Telomero. Centromero. Telomero. Paio di cromosomi omologhi. Cromatidi. non fratelli. Centromero. Cromatidi. fratelli

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1 LEZIONE DI OGGI -Basi cromosomiche dell ereditarietà -Cariotipo e sue applicazioni -Malattie cromosomiche. -Aberrazioni autosomiche e a carico di cromosomi sessuali.

2 Telomero p Paio di cromosomi omologhi Centromero Cromatidi non fratelli Centromero q Cromatidi Telomero fratelli

3 Centromero unisce i due cromatidi fratelli per un appropriata segregazione alla mitosi ed alla meiosi e il sito di formazione del cinetocoro, la struttura che lega i microtubuli del fuso e regola i movimenti dei cromosomi durante la divisione cellulare I telomeri proteggono le estremita dei cromosomi dalla degradazione e dalla fusione coda-coda con altri cromosomi

4 Morfologia dei cromosomi Metacentrico cromosoma con area centromerica nel tratto centrale della sua lunghezza. I due bracci p e q risultano di uguale lunghezza (1,3,16,19,20) Submetacentrico cromosoma con area centromerica non equidistante dalle due estremità. I due bracci risultano pertanto di ineguale lunghezza (p < di q) (2,4,5,6,7,8,9,10,11,12,17,18,X,Y) Acrocentrico cromosoma con centromero in posizione subterminale (13,14,15,21,22)

5 Come distinguiamo i cromosomi I cromosomi possono essere definiti (diverse nomenclature) in base alla dimensione, alla posizione del centromero ed al pattern di bande (bandeggio).

6 Piastra metafasica preparata da linfociti umani di sangue periferico Campione sangue periferico+ fitoemoagglutinina (agglutina globuli rossi e stimola linfociti). Cellule vengono bloccate in mitosi con inibitore microtubuli (es. colchicina). Cellule vengono lisate e e cromosomi metafasici colorati ed esaminati al microscopio.

7 Dimensione e posizione del centromero 0750 (7 gruppi: A-G) A: Grandi metacentrici B: grandi sub-metacentrici C: medi sub-metacentrici D: medi acrocentrici E: piccoli quasi metacentrici F: piccoli metacentrici G: piccoli acrocentrici

8 Le bande dei cromosomi Le bande cromosomiche si definiscono sulla base del contenuto di DNA delle diverse porzioni del cromosoma. Diversa risoluzione e diverse tecniche: Bandeggio C colora il centromero Bandeggio G (Giemsa) colora tutto il cromosoma in bande chiare e scure ( a seconda della composizione del DNA) Bandeggio R: bandeggio opposto a C e G Bandeggio Q: bandeggio fluorescente simile a G Per quello che riguarda la nomenclatura le bande di ciascun cromosoma sono numerate per convenzione a partire dal centromero, verso l estremita del braccio corto e del braccio lungo.

9 Bandeggio Giemsa o bandeggio G1 trattamento blando con tripsina seguito da colorazione Giemsa. Bande chiare e scure alternate. G-bands (scure): AT-rich, contengono meno geni trascritti R-bands (chiare): ricche in GC, contengono più geni trascritti

10 Bandeggio G e risoluzione una banda citogenetica ha una dimensione media di circa 5 Mb (5 milioni di basi) e può contenere centinaia di geni. Tecniche piu recenti permettono di esaminare i cromosomi in prometafase (maggiore risoluzione).

11 Definizioni diploide ed aploide Diploide: un set completo di materiale genetico consistente in coppie di cromosomi ognuno dei quali derivante da uno dei genitori. La maggioranza delle cellule animali, con eccezione dei gameti, sono diploidi. Il genoma umano diploide ha 46 cromosomi Aploide: Il corredo cromosomico presente nelle cellule germinali mature (spermatozoi ed ovociti). Nella specie umana il corredo cromosomico aploide corrisponde a 23 cromosomi.

12 Cariotipo Patrimonio cromosomico di una cellula o di un individuo ed e costituito da cromosomi visualizzati con le tecniche esposte prima che vengono ordinati in gruppi in base alle dimensioni ed alla posizione del centromero

13 Cariotipo Un cariotipo viene descritto indicando prima di tutto il numero di cromosomi, seguito dalla costituzione dei cromosomi sessuali e da qualsiasi anomalia di numero e di struttura per le quali ci sono delle nomenclature convenzionali. 47, XY, +21 indica maschio XY con 47 cromosomi di cui 1 cromosoma 21 in piu (sindrome di Down) 45, XY, der (14;21) (q10;q10) indica maschio XY con 45 cromosomi ed al posto di 1 cromosoma 14 e 21 normali si trova un cromosoma derivativo dalla traslocazione del braccio lungo (q) del 21 sul braccio lungo del 14.

