Curs de genetica

7/22/2019 Curs de genetica

1/116

Universitatea de Stat de Medicin i Farmacie Nicolae Testemianu

Catedra Biologie molecular i Genetic uman

Curs

Genetica uman

Chiinu, 2012


2/116

2

CuprinsulCURS 1 ...................................................................................................................................................................... 3

GENETICA UMAN TIIN FUNDAMENTAL I MEDICAL......................................................... 3CURS 2 ...................................................................................................................................................................... 7

APARATUL GENETIC AL CELULEI UMANE .............................................................................................. 7CARACTERISTICA GENOMULUI UMAN .................................................................................................. 12

CURS 3 .................................................................................................................................................................... 17VARIABILITATEA I FORMELE EI............................................................................................................. 17(A) VARIABILITATEA NEEREDITAR...................................................................................................... 18(B) VARIABILITATEA EREDITAR SAU GENOTIPIC.......................................................................... 19

CURS 4 .................................................................................................................................................................... 21CROMOZOMII UMANI .................................................................................................................................. 21(B) CLASIFICAREA CROMOZOMILOR UMANI ........................................................................................ 26STUDIUL CROMOZOMILOR UMANI .......................................................................................................... 28NOMENCLATURA CROMOZOMILOR UMANI ......................................................................................... 32

CURS 5 .................................................................................................................................................................... 36ANOMALII CROMOZOMICE ........................................................................................................................ 36ANOMALIILE CROMOZOMICE DE STRUCTUR................................................................................. 36ANOMALIILE CROMOZOMICE NUMERICE ............................................................................................. 40CURS 5 .................................................................................................................................................................... 47TRANSMITEREA MATERIALULUI GENETIC DE LA CELUL LA CELUL....................................... 47ERORILE MITOZEI ......................................................................................................................................... 50

CURS 6 .................................................................................................................................................................... 55TRANSMITEREA INFORMAIEI GENETICE DE LA PRINI LA COPII............................................ 55GAMETOGENEZA .......................................................................................................................................... 55DINAMICA CROMOZOMILOR N MEIOZ............................................................................................... 57ERORILE MEIOZEI I CONSECINELE LOR............................................................................................. 60

CURS 7 .................................................................................................................................................................... 62GENELE UMANE ............................................................................................................................................ 62

CURS 8 .................................................................................................................................................................... 75TEHNICI DE ANALIZ A GENELOR......................................................................................................... 75

CURS 9 .................................................................................................................................................................... 81CARACTERE EREDITARE ............................................................................................................................ 81CARACTERISTICA GENELOR ALELE I NEALELE................................................................................ 81CARACTERE MONOGENICE MENDELIENE ............................................................................................ 82DETERMINISMUL UNOR CARACTERE EREDITARE NORMALE ......................................................... 83CARACTERE MONOGENICE NON-MENDELIENE ................................................................................... 84CARACTERE EREDITARE NORMALE POLIGENICE ............................................................................ 86

CURS 10 .................................................................................................................................................................. 88STUDIUL CARACTERELOR EREDITARE ................................................................................................. 88PARTICULARITILE CARACTERELOR EREDITARE.......................................................................... 88METODE DE STUDIU UTILIZATE N GENETICA UMAN..................................................................... 90

CURS 11 .................................................................................................................................................................. 94INTRODUCERE N PATOLOGIA GENETIC UMAN............................................................................. 94ASPECTE COMUNE N PATOGENEZA BOLILOR GENETICE................................................................ 96BOLI CROMOZOMIALE ................................................................................................................................ 98BOLI MONOGENICE .................................................................................................................................... 101TESTAREA GENETIC................................................................................................................................ 112


3/116

3

CURS 1GENETICA UMAN TIIN FUNDAMENTAL I MEDICAL

Genetica este o tiin biologic fundamental, cu ritm rapid de dezvoltare, ce studiazproprietile universale ale vieii ereditatea, variabilitatea i substratul lor material moleculele deADN. n conceptul actual, organismul viu este un sistem deschis, ce se autoregleaz i se

autoreproduce. Activitatea vital este susinut de schimbul permanent de energie, substane iinformaie. Particularitile organizrii i funcionrii sistemelor biologice, cile de transformare asubstanelor i energiei sunt controlate de informaia ce se conine n gene. Descifrarea informaieigenetice se realizeaz n procesul de biosintez a diverse proteine, care reprezint suportul tuturor

proceselor vitale ale organismului.

Ereditatea este proprietatea organismului de a pstra i a transmite caracterele morfologice,fiziologice, biochimice i de comportament generaiilor urmtoare. Ereditatea este asigurat de

proprietatea moleculelor de ADN de a se replica cu mare exactitate i a determina transmiterea de-alungul miilor i milioanelor de generaii a informaiei i, deci, a caracterelor. Astfel, n realitate, nucaracterele se pstreaz i se transmit, ci informaia genetic despre ele, codificat n ADN. Ereditateaface posibil conservarea speciilor n spaiu i timp.

Variabilitatea este proprietatea organismului de a prezenta caractere deosebite de cele ale

prinilor, asigurnd diferene individuale, intrafamiliale i intrapopulaionale. Sursele principale alevariabilitii sunt diferite modificri ale materialului ereditar (mutaiile) care apar n rezultatul erorilorde replicaie sau aciunii diferitor factori mutageni fizici, chimici sau biologici. O alt surs devariabilitate, este capacitatea moleculelor de ADN de a se recombina i, ca rezultat, apar combinaii noide gene i, respectiv, de caractere. Totodat, diveri factori ai mediului (intern i extern) pot modulaactivitatea genelor, asigurnd rspunsul organismului n condiii concrete. Apariia la descendeni acaracterelor noi este important din punct de vedere evolutiv, asigurnd adaptarea indivizilor la

condiiile noi ale vieii. Transmiterea caracterelor evaluante la descendeni determin dezvoltareaspeciei n timp.

Substratul ereditii i variabilitii la majoritatea organismelor vii este molecula de ADN (caexcepie, la unii virui materialul genetic este reprezentat de molecule de ARN). Structura moleculelorde ADN, proprietile, structura i funcia genelor, mecanismele moleculare ale reglrii activitiigenice reprezint obiectul de studiu al geneticii contemporane. Permanent sunt elaborate metode noi decercetare, identificate gene noi, stabilite legiti noi ce permit de a ptrunde mai profund n tainelevieii.

Genetica ofer o nelegere tiinific a proceselor biologice ce stau la baza activitii vitalenormale a organismului, ct i a dereglrilor n diverse stri patologice. Toate tiinele despre om

integreaz realizrile geneticii, fapt confirmat prin ompartimentele geneticii care s-au transformat ndiscipline independente:Genetica general, clasic;Genetica dezvoltrii;Genetica senescenei;Imunogenetica;

Genetica ecologic;Neurogenetica;

Farmacogenetica;

Genetica comportrii;

Genetica medical;Genetica clinic.


4/116

4

Genetica uman contemporan reprezint o tiin bazat pe genetica clasic i geneticamolecular ce se focuseaz pe: legitile pstrrii, transmiterii i realizrii informaiei ereditare; mecanismul apariiei, manifestrii i transmiterii modificrilor materialuluigenetic; structura i funciile genelor normale i patologice.

Genetica uman contemporan utilizeaz att metodele clasice ale geneticii ct i celemoleculare: metoda genealogic studiul agregrii familiale ale caracterelor ereditare, stabilirea tipului de

transmitere i calcularea riscului de recuren la generaiile urmtoare, reprezentnd o etapimportant n consultul i sfatul genetic;

metoda gemenologic studiul ponderii factorilor genetici i ecologici n manifestareacaracterelor normale sau patologice;

metode citogenetice- analiza cromozomilor i depistarea anomaliilor cromozomiale de numr ide structur;

metode molecular genetice analiza variaiilor nucleotidice la nivelul moleculei de ADN,studiul genelor normale i genelor mutante, identificarea polimorfismelor normale i mutaiilor

patologice; metoda populaional statistic analiza genofondului populaiei, stabilirea frecvenei unor

gene patologie, evaluarea factorilor ce deregleaz echilibrul populaional; modelarea matematic i biologic; genetica celulelor somatice studiul corelaiei dintre modificrile materialului genetic cu

modificrile fenotipice la nivel celular;

Medicii de diferite specialiti n activitatea lor ntlnesc boli genetice, de aceea utilizeazdiverse metode n investigarea acestora. Depistarea modificrilor n structura genelor prin studiul ADNreprezint o cale n diagnosticul corect al bolilor genetice. Ingineria genic permite elaborarea i

producerea diferitor preparate medicamentoase: hormoni, factori de cretere, interferon, etc. Una dintreproblemele actuale ale medicinei se refer la posibilitatea clonrii embrionilor pentru transplantulesuturilor i organelor. Se elaboreaz metode ale terapiei genice, prin care gena patologic estenlocuit cu cea normal. Din aceste considerente, genetica uman este o tiin aplicativ, cu un roldeosebit n medicin.

Profilaxia bolilor genetice se bazeaz pe realizrile geneticii umane: diagnosticul prenatal prinscreeningul mutaiilor patologice; terapia genic ce permite introducerea genelor umane in genomul celulelor somatice ale

purttorilor de mutaii cu revenirea la un genotip normal; obinerea produilor genetici artificiali, transferul lor n alt celul sau organism, studiul

funciei;

sinteza noilor proteine cu proprieti terapeutice.

***Piatra de temelie pentru progresul Geneticii umane este pus nanul 1956, an n care a fost

stabilit cromosologia uman i an n care a avut loc I-ul Congres n Genetica Uman la Copenhaga.Principalele evenimente discutate la acest congres au fost:

- numrul de cromozomi la specia uman (46,XX; 46,XY);- analiza grupelor de nlnuire;- studiul proteinelor prin electroforeza n gel;- stabilirea defectului molecular n siclemie.

Din 1956 pn n 1991 (Congresul VIII, Washington) au aprutmetode moleculare n studiulcromozomilor umani; s-a reuit s se studieze variaiile ADN-ului.


