Genetica 2 PDF

PRIMA LEZIONE GENETICA La genetica studia i principi ed i meccanismi attraverso i quali i caratteri sono trasmessi alla progenie. Con il termine carattere s’intende tutto ciò che si può osservare o misurare in un organismo. I caratteri si possono distinguere in due classi: - CARATTERI...

PRIMA LEZIONE GENETICA La genetica studia i principi ed i meccanismi attraverso i quali i caratteri sono trasmessi alla progenie. Con il termine carattere s’intende tutto ciò che si può osservare o misurare in un organismo. I caratteri si possono distinguere in due classi: - CARATTERI QUALITATIVI Caratteristiche dell’organismo distribuite in una popolazione in maniera discontinua. Non rapportabili ad una scala metrica. Esempio: la rosa ha i petali di colore rosso, bianco, giallo, per cui il carattere colore dei petali, in questa specie di pianta ha 3 tipologie di colore ognuna nettamente separata dall’altra. Esempio: Drosofila → occhio rosso vs bianco, caratteristica molto studiata è il colore degli occhi, il rosso è il colore normale della drosofila, il bianco è dovuto a mutazione, sono nettamente separati tra di loro, non ci sono variazioni, forme di passaggio → CARATTERI PALLIATIVI - CARATTERI QUANTITATIVI Caratteristiche dell’organismo distribuite in una popolazione in maniera continua. Rapportabili ad una scala metrica. Esempio: ciò che si misura, statura, peso, pressione arteriosa, glicemia “In maniera continua” significa → esempio: studenti di un college americano che vengono allineati a seconda dell’altezza. La distribuzione continua con tante forme di passaggio. (Curva di Gauss) IL GENE Una unità d'informazione discreta (informazione che può essere concettualmente separata dal resto) che partecipa alla formazione di un carattere. Esempio: nella drosofila c’è un gene la cui variazione determina occhi rossi o occhi bianchi. IL GENOMA La serie completa d'informazioni genetiche di un organismo. Nel genoma umano ci sono circa 20.000 geni. IL GENOTIPO L'assetto di uno o più geni in un individuo (quale/i varianti geniche sono presenti in quell'individuo) Esempio: gene della betaglobina, se abbiamo 2 copie (1 dal padre, 1 dalla madre), in tutti noi ambedue, se non funzionano ci sono malattie come ad esempio anemie emolitiche. Dato il gene della betaglobina io avrò un certo genotipo, magari sarà uguale a quello di qualcun altro o magari sarà diverso. IL FENOTIPO Come si presenta un certo carattere in un individuo Esempio: il colore degli occhi chiaro o scuro. Chi ha gli occhi scuri ha il fenotipo occhi scuri e questo fenotipo occhi scuri e determinato da un genotipo diverso dal genotipo occhi chiari. Il fenotipo è sempre e solo dovuto al genotipo? NO. La statura di un individuo, i geni sono importanti però anche i fenomeni non genetici (cioè ambientali) sono importanti come ad esempio la dieta, se uno mangia poco non riesce a svilupparsi in altezza. GENOTIPO determina FENOTIPO Ci sono situazioni anche in cui il fenotipo è anche dovuto a effetti ambientali e non soltanto al genotipo. 1 EFFETTI NON GENETICI = AMBIENTALI NB Per i caratteri qualitativi → la variazione del fenotipo da un’individuo all’altro è dovuta unicamente o quasi unicamente tutta alla variazione del genotipo. Il GENOTIPO è più IMPORTANTE dei fenomeni ambientali che sono trascurabili. Per i caratteri quantitativi → L’AMBIENTE può avere effetti significativi (statura) Il CROMOSOMA, il patrimonio genetico nelle nostre cellule è quasi del tutto contenuto nei cromosomi. E l’analisi dei cromosomi di chiama ANALISI DEL CARIOTIPO ↓ è stata la prima indagine con cui noi abbiamo potuto studiare il genoma anche negli umani Nella specie umana ⇒ 46 cromosomi, 23 dal padre, 23 dalla madre. L’INFORMAZIONE GENETICA ⇒ I geni sono fatti di DNA, struttura 2 strisce che si attorcigliano l’una all’altra. Lo scheletro del DNA è formato da zucchero desosiribosio e gruppi fosfato, non varia questa parte e non dà informazioni. Ciò che varia sono queste molecole all’interno dell’elica e che sono 4 molecole (Adenina, Guanina, Citosina, Timina) basi puriniche = A + G, basi pirimidiniche = C + T. ⇒ L’informazione genetica è scritta attraverso queste lettere. Il loro susseguirsi si forma un gene, lungo una delle due eliche. E la variazione di un gene è dovuta alla variazione di queste lettere tra un individuo all’altro. Le lettere sono presenti in ambedue le eliche e sono accoppiate in modo specifico,, le eliche sono antiparallele. G – C A – T palline rosse che servono per accoppiare le basi. - BASI COMPLEMENTARI è molto importante per la duplicazione del DNA per trasmettere le cellule figlie. Data la sequenza di un elica possiamo risalire alla sequenza dell’altra elica. Quando il DNA si duplica si apre la doppia elica e su quella vecchia si viene a sintetizzare una nuova quindi le due eliche figlie saranno uguali. Nel DNA ⇒ è conservata la Informazione genetica, è una molecola che strutturalmente non cambia, ma cambiano le sequenze Come fa l’informazione a diventare qualcosa di fisico/reale? ⇒ attraverso 2 processi 2  - TRASCRIZIONE attraverso la quale in base alla sequenza del DNA viene creata una molecola di RNA (acido - ribonucleico) che è una copia del gene del DNA trasferita all’RNA. RNA esce fuori dal nucleo e viene traslata cioè dalla sequenza di RNA che è uguale a quella del DNA, però RNA è a singola elica e esce fuori dal nucleo, si formano cosi le proteine. - le PROTEINE che sono sequenze di amminoacidi e sono ciò che fanno la funzione Utilizzo dei sequenziatoti automatici dove analizzare il singolo gene è diventato semplice. Nel 2001 conoscenza dell’intero genoma umano, ne conosciamo la sequenza. Classificazione delle malattie a base genetica ① Malattie monofattoriali ② Malattie da alterazioni cromosomiche ③ Malattie poligeniche multifattoriali ① MALATTIE AD EREDITARIETA’ MONOFATTORIALE - Si trasmettono secondo l’ereditarietà mendeliana (Leggi di Mendel) - Sono malattie rare (cioè una malattia è meno frequente, 1 su 2000) - Nella gran maggioranza di casi, non esistono terapie risolutive (non si guarisce). C’è terapia genetica ma non sono ben sviluppate. - I test genetici (particolarmente quelli presintomatici) possono porre importanti problemi etici (ad esempio la famiglia). Vengono fatti test genetici pre – natali, servono a capire se nel feto è presente o meno una malattia genetica e se è presente e se è grave → ABORTO, ovvero interrompere la gravidanza, questa cosa può causare problemi anche psicologici. Esempio: albinismo oculocutaneo (diffetti di pigmentazione) sono ¾ mila Esempio: 5/10 % di cancro mammario, si può sapere se a 18/20 anni, se una ragazza ha altissimo rischio di svilupparlo. Grande problema etico. Per prevenire la comparsa del tumore, c’è la possibilita della chirurgia profilattica ovvero togliere ambedue le mammele o le ovarie. ② MALATTIE DA ALTERAZIONI CROMOSOMICHE Malattie dove attraverso questo tipo di analisi si riesce a vedere un alterazione Cromosoma 21 → invece di avere 2 coppie ne abbiamo 3, SINDROME DI DOWN ⇒ Quindi sono alterazioni o di un intero cromosoma (in questo caso 1 in +) o di una parte significativa che può essere osservata al microscopio. ⇒ TUTTE LE MALATTIE GRAVI, pochissime sono compatibili con la vita (sindrome di down), soggetto muore durante la gravidanza. Soggetti hanno difficolta a procreare, non vengono ereditate dai genitori. Malattie monogeniche e alterazioni cromosomiche (tranne qualche eccezione) sono tutte malattie rare. ③ MALATTIE POLIGENICHE MULTIFATTORIALI - Sono malattie dovute alla combinazione di cause genetiche e non (ambientali). - Vengono anche dette "malattie complesse". 