Genetica Medica PDF

GENETICA MEDICA TIPOLOGIE DI GENETICA farmacogenetica: La farmacogenetica è una branca emergente della farmacologia che si occupa dei fattori genetici ereditari che creano differenze tra le persone nell'azione dei farmaci genetica quantitativa: La genetica quantitativa è lo studio dei caratteri qua...

GENETICA MEDICA TIPOLOGIE DI GENETICA farmacogenetica: La farmacogenetica è una branca emergente della farmacologia che si occupa dei fattori genetici ereditari che creano differenze tra le persone nell'azione dei farmaci genetica quantitativa: La genetica quantitativa è lo studio dei caratteri quantitativi, cioè quei caratteri di una popolazione che possono essere indagati mediante parametri numerici nutrigenetica: La nutrigenetica è una scienza applicata che studia le modalità con cui la genetica di un individuo risponde all'introito di alimenti e la suscettibilità a patologie correlate con la dieta. genetica dello sviluppo: La genetica dello sviluppo è lo studio dei geni connessi con questo processo e del loro meccanismo d'azione. Nelle primissime fasi dello sviluppo il ruolo dei geni è predominante e la loro azione rappresenta una conditio sine qua non per il procedere degli avvenimenti. epigenetica:L'epigenetica è una branca della genetica che si occupa dei cambiamenti fenotipici ereditabili da una cellula o un organismo, in cui non si osserva una variazione del genotipo genetica forense: La genetica forense è per definizione la scienza che impiega le nozioni di biologia molecolare per tracciare l’identikit (e l’identità) dei responsabili di reati. ingegneria genetica: L'ingegneria genetica è l'insieme di tecnologie che permettono la manipolazione in vitro di molecole di DNA, provocando cambiamenti predeterminati nel genotipo di un organismo. Queste tecniche consentono di isolare, identificare e clonare geni, nonché di inserire nuovi geni nei genomi o eliminarli, creando organismi transgenici GENE: in biologia, unità funzionale del genoma localizzata in una zona specifica di un cromosoma (locus) responsabile della trasmissione dei caratteri ereditari è costituito da una sequenza di DNA che codifica una specifica proteina.Negli organismi di diploidi è presente in due forme alternative chiamate alleli, che determinano quale carattere si manifesta nell'individuo. - Gene dominante: il cui caratteri si manifesta quando è presente sia allo stato molto di voti sia allo Stato eterozigote. - Gene recessivo: il cui garante si manifesta solo nella condizione di omozigosi, in quanto la frazione allo stato di eterozigoti e mascherata da un allele dominante. Struttura del genoma eucariotico il genoma è organizzato in strutture a ordine via via superiore, il primo livello è quello della molecola di double-strand DNA che di base ha una lunghezza di 2 metri che di per sé non potrebbe esistere è quindi importante la sua organizzazione a livelli superiori, il genoa non è una struttura statica ma dinamica in cui possiamo individuare due conformazioni: - configurazione dispersa interfasica - configurazione compatta metafasica (mitotica): dove si può osservare la formazione dei cromosomi che di per sé sono le strutture dal punto di vista genomico più compattate, che si possono osservare durante la divisione cellulare dove i cromosomi hanno dei livelli di condensazione diversi e più condensati livello della prometafase e diminuisce a livello della metafase la struttura di double-strain DNA è solo la prima a livello gerarchico e dopo si osserva la struttura a filo di perle (chiamata anche fibra undici nanometri) seguita poi dalla struttura della fibra a 30 nanometri; tutte queste strutture sono chiamate a loop e si possono compattare ulteriormente a formare le strutture a massimo livello di condensazione che sono i cromosomi. organizzazione del DNA è possibile a partire dalla molecola di double-strain DNA, che contiene tutta l’informazione dei genomi diploidi ad eccezione delle cellule germinali, che si va ad organizzare nella struttura a filo di perle tramite la realizzazione dei nucleosomi (ottamero istonico) che a loro volta sono caratterizzati dalle proteine istoniche H2A, H2B, H3 e H4 che nel loro insieme formano il cuore istonico attorno al quale il DNA si avvolge due volte; i nucleosomi sono collegati dalla proteina istone-link (istone H1). dopo la prima struttura c’è quella della fibra a 30 nanometri che si può realizzare grazie all’organizzazione della struttura solenoide di sei nucleosomi alla volta, questa struttura può essere a sua volta sostenuta grazie all'interazione dei nucleosomi e a loro volta i organizzano in loop che sono mantenuti grazie alle proteine della matrice non istonica.Alla fine si arriverà alla formazione più condensata, che sono i cromosomi, che si possono iniziare a vedere durante la metafase delle mitosi. CROMATINA si può comporre dal punto di vista morfologico in due grandi porzioni: - eucromatina: al microscopio ottico si nota che è una struttura meno elettrondensa della eterocromatica, è una porzione attiva dal punto di vista trascrizionale che permette l'espressione genica, è la zona che appare chiara al bandeggio GTG. si tratta di una zona che contiene geni in attiva replicazione - eterocromatina: due grandi porzioni una facoltativa (si trova nel cromosoma X sessuale inattivato) e una costitutiva che si trova nelle regioni cromosomiche lasciate inattive (centromeri o telomeri); sono regioni silenziate che replicano tardivamente nella fase S di sintesi del DNA nella mitosi. L’eterocromatina costitutiva a sua volta presenta altre due porzioni, una che si trova nei centromeri (porzione distale del cromosoma Y) nelle regioni che non vengono trascritte anche se dovesse essere presente una mutazione, alterazioni a loro carico non saranno associate allo sviluppo delle malattie. l’eterocromatina costitutiva è rappresentata anche da zone che sono differenzialmente presenti a livello dei cromosomi 1, 9, 16 e Y, dove è possibile osservare una diversa ridistribuzione anche nella regione delle cromatidiche. l’eterocromatina facoltativa si può riscontrare a livello interfasico, nel cromosoma X sessuale, dove c’è il corpo di Barr. paradosso del valore C la complessità genetica/morfologica di un organismo non è correlabile alle dimensioni del suo genoma, questo è definito dal paradosso del valore C. I genomi degli eucarioti hanno una densità genica molto ridotta, in media, i geni codificanti per proteine occupano solo il 2-4% dell'intero genoma. anche il numero di cromosomi non correla con le proteine corrispondenti che vengono correlate, ad esempio nell’uomo a 46 cromosomi corrispondono 21000 proteine dei geni codificanti (ad oggi più 25000) nel cane, che ha più cromosomi, le proteine dei geni codificanti sono 19300 modelli che spiegano la trasmissione delle malattie ereditarietà mendeliana o classica: rappresenta oslo l minore % di tutte le forme di ereditarietà ereditarietà multifattoriale: rappresenta la modalità di trasmissione più prevalente, dipende da più geni (poligeniche) al quale si associa un effetto prevalente anche dell’ambiente ereditarietà con effetto parentale: la trasmissione di un gene dello sviluppo di una malattia dipende dal gene del genitore che trasmette l’interazione ereditarietà con effetto imprinting: geni che vengono ereditati soltanto dalla madre e altri dal padre, la presenza o meno dell’alterazione dipende da quale genitore proviene ereditarietà mitocondriale: osservare casi più anomali, presenza della malattia nella madre, infatti i mitocondri nel corso della fecondazione vengono ereditati soltanto per via materna EREDITARIETA’ MONOGENICA - Mendel le leggi di mendel sono state formulate in assenza del concetto di gene. Mendel osservava gli incroci nelle piante di piselli per poi fare delle semplici osservazioni basate sui risultati dei suoi esperimenti. Da questo ha potuto affermare la presenza dei caratteri senza mai parlare però di geni. - prima legge: formulata incrociando due piante appartenenti a due linee pure diverse: semi lisci e gialli; semi verdi e rugosi. in questa prima generazione osserva solo la manifestazione di uno dei due fenotipi e lo chiama quindi carattere dominante - seconda legge: la seconda generazione, ottenuta incrociando la progenia della prima generazione, manifesta per il 25% il fenotipo che nella prima generazione non si era manifestata. Mendel ipotizza quindi che gli alleli corrispondenti a diversi carattere si erano come separati - terza legge: mendel incrocia due piante con due diverse linee che differiscono per due caratteri, osserva che tutti i caratteri venivano rappresentati nella generazione e nota come un rimescolamento di queste forme alleliche che non dipendeva dalla presenza dell’altro carattere mendel permise di definire: carattere: in genetica, qualsiasi caratteristica biologica di un organismo che dipende dall’informazione genetica in quanto contenuta in uno o più geni dello stesso organismo e che può quindi essere ereditata dalla sua progenie in modo prevedibile fenotipo: In biologia, l'insieme delle caratteristiche morfologiche e funzionali di un organismo quali risultano dall'espressione del tuo genotipo e dalle influenze ambientali. Prima legge di Mendel - legge della dominanza La prima delle leggi di mendel, detta legge della dominanza, dice che dall’incrocio tra due individui che differiscono per una sola coppia di caratteri si ottengono tutti individui che mostrano il carattere dominante. Seconda legge di Mendel - legge della Segregazione Quando un individuo produce gameti, le due copie di un gene, cioè gli alleli, si separano, cosicché ciascun gamete riceve soltanto una copia. Terza legge di Mendel - legge dell’assortimento indipendente Incrociando individui che differiscono tra loro per due o più caratteri, ogni coppia di alleli per ciascun carattere viene ereditata in maniera del tutto indipendente dall'altra. Dominanza incompleta esistono delle eccezioni alle leggi di mendel, ne è un esempio l’incrocio tra i fiori di bella di notte rossi e bianchi, si osserva che non esiste una prevalenza di fenotipi, non ci sono geni dominanti o recessivi ma si ha come una fusione delle due forme alleliche. Questo fenomeno è la dominanza incompleta per cui, dati due alleli di un gene non si osserva la predominanza di nessuno sull'altro. Il fenotipo di un individuo eterozigote non sarà dominante, ma sarà un intermedio fra i due fenotipi parentali. GENETICA DEI GRUPPI SANGUIGNI codominanza La codominanza è un particolare fenomeno genetico che si riscontra quando due o più alleli ad uno stesso locus genico, si manifestano entrambi in modo completo a livello fenotipico negli individui eterozigoti. la presenza della codominanza permette di spiegare perchè in due diverse forme alleliche (o tre nel caso dei gruppi sanguigni) alcune di esse non predominano ma compaiono allo stesso tempo, dati due diversi antigeni di superficie che permettono di determinare l’appartenenza al gruppo sanguigno A e di tipo B, se presenti entrambi dal punto di vista genotipico permettono la loro espressione fenotipica - allelia multipla: si manifesta quando si presentano antigeni di superficie che codificano per A, B, 0 FENOTIPO GENOTIPO 0 ii A IAIA o IAi B IBIB o IBi AB IAIB il gruppo sanguigno 0 è recessivo e quindi per presentarsi entrambe le forme alleliche devono essere di tipo 0. IA e IB formano la codominanza e sono dominanti su i (allele recessivo) gruppi sanguigni AB0 nell’uomo, esempio di alleli multipli e codominanza gene sul cromosoma 9 per antigeni di superficie del globulo rosso, 3 alleli - IA (antigene A), anticorpo anti-B - IB (antigene B), anticorpi anti-A - i (nessun antigene), anticorpi anti-A e anti-B è importante conoscere le reazioni antigene-anticorpo per le trasfusioni di sangue Trasmissione ereditaria del