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Anomalie cromosomiche

Alterazioni che interessano il DNA genomico determinando la perdita o l’acquisizione di interi cromosomi o segmenti di essi.

Se l’alterazione è tale da poter essere visibile al microscopio ottico si parla allora di anomalia o aberrazione cromosomica.

Le anomalie cromosomiche possono essere:

Costituzionali, se presenti in tutte le cellule dell’organismo.

Somatiche, quando interessano un piccolo sottogruppo di cellule o tessuti (mosaicismo, neoplasie).

Le anomalie costituzionali risultano da alterazioni nelle cellule germinali, nella fecondazione o nei primissimi stadi dello sviluppo embrionale.

Le anomalie cromosomiche sono in genere anomalie di numero e anomalie strutturali.

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Anomalie nel numero dei cromosomi

Se ne distinguono tre classi: Poliploidia Aneuplodia Mixoploidia (mosaicismo e chimerismo)

La poliploidia più comune è la triploidia (3n) determinata dalla fecondazione di un ovulo da parte di due spermatozoi (dispermia) o da una fecondazione che coinvolge un gamete diploide.

La tetraploidoia (4n) è invece dovuta al non completamento della prima divisione zigotica.

La poliploidia costituzionale è comunque una condizione molto rara. Interessa l’1-3% dei concepimenti, quasi mai vivi alla nascita, ed è incompatibile con la vita.

Poliploidia

100

101

Cariotipo triploide69,XXY (57%)

69,XXX (40%)

69,XYY ( 3%)

• Un corredo cromosomico triploide (3n) è una tra le più frequenti cause di aborto spontaneo (15% delle anomalie cromosomiche nei materiali abortivi; 1/14).

• Eccezionalmente nei nati vivi ma precocemente letale (1:10.000).

• Rischio di ricorrenza per la coppia è trascurabile.

102

Cariotipo tetraploide (92,XXYY)

• Un corredo cromosomico tetraploide (4n) è sempre letale.

• Rappresenta il 6% delle anomalie cromosomiche nei materiali abortivi.

• Rischio di ricorrenza per la coppia è trascurabile.

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Aneuploidie (1)

L’aneuploidia è il risultato dell’aggiunta di copie di un cromosoma alla coppia normale di omologhi (ad esempio la trisomia) o della perdita di un cromosoma omologo (monosomia).

Le cause possono essere: Non-disgiunzione - I cromosomi appaiati, durante

la meiosi I, o i cromatidi fratelli, durante la meiosi II, non sono in grado di separarsi.

Ritardo anafasico - Un cromosoma non viene incorparato nel nucleo di una delle cellule figlie al termine della divisione cellulare a seguito della sua ritardata migrazione durante l’anafase.

Non-disgiunzione

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Ritardo anafasico

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106

Aneuploidie (2)

L’aneuploidia può avere effetti diversi a seconda se ad essere interessati sono gli autosomi o i cromosomi sessuali.

Nullisomia (perdita di un coppia di omologhi) e monosomia (perdita di un cromosoma) sono letali.

La trisomia è in genere letale. La trisomia del 13 (sindrome di Patau) e la trisomia del 18

(sindrome di Edwards) possono essere a termine. La trisomia del 21 (sindrome di Down) la sopravvivenza è fino ai

40 anni o più. Quando sono interessati i cromosomi sessuali la situazione è meno

drammatica. Condizioni tipo XXX, XXY, XYY creano minori problemi e danno

una buona aspettativa di vita. Nella sindrome di Turner (45,X0) il 99% sono aborti spontanei,

ma quelli che sopravvivono sono di intelligenza normale ma infertili e con modesti segni fisici.

La condizione 45,Y è sempre letale.

