Una mappa del corso. Medicina Genetica. Medicina Genomica. Poligenia e genetica dei caratteri continui. Malattie monogeniche

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1 Citogenetica

2 Una mappa del corso Medicina Genetica Medicina Genomica Malattie monogeniche Poligenia e genetica dei caratteri continui Genetica delle popolazioni Mutazioni Citogenetica Mendel Darwin Test genetici Malattie multifattoriali Genetica del comportamento Genetica del cancro

3 Le Malattie Genetiche più frequenti Classe di malattia Malattie monogeniche (mendeliane) Malattie poligeniche Causa Alterazione di un singolo gene Alterazione di più geni Malattie multifattoriali Malattie mitocondriali Cromosomopatie Alterazioni di geni e azione di fattori ambientali Alterazione del DNA mitocondriale Alterazione di interi cromosomi

4 Cromosomi DNA

5 Definizioni CITOGENETICA = Studio morfologico dei cromosomi al livello microscopico CARIOTIPO = la costituzione del patrimonio cromosomico di un individuo dal punto di vista morfologico

6 Come si preparano

7 Cromosomi colorati

8 Strutture di base di un cromosoma Serve per l integrità dei cromosomi, è costituito da sequenze ripetute ed è mantenuto dalla telomerasi Serve per lo spostamento durante la divisione cellulare

9 Cariotipo umano normale Le cellule umane sono nella maggioranza diploidi, cioè contengono due copie di ogni autosoma (cromosomi 1 a 22) e due copie di cromosomi sessuali (XX o XY) I cromosomi si classificano in base alla lunghezza, alla posizione del centromero e dalla presenza di satelliti

10 In base alla posizione del centromero

11 7 gruppi A C B A 1-3 B 4-5 C X D E F G Y D E F G

12 Cromosomi bandeggiati

13 Bande G: le tecniche impiegate per ottenerle richiedono la colorazione con Giemsa; i cromosomi vengono trattati a temperatura ambiente con una soluzione di enzimi (pronasi, tripsina, a-chimotripsina); le bande ottenute sono simili alle bande Q Bande Q: i cromosomi colorati con mostarda di Quinacrina, e osservati in fluorescenza, mostrano delle bande trasversali fluorescenti parallele, la cui disposizione è caratteristica per ciascun cromosoma Bande R: sono il Reversal delle bande Q; si ottengono per denaturazione termica; i vetrini vengono immersi per minuti in una soluzione di Earle a ph 6,5 riscaldata a 87 C. Bande C: queste bande vengono siglate da Constitutive, e si possono ottenere per denaturazione con una soluzione di urea riscaldata a 87 C Bandeggi

14 Nomenclatura ISCN:International System for Human Cytogenetic Nomenclature Ogni area del cromosoma ha una sua numerazione Si parte sempre dal centromero. Andando verso il telomero la numerazione cresce Si premette il numero del cromosoma e il braccio (p = corto q = lungo)

15 Esempio nomenclatura con bandeggio G e R G p p R q q 9q21.1

16 Cariotipi normali

17 Ideogramma cariotipo normale

18 Utilità dell ideogramma

19 Procedure analitiche Costruisci il vetrino con le metafasi Conta il numero dei cromosomi in almeno metafasi Se si sospetta un mosaicismo, contare più metafasi (almeno 30) Analizzare dettagliatamente 3-5 metafasi Taglia i cromosomi da una fotografia e costruisci il cariotipo (oppure usa software adeguati)

20 Cromosomopatie

21 Cromosomopatie Anomalie di numero (quantitative) Poliploidie (triploidie, tetraploidie) Aneuploidie (monosomie, trisomie, tetrasomie) Anomalie di struttura (qualitative) Traslocazioni Inversioni Inserzioni Delezioni Cromosomi ad anello (Rings) Isocromosomi ESAC

22 Anomalie Numeriche

23 Anomalie numeriche Euploidie = anomalie numeriche che coinvolgono l aggiunta o la perdita di un intero set di cromosomi (aploide) Poliploidie = aggiunta di un intero set di cromosomi (aploide) Triploidie : generalmente derivanti da una polispermia (fecondazione di un ovocellula con più spermatozoi). Generalmente aborti spontanei Tetraploidie : generalmente derivanti da una mancata prima divisione zigotica. Generalmente aborti spontanei. Alcune cellule dell organismo possono essere comunemente tetraploidi

24 Triploidia

25 Anomalie numeriche Aneuploidie = anomalie numeriche che non coinvolgono l intero set ma solo alcuni cromosomi (in genere uno) Si dividono in: Autosomiche/eterocromosomiche : in base al tipo di cromosoma coinvolto Monosomie/trisomie : se si perde o si aggiunge un cromosoma

26 Aneuploidie autosomiche

27 Monosomie autosomiche Tutte letali nelle prime fasi dell embriogenesi Poco studiabili perché danno aborti in fasi così precoci da non essere riconosciuti