gruppo sanguigno, quadrato di Punnet Il gruppo sanguigno del sistema AB0 si trasmette con un carattere mendeliano. Nel genoma di ogni individuo ci sono due alleli e ogni allele ha ½ di probabilità di venire trasmesso alla prole, ogni incrocio ha ¼ di probabilità di avvenire. - incrocio tra due individui, A eterozigote, B eterozigote. - incrocio tra due individui, A eterozigote e AB - Incrocio tra due individui, entrambi AB. ESERCITAZIONE 1) la famiglia 1 (madre gruppo AB e padre di gruppo 0) a cui l’ospedale è stato attribuito il bambino Giuseppe di gruppo A, sostiene che ci sia stato uno scambio con il bambino Andrea di gruppo 0 (madre gruppo A e padre 0). la famiglia 2 nega, chi ha ragione? - ha ragione la famiglia 2 perchè nel quadrato di Punnet della famiglia 1 non può essere mai presente il fenotipo 00 in quanto la madre è gruppo AB ed essendo 0 recessivo prevalgono sempre il gruppo A o il gruppo B 2) nell’incrocio Di una donna gruppo sanguigno AB con un uomo di gruppo sanguigno 0, qual è la probabilità di avere: - due figli con gruppo: 0 → 0 x 0 = 0 - un figlio B e uno 0: ¼ x 0 = 0 - il primo maschio gruppo AB e il secondo femmina di gruppo B: ½ * ¼ x ½ * ¼ = 1/64 - entrambi i figli di gruppo AB: ¼ x ¼ = 1/16 3) l’uomo di gruppo A e suo padre era di gruppo 0, informazione importantissima perchè si capisce che l’uomo, figlio di un uomo di gruppo 0, avrà sicuramente genotipo A0. determina incrocio AB X A0, in un quadrato di Punnet - 50% figli gruppo A (25% A e 25% B) - 25% figli di gruppo AB - 25% figli di gruppo B (genotipo B0) fattore Rh I gruppi sanguigni vengono classificati in base alla presenza o all'assenza Rhesus, chiamato fattore Rh: si parlerà quindi di gruppi sanguigni positivi (+) o negativi (-). Considerando il sistema AB0 e fattore RH si possono ottenere gruppi sanguigni: 0+, 0-, A+, A-, B+, B-, AB+, AB-. dominanza: fattore Rh antigene di superficie del globulo rosso - Rh+ (85%): DD Dd - Rh- (15%): dd codominanza: gruppo sanguigno MN nell’uomo - M → MM - MN → MN - N → NN ESERCIZIO quali dei seguenti individui escluderesti come possibile padre di un individuo il cui fenotipo è 0, Rh+, MN; mentre il fenotipo della madre è 0, Rh-, MN e i fenotipi dei possibili padri sono: a. AB, Rh+, M → si esclude il padre non può essere AB b. A, Rh+, MN c. B, Rh-, MN d. 0, Rh-, N incompatibilità materno-fetale per il gruppo sanguigno Rh Nel corso del primo parto eritrociti del bambino possono entrare nella circolazione materna e sensibilizzare la madre a produrre anticorpi anti-Rh. Ormai il bambino è nato, ma nelle gravidanze successive potranno verificarsi problemi sul feto legati alla presenza di questi anticorpi materni. Allo scopo di evitare la sensibilizzazione, subito dopo il parto si iniettano nella madre anticorpi anti-Rh che distruggono le cellule del neonato. ALBERI GENEALOGICI per capire la genetica di Mendel e tutte le altre è necessario conoscere gli alberi genealogici e i simboli;più vecchi innanzitutto le generazioni sono indicate dall’alto verso il basso (dal più vecchio al più giovane): - cerchi sono le donne e i quadrati gli uomini - linee che uniscono due simboli: matrimoni, - rombi: sessi non determinati - cerchi piccoli scuri: aborti - una barra sopra un simbolo:morte - simboli scuri: patologie mentre quadrati vuoti: soggetti sani - freccia: probando, metodo per identificare il primo individuo esaminato in cui si riscontra un determinato carattere, Il probando viene utilizzato per costruire un albero genealogico per stabilire l’ereditarietà e la trasmissibilità - due linee oblique: gemelli - due linee oblique con simboli uniti: gemelli omozigoti - simboli colorati a metà: portatori di malattie autosomiche recessive - cerchio scuro in chiaro: donna portatrice di malattia legata al cromosoma X recessiva che non manifesta a quanto accadrebbe in un uomo - doppia barra: matrimonio tra consanguinei MITOSI La mitosi è un tipo di divisione cellulare che viene sfruttata da alcuni organismi eucarioti unicellulari per riprodursi asessualmente; negli eucarioti pluricellulari la mitosi serve per la crescita e lo sviluppo (produzione di più cellule) e per il rinnovamento dei tessuti. Dopo la mitosi, le cellule prodotte hanno le stesse caratteristiche della cellula madre e sono geneticamente identiche. tutte le nostre cellule si dividono per mitosi ad eccezione delle cellule germinali - profase: primo addensamento della cromatina per formare i cromosomi che successivamente iniziano a allontanarsi tra di loro - prometafase: formazione del fuso mitotico e primo attracco dei cromosomi alle fibre del fuso, distribuzione dei due poli che permettono di formare il fuso mitotico alle due estremità della cellula - metafase: allineamento dei cromosomi in posizione equatoriale rispetto alla piastra metafasica - anafase: disgiunzione dei cromatidi fratelli che vengono tirati verso i due poli delle future due cellule figlie - telofase e citocinesi: riformazione delle membrane nucleari e del citoplasma, si ottengono quindi le due cellule figlie MEIOSI la meiosi è un processo che avviene dopo la duplicazione del DNA e permette di avere due successive divisioni cellulari (meiosi I e meiosi II) per ottenere un numero di cromosomico aploide, che successivamente diventerà diploide in seguito alla fertilizzazione e alla formazione dello zigote con l’union dell'ovocita con spermatozoo prima divisione (riduzionale) profase I: - leptotene: cromatidi fratelli non ancora distinguibili - zigotene: appaiamento degli omologhi: formazione dei bivalenti. - pachitene: Formazione dei chiasmi (crossing-over) - diplotene: Iniziano allontanamento dai cromosomi omologhi, che restano uniti solo nei chiasmi. - diacinesi: A causa dell'allontanamento dei centromeri, i chiasmi e migrazione dell'estremità dei cromatidi. metafase I, anafase I e telofase I seconda divisione (equazionale) simile alla mitosi: metafase II, anafase II, telofase II Fonti della variazione genetica nella meiosi le conseguenze della meiosi 1. La meiosi comprende due divisioni, così ogni cellula originale produce quattro cellule figlie. 2. il numero dei cromosomi si dimezza, perciò le cellule prodotte per meiosi sono aploidi 3. Queste cellule sono geneticamente diverse una dall'altra e dalla cellula parentale. Le differenze genetiche fra le cellule sono il risultato di due processi esclusivi della meiosi: il crossing-over è la separazione casuale dei cromosomi omologhi (assortimento indipendente) Aumentando il numero di coppie di cromosomi, cresce rapidamente il numero delle combinazioni possibili. nell'uomo, che ha un corredo di 23 coppie di cromosomi è possibile osservare il numero di combinazioni cromosomiche possibili e di tipi di gameti che possono essere prodotti a partire da una specifica cellula. - 2N = 223 → 8,4 milioni di combinazioni possibili permette di capire quindi come il crossing-over unito all’assortimento indipendente permette di avere un altissimo livello variabilità genetica GAMETOGENESI le cellule germinali primordiali si differenziano già verso sesta settimana di vita dove si può osservare lo sviluppo della gonade che può essere testicolo o ovaio; la gametogenesi è quindi un processo che inizia in questo periodo inizia la moltiplicazione per mitosi delle cellule germinali primordiali, seguita da un processo di maturazione che culmina con la meiosi e che porta alla formazione dei gameti. Ovogenesi inizia da una prima fase moltiplicativa a livello degli ovoni che si moltiplicano per mitosi fino ad arrivare alla formazione dell’ovocita primario; l'ovocita primario che di suo è una cellula diploide dovrà successivamente incontro a meiosi I poi meiosi II per dare prima l’ovocita secondario e poi l’ovocita maturo (o cellula uovo definitiva). in questo caso il processo che permette di passare dall’ovocita primario al secondario e poi all’ovocita maturo si realizza attraverso il processo di espulsione dei globuli polari che contengono il materiale genetico in sovrannumero che in questo caso non è richiesto. l’ovogenesi è un processo che permette di diminuire drasticamente il numero di cellule germinali nelle varie fasi della vita Al 5^ mese di gravidanza si arriva al numero massimo di cellule germinali circa 6 milioni, solo 1 milione arriverà alla nascita, si tratta di ovociti fermi alla profase I che successivamente arriveranno ad essere solo 200.000 nel corso della pubertà, la maggior parte andranno incontro a degradazione, nel periodo fertile ne rimangono dai 400 ai 500 e infine durante la menopausa si ha la completa atresia dei follicoli che non sono maturati. Regolazione ormonale: Nella donna l’ovogenesi è periodica con ovulazione ciclica, per ovulazione si intende la fuoriuscita dell'ovocita dal follicolo con passaggio dalla tuba di Falloppio. Il ciclo di 28 giorni viene suddiviso in due fasi da 14 giorni l'una: fase follicolare e fase luteinica. Il primo giorno del ciclo corrisponde al primo ciclo di sanguinamento, esso corrisponde all'eliminazione della mucosa uterina Ipertrofica formatasi per accogliere un eventuale embrione. nel corso della fase follicolare si può osservare un aumento della concentrazione dell’ormone follicolo-stimolante che permette di stimolare la produzione degli estrogeni che a loro volta stimolano l’ispessimento dell’endometrio fino ad arrivare al picco percepito dall'ipotalamo che stimola l’ipofisi a stimolare l’ormone luteinizzante che regola l’espulsione dell’ovocita maturo attraverso la fase ovulatorie, successivamente si vede la formazione di un corpuscolo giallognolo (fase luteinica), infine il progesterone stimola l’endometrio a ispessirsi per accogliere l’eventuale cellula uovo fecondata (fase progestinica). in caso di mancata fecondazione il corpo luteo regredisce determinando lo sfaldamento dell’endometrio ormoni coinvolti - FSH: stimola lo sviluppo follicolare, Induce la produzione di estrogeni nelle cellule della granulosa e determina la sintesi di recettori per l’LH nelle cellule della teca. - Estrogeni: Aumentano i recettori per l’FSH nelle cellule della granulosa a livelli critici attraverso un feedback positivo, aumentando il rilascio di gonadotropine dall'ipofisi, generando un picco. - inibina: Prodotta nel follicolo e dalle cellule del sertoli e inibisce selettivamente la secrezione di FSH - attivina: È prodotta dal follicolo e dalle cellule del sertoli e stimola la produzione di FSH, spermatogenesi, maturazione dell’ovocita e sviluppo del SN embrionale  - LH: il picco di LH si associa all’ovulazione ed alla formazione del corpo luteo - progesterone: viene prodotto del corpo luteo dopo l’ovulazione spermatogenesi presenta delle tappe in comune: fase mitotica (si osservano divisioni cellulari che riguardano gli spermatogoni che successivamente originano gli spermatociti primari) e meiotica (gli spermatociti primari formano speramatociti secondari e spermatidi); una tappa aggiuntiva riguarda la spermoistogenesi che permette il differenziamento degli spermatozoi - fase mitotica Gli spermatogoni di tipo B continuano a differenziarsi andando incontro alla mitosi, però le cellule figlie che si vengono a formare non si separano fisicamente, ma rimangono legate da un ponte citoplasmatico.Questo ponte sarà presente fino all'ultima fase della spermatogenesi. Fermato agoni, cominciano anche ad accrescersi in un processo definito auxocitosi mitosi che porta alla formazione degli spermatociti I. - fase meiotica Gli spermatociti vanno incontro alla meiosi I, in questa fase le cellule figlie sono aploidi ma i cromosomi possiedono ancora entrambi i cromatidi fratelli. Il prodotto di questa fase sono gli spermatociti II, i quali subiscono la meiosi II, che porta alla formazione degli spermatidi, cellule aploidi con cromosomi monocromatidici. - spermiogenesi La fase di spermioistogenesi (o spermiogenesi) porta