14 Cariotipo In condizioni normali questo e costituito da 22 coppie di autosomi piu i due cromosomi sessuali XX, XY 46, XX 46, XY

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16 Perche e importante studiare i cromosomi umani? Malattie cromosomiche costituiscono una grossa categoria di malattie genetiche. Perdita della capacita riproduttiva Malformazioni congenite Ritardo mentale Patogenesi dei fenomeni oncologici

17 Perche e importante studiare i cromosomi umani? Malattie cromosomiche costituiscono una grossa categoria di malattie genetiche Responsabili di > 100 differenti sindromi genetiche definite ed identificabili Sono piu comuni di tutte le malattie genetiche mendeliane da alterazione di un singolo gene Colpiscono l 1% dei nati vivi Colpiscono il 2% delle gravidanze

18 Mutazioni Classificazione in base alla dimensione della sequenza alterata Mutazioni geniche: di piccole dimensioni; sostituzione di basi, inserzioni o delezioni Mutazioni (anomalie) cromosomiche: di grosse dimensioni; coinvolgono il numero o la struttura dei cromosomi

19 Anomalie Cromosomiche Alterazioni del numero: assetto cromosomico con numero diverso da 46 Alterazioni della struttura : riarrangiamenti strutturali all interno di singoli cromosomi La patogenicità delle mutazioni geniche è spesso legata ad aspetti qualitativi dell espressione genica La patogenicità delle mutazioni cromosomiche è spesso legato ad aspetto quantitativi dell espressione genica L impatto clinico delle alterazioni cromosomiche è strettamente correlato al concetto di sbilanciamento genico

20 Anomalie del numero di cromosomi Un assetto cromosomico con numero diverso da 46 è anche detto ETEROPLOIDIA Euploidia: multiplo esatto del numero aploide (n) di cromosomi Assetto triploide (3n) Assetto tetraploide (4n) Incompatibili con la vita (aborti). Alcuni cariotipi triploidi o tetraploide sono osservabili alla nascita ma non sopravvivono a lungo Aneuploidia: ogni altro assetto cromosomico che non sia euploide - Difetto cromosomico più comune ( 5% di tutte le gravidanze clinicamente accertate) Trisomie (tre copie di un particolare cromosoma) sono le più comuni Monosomie (una copia di un particolare cromosoma) sono meno frequenti - Sono quasi sempre letali. Ci sono casi in cui c'è compatibilita con la vita ma conseguenze fenotipiche gravi - ANEUPLOIDIE AUTOSOMICHE - Trisomia del 21 (sindrome di Down, la forma di trisomia più comune) - Trisomia 13 (sindrome di Patau) - Trisomia 18 (sindrome di Edwards) - ANEUPLOIDIE CROMOSOMI SESSUALI - Monosomia del cromosoma X (Sindrome di Turner) - Trisomia XXY (Sindrome di Kleinfelter) - Trsomia XYY (sindrome di Jacobs)

21 Non disgiunzione meiotica come causa principale delle aneuploidie La non disgiunzione puo avvenire anche durante la mitosi dopo la formazione dello zigote (mosaicismo)

22 Trisomy 21

23 Cariotipo Sindrome di Down 47, XX, +21

24 1-3% dei casi si tratta di mosaico con contemporanea presenza di linea 47,+21, insieme alla linea normale euploide Manifestazioni cliniche attenuate Quali sono le cause della trisomia % dei casi la Sindrome di Down e dovuta ad una non disgiunzione meiotica 80% la non disgiunzione si verifica nella meiosis I Nel 95% dei casi il cromosoma 21 in piu e di origine materna Stretta correlazione con l eta materna 1-4% e dovuta a traslocazioni sbilanciate (di cui il 50% de novo ed il 50% ereditarie> Down familiare) 9% bambini Down nati da madri con eta <30 anni; solo 2% quelli nati da madri con eta >35 anni Nel 60% braccia lunghe cromosomi gruppo D (14); 40% cromosomi gruppo G (21 e 22; 90% 21q;21q maggior parte de novo)

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26 Segni clinici Sindrome di Down Ritardo nell accrescimento 100% Ritardo mentale 100% Occipite piatto 75% Orecchie ad impianto basso Anomalie dei dermatoglifi 85% Solco palmare trasverso Assenza unilaterale o bilaterale di una costola Ostruzione intestinale Ernia ombelicale Anomalie della pelvi Riduzione del tono muscolare 100% Faccia larga e piatta Rime palpebrali rivolte verso l alto Plica cutanea aggiuntiva occhi Naso corto e mento piccolo Ridotta distranza tra gli occhi (ipotelorismo) Mani piccole e corte (brachidattilia 65%) Palato piccolo ed arcuato Lingua grossa e Sporgente (macroglossia 50%) Anomalie dei denti Cardiopatia congenita nel 40% dei casi (DCAV) Anomalie gastrointestinali gravi nel 5% (stenosi/ atresia duodenale, Hirshprung, ano Alluce imperforato) distanziato dalle altre dita

27 Ancora clinica sindrome di Down I bambini Down hanno un rischio di sviluppare leucemie volte maggiore, un aumentata suscettibilita alle infezioni, un aumentata frequenza di cataratta, disfunzioni tiroidee e segni d invecchiamento precoce. Praticamente tutti gli individui affetti dalla sindrome di Down che sopravvivono oltre i 35 anni mostrano le caratteristiche patologiche del morbo di Alzheimer. Con il miglioramento delle terapie mediche e chirurgiche l aspettativa di vita e passata dai 9 anni del 1930 ai quasi 60 di oggi.

