Genetica: acidi nucleici, splicing e patologie cromosomiche per l'Università

Acidi nucleici

Timina Adenina coda 5' O̧ NH 2 0 coda 3' OH NH -H2N H 2 Scheletro 0=p fosfato- deossiribosio NH Z coda 3' Citosina Guanina coda 5' GENETICA Acidi nucleici (1.2) Gli acidi nucleici hanno uno scheletro zucchero-fosfato asimmetrico, in cui ogni gruppo fosfato lega il carbonio 5' dello zucchero di un nucleotide con quello 3' del successivo. Con l'estremità 5' si intende quella con cui il gruppo fosfato non è legato ad un altro nucleotide, mentre con 3' quella in cui il carbonio 3' dello zucchero non è legata a un gruppo fosfato ma a uno ossidrilico.

Splicing

Questo processo avviene nel nucleo, da parte dello spliceosoma, un complesso di proteine e piccole molecole di RNA nucleare. Affinché avvenga in modo corretto, è necessario il riconoscimento dei punti di giunzione esone-introne. La sequenza di ciascun introne inizia col dinucleotide GU, chiamato sito donatore di splicing, e termina con quello AG, detto accettore di splicing. Gli esoni sono legati tramite legame covalente

Splicing alternativo

Il processo di splicing alternativo permette di ottenere diverse molecole di mRNA maturo a partire dallo stesso trascritto primario. Ciò aumenta la variabilità funzionale, mediante la produzione di isoforme diverse. Un esempio di splicing alternativo è il gene TPM1, che codifica per l'a-tropomiosina, coinvolta nel controllo della contrazione muscolare. Da un unico pre-mRNA di questo gene si ottengono, mediante splicing alternativo, 5 diversi tipi di mRNA maturi espressi in 5 tessuti diversi.

Delle 10012 cellule del corpo umano, circa 1012 sono sostituite ogni giorno.

Fase riduttiva: dimezza il numero di cromosomi. Per esempio meiosi I Fase equazionale: mantiene il numero di cromosomi. Per esempio meiosi II.

Profase meiotica I

La profase I è la fase più lunga della meiosi ed è divisa in 5 stadi: leptotene, zigotene, pachitene, diplotene e diacinesi. Nel pachitene i cromosomi terminano di addensarsi e tra cromosomi omologhi si crea il complesso sinaptonemale, struttura proteica che si forma tra gli omologhi e che media l'appaiamento cromosomico, la sinapsi e la ricombinazione. Questa fase è fondamentale in quanto avviene il crossing- over, ovvero lo scambio di materiale genetico tra cromosomi paterni e materni, senza perdita o acquisizione di materiale genetico in quanto si verificano scambi reciproci. Questo processo prevede una iniziale rottura del DNA e un successivo ricongiungimento dei cromatidi materno e paterno che vengono uniti in punti detti chiasmi. Il crossing-over può avvenire in qualsiasi punto di un cromosoma, e anche in piùpunti dello stesso cromosoma. Ci sono regioni chiamate "hot spots" in cui esso si verifica più frequentemente.

Metafase I

Il fenomeno dell'appaiamento degli omologhi è garantito dall'elevata omologia di sequenze tra i cromosomi materni e paterni. Non è necessario che avvenga un appaiamento completo, come nel caso dei cromosomi X e Y: questi hanno dimensioni e caratteristiche molto diverse ma condividono delle regioni dette PAR1 e PAR2, o regioni pseudoautosomiche, che permettono loro di riconoscersi.

Il polo verso cui migrano cromosomi paterni e materni è casuale e indipendente per ciascuna coppia di cromosomi. Ciò genera una variabilità pari a 223 (o 8,4*106) diversi possibili gameti.

Il periodo che intercorre tra Meiosi I e Meiosi II è detto intercinesi. In questo passaggio la membrana nucleare si riforma attorno ai cromosomi.

Avvolgimento del DNA

Avvolgimento del DNA (2.1) cromosoma in metafase TEM doppia elica di DNA (diametro 2 nm) linker fibra strettamente avvolta a elica (diametro 30 nm) struttura a "collana di perle" nucleosoma (diametro 10 nm) istoni TEM superavvolgimento (diametro 300 nm) 700 nm

Nucleosoma: struttura formata dal doppio filamento di DNA avvolto attorno ad un ottamero istonico Eterocromatina: è la componente più condensata. Rappresenta il 10% del genoma Eucromatina: componente meno condensata dove c'è un'intensa attività di trascrizione.