gli spermatidi a maturare in spermatozoi. A sua volta si divide idealmente in tre fasi: formazione dell’acrosoma, condensazione del nucleo e formazione del flagello. Di fatto è in questa fase che sia il cambiamento più significativo della maturazione delle cellule germinali maschili: da cellule tonde immobili (spermatidi) passano cellule costituite da testa, collo e coda dotate di motilità. spermatozoo: L’acrosoma avvolge la parte apicale del nucleo e può essere paragonata ad un grosso lisosoma, contenente quindi enzimi litici. La cromosoma serve nella fase di penetrazione dello spermatozoo all'interno della cellula uovo. il nucleo risulta condensato in una forma ovale più che la classica sfera, questo perché il DNA si condensa con altre proteine diverse dagli istoni; la forma allungata ha lo scopo di rendere la testa dello spermatozoo più idrodinamica. Al di sotto del nucleo si trova il flagello che è costituito da una prima parte più rigida, detta collo, che funge da motore per il movimento e da una più flessibile, detta coda. regolazione ormonale La produzione di gonadotropine da parte dell'ipofisi è indotta da un fattore di rilascio sintetizzato dall'ipotalamo, questa stimolazione induce la produzione e rilascio dell'ormone luteinizzante (LH) e dell'ormone follicolo stimolante (FSH), questo vale sia per i maschi che per le femmine. - LH: raggiunge le cellule di leydig, dove induce la sintesi di testosterone (caratteri sessuale secondario maschili) - FSH: invece espleta la sua funzione in un ciclo a feedback negativo, agisce sulle cellule del sertoli che, tra i vari fattori di crescita che producono, sintetizzano anche l'inibina che inibisce la produzione di FSH da parte dell’ipofisi. EMBRIOGENESI in seguito alla fecondazione nelle prime tappe che seguono la formazione dello zigote si ha una prima duplicazione del DNA dove non segue la spartizione del citoplasma e l’allargamento delle dimensioni delle prime cellule, nella fase della morula 2, 4, 8, 16 cellule si chiamano blastomeri , cellule che sono totipotenti e se separate possono originare degli individui identici (gemelli monozigoti). dopo la morula c’è la fase della blastocisti con la formazione di una vescichetta con un nodo embrionale, le cellule sono pluripotenti; successivamente le cellule superficiali formano il trofoblasto (annessi embrionali). CARIOTIPO cenni storici nel 1882 il primo che identificò la presenza dei cromosomi osservando i movimenti delle cellule nel corso della divisione cellulare fu Fleming; nel 1956 Tijo e Levan identificano il numero cromosomico dell’uomo e chiariscono che la femmina ha 45 cromosomi e uno XX, il maschio 45 e uno XY. nel 1958 Lejeune scopre l’anomalia genetica (trisomia 21) che causa la sindrome di Down citogenetica la citogenetica è la scienza che studia i cromosomi e il loro comportamento durante la mitosi e la meiosi, la loro origine e la loro relazione con la trasmissione e ricombinazione dei geni. in particolare la citogenetica medica si occupa dell’identificazione di anomalie cromosomiche e la loro relazione eziologica e patogenica con il fenotipo. come conseguenza si occupa della prognosi del soggetto portatore e dei rischi di ricorrenza nella prole cromosomi i cromosomi sono i “pacchetti” di DNA, ogni cromosoma è composto da una singola molecola di DNA double-strand compattata da una serie di proteine diverse (istoni proteine non-istoniche). la cromatina è il nome generico del complesso DNA + proteine; la sua struttura fondamentale è a “collana di perle”, dove le “perle” sono i nucleosomi (secondo livello). - autosomi: tutti i cromosomi tranne quelli sessuali - eterocromosomi: cromosomi sessuali (XX, XY) i cromosomi vengono uniti in coppie e sono chiamati cromosomi omologhi e tra di loro presentano gli stessi eni ma non identici, ciò che è identico sono i due cromatidi a livello di ciascun cromosoma omologo, possiamo ricostruire il loro cariotipo e quindi identificarli e capire come si appaiano grazie al bandeggio cromosomico cariotipo Ogni individuo sano possiede 46 cromosomi nei quali è contenuto il patrimonio genetico. Tutte le cellule che compongono l'organismo contengono 46 cromosomi, tutte ad eccezione dei gameti che per mezzo di una divisione cellulare particolare detta meiosi, arrivano ad averne esattamente la metà, 23 cromosomi. Nell'uomo, così come quasi tutte le cellule eucariotiche, i cromosomi sono a coppie. - cellule diploidi: 2n - cellule aploidi: ovociti e spermatozoi hanno solo una coppia di ciascun cromosoma (n) Si definisce cariotipo il particolare complemento cromosomico di un soggetto di un gruppo di soggetti correlati tra loro (specie). Per cariotipo azioni o analisi cromosomica si intende l'identificazione di ciascun cromosoma presente nel cariotipo (usando metodi diversi); ne consegue una descrizione riassunta in una formula definita a livello internazionale (ISCN, international Sistema for human cytogenomic nomenclature) dalle osservazioni fatte, sia che si tratti di cromosomi normali che anormali. - metodologie per l’analisi cromosomica affinché possa essere analizzato è necessario che i cariotipo sia ricostruito e viene fatto in seguito al bandeggio o alla colorazione dei cromosomi fissati allo stadio di metafase. tutti i cromosomi vengono riportati dal più grande al più piccolo ad eccezione del 22 che è più grande del 21 ma per convenzione viene indicato dopo idiogramma: permette di capire le differenze di bandeggio e si identificano le coppie in base alla distribuzione delle bande ogni cromosoma contiene degli elementi strutturali per cui in corrispondenza di ogni cromosoma omologo si potranno definire due cariotipi: costrizione primaria o centromero che li tiene uniti, braccetti lunghi chiamati queque e quelli corti petit, a livello di ogni centromero ci sono due apparati proteici: cinetocori che permettono l’attracco ai microtubuli delle fibre del fuso mitotico - centromero È essenziale per una corretta segregazione dei cromosomi durante la divisione cellulare, perché mantiene uniti cromatidi fratelli e perché è un punto d'attacco al fuso mitotico. - telomero Essenziale per il mantenimento dell'integrità del cromosoma, Favorisce il legame con le proteine che costituiscono la capsula protettiva; la loro perdita determina instabilità dell'estremità, con la tendenza di associarsi con altre serenità rotte di altri cromosomi, ad essere coinvolti in eventi di ricombinazione o ad essere degradati. Assicura la completa replicazione del DNA. Contiene sequenze ripetute TTAGGG riconosciute dalla telomerasi Contrastando l'accorciamento progressivo dei cromosomi dovuto al susseguirsi dei cicli normali di replicazione del DNA. Nato nello stabilire un'architettura tridimensionale nel nucleo. punto di vista morfologico dal punto di vista morfologico i cromosomi possono essere divisi in 4 categorie in base alla distribuzione del centromero rispetto al resto del cromosoma - metacentrici: il centromero è centrale (1, 2, 3, 16, 17, 18, 19) - submetacentrici: se il centromero non è centrale e non è vicino ad un’estremità (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 20, X, Y) - acrocentrici: se il centromero è vicino ad un’estremità (13, 14, 15, 21, 22) - telocentrici: se il centromero è terminale (non osservati nel cariotipo umano) I cromosomi umani sono oggi indagati di routine con tecniche di colorazione differenziale che mettono in evidenza, lungo l'asse verticale della struttura cromosomica, l'alternarsi di zone colorate e zone non colorate (bande scure e bande chiare) Tecniche di bandeggio universalmente adottate: - Bande GTG: bande G ottenute dopo un trattamento con tripsina e colorate con giemsa (visione in luce normale) - Bande QFQ: bande Q ottenute dopo colorazione con mostarda di Quinacrina e osservate in Fluorescenza bande scure GTG (brillanti QFQ) positive alla colorazione - coloranti che si legano preferenzialmente a regioni ricche di AT (Giemsa e quinacrina) - si condensano precocemente ma replicano tardi - contengono pochi geni - ricche in LINE, povere in Alu bande chiare GTG (scure QFQ) negative alla colorazione - ricche di GC - si condensano tardi ma replicano precocemente - ricche di geni - povere in LINE, ricche in Alu TECNICA PROCEDURA BANDING PATTERN Bandeggio G proleolisi limitata dalla colorazione le bande scure ricche in AT Giemsa le bande chiare ricche in GC Bandeggio R denaturazione al calore seguita le bande scure ricche in GC dalla colorazione con Giemsa le bande chiare ricche in AT Bandeggio Q digestione enzimatica e le bande scure ricche in AT colorazione con un colorante le bande chiare ricche in GC fluorescente (quindi con Quinacrina) Bandeggio C denaturazione con idrossido di le bande scure sono ricche in bario e poi colorazione con eterocromatina costitutiva Giemsa POLIMORFISMI CROMOSOMICI I poliformismi cromosomici sono variazioni clinicamente benigne che interessano prevalentemente la trascrizione silente, si suddividono in: - variazioni dei cromosomi acrocentrici  - variazioni dell'eterocromatina pericentromerica - variazioni di lunghezza del braccio lungo del cromosoma Y - siti fragili - polimorfismi eucromatici o Homogeneously Stained Regions - CNVs benign diagnosticabili tramite array-CGH → risposta ai farmaci e suscettibilità alle malattie multifattoriali (obesità, malattie metaboliche) CARIOTIPO E ANOMALIE CROMOSOMICHE l’analisi del cariotipo è fatta convenzionalmente per esaminare le anomalie cromosomiche che si possono originare nel feto (diagnosi prenatale) o dopo la nascita del bambino (diagnosi postnatale) MATERIALE BIOLOGICO UTILIZZATO: diagnosi prenatale - villi coriali - liquido amniotico - sangue fetale diagnosi postnatale - sangue periferico - midollo osseo - colture da tessuti solidi (fibroblasti, linfonodi, tumori solidi) - linee cellulari immortalizzate la diagnosi prenatale è consigliabile svolgerla nel caso in cui si presentano i seguenti fattori di rischio: - la madre ha più di 35 anni, essendoci un rischio dell’1% di aborto è consigliabile svolgerla solo se la madre ha un’età considerata avanzata perchè più soggetta a rischio di presentare anomalie cromosomiche nel feto dato l’invecchiamento dell’utero - è presente un ansietà materna - presenza di anomalie bilanciate nei genitori - precedenti anomalie in passati neonati o gravidanze - malformazione co-evidenziata - parametri ecografici predittivi - test biochimici e NIPT (screening) predittivi (positivi) - diagnosi di sesso fetale per malattia X-linked recessiva, fete di geere maschile generati da donne portatrici sane è opportuno svolgere una diagnosi post-natale quando: - si sospetta di sindrome cromosomica (Down, Turner…) - malformazione maggiore-isolata o multiple - ritardo psicomotorio o mentale (con o senza malformazioni) - sindromi da geni contigui (PWAS, Williams, di George) - amenorrea primaria/secondaria - ipogonadismo - azoospermia, oligo-asteno-teratospermia - criptorchidismo bilaterale - anomalie nei genitali - aborto spontaneo - nato morto - coppia con fallimento riproduttivo o con un figlio con anomalia cromosomica - sterilità forma a mosaico: forme di trisomie considerate più leggere perchè interessano solo alcuni tessuti e non tutti gli organi Test combinato:la gerarchia dello svolgimento dei test va dal meno invasivo al più invasivo in quanto possono provocare l’aborto. Il test di screening fornisce una stima del rischio che il feto possa essere affetto da: Sindrome di Down, sindrome di Edwards e sindrome di Patau. Si effettua con un prelievo di sangue periferico materno tra la 11 e la 13 settimana di gravidanza. il test associa all'esame ecografico della translucenza nucale (TN) dosaggio biochimico di due ormoni del sangue materno: free-beta HCG (gonadotropina corionica) e PAPP-A (proteina A associata alla gravidanza). In caso di trisomia 