5/116

5

Spre 1961 deja s-au evaluat implicaiile clinice ale anomaliilor cromozomiale:- rolul cromozomilor X i Y n sexualizare, patogenia sdr. Turner, Klinefelter; a fost

descoperit TDF testis determining factor; a fost naintat ipoteza Mary Lyon privindactivitatea cromozomilor X la cele dou sexe;

- s-a stabilit corelaia dintre cromozomul Philadelphia i LMC (leucemia mieloidcronic) care este prima piesn teoria canceruluicu implicarea cromozomilor.

n 1966 a fost descifrat n totalitate codul genetic i se descriu erorile nnscutede metabolism;se pun bazele diagnosticului prenatal prin amniocentez.

n 1971 se pun la punct erorile nnscutede metabolism prin studiul pe culturi celulare.

n 1980 se practic deja clonarea genelor umane. Iar din anul 1981(Congresul de la Ierusalim)se discut metodele de genetic molecular implicate n studiul localizrii genelor la nivel decromozomi, prin studiul familial a patologiilor cu transmitere mendelian. n 1985 a aprut tehnicaPCR. n 1986 la congresul de la Berlin s-a discutat despre studiul RFLPs n boala Hungtington; s-aevideniat importana studiului molecular n aa patologii ca Granulomatoza cronic, distrofia

Duchenne, retinoblastom, leucemia mieloid cronic i limfomul Burkitt.

n 1991 s-au clonat i studiat genele implicate n patologia Duchenne, fibroza chistic,neurofibromatoz, polipoza de colon, retinita pigmentar, cardiomiopatia hipertrofic, sdr. Marfan,hipertermia malign; au aprut diverse concepte legate de impriting-ul genelor i disomia uniparental.

n 1994 a fost publicat Catalogul Fenotipurilor Autosomal Dominante, Autosomal Recesive iX-lincate; acest catalog este denumit Catalogul genelor umane i a defectelor genice.

n 1996 a avut loc al XIX-lea Congres n Genetica Uman la Rio-de-Janeiro unde s-au discutatmarcherii ADN-ului; YAC-urile; rolul acidului folic n defectele aprute la nou-nscui i introducereaacestuia ca supliment obligatoriu n perioada prenatal;diagnosticul preimplantativ al celulelor utilizaten fertilizarea in vitro i metodele de selecie a produilor de concepienon-mutani.

Din 1996pnn 2001 s-au descoperit mai mult de 1000 de gene implicate n patologia uman(cu una sau mai multe mutaii); s-a studiat expresia genic, diagnosticul maladiilor genetice, s-au fcutstudii de omologie pe drojdii i drosofil.

n 2001 a demarat Proiectul Genomul Uman. n perioada 2001 - 2003 se schimb paradigmeleGeneticii:

- de la structuralla studiul funcional al genelor;- de la aranjarea genelor la nivel de cromozomila secvenierea ADN-ului;- de la diagnosticul unei afeciuni genetice la determinarea predispoziiei genetice n

bolile comune;

- de la etiologiela patogenie, la mecanismul producerii bolilor genetice;- de la studiul unei gene ce cauzeaz boala la studiul familiilor de gene;- de la genomla proteinom;- de la Genetica Medical la Medicina Genetic; Genetica Medical se axeaz pe

studiul patologiilor mendeliene i a aberaiilor cromozomiale, pe cnd Medicina Genetic

se focuseaz pe implicarea geneticii n orice parte a medicinii clinice, factorii genetici

fiind implicai n toate bolile existente, iar predispoziia genetic exist pentru maladiile

comune ale adultului i copilului; Genetica Molecular prevaleaz n toate aspectele

Geneticii Umane i Medicale.


6/116

6

Complexitatea studiilor din Proiectul Genomul uman, chiar n zilele noastre nc nu suntdefinitive, deoarece, dei marea majoritate a genelor sunt cunoscute, nc nu se tiecu certitudine, cumse comport marea majoritate a acestor gene solo, darmi-te n concert cu celelalte gene dingenotipul uman.

Genetica Nou se bazeazpe studiul secvenelor specifice de ADN cu funcie necunoscut i

corelaiile genotip fenotip. Aa dar, progresndn ultimii 40 de ani de la fenotip la ADN, n urmtorii30 de ani ne vom ntoarce de la ADN la fenotip determinndfuncia anumitor secvene de ADN.

O alt problem ce ine de viitor este studiul corelaiei : secvene ADN funcie variaie asecvenelor ADN funcie. Se ateapt o nelegere a implicaiei factorilor genetici n afeciunilemultifactoriale (ex: HTA, boli psihice). Se ateapt o viziune nou asupra maladiilor genetice alecelulelor somaticea patra mare categorie de maladii genetice (cancerul), celelalte trei categorii fiind

bolile monogenice, boli multifactoriale; anomaliile cromozomiale. Conexiunea ntre oncogenez iteratogenez (oncogene i teratogene) deja a fost fcut pe exemplul tumorii Wilms i sindromulcefalosindactiliei Greig. Terapia genic va deveni popular nu doar pentru maladiile ereditare, dar i

pentru cele ale celulelor somatice.

***Trim n veacul celor dou revoluii tiinifice:

n biologie !!!n informatic !!!

Geneticienii sunt privilegiai s lucreze ntr-un important cmp tiinific un cmp alprovocrilor intelectuale. Genetica uman este un cmp care deine fascinaii particulare, pentru cimplic aspectele fundamentale ale speciei noastre, sunt fascinaii pe care matematica, de exemplu, nule poate mprti.

Genetica Uman, combin fascinaiile intelectuale i antropoceutice, oportunitatea de acontribui la bunstarea umanitii, de a fi n serviciul familiei i individului aparte prin GeneticaMedical. Dar acest privilegiu aduce cu sine i responsabiliti !!!

Proiectul Genomul Uman are semnificai etice, legale i sociale. Abilitatea de analiz agenomului individului este acompaniat de riscul de a folosi greit informaia i de aceia trebuie delimitat la maxim acest risc. Exist necesitatea pstrrii confideniale a anumitor studii pe indivizi,trebuie protejat informaia pentru a nu se ajunge la un complex hazardat genetic comercial.


7/116

7

CURS 2

APARATUL GENETIC AL CELULEI UMANE

Aparatul genetic al celu lelor umaneeste format din structuri celulare ce conin ADN (nucleuli mitocondriile) i care care intervin n realizarea funciilor ADN-ului (ribozomii i centrul celular).

Nucleulconine ~ 98% din ADN celular, iar numrul de molecule de ADN nuclear este corelat cunumrul de cromozomi, care constituie o caracteristic despecie:

- n celulele somatice ale omului se conin 46 molecule lungi de ADN n cei 46 de cromozomi(set diploid = 2n cromozomi);

- n celulele sexuale 23 molecule de ADN n 23 cromozomi(set haploid = n cromozomi).ADN-ul cromozomial este extrem de heterogen, 25 % din secvenele polinucleotidice corespund

genelor structurale codificatoare de proteine. Totalitatea informaiei genetice (genele) din cei 46cromozomi ai celulelor somatice formeaz genotipul, fiind n proporie de 50 % / 50% de originematern i patern.

Mitocondriileconin ~ 2% din ADN celular. Spre deosebire de nucleu, mitocondriile conin ctevacopii mici de ADN circular. Informaia genetic din mitocondrii constituie plasmotipul. Transmitereainformaiei ereditare a mitocondriilor se face pe linie matern.

Ribozomii reprezint o component a aparatului de translaie a informaiei genetice, controlndbiosinteza proteinelorexpresia informaiei genetice codificate n ADN.

Centrul celular asigur formarea aparatului de diviziuneresponsabil de repartizarea materialuluigenetic n procesul de transmitere a informaiei genetice de la o generaie de celule la alte celule n timpulmitozei, de la prini la copii n timpul meiozei.


8/116

8

ORGANIZAREA I FUNCIONAREA MATERILAULUI GENETIC(date generale)

(A) ADN-uldeine informaia geneticdespre: structura organismului particularitile lui funcionale

particularitile de dezvoltare, reproducere, rspunsului la aciunea factorilor de mediu, interaciunea dintre diferite elemente ale aceluiai organism sau cu alte organisme.

ADN reprezint macromolecule formate din dou catene polidezoxinucleotidice complimentare,antiparalel sub form de dublu helix. Informaia genetic n ADN este nscris sub forma unei secvene

prin succesiunea a patru tipuri de baze azotate:

A, G, C, T

Bazele azotate se combin cte trei formnd codoni - "cuvintele" codului genetic, fiecare tripletcodific un anumit aminoacid, de exemplu:

AAA Lys

CAG GlnTGC CysGGA Gly

etc.

Astfel, succesiunea tripletelor dintr-un segment codant de ADN determin succesiuneaaminoacizilor dintr-un polipeptid.

Secvena codant - ...AAACAGTGCGGA...

Fragment polipeptidic - ...LysGlnCysGly...

Sucesiunea aminoacizilor din polipeptid determin particularitile spaiale i funcionale aleproteinei.

Proteinele determin (direct sau participnd n diferite lanuri metabolice) toate structurilecelulare, activitle celulare, asigur interaciunea cu alte celule, particip n aprarea celulei saurspunsul la aciunea diferitor factori ecologici, etc.

(B) ADN-ul transmite informaia geneticdin generaie in generaie (de la celul la alte celulesau de la o generaie de organisme la alte generaii de la prini la copii).

La baza motenirii i transmiterei I.G. st proprietatea unic a moleculei de ADN de replicare:

1 moleculde ADNreplicare

2 molecule de ADN

n timpul replicrii sau sub aciunea diferitor factori ai mediului n molecula de ADN pot apreamodificri n secvena nucleotidic mutaii. Mutaiile pot avea catacter adaptiv sau pot fi patologice.Pentru a se evita acumularea de mutaii patologice moleculele de ADN au alt proprietate unic reparaia cu refacerea structurii iniiale a ADN-ului prin nlturarea nucleotidelor eronate saumodificate i inlocuirea lor cu nucleotide normale.

(C) ADN-ul realizeaz informaia genetic n timpul sintezei moleculelor de ARN iproteinelor.

ADN-ul poate fi transcrissub form de secvene nucleotidice de ARN: ARNm, ARNr, ARNt imicroARN care particip la translaia I.G. i sinteza lanurilor polipeptidice - viitoare proteinestructurale, enzime, receptori, reglatori, etc..


9/116

9

ADNietranscript

ARNmtranslatie polipeptid protein funcional

ARNt

ARNr

microARN

(D) Procesele moleculare de bazdin celule umane sunt:replicarea ADNsuportul transmiterii I.G.;reparaia ADN suportul stabilitii I.G;transcripia ADN i translaia ARNm suportul realizrii I.G..