3 - La componente genetica è dovuta, in ogni soggetto, alla presenza di una "costellazione" di varianti geniche comuni, ognuna delle quali, da sola, può avere un effetto anche molto lieve (irrilevante, dal punto di vista pratico). - Tranne qualche eccezione, non abbiamo a disposizione test genetici capaci di predire un significativo aumento del rischio di malattia e, dunque, utilizzabili dal punto di vista pratico. DIABETE MELLITO - Diabete di tipo I dovuto a carenza di insulina, le cellule beta del pancreas non funzionano più, vengono distrutte da una reazione infiammatoria; - Diabete di tipo II dovuto a insulinoresistenza, cioè i tessuti periferici sono resistenti all’insulina che non riesce a esercitare il suo effetto. Ha componente genetica importante e anche effetti ambientali sono importanti. ↓ Entrambe hanno componente genetica e ambientale SIMBOLI PRINCIPALI DELL’ALBERO GENEALOGICO ESEMPIO - P = PROBANDO è quella persona in una famiglia che ci permette di caratterizzare la famiglia; - I numeri romani (I,II,…) indicano la generazione; - Numero arabo in altro (soggetto 1 della I generazione); - In basso a destra l’età dei soggetti che può essere importante per lo sviluppo di malattie a base gentica (es: cancro alla mammela). 4 ESEMPIO Albero genealogico con 3 generazioni. Ci sono soggetti affetti per una certa malattia e soggetti sani. Inizia tutto da 2 fratelli e una sorella, due fratelli avevano una malattia e sono deceduti entrambi, uno a 46 anni e l’altro a 52 anni, della sorella non sappiamo l’età. Il 3 si sposa con una signora sana e hanno 4 figli: 3 maschi e 1 femmina. La F e la M hanno la stessa malattia del papà, anche in questo caso indichiamo l’età. Il 4 si sposa con una signora e tutti e 3 i suoi figli hanno la malattia. Nel 1, 2, 3 della 2 generazione non è indicato il partner, questa è una scelta di chi ha disegnato l’albero genealogico. Si può NON segnare quando non c’è consanguineità e quando quel soggetto appartiene ad una famiglia dove non c’è malattia. Ha evidenziato il 5 della 2 generazione che è sana perché hanno 3 figli malatti. - La malattia genetica qui ha delle caratteristiche: si presenta in TUTTE LE GENERAZIONI e c’è una trasmissione da genitori a figli. ⇒ andamento di MALATTIA MONOGENICA dovuta ad alterazioni di un singolo gene. Però le malattie monogeniche possono essere di tipo diverso come albero genealogico, ad esempio tante generazioni di una famiglia senza malattia e poi ad un tratto la comparsa di una malattia. GREGOR MENDEL Studiò la pianta di pisello, 7 caratteri diversi. La superficie del seme, il colore interno del seme, il colore dei petalli,…. Per ogni carattere aveva 2 fenotipi alternativi → CARATTERI QUALITATIVI ↓ piante con seme liscio o rugoso La pianta di pisello contiene i gameti (cellule germinali con cui si creano nuovi individui) quindi contengono sia gameti maschili (il polline) ma anche gameti femminili (ovuli contenuti nell’ovaio). Quando una pianta è sessualmente matura le antere che contengono il polline si aprono e il polline (gamete maschile) comincia a diffondersi per via degli aspetti atmosferici e può o entrare nell’ovaio della stessa pianta (autoincrocio) o volare e andare su un’altra pianta (eteroincrocio). L’autoincrocio e l’eteroincrocio possono essere decisi dallo sperimentatore Mendel cominciò a sviluppare le sue piante attraverso l’autoincroci. Se una specie si sviluppa sempre attraverso autoincroci si ottengono gli ORGANISMI PURI = se ha per esempio seme liscio se autoincrociato con un’altra pianta con seme liscio nella progenie ci saranno tutti individui con seme liscio. RUGOSA è una pianta pura quando autoincrociata o incrociata con un’altra pianta rugosa pura, il 100 % della sua progene è RUGOSO 5  Quando si incrocciano 2 PIANTE PURE con fenotipo diverso P1 - 1° generazione F1 - generazione filiale = filiale F2 - ritorna il fenotipo rugoso, Mendel analizzo quantitativamente i rapporti tra questi due fenotipi → ¾ circa dei figli avevano seme liscio; → ¼ seme rugoso ⇒ Questo rapportoper qualsiasi dei 7 caratteri che lui studiava. Fenotipo dominante nella F1, un recessivo scompariva, poi ritornava nella F2 però con la frazione sempre ¼ LISCIO è fenotipo DOMINANTE RUGOSO è fenotipo RECESSIVO LA LEGGE DELLA SEGREGAZIONE In ogni individuo il carattere è dovuto a effetto di un gene che però nell’individuo è contenuto in 2 copie. E gli individui puri presentano le stesse copie (ALLELI). 1 individuo per ogni gene contiene 2 ALLELI, sono uguali all’interno del soggetto, diverso tra id ue soggetti. La legge dice: che quando questi soggetti (tutte le cellule somatiche tranne i gameti) negli umani tranne spermatozooi e ovociti, fanno i gameti, i 2 alleli si separano. E ogni gamete contiene solo 1 allele. 6 OMOZIGOTI = quando soggetto presenta alleli uguali; ETEROZIGOTI = quando soggetto presenta alleli diversi. - S alleli con effetto dominante si manifestano sia nell’eterozigote che omozigote - s alleli con effetto recessivo si manifestano solo nell’OMOZIGOTE (SS) Omozigoti presentano alleli uguali o NON estinguibili tra di loro; Eterozigoti presentano alleli diversi distinguibili tra di loro. QUADRATO DI PUNNET serve a capire quali fenotipi ci si aspetta e con quale frequenza dati i genotipi e quindi i gameti dei 2 genitori. SECONDA LEZIONE GENETICA EREDITARIETA’ RISCHIO DI RICORRENZA = ricomparsa/comparsa di una malattia in una famiglia. Fattori monogenici sono quelli utilizzati da Mendel. Anche le malattie umane possono essere definite come malattie dominanti ad ereditarietà dominante e malattie recessive che si trasmettono con caratteri recessivi. EREDITARIETA’ AUTOSOMICA DOMINANTE ↓ Il gene responsabile della malattia è localizzato sugli autosomi che sono tutti i cromosomi di un individuo, tranne quelli sessuali. I caratteri autosomici dominanti appaiono in egual misura nei M e nelle F. Simili a quelle delle piante di pisello di Mendel con qualche eccezione. Caratteristica importante → La malattia si vede in diverse generazioni, due o più di due e c’è una trasmissione da genitore a figlio. I soggetti che hanno la malattia possono essere omozigoti pe l’allele dominante o eterozigoti per l’allele dominante. Quali sono i genotipi? Allora facciamo riferimento all’albero genealogico due fratelli malatti e una sorella sana. I soggetti 6 – 7 – 8 della III generazione sono due fratelli e una sorella che dal padre hanno preso l’allele dominante perché è una malattia dominante ed è quello che determina la malattia. La madre è omozigote recessiva e deve essere così. Per cui questi 3 figli hanno preso la malattia dal padre. Aa aa Aa Aa Aa → sono eterozigoti 7 La 1 della 2° generazione è anch’essa eterozigote (Aa) perché proviene da Aa e aa e poi ha figli sani, 3° individuo della 1° generazione è eterozigote perché fa figli normali. 1° della 1° generazione potrebbe essere o omozigote o eterozigote non conosciamo i suoi genitori, non ha figli per cui non sappiamo! ⇒ Tutti i soggetti affetti sono ETEROZIGOTI e tutti i soggetti sani sono OMOZIGOTI per l’allele normale (recessivo), tranne il 1° di cui non sappiamo ma è eterozigote. ↓ REGOLA FONDAMENTALE Incrocio tra soggetto affetto da malattia autosomica dominante e un soggetto normale, il rischio di avere figli affetti con la stessa malattia del genitore è pari al 50%, cioè ogni figlio che fanno ha un 50% di possibilità di avere il genotipo malato o il genotipo sano. Poi dipende dalle leggi del caso. Soggetto 1 della 1° generazione possiamo dire che è eterozigote, perché? Perché allora stiamo parlando di malattie tal volta anche gravi. Gli alleli che danno malattia secondo modalità autosomica dominante sono alleli rari nella popolazione. Quindi essendo rari, la possibilità di trovare omozigoti per questi alleli è trascurabile. 