21, la frazione libera della Gonadotropina corionica può avere un valore alto, la proteina A plasmatica associata alla gravidanza può essere invece diminuita. la sensibilità del test è dell’85% (15% sono falsi negativi) e la specificità è del 95% (5% di falsi positivi) l’analisi cromosomica prevede 7 fasi distinte: 1. Allestimento coltura cellulare necessarie per l’analisi del cariotipo, viene svolta in vitro tramite: terreni: forniscono alle cellule tutto ciò che gli serve per crescere, tra cui: soluzioni saline isotoniche, amminoacidi, nucleotidi, vitamine e indicatori pH siero: additivo insolubile che contiene proteine, fattori di crescita, zuccheri mitogeni: stimolano la crescita cellulare PHA (linfociti T), LPS, conA (linfociti B) veleni mitotici: sostanza che vengono utilizzate per arrestare il fuso mitotico e per poter osservare i cromosomi nel corso della metafase, il più utilizzato è la colchicina 2. Allestimento del preparato: i vetrini più essere fatto a partire dai 20 ml di sangue messo in eparina per inibire la coagulazione e le cellule ottenute dopo la centrifugazione possono essere messe in vitro in questo caso nella capsula petri, l loro crescita viene stimolata grazie alla fitoemoagglutinina e successivamente quando il citogenetista stima che il numero delle metafasi è sufficiente (numero delle cellule che si sono duplicate è sufficiente) le cellule vengono arrestate attraverso il veleno mitotico e poi viene utilizzata poi una soluzione ipotonica perchè permette di gonfiare le cellule e visualizzare poi i cromosomi; questo può essere fatto pipettando le cellule sopra ad un vetrino 3. Colorazione dei vetrini: di tipo Giemsa o quinacrina 4. memorizzazione dell'immagine dei vetrini 5. conta dei cromosomi 6. ricostruzione del cariotipo 7. valutazione finale LIQUIDO AMNIOTICO amniocentesi: la tecnica consiste nell’inserire un ago sottile e cavo sotto guida ecografica per evitare l’aborto, attraverso la parete addominale fino a raggiungere l’utero e il sacco amniotico. vengono prelevati circa 20 millilitri di liquido amniotico. sono presenti cellule di diversa provenienza: - epidermide del feto - cellule delle vie genito urinarie e della membrana amniotica - cellule delle mucose e dell’apparato digerente il numero di cellule vitali nel liquido amniotico si va progressivamente a ridursi con il proseguire della gravidanza, aumentano invece le cellule provenienti dalla madre; per questo è necessario che il prelievo non venga fatto oltre la 16 settimana di gestazione. allestimento colture LA (liquido amniotico) si può effettuare a seguito di una centrifugazione del sangue, il sovranatante che viene ottenuto è utile per effettuare dei test biochimici che si basano sull’alfafetoproteina e sull’acetilcolinesterasi; entrambe sono due sostanze che sono incrementate in presenza di difetti a livello del tubo neurale (apertura della spina bifida), ad esempio in caso di anencefalia o mielomeningocele. una volta ottenute le cellule si possono effettuare due tipi di preparazione: 1. le cellule possono essere immediatamente analizzate in seguito all’arresto della crescita cellulare, e quindi dopo tripsinizzazione che permette di svolgere la digestione proteica di ciò che non serve. una volta fermate a livello del fuso mitotico con colcemid è possibile la visualizzazione e l’analisi 2. l’altra preparazione consiste nel mettere le cellule in coltura per una settimana/10 giorni, dopo che il numero delle cellule è aumentato anche in questo caso si va ad immobilizzare il fuso mitotico con colcemid, colorare le cellule e visualizzare il cariotipo. VILLI CORIALI un altro tipo di prelievo è quello a partire dai villi coriali, possono essere prelevati con una canula che viene inserita nella cervice uterina sotto controllo ecografico continuo per evitare, anche in questo caso, danni al feto. questo prelievo è effettuato in tre momenti diversi, preferito qualora ci sia un rischio per il feto di malattie che sono associati al genere maschile (x-linked recessive) o nel caso in cui il genitore è portatore di una traslocazione bilanciata che di per sé non provocano danni nel genitore ma provocano la possibilità di malattie cromosomiche gravi nel feto. I campioni per l'esame citogenetico provengono dal corion frondoso, che è una zona particolarmente vascolarizzata dei villi coriali. Nei villi sono presenti tre tipi di cellule: citotrofoblasti, sinciziotrofoblasti e cellule del mesenchima; le prime si dividono spontaneamente, così che è possibile ottenere metafasi mediante raccolta diretta di queste cellule. Per l'ultima categoria di cellule, invece, per ottenere la mitosi, si devono allestire colture in vitro dato il loro lento sviluppo. il prelievo di villi coriali, come si è accennato in precedenza, può avvenire in tre momenti diversi della gravidanza: durante il primo trimestre (10-13 settimana), il secondo (14-28 settimana) o il terzo (38-39 settimana), questo perchè la morfologia del villo è diversa nei vari periodi della gestazione. - allestimento colture CVS può essere fatto a partire da una capsula petri il materiale viene prelevato e successivamente si eseguono due metodi per la coltura: il primo è diretto di analisi a partire dalle cellule del citotrofoblasto che sono cellule in via di attivazione cellulare e quindi da queste cellule è possibile grazie alla colcemid andare a analizzare queste cellule; a partire dalle cellule del mesenchima si allestiscono colture cellulari e il trattamento avviene utilizzando le pronasi che permette di digerire le cellule non interessanti e successivamente si può andare ad arrestare il fuso mitotico e si analizza il cariotipo. si parte dai frustoli di villo coriale che vengono prelevati attraverso la perete uterina, a loro volta possono essere incubati per ottenere le cellule del citotrofoblasto per l'allestimento del preparato diretto, oppure vengono trattati con pronasi per eliminazione del citotrofoblasto e allestimento dell colture primarie, quindi che vengono tenute in osservazione per tenere sotto controllo la crescita nel tempo, si allestiscono poi i preparati in vitro o in sospensione. ANALISI DEL CARIOTIPO malattie genetiche classificazione - MALATTIE CROMOSOMICHE: si tratta di malattie associate alla presenza di anomalie di numero dei cromosomi e anomalie di struttura morfologica dei cromosomi (es. eliminazione, delezione) - MALATTIE MONOGENICHE (mendeliane AD, AR, X-L) - MALATTIE MULTIFATTORIALI (o poligeniche) c’è un interessamento di più geni e l’effetto dell’ambiente - MALATTIE DA MUTAZIONI DELLE CELLULE SOMATICHE (per lo più i tumori) - MALATTIE DA MUTAZIONI MITOCONDRIALI che tra tutte sono le più rare - MALATTIE DA MUTAZIONI DINAMICHE che sono dovute all'espansione di triplette nel corso del tempo che aumentano da generazione a generazione - MUTAZIONI DA DIFETTI DELL'IMPRINTING con un effetto parentale definizioni MALATTIA CONGENITA: è presente alla nascita e non sempre è di origine genetica MALATTIA A CARATTERE EREDITARIO: è determinata geneticamente, può essere monogenica o poligenica CASO SPORADICO: caso unico in famiglia, non esclude che si tratti di una malattia genetica ANOMALIE CROMOSOMICHE in seguito a mutazioni il cariotipo può 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 del numero di cromosomi, sono chiamate aneuploidie e consistono nella presenza di copie in più o in meno di un cromosoma; derivano da un'alterazione nella separazione (non disgiunzione durante la meiosi I) dei cromosomi durante la formazione dei gameti e nella maggior parte dei casi coinvolgono i cromosomi autosomi. Questo tipo di anomalie sono quasi sempre letali per il feto che viene abortito, mentre quando sono compatibili con la vita sono associate a specifiche condizioni. frequenza di anomalie cromosomiche negli aborti spontanei (39.8%-40.9%) - trisomie autosomiche 49-52% - Turner (45, X) 15-19% - triploidia (69) 15-16% - tetraploidia (92) 5-6% - altre anomalie 6-14% - aneuploidie degli autosomi SINDROME DI DOWN (trisomia 21): 47 cromosomi (1 in più sul 21) SINDROME DI PATAU (trisomia 13): 47 cromosomi (1 in più sul 13) SINDROME DI EDWARDS (trisomia 18): 47 cromosomi (1 in più sul 18) aneuploidie dei cromosomi sessuali: meno gravi dal punto di vista fenotipico SINDROME DI TURNER SINDROME DI KLINEFELTER SINDROME DELLA TRIPLA X esistono inoltre cellule chiamate poliploidi, ossia cellule che contengono multipli di tutta la serie di cromosomi (cariotipo multiplo) SINDROME DI DOWN è la più comune tra tutte le trisomie ed è una delle prime cause di disabilità intellettiva o di ritardo mentale, si tratta di individui con fenotipo particolare caratterizzato da: ptosi, macroglossia, cute in eccesso, microcefalie, problemi cardiaci; possono essere inoltre presenti clinodattilia o brachidattilia e purtroppo sono soggetti a depressione. la presenza del ritardo mentale può essere contrastata grazie all’inserimento di questi soggetti all’interno di percorsi di supporto e la loro qualità della vita può essere simile a quello di un soggetto “normale” dal punto di vista cromosomico. sono affetti da ipotonia muscolare e ipermobilità articolare. SINDROME DI PATAU Si tratta di individui con caratteristiche drammatiche, dal punto di vista fisico: microcefalia o oloprosencefalia (mancata disgiunzione dei due emisferi cerebrali), mielomeningocele (spina bifida aperta), fronte inclinata, naso largo, orecchie a basso impianto e dalla forma inusuale, difetti oculari tra cui microftalmia, ipotelorismo, anoftalmia, coloma oculare e assenza della retina, labbro leporino e palatoschisi. oltre ai difetti fisici presentano anche: polidattilia e camptodattilia, aplasia della cute, difficoltà respiratoria e difetti cardiaci SINDROME DI EDWARDS si tratta di una sindrome che interessa 1 bambino su 6.500 nati ed è causata da una non disgiunzione materna del cromosoma 18, di tutti i feti concepiti con questa trisomia solo il 2.5% giunge alla nascita e il 33% muore nel primo mese e il 50% entro il secondo. tra le caratteristiche cliniche risultano esserci oltre 100 anomalie e le più frequenti sono: peso sotto la norma e difficoltà suzione, ipotonie, idrocefalo e epilessia, malformazioni cardiache, sinclinodattilia e unghie poco sviluppate, piedi a calcagno prominente (piede equino) e gambe incrociate  TRISOMIE AUTOSOMICHE A MOSAICO SINDROME DI WARKANY (trisomia 8 costituzionale a mosaico) è una sindrome rarissima: 1:30000 individui; si tratta di individui caratterizzati dalla presenza di pliche a livello dei palmi di piedi e mani; presentano una serie di dismorfismi facciali: labbro inferiore everso, volto allungato, occhi infossati e padiglioni auricolari ampi), è associata ad una maggiore probabilità di sviluppare tumori. la diagnosi viene svolta attraverso una biopsia cutanea perchè è limitata ai fibroblasti cutanei ANOMALIE DELLA STRUTTURA DEI CROMOSOMI O ABERRAZIONI le aberrazioni (o anomalie strutturali) sono alterazioni della struttura dei cromosomi durante la divisione cellulare, che possono provocare l'aggiunta alla perdita di materiale cromosomico che viene rotto o riarrangiato. Spesso questi riarrangiamenti vengono riparati in modo naturale dalla cellula che elimina i cromosomi danneggiati, ma quando non è così si manifestano le anomalie che possono essere classificate in due gruppi.: 1. bilanciate: senza perdita o acquisizione apparente di materiale genetico totale (inversioni o traslocazioni bilanciate) 2. sbilanciate: con perdita o acquisizione di materiale genetico totale (delezioni o duplicazioni) le anomalie possono consistere quindi in: - delezioni: viene cancellata una parte di un cromosoma, la gravità dipende dalle dimensioni della delezione. (più grave rispetto alla duplicazione perchè la cellula sopporta meglio un’aquisizione piuttosto che una perdita) - duplicazioni: viene duplicata