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Cariotipo con trisomia 21

108

Cariotipo con Sindrome di Turner (45,X0)

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Aneuploidie nei nati vivi

Anomalie autosomiche trisomia 21 (sindrome di Down) 1/750

trisomia 18 (sindrome di Edwards) 1/7.000

trisomia 13 (sindrome di Patau) 1/10.000

Anomalie dei cromosomi sessuali Sindrome di Klinefelter (47,XXY) 1/900 maschi

Sindrome XYY (47,XYY) 1/1.000 maschi

Sindrome della tripla X (47,XXX) 1/1.200 femmine

Monosomia X o S. di Turner (45,X0) 1/2.500 femmine

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Mixoploidia

Presenza di due o più linee genetiche nello stesso organismo:

Mosaicismo (origine dallo stesso zigote)

Chimerismo (raro, da due zigoti distinti)

Comuni i mosaicismi aneuploidi (difetti di non disgiunzione mitotica in fasi embrionali precoci)

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Anomalie strutturali dei cromosomi (1)

Le anomalie strutturali sono il risultato di rotture nei cromosomi in uno o più punti e della loro successiva riparazione. Esse possono essere: Bilanciate - se non c’è acquisizione o perdita netta di materiale

cromosomico. Non bilanciate - se c’è acquisizione o perdita netta di materiale

cromosomico. Le rotture cromosomiche derivano da danni al DNA (radiazioni,

agenti chimici) o da errori durante i processi di ricombinazione (appaiamento ineguale): Danno riparato correttamente Danno irreparabile (la cellula è avviata all’autodistruzione) Riparazione non corretta (anomalie strutturali).

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Anomalie strutturali dei cromosomi (2)

Se in uno stesso cromosoma si verificano due rotture, si osserva di solito uno di questi eventi:

Inversione cromosomica - Quando il segmento viene invertito prima di risaldare i due punti (riarrangiamento bilanciato).

Delezione interstiziale - I due frammenti terminali vengono saldati, ma il segmento intermedio è perduto (riarrangiamentonon bilanciato).

Cromosoma ad anello - Le estremità del segmento ai punti di rottura si risaldano formando una struttura ad anello (riarrangiamento non bilanciato).

Come risultato di un appaiamento ineguale:

Duplicazione – Un segmento del cromosoma risulta essere duplicato (riarrangiamento non bilanciato)

Inversione cromosomica

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Delezione interstiziale

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Cromosoma ad anello

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Duplicazione cromosomica

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Anomalie strutturali dei cromosomi(2)

Se le rotture si verificano su due o più cromosomi si possono ottenere cromosomi ibridi e il processo è detto di traslocazione cromosomica.

Si conoscono tre tipi di traslocazioni cromosomiche: Traslocazione reciproca - E’ un riarrangiamento bilanciato che

si verifica quando viene scambiato materiale distale ai punti di rottura sui due cromosomi.

Fusione centrica (Robertsoniana) - Si verifica quando le rotture avvengono vicino al centromero di due cromosomi acrocentrici.

Traslocazione con inserzione - Deriva da tre rotture cromosomiche ed implica l’escissione di un frammento ed il suo inserimento in un terzo punto di rottura solitamente su di un altro cromosoma.

Tutte queste alterazioni possono anche essere asintomatiche ma i portatori possono essere a rischio di generare monosomia o trisomia parziale nella progenie.

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Traslocazione reciproca

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Fusione centrica (Robertsoniana)

Nell’uomo, la traslocazione robertsonianacoinvolge due dei 5 cromosomi acrocentrici(13, 14, 15, 21 e 22)

121

eterocromatina.

1-2 Mb di geni per l’RNA ribosomialetra due blocchi di eterocromatina.

1 persona su 1300 è portatrice di una traslocazione rob(13;14)

Il cariotipo di soggetti con traslocazione robha 45 chr.

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45,XX,rob(14;21)(q10;q10)

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Traslocazione con inserzione

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Conseguenze cliniche delle anomalie strutturali dei cromosomi

Sono in genere il risultato di uno sbilancio nell’espressione dei geni coinvolti nel riarrangiamento.

Anomalie cromosomiche bilanciate (vere) possono essere asintomatiche, tranne il caso di:

Una rottura che interrompe un gene importante.

Una rottura che altera l’espressione di un gene senza interromperlo ma separandolo da un elemento regolatore o spostandolo in una regione eterocromatica.

Traslocazioni tra un cromosoma X e un autosoma che sono soggette ad inattivazione non casuale della X.

Gli individui portatori di anomalie cromosomiche bilanciate possono avere figli con cariotipi sbilanciati.