8 ESEMPIO: DISTROFIA MIOTONICA è una malattia multisonica dove il sintomo più importante è la miotonia = difficoltà nella decontrazione dei muscoli, ha frequenza nelle popolazioni di circa 1/8000 (1 soggetto affetto su 8000 soggetti sani). Il soggetto è ETEROZIGOTE perché data questa frequenza dei soggetti, perché si abbiamo 1 omozigote si devono incrociare 2 eterozigoti. (1:8000 x 1:8000) → 1 : 64 milioni e poi calcolare la P di avere 1 figlio omozigote (1/4) → 1 : 64 mln x ¼ = … ⇒ Dunque 1 motivo per cui il soggetto malato di malattia autosomica dominante viene considerato eterozigote e dunquecon questo rischio è la BASSA FREQUENZA dell’allele che dà la malattia. ⇒ 2 motivo non previsto dalle leggi di Mendel: quando rarissimamente nasce l’omozigote (incrociando due eterozigoti) si vede che l’omozigote ha un fenotipo molto più grave del dell’eterozigote, molte volte incompatibile con la vita. Ci sono malattie in cui i soggetti invece si cercano, esempio è il nanismo, soggetti sani che per il resto stanno bene, vogliono trovare un partner e visto che hanno 1 fenotipo molto particolare si cercano fra di loro. Si incrociano e hanno ¼ di possibilità di fare soggetto omozigote, o muore durante la vita prenatale o nasce e muore subito dopo per vari problemi. ⇒ Complessivamente un soggetto affetto da malattia ad ereditarietà autosomica dominate è ETEROZIGOTE tranne in casi eccezionali. ESEMPIO IPERCOLESTEROLEMIA FAMILIARE (IF) Frequenza: 1/500 nati vivi Ereditarietà: Autosomica Dominante Difetto Genetico: Recettore delle LDL Localizzazione: Cromosoma 19 Patogenesi: le lipoproteine LDL, che veicolano il colesterolo nel sangue, a causa del difetto del loro recettore, si accumulano con conseguente elevazione dei livelli di colesterolo ematico Valori normali di colesterolemia: 150-200 mg/dl. In soggetti con IF: 220-550 mg/dl. L’ipercolesterolemia determina un danno alle pareti arteriose con conseguente patologia a carico di cuore (infarto del miocardio), cervello (ictus) etc. Un altro sintomo è la comparsa di Xantomi (accumuli di grasso a livello di cute o tendini). Data l’alta frequenza della malattia, si possono osservare anche soggetti omozigoti (frequenza: 1/1.000.000 nati vivi). La forma omozigote è più grave con livelli di colesterolemia di 650-1.000 mg/dl: EREDITARIETA’ AUTOSOMICA RECESSIVA Allele che dà la malattia ha effetto recessivo, per cui i soggetti affetti devono essere OMOZIGOTI per l’allele che dà la malattia. - Abbiamo diverse generazioni senza la malattia e tutto a un tratto compare 1 o più soggetti affetti dalla malattia NB ⇒ Quando abbiamo un soggetto affetto da malattia autosomica recessiva, i suoi genitori (sono portatori sani) sono ETEROZIGOTI per l’allele che da la malattia recessiva. 9  Qual è il rischio avere un altro figlio affetto? Il Quadro di Punnet è valido ogni volta che si fa un nuovo figlio perché ogni fecondazione è indipendente - 1 e 4 della III° generazione hanno malattia ad ereditarietà autosomica recessiva. Sono omozigoti, i loro genitori essendo più sani devono essere eterozigoti perché devono aver trasmesso ognuno l’allele recessivo. - Nella IV° generazione i figli sono portatori sani obbligati perché lui si sposa con soggetto omozigote normale per cui lui essendo omozigote per l’allele mutante darà sicuramente allele della malattia. NB ⇒ Quando si incrociano 2 portatori sani ⇒ il rischio di generare soggetti affetti = ¼ ogni volta che questi soggetti hanno un figlio. Il matrimonio tra cugini consanguinei aumenta il rischio di trasmettere l’allele mutante e di fare soggetto affetto. ESEMPIO FIBROSI CISTICA Frequenza (affetti): 1/2.500 nati vivi Ereditarietà: AutosomicaRecessiva Difetto Genetico: Difetto del gene CFTR Localizzazione: Cromosoma 7q21 Frequenza portatori sani: 1/25 Patogenesi: Il gene CFTR codifica per un trasportatore del cloro, localizzato a livello della membrana plasmatica. Mutazioni del gene CFTR determinano un'anomala regolazione nel trasporto di elettroliti da parte delle cellule che costituiscono gli epiteli (mucosa bronchiale ed intestinale, cute, ecc.) e conseguente alterazione nella secrezione delle ghiandole esocrine. Nei pazienti affetti le ghiandole mucipare (ghiandole che producono muco) producono secrezioni dense e viscose che tendono ad occludere i bronchi e i dotti escretori del pancreas. Le ghiandole sudoripare producono inoltre una secrezione ricca di sali. 10 DOMINANZA INCOMPLETA Non previsti dalle leggi di Mendel (perché lì i fenotipi erano 2) 3 piante diverse viola, bianca, rosa qui i fenotipi sono 3, rosa è figlio di viola e bianco. DOMINANZA INCOMPLETA o fenidominanza ↓ è un fenomeno monogenico dovuto a un unico gene con 2 alleli (rosso, bianco). Omozigote per allele che dice rosso, omozigote per allele che dice bianco, eterozigote per allele che dice rosa. I due alleli non sono ne dominanti ne recessivi, ma hanno ognuno una dominanza incompleta - Fenotipo intermedio (rispetto a quello dei 2 genitori) IL POLIMORFISMO GENETICO Dal modello mendeliano, per ogni gene abbiamo 2 alleli (uno con effetto dominante e uno con effetto recessivo). La normalità per tutti i geni ⇒ per ogni gene nella popolazione esistono tanti alleli che rispetto all’allele principale possono avere lo stesso effetto fenotipico o effetti fenotipici diversi. Esempio: gene della Fibrosi Cistica (CFTR) abbiamo tante varianti genetiche di cui molte non determinano malattia, alcuni alleli invece determinano malattia. Definizione: Coesistenza di due o più alleli di uno stesso gene in una popolazione, con almeno uno tra gli alleli meno frequenti avente una frequenza pari o superiore a 1%. ETEROGENEITA’ GENETICA ETEROGENEITA’ DI LOCUS Fenotipi simili o identici causati da alleli mutanti a loci genetici diversi. Cioè la malattia in un soggetto in una famiglia è dovuto a mutazioni di un certo gene, in un altro soggetto in un'altra famiglia la malattia è dovuta di mutazioni di un altro gene ESEMPI: - Malattia di Charcot-Marie-Tooth - Distrofia muscolare dei cingoli - Retinite pigmentosa ↓ 11 La RP è una degenerazione lentamente progressiva e bilaterale della retina e dell'epitelio pigmentato retinico, causata da varie mutazioni genetiche. I sintomi iniziali comprendono emeralopia e riduzione del campo visivo periferico. Questa malattia genetica ha una frequenza di un caso su 4000. Si conoscono più di 40 geni diversi che causano la retinite pigmentosa. Questo è un elenco di alcune forme ad ereditarietà autosomica dominate. ETEROGENEITA’ ALLELICA Fenotipi simili o identici causati da alleli mutanti diversi allo stesso locus. Esempi: - Fibrosi cistica (CFTR) - Cancro della mammella familiare (BRCA1 e BRCA2) - Poliposi del colon familiare (APC) ESEMPIO: Fibrosi Cistica: un soggetto può avere la fibrosi cistica, i due alleli hanno la stessa mutazione molecolare o perché sono due alleli diffettivi pero diversi. - LA RELAZIONE GENOTIPO – FENOTIPO quando la conosciamo possiamo prevedere la gravità della malattia. Se abbiamo 2 mutazioni del tipo (I,II), sappiamo che il soggetto avrà malattia grave, se troviamo un omozigote durante la gravidanza possiamo dire che loro figlio avra la fibrosi cistica grave. Se invece dopo diagnosi prenatale ci sono soggetti eterozigoti per mutazione (III, IV, V) avremmo una malattia meno grave per soggetto che nascerà. ETEROGENICITA’ COMPOSTA Cioè gli alleli che determinano la malattia sono diversi, 1 di un tipo e uno di un altro tipo. Sono sempre 2 alleli che fanno funzionare male il gene, però nel momento in cui conosciamo le mutazioni e sono diverse a quel punto il soggetto viene definito etero composto. Per esempio la FIBROSI CISTICA 12 - Soggetto 3 della 2° generazione ha malattia recessiva (es: fibrosi cistica), dunque i suoi genitori sono portatori sani… Essendo eterozigoti i genitori, i fratelli o sorelle che soggetto affetto hanno un’altra propobabilità di essere portatori sani. La probabilità è = a 2/3 - Perché a priori guardando il quadrato di Punnet senza sapere niente di questi soggetti la possibilità di essere portatori sani è del 50% però noi sappiamo che una volta che questi nascono non sono omozigoti dell’allele recessivo, questa possibilità la possiamo togliere. - Se immaginiamo che il soggetto 4 della II° generazione sia un portatore sano per i 2/3 di possibilità ⇒ ai suoi figli può trasmettere l’allele malato oppure sano. Da genitore a figlio, la probabilità della presenza dell’allele dimezza da 2/3 a 1/3. - Quindi 3 e 4 della III generazione per avere un figlio affetto: loro hanno rispettivamente 1/3 e 1/3, quindi 1/3 x 1/3 e questo ci da la possibilità che ambedue siano portatori sani ⇒ 1/9 e poi moltiplicare per 1/4 ⇒ il rischio sarà 1 a 36. PENETRANZA Importante per i caratteri dominanti, definita quantitativamente dalla proporzione dei portatori di un gene mutante che effettivamente esprimono il fenotipo corrispondente. ⇒ per cui è un rapporto dove al numeratore mettiamo tutti i soggetti malatti per una popolazione e al denominatore i soggetti che hanno 1 genotipo per cui dovrebbero avere la malattia. Nella tabella il numero dei soggetti malatti è 9 più la signora. 