Toate aceste procese:

(1)sunt programate se realizeaz numai ntr-o anumit perioad ontogenetic a celulei,dependent de tipul celulei, depind de semnale exogene i endogene;

(2)se realizeaz matricial moleculele iniiale reprezint modelepentru sinteza produilorspecifici:

ambele catene ale moleculei de ADN sunt matrie pentru sinteza noilor catene deADN n timpul replicrii; una din catenele moleculei de ADN este matri n timpul reparaiei celeilalte catene

de ADN;

una din catenele ADN-ului genic este matri pentru sinteza moleculelor de ARN(ARNm, ARNt, ARNr) n timpul transcripiei ADN-ului;

molecula de ARNm este matri pentru sinteza polipeptidului n procesul translaieicodului genetic;

(3)se desfoar dup principiul complementaritii bazelor azotate; n timpul replicrii catenele noi de ADN sunt complementare celor vechi, matrielor; n timpul reparaiei fragmentele reparate de ADN sunt complementare catenei

integre; n timpul transcripiei moleculele de ARN sintetizate sunt complementare catenei

anticodogene a secvenei moleculei de ADN; n timpul translaiei anticodonii moleculelor de ARNt adaptorii aminoacizilor

sunt complementare codonilor din ARNm.

(4)necesit factori proteici, uniti de polimerizare i energie pentru a se desfura:a. pentru a se desfura replicarea: ADN-polimerazele - enzime ce sintetizeaz catene noi de ADN pe baza catenelor

vechi;

dNTPnucleotide, monomeri pentru formarea noilor catene de ADN + donatoride energie n realizarea legturilor covalente dintre nucleotide;

b. pentru a se desfura reparaia: Endonucleazeenzime specifice ce nltur fragmentul nucleotidic defect; ADN-polimerazele - enzime ce sintetizeaz fragmente noi de ADN pentru

inlocuirea golului;

dNTPnucleotide, monomeri pentru formarea noilor catene de ADN + donatoride energie n realizarea legturilor covalente dintre nucleotide;

c. pentru a se desfura transcripia: ARN-polimerazeleenzime care sintetizeaz catene de ARN pe baza unei catene

a moleculei de ADN;

NTP - nucleotide, monomeri pentru formarea moleculelor de ARN + donatori deenergie n realizarea legturilor covalente dintre nucleotide;

d. pentru a se desfura translaia: ribozomiisediul translaiei i sintezei polipeptidului; ARNt - translatorii codului genetic i transportori de aminoacizi spre ribozomi;


10/116

10

aminoacizimonomeri pentru formarea polipeptidului; ATP, GTPsurse de energie.

(5)necesit secvene nucleotidice reglatoarepentru interaciunea cu reglatorii procesului dat; Pentru iniierea replicrii secvena ORI; Pentru transcriie:

o Promotorsecven reglatoare a iniierei transcripiei;

o Terminatorsecven reglatoare a terminrii transcripiei;o Enhancer secven intensificatoare a transcripiei;o Silencersecven atenuatoare a transcripiei.

Pentru translaieo Codon de iniiere - AUG;o Codon STOP - UAA, UAG sau UGA;

(6)necesit factori proteici i energiepentru despiralizarea ADN-ului sau ARN-ului ca s fieacsesate matriele i citite secvenele nucleotidice: Helicazeleenzime ce denatureaz aciziinucleici, scindez legturile de H dintre bazele

complementare ale ADN sau ARNmparticip la toate procesele de baz analizate; Topoizomerazele relaxeaz i despiralizeaz dublul helix de ADN, ajutnd Helicazele

n timpul replicarii.(7)se desfoar n mai multe etape cu cooperarea numeroilor factori proteici i n

consecin defectul sau absena unei proteine din setul necesar pot compromite calitativ saucantitativ replicarea, reparaia, transcripia sau translaia:i Blocarea replicrii ADN-ului va conduce la blocarea proliferrii celulei (diviziunii

celulei) care n consecinpot duce la:o deficiene in dezvoltarea i creterea organismului;o deficiene n regenerarea i reinnoirea esurutilor;o mbtrnire precoce i moarte.

ii Blocarea reparaiei ADN-uluiva avea ca consecin:o acumularea mutaiilor patologice;o sensibilitatea sporit a organismului la aciunea radiaiei ultraviolete, radiaiei

ionizante, substanelor chimice din mediu;o apariia i dezvoltarea rapida a tumorilor (cancerului);o mbtrnirea precoce i moartea.

iii Blocarea transcripiei sau translaiei, fiind etape ale realizrii I.G. vor avea caconsecin blocarea sintezei proteinei i diferite defecte la nivel celular sau organismicdependent de:

o tipul proteinei,o funciile ei n celul;o tipul de celul, esut n care se sintetizeaz i/ sau activeaz;o p

erioada ontogenetic n care este activ,

o etc.(8) prezint principii generale comune la diferite organisme i anumite particularitai,

unele aspecte sunt aceleai i la procariotei la eucariote, inclusiv i la om.

NIVELE DE ORGANIZARE A MATERIALULUI GENETIC

Din punct de vedere funcional se disting trei nivele de organizare a materialului genetic: genic,cromozomial, genomic, care au urmtoarele caracteristici comune:1. autoreproducerea, care asigur transmiterea informaiei genetice la urmai prin replicarea ADN -

ului i diviziunea celular suportul ereditii;


11/116

11

2. autoconservarea,ce asigur stabilitatea organizrii, pstrrii i repartizrii uniforme a materialuluigenetic n succesiunea generaiilor prin replicare i reparaia ADN-uluiimportant n pstrareacaracterelor de specie;

3. mutabilitatea, care asigur proprietatea materialului genetic de a se schimba i de a transmitemodificrile descendenilor-sursa principal a variabilitii.

Gena- unitatea elementar structuralfuncional a ereditii i variabilitii:- reprezint o secven specific polinucleotidic din molecula de ADN;- conine informaia despre formarea caracterului elementar proteina: succesiunea de nucleotide din

ADN determin succesiunea de aminoacizi n protein;- asigur continuitatea material a informaiei genetice de-a lungul generaiilor, adic motenirea de

ctre descendeni a caracterelor parentale;- modificrile ce se produc n structura genei pot determina modificri n sinteza proteinei i ale

caracterului. Existena genelor apermis descoperirea de ctre G. Mendel a legitilor de motenire acaracterelor.

Cromozomulreprezint substratul morfologic al ereditii i variabilitii:- este reprezentat de o molecul de ADN linear compactizat cu ajutorul proteinelor histone i

nonhistone, vizibil n timpul diviziunii celulare;- conine multe gene, de la cteva sute (crs. Y) pn la cteva mii (crs. 1);- asigur aranjarea ordonat a informaiei genetice n spaiu, n grupuri de nlnuire, fiecare gen are

un locus fix pe molecula de ADN;

- determin transmiterea genelor n bloc, datorit proprietilor de replicare a cromozomilor icompactizrii lor rapide;

- controleaz recombinarea materialului genetic crossing-overul.

Genomul este nivelul superior de organizare a materialului genetic care asigur unitateagenetic a sistemelor unui organism prin realizarea informaiei genetice n caractere fenotipice iintegrarea diferitor procese moleculare, biochimice, morfologice i fiziologice. Genomulreprezint:- totalitatea moleculelor de ADN ce se conin n celul;- genomul celulelor sexuale umane - 23 molecule ADN nuclear (set haploid) i cteva moleculele de

ADN mitocondrial;

- genomul celulelor somatice - 46 molecule ADN nuclear (set diploid) i cteva copii de ADNmitocondrial;

- genomul conine setul de secvene codante, reglatoare i modulatoare care asigur dezvoltareatuturor caracterelor specifice individului;

- sistemul de gene care se conine n 46 molecule deADN ale celulelor somatice se numete genotipi include circa 25-35 mii perechi de gene;

-genele din ADN mitocondrial formeaz

plasmotipul;

- setul diploid al moleculelor de ADN nuclear, organizate sub form de cromozomi (complexe ADN-proteine) formeaz cariotipul.


12/116

12

CARACTERISTICA GENOMULUI UMAN

Genomuleste sistemul genetic complet al celulei organismului uman, care determindezvoltarea individual, activitatea vital i transmiterea caracterelor structurale i funcionaledescendenilor. Sistemulgenetic uman complet include genomul nuclear i mitocondrial, adic 46molecule ADN nuclear i ctevamolecule circulare mitocondriale.

Genomul nuclearal celulei somatice umane reprezint 95-98% din cantitatea de ADN celular ieste fragmentat n 24 molecule de ADN distincte:

22 molecule de ADN ce formeaz cromozomii autozomi; o moleculde ADN ce formeaz cromozomul X; o molecul de ADN ce formeaz cromozomul Y.

n nucleu sunt aproximativ:- 7picograme de ADN cu o lungime de pn la 7 mld. p.n. (7x109),- circa 30.000 perechi de gene codificatoare de proteine care:

constituie doar 25% din ADN-ul celular; sunt dispersate neomogen pe toi cromozomii;

- 90% regiuni eucromatice ce asigur transcripia i se caracterizeaz prin alternarea: secvenelor unice i repetitive, codificatoare i necodificatoare;

-

10% - regiuni heterocromatice ce constau din secvene nalt repetitive necodificatoare;Partea necodificatoare a genomului se caracterizeaz printr-un polimorfism nalt, care nu se manifest n fenotip, constituie baza molecular a individualitii ADN-lui umanamprent genetic.

Genomul nuclear reprezint o comunitate simbiotic de secvene nucleotidice, care const dinelemente obli gatori i ifacultative.

Elementele obligatorii determin formarea i transmiterea caracterelor specio-specifice iindividuale, structurale i funcionale ntr-un ir de generaii; controleaz particularitile dezvoltriiontogenetice ale fiecrui individ.

Elementele obligatorii ale genomului uman sunt: genele structurale caracteristice speciei, numrul i localizarea crora sunt constante n genom;


13/116

13

genele ARNr i ARNt produii crora asigur expresia genelor structurale, sinteza proteinelorcelularebaza tuturor structurilor i funciilor celulelor organismului uman;

secvenele inversate i palindromii care reprezint situsuri de recunoatere - reglatoare ale expresiei,replicrii i recombinrii materialului genetic;

secvenele centromerice i telomerice care asigur integritatea materialului genetic cromozomial,transmiterea exact a IG n timpul mitozei, meiozei.