28 Trisomie autosomiche Anche le trisomie nella maggior parte dei casi esordiscono in aborti. Solo alcune eccezioni riescono a sopravvivere dando luogo a malattie: Trisomia 21 : sindrome di Down Trisomia 13 : sindrome di Patau Trisomia 18 : sindrome di Edwards

29 Sindrome di Down (femmina)

30 Trisomia 21 Caratteristici dismorfismi craniofacciali, ritardo mentale, problemi cardiaci, suscettibilità a tumori Incidenza (circa 1:700) aumenta con l età materna

31 Trisomia 21 ed età materna Incidenza Età materna Analisi dei villi coriali Nascita 20 ~1 su su ~1 su su su su su su su 13 1 su 30

32 Un bambino Down può raggiungere elevati gradi di autonomia e usare bene la parola mongoloide

33 Cause trisomia % non disgiunzione 4 % traslocazione

34 Non disgiunzione

35 Non disgiunzione e fecondazione Down Normale

36 La non disgiunzione può avvenire in differenti fasi della meiosi

37 Traslocazione (Robertsoniana) in Down Una parte delle trisomie 21 è dovuta ad una traslocazione del cromosoma 21 su un altro cromosoma Se l altro cromosoma implicato è un acrocentrico, si parla di traslocazione Robertsoniana

38 Il Down ereditario aborto cromosoma 13 cromosoma 21 Normale Carrier Cromosoma Traslocato der(13;21)(q10;q10) Normale Carrier Normale Down Carrier Down Normale

39 Sintesi Down 96 % 4 %

40 Trisomie autosomiche Trisomia 21 : sindrome di Down Trisomia 13 : sindrome di Patau Trisomia 18 : sindrome di Edwards

41 Trisomia del 13

42 Trisomia 13 Incidenza = 1:5000 nati vivi 50 % muoiono nel primo mese, pochissimi sopravvivono al primo anno Multipli dismorfismi facciali Non disgiunzione materna, traslocazioni

43 Trisomie autosomiche Trisomia 21 : sindrome di Down Trisomia 13 : sindrome di Patau Trisomia 18 : sindrome di Edwards

44 Trisomia del 18: sindrome di Edwards

45 Trisomia del 18: sindrome di Incidenza 1:3000 La maggioranza dei pazienti muore nel primo anno Edwards

46 Aneuploidie eterocromosomiche

47 Aneuploidie degli eterocromosomi Le aneuploidie dei cromosomi sessuali sono in generale meglio tollerate perché: Il cromosoma Y contiene solo pochi geni del determinismo sessuale Le X in più possono essere inattivate (trisomie) Senza una X si può vivere (monosomie)

48 Aneuploidie degli eterocromosomi 45, X0 : Sindrome di Turner 47, XXY : Sindrome di Klinefelter 47, XYY 47, XXX

49 Sindrome di Turner

50 Sindrome di Turner Incidenza 1:2500 nati femmina Fenotipo femminile, bassa statura, infertilità

51 Sindrome di Klinefelter

52 Sindrome di Klinefelter Incidenza 1:1000 nati maschi Testicoli poco sviluppati, basso testosterone, ginecomastia, alti e magri, infertili.

53 Origine parentale delle aneuploidie Paterna % Materna % Trisomia Trisomia Trisomia ,X ,XXX ,XXY ,XYY 100 0

54 Anomalie cromosomiche nella specie umana Spermatozoi 10% Ovocellule mature 25% Aborti spontanei 50% Nati vivi 0.5-1% la selezione al lavoro

55 Anomalie di struttura

56 Anomalie di struttura Riarrangiamenti bilanciati (non si ha complessivamente modificazione della quantità del corredo genetico) Inversioni Traslocazioni reciproche Riarrangiamenti sbilanciati (si ha una modificazione della quantità del corredo genetico) Delezioni Traslocazioni sbilanciate Isocromosomi Cromosomi ad anello

57 Inversioni In una inversione, un pezzo di cromosoma viene tagliato, girato su se stesso e reinserito Nelle maggioranza dei casi sono senza conseguenze fenotipiche L inversione del 9 è un comune polimorfismo (>1 %) nei caucasici Possono essere pericentriche o paracentriche

58 Inversione pericentrica

59 Inversione paracentrica Braccio corto Braccio lungo

60

61 Traslocazione reciproca In una traslocazione bilanciata due cromosomi si rompono e vengono ricongiunti nella combinazione sbagliata Generalmente non c è perdita di materiale genetico e quindi non c è fenotipo Una traslocazione può essere causa di attivazione di oncogeni e cancro (leucemia mieloide cronica traslocazione 9-22) Le traslocazioni possono dare problemi nella riproduzione

62 Effetti di una traslocazione bilanciata Segregazione Alternata Adiacente 1 Adiacente 2 Gameti Quadrivalente che si forma in pachitene Gameti del partner Zigoti