13 ESPRESSIVITA’ Grado di manifestazione nel singolo individuo del fenotipo. Corrispondente ad un dato gene mutante. Un soggetto può determinare una malattia grave, un altro soggetto meno grave. SINDROME DI MARFAN Mutazione della fibrillina (FBP1, cr. 15), che forma microfilamenti cui aderisce l’elastina nel tessuto connettivo (particolarmente nella parete vasale e nel cristallino). Incidenza: 1:5.000 (la + frequente tra le malattie del “collagene”) Trasmissione: Autosomica Dominante Lussazione cristallino, dilatazione-aneurismi aorta e difetti valvolari cardiaci (prolasso mitrale). Arti e dita lunghi e sottili (dolicostenomelia, aracnodattilia). Ipermobilità articolare, scoliosi. UNA FAMIGLIA CON LA SINDROME DI MARFAN - Ogni soggetto è diviso in quadranti e ogni quadrante indica un sintomo. - Ereditarietà autosomica dominante viene trasmessa da genitori a figli per cui la mutazione è la stessa presente in tutta la famiglia. - I soggetti possono avere un fenotipo abbastanza diverso per cui il signore 2 del I°, 2 del II°, 3 della III° sono tutte deceduto in età giovanile dissecazione aortica. - La 2 della III° Generazione a 49 anni e l'unico sintomo che ha lieve sono alterazioni scheletriche, sua figlia ha alterazioni scheletriche gravi e anomalie cardiache gravi. ⇒ La MUTAZIONE è la stessa, però l'espressività cioè la gravità della malattia è completamente diversa. → ESPRESSIVITA’ VARIABILE PENETRANZA INCOMPLETA (morte per dissecazione aortica, ne muoiono tre ma altri hanno la stessa malattia ma non sono stati soggetti a morte precoce). Quando in una malattia abbiamo penetranza incompleta abbiamo anche espressività variabile. C'è un problema per la valutazione del rischio quando si parla di questi due fenomeni: il secondo della III° generazione, due sorelle. Se la seconda va dal medico e dice mia sorella è morta per dissecazione aortica, mia madre e mia nonna pure e il medico non conosce questo fenomeno di penetranza incompleta. Gli dice bene tu non hai alcun sintomo e non avrai figli con sintomi gravi. Tutto ciò è FALSO! Proprio perché si tratta di malattia a penetranza incompleta espressività variabile può avere figli anche con malattia grave. (per Mendel omozigote normale non può avere figli affetti. Ma questo concetto si allontana da Mendel). 14 TERZA LEZIONE GENETICA NB ⇒ penetranza incompleta è un concetto quantitativo che si riferisce ha un gruppo di individui e definisce la frazione di soggetti che hanno malattia sulla base del genotipo. Espressività variabile è qualcosa di qualitativo e riguarda la gravità della malattia. I CROMOSOMI Come può essere compattato il DNA all'interno del nucleo. Un patrimonio genetico umano e lungo circa quasi 1 m. ogni cellula diploide ne presenta due (padre e madre. Quasi 2 m devono essere contenuti nel nucleo → DNA deve essere ripiegato. In una cellula varie porzioni del genoma possono avere diverse competizioni. - porzioni di genoma in quella struttura aperta; - doppia elica può essere di 1° grado di compattazione (collana di perle), due giri intorno a cilindri (istoni); - collana di perle può ripiegarsi su se stessa a formare le fibre da 30 nm, i nucleosomi sono avvolti l'uno con l'altro; - viene poi ripiegata fino ad arrivare a cromosoma come lo vediamo al microscopio, esso corrisponde al massimo grado di compattazione del genoma. In un tipo cellulare quandola cellula non si divide, porzioni del genoma saranno in configurazione aperta, porzioni saranno in queste configurazioni chiuse. → quando un gene si trova in questa ↓ configurazione è silenziata, non quando un gene si trova in questa funziona anche se presente configurazione esso sta funzionando (RNA → PROTEINA) CROMATINA = Sostanza eurocromatina = parti aperte del genoma eterocromatina = parti chiuse del genoma Importanti per la regolazione dell’espressione del genoma Nella cellula umana diploide ci sono 46 cromosomi, tutti aperti o chiusi rimescolati tra loro, ma non si vedono al microscopio. Le cellule si vedono al microscopio quando la cellula si divide → suddivide il proprio patrimonio genetico in maniera identica alle cellule figlie. Per fare questo la cellula compatta al massimo il suo DNA. Il cromosoma nel grado di compattazione del DNA. → per questo vediamo i cromosomi solo durante la divisione cellulare MITOSI = divisione cellulare attraverso cui una cellula diploide determina 2 cellule diploide (uguali alla madre) METOSI = tipo di divisione cellulare attraverso cui si formano i gameti diploidi che hanno solo 1 coppia di geni. 15 MITOSI - Una cellula diploide con due omologhi (contengono gli stessi geni) 1 padre e 1 madre, quando la cellula si divide duplica il proprio patrimonio genitico. I bastoncini vengono duplicati e vengono tenuti assieme da una zona che si chiama CENTROMERO; - Duplicazione del DNA Dopo la duplicazione c’è una compattazione - Vengono allineati sull’equatore (METAFASE) qui si vedono bene al microscopio; - Ora avviene duplicazione del centromero - Per cui le due metà del cromosoma che si sono ottenute tramite duplicazione e si chiamano cromatidi a questi stadi qua, si SEPARANO, vengono attrati verso i poli cellulari e ogni cromatide diventa il cromosoma della cellula figlia; - CITOCHINESI = vera e propria divisione cellulare, da una cellula diploide si formano due cellule diploidi. MEIOSI - Per ogni MEIOSI abbiamo 2 divisioni cellulari: meiosi 1 e meiosi 2; - Serve soltanto per fare i gameti; - Cellula diploide che è il percussore dei gameti - Duplica il proprio DNA - I 2 omologhi duplicati vengono attrati verso i poli e c’è una prima divisione meiotica - Alla fine della 1° divisione meiotica ogni cellula umana ha 23 cromosomi però sono duplicati per cui come patrimonio gentico ne ha come una cellula diploide; - A questo punto il sistema riparte, avviene una 2 divisione dove avviene la separazione dei centromeri. E dunque la separazione dei 2 cromatidi; - Alla fine attraverso queste due divisioni cellulari da una cellula diploide avremmo cellule APLOIDI MEIOSI VS METOSI ⇒ 1) Per una meiosi completa servono 2 DIVISIONI CELLULARI 2) Durante la meiosi c’è un fenomeno importante che viene chiamato CROSSING OVER (i cromosomi omologhi si incrociano e i bracci si incontrano e possono scambiarsi dei pezzi). 