate da attività trascrizionale, replicazione

precoce, basso contenuto di DNA ripetuto e sensibilità alla DNasi I. Le bande più

scure corrispondono alle zone ricche in Adenina e Timina, relativamente povere di

geni, e risultano quindi corrispondenti e sovrapponibili alle bande Q. Il potere di

risoluzione di questo tipo di colorazione è alquanto grossolano, infatti una banda

citogenetica