Genetica I - Genetica, Aneuploidia, Mutazioni - PDF

GENETICA I Giampiero Valè Mutazioni genomiche: euploidia e aneuploidia Autopoliploidia e allopoliploidia Euploidia: condizione normale Aneuploidia: condizione alterata che riguarda il numero di singoli cromosomi all’interno di un genoma Poliploidia: condizione alterata che riguarda il cambiam...

GENETICA I Giampiero Valè Mutazioni genomiche: euploidia e aneuploidia Autopoliploidia e allopoliploidia Euploidia: condizione normale Aneuploidia: condizione alterata che riguarda il numero di singoli cromosomi all’interno di un genoma Poliploidia: condizione alterata che riguarda il cambiamento del numero di corredi cromosomici  II III XX IV Poliploidia ANEUPLOIDIA  Tipi di aneuploidia Tetrasomico 2n + 2 AA BB CCCC Un individuo che possiede una copia extra di due differenti cromosomi (non omologhi) viene definito doppio trisomico e rappresentato come 2n + 1 + 1. Analogamente, un doppio monosomico ha due cromosomi non omologhi in meno (2n – 1 – 1) e un doppio tetrasomico ha due paia in più di cromosomi omologhi (2n + 2 + 2). Origini della aneuploidia Errori della segregazione alla I o alla II divisione meiotica portano a diversa eredità degli alleli  Effetti dell’aneuploidia Uno dei primi studi sull’aneuploidia aveva come soggetto i mutanti nello stramonio comune (Datura stramonium) Datura stramonium ha 12 coppie di cromosomi (2n = 24) e ciascuno dei 12 mutanti è trisomico per una diversa coppia di cromosomi. Un soggetto trisomico genera diverse classi di gameti: sia nella segregazione del trivalente che in quella del bivalente + monovalente, metà dei gameti è sbilanciata (disomica) Aneuploidia nell’uomo Studi su donne che hanno iniziato la gravidanza suggeriscono che nel 30% del totale ci sia un aborto spontaneo; di solito ciò avviene in una fase così precoce dello sviluppo che la donna non si accorge nemmeno della sua gravidanza. Anomalie cromosomiche sono presenti in almeno il 50% dei feti umani abortiti spontaneamente, il che fa pensare che una gran parte di essi sia dovuta appunto ad aneuploidia Di solito l’aneuploidia nell’uomo determina problemi di sviluppo di gravità tali da produrre un aborto spontaneo. Solo il 2% di tutti i feti con anomalie cromosomiche sopravvive fino alla nascita. L’aneuploidia più comune che si riscontra negli esseri umani è quella relativa ai cromosomi sessuali. Come per tutti i mammiferi, l’aneuploidia dei cromosomi sessuali umani è tollerata meglio di quella relativa ai cromosomi autosomici I soggetti aneuploidi autosomici umani che giungono vivi alla nascita sono meno frequenti di quelli aneuploidi per i cromosomi sessuali, probabilmente perché per gli autosomi non esistono meccanismi di compensazione del dosaggio. Nella maggior parte dei casi, gli aneuploidi autosomici vengono abortiti spontaneamente Gli errori della segregazione cromosomica sono comuni nel corso della gametogenesi e coinvolgono tutti i cromosomi umani, mentre alla nascita sono riscontrabili solo 3 trisomie autosomiche, quelle dei chrs 13, 18 e 21. I soggetti con trisomia 21 hanno sindrome di Down, che consente comunque una buona qualità di vita. Le altre due trisomie causano effetti così gravi che il portatore non supera di norma il primo anno di vita Sindrome di Down primaria: questa forma dipende solitamente da una non- disgiunzione spontanea nella formazione dell’uovo: circa il 70% delle non- disgiunzioni che provocano la sindrome di Down sono di origine materna e la maggior parte di esse si verifica nella meiosi I. Incidenza: circa 1 caso su 700 nati vivi Il 70% dei casi di sindrome di Down primaria è dovuto a 1 errore nella I divisione meiotica femminile, il 20% a 1 errore alla II divisione meiotica femminile, meno del 10% dipende da errori nella spermatogenesi e solo raramente da errata segregazione cromosomica nelle prime divisioni dello zigote Sindrome di Down familiare: mostra una tendenza a ripresentarsi nelle famiglie; compare nella prole di genitori che portano cromosomi che sono stati soggetti a una traslocazione robertsoniana, il più delle volte localizzata fra il cromosoma 21 e il 14: il braccio lungo del 21 e quello corto del 14 si scambiano di posizione. Questo