16 ANALISI DEI CROMOSOMI = ANALISI DEL CARIOTIPO Si fa prelievo di sangue; si separano cellule (vogliamo quelli bianchi); globuli bianchi messi in coltura, in incubatori con temperatura; queste cellule non si dividono, i cromosomi delle cellule non li vediamo, per dividerli si aggiunge una sostanza (FITOEMOAGGLUTINA) che fa dividere i linfociti, li manda in mitosi; Si aggiunge una sostanza (COLCHICINA) un veleno e blocca il fuso mitotico, blocca la cellula in metafase. Possiamo vedere i cromosomi metafisici; le cellule vengono messe su un vetrino, viene colorato e si guarda al microscopio. L'immagine viene catturata. i cromosomi si possono riordinare, appaiono bandeggiati perché le bande servoo a poterli classificare bene. I cromosomi li possiamo classificare secondo 3 criteri: 1) GRANDEZZA 2) POSIZIONE DEL CENTROMERO, a seconda di dove è posizionato, il cromosoma può avere una forma diversa Il braccio corto quasi uguale al braccio lungo il centromero e spostato, braccio corto più piccolo del braccio lungo centromero molto spostato verso l'estremità e braccio corto si nota appena centromero uguale al telomero, bracci corti non ci sono 17  3) E molto difficile poterli distinguere quindi si usa il BANDEGGIAMENTO cioè delle colorazioni particolari ⇒ Questi tre criteri ci permettono di distinguere questi tre cromosomi e di classificarli per bene. SCHEMA 1 – COPIA DI CROMOSOMI UMANI CROMOSOMI → AUTOSOMI → indicati con un numero → CROMOSOMI SESSUALI → indicati con le lettere X e Y AUTOSOMI Numeri sono inversamente proporzionali alla grandezza del cromosoma, il cromosoma 1 è il più grande, il cromosoma 2 un po' più piccolo …….. tranne che a livello di 21 e 22 perché tra i primi due il più piccolo e il 21. Le bande vengono identificate con un numero che è convenzionale. Il numero tende ad essere più alto per ogni cromosoma dal centromero verso al tenomero. Genoma è grande poco più di 3 MLD, ogni banda e uguale ha qualche milione di base, per cui con queste tecniche si riescono a vedere lesioni molto grandi dei cromosomi, ma non riusciamo a vedere i singoli geni. In ogni specie il numero dei cromosomi e fisso → negli umani e sempre 46 cromosomi, il numero dei cromosomi e diverso in base alla grandezza del genoma. - se un umano a numero diverso da 46, quel soggetto ha anomalia cromosomica numerica e ha una patologia. Esistono anomalie cromosomiche numeriche (dove il numero di cromosomi è alterato) anomalie cromosomiche strutturali (in cui il numero è corretto però c'è un' alterata struttura di qualche cromosoma). 18 CROMOSOMI SESSUALI FEMMINE = 2 CROMOSOMI (XX) ♀: 46XX MASCHI = 1 CROMOSOMA X E 1 CROMOSOMA Y (XY) ♂: 46XY Infatti il sesso è determinato dai cromosomi sessuali. Le femmine possono essere OMOZIGOTI o ETEROZIGOTI a seconda degli alleli in quanto nelle x ci sono solo due copie. I maschi EMIZIGOTI perché c'è solo una coppia. PATOLOGIA CROMOSOMICA Patologie dovute ad alterazioni cromosomiche → PATOLOGIA DA ANOMALIA DI NUMERO DEI CROMOSOMI → PATOLOGIA DA ANOMALIA DI STRUTTURA DEI CROMOSOMI Si analizzano 100.000 diversi concepimenti, cerca 8000 presentano anomalie cromosomiche. circa 5 - 10% dei soggetti concepiti presentano un male cromosomiche. Di questi circa 8000, nella gran parte la gravidanza si interrompe per l'aborto spontanea a causa dell'anomalia cromosomica, circa 500 nascono vivi. → Negli aborti al 1° trimestre il 50% ha anomalie cromosomica, gran parte sono numeriche, quella strutturale sono solo una piccola frazione. → le anomalie cromosomiche al concepimento sono molto frequenti però visto che determinano alterazioni gravidanza tipo nella maggior parte dei casi si interrompe la gravidanza. ALTERAZIONI CROMOSOMICHE NUMERICHE POLIPLOIDIA e considerata (vedere cosa ce scritto), dal punto di vista biologico piante e qualche animale la tollerano bene. invece dal punto di vista medico per quanto riguarda gli umani la poliploidia è uguale ha una patologia grave. Soggetti poliploidi raramente riescono a nascere, se nascono l'attesa di vita è estremamente ridotta. POLIPLOIDIE NEGLI UOMINI TRIPLOIDIA: 1 ovocita che contatto da 2 spermatozoi, ovocita con 2 nuclei fecondato da 1 spermatozoo. 2% cerca dei concepimenti. TETRAPLOIDIA: fecondazione e normale però poi lo zigote duplica il proprio DNA, però non riesce poi a dividersi, avremo così una difettosa mitosi. 1% circa dei concepimenti. UNA TRIPLOIDIA NELL’UOMO Quando nascono hanno tante anomalie, vita per qualche settimana o mese. La femmina ha 3 cromosomi X, cronica cromosoma c'è una copia in più. 19 - Avere 1 cromosoma in meno e qualcosa di estremamente grave. - Alcune trisomie sono compatibili con la vita. LA NON – DISGIUNZIONE I 2 Cromosomi omologhi invece di andare uno in una cellula e uno in un'altra cellula non si disgiungono e vanno entrambi in uno solo. Puoi venire durante la 1° meiosi ma anche durante la 2° meiosi. Nella patologia umana circa 2/3 di non - disgiunzione avvengono durante la 1° meiosi, 1/3 durante la seconda. Cosa succede a livello dei figli? Si immagina perché avvenga durante la gametogenesi maschile. Durante la prima meiosi errore o durante la seconda errore. Gameta DISOMICO seconda un ovocita normale, gamete LISOMICO feconda un gamete normale. Esiste una relazione tra patologia numerica e età della madre, quindi tre età della madre e non - disgiunzione. Nel grafico sopra vengono analizzati concepimenti treisomici, per molti di questi la gravidanza si interrompe. l'età materna fin quando è relativamente ridotta, il concepimenti trisomici hanno una frequenza modesta. quando la mamma in vecchiaia c'è la possibilità di un aumento della frequenza delle trisomie. questa curva diventa molto pendente. 20 Nel grafico sopra vengono analizzati i soggetti nati con sindrome di Down, è il disturbo più importante data la frequenza delle anomalie cromosomiche numerica. Fin quando la donna è giovane, questi valori numerici sono relativamente modesti man mano aumentano in relazione con l'età della mamma. Intorno ai 40 anni vabbè il rischio vicino a 1/100. Non è presente per l'età del padre ma non ne sappiamo la causa. MEIOSI MASCHILE Spermatozoi = sono le cellule diploidi da cui parte la meiosi, si formano nelle prime fasi di sviluppo embrionale. Si trovano nel testicolo. Dopo di che queste cellule stanno ferme. 21 quando poi il maschio arriva la pubertà (13 - 14 anni) succede che questi spermatozoi cominciano a fare mitosi per cui si dividono e fa la meiosi. per cui si dividono, si forma lo spermatocita primario dove si ha la prima meiosi e la seconda meiosi, si formano gli spermatidi e poi per maturazione di questi si arriva agli spermatozoi. Da ogni spermatocita primario si formano quattro spermatozoi. MEIOSI FEMMINILE Durante la vita embrionale si forma l' ovaio e si formano gli ovagoni che sono cellule diploide, omologhi agli spermatogoni nel maschio. Succede che durante le prime fasi dello sviluppo embrionale gli ovogoni cominciano la meiosi. per cui quando una donna nasce a tutte le sue cellule bloccate in questa fase. Quindi la meiosi femminile inizia ma si blocca, mentre nell'uomo non inizia fatto subito. Poi alla pubertà ogni ciclo mestruale uno di questi precursori completa la meiosi. La meiosi e asimmetrica Per cui si forma il precursore dell’ovocita e il globulo polare non serve a niente. Per cui alla fine di una miosi femminile per ogni meiosi si forma un ovocita solo. Differenza fra meiosi femminile e meiosi maschile → Blocco meiotico presenta la formazione degli ovocita e non durante la formazione degli spermatozoi. L’IPOTESI DELL’OVOCITA VECCHIO - Dice che essenzialmente essendoci questo blocco a livello della meiosi, il fuso mitotico è uguale alla struttura che serve alla segretazione corretta dei cromosomi, col tempo si può rovinare oppure non funzionare bene il; - Una femmina fa più non - disgiunzione di un maschio; - una femmina anziana sì come questo blocco dura più tempo ha più non - disgiunzione con una donna più giovane. Ci spiega: 1) Perché parla non - distruzione sia più frequente nella femmina che nel maschio 2) perché ci sia un relazione con l'età di una femmina: perché più una femmina è vecchia più questo blocco e prolungato nel tempo e più è facile che venga un' alterazione del fuso mitotico. ANEUPLOIDIE COMPATIBILI CON LA VITA Sono poche, per quanto riguarda gli autosomi, le anomalie numeriche compatibili con la vita sono tutte tre trisomie, le monosomie sono incompatibili con la vita. Ecco alcuni esempi: 22  SINDROME DI DOWN Trisomisomia di 3 cromosomi 21, Può colpire sia maschi che femmine, e la più importante