28 Anomalie numeriche di cromososmi sessuali Sindrome di Turner, monosomia cromosoma X Sindrome di Kleinfelter, trisomia

29 Monosomia dei cromosomi sessuali

30 Sindrome di Turner (45, X) Bassa statur a Collo corto a tenda Pterygium colli Torace a scudo Iposviluppo mammelle con aumento della distanza tra i capezzoli Ovaie rudimentali Fenotipo femminile con disgenesia gonadica ed immaturita sessuale - 1/5000 nate vive - 4% feti (99% feti 45,X abortiti) - amenorrea primaria ed infertilita - intelligenza normale con deficit di specifiche abilita cognitive - difetti a carico del secondo cromosoma sessuale - puo originare sia da non disgiunzione meiotica (80% dei casi meiosi paterna) o da non disgiunzione mitotica - Possibile mosaicismo - Trattamento: ormone della crescita ed estrogeni per aumentare l altezza ed indurre caratteristiche sessuali secondarie

31 Trisomia dei cromosomi sessuali

32 Sindrome di Klinefelter (47, XXY) Alta statura Scarsa crescita della barba Ginecomastia con sviluppo mammelle di tipo femminile Distribuzione femminile peluria pubica Atrofia testicolare Fenotipo maschile - 1/1000 nati vivi - mancato sviluppo testicolare postpuberale con testicoli piccoli, azoospermia, responsabile d infertilita ed ipogonadismo (bassi livelli di testosterone) - aumentata frequenza patologie comportamentali - ritardo mentale lieve - eventi di non disgiunzione meiotica in relazione all eta parentale - possibili cariotipi 47,XXY; 48, XXXY; 49, XXXXY; 49,XXXYY. Piu cromosomi X sono presenti e maggiore e la probabilita che l individuo presenti ritardo mentale

33 Sindrome di Jacobs XYY La sindrome XYY unico fenotipo associato alta statura, normale sviluppo sessuale e normale fertilita aumentata incidenza di problemi comportamentali - 1/1000 nati vivi - derivano da non disgiunzione meiotica nella meiosi paterna /1000 detenuti di manicomi criminali - 48,XXYY 50 volte piu frequente tra i detenuti che nella popolazione di neonati Cromosomi Y addizionali possono essere associati ad anomalie comportamentali?

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35 Anomalie della struttura dei cromosomi Riarrangiamenti all interno di singoli cromosomi Riarrangiamenti sbilanciati: aggiunta (duplicazione) o perdita (delezione) di materiale cromosomico/genomico (1: 1600 nati vivi) Duplicazione: Trisomia parziale per i geni contenuti nel tratto duplicato (alcune forme di Sindrome di Down) Delezione: Monosomia parziale per i geni contenuti nel tratto deleto (Cri-du-chat syndrome; delezione terminale del braccio piccolo cromosoma del 5: 46, -5p) Conseguenze fenotipiche gravi a causa di duplicazioni e/o delezioni di diversi geni Riarrangiamenti bilanciati: quantita finale di materiale cromosomico/ genomico rimane normale (1: 500 nati vivi ) Di solito non hanno effetto sul fenotipo in quanto tutto il materiale genetico è presente anche se organizzato diversamente Possono comunque produrre un fenotipo patologico quando il riarrangiamento provoca l interruzione di un gene Possono comunque costituire un rischio per le generazioni successive (alta frequenza di produrre gameti con riarrangiamenti sbilanciati)

36 Riarrangiamento sbilanciato Aploinsufficienza (monosomia parziale) Trisomia parziale

37 Riarrangiamento bilanciato reciproche traslocazioni non reciproche inversioni Cromosomi acrocentrici Inversione paracentrica Inversione pericentrica Riarrangiamento cromosomico piu comune nella specie umana E considerata bilanciata in quanto la perdita di materiale genetico coinvolge DNA satellite e geni ribosomiali (sul braccio corto) Solitamente non hanno effetto sul fenotipo ma sono associate ad un alto rischio di formazione di gameti sbilanciati

38 Riarrangiamento bilanciato e rischio per la progenie Traslocazioni reciproche bilanciate

39 Riarrangiamento bilanciato e rischio per la progenie Inversioni

40 Alterazioni cromosomiche nei tumori Anomalie cromosomiche delle cellule somatiche sono presenti in una varieta di tumori solidi e leucemie Nel linfoma di Burkitt si riscontra frequentemente una traslocazione reciproca di un pezzo dl braccio lungo del cromosoma 8 sul braccio lungo del 14 o meno frequentemente sul braccio lungo del 22 o del 2 Nella leucemia mieloide cronica abbiamo quasi sempre una traslocazione reciproca tra le braccia lunghe dei cromosomi 9 e 22 (Ph 1 o cromosoma Philadelfia)

41 Incidenza delle anomalie cromosomiche