Traslocazione X-autosoma

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Traslocazione reciproca bilanciata

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Traslocazione reciproca bilanciata

128

La formazione di tetravalenti aiuta a capire: solo con la segregazionealternata si formano gameti normali o con traslocazione bilanciata, mentre lesegregazioni adiacenti 1 e 2 portano alla traslocazione sbilanciata o allatrisomia

Traslocazione robertsonianat(14,21)

129

Frequenza ed effetto delle traslocazioni robertsoniane

130

Inversione pericentrica

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I cromosomi normale e invertito si appaiano formando, rispettivamente,un’ansa ed un anello. La ricombinazione all’interno dell’ansa parzialedelezione o duplicazione terminale sbilanciata.

Inversione paracentrica

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I cromosomi normale e invertito si appaiano formando, rispettivamente,un’ansa ed un anello. La ricombinazione all’interno dell’ansa forma uncromosoma dicentrico e acentrico (instabili).

Isocromosoma

Sono il prodotto di un’anomala fissione del centromero (trasversale e non longitudinale) in anafase.

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Rari nell’uomo ad eccezione di:

i(Xq) – S. di Turner i(21q) – S. di Down

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Epidemiologia delle anomaliecromosomiche

Tra i mammiferi, l’uomo presenta la più elevata frequenza di perdite fetali, dal concepimento al termine della gravidanza.

Le anomalie cromosomiche rappresentano la patologia più frequente al concepimento, nonostante la forte pressione della selezione naturale.

Circa l’11% degli spermatozoi presenta anomalie cromosomiche (prevalentemente strutturali) contro il 24% degli oociti (prevalentemente anomalie di numero).

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Aborti spontanei

Oltre il 50% dei prodotti della fecondazione vengono eliminati prima che la gravidanza sia clinicamente riconoscibile (un 25% prima dell’impianto in utero, il restante prima dell’accertamento clinico della gravidanza).

Il 15% delle gravidanze esita in un aborto tra la 6a

e la 28a settimana (il 90% entro il primo trimestre). Tra l’8a e la 13a settimana di gestazione la

prevalenza di anomalie cromosomiche in feti abortiti spontaneamente è di circa il 50%.

La frequenza di perdite fetali è quindi molto elevata ed in rapporto all’epoca ed all’età materna.

E’ importante ricordare che solo il 6-10% dei feti con alterazioni cromosomiche giunge a termine di gravidanza. Ciò è dovuto al fatto che alcune patologie sono assolutamente incompatibili con la vita.

136

Incidenza dei singoli cromosomi nelle trisomie in aborti spontanei

137

Genetics in Medicine (2005) 7, 251–263

138

Aborti consecutivi

Le analisi citogenetiche in feti da due aborti consecutivi da genitori con cariotipo normale evidenziano una maggiore ricorrenza di patologie cromosomiche rispetto all’atteso.

Episodi ripetuti di trisomia che non coinvolgono lo stesso cromosoma, indicano indirettamente un aumentato rischio di non disgiunzione meiotica.

Il coinvolgimento sempre dello stesso cromosoma può invece indicare che un genitore è portatore di una traslocazione o di mosaicismo cromosomico gonadico.

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Età maternaRischio di S. di

DownRischio di un’altra

anomalia cromosomica*20 1/1667 1/52622 1/1429 1/50024 1/1250 1/47626 1/1176 1/47628 1/1053 1/43530 1/952 1/38432 1/769 1/32334 1/500 1/23835 1/385 1/19236 1/294 1/15637 1/227 1/12738 1/175 1/10239 1/137 1/8340 1/106 1/6641 1/82 1/5342 1/64 1/4243 1/50 1/3344 1/38 1/2645 1/30 1/2146 1/23 1/1647 1/18 1/1348 1/14 1/1049 1/11 1/8

*47,XXX esclusa per le età da 20 a 32 (dati non disponibili).

Hook EB, Obstetrics and Gynecology 58:282285, 1981.Hook EB et al., Journal of the American Medical Association 249:20342038, 1983.

Le alterazioni cromosomiche sono piùfrequenti al crescere dell’età materna,mentre le mutazioni puntiformi sonolegate al numero di divisioni cellulariche avvengono circa ogni 15 gg nellalinea germinale maschile.