perché è la più frequente. Se non ci fossero le interruzioni di gravidanza volontarie in seguito alla diagnosi prenatale, la frequenza dei nati down sarebbe 1/800 - 1/900 cerca. Per cui questa sindrome non può essere considerata rara! Muoiono tra i 40 - 50 anni, se il down vive in un ambiente stimolante gli effetti di questo disturbo si riducono. TRISOMIA DEL 13 – SINDROME DI PATAU E considerata una malattia molto grave, l'attesa di vita va da qualche mese fino a qualche anno. serie di anomalie anche gravi, hanno sempre questa labiopalatoschisi. questa malattia è molto meno frequente del down, ha una frequenza pari a 1/15 mila. E’ considerata compatibile con la vita. Sono 3 cromosomi 13 TRISOMIA DEL 18 – SINDROME DI EDWARDS 3 cromosomi 18, la frequenza e 1/5000 - 1/10 mila, per cui un po più frequente del PATAU. anomalia caratteristica il disturbo nello sviluppo dei tendini mani e piedi con forme anomale, i soggetti affetti da sindrome di edwards raramente arrivano la pubertà. ANOMALIE DEI CROMOSOMI SESSUALI Ne vedremo 2: 23 SINDROME DI TURNER SINDROME DI KLINEFELTER PROBLEMA NELLA DETERMINAZIONE DEL SESSO Maschio normale: XY Femmina normale XX Il sesso è determinato da: Presenza/Assenza di Y ? oppure 24  Numero di X ? Se Klinefelter: XXY Turner: XO Allora la risposta è: Il sesso della specie umana (tutti i mammiferi) è determinata dalla presenza/assenza di cromosoma Y, però avere un numero di X corretto e molto importante per la funzione riproduttiva! Quando veniamo concepiti si dice lo sviluppo embrionale e ciò che fa diventare l' embrione maschio e la presenza del cromosoma Y che è un cromosoma piccolo che serve a far diventare quell’embrione un maschio e poi fare in modo che questo maschio abbia una funzione riproduttiva corretta. Come? Presenta un gene SRY che è posizionato nella zona del braccio corto dell' Y e dice all’embrione diventa maschio, comincia così lo sviluppo del testicolo. COME SI DETERMINA IL SESSO NEGLI UMANI? Ci sono 2 FASI, la 1° si chiama FASE GENICA dov'è tutto controllato dai geni, durante il primissimo sviluppo embrionale c'è la gonade bipotenziale cioè un gruppetto di cellule che dovranno diventare testicolo o ovaio. Se nel embrione presente il cromosoma Y e c'è SRY la gonade bipotenziale diventa TESTICOLO, se non c'è Y la gonade diventa OVAIO, per essere funzionate ci devono essere anche altri geni. Testicolo e ovaio sono anche GHIANDOLE ENDOCRINE, formula gli ormoni sessuali sia maschili (testosterone) che femminili (estrogeni). tutti i caratteri sessuali sono dovuti all' azione ormonale. La 2° fase e la FASE ORMONALE con cui si formano i caratteri secondari e cui possiamo intervenire attraverso terapia ormonale. QUARTA LEZIONE GENETICA ANOMALIE CROMOSOMICHE STRUTTURALI Alterazioni BILANCIATE o SBILANCIATE BILANCIATE → Quando c'è un' alterata struttura dei cromosomi pronuncia né perdite né fuoriuscita d’informazione genetica (perché è quella corretta come quantità) 25  → Soggetti normali di solito, ma con il rischiop di generare figli con alterazioni cromosomiche sbilanciate cioè che determiano un’alterata quantità di genoma (perdita o guadagno di genoma) SBILANCIAMENTO → soggetti che hanno patologia anche grave che dipende da quanto e grande lo sbilanciamento e da quali sono i cromosomi coinvolti LE DELEZIONI → alterazioni cromosomiche sbilanciate, ce ne sono 3: - TERMINALE: dove 1 pezzo terminale più o meno grande di un cromosoma viene perso - INTERSTIZIALE: dove si perde un pezzo all’interno del cromosoma - CROMOSOMA AD ANELLO: cromosoma che perde ambedue i terminali più o meno grandi, perde i telomeri e quindi le sequenze tendono a ricombinare, si forma questo cromosoma ad anello. La patologia dovuta a delezione è vastissima perché dipende da quale cromosoma è alterato! ESEMPIO: SINDROME DEL CRI DU CHAT Si chiama cosi perché i bambini quando nascono hanno un pianto molto acuto che riguarda il miagolio di un gatto. E dovuto a delezione termianle del braccio corto del cromosoma 5, sempre in eterozigoti (alterazioni coinvolgono sempre uno dei due omologhi). Soggetti che hanno tanti disturbi: Ritardo mentale; Epicanto; Mancato ipertelorismo; Ritardo nella crescita; Microcefalica. Frequenza: 1/20.000 – 50.000 ALTRE ALTERAZIONI CROMOSOMICHE STRUTTURALI → Duplicazione diretta o invertita, un pezzo di cromosoma viene duplicato (sbilanciato); → Inversione, pezzo di cromosoma si inverte (bilanciata); → Inserzione, pezzo di cromosoma si inserisce in un altro pezzo; → Isocromosoma, quando una cellula si divide in 2 cromatidi che fanno il cromosoma che si separa per lungo, a volte sbaglia e li separa orizzontalmente TRASLOCAZIONE RECIPROCA (fenomeno patologico) Coinvolgono qualsiasi cromosoma ed è spostamento di materiale genetico da 1 cromosoma ad un altro non omologo, ovvero diverso. Crossing over: spostamento di amteriale genetico tra due cromosomi omologhi, si tratta di un fenomeno normale. TRASLOCAZIONE ROBERTSONIANA E’ la fusione di due cromosomi acrocentrici (cromosomi 13, 14, 15, 21, 22) hanno un braccio corto molto piccolo che contiene geni ripetuti e gli stessi per tutti bracci corti dei cromosomi acrocentrci. E’ un fenomeno patologico. 26 Traslocazioni Robertsoniane → BILANCIATE → sbilanciate TRASLOCAZIONE RECIPROCA Un maschio ha una traslocazione reciproca bilanciata perché un pezzo del 3 è finito sul 21 e viceversa. Lui sta bene, quando fa la meiosi (quindi gli spermatozoi) dove c'è l'abbigliamento tra i cromosomi omologhi. Per cui nei soggetti normali i due cromosomi 3 sì appaiono Tra di loro e i due soggetti 21 lo fanno tra di loro e scambiano pezzi. L' appaiamento qui e anomalo e si forma un unica figura a quattro componenti di quei due devono andare sono cellula figlia e due sull'altra cellula figlia. Per cui la segregazione (due cellule fanno in una cellula figlia due sull'altra) possono essere di vario tipo: 27 SEGREGAZIONE ALTERNATA = In una cellula figlia fanno questi due elementi A, nell'altra gli elementi B; - Se questo avviene in un maschio se si ha una segregazione alternata avremo gameti/spermatozoi assolutamente normali dal punto di vista dei cromosomi oppure spermatozoi con alterazione bilanciata ; SEGREGAZIONE ADIACENTE 1 = Da una parte un gamete quello sotto la linea uno, dall'altra un gamete quelli sopra la linea uno, in questo caso già lo sbilanciamento; SEGRGAZIONE ADIACENTE 2 = gameti a sinistra e a destra della linea due, c'è sbilanciamento. Quindi per tutte quelle possibilità c'è uno sbilanciamento. E dunque se questo spermatozoo che contiene questi anomalie è vitale , andra a fecondare un ovocita normale e per cui ci sarà un sbilanciamento. Ad esempio nell’adiacente 2: questo spermatozoo contiene il 3 normale e pezzo di 3 ma no contiene il pezzo di 21, ma solo la parte terminale del braccio lungo. Per cui se questo gameta andra a fecondare un ovocita normale avremo un trisomia parziale del cromosoma 3 e una monosomia parziale del cromosoma 21. anomalia grave che il soggetto non nasce , così più o meno per tutte le altre possibilità. TRASLOCAZIONE ROBERTSONIANA Soggetto sempre maschio con una traslocazione Robertsoniana bilanciata, cioè ha 45 cromosomi però avendo questo cromosoma robertsoniano e come se ne avesse 46 e per cui sia per quanto riguarda il 21 che il 14 ne ha 2 coppie. Lui sta bene. Ma ha alto rischio di fare figli con traslocazioni robertsoniane sbilanciate, perche? Perché alla meiosi sia questa appaiamento anomalo (figura tre) e la segregazione di tutta questa struttura può avvenire secondo varie possibilità descritto da linea A, B, C. 28 Se segregazione alternata → i gameti: - normale e che se seconda avrà figlio normale; - Con alterazione robertsoniana bilanciata per cui se secondo un figlio starà bene ma avrà questa alterazione bilanciata. Secondo le linee B e C nel caso della segregazione adiacente: - avremo delle anomalie nel C - gamete