Elementele facultativeale genomului sunt reprezentate de pseudogene, elemente mobile

(transpozoni), secvene de ADN viral, retrotranscripi (ADNc), care reprezint un substrat n evoluiagenomului.

Genomul mitocondrialeste reprezentat de 2-10 copii circulare de ADN, localizate n matriceamitocondrial. Fiecare molecul de ADN const din 16.569 perechi nucleotide. Ambele catene ale moleculeide ADN conin gene structurale care sunt lipsite de introni i se separ unele de altele prin gene ARNt. nfiecare molecul de ADN sunt localizate 13 gene ce codific proteineenzime ale aparatului de respiraiemitocondrial, 2 gene pentru ARNr i 22 gene pentru ARNt.

Genomul mitocondrial se caracterizeazprin:

numr variabil a copiilor per celul, caredepinde de numrul mitocondriilor i /

sau intensitatea metabolismului celular;localizarea compact a genelor;lipsa secvenelor necodante;transcrierea informaiei de pe ambelecatene ale moleculei de ADN;

mutabilitatea nalt a secvenelornucleotidice;

mutaiile genelor mitocondriale suntcauzele unor boli genetice legate de

metabolismul energetic (de ex., miopatii,

encefalopatii, etc.);

transmitere pe linie matern.

CLASIFICAREA SECVENELOR GENOMULUI UMAN NUCLEAR

ADN nerepetitiv 60% ADN moderat repetitiv

30%

ADN nalt repetitiv10%

Tipuri de

secvene

- gene structurale- pseudogene

- spaiatori ai genelor

- gene de clasa I i III;- SINEs

- LINEs

ADN satelit (100-200pb)n;

ADN minisatelit (14-65pb)n;

ADN microsatelit (1-4pb)n.

Numrul decopii pergenom

- secvene unice- familii multigenice cuun numr mic de copii

sute i mii de copii de secvene scurtede 300-1000pb

Milioane de copii de secvene de 2-200pb

Localizare

dispersate neomogen pe

toi cromozomii- sunt dispersate n genom- formeaz secvene repetate n tandem

- -sateliii n regiunile deheterocromatin costitutiv;- minisateliii au localizare specific

pentru fiecare cromozom

Funcii

- codific proteine- separ secvenelecodificatoare

- regleaz expresiagenelor

- codific ARNr, ARNt, ARNsn- reprezint transpozoni- secvene ORI- controleaz mperecherea corect acromozomilor n timpul meiozei

- sateliii au rol structural;- minisateliii reprezint markerispecifici ai cromozomilor;

- microsateliii sunt hipervariabili -marcheri genetici individuali

permit dactiloscopia genomic


14/116

14

DINAMICA MATERIALULUI GENETIC NUCLEARMaterialul genetic nuclear este reprezentat de cromatin sau cromozomi, care din punct de

vedere al organizrii moleculare reprezintcomplexe nucleoproteice (ADN, proteine histone,

proteine nehistone, ARN). Cantitatea, forma iactivitatea materialului genetic se modific n

funcie de:- perioada ciclului celular;- perioada ontogenetic;- tipul celulei;- aciunea factorilor de mediu.

n diferite perioade ale ciclului celularmaterialul genetic se poate prezenta sub form de:

- cromatin sau cromozomi, graie diferitornivele de compactizare;

- cromozomi mono- sau bicromatidieni,nainte sau dup replicare;

- secvene genetic active sau inactivetranscripional.

Dinamica materialului genetic pe parcursul ciclului celular

Perioadele

ciclului celularGrad de condensare Procese genetice Nr de cromozomi

Nr de mol de

ADN

G1

Eu- i heterocromatin Transcripie,translaie,reparaie

46 46

S

Eu- i heterocromatin Replicaie,transcripie,translaie,reparaie

46 4692

G2

Eu- i heterocromatin Transcripie,translaie,reparaie

46 92

Profaz Heterocromatin - 46 92

MetafazCromozomi

metafazici

-46 92

Anafaz Heterocromatin - 92 92

Telofaz Heterocromatin Transcripie 46+46 46+46

(A) COMPACTIZAREA MATERIALULUI GENETIC

Materialul genetic poate fi reprezentat de cromatin n nucleul interfazic i de cromozomi ntimpul diviziunii. Cromatina constituie forma extins i despiralizat a cromozomilor. Din punct devedere al interaciunii cu coloranii bazici, cromatina se clasific n dou categorii: eucromatin iheterocromatin.

Compactizarea ADN-ului nuclear


15/116

15

Eucromatinareprezint regiunea slab condensat a cromatinei care conine gene structuralei este poriunea funcional activ a ADN-ului de pe care are loc transcripia. Astfel regiunile deeucromatin sunt responsabile de expresia specific a informaiei genetice, reglarea proceselor vitaleeseniale prin expresia genelor house keeping. Ponderea eucromatinei poate varia de la celul lacelul datorit expresiei difereniate a genelor specifice de esut, specifice unei anumite perioadeontogenetice sau aciunei factorilor de mediu .

Heterocromatinareprezint segmente de cromatin condensate, inactive genetic, care nu sesupun transcripiei. Se disting dou tipuri de heterocromatin: constitutiv i facultativ.

Heterocromatina constitutivconine ADN repetitiv (ADN satelit), deci nu conine secvenecodificatoare i nu poate fi transcris. Astfel de secvene sunt implicate n idividualizarea

cromozomilor (secveneletelomerice), reglarea mitozei sau

meiozei (centromerii), separarea

secvenelor codificatoare i aranjarealor funcional n nucleu. Localizarea

segmentelor de heterocromatinconstitutiv n cromozomii omologieste identic i, de regul, nu variazde la celul la celul.

- Heterocromatina facultativconine secvene codificatoareneactive, funcia lor fiinddependent de momentulontogenetic, tipul de esut sau

de sex. Heterocromatina facultativ n anumite condiii se poate decondensa i transforma neucromatin. Heterocromatina facultativ autozomal regleaz indirect expresia genelordependente de esut sau a genelor ce activeaz n diferite perioade de vrst. Heterocromatinafacultativ sexual cromatina sexual X - reprezint un cromozom X heterocromatinizat nnucleele celulelor somatice cu doi cromozomi X; inactivarea cromozomului X se realizeazarbitrar, indiferent de originea lui matern sau patern; astfel, n unele celule (46,XX) uncromozom X este activ (eucromatinizat) iar cellalt - inactiv (heterocomatinizat).

(B) CANTITATEA MATERIALULUI GENETIC

Cantitatea materialului genetic ncelulele somatice depinde de perioada

ciclului celular. O celul tnr n perioadaG1 a interfazei, pn la replicarea ADN-ului,conine 46 de cromozomi monocromatidieni(46 molecule ADN). Pe parcursul perioadei S

are loc replicarea semiconservativ iasincron a ADN-ului, cromozomii devenind

bicromatidieni (92 molecule de ADN). Cele

dou cromatide ale unui cromozom rmnunite prin centromer pn n anafaza mitozei,cnd are loc distribuia materialului genetic lacelulele fiice. n aa mod celulele nou-

formate conin aceeai cantitate de materialgenetic ca i celula iniial (transmiterea ereditar a materialului genetic de la celul la celul).

Reprezentarea aceluiai fragment de cromozom n diferite celule(A, B,C). Eeucromatina, Hcheterocromatina constitutiv, Hf

heterocromatina facultativ

Dinamica cromozomilor pe parcursul ciclului celular


16/116

16

(C) ACTIVITATEA MATERIALULUI GENETIC

Activitatea materialului genetic se exprim prin capacitatea ADN-ului de a fi transcris.Transcripia i rata transcripiei este dependent att de perioada ciclului celular, ct i de tipulcelulei, aciunea diferitor factori genetici sau negenetici.

Pentru ca o secven de ADN s fie transcris sunt necesare urmtoarele evenimente:

- solicitarea produsului proteic respectiv n celul;- activarea unor factori de transcripie specifici;- eucromatizarea secvenei respective de cromozom.

Deoarece pe parcursul diviziunii celulare ADN-ul este puternic condensat, eucromatizarea irespectiv transcripia este posibil doar n interfaz.

Sub aciunea unor inductori ai transcripiei are loc despiralizarea selectiv a unui segmentcromozomic, iniierea transcripiei i sinteza unei molecule de ARN. Tipul i cantitatea proteineisintetizate este dictat de necesitatea celulei sau organismului.

Produii proteici ai genelor pot fi clasificai n cteva grupe:- proteine house keepingindispensabile activitii tuturor celulelor,- proteine specifice pentru un anumit esut,

- proteine necesare unei anumite perioade a ontogenezei celulei sau organismului;- proteine necesare organismelor de sex feminin sau masculin;- proteine necesare n anumite condiii de mediu.Astfel, concomitent ntr-o celul se expreseaz circa 10% din setul de gene motenite.

FFiieeccaarreecceelluull??aaoorrggaanniissmmuulluuiiccoonn??iinneesseettuullccoommpplleettddeeggeennee

((3300000000ppeerreecchhiiggeenneeppeennttrruu4466mmooll..AADDNNnnuucclleeaarr))

EExxpprreessiiaaggeenniicc??nnuummaaii1100%%ddiinnttooaatteeggeenneellee

EExxpprreessiieeccoonnttiinnuu??

GGeenneeAARRNNrr

GGeenneeAARRNNtt

GGeenneehhoouusseekkeeeeppiinngg

EExxpprreessiieeddeeppeennddeenntt??ddeeaannuummiitteeccoonnddii??iiii::

--GGeenneessppeecciiffiicceeddee??eessuutt;;

--GGeenneessppeecciiffiicceeddeeppeerriiooaaddaaoonnttooggeenneettiicc??;;

--GGeenneessppeecciiffiicceeddeeppeerriiooaaddaacciicclluulluuii

cceelluullaarr;;

--GGeenneessppeecciiffiicceeddeeffaaccttoorriiiiddeemmeeddiiuu..