63 Traslocazione robertsoniana Coinvolge cromosomi acrocentrici (13, 14, 15, 21 e 22) C è fusione dei centromeri con perdita di materiale delle braccia corte Non fenotipo patologico Problemi nella riproduzione

64 Meiosi da traslocazione robertsoniana

65 Delezioni Coinvolgono grossi pezzi di DNA e danno fenotipi molto gravi Possono essere: Terminali Interstiziali

66 Tipi di delezioni Delezione interstiziale braccio lungo Delezione terminale braccio corto Delezione terminale braccio lungo

67 Sindrome 5p-

68 Sindrome 5p-

69 Un cromosoma può dividersi in maniera sbagliata in mitosi (o meiosi II) con le lunghe braccia che migrano ad un polo e le corte all altro Il cromosoma sarà quindi duplicato per un braccio e deleto per l altro Gravissimo fenotipo eccetto per l isocromosoma X Isocromosoma

70 Cromosoma ad anello Rimozione dei telomeri e ricucitura delle estremità Il fenotipo, generalmente grave, dipende dall entità della perdita di materiale alle estremità Il cromosoma ad anello è, incredibilmente, mitoticamente stabile

71 Altre anomalie strutturali Duplicazione Inserzione

72 ESAC Extra Structurally Abnormal Chromosome Un cromosoma anomalo oltre i 46 In genere piccolo e difficile da identificare Chiamato anche cromosoma marker Difficile predire il suo impatto sulla salute del paziente Può essere benigno e asintomatico e può dare gravi conseguenze come ritardi mentali

73 Anomalie cromosomiche in aborti precoci Difetto % Triploidia 10 % Tetraploidia 5 % Trisomia 30 % Monosomia X0 (Turner) 10 % Altro 5 % Totale 60 %

74 Principali termini ISCN del - delezione dic - dicentrico fra - site fragile i - isocromosoma inv - inversione p - braccio corto r - anello (ring) der - derivativo dup - duplicazione h - eterocromatina ins - inserzione mat origine materna q - braccio lungo t - traslocazione

75 Interpunzioni ISCN, 46,XX,del(5p) separa Numero di cromosomi Cromosomi sessuali Eventuali anomalie ;..46,XX,t(2;4)(q21;q21) separa I cromosomi alterati I punti di rottura in riarrangiamenti che coinvolgono più di un cromosoma

76 Nomenclatura

77 Cariotipi normali ISCN Maschio Normale 46,XY Femmina Normale 46,XX

78 Diagnosi prenatale Villi coriali Amniocentesi

79 Villi coriali (CVS)

80 Villi coriali (CVS) Si fa tra la 10 e la 12 settimana Può essere transcervicale o transvaginale Si aspirano o si prelevano villi coriali Si possono analizzare direttamente o si preparano colture cellulari Nella preparazione diretta (24 h) si sfrutta la capacità del citotrofoblasto di andare in metafase Alternativamente, la coltura delle cellule ottenute permette ottimi bandeggi in circa 8-14 giorni 1% rischio di aborto spontaneo

81 CVS problemi 1% CVS dà risultati ambigui Ci possono essere contaminazioni materne o artefatti di coltura Può esistere un mosaicismo confinato alla placenta (CPM)

82 Amniocentesi

83 Amniocentesi E il metodo più usato Si pratica intorno alla 16 settimana Si prelevano circa ml di fluido amniotico Si mette in coltura per 8-14 giorni 0.5-1% abortività

84 Amniocentesi problemi E generalmente più affidabile della CVS ma possono esserci artefatti di coltura Una eventuale anomalia va verificata su di un numero adeguato di mitosi e di cellule

85 Mosaicismo cromosomico Presenza di due o più linee cellulari con corredo cromosomico diversi nello stesso soggetto Se il mosaicismo consiste nella presenza di una piccola parte di cellule con corredo cromosomico normale, questo influenza positivamente la malattia

86 Disomia uniparentale La disomia uniparentale si verifica quando due cromosomi di un paio sono ereditati da un solo genitore. E una situazione molto rara Si ipotizza che rappresenti un tentativo di salvataggio dalla trisomia In altre parole uno zigote trisomico ha perduto uno dei tre cromosomi, riuscendo quindi a sopravvivere Può comportare problemi nelle malattie da imprinting

87 Citogenetica molecolare

88 Citogenetica molecolare Col termine di citogenetica molecolare si intendono tutte quelle tecniche che sono utili alla analisi dei cromosomi e che si basano su manipolazioni di biologia molecolare Si possono dividere in: Tecniche ibride : tecniche in cui la manipolazione del DNA è di supporto all analisi morfologica (FISH, chromosome painting ecc) Tecniche sostitutive : l analisi molecolare sostituisce quella morfologica

89 FISH (Fluorescent In Situ Hybridisation)

90 FISH per Down

91 Painting dei cromosomi

92 CGH Array Parziale trisomia Parziale monosomia

93 Per studiare Cummings Cap 6