avrà una copia di 21 il figlio sarà normale ; - Nel cromosoma 14 invece avrà trisonia del cromosoma 14, il soggetto non riesce a nascere. ALBERO GENEALOGICO che riguarda la SINDROME DI DOWN data la traslocazione robertsoniana 14,21. La signora 2 ha una traslocazione 14,21 bilanciata, ha il cariotipo t (14q, 21q) per cui 45 cromosomi m è come se ne avesse 46. Questa signora fa la meiosi, ci sono tutte queste possibilità. Genera figli normali (2,4) perché vengono fuori da un ovocita, come nella struttura normale. genera figli anche come lei (1,8) vengono fuori da gameti che hanno questa struttura cromosomica (14, 21) che è bilanciata. Genera figli Down (3,10) perché vengono fuori dal gamete che ha struttura a traslocazione sbilanciata. A gravidanze interrotte spontaneamente (6, 7) Perché probabilmente l'ovocita aveva una struttura per quanto riguarda i cromosomi 14, 21 avevamo dei sbilanciamenti B o C. - Circa il 2/3% di tutti i soggetti down sono dovuti a queste alterazioni cromosomiche Robertsoniana sbilanciata. Siccome si tratta di non – disgiunzione, la valutazione del rischio è diversa rispetto A quando abbiano sindrome di Down con 47 cromosomi. - invece quando c'è alterazione Robertsoniana bilanciata, il rischio dovuto all' alterazione strutturale è molto elevato indipendentemente dall’età. In una famiglia ci sono più soggetti down, nella terza generazione ci sono quattro soggetti da un punto - quando siano soggetti con sbilanciamenti sia per Robertsoniana che per le reciproche. Il fenomeno è così grave che succede non riescono a nascere. Coppie di coniugi hanno aborti 29 ricorrenti perché uno dei due è portatore di una traslocazione reciproca o robertsoniana bilanciata. MOSAICISMO Zigote normale cioè cellula che è stata fecondata da uno spermatozoo normale e ovocita normale per cui è diploide (vengono disegnati due cromosomi omologhi). questo zigote si divide e forma un embrione a due cellule normali. Queste due cellule si dividono per dare un embrione di quattro cellule punto Però in una divisione cellulare avviene una non - disgiunzione, però qui avviene durante la prima fase dello sviluppo embrionale → è una non - distruzione mitotica post – zigotica. per cui avremo un embrione con quattro cellule di cui due normali, una trisomica e una monosomica. La monosomica è qualcosa di molto grave quindi questa cellula di solito muore. Per cui alla fine avremo un embrione e dunque un organismo intero fatto da cellule con corredi genetici diversi perché avremo cellule normali e trisomiche, ma provengono tutte dallo stesso zigote. MOSAICO = è un animale che ha due o più popolazioni differenti di cellule geneticamente distinte che sono originate dallo stesso zigote. Una CHIMERA è un animale che ha due o più popolazioni differenti di cellule geneticamente distinte che sono originate da diversi zigoti. CHIMERISMO = un organismo che contiene cellule con corredi genetici differenti però provenienti da differrenti 30 Il mosaicismo è un problema importante in patologia umana soprattutto quando si fanno diagnosi prenatali dove identifichiamo un mosaico per individuare il fenotipo del bambino che nasce. Il chimerismo in medicina è qualcosa di artificiale un esempio sono le trasfusioni di sangue, subito dopo la trasfusione avremo una chimera: in quel soggetto leggere del sangue saranno un po proveniente da se stesso e un po' dal soggetto donatore. CROMOSOMI SESSUALI X è molto grande che contiene molti geni anche non correlati al dimorfismo sessuale, Y è un cromosoma piccolo, che serve per far diventare maschio l' embrione che lo contiene; sono completamente diversi, tranne che nelle regioni pseudo autosomiche dove cromosomi sessuali omologhi cioè si comportano come se fossero autosomi. Essendo il cromosoma X molto grande, contiene tanti geni le cui mutazioni possono dare origine a malattie genetiche anche importante. 31 Ereditarietà, malattie, i cui geni stanno su cromosomi sessuali. Y – LINKED Quando c'è qualche gene che non funziona il maschi non riesce a fare figli. Ereditarietà cosiddetta X- LINKED cioe l’ereditarietà di malattie il cui gene responsabile è localizzato sul cromosoma X. - Sul cromosoma X ci sono centinaia di geni; - tantissime malattie dovute a mutazioni dei geni che stanno sul cromosoma X. - Possono essere trasmesse alle generazioni successive attraverso le due modalità Mendeliane: ereditarietà dominante o recessiva. MALATTIA DOMINANTE = in cui il soggetto eterozigote basta un allele per avere la malattia MALATTIE RECESSIVE = è necessario avere ambedue gli alleli mutatni per avere malattia. EREDITARIETA’ X – LINKED dominante = Per cui l' allele ha un effetto dominante e basta che sia presente in uno dei due cromosomi X nella femmina guardare la malattia. Il soggetto maschio ha una certa malattia, allele dominante (A), malattia X – LINKED dominante per cui lui nel cromosoma x ha un allele che da la malattia, si sposa con un soggetto normale in cui l' allele normale e recessivo (a). Cosa succede tipicamente? Il maschio malato non darà mai la malattia ai figli maschi perché loro da il cromosoma y. Viceversa tutte le sue figlie femmine saranno tutte malate perché prenderanno X^A dal padre e x^a dalla madre. E saranno tutte eterozigoti. Se invece c'è una femmina eterozigote affetta , può avere il 50% di avere figli affetti maschi o femmine, segue le leggi di Mendel. Molto più frequenti sono le malattie ad ereditarietà X – LINKED RECESSIVA 32 Un maschio che presenta un allele recessivo su un cromosoma x (x^a), sviluppa la malattia. Sposa una donna normale omozigote per l’allele dominante (A). Quando lui fa figli maschi darà l’y per cui loro non saranno malati. Quando invece il secondo della 1°Generazione genere con la femmina una figlia femmina essa sarà sicuramente una portatrice sana perché prenderà X^A dalla madre e x^a dal padre. ⇒ Portatrice sana obbligata. Se la terza figlia e una portatrice sana di malattia X – LINKED recessiva, cosa succede se si sposa con un soggetto maschio normale? Se genera figli maschi, ogni maschio che genera avrai il 50% di possibilità di avere la malattia perché prende y del papà e dalla mamma può prendere al 50% X^A o x^a, se prende x^a avrà la malattia. Se genera una figlia femmina, ella non sarà mai malata (perché madre è sposata con soggetto sano) al massimo avrà il 50% di probabilità di essere portatrice sana come la madre. ⇒ Figli maschi malati più frequentemente delle femmine. Perché per avere una figlia femmina malata dobbiamo avere un omozigosi per l' allele, quindi deve essere x^a x^a, Il che è molto raro e per le malattie gravi impossibile perché per avere x^a x^a femmina → Devono incrociarsi ESEMPIO tipico DISTROFIA MUSCOLARE DI DUCHENNE Frequenza: 1/4000 e una malattia rara però tra le rare e quella più frequente. Colpisce i maschi è dovuta a mutazione di un gene che sta sul cromosoma x. Mutazione di questo gene = chiamato DISTROFINA è una proteina che collega il citoscheletro alla matrice extracellulare. Quando siano mutazioni la distrofina funziona male oppure non funziona. Questa mutazione è presente in tutte le cellule però quelle che ne risentono di più sono quelle che determinano movimento del tessuto. Soggetti hanno problemi al muscolo scheletrico e il muscolo cardiaco. Quando nascono stanno bene poi ai 2 – 3 anni cominciano ad avere i primi sintomi localizzati in alcuni distretti muscolari, non sono colpiti tutti contemporaneamente. I muscoli della schiena sono i primi. Entro 10 anni vanno in sedia a rotelle e muoiono tra i 20 e 30 anni perché non riescono a respirare. 