NNoonn--eexxpprreessiiee::

ppsseeuuddooggeennee


17/116

17

CURS 3VARIABILITATEA I FORMELE EI

Variabilitateaeste proprietatea organismelor de a obine caractere sau nsuiri noi, diferitede cele ale prinilor. Variabilitatea este un fenomen biologic complex i universal n lumea vie:

- este determinat de factori ecologici i ereditari;

- se manifest prin modificri genetice, biochimice, fiziologice i morfologice.Variabilitatea are o importan deosebit n viaa organismului, populaiei i speciei, asigurnd:

- polimorfismul genetic i fenotipic individual;- supravieuirea organismelor n diversele condiii ale mediului;- susceptibilitatea diferit a indivizilor la anumii factori ai mediului;- manifestarea unor stri patologice;- selecia natural;- baza material a evoluiei speciei umane.Factorii ecologici care determin apariia variaiilor pot fi clasificai n factori extern i (fizici,

chimici i biologici) i factori interni (produi intermediari ai metabolismului, diferite strifiziologice).

CLASIFICAREA VARIABILITIITransmiterea sau netransmiterea ereditar este criteriul fundamental n clasificarea

variabilitii. Valoarea biologic a variaiilor este judecat n raport cu faptul dac acestea suntcorelate cu modificri la nivelul materialului genetic. Din acest punct de vedere, variabilitatea estede dou tipuri:

- variabilitate neereditar, numit i variabilitate fenotipic sau modificaiune;- variabilitatea ereditar sau variabilitatea genotipic.


18/116

18

(A) VARIABILITATEA NEEREDITAR

Variaiile neereditare sau modificaiunile reprezint reaciile organismului, determinategenetic, de a rspunde la aciunea factorilo mediului ambiant prin schimbri morfologice, fiziologice

i biochimice, pe termeni mai scuri sau mai ndelungai.

Modificaiunile se caracterizeaz prin:i. variaii fenotipice neereditare;

ii. poart un caracter adaptiv i favorizeaz individul n lupta pentru existen;iii. reprezint stri reversibile de durat diferit, determinat de tipul factorului ecologic,

intensitatea i durata de aciune a acestuia i particularitile caracterului modificat;iv. determin capacitateaorganismelor de a reaciona diferit cnd sunt puse n condiii similare

de via, fiind o caracteristic ereditar (norma de reacie).

Exemple de modificaiuni la om pot fi: rspunsul la aciunea razelor ultraviolete (creterea

cantitii de melanin nepiderm bronzarea); rspunsul la eforturi fizice repetate (creterea maseimusculare); rspunsul la hipoxie (mrirea concentraiei hemoglobinei n snge); rspuns la aciuneandelungat a temperaturilor sczute (creterea stratului celulo-adipos subcutanattipul arctic).

Modificaiunile se produc n anumite limite, ce sunt controlate genetic i sunt dependente dedoza i durata de aciune a factorului modificator. Pentru fiecare organism aceste limite suntindividuale i se ncadreaz n noiunea de norm de reacie. Norma de reacie pune n evidenraportul dintre potenialul genetic cu care individul se nate i posibilitile de manifestare fenotipica acestuia n diferite condiii mezologice (mediul ecologic, mediul familial, mediul social).

* * * * *

Caracterele indivizilor i ale populaiei umane se manifest fenotipic n limitele normei dereacie, a potenialului genetic nscris n structuri ereditare (genomul nuclear i mitocondrial), iar

prin educaie prin dirijarea factorilor socialii ecologici, se pot dezvolta caracterele i trsturile

ce se nscriu n norma de reacie.

(1) Sunt indivizi cu potenial genetic favorabil, cu norm larg de reacie (talent muzical,inteligen, capaciti fizice):

a. n mediu social-educaional nefavorabil nu se manifest posibilitile n toatplenitudinea lor;

b. prin educaie se dezvolt posibilitile pe msura metodelor de educaie i a efortului deperfecionare.

(2) Sunt indivizi cu norm de reacie manifestat n limite relative:a. Fr educaie se manifest mediocru;b. Prin educaie se manifest la valoarea lor.

(3) Sunt indivizi cu deficiene psiho-somatice determinate genetic, cu norm de reaciemanifestat n limite restrnse (oligofreni etc.) educai n instituii speciale.

* * * * *

Unii factori ai mediului pot avea aciune distructiv asupra organismului, producndmodificaiuni ce depesc limita normei de reacie. Drept exemple sunt anomaliile de dezvoltareteratogene.

Factori i teratogeni de diferit natur (fizici, chimici, biologici) perturbeaz dezvoltarea

normal a embrionilor la diferite perioade ale ontogenezei, producnd anomalii morfologice,fiziologice sau biochimice, prezente la natere. Acestea ar putea fi confundate cu defecte ereditare in acest caz poart denumirea de fenocopii(de ex., surditatea rubeolic, microcefalie alcoolic etc.).


19/116

19

(B) VARIABILITATEA EREDITAR SAU GENOTIPIC

Variaiile ereditaresunt produse prin modificri ale materialului genetic modificri nstructura i /sau cantitatea materialului genetic.

Variaiile ereditare se caracterizeaz prin urmtoarele particulariti:i. sunt determinate de modificri specifice ale materialului genetic;ii. apar spontan sau prin aciunea factorilor fizici, chimici i biologici asupra materialului

genetic;

iii. se transmit de-a lungul generaiilor, sunt ereditare;iv. reprezint sursa principal a evoluiei lumii vii;v. stau la baza polimorfismului populaiei.

Sursele biologice ale variabilitii ereditare sunt mutaiile i recombinarea materialuluiereditar dou ci prin care apar caractere i / sau combinaii noi de caractere, ce au o anumitvaloare i semnificaie biologic.

1. VARIABILITATEA COMBINATIV

Recombinarea materialului genetic este asigurat n general de procesele legate de nmulireasexuat.

n dependen de cantitatea de material implicat n recombinare deosebim:- recombinare genomicrecombinarea materialului ereditar n procesul fecundaiei;- recombinarea intercromozomic combinarea independent a cromozomilor neomologi n

anafaza I a meiozei;

- recombinarea intracromozomicrecombinarea genelor ntre cromozomii omologi n procesulcrossing-overului.

Importana biologic a recombinrilor materialului genetic:a. combinarea ntmpltoare a genelor de origine parental diferit i naterea unor indivizi cu

caractere comune ale ambilor prini unici din punct de vedere genetic i bioogic;b. selecia natural prin eliminarea indivizilor cu combinaii defavorabile de gene, mutaii letale i

semiletale i supravieuirea indivizilor cu caractere normale, adaptive;c. evoluia speciei datorit seleciei genelor evaluante.

2. VARIABILITATEA MUTAIONAL

Mutaiaeste fenomenul biologic de apariie a modificrilor materialul

ui genetic, prin care

apar caractere i nsuiri noi, ci metabolice sau structuri noi i, ca rezultat, a unui fenotip nou.Mutaia apare relativ rar i rmne destul de stabil de-a lungul generaiilor. Procesul prin

care apare mutaia se numete mutagenez. Factorii fizici, chimici i biologici care produc mutaiise numesc ageni mutageni. Prin mutaie pot s apar gene noi (gene mutante), cu informaieereditar diferit de cea iniial (gen de tip slbatic).

Mutaia include modificri n structura acizilor nucleici i a genelor, schimbarea cantitiimaterialului genetic (anomalii de numr ale cromozomilor); poate interesa materialul geneticnuclear (genotipul) ct i materialul genetic citoplasmatic (plasmotipul).

n funcie de cantitatea materialului genetic modificat, sediului proceselor de mutagenez,

gen, cromozom, genom se pot descrie trei tipuri de mutaii:i. mutaii genice ce se produc la nivelul moleculei de ADN, pot implica ntreaga gen, maimulte nucleotide sau unul singur;


20/116

20

ii. mutaii cromozomice (aberaii cromozomiale) sunt modificri structurale alecromozomilor ce constau n pierderea, ctigul sau rearangarea unor segmente dincromozom;

iii. mutaii genomicesunt modificri ale setului diploid (46) de cromozomi, afectnd fie 1-2perechi cromozomi (aneuploidie), fie toi cromozomii, prin adugarea a 1-2-3 seturihaploide (poliploidie).

O alt clasificare a mutaiilor se bazeaz pe tipul de celul afectat: germinal sau somatic:- mutaiile germinaleproduc gamei anormali, care dup fecundare transmit mutaia la generaia

urmtoare, rezultnd un individ n care toate celulele vor fi mutante;- mutaiile somaticevor forma o clon celular anormal i, secundar, prin modificrile morfo-

funcionale ale organelor, sunt implicate n geneza cancerului i accelerarea senesceneiorganismului.

Mutaiile genice pot fi spontane sau induse. Primul tip este determinat de factorinecunoscui, imposibil de definit sau obiectivat de un observator; al doilea tip de mutaii sunt

produse prin aciunea unor factori cunoscui: fizici (radiaii ionizante), chimici (analogi ai bazelor

azotate, ageni alchilani) sau biologici (virusuri). Mutaiile spontane ar putea fi determinate deradioactivitatea natural (reprezentat de razele cosmice, radioactivitatea terestr permanent iiradierea intern) i reprezent circa 1,5% din totalul mutaiilor nregistrate la om.

Modificrile materialului genetic se pot rsfrnge asupra proprietilor vitale ale organismuluimutant i pot fi:- mutaii evaluante, pozitive, care asigur apariia unor caractere noi care-l fac pe individ mai

rezistent la factorii de mediu;

- mutaii defavorabile, negative, letale sau subletale ce determin apariia unor anomaliiincompatibile cu viaa sau stri patologice;

- mutaii neutre care nu afecteaz vitalitatea producnd polimorfisme genice i fenotipice.

POLIMORFISMUL ADNAnaliza genomurilor umane, alese la ntmplare, indic identitatea lor n proporie 99,9%, iar

0,1% prezint variante diferite ale unei secvene de ADN. Aceste variaii pot fi att n interiorulgenelor, ct i n regiunile intergenice, ultimele fiind mai frecvente deoarece nu sunt e liminate deselecia natural.

Polimorfismul ADN se refer la variaiile nucleotidice din diferite regiuni ale ADN-ului.Exist mai multe tipuri de polimorfisme ADN:- variaii a unui singur nucleotid SNP(single nucleotid polymorphism);- variaii microsatelitice di-, tri-, tetra- i pentanucleotidiceSTR(short tandem reapeats);- variaii minisatelitice cu secvene de 10-15 p.n. repetate n tandem - VNTR (variable number

tandem reapeats).

Secvenele polimorfe n genomul uman sunt ntlnite cu o frecven de un situs polimorf la300-500 nucleotide.