scambio produce un cromosoma che comprende i bracci lunghi dei cromosomi 14 e 21 e un piccolo cromosoma composto dai bracci corti del 21 e del 14 Portatore, normale I portatori di traslocazione hanno maggiori rischi di generare figli affetti: un terzo della prole di un portatore di traslocazione dovrebbe possedere la traslocazione, un terzo dovrebbe avere la sindrome di Down familiare e un terzo dovrebbe essere normale. Nella realtà, però, meno di un terzo dei bambini nati da portatori della traslocazione ha la sindrome di Down, il che fa pensare che alcuni embrioni affetti da tale sindrome vengano abortiti spontaneamente Mosaicismo per i cromosomi sessuali produce individui ginandromorfi: questo moscerino (XX/ X0) è portatore di un cromosoma X selvatico e di un cromosoma X con alleli recessivi per gli occhi bianchi e le ali in miniatura. Il lato sinistro del moscerino ha un normale fenotipo femminile, perché le cellule sono XX e gli alleli recessivi su un cromosoma X vengono mascherati dalla presenza degli alleli selvatici sull’altro. Il lato destro del moscerino mostra un fenotipo maschile con occhi bianchi e ali in miniatura, perché le cellule hanno perduto il cromosoma selvatico X (sono X0), consentendo l’espressione degli alleli responsabili del bianco e della miniatura. Il mosaico genetico di solito si produce quando in un embrione XX si perde un cromosoma X subito dopo la fecondazione  VARIAZIONI DELLA PLOIDIA AUTOPOLIPLOIDE: TUTTI I CORREDI CROMOSOMICI DERIVANO DA UNA SINGOLA SPECIE ALLOPOLIPLOIDE: I CORREDI CROMOSOMICI DERIVANO DA 2 O PIU’ SPECIE AUTOPOLIPLOIDI COME SI ORIGINANO GLI AUTOPOLIPLOIDI (c) Un autotetraploide si può anche formare per la unione di gameti non ridotti di un diploide. (d) In alternativa i triploidi possono formarsi da un incrocio fra un autotetraploide che produce gameti 2n e un diploide che produce gameti 1n. La meiosi nei triploidi (o poliploide di ordine dispari) produce gameti sbilanciati; per questa ragione, di solito, i triploidi non generano una prole vitale Nel triploide la sterilità può essere utile perché producono frutti senza semi Nell’uomo è letale negli esseri umani ALLOPOLIPLOIDI COME SI ORIGINANO GLI A B ALLOPOLIPLOIDI L’allopoliploidia ha origine dall’ibridazione fra due specie; il poliploide risultante è perciò portatore di corredi cromosomici derivanti da due o più specie. Poiché i cromosomi ibridi non sono omologhi, nella meiosi dell’F1 non si appaieranno né segregheranno in modo corretto: questo ibrido risulta funzionalmente aploide e sterile. In rare occasioni si verifica una non-disgiunzione in una divisione mitotica, che raddoppia il numero di cromosomi e forma un allotetraploide. Questo tipo di allopoliploide, composto da due genomi diploidi combinati, spesso è chiamato 1A 1B anfidiploide. I cromosomi omologhi di un allopoliploide si definiscono omeologhi (es. 1A e 1B) Il frumento coltivato è un alloesaploide derivato da ibridazione interspecifica e raddoppiamento dei cromosomi Altri possibili processi che possono originare allopoliploidi Molte altre piante coltivate sono poliploidi La poliploidia è meno comune negli animali rispetto alle piante per parecchie ragioni. 1) Come si è visto, per gli allopoliploidi è necessario che vi sia un’ibridazione fra specie differenti, il che si verifica con minor frequenza negli animali rispetto alle piante. 2) la complessità dello sviluppo animale fa sì che la maggior parte degli ibridi interspecifici risulti non vitale. 3) Molti animali poliploidi appartengono a gruppi che si riproducono per partenogenesi (un tipo di riproduzione in cui l’animale si sviluppa da un uovo non fecondato). Esistono alcune specie animali (pesci di acqua dolce, crostacei, vermi, lucertole ed alcuni insetti) in cui la poliploidia è comune perché associata alla riproduzione partenogenetica. Un riepilogo sui tipi di mutazioni cromosomiche/genomiche Le analisi comparative dei cariotipi evidenziano variazioni strutturali dei cromosomi. Verificare la eventuale conservazione della organizzazione lineare di diversi geni in diverse linee evolutive: questa informazione viene definita sintenia  Analisi comparative dei cariotipi umano e dei primati U S G OM Chr 2