33 QUINTA LEZIONE GENETICA DEFINIZIONI ED OBIETTIVI DELLA CONSULENZA GENETICA Relazione che esiste tra il personale sanitario le famiglie, cioè tutte le persone che hanno un problema di malattie genetiche in famiglia. La consulenza genetica un progetto di comunicazione riguardanti problemi associati alla presenza ho il rischio di ricorrenza di una malattia genetica in famiglia. Il processo di consulenza genetica si propone di aiutare la persona e la famiglia: 1. COMPRENDERE LE INFORMAZIONI GENETICHE, inclusa la diagnosi (pre e post – natale), il probabile decorso della malattia e gli interventi preventivi, terapeutici e assistenziali disponibili. 2. COMPRENDERE LA COMPETENZA GENETICA della malattia e del rischio di ricorrenza dei familiari. 3. COMPRENDERE LE OPZIONI POSSIBILI nell’ affrontare il rischio di malattia e le opzioni riproduttive. 4. AFFRONTARE LE SCELTE Più APPROPRIATE in rapporto al rischio e gli obiettivi dei familiari, agendo coerentemente con le decisioni prese punto 5. REALIZZARE IL MIGLIOR ADATTAMENTO POSSIBILE alla malattia. INDICAZIONI PER LA CONSULENZA GENETICA 1. Malattia ereditaria nota o sospetta in un paziente o in una famiglia; 2. Difetti congeniti; 3. Ritardo mentale; 4. età avanzata materna; 5. Storia familiare di cancro o insorgenza in età giovanile; 6. Aborti ripetuti; 7. Esposizione a teratogeni; 8. Consanguineità. METODI DI DIAGNOSI PRENATALE INVASIVI - Amniocentesi - Prelievo dei villi coriali - Cordocentesi - Diagnosi preimpianto NON INVASIVI - Ecografia - Tri-test o approcci affini - Utilizzando DNA libero del sangue materno INVASIVI = Metodi che possono danneggiare la madre ma soprattutto il feto, c'è il rischio dell interruzione di gravidanza. NON INVASIVI = non danneggiano il feto o la madre e per cui sarebbero preferibili ma la diagnosi di certezza di un disturbo genetico la possiamo avere soltanto con i metodi invasivi! Quelli non invasivi ci danno solamente dei rischi! 34 PRINCIPALI INDICAZIONI ALLA DIAGNOSI PRENATALE INVASIVA 1. Età materna avanzata 2. Una gravidanza precedente con anomalia cromosomica 3. Anomalia cromosomica nei genitori 4. Malattia monofattoriale nella storia della famiglia per cui è possibile la diagnosi molecolare o biochimica 5. Positività a test non invasivi 4 TIPI DI DIAGNOSI INVASIVA Il metodo con cui si preleva il materiale biologico e ciò che mette a rischio la gravidanza. AMNIOCENTESI: Si fa puntura transaddominale e si preleva un po' di liquido amniotico ok liquido in cui nuota il feto durante la gravidanza. Nel liquido ci sono delle cellule fetali, alcune sono vive, si preleva 10 – 15 ml di liquido, si separano le cellule, si mettono in coltura e su queste si fa il test genetico, ovvero l'analisi del cariotipo. NB: 1) Le cellule sono tutte di origine fetale ; 2) Questa tecnologia si fa intorno alla quindicesima settimana di gravidanza ; 3) Il rischio di danneggiare il feto, soprattutto quello di aborto o è circa di 1/200. - il rischio dovuto all' amniocentesi e indipendente dall'età della madre. - Il rischio di aneuploidie aumenta con l'età della mamma. - da 35 settimane di gravidanza in su l' amniocentesi e l'analisi dei cromosomi, viene offerta dal SSN perché i rischi di aneuploidia sono maggiori ai rischi di amniocentesi, prima invece era il contrario. PRELIEVO DEI VILLI CORIALI: - Può essere fatta per via transvaginale o transaddominale. - Sì prelievo un pezzettino di piacente , la parte fetale. NB: 1) L'analisi viene fatta su pezzettino di placenta e non sull'embrione ; 2) Intorno al 10 – 11 esima settimana di gravidanza per cui c'è più tempo per decidere se interrompere la gravidanza quindi è preferibile all' amnio centesi. 3) Il rischio di ricorrenza è maggiore rispetto all’amnicentesi. CORDOGENESI: La cordocentesi anche chiamata PUBS (Percutaneous Umbilical Cord Blood Sampling) è una tecnica che consiste nell’acquisizione di sangue fetale, dopo la 18° settimana di gestazione, attraverso un prelievo ecoguidato direttamente dal cordone ombelicale. Le indicazioni per la cordocentesi: - studio di parametri ematologici fetali (ad esempio valutazione dei livelli di emoglobina, nei casi in cui si sospetti anemia fetale) - determinazione rapida del cariotipo fetale (la risposta si ottiene in circa 48 ore) qualora si siano evidenziate con l’ecografia anomalie nel feto - ricerca di agenti infettivi. Il rischio di aborto relativo alla tecnica è del 2 %. 35 DIAGNOSI DI PREIMPIANTO Oggi si fatti rado ma è una tecnologia che si sta sviluppando sempre di più. - Si fa quando si conosce che la coppia ha un alto rischio di fare un figlio con anomalie genetiche, esempio due portatori sani di fibrosi cistica, ho portatrice sana di distrofia muscolare di DUCHEN. - Si prendono spermatozoi più ovociti, la donna viene fatta super ovulare. In vitro! - Incomincia a svilupparsi l' embrione, un certo stadio (8-12 cellule), si prelevano 1 2 cellule tenendo ferma la pipetta, un'altra pipetta lo succhia, si fa il test genetico → risultati Risultati: - Se malattia genetica viene esclusa, l' embrione viene impiantato; - sei la malattia genetica invece è presente, l' embrione viene scartato. NB: Questa tecnologia evita l'aborto, per certi versi è da preferire. L'unico problema e quello etico ovvero crea problemi degli imbriani in quanto vengono scartati e congelati. SESTA LEZIONE GENETICA DIAGNOSTICA PRENATALE NON INVASIVA La diagnostica prenatale non invasiva in molte situazioni non ha una sensibilità sufficiente per una diagnosi di certezza. Per questo, oggi la diagnosi prenatale non invasiva è considerata una procedura di screening con la quale precisare un “rischio” di malattia genetica nel feto Per le gravidanze ad “alto rischio”, la diagnosi di certezza viene succesivamente effettuata tramite procedure di tipo invasivo. ECOGRAFIA Le indagini ultrasoniche occupano una posizione preminente nei programmi di diagnosi prenatale, perché presentano numerosi vantaggi: → Non invasività → Innocuità → Elevato grado di risoluzione. È fondamentale per diagnosticare le malformazioni anatomiche, il periodo ottimale per evidenziarle è compreso tra la 16a e 20a settimana di gestazione. 36 SCREENING PRENATALE: MISURA DI MARKERS BIOCHIMICI NEL SIERO MATERNO La concentrazione di molti markers biochimici varia durante la gravidanza (a seconda dell’età gestazionale). Per questo motivo, la concentrazione presente in un dato soggetto viene espressa come multiplo del valore mediano (multiple of the median – MoM) di una gravidanza normale della stessa età gestazionale. In questo modo l’effetto della variazione dovuta all’età gestazionale viene rimosso. 37 IL DUOTEST (O BITEST) Il bitest si esegue su un prelievo effettuato fra l'11° e la 13° settimana di gestazione e prevede il dosaggio nel sangue di due proteine: Free-β-hCG (frazione libera della gonadotropina corionica) e PAPP-A (proteina A plasmatica associata alla gravidanza). Tali valori vengono confrontati con dei valori di riferimento, insieme ad altri parametri, come l'età materna, e rivelano il 65% dei feti affetti da sindrome di Down, con un 5% di falsi positivi. LA TRANSLUCENZA NUCALE (TN) La translucenza nucale consiste in un esame ecografico che si esegue fra l'11° e la 13° settimana di gravidanza durante il quale si effettua la misurazione dello spessore di uno spazio liquido che si trova in corrispondenza della nuca fetale. La TN di per sé consente di individuare circa il 75% dei casi di sindrome di Down con un 5% di falsi positivi.. L’ULTRASCREEN (O TEST COMBINATO) L'ultrascreen combina, tramite un apposito software, i dati derivanti del duotest e della TN, fornendo un valore di rischio più accurato in grado di identificare il 90% dei feti affetti (con 5% di falsi positivi). DIAGNOSI PRENATALE NON – INVASIVA Un approccio oggi molto studiato è quello di analizzare il DNA libero fetale presente nel siero materno. - E’ già presente alla 5° settimana di gestazione - Viene eliminato entro 30’ dal parto - E’ circa il 3-40% di tutto il DNA libero circolante Tramite tecniche di Sequenziamento di Nuova generazione (NGS) è possibile fare diagnosi di trisomie 21, 18 e 13 utilizzando il DNA libero presente nel sangue materno. 38