Polimorfisme ADN nu se manifest n fenotip i constituie baza molecular a individualitiiADN-lui umanamprent genetic , iar situsurile polimorfe marcheri n studiile populaionalesau n identificarea persoanelordactiloscopia genomic.


21/116

21

CURS 4

CROMOZOMII UMANI

Termenul de cromozom a fost propus n 1888 de Waldeyer cu referin la corpusculi coloraice pot fi vizualizai pe parcursul diviziunii celulare. n interfaz cromozomii sunt decondensai i se

prezint sub form de filamente, fibre sau bucle de cromatin bine organizate n nucleul celulei,aspectul cruia depinde de tipul celulei sau perioada ontogenetic. Segmentele de cromatin activetranscripional se prezint sub form de eucromatin, iar cele ce nu se transcriu sub form deheterocromatin. Cromozomii metafazici reprezint nivelul maximal de condensare a materialuluigenetic nuclear, iar studiul cromozomilor n metafaz permite identificarea precis a fiecruicromozom, evaluarea morfologiei cromozomilor.

CARACTERISTICI GENERALE ALE CROMOZOMILOR

1. Cromozomii reprezint nivelul supramolecular de organizare a materialului genetic isubstratul morfologic al ereditii. Molecula de ADN este principalul component alcromozomului, care-i specific funciile de pstrare, transmitere i realizare a materialuluigenetic ce-l conine sub form de secvene polinucleotidice specifice gene.

2. Un cromozom conine de la cteva sute la cteva mii de gene: reprezint un grup de nlnuirea genelor:

- sigur ordonarea genelor n spaiu i n timp - fiecare gen are o poziie fix pe cromozom locus;

- activarea sau inactivarea genei este realizat strict dup necesitile celulei sau organismului;- asigur transmiterea nlnuit a genelor i caracterelor determinate de genele unui cromozom.

3. Cromozomii se autoreproduc n perioada S a interfazei prin replicare semiconservativ amoleculelor de ADN care i constituie. Replicarea diferitor segmente cromozomiale i diferitorcromozomi se realizeaz asincron, dar la sfritul perioadei S toi cromozomii devin

bicromatidieni.

4. Cromozomii reprezint structuri dinamice ce i modific aspectul, forma, activitatea ndependen de perioadele ciclului celular.

5. Cromozomii au structur neomogen de-a lungul lor datorit alternrii diferitor segmente deADN:

- secvene codificatoare i necodificatoare,

- secvene unice i repetitive,- regiuni ce corespund eucromatinei i heterocromatinei;- regiuni ce se deosebesc dup gradul de pliere a fibrei de cromatin (dimensiunile buclelor);- regiuni cu un coninut diferit de perechi A T i G C;- regiuni cu o cantitate diferit de proteine asociate.Toate aceste explic polimorfismului cromozomial, colorarea difereniat a cromozomilor ioriginea benzilor (Vezi Tehnici de analiz a cromozomilor).

Fiecare individ, fiecare celul conine un set diploid de cromozomi. Fiecare cromozom nsetul diploid are omologul su. Cele 23 de perechi de cromozomi ale celulei umane somaticeconstituie cariotipul, care att cantitativ, ct i calitativ se implic n formarea fenotipului celulei iorganismului uman.


22/116

22

Modificrile numrului sau structurii cromozomilor produc anomalii de dezvoltare multiple sindroame cromozomice plurimalformative (ex. 47, XX(XY),+21 sindrom Down;46,XX(XY),5p- - sindrom cri-du-chat) sau determin transformarea clonelor celulare aneuploide.

Genetica dispune de variate tehn ici de car iotiparepentru depistarea anomaliilor de numrsau de structur a cromozomilor cu scop: de diagnostic al sindroamelor cromozomice, de prevenirea naterii copiilor cu anomalii cromozomiale prin diagnostic prenatal i studiul anomaliilor

cromozomiale n tumori.

ORGANIZAREA MOLECULAR A CROMOZOMILOR

Cromozomul este constituit din 1 sau 2 molecule de ADN (n dependen de perioadaciclului celular), asociat cu proteine histone, nehistone i ARN, formnd o nucleoproteid cu diferitenivele de compactizare:

1. molecula de ADN cu diametru de 2 nm interacioneaz cu proteinele histone determinndformarea primului nivel de compactizare nucleosomic; octamere histonice (2H2A, 2H2B, 2H3

i 2H4) sunt nfurate de segmente de ADN cu o lungime de 160p.n., transformndmoleculade ADN n filament nucleoproteic polinucleosomic cu diametru de 11nm i asigurndun grad decompactizare de circa 6 ori;

2. n prezena H1 filamentul de cromatin de 11 nm se supraspiralizeaz i se formeaz al doileanivel de compactizare- solenoidul,ce se prezint sub form de fibr nucleoproteic de 30 nm,asigurnd un grad de compactizare de circa 40 ori;

3. solenoidul se fixeaz de axul proteic longitudinal al cromozomului (scaffold), format dinproteine ale matricei nucleare; solenoidul interacioneaz specific cu scaffoldul prin intermediulSAR regiuni situs specifice de ancorare la SAP proteine situs specifice ale axuluicromozomial i astfel apare al treilea nivel de compactizare buclele, care permit un grad decompactizare a materialului genetic interfazic de 6001000 de ori;

4.al patrulea nivelcromozomul metafazic

se formeaz prin rsucirea buclelor n jurul axuluicromozomial dup pierderea contactului scaffold / anvelop nuclear; fiecare spir se formeaz

din aproximativ 30 de rozete (bucle), buclele sunt orientate spre exteriorul cromozomului;

stabilirea nivelului maximal de condensare de 10 000 ori are loc n metafaz.


23/116

23


24/116

24

MORFOLOGIA CROMOZOMILOR METAFAZICI

Cromozomii sunt cel mai uor de analizat n metafaz sau prometafaz deoarece:- se afl n acelai plan placa ecuatorial;- sunt compactizai i pot fi uor individualizai;- sunt bicromatidieni, iar cromatidele surori sunt unite prin centromer, ce permite diferenierea

cromozomilor dup form.

(A) ELEMENTELE MORFOLOGICE ALE CROMOZOMILOR sunt:- cromatidele;- centromerii;- telomerii;- constriciile secundare;- sateliii;- situsurile fragile.

Cromatida este reprezentat de o molecul de ADN liniar asociat cu proteine histone inon-histone maximal compactizat. Cromozomul metafazic are dou cromatide surori, identicegenetic, rezultate prin replicarea ADN cromozomial n perioada S a ciclului celular. Cromatidelesurori rmn unite prin centromer de la perioada S pn n anafaz.

Centromerul (c) reprezint secvena de ADN specific asociat cu proteine histonespecifice ce unete cromatidele surori. ADN centromeric este reprezentat de secvene naltrepetitive. Poziia centromerului este fix i specific fiecrui cromozom, fiecrei perechi decromozomi omologi. Centromerul mparte cromatidele n dou brae: bra proximal p i bra distal q.Centromerii au urmtoarele funcii:

- controleaz formarea kinetocorilor pentru fixarea cromozomilor la fusul de diviziune;- asigur clivarea longitudinal i disjuncia cromatidelor surori cu formarea a doi

cromozomi monocromatidieni din fiecare cromozom bicromatidian;

- asigur distribuia egal i identic a materialului genetic n timpul mitozei, transmitereaexact a materialului genetic de la celula mam la celulele fiice.

Structura cromozomilor metafazici


25/116

25

Telomerii (t) sunt secvene specifice de ADN asociate cu proteine speciale de la capetelecromozomilor

(a) secvene scurte (TTAGGG) repetate n tandem de mii de ori i(b) secvene de ADN specifice fiecrui cromozom.

Telomerii:

- protejeaz capetele cromozomilor de nucleaze;- mpiedic fuziunea cromozomilor;- asigur replicarea complet a ADN-ului nuclear i previn scurtarea progresiv a

telomerilor datorit activitii telomerazei;- controleaz senescena celulelor i organismului pluricelular;- contribuie la fixarea cromatinei de anvelopa nucleului interfazic, controlnd arhitectura

nucleului interfazic;

- particip la conjugarea cromozomilor omologi n meioz.

Constriciile secundare(h) reprezint regiuni de ADN repetitiv despiralizate, slab colorate,prezente pe braele distale ale unor cromozomi (1, 9, 16, mai rar pe crs. 4,6,10 i Y) i pebraele

proximale ale cromozomilor acrocentrici 13, 14, 15, 21 i 22, ce conin organizatori nuclelolari.Lungimea constriciilor secundare poate varia individual.

Sateliii (s) reprezint mici segmnente de heterocromatin constitutiv separate princonstricia secundar la capetele braelor proximale ale cromozomilor acrocentrici 13, 14, 15, 21 i22; numrul i dimensiunile sateliilor pot varia de la o persoan la alta.

Situsurile fragile reprezint nite regiuni cromozomiale decondensate, cu rezisten sczutla aciunea mutagen ce se pot rupe uor determinnd rearanjamente cromozomiale. Situsurilefragile sunt considerate ca marcheri genetici normali dac afecteaz regiunile de heterocromatinconstitutiv; se pot asocia cu unele stri patologice dac afecteaz regiuni crs codante (ex. FRAXAi retardul mental familial);pot avea un rol n progresia tumoral (inactivarea unor gene supresoarede tumori).


26/116

26

(B) CLASIFICAREA CROMOZOMILOR UMANI

n celulele somatice umane exist cte un set diploid de cromozomi (2n=46), adic 23 deperechi:

- 22 perechi sunt identice la femeie i brbat autosomi;- 1 pereche este diferit la cele dou sexe (XX la femeie, XY la brbat) gonosomi.

Cromozomii identici ca morfologie (form i mrime) i coninut genic, dar diferii caorigine (unul de origine matern, cellalt de origine patern) se numesc cromozomi omologi.n celulele sexuale mature (gamei) exist cte un set haploid de cromozomi (n=23): n ovule 23,X(22 autosomi+ crs. X), iar n spermatozoizi 23,X (22 autosomi+ crs. X) sau 23,Y (22 autosomi+crs.Y).

Pentru identificarea cromozomilor se folosesc criterii morfologice, indicii autoradiografiei imarcajul n benzi.