Cromosomi

Formati da:

1. Telomeri
2. Centromero
3. Bracci (p e q)

Funzioni:

1. Perpetuare il materiale ereditario durante lo sviluppo dell'individuo
2. Rimescolare il materiale ereditario tra le generazioni successive

Telomeri Cinetocore Centromero Cromatidi fratelli Fibre del fuso mitotico Telomeri Un cromosoma Un cromosoma dopo la duplicazione del DNASi dividono in:

• Metacentrici: centromero in posizione centrale
• Submetacentrici: braccia di lunghezze diverse
• Acrocentrici: centromero in posizione centrale ma il braccio p è molto corto, e viene chiamato peduncolo, che termina con una porzione arrotondata detta satellite (cromosomi 13, 14, 15, 21, e 22)

Densità genica: misura del numero di geni per milioni di paia di basi (unità di misura: bp, Kb, Mb) Lunghezza gene: 10-20 Kb Lunghezza banda cromosomica: 7.5 Mb Cromosoma 1: 250 Mb (più grande) Cromosomi 21, 22 e Y: 50 Mb (più piccoli)

Cariotipo: assetto cromosomico di una cellula visibile al microscopio ottico dopo aver bloccato le cellule in metafase. In questa rappresentazione i cromosomi sono in ordine sparso. Cariogramma: rappresentazione ordinata dei cromosomi di un individuo Ideogramma: rappresentazione schematica (disegnata in maniera semplificata) del corredo cromosomico di un individuo. Esso è standard (uguale per tutti gli uomini), ma cambia in base al tipo di bandeggio

Nomenclatura di Parigi

Sistema per descrivere il cariotipo. 47, XX, +21 > cariotipo di un individuo di sesso femminile che presenta la trisomia 21.

Citogenetica

CITOGENETICA (2.2) Scienza che studia i cromosomi, analizzandone numero e struttura.

Malattie genetiche

Malattie genetiche Cromosomiche Geniche Di struttura Di numero Multifattoriali Monogeniche Autosomiche Legate a X e Y Malattie cromosomiche > riguardano struttura e numero di cromosomi. L'1% dei nati vivi le presentaEsistono 2 tipi di anomalie: (3.1)

• Anomalie somatiche: presenti in tutte le cellule del corpo, dovute ad un'anomalia di una cellula germinale oppure a una fecondazione anomala
• Somatiche o acquisite: presenti solo in un gruppo di cellule e tessuti

Mosaicismo genetico: ci sono in uno stesso individuo tessuti che contengono una parte di cellule con assetto cromosomico "normale e sano" e un'altra parte di cellule con assetto cromosomico alterato.

Patologie cromosomiche di numero

PATOLOGIE CROMOSOMICHE DI NUMERO Le anomalie di numero sono principalmente:

• poliploidia: copie extra di tutti i cromosomi (per esempio 69, XXY)
• mixoploidia: due o più linee cellulari differiscono nel numero di cromosomi
• aneuploidia: presenza di uno o più cromosomi in copie extra o mancanti nella cellula

Può essere causata da:

• Mancata disgiunzione: incapacità di cromosomi o cromatidi fratelli di separarsi rispettivamente in I o II divisione meiotica. Presenti nel 5% delle gravidanze riconosciute e terminano in aborto nel 50% dei casi
• Ritardo anafasico: ritardata migrazione di un cromosoma durante l'anafase, con conseguente perdita del cromosoma

Trisomia 21 o Sindrome di Down

TRISOMIA 21 O SINDROME DI DOWN Down Syndrome & Mother's Age 0.12 Incidence of Down syndrome 1/15 0.1 0.08 1/25 0.06 1 0.04 1/2000 1/900 0.02 1 0 20 22 24 26 28 30 32 3 36 38 40 2 44 46 48 Maternal Age

• 47, XX, +21
• Scoperta dal genetista Lejeune
• Incidenza media di 1:750 nati vivi
• Caratteristiche cliniche:
  • Livello variabile di disabilità intellettiva
  • Cardiopatie congenite
  • Patologie endocrinologiche/metaboliche
  • Leucemia
  • Cataratta
  • Invecchiamento precoce generalizzato /Alzheimer

Trisomia 13 o Sindrome di Patau

TRISOMIA 13 O SINDROME DI PATAU (3.2) 47, XX, +13 Frequenza alla nascita è di 1 : 10000 nati vivi 18% supera l'anno di vita caratteristiche cliniche:

• anomalie del cranio
• labio e palatoschisi
• polidattilia
• microftalmia (occhi molto piccoli)
• malformazioni urogenitali
• ritardo di crescita e dello sviluppo Polidattilia ritardo mentale Labbro leporino e labiopalatoschisi Difetti Cardiaci Emia ombelicale Difetti Renali Piere ennvecsn 1/100 1/300o severa disabilità intellettiva

Trisomia 18 o Sindrome di Edwards

TRISOMIA 18 O SINDROME DI EDWARDS 47, XY, +18 Incidenza di 1 : 7000 nati vivi Rapporto maschio/femmina di 1/3 Solo il 10% sopravvive oltre l'anno di vita Caratteristiche cliniche:

• severo ritardo psicomotorio
• microcefalia
• sovrapposizione delle dita
• piedi torti
• problemi cardiaci renali REGIONE OCCIPITALE DEL CRANIO PROMINENTE BOCCA PICCOLA, MICROGNATIA COLLO CORTO ORECCHIE DISPLASTICHE E MALFORMATE PETTO CARENATO DITO INDICE E MIGNOLO SOVRAPPOSTI, RISPETTIVAMENTE, A MEDIO E ANULARE ALLUCE RIVOLTO VERSO L'ALTO E CALCAGNO PROMINENTE

Il rischio di ricorrenza per queste 3 patologie è dell'1%

Aneuploidie legate ai cromosomi sessuali

Sindrome di Turner

SINDROME DI TURNER

• 45, X0
• Prevalenza di 1/5000
• Oltre il 99% dei feti vengono abortiti spontaneamente
• Caratteristiche cliniche (molto variabili per mosaicismo):
  • linfedema periferico
  • pterigio del collo
  • bassa statura
  • amenorrea primaria
  • ipoacusia in circa il 50% dei casi

Sindrome di Klinefelter

SINDROME DI KLINEFELTER Frontal baldness absent

• 47, XXY
• Caratteristiche cliniche: Poor beard growth Tendency to grow fewer chest hairs -Narrow shoulders
  • bassi livelli di testosterone
  • azoospermia
  • sproporzione di lunghezza tra gli arti e la lunghezza del tronco
  • statura superiore alla media
  • distribuzione ginoide del tessuto adiposo Small testicular size Long arms and legs
  • ipogonadismo Breast development Female-type pubic hair pattern Wide hips
  • ginecomastia
  • pochi peli e barba rada

Sindrome della Tripla X

SINDROME DELLA TRIPLA X

• 47, XXX
• Prevalenza di 1:1000
• Donne tendenzialmente normali e fertili, che hanno un lieve rischio di sviluppare problemi di linguaggio e di apprendimento

Le anomalie dei cromosomi sessuali sono dovute alla non disgiunzione meiotica, la quale è più frequente nella gametogenesi femminile ed è casuale; quindi, il rischio di ricorrenza è di 1 - 1.4%.

Anomalie cromosomiche di struttura

ANOMALIE CROMOSOMICHE DI STRUTTURA

1. Delezione: perdita di un segmento di cromosoma. Può essere terminale o interstiziale
2. Inserzione: si inserisce qualcosa
3. Duplicazione: può essere di due tipi e le riconosco grazie al bandeggio
   • tandem
   • invertita
4. Traslocazione: tratti di cromosomi si spostano da un cromosoma all'altro. I cromosomi con struttura anomala vengono definiti derivativi
5. Inversione, prendo un pezzo, lo ruoto di 180° e lo reinserisco; può essere di due tipi in base a quale è l'interessamento del centromero: A. delezioni B. duplicazioni C. inversioni interstiziale terminale tandem invertita paracentrica pericentrica N N N A N A N A N A D. cromosoma E. traslocazioni F. sito fragile ad anello reciproche robertsoniane N N A N N A A N N Bilanciate oppure sbilanciate
   • Paracentrica: i punti di rottura sono sullo stesso braccio
   • pericentrica: i punti di rottura sono su due bracci diversi e comprendono il centromero
6. Ring: un cromosoma che si chiude e forma un anello; in questo caso le estremità sono "stiky", quindi sono appiccicose e si incollano
7. Isocromosoma: il cromosoma si rompe trasversalmente a livello del centromero e braccio lungo e corto si separano. Il braccio che porta con se il centromero può replicarsi, l'altro viene perduto.

Le anomalie strutturali si distinguono principalmente in:

• bilanciate, ovvero senza apparente perdita o acquisizione di materiale genetico
• sbilanciate (con perdita o acquisizione di materiale genetico): le anomalie sbilanciate consistono nella presenza di un pezzo in più (duplicazione) o in meno (delezione) di un segmento di cromosoma.

Ci sono traslocazioni bilanciate e sbilanciate, e tra queste esistono:

• le traslocazioni reciproche, che consistono in uno scambio di materiale genetico tra cromosomi non omologhi. Sono normalmente innocue, però gli individui portatori di una traslocazione reciproca hanno una più alta probabilità di generare figli affetti da anomalie;
• le traslocazioni robertsoniane che coinvolgono due cromosomi acrocentrici, cioè il 13, 14, 15, 21 e 22; la più frequente, quella più comune, è la t (14;21).

Trisomia libera: trisomia in cui non si riscontra il fenomeno del mosaicismo. È pari all'1% dei casi 46,XY,der(10)t(10;11)(q26;q13)pat > cariotipo sbilanciato ("der") a carico del cromosoma paterno ("pat") 46,XY,der(10)t(10;11)(q26;q13)d/n > cariotipo sbilanciato ("der") de novo (traslocazione reciproca spontanea avvenuta nella formazione di spermatozoi o oociti, o durante la formazione dell'embrione).