una parte del cromosoma. - traslocazioni: una parte di un cromosoma si sposta in un'altra parte dello stesso cromosoma (intracromosomiche) o in un altro cromosoma (intercromosomica). Possono essere reciproche quando due cromosomi si scambiano delle parti a vicenda, o non reciproche quando solo una parte di un cromosoma si sposta in un'altro. - inversioni: consiste nella rotazione di una parte di cromosoma in modo che la sequenza di geni risulti completamente opposta (ruota di 180°) a quella di partenza. - anelli anomalie di struttura bilanciate - traslocazioni bilanciate: spostamenti di porzioni cromosomiche (intracromosomiche o intercromosomiche) - inversioni: rotazione di 180° (pericentriche o paracentriche) - inserzioni: piccole acquisizioni di materiale genetico - traslocazioni acrocentriche o Robertsoniane: interessano i cromosomi acrocentrici tutte queste anomalie possono essere presenti in un individuo che dal punto di vista clinico è completamente sano, oppure la presenza di un’anomalia può interrompere un gene provoca quindi una mancata funzionalità del gene che è associato a particolari segni clinici; sono malattie spesso associate ad una diminuzione della fertilità e a un incremento del rischio di generare progenie con anomalie di struttura sbilanciate. anomalie di struttura sbilanciate - delezioni parziali, che possono essere: terminali se interessano i frammenti distali dei cromosomi o interstiziali se si trovano più verso il centromero - inserzioni: aggiunta di materiale cromosomico - duplicazioni parziali - traslocazioni sbilanciate: perdita o acquisizione di materiale genetico - anelli - isocromosomi - cromosomi derivativi variabilità fenotipica la variabilità fenotipica è particolarmente difficile stabilire un corretto quadro clinico perchè ci possono essere altri fattori come: la presenza di mutazioni in altri geni modificatori (che portano un aggravamento o una modificazione del fenotipo). necessario distinguere le delezioni pure e le traslocazioni sbilanciate, ciò che interessa è la dimensione del frammento cromosomico interessato che permette di stabilire l’entità nel fenotipo che si svilupperà; importante capire anche qual è il contenuto dei geni presenti in un dato frammento. un frammento a bassa densità genica solitamente non hanno molta importanza nel fenotipo clinico. TRASLOCAZIONI ROBERTSONIANE (ROB) le traslocazioni robertsoniane coinvolgono i cromosomi acrocentrici 13, 14, 15, 21, 22. Nessuna regione cromosomica è assente perché questi contengono un braccio corto privo di geni, che può risultare perduto con la fusione dei bracci q di due cromosomi acrocentrici. La più frequente traslocazione robertsoniana è la rob (13q14q), che rappresenta il 75% di tutte le rob. Segue poi la rob (14q21q) e la rob (21q21q). Si formano in genere a causa di un errore durante la meiosi femminile e comporta l'infertilità maschile e abortività ripetuta. TRASLOCAZIONI RECIPROCHE le traslocazioni reciproche sono più comuni rispetto a quelle robertsoniane perchè le rotture possono avvenire in qualsiasi punto dei cromosomi. i soggetti portatori sono normali, ma il rischio di problemi è maggiore nel corso della meiosi classicamente associata alla leucemia mieloide cronica, il cromosoma philadelphia conduce all’anomalia congiunzione dei geni ABL e BCR provocando l’attivazione dell’attività tirosina-chinasica di ABL, che normalmente è un protogene ma che viene così convertito in oncogene favorendo la trasformazione tumorale. rappresentato in figura alcune delle configurazioni che si possono originare nella meiosi I che ci permettono di spiegare come partendo da un genitore portatore di traslocazione bilanciata si può avere dei gamenti con una condizione cromosomica: normale, traslocazione bilanciata, traslocazione sbilanciata o di trisomia. questo lo si può osservare nella fase pachitene della meiosi I a partire dai cromosomi dei genitori si possono avere due tipi di configurazioni: alternata (i gameti sono normali o traslocazioni bilanciate) o adiacente (si producono gameti con traslocazioni sbilanciate o con trisomia e quindi con condizioni cliniche significative e patologiche) - segregazione alternata: i gameti sono nella norma - segregazione adiacente 1: sono per lo più traslocazioni sbilanciate - segregazione adiacente 2: per lo più trisomie - INVERSIONI le inversioni sono tra gli eventi cromosomici più rari interessano un frammento di cromosoma che viene ruotato di 180° - pericentriche: dal greco perì quando il segmento contiene il centromero - paracentriche: dal greco parà (lontano) se il segmento non interessa in centromero sono condizioni che solitamente riducono la fertilità e possono non essere visibili al cariotipo DELEZIONI PARZIALI sindrome di wolf-hirschhorn o delezione parziale 4p (braccio petit del cromosoma 4) patologia caratterizzata dal tipico naso a “elmetto greco”, microcefalia, micrognazia, palatoschisi. gli individui affetti da questa patologia presentano un quadro clinico ricco di problematiche tra cui: ipertelorismo, disabilità intellettiva, cardiopatia congenita con pervietà del dotto di Botalli, ritardo della crescita, epilessia e stenosi polmonare DISORDINI GENOMICI I disordini genomici indicano una sindrome costituzionale, spesso associata a deficit cognitivo e anomalie multiple, causata da riarrangiamenti strutturali di particolari regioni cromosomiche. Sono causati dalla presenza di regioni LCR o dupliconi (low copy repeats), anche dette duplicazioni segmentali; si tratta di regioni con un elevato livello di omologia, in corrispondenza delle quali c'è un'elevata frequenza di ricombinazione omologa non allelica che può causare delezioni, inversioni, duplicazioni e cromosomi marcatori. sindromi da geni contigui: si tratta di sindromi associate a delezioni cromosomiche che portano alla perdita di geni contigui; esempi sono la sindrome di Cri du chat e la sindrome di Wolf-Hirschhorn. cromosomi marcatori: sono piccoli cromosomi soprannumerari con un proprio centromero, si originano nell’80% delle volte da un cromosoma acrocentrico (di solito il 15) per duplicazione invertita dei satelliti e del centromero, quindi tratti di DNA ripetitivo che non provocano conseguenze dal punto di vista clinico. cromosomi derivativi: si tratta di cromosomi che derivano da un cromosoma parzialmente deleto, al quale si attacca un extra segmento proveniente da un altro cromosoma; di solito originano da una traslocazione sbilanciata ereditata dai genitori, oppure può trattarsi di un evento de novo. cromosomi ad anello: chiamati così perchè al cariotipo di vedono come dei piccoli anelli; sono cromosomi risultato della fusione dell'estremità terminali di un cromosoma senza che sia alterato il numero totale dei cromosomi; nel caso in cui siano conservate le regioni trascritte, ciò che avviene è una congiunzione end-to-end che coinvolge le erezioni subtelomeriche silenti. non causano patologie ma sono correlati, a causa della loro forma, alla sovraeccitabilità neuronale isocromosoma: cromosoma anomalo nel quale uno dei due bracci è duplicato, in modo tale che siano presenti due braccia di uguale lunghezza con i rispettivi loci organizzati in senso speculare, mentre l’altro braccio è deleto SINDROMI DELLE REGIONI AD ELEVATA OMOLOGIA sindromi da microdelezione: errori nella ricombinazione intracromosomica, intracromatidica e inter-cromatidica. gli errori sono causati da regioni a elevata omologia che incrementano il tasso di ricombinazione che si dovrebbe avere normalmente durante la meiosi (stessa cosa accade per gli errori da microduplicazione) sindromi da microduplicazione: errori nella ricombinazione intracromosomica e inter-cromatidica - cause molecolari: Ricombinazione omologa non allelica mediato da dupliconi in grado di originare delezioni, duplicazioni, inversioni, traslocazioni e cromosomi marcatori. I dupliconi o low copy repeats, sono blocchi di poche sequenze ripetute con un'elevata omologia che misurano centinaia di kilobasi (200-400 kb) e si trovano localizzati in aree specifiche come regioni subtelomeriche e pericentromeriche. SINDROME DA MICRODELEZIONE 22q11.2 L’intervallo di delezione include 30 geni tra i quali TBX1 la cui aploinsufficienza è responsabile di dismorfismi facciali e dei difetti cardiaci. la sindrome prevede: - dismorfismi facciali: ptosi palpebrale, naso con punta bulbosa, orecchie a basso impianto - sintomatologia a livello cardiaco: tetralogia di Fallot, arco aortico interrotto, difetti del setto interatriale e interventricolare, trasposizione dei grandi vasi e stenosi polmonare - ritardo mentale (grado variabile) e della crescita DETERMINAZIONE DEL SESSO nei mammiferi, la femmina ha due cromosomi sessuali uguali (XX) e l’uomo ha due cromosomi sessuali diversi (XY). il sesso di un individuo è determinato dal cromosoma sessual portato dal gamete maschile (X o Y), che si unisce al gamete femminile (sempre X) - il cromosoma X raddoppia l’espressione di tutti i geni contenuti, cioè si riproduce 2 volte più RNA - nelle femmine uno dei due cromosomi X è inattivato casualmente in ciascuna cellula allo stadio di blastocisti dopodichè questa traccia resterà così per tutto il corso della vita inattivazione del cromosoma X Inattivazione del cromosoma X inizia nella regione Xq13: in questa regione è presente il centro di inattivazione Xie che agisce in cis. È stato individuato un locus Xist (che permette la trascrizione) che sembra essere il gene che controlla il processo di inattivazione. La mappatura di Xie e il clonaggio di Xist sono stati resi possibili grazie allo studio di riarrangiamenti del cromosoma X in cui l'inattivazione non casuale: l'inattivazione dipende dal tipo di riarrangiamento. L'inattivazione del cromosoma X avviene attorno al 15°-16° giorno dell' embriogenesi (l'embrione composto di circa 5000 cellule); una volta che un cromosoma X (materno o paterno) è stato inattivato lo farà in tutte le popolazioni cellulari che derivano da quella cellula.La casualità dell'attivazione è tipica dei mammiferi: nei marsupiali, ad esempio, viene inattivato preferenzialmente il cromosoma paterno.  - corpo di Barr: definizione Osservando le cellule somatiche dei mammiferi di sesso femminile si può notare che durante l'interfase si vede una piccola zona scura a livello del nucleo. Questa specie di macchia altro non è che uno dei cromosomi X, che però risulta inattivo poiché la cromatina che lo compone è altamente condensata (eterocromatina); di conseguenza le sequenze genetiche contenute non possono essere trascritte e quindi il cromosoma è inattivo, a differenza dei maschi della stessa specie. Inizialmente si riteneva che l'inattivazione coinvolgesse tutto il cromosoma, oggi sappiamo che non vengono inattivati i geni della regione pseudoautosomica: i geni di questa regione hanno un omologo sul cromosoma Y. Non vengono inattivati i geni che hanno pseudogeni sul cromosoma Y e altri geni per i quali non si conosce la regione; comunque il cromosoma X risulta inattivato al 90%. ANOMALIE DEI CROMOSOMI SESSUALI - molto meno gravi rispetto a quelle legate agli autosomi, sono associate a condizioni vitali - comportano disturbi della fertilità - generalmente non sono associate a disabilità intellettiva o a fenotipi complessi (rimane comunque una piccola percentuale di individui dove si presentano lo stesso anche queste condizioni) sindrome di Klinefelter 47 (XXY) Soggetti che presentano caratteri sessuali maschili ma caratteri secondari femminili, 1 soggetto è affetto su 1000 maschi vivi, è una patologia causata da un non-disgiunzione meiotica. comporta un lieve calo nello sviluppo intellettivo ed è presente un calo del livello del testosterone compensato però dalla gonadotropina ipofisaria (FSI, ormone follicolo-stimolante) femmine triplo XXX donne normali dal punto di vista intellettivo, la fertilità è conservata ma si presenta una lieve oligomenorrea (riduzione dei cicli mestruali) e menopausa precoce maschi 47, XYY caratterizzati da: alta statura, RPM (ritardo psicomotorio) e problemi comportamentali MALATTIE MENDELIANE (genetica classica) MALATTIE AUTOSOMICHE DOMINANTI le malattie autosomiche dominanti si manifestano quando è presente almeno un allele difettoso, quindi se almeno un genitore è portatore della mutazione. possono essere colpiti sia i maschi che le femmine ed entrambi possono trasmettere la malattia alla propria progenie. appartiene a questo gruppo di malattie la poliposi adenomatosa familiare (FAP) dovuta a mutazioni germinali nel gene APC, che predispone all’insorgenza del cancro del colon-retto. il rischio di ricorrenza di una malattia AD ereditata da un genitore affetto è del 50%. in alcuni casi nella prole si osservano numerosi casi affetti dalla stessa malattia in assenza di genitori affetti. ciò può essere dovuto al mosaicismo germinale per la mutazione presente nei genitori. nel caso dei tumori/casi sporadici, la mutazione si sviluppa de novo casualmente senza che ci sia una predisposizione familiare, in questo caso si parla comunque i ereditarietà autosomica dominante, questo può accadere lo stesso per penetranza incompleta o perchè la malattia è estremamente grave quindi il genitore non riesce a trasmettere la malattia ai figli ed esso rimane un caso isolato all’interno della popolazione. ci sono diverse eccezioni: - espressività variabile del gene Individui con lo stesso genotipo possono mostrare gradi diversi dello stesso fenotipo; questo fenomeno è indicato con il nome di espressività. parlando di malattie ciò significa che la malattia si presenta con una gravità variabile. Si definisce espressività variabile (o pleiotropia o pleiotropismo) il fenomeno per il quale una malattia genetica presenta, nell’ambito di uno spettro definito, manifestazioni cliniche diverse da individuo a individuo con diversi gradi di severità - semi-dominanza nella semi-dominanza, dalla combinazione di due alleli si ottiene un fenotipo intermedio diverso da quello di entrambi i genitori (ad esempio quando dall’incrocio di un fiore bianco e uno rosso si ottiene un fiore rosa).  - penetranza incompleta la penetranza può essere espressa in percentuale considerando il numero di individui portatori di un difetto genetico che manifestano il fenotipo corrispondente associato. se in 100 individui portatori di una mutazione, 80 manifestano la malattia allora la penetranza sarà incompleta (o ridotta) e sarà dell’80%. è un fenomeno che si osserva nelle malattie a trasmissione autosomica dominante (es. mutazioni a carico del gene della polidattilia) - mutazione de novo e casi sporadici per molte patologie ed eredità autosomica dominante non si osserva una trasmissione verticale della malattia, bensì singoli casi sporadici all’interno delle famiglie. questo può essere dovuto alla particolare severità dei fenotipi associati che impattano negativamente sulla fitness dell’individuo portatore della mutazione. malattia di Huntington una malattia autenticamente dominante si caratterizza dal fatto che: il fenotipo dell’omozigote è identico a quello dell’eterozigote, un esempio è la malattia di Huntington (HD), patologia risultante della degenerazione geneticamente programmata di neuroni del sistema extrapiramidale e fa parte delle cosiddette sindromi ipercinetiche. questa degenerazione causa movimenti incontrollati (ipercinesi), simili a quelli di una danza (corèa, da qui anche il nome Corea di Huntington), perdita di facoltà intellettive e disturbi emozionali. Si verifica la progressiva e selettiva perdita di cellule neurali a livello del nucleo caudato e del putamen. acondroplasia l’acondroplasia è una displasia scheletrica, vale a dire una malattia caratterizzata da uno sviluppo anomalo dello scheletro, dovuta alla mutazione puntiforme del gene FGFR3 (recettore per il fattore di crescita dei fibroblasti N.3); è una malattia caratterizzata da ipoposturalità con arti sproporzionatamente brevi, capo voluminoso e tronco di dimensioni normali. la frequenza è di circa 1/25.000 nati vivi. è sempre data da una condizione di malattia autenticamente dominante. Un esempio di gain-of-function si verifica nella acondroplasia o nanismo. il nanismo è causato da una versione difettosa del gene FGFR3; il normale compito di questo gene è prevenire la crescita ossea. La versione non funzionante di questo gene è iperattiva e quindi dice alle ossa di smettere di crescere anche quando dovrebbero crescere. La proteine iperattiva FGF3 fa si che le ossa di una persona siano molto più corte del normale, anche se una persona ha una coppia normale di FGFR3 in giro, la versione spezzata invia un segnale che è troppo forte e, dal momento che vince, è chiamato con un allele dominante. MALATTIE AUTOSOMICHE RECESSIVE le malattie autosomiche recessive sono malattie in cui si osserva una modalità di trasmissione orizzontale e significa che in alcune famiglie dove ci sono dei consanguinei (doppia linea nell’albero genealogico) si può osservare un aumento delle malattie autosomiche recessive che dipendono dalla presenza di due alleli recessivi sia nel padre che nella madre dell’individuo affetto, nei consanguinei c’è una maggiore probabilità di sviluppare questa malattia perchè condividono una grande quantità di materiale genetico. si parla di trasmissione orizzontale perchè si osserva un salto generazionale (nell’immagine: nella seconda generazione c’è un affetto, nella terza no e nella quarta si). Le malattie autosomiche recessive si manifestano quando entrambi gli alleli sono mutati (entrambi i genitori devono avere almeno un allele difettoso) comportando una perdita di funzione (loss of function) della proteina codificata dal gene interessato. Di solito i genitori non mostrano segni della malattia, mentre i figli di genitori eterozigoti (un allele sano e uno malato) hanno una probabilità su quattro di essere affetti dalla malattia. sindrome di Bloom: è un esempio di queste malattie, dovuta a mutazioni del gene BLM che codifica un enzima che serve a mantenere integro il genoma e predispone all’insorgenza di diversi tipi di tumori. FIBROSI CISTICA: malattia genetica ereditaria, multisistemica, a carattere cronico-evolutivo La fibrosi cistica o mucoviscidosi è una malattia genetica che interessa la proteina CFTR transmembrana che permette di mantenere per osmosi il muco liscio evitando di provocare infezioni; colpisce i sistemi respiratorio, digestivo e riproduttivo; è causata dalla produzione di muco anormalmente denso. La malattia può portare a infezioni polmonari fatali e può anche provocare disfunzione del pancreas e ostruzione dei dotti biliari, ostacolando la digestione. La fibrosi cistica (CF) è uno dei più comuni disordini genetici, che colpisce circa 1 su 2500 individui di origine caucasica europea ciò a causa dell’effetto fondatore che è un meccanismo genetico per cui si ha una rappresentazione più alta in alcune popolazioni perchè il pattern genetico è simile tra gli individui (esempio in Sardegna essendo un'isola staccata dal resto dell’Italia è quindi ovvio che tra di loro ci sarà sempre lo stesso rimescolamento di alleli). l'incidenza è quindi variabile nelle diverse popolazioni mondiali: - Nell'Unione europea 1 su 2000/3000 neonati sono affetti da CF - Negli USA l’incidenza è di 1 su 3500 nati - In Asia la prevalenza è invece più rara la proteina CFTR funziona come un canale di membrana cellulare: canale ionico capace di trasportare ioni cloruro dentro e fuori le cellule. normalmente la proteina consente il movimento di ioni cloruro presenti nella cellula epiteliale verso la superficie delle vie respiratorie; nel fare ciò crea un gradiente osmotico capace di muovere molecole di acqua. il movimento di acqua fuori dalla cellula è necessario per mantenere il muco fluido e sottile. questo strato di acqua è importante anche per consentire alle ciglia delle cellule polmonari di muoversi e spostare il muco fuori dalle vie aeree MALATTIE LEGATE ALL’X le malattie legate all’X sono dovute a mutazioni nei geni presenti sul cromosoma X. sono quasi tutte malattie recessive poiché il cromosoma X e il cromosoma Y per gran parte non sono omologhi, un allele mutato sul cromosoma X non ha un allele appaiato sul cromosoma Y; per questo queste malattie si presentano solo nei maschi: un maschio affetto non trasmetti la malattia ai figli, ma tutte le figlie sono portatrici dell'allele mutato; i figli delle madri eterozigoti hanno una probabilità su due di ereditare il gene mutato. Appartengono a queste malattie l'emofilia e la distrofia muscolare di Duchenne. esempi di malattie legate al sesso - daltonismo: incapacità di percepire in modo corretto alcuni colori - emofilia: un gruppo di malattie in cui il sangue non coagula normalmente - distrofia muscolare di Duchenne: grave insufficienza dei muscoli volontari - sindrome dell'X fragile: parzialmente dominante, causa ritardo mentale emofilia (80% emofilia di tipo A 1:10.000) L'emofilia è una malattia rara, congenita ed ereditaria, causata da un deficit di alcune proteine della coagulazione del sangue. Chi ne è affetto ha una maggior tendenza alle emorragie, sia spontanee sia post traumatiche. In quanto X linked recessiva, ogni figlio maschio ha il 50% di rischio di ereditare il gene malato dalla madre portatrice in eterozigosi; le donne portatrici presentano in genere valori di fattore VIII pari al 50% e sono quindi asintomatiche, in rari casi per il processo di “Lyonizzazione” la madre eredita dal padre il gene malato, ma venendo silenziato il cromosoma X sano, essa risulta sintomatica anche se portatrice in eterozigosi. DIFFERENZE TRA MALATTIE AUTOSOMICA DOMINANTE E X-LINKED DOMINANTI le malattie x-linked dominanti possono essere riconosciute perchè, differentemente da quelle autosomiche dominanti, sono malate più frequentemente le donne perchè può capitare che siano talmente gravi negli uomini che ne provocano la morte. Uno dei metodi per distinguerle è vedere qual è il tasso d'incidenza di queste malattie negli uomini e nelle donne. nel primo caso l’albero genealogico è di una malattia autosomica dominante, nel secondo caso è una malattia x-linked dominante perchè il numero di uomini malati sono di meno sindrome di Rett (malattia x-linked dominante) incidenza 1:10.000 nati, colpisce prevalentemente le donne. è una malattia provocata da difetti nell’arborizazione dendritica che causa: microcefalia, stereotipie delle mani e del cammino (sulle punte), autismo e scoliosi. Ci sono 4 stadi clinici: inizialmente lo sviluppo è normale seguito da una regressione, successivamente lo sviluppo si stabilizza per poi regredire nuovamente. Esiste una relazione genotipo-fenotipo ovvero le caratteristiche cliniche della RTT cambiano in funzione della mutazione genetica, ci sono quindi diversi geni malattia: MeCP2 sul cromosoma X, CDKL5 e FOXG1; la correlazione di questi geni crea un quadro clinico più specifico ECCEZIONI ALL’EREDITARIETA’ MENDELIANA - caratteri qualitativi o dicotomici (ereditarietà mendeliana): fenomeni del tipo “tutto o nulla” la malattia o c’è o non c’è - caratteri semiquantitativi o discontinui se la loro manifestazione dipende dal superamento di una soglia: fattori genetici e fattori ambientali - caratteri quantitativi (es. pressione sanguigna, livelli di colesterolo): più loci responsabili del fenotipo o chiamati anche QTL (quantitative trait loci) MALATTIE MULTIFATTORIALI (o poligeniche) un esempio di malattia multifattoriale è l’autismo che è una malattia determinata da tantissimi fattori genetici ereditari a basso rischio e la sua eziologia è variegata è quindi determinata da mutazioni monogeniche, anomalie a livello dei cromosomi per questo lo si prende in