Criteriile morfologice se refer la dimensiunile i configuraia cromozomului. Se deosebesccriterii cantitative (lungimea cromozomului, indicele centromeric) i calitative (prezena constriciilor

secundare i a sateliilor) de clasificare a cromozomilor.

Lungimea cromozomului lungimea absolut a cromozomului (n microni) sau lungimearelativ este calculat dup formula:

100.XhaploidsetuluiorcromozomillungimilorSuma

studiatuicromozomulLungimea

Dup lungime cromozomii se clasificn: mari, mijlocii, mici.

Poziia centromerului. Pentru a caracteriza poziia centromerului n cromozom se utilizeazindicele centromeric, care se calculeaz dup formula:

100,Xqp

pIc

unde plungimea braului proximal,qlungimea braului distal.

n baza acestui criteriu cromozomii se clasificn:

metacentrici: p qIc = 46

49%

submetacentrici:p q

Ic = 3145%

acrocentrici:p q

Ic = 1730%


27/116

27

Pe baza criteriilor morfologice cantitative(lungimea i poziia centromerului) i calitative(sateliii constricii secundare) cromozomii se grupeaz n perechi de omologi i se clasific n 7 grupe, notatede la A la G:

grupa A- perechile 1-3, sunt cei mai mari cromozomi metacentrici, cromozomul 1 poate prezenta

constricie secundar pe braul distal (1qh), cromozomul 2 este uor submetacentric;

grupa B- perechile 4-5 de cromozomi sunt mari, submetacentrici;

grupa C- perechile 6-12 de cromozomi i cromozomul X sunt mijlocii, submetacentrici; sunt 16cromozomi la femeie i 15 la brbat; cromozomul 9 prezint constricie secundar pe braul distal(9qh);

grupa D - perechile 13-15 de cromozomi sunt mijlocii, acrocentrici;prezint constricii secundarepe braele proximale i satelii;

grupa E perechile 16-18 de cromozomi; cromozomul 16 este metacentric mijlociu i poateprezenta constricie secundar pe braul distal(16qh); cromozomii 17-18 sunt submetacentrici mici;

grupa F - perechile 19-20 de cromozomi sunt mici, metacentrici;

grupa G - perechile 21-22 i Y de cromozomi sunt mici, acrocentrici; cromozomii 21 i 22prezint constricii secundare pe braele proximale i satelii; cromozomul Y nu prezint satelii;cromozomii grupei G ajut la determinarea sexului: la femei sunt 4 acrocentrici mici (2 crs 21 + 2crs 22) / la brbai sunt 5 acrocentrici mici (2 crs 21+ 2 crs 22 + Y).

Cariotipul uman 46,XYCariotipul uman 46,XX


28/116

28

STUDIUL CROMOZOMILOR UMANI

Analiza cariotipului urmrete evaluarea numrului, formei, structurii, prezena unor reperemorfologice i evideniaz polimorfisme individuale.

Actualmente exist diverse metode ce sunt utilizate n evaluarea cariotipului, depistareaanomaliilor cromozomice de numr sau de structur, evidenierea unor markeri cromozomiali n

norm sau patologie. Mai mult ca att, unele tehnici bazate pe tehnologiile ADN recombinat, permitidentificarea unor modificri la nivel de secven de ADNcromozomial.

n dependen de scopul propus, cromozomii pot fi analizai att n interfaz, ct i n timpuldiviziunii. Aceasta permite identificarea att a unor schimbri minore n structura molecular a

ADN (microdeleii, microduplicaii), ct i modificri majore n structura i numrul cromozomi lor(aberaii cromozomiale, aneuploidii).

STUDIUL CROMOZOMILOR METAFAZICI

Etapa optim de studiu a cariotipului este metafaza, deoarece cromozomii sunt maximalcondensai i sunt dispui ntr-un singur plan, ceea ce permite identificarea lor precis. Pentrustudiul cariotipului trebuie ndeplinite urmtoarele condiii:

- sse obincelule n diviziune,- sse blocheze diviziunea n metafaz i- sse realizeze un preparat cromozomic care s fie examinat la microscop.

(1) Celule n diviziune pot fi analizate direct n cazul esuturilor cu proliferare activ(mduv osoas, gonada masculin, tumori) sau dup realizarea unei culturi celulare dinsnge

periferic*, limfocite T, mduv osoas roie, fibroblati (piele, fascii, embrioni), celule amniotice,celule din vilozitile coriale, tumori solide.

* Tehnica recoltrii sngelui periferic i punerea acestuia n cultur (constituie cea mai simpl tehnic de obinere acromozomilor umani):

se prelev snge periferic prin puncie venoas (n condiii de asepsie); se recolteaz pe heparin, pentru a se mpiedica coagularea sngelui; n condiii de asepsie, sngele este introdus ntr-un flacon ce conine un mediu de cultur specific, mbogit cu ser fetal

bovin sau ser uman AB; pentru stimularea diviziunilor se utilizeaz fitohemaglutinina; se incubeaz la 37C, timp de 72 ore.


29/116

29

(2) Blocarea diviziunilor n metafazse face cu substane care inhib formarea fusului dediviziune (citostatice)colchicin sau colcemida.

(3) Realizarea preparatelor (lamelor) pentru studiul la microscopimpune urmtoareleetape:

hipotonizarea celulelor pentru dilatarea celulelor i dispersarea cromozomilor (centrifugare,

eliminarea supernatantului i resuspendare n soluie hipotonicde KCl); fixarea celulelorpentru a ntrerupe activitatea vital a celulei, pstrnd morfologia cromozomilor(alcool + acid acetic);

colorareacu soluie Giemsa sau un alt colorant specific pentru cromozomi; examinarea la microscopul optic, cepermite analiza cromozomilor pentru evidenierea eventualelor

anomalii de numr (omogene sau n mozaic)sauanomalii de structur;

fotografiereaplcilor metafazice din frotiu i decuparea cromozomilor; identificarea cromozomilori efectuarea cariogramei (idiogramei).

Realizarea cariogramei din preparate citologice

Cromozomi metafazici umani colorai cu colorantul Giemsa (colorare uniform)


30/116

30

MARCAJUL N BENZI AL CROMOZOMILOR

Exist un grup de tehnici speciale, prin care se evideniaz n lungul cromatidelor alternana dezone colorate i necolorate, numite benzi. Acestea au o distribuie precis, determinat de structuraintern a cromozomului.

Metodele de marcaj n benzi au aprut relativ recent, n anii '70, i au determinat o revoluie ncitogenetic, deoarece au o mare valoare practic:

marcajul n benzi reflect structura discontinu a cromozomilor, respectiv alternana de

eucromatin i heterocromatin, de secvene de ADN bogate n AT sau GC, de segmente decromatin cu concentraie diferit de proteine histone i proteine nehistone;

modelul benzilor este identic n toate celulele unui organism i la toi indivizii aceleiai specii, deaceea efectuarea marcajului n benzi permite identificarea precisa unei specii;

marcajul n benzi permite identificarea precis a perechilor de cromozomi omologi, deoareceacetea sunt la fel din punct de vedere genetic i au acelai model de benzi;

marcajul n benzi permite identificarea precis a fiecrui cromozom, deoarece cromozomii,aparinnd unor perechi diferite, au alte gene i deci alt model al benzilor;

metodele de marcaj n benzi permit un diagnostic citogenetic foarte precis n multe anomalii destructur (deleii, inversii) care nu se evideniaz sau se evideniaz foarte greu n coloraiaobinuit.

n consecin, utiliznd diverse tehnici de colorare a cromozomilor se obin benzi colorate(pozitive) i necolorate (negative) stabile i caracteristice fiecrui cromozom. Diferite tehnici(G,Q,R,T,C) determin o dispoziie specific a benzilor.

Cariotipul uman normal obinut prin coloraredifereniat G a cromozomilor unei celule

somatice (46,XX)

Schema cariotipului uman (46,XY) pe baza

colorrii n benzi G acromozomilormetafazici


31/116

31

Caracteristica diferitor tehnici de bandare a cromozomilor

Tehnica de analiz acromozomilor

Colorantul

utilizatOriginea benzilor Rolul practic

Metoda G Giemsa

Benzi pozitiveheterocromatin;Benzi negative

eucromatin.

Identificarea anomaliilor de

numr i de structur acromozomilor

Metoda Q Quinacrina

(fluorescent)

Benzi pozitiveheterocromatin;Benzi negative

eucromatin.



Metoda R

(revers)

Giemsa sau

coloranifluoresceni

Benzi pozitiveeucromatin;

Benzi negativeheterocromatin.



Metoda C

(centromeric)

Giemsa sau

colorani

fluoresceni

Benzi pozitiveheterocromatina

pericentromeric

Analiza polimorfismului

cromozomial

Metoda T

(telomeric)

Giemsa sau

coloranifluoresceni

Benzi pozitiveheterocromatina telomeric

Analiza polimorfismului

cromozomial

TEHNICI DE CITOGENETIC MOLECULAR

Pe baza metodelor de analiz molecular a acizilor nucleici au fost elaborate o serie de tehnicinoi de analiz a cromozomilor interfazici, ce se caracterizeaz printr-o specificitate i precizie

naltmetode de hibridizare in situ (F ISH , CGH, SKY).

Metoda FI SH (fl uorescent in situ hybri dization)este bazat pe urmtoarele principii:i. se utilizeaz sonde moleculare marcate fluorescent, care sunt complementare unor secvene

nucleotidice specifice ale unui cromozom sau fragment de cromozom;

ii. n preparatul microscopic in situ, supus unui tratament alcalin, ADN-ul cromozomialdenatureaz prin ruperea legturilor de hidrogen dintre cele dou catene ale moleculei deADN;

iii. la adugarea sondei n preparat are loc legarea ei complementar la secvena specific acromozomului - hibridizarea;

iv. ulterior, preparatul este prelucrat cu o substan ce se leag selectiv de biotin sau dedigoxigenin: pentru biotin este specific streptovidina, iar pentru digoxigenin sunt

Dispunerea benzilor cromozomiale obinute prin diferite tehnici decolorare (cromozomul X)


32/116

32

anticorpii antidigoxigeninici; la aceste substane se pot aduga unul sau mai muli coloranifluoresceni;

v. cromozomii colorai se vizualizeaz la microscop pe fondul cromozomilor necolorai.