140

Screening prenatale

I dati ecografici combinati con quelli biochimici dal siero materno, forniscono test predittivi non invasivi.

Analiti dosabili nel siero materno: a-fetoproteina (a-FP) (↓ S. Down)

Gonadotropina corionica (hCG) (↑ S. Down)

Gonadotropina corionica, subunità b (b-hCG) (↑ S. Down)

Estriolo non coniugato (uE3) (↓ S. Down)

Inibina A (↑ S. Down)

Plasma proteina A associata alla gravidanza (PAPP-A) (↓ S. Down)

L’interpretazione dei valori ottenuti è strettamente dipendente da una precisa valutazione dell’età gestazionale.

141

Duo-test(tra la 10a-13a settimana; detection rate ~ 63%)

La detection rate arriva quasi al 90% se abbinato alla valutazione ecografica della traslucenza nucale (NT).

5% di falsi positivi

Condizione free-bHCG PAPP-A

Trisomia 21 ++ -

Trisomia 13,18 - - - -

S. di Turner +/- -

Triploidia materna - - - - - - -

Triploidia paterna ++++ +/-

NT

++

+++

++++

+/-

+++

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Traslucenza nucale (NT)

E’ un importante marcatore ecografico di anomalie cromosomiche nel 1° trimestre (10a-14a settimana).

Misura lo spazio sottocutaneo, pieno di liquido, tra la parte posteriore della colonna vertebrale e la pelle del collo fetale.

L’area traslucida scompare dopo la 14a settimana.

143

Tri-test(tra la 14a-18a settimana; detection rate ~ 66%)

*NTD: anencefalia, spina bifida and encefalocele.

5% di falsi positivi

Condition a-FP uE3 b-hCG

Neural tube defect (NTD)* Increased Normal Normal

Trisomy 21 Low Low Increased

Trisomy 18 Low Low Low

Multiple gestation Increased Normal Increased

Fetal death (stillbirth) Increased Low Low

Screening prenatale

144

Test Parameters GA (W) Detection rate

NT NT 10-14 67%

1st Trimester NT, free bHCG, PAPP-A 10-14 83%

2nd Trimester AFP, HCG, uE3 16-12 70%

Quadritest AFP, HCG, uE3, Inhibin-A 16-22 85%

Integrated 1+2 Trimester 10-14/16-22 93%

NIPT (Non-invasive Prenatal Test)

145

96%

90%4%

10%

0% 50% 100%

10 w37 w

146

Indicazioni all’indagine citogenetica prenatale

Ci sono indicazioni all’analisi citogenetica:

età materna >= 35 anni

genitore portatore di un riarrangiamento cromosomico strutturale.

malformazioni fetali evidenziate ecograficamente.

aumentata probabilità di figlio affetto valutata utilizzando marcatori biochimici presenti nel siero materno.

altri fattori da valutare singolarmente (familiarità per S. di Down, genitore sottoposto a terapia radiante e/o antiblastica, precedente figlio malformato e/o morto senza diagnosi).

147

Diagnosi di Laboratorio

In Epoca prenatale:

Cariotipo fetale da villi coriali.

Prelievo di villi coriali.

Materiale utilizzato: cellule trofoblastiche

Epoca del prelievo 10a-12a

settimana (anche in epoche successive).

Rapidità di esecuzione.

Problemi di contaminazione di origine materna.

148

Diagnosi di Laboratorio

Cariotipo fetale da cellule di liquido amniotico: Tipo di prelievo: amniocentesi Materiale esaminato: cellule

del liquido amniotico (LA) Epoca del prelievo: 15a-17a

settimana (anche in epoca successiva).

Cariotipo fetale da sangue: Tipo di prelievo: prelievo di

sangue fetale tramite funicolocentesi

Materiale esaminato: linfociti. Epoca del prelievo: a partire

dalla 19a settimana.

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Indicazioni all’indagine citogenetica postnatale

Soggetti con sospetta sindrome cromosomica.

Genitori e/o familiari di soggetti con anomalie cromosomiche.

Soggetti con difetti congeniti e/o ritardo mentale

Soggetti con difetti di accrescimento.

Neonati nati morti.

Coppie con aborti ripetuti.

Maschi infertili o femmine con amenorrea primaria.