considerazione come malattia multifattoriale: più geni che concorrono a questa patologia altri esempi possono essere: sclerosi multipla, epilessia, schizofrenia, diabete di tipo 1 o 2, difetti del tubo neurale e labioschisi. perchè sia presente è necessario il superamento di una soglia, il rischio di sviluppare una malattia multifattoriale viene descritto tramite una Gaussiana dove l’estremità destra indica il rischio per i familiari di sviluppare quella malattia e il rischio aumenta spostandosi verso la soglia, praticamente la possibilità di avere la malattia è più elevata quanto più è stretto il legame di parentela del probando del familiare con l’individuo che per primo manifesta la malattia; perché condividono una quantità maggiore di geni rispetto ad individui che sono più lontani di parentela. Questo si può misurare attraverso l’aggregazione familiare (possibilità di avere un incremento del rischio del familiare rispetto alla popolazione); il rischio relativo si calcola con il rapporto tra la prevalenza della malattia in un parente di un soggetto affetto e la prevalenza nella popolazione generale. AUTISMO l’autismo è una malattia multifattoriale causata da molteplici varianti genetiche e da diversi fattori ambientali; le cause genetiche includono mutazioni puntiformi, riarrangiamenti cromosomici o variazioni del numero di copie (CNVs o copy number variations). le variazioni puntiformi responsabili sono de novo (non presenti nei genitori) in circa il 10% dei casi, mentre nella maggior parte dei casi si ritrovano varianti ereditate in più geni candidati (eterozigosi oligogenica). i modelli di trasmissione sono sia di tipo AD (autosomica dominante), AR (autosomica recessiva), X.linked dominante e X-linked recessivo; diversi meccanismi causativi sono noti oltre alle varianti puntiformi tra i quali sindrome da geni contigui, anomalie dell’imprinting, espansione da triplette instabili, delezioni e duplicazioni cromosomiche. EREDITARIETA’ DIGENICA - effetto additivo: esempio la sordità neurosensoriale dovuta a mutazioni in GJB2 e GJB6,il primo è sufficiente a determinare il fenotipo, ma mutazioni nel secondo aggravano la condizione agendo da modificatore - effetto sinergico: esempio la retinite pigmentosa dovuta a mutazioni nei geni RDS e ROM1; in questo tipo di ereditarietà entrambe le mutazioni sono necessarie al manifestarsi del fenotipo MALATTIE DA MUTAZIONI SOMATICHE le mutazioni somatiche sono variazioni del genoma umano a insorgenza post-zigotica, se insorgono in una fase iniziale dello sviluppo si possono originare dei mosaici per la mutazione; sono per lo più tumori e interessano una data zona dell’organismo (ad esempio il polmone). possono essere spontanee (in seguito a delle mutazioni che intervengono nel corso della meiosi) o indotte (da eventi di natura ambientale come l’esposizione ad un evento cancerogeno come la luce UV o una radiazione ionizzante nel feto) e possono interessare oncogeni (normalmente sono delle proteine che funzionano come dei geni codificate da protoncogeni, ma mutazioni dominanti le portano alla trasformazione in oncogeni), o oncosoppressori (riguardano due hit, si tratta quindi di mutazioni che hanno geni a trasmissione autosomica recessiva e a loro volta vengono mutati in duplice copia) sono infine implicate nella trasformazione tumorale (da 5 a 8 mutazioni per cellula) e nell’invecchiamento cellulare differenti anomalie che si possono trovare nei tumori - anomalie dovute ad aberrazioni o riarrangiamenti cromosomici: possono provocare anomalie bilanciate (con conservazione alla quantità del materiale genico) o anomalie quantitative (si ha una perdita o un’acquisizione di materiale genetico) - mutazioni epigenetiche: modificazione dell'espressione dei diversi geni, iperespressione o ipoespressione genica , ciò si può capire andando ad esaminare i profili di espressione dell’RNA nel tumore - mutazioni puntiformi: fenomeni di amplificazione genica e diverse tipologie di mutazioni puntiformi come: frameshift, missenso, mutazioni di stop genetica del cancro la genetica del cancro consiste in mutazioni di geni che codificano le proteine del ciclo cellulare che possono alterare la regolare crescita cellulare e consentire una proliferazione eccessiva e lo sviluppo di tumori. i geni interessati si dividono in due gruppi di proteine: 1. proto-oncogeni: fattori di crescita e i loro recettori, trasduttori del segnale, fattori di trascrizione 2. oncosoppressori: regolatori del ciclo cellulare, dell’apoptosi, geni coinvolti nei meccanismi di riparazione del DNA al contrario delle malattie monogeniche in cui una singola mutazione in un singolo gene è sufficiente affinché si manifesti la malattia, nel cancro è necessario che più geni siano mutati. retinoblastoma (AR) un esempio di tumore a carico di un oncosoppressore dovuto a mutazioni di tipo autosomiche recessive dovuta a due mutazioni che devono intervenire a carico del gene RB1, l’incidenza è di circa 1 su 5000/8000 individui, esistono due forme di retinoblastoma: - familiare: una delle due mutazioni è già presente nell’individuo e quindi la possibilità di sviluppare anche la seconda sarà maggiore rispetto al caso sporadico - sporadico: è particolarmente raro perchè affinchè se abbia il retinoblastoma è necessario che ci siano due mutazioni a carico del gene, in questo caso entrambe le mutazioni si acquisiscono nel corso della vita di un individuo che non ha nessuna predisposizione MALATTIE MITOCONDRIALI le malattie mitocondriali sono malattie rarissime come: atrofia ottica dominante, deficit di COX ad alterazioni dei geni nucleari, neuropatia ottica ereditaria di Leber, sindrome di Pearson, neuropatia, atassia e retinite pigmentosa (NARP), sindrome da deplezione del mtDNA. sono malattie che possono essere ereditate da entrambi i sessi ma vengono trasmesse quasi esclusivamente delle donne perché il DNA mitocondriale è presente nei mitocondri che nel corso della fertilizzazione vengono condivisi dalla donna e quindi la probabilità di avere una malattia di tipo mitocondriale dipende dalla quota di mitocondri mutati che sono trasmessi dall'ovocita della madre. questo fenomeno viene chiamato collo di bottiglia mitocondriale: nel corso della produzione degli ovociti primari, un numero selezionato di DNA mitocondriali vengono trasferite in ogni ovocita. La maturazione degli ovociti è associata con la rapida replicazione del DNA mitocondriale. Questa restrizione-amplificazione può portare ad un cambiamento casuale del carico mutazionale del mtDNA ed è responsabile per i livelli variabili di mtDNA osservati nella progenie affetta da madri con mutazioni mitocondriali patogenetiche (nell’immagine i mitocondri mutati sono indicati in rosso, quelli con i mitocondri normali sono verdi) i genotipi mitocondriali di un individuo sono tutti identici (omoplasmia); tuttavia il mtDNA ha un tasso elevato di mutazioni spontanee (per lo più transizioni). quando una mutazione si è fissata in una cellula, quella cellula non è più omoplasmica ma è diventata eteroplasmica. la gran parte delle mutazioni del mtDNA patogene nell’uomo si ritrovano in eteroplasmia (l’omoplasmia per mutazioni patogeniche è spesso letale). meccanismi dell’eredità mitocondriale la cellula uovo contiene migliaia di mitocondri, alla fecondazione lo zigote acquisisce la maggior parte dei mitocondri e del relativo DNA della cellula uovo. I caratteri associati al DNA mitocondriale sono perciò trasmessi solo per via matrilineare. nell’uomo, l’eredità citoplasmatica o mitocondriale rappresenta un modello in grado di spiegare la trasmissione di alcuni rari disordini genetici che colpiscono sia i maschi che le femmine ma sono trasmessi solo attraverso le femmine, la cosiddetta eredità materna o matrilineare. MALATTIE DA ERRORI DELL’IMPRINTING l’imprinting è un fenomeno epigenetico di regolazione trascrizionale che fa sì che alcuni alleli di alcuni loci o di alcune regioni cromosomiche vengano differenzialmente espressi in base alla loro origine parentale; la loro espressione è monoallelica e l’allele imprinted è quello silenziato. un esempio classico è rappresentato dalle sindromi di Angelman e Prader-Willi, entrambe dovute a difetti nell’imprinting della regione 15q11-q13. nel caso di sindrome di Angelman si riportano difetti nell’imprinting del cromosoma materno (mancanza di contributo materno), mentre in Prader-Willi ad essere difettivo è l’imprinting paterno (mancanza di contributo paterno). difetti epigenetici le malattie da errori dell'imprinting nella maggior parte dei casi sono malattie che derivano da difetti epigenetici. l’epigenetica è una branca della biologia che si occupa dello studio dei meccanismi responsabili di cambiamenti ereditabili nelle funzioni del genoma senza alcuna modificazione nella sequenza del DNA bensì delle modificazioni a livello delle basi azotate; tipiche modificazioni epigenetiche sono: la metilazione, demetilazione, acetilazione, deacetilazione, fosforilazione e sumoilazione. solitamente l’acetilazione e la demetilazione sono associate all’attività trascrizionale del gene in cui sono presenti, quindi permettono di avere l’espressione del tratto cromosomico corrispondente, se si parla di metilazione e deacetilazione si avrà un gene, dal punto di vista trascrizionale, spento quindi una regione cromatidica che non viene espressa. oltre a queste modifiche ci sono fenomeni di rimodellamento della cromatina che allo stesso modo fanno sì che la cromatina sia più compatta, è il suo srotolamento che permette l’espressione dei tratti interessati dei geni che devono essere espressi, le proteine più comuni sono le HAT acetiltransferasi (regola acetilazione) o HDAC deacetilasi che permettono la deacetilazione del tratto cromosomico corrispondente MINUTO 4 IMPRINTING GENOMICO l’imprinting è un fenomeno epigenetico di regolazione trascrizionale che fa sì che alcuni alleli di alcuni loci o di alcune regioni cromosomiche vengano differenzialmente espressi in base alla loro origine parentale. la loro espressione è monoallelica e l’allele imprinted (allele inattivo, non espresso) è quello silenziato. l’imprinting genomico è un processo temporaneo reversibile che solitamente viene regolato in un tessuto specifico e non casuale; questo fa sì che ci possa essere un’alterazione dello stato dell'imprinting che a sua volta può essere fisiologico oppure patologico. l’imprinting altera l’espressione genica ma non la sequenza del DNA, è quindi un fenomeno epigenetico per la grande maggioranze dei geni autosomici l’espressione di un allele non dipende dalla sua origine materna o paterna; tuttavia per alcuni geni autosomici l’espressione di un allele dipende dalla sua origine parentale: - imprinting materno: alcuni geni sono attivi solo se ereditati dal padre attraverso la spermatogenesi - imprinting paterno: alcuni geni sono attivi solo se ereditati dalla madre attraverso la ovogenesi variazioni epigenetiche le variazioni epigenetiche sono una modificazione ereditabile, stabili ma reversibili, nell’espressione dei geni e organizzazione della cromatina, senza alterazioni nella sequenza del DNA. genoma: di un organismo complesso rimane invariato nelle sue cellule  epigenoma: controlla l’espressione genica nei diversi tipi cellulari, attivando o silenziando i geni e stabilendo quando e dove debbano essere espressi dal punto di vista fisiologico l’imprinting è un fenomeno del tutto normale che permette di regolare: sviluppo embrionale, differenziamento cellulare, eredità e evoluzione le anomalie epigenetiche sono coinvolte in: sindromi genetiche, tumori, malattie autoimmuni e neurodegenerative e invecchiamento; i principali meccanismi noti sono: - metilazione del DNA (isole CpG): regioni ricche di guanine e citosine - modificazioni degli istoni - rimodellamento della cromatina - RNA non codificanti queste variazioni sono delle modifiche ereditabili a livello del locus genico o cromosomico, che non riguarda la sequenza di un gene, ma solo la sua espressione; le più comuni modificazioni epigenetiche sono: - imprinting genomico: quando si prende in considerazione una sindrome - inattivazione del cromosoma X: processo di lyonizzazione che normalmente si incontra nel cromosoma X sessuale femminile - inattivazione centromerica (eterocromatina) - effetto di posizione: effetto a lungo raggio che riguarda la regolazione dell’imprinting dovuta a dei centri di regolazione (imprinting center) la trasmissione del gene segue le leggi mendeliane di segregazione (la sua espressione no) imprinting genomico: funzioni 1. serve per prevenire la partenogenesi e l’androgenesi (doppio contributo maschile o femminile dal punto di vista cromosomico, si deve evitare che gli embrioni siano androgeni e ginogenoti): l’imprinting non esiste negli animali che si riproducono per partenogenesi 2. importante per lo sviluppo embrionale, per la funzionalità della placenta e per i processi neurocomportamentale geni “imprinted” con espressione feto/placentare: regolano lo sviluppo fetale e le funzioni placentari geni “imprinted” ed espressioni nel sistema nervoso: regolano alcune funzioni cognitive e del comportamento, un’alterazione a livello di questi geni potrebbe provocare una serie di patologie, ad esempio disabilità intellettiva TEORIA DEL CONFLITTO PARENTALE la teoria del conflitto consiste nel fatto che i geni imprinted influenzano la crescita fetale (molti geni imprinted sono espressi nella placenta) e ciò avviene potenzialmente in modo antagonistico: - i geni espressi dal cromosoma paterno aumentano la crescita del feto - i geni espressi dal cromosoma materno lo sopprimono quando esiste solo uno dei due contributi si ha una condizione patologica, tra cui: - mola idatiforme: tumore placentare umano causato dalla presenza di due corredi aploidi di origine paterna, senza contributo materno (completa diploidia paterna, parziale triploidia paterna) - teratoma ovarico: tumore ovario derivato da cellule contenenti due genomi femminili - malattie genetiche da imprinting: quando l’allele normalmente espresso è deleto o mutato, in presenza di UPD stadi dell’imprinting genomico 1. instaurazione: nella gametogenesi o nello zigote prima della fusione dei pronuclei, lo zigote acquisisce la prima traccia dell’imprinting che manterrà nel corso della vita nelle cellule somatiche 2. mantenimento: nelle cellule somatiche durante la duplicazione e la differenziazione cellulare 3. cancellazione nelle cellule germinali primordiali e ripristino di un nuovo imprinting nei gameti a seconda del sesso dell’individuo i geni imprintati vengono riprogrammati durante la gametogenesi Imprinting genomico: modificazione epigenetica di un gene che porta all’espressione selettiva di uno dei due alleli a seconda del genitore da cui esso è ereditato - Espressione biallelica: nessuno dei due è imprintato - Espressione dell’allele materno: imprinting riguarda il cromosoma paterno - Espressione dell'allele paterno: imprinting riguarda cromosoma materno Caratterstiche dei geni imprinted Sono circa 300 i geni identificati piccoli ricchi di isole cpg, regolati da elementi di controllo (ICE, imprinting control element) che agiscono in cis che possono regolare l’espressione anche a distanza; sono dei geni organizzati in regioni predefinite: cluster. Ad oggi sono stati identificati 300 geni sottoposti ad imprinting nel genoma dei quali 60 possono influenzare lo stato di salute. nell’uomo quasi tutti i cromosomi presentano geni imprinted ma, quelli maggiormente coinvolti sono: 6, 7, 11, 14, 15, 20. vengono maggiormente coinvolti nel controllo della crescita fetale. Segregazione dei geni imprinted La segregazione dei geni imprinted dipende dal ripristino dei geni che vengono ereditati dal soggetto che presenta la malattia. In ogni generazione l’imprinting precedente viene rimosso e viene ridefinito un nuovo imprinting sulla base dei cromosomi materni e paterni; il cromosoma ricevuto da una donna da suo padre viene trasmesso come cromosoma materno nella generazione successiva. Meccanismi di imprinting I geni soggetti ad imprinting che non devono essere espressi in uno dei due sessi vengono inattivati a livello trascrizionale mediante: - Metilazione diretta: porta al silenziamento di uno dei due geni e avviene in diversi modi, solitamente a carico di: citosina → metilcitosina → blocco isola CpG oppure attraverso riduzione dell’acetilazione degli istoni → condensazione della cromatina → blocco della trascrizione; la metilazione è regolata dai geni DNMT dette anche metiltransferasi - Competizione per enhancer comune - Regolazione trascrizionale (RNA antisenso) Caratteristiche principali dei geni sottoposti ad imprinting Sono regioni ricche di geni con pochi introni, i geni possono regolare la crescita e il differenziamento. Spesso possono essere oncogeni o oncosoppressori, sono concentrati in cluster nelle regioni che quando sono interessate quando alterate a sindromi come: beckwith-wiedemann o angelman Cause più frequenti di alterazione dell’imprinting - Perdita dell’allele funzionante per delezione - Disomia uniparentale dell’allele inattivo - Mutazione del centro di imprinting (microdelezione o alterazione dei livelli di acetilazione) Meccanismi di disomia uniparentale Meccanismi che provocano la presenza di un doppio contributo materno o paterno - Ricostruzione della disomia di uno zigote trisomico (trisomic rescue): avviene a partire da un gamete che presenta un doppio corredo disomico dovuto alla presenza di due cromosomi materni o paterni e può essere dovuto ad una non disgiunzione durante la meiosi I; quando avviene la fertilizzazione o il concepimento se ad esempio un oocita ha un doppio cromosoma si lega ad uno spermatozoo con un corredo normale la fusione genera uno zigote con tre cromosomi; questa condizione nella maggior parte dei casi non è vitale e quindi la cellula mette in atto il meccanismo di trisomic rescue e uno di questi tre cromosomi viene silenziato  e eliminato e quindi se ne avranno solo due che in base a quale viene eliminato potranno essere: uno materno e uno paterno o entrambi i materni - Complementazione gametica - Duplicazione mitotica: durante la formazione di un gamete viene prodotto un gamente nullisomico (vuoti di geni) e quando avviene il concepimento il cromosoma dovrà incrociarsi con un ovocita con un contributo normale, anche questa condizione non è favorita dalla cellula che cerca di contrastarla ripristinando la condizione di due cromosomi per coppia e questo meccanismo si chiama duplicazione mitotica e si avrà un cromosoma sempre uguale ma ripetuto due volte Disomia uniparentale, tipologie La disomia uniparentale si definisce una condizione in cui si ha una coppia di cromosomi omologhi che derivano dallo stesso genitore e a sua volta ci sono più tipi di disomia: - Eterodisomia: dove ci sono entrambi i cromosomi omologhi che derivano dallo stesso genitore, questa condizione può derivare da una non disgiunzione meiotica in cui non ci sono stati eventi di crossing-over; non è una condizione di normalità ma i due cromosomi sono comunque diversi perchè sono omologhi - Isodisomia: si ha solo l’informazione di un cromosoma poiché si è duplicato, si ha quindi due cromatidi che derivano dallo stesso genitore non sono due cromosomi omologhi, c’è un rischio più elevato per le malattie autosomiche recessive dato che il materiale genetico è lo stesso SINDROME DI ANGELMAN (AS) Si tratta di una sindrome che colpisce 1/10.000-20.000 individui, causata da microdelezione 15q11.2-q13 materna. è associata a disabilità intellettiva, microcefalia, ritardo del neurosviluppo, linguaggio compromesso, atassia, stereotipie delle mani e dei loro movimenti, deficit dell’attenzione, epilessia, ipopigmentazione della cute e anomalie del ciclo sonno-veglia. SINDROME DI PRADER-WILLI (PWS) Sindrome che colpisce 1 caso su 25.000; associata ad un mancato contributo paterno nella regione 15q11.2-q13 (uguale a quella di Angelman ma qui l’errore arriva dal padre). Il periodo neonatale e la prima infanzia sono contraddistinti da una marcata riduzione del tono muscolare (ipotonia, che causa difficoltà di suzione con iniziale scarso accrescimento), ritardo neuromotorio. Tra il secondo e il quarto anno si assiste ad un miglioramento dell'ipotonia e a un aumento patologico dell’appetito (iperfagia), per un mancato senso di sazietà; ne segue quindi una obesità di grado elevato (che provoca insufficienza respiratoria, ipertensione arteriosa e scompenso cardiaco). Presenti anche scompensi metabolici che causano: diabete mellito, iperuricemia, dislipidemia e sindrome metabolica. Problemi epatici (epatosteatosi e steatoepatite) e osteoarticolari (ginocchio valgo, piede piatto). A queste problematiche si sommano: - Disfunzioni ormonali, dismorfismi (ipopigmentazione cutanea) - Disabilità intellettiva, disturbi comportamentali e psichiatrici MALATTIE DA IMPRINTING IMPRINTING MATERNO Malattia trasmessa dal padre che la trasmette alla metà dei figli maschi, le femmine non sono mai malate (50% sane e 50% portatrici). IMPRINTING PATERNO Malattia trasmessa dalla madre che la trasmette alla metà delle figlie femmine, i maschi non sono mai malati (50% sani e 50% portatori). [Esempio - Si prende in considerazione ciò che accade nella sindrome di Prader-Willi dovuta ad un mancato contributo paterno. Il difetto si può originare in una portatrice sana e nel momento in cui che trasmette i suoi ovociti ad un portatore sano e lui produce i suoi gameti non riuscirà a stabilire l'epi-genotipo maschile perché presenta un difetto nell’imprinting maschile; quindi lo spermatozoo contiene la traccia materna esso si incontrerà poi con un ovocita sano; il figlio presenterà quindi un cromosoma di origine materna e uno di derivazione paterna ma che presenta ancora la traccia femminile]. Nel caso appena descritto l’errore sta nel passaggio dall’imprinting materno e paterno nella spermatogenesi, lo spermatozoo ha quindi caratteristiche femminili. Nel caso opposto l’errore sta nel passaggio dell’imprinting paterno a materno e quindi l'ovocita ha caratteristiche maschili Prendendo in considerazione le e sindromi di Prader-Willi (PWS) e Angelman (AS) sono entrambe causate da una microdelezione del cromosoma 15q11 di diversa origine parentale - Delezione paterna: PWS (causata dalla mancata espressione di geni ad espressione paterna, tra cui SNRPN), tra le cause molecolari c’è la delezione della regione cromosomica paterna con un incidenza nel 70% dei casi (associata a ipopigmentazione), la disomia uniparentale materna ha un’incidenza del 20-25% (entrambi i cromosomi 15 sono di origine materna), difetti dell’imprinting e altre anomalia cromosomiche - Delezione materna: AS (causata da mancata espressione del gene UBE3A ad espressione materna), tra le cause molecolari c’è la delezione della regione cromosomica materna con un incidenza nel 70% dei casi (associata a ipopigmentazione), mutazione dell’allele materno (la madre può essere portatrice sana), disomia uniparentale paterna (incidenza minore rispetto a quella della PWS perchè è più raro incontrare due cromosomi 15 entrambi di origine paterna). Laboratorio In laboratorio si riconosce una disomia uniparentale effettuando un PCR con primer che fiancheggiano la regione di interesse, al centro si trova il figlio e ai lati i genitori (sx madre e dx padre). È possibile capire se c’è una disomia osservando l’altezza delle bande, se quelle del figlio sono sovrapponibili a quella della madre si conferma che è presente una disomia materna, se si sovrappongono a quelle del padre la disomia sarà paterna. Nel primo caso è presentata una condizion