MUTAZIONI CROMOSOMICHEMUTAZIONI CROMOSOMICHE

I Cromosomi

1400 nm

DNAProteine istonicheProteine non istoniche(RNA)

Cromosoma mitotico

Matrice proteica DNA con domini ad anse

Eliminazione degli istoni

Funzioni biologiche dei cromosomi

�Perpetuare il materiale genetico durante lo sviluppo di un individuo�corretta replicazione�corretta suddivisione tra le cellule figlie

�Rimescolare il materiale genetico tra generazioni successive

� ricombinazione meiotica� segregazione degli omologhi

Elementi essenziali di un cromosoma

strutturastruttura nn°°//cromcrom .. funzionefunzione

centromero 1 corretta divisione cellulare

stabilizzazione della

telomero 2 funzionalità e dellalunghezza del cromosoma

Originedi molte corretta replicazione del DNA

replicazione

centromero

telomero

telomero

origine di replicazione

origine di replicazione

origine di replicazione

origine di replicazione

CentromeroConsente la corretta segregazione dei cromosomi

durante la mitosi e la meiosi

Se il centromero é assente il cromosoma non può atta ccarsi al fuso e può solo migrare casualmente durante la divi sione cellulare

Il centromero appare come una costrizione in un unico punto lungo il cromosoma.

Per ogni cromosoma il centromero é sempre nella stessa posizione .

Nella maggior parte degli eucarioti ad ogni centromero si attaccano molte fibre del fuso .

Nel lievito S. cerevisiae ad ogni centromero si attacca una sola fibra del fuso.

TelomeriStrutture specializzate che si trovano all'estremità dei cromosomi lineari

Permettono la replicazione completa del cromosomaImpediscono l'accorciamento progressivo dei cromoso mi

Il cromosoma senza telomeri é:

instabile: degradato dalle esonucleasi

altamente reattivo: tende ad appiccicarsi su altri cromosomi

interagisce rapidamente con altre strutture cellula ri tra cui i cromosomi

tali interazioni determinano la formazioni di strut ture aberranti che non

possono essere correttamente distribuite dal fuso m itotico

Origini di replicazioneSequenze specifiche associate al punto di inizio della sintesi del DNA

Sono riconosciute da proteine che legano e destabilizzano il DNA

La destabilizzazione apre il DNA in corrispondenza dell'origine di replicazione

Metodi di studio dei cromosomi

Cromosomi mitotici

Cromosomi interfasici

Preparazione dei cromosomi metafasici

• I cromosomi metafasici si preparano da cellule in divisione–Sangue (linfociti)–Amniociti–Fibroblasti–Ecc.

La Mitosi

Cromatidi fratelli

Preparazione dei cromosomi metafasici

• Da linfociti– Mettere pochi ml di sangue in terreno di coltura

• Terreno di coltura:– Acqua– Sali inorganici– Tampone a pH 7.0– Vitamine– Aminoacidi– Nucleotidi– Siero bovino– Phytohaemagglutinina (PHA)

Dopo 72 ore (3 gg) di incubazione a 37°C si aggiunge al terreno di coltura “COLCHICINA” che blocca le cellule in metafase

Blocco delle cellule in metafase

colchicina

S G2 M G1G1

Preparazione cromosomi

Metodi di studio dei cromosomicolorazione : caratteristiche di un cariotipo

(numero e morfologia dei cromosomi)

bandeggio : identificazione dei singoli cromosomi e di eventuali anomalie di struttura

ibridazione in situ : localizzazione di specifiche sequenze di DNA anche molto piccole

(fino a circa 50 kb)

CGH Array : analisi dettagliata della struttura cromosomica (Risoluzione fino a 20 kb o meno)

immunolocalizzazione : localizzazione di proteine specifiche

Colorazione

Identificazione:

Numero dei cromosomi

Morfologia dei cromosomi

Giemsa, DAPI, propidium iodide

Colorazione GiemsaCromosomi umani

Colorazione GiemsaCromosomi di pollo

micro-cromosomi

macro-cromosomi

Colorazione GiemsaCromosomi di rana

Bandeggio dei cromosomi

I cromosomi vengono colorati dopo un particolare trattamento

dei cromosomi o delle cellule da cui preparare i cromosomi

Ogni cromosoma assume il colorante in modo

caratteristico e perfettamente riproducibile determinando

la formazione di regioni scure alternate a regioni chiare,

le bande cromosomiche

Bandeggi Cromosomici

Bandeggi Cromosomici

Bandeggio RBandeggio G

Bandeggi Strutturali

Trattamento con tripsina Trattamento ad alta temperaturaColorazione con Giemsa Colorazione con Giemsa

Cromosoma 1 umano

Bande GBande G Bande RBande Rideogramma

Risoluzione dei bandeggiNumero di bande che si possono identificare in un cariotipo

aploide

Dipendente dallo stadio mitotico

–300-400 bande metafase tardiva–400-700 metafase precoce–700 -1000 prometafase–Oltre 1000 profase tardiva

NOTA: ogni banda G tipicamente contiene fino a 100 geni

Risoluzione di un bandeggioRisoluzione di un bandeggio

PROFASE METAFASE

Cromosomi umani

PROFASE METAFASE

Risoluzione di un bandeggioRisoluzione di un bandeggioCromosomi di anfibi

Cromosoma 5 a varie risoluzioni

Sistema I.S.C.N.(International System for Cytogenetic

Nomenclature)Conferenza di Parigi, 1971.

• Divisione delle bande in sottobande:– p1.1, p1.2, p1.3, ecc.

centromerobraccia 12

1

2

3

• Braccio corto “p” (petite)• Braccio lungo “q”

(queue)

• Divisione delle braccia in ampie regioni (BANDE) nominate con numeri arabi partendo dal centromero:

– p1, p2, .... indica: la prima, la seconda, ……. banda del braccio corto (p)

– q1, q2, .... indica: la prima, la seconda, ……. banda del braccio lungo

(q)

123

123

12

2q21

2q32

2p21p

q

Cromosoma HSA-11

Risoluzione:400 bande

Risoluzione:850 bande

Cariotipi umani

Cariotipi umani

400 bande 850 bande

Cariotipi standard umani

400 bande 850 bande

CGH ARRAY

MUTAZIONI CROMOSOMICHE

Di numero(Aneuploidie – Monosomie – Trisomie)

Di struttura(Delezioni, inserzioni, traslocazioni,

inversioni)

Aberrazioni di Numero

AneuploidieAutosomiche

AneuploidieSessuali

Aberrazioni di Struttura

Delezioni

1/100000

FreqPianto simile al miagolio di un gatto, diverse anomalie del viso, severo ritardo mentale

Cri duchat

5p-

Astenia ed accrescimento lento nei neonatiObesità ed attacchi compulsivi di fame nei bambini e negli adulti

Sindrome di Prader-Willi

15q-

Tumore dell’occhioRetinoblastoma

13q-

Tumore renale a livello embrionale

Tumore di Wilms -

11q-

FenotipoSindromeDelezione

Delezioni del braccio corto del cromosoma5

Duplicazioni

Inversioni

02_20.jpg

Traslocazioni

Duplicazioni o delezioni

Acquisto o Perdita di materiale genetico

Di solito comportano alterazioni fenotipiche

Inversioni o traslocazioni

Trasferimento di materiale genetico

Spesse volte non comportano alterazioni fenotipiche ma possono causare infertilità

L’analisi delle mutazioni permette di:

• Identificare gli individui in fase presintomatica

• Individuare gli eterozigoti a rischio di trasmettere una malattia genetica

• Effettuare la diagnosi prenatale

• Comprendere le basi genetiche delle malattie complesse più comuni

Copyright ©2002 The Endocrine Society

Wada, N. et al. J Clin Endocrinol Metab 2002;87:459 5-4601

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