Tehnica FISH se utilizeazpentru evidenierea:- cromozomilor supranumerari;

- anomaliilor cromozomice de structur;- rearanjamentelor intercromozomiale complicate;- microdeleiilor i microduplicaiilor cromozomice;- localizrii genelor.

Aceast tehnic este precis, rapid i econom de aceea este tot mai larg utilizat ndiagnosticul anomaliilor congenitale, sindroamelor monogenice, diagnosticul prenatal.

CGH (comparative genome hybridization).Aceast tehnic este utilizat n citogeneticaoncologic pentru determinarea regiunilor cromozomiale deletate sau amplificate ntr-un anumit tipde cancer. Regiunile deletate, de regul, conin gene supresoare de tumori, iar cele amplificate oncogene. Astfel, metoda este utilizat pentru cartarea i clonarea genelor implicate n

cancerogenez.

Metoda CGH const n urmtoarele: se extrage ADN-ul dintr-o tumor i dintr-un esutnormal; ADN-ul din tumor i din esutul normal se marcheaz cu diferii fluorocromi; ADN-ulmarcat (i din tumor, i din esutul normal) este hibridizat cu preparatul cromozomic obinut dintumor; se determin regiunile cu deleii sau cu amplificri dup intensitatea marcherilor. Analizarezultatelor este efectuatutilizndprograme speciale computerizate.

SKY (spectral karyotyping)analiza spectroscopic a cromozomilor. Aceast tehnic sebazeaz pe utilizarea unui set de sonde fluorescente cu colorani diferii. Fiecare sond specific unanumit segment cromozomic. Fiecare pereche cromozomial are parametri spectrali unici.Utilizndu-se interferometrul, analogic aparatelor utilizate n msurarea spectrului obiectelorastronomice, este posibil depistarea unor variaii minore n componena spectral a cromozomului,invizibile ochiului. Computerul analizeaz datele interferometrului i graie unei programe specialeindic pentru fiecare pereche de cromozomi culori anumite. Avantajul acestei metode const ntr-oindividualizare mult mai precis a cromozomilor, datorit culorii lor specifice; depistarea unortranslocaii ce sunt greu de depistat prin alte metode citogenetice. Se utilizeaz in oncocitogenetic

pentru depistarea aberaiilor cromozomice ce se produc la nivel de tumoare, chiar i a unorrearanjamente ce implic fragmente cromozomice foarte scurte.

NOMENCLATURA CROMOZOMILOR UMANI

Exist un sistem internaional de standardizare, care permite formularea cariotipului normal sauanormal cu ajutorul unor simboluri i semne, ce redau numrul de cromozomi i eventualele anomaliide structur - deficit, surplus sau rearanjamente ale materialului cromozomic.

n cazul cariotipulu i normalse scrie numrul total de cromozomi urmat de o virgul, dup carese scrie structura gonosomilor:

o cariotip feminin normal- 46,XXo cariotip masculin normal - 46,XY.

Cariotipurile anormale pot caracteriza anomaliile cromozomiale numerice sau anomaliile

structurale:o anomalii ale autosomilornumrul total de cromozomi, virgula, gonosomii, iar dup o alt

virgul, precedat de + (cromozom suplimentar) sau - (lipsa unui cromozom) se scrie


33/116

33

numrul cromozomului implicat (de ex..: 47, XX, +21 (trisomia 21); 47,XY,+13 (trisomia13); 45,XX,-8 (monosomia 8); etc.;

o anomalii alegonosomilorse scrie numrul total de cromozomi, urmat dup virgul degonosomii respectivi (de ex.: 45,X (monosomia X); 47,XXY (disomia X); 47,XXX

(trisomia X)).

n rezultatul colorrii difereniate pe fiecare cromozom se pot observa o serie de repere, elementeimportante pentru identificarea unui cromozom:- benzi net conturate,- centromerul,- telomerele.

Dea lungul braelor cromozomilor sunt delimitate regiuni. Fiecare regiune are mai multe benzi, iarbenzile pot avea subbenzi.

Cromozomii metafazici prezint400 - 500 benzi, n timp ce cromozomii aflai n profaza timpurieprezint1800-2000 benzi (metode de nalt rezoluie).

Nomenclatura benzil or: regiunile i benzile se numeroteaz de la centromer spre telomerepentru fiecare din brae; ex: 7q12 - cromozomul (7), braul distal (q), regiunea (1), banda (2).

Pentru desemnarea anomaliilor cromozomiale structurale se indic natura rearanjamentului ipunctele de ruptur, identificate prin banda i regiunea n care se produc. Exemple:

46,XX,del(1)(q21q31) - cariotip feminin cu deleiea unui fragment a braului distal alcromozomului 1 de la regiunea 2, banda 2 pnla regiunea 3, banda 1.46,XY,r(2)(p21q31) - cromozomul 2 inelar; punctele de ruptur sunt pe braul proximal nregiunea 2 banda 1 i pe braul distal n regiunea 3 banda 1.46,XX,inv(2)(p21q31) - inversie pericentric a segmentului cuprins ntre regiunea 2 banda 1,

braul proximal i regiunea 3 banda 1, braul distal ale cromozomului 2.46,X,i(Xq) - isocromozom de brae distale al cromozomului X;46,X,del(X)(q12.1-q24.3) deleia unui segment din crs X, de pe braul distal, de la regiunea 1

banda 2 subbanda 1 pn la regiunea 2 banda 4 subbanda 3.

Aspectul crs prometafazici vs crs metafazici


34/116

34

Simboluri folosite n descrierea cariotipului (standarde internaionale)Simboluri Semnificaia simbolului

A-G Grupele de cromozomi

1-22 Numerele cromozomilor autosomi

X, Y Gonosomii (cromozomii sexuali)

/ Mozaicizm cromozomialp Bra proximal, scurtq Bra distal, lung

pter Captul braului proximalqter Captul braului distalcen centromer

del Deleie, pierderea unui fragment cromozomicder Cromozom derivat printr-un rearanjament cromozomial

dup Duplicaie, dublarea unui fragment cromozomicdic Cromozom dicentric, cu doi centromeri

fra Situs fragili Izocromozom, cu brae identice p sau qins Inseria unui fragment cromozomicinv Inversia unui fragment cromozomic

mat Origine maternpat Origine patern

r Cromozom inelar (ring)

t Translocaia unui fragment cromozomic pe alt cromozom neomologupd Disomie uniparental:: Rupere cu reunire

+ naintea numrului unui cromozom adugarea cromozomului ntreg,

dup numrul unui cromozom adugarea unei pri de cromozom- naintea numrului unui cromozom pierderea cromozomului ntreg,

dup numrul unui cromozom pierderea unei pri de cromozom

VARIAII ALE CARIOTIPULUI LA PERSOANE CU FENOTIP NORMAL

Exist uneori o serie de abateri de la regulile generale stabilite, care determin unele variante(variaii) particulare rare, dar care nu reprezintanomalii cromozomice.

Variaii numerice:

- la femeie - dup vrsta de 60 ani, pn la 7% din celulele organismului pot pierde unul dincromozomii X, devenind 45,X;

- la brbat- dup vrsta de 70 ani, pn la 2% din celule pot pierde cromozomul Y i devin 45,X.

Variaii structuralen heterocromatin:- lungimea i formacromozomilor omologi poate varia; variaiile n lungime intereseaz n special

braele scurte ale cromozomilor D, G.- sateliii se gsesc obinuit n cromozomii acrocentrici, cu excepia cromozomului Y, dar pot fiobservai i pe ali cromozomi; pot prezenta o mare variabilitate n form i mrime.- constriciile secundarecare reprezint zone decondensate, situate n regiunile proximale ale braelor

lungi ale cromozomilor 1, 9, 16 i Y; uneori pot prezenta o mrire exagerata constriciilor secundare(46, XX, 1qh+; 46,XY, 1qh++...).


35/116

35

Polimorfi smele de bandare(benzile Q, G i C) sunt reprezentate de diferene n ceea ce privetemrimea i aspectul unor zone cromozomice; cel mai frecvent, polimorfismele implic regiunilecentromerice, braele scurte i sateliii cromozomilor D i G, zona de constricie secundar de pe braullung al cromozomului Y.

Semnificaia polimorfismului: polimorfismul se transmite dominant dup modelul mendelian, nu

modific expresia fenotipic deoarece pare limitat numai la regiunile heterocromatiniene,inactive genetic(produce modificri cantitative aleADN repetitiv).Polimorfismul cromozomic este utilizat:

- ca marcherpentru evidenierea transmiterii unor caractere de la prini la copii (de ex.: cercetareapaternitii);

- pentru determinarea originii parentale a nedisjunciei naneuploidii (de ex.: originea cromozomilorsuplimentari n trisomii);

- pentru identificarea cromozomilor care conin gene marcher pentru unele patologii monogenice;- stabilirea unor grupe de nlnuire (linkage) genic;- evaluarea frecvenei unor polimorfisme n unele forme de leucemii i la copiii cu anomalii

congenitale.


36/116

36

CURS 5

ANOMALII CROMOZOMICE

Anomalii le cromozomice reprezint modificri ale numrului cromozomilor caracteristicspeciei (46 n celulele somatice umane) sau modificri structurale ale acestora. n literatur sunt

ntlnite noiunile de mutaii genomice (ce explic anomaliile cromozomice de numr) i mutaii sauaberaii cromozomice (ce se refer la anomaliile de structur). Anomalii cromozomice numericeafecteaz ntregul cromozomi celestructuraleimplic rearanjamente ale structurii cromozomilor.

Factori posibili ce produc anomalii cromozomice ar putea fi: factori care deregleaz mitoza sau pot produce rupturi ale ADN-ului sau altereaz replicarea:

- factori chimici: citostatice, antimetabolii, radicali liberi, agenii alchilani;- factori fizici: radiaiile ionizante;- factori biologici: virusuri;

vrsta matern avansat, care sporete riscul erorilor n segregarea cromozomilor n meioz i aaneuploidiilor la descendeni;

unul din prini este purttor de anomalie congenital echilibrat (translocaie, inversie); rearanjrile intercromozomice prin crossing-overinegal sau erori de recombinare.

ANOMALIILE CROMOZOMICE DE STRUCTUR

Anomaliile cromozomice structurale pot fi clasificate n funcie de efectul fenotipic i demecanismul de producere.

Pe baza efectului fenotipic, anomaliile cromozomice structurale se mpart n: echilibrate(inversiile i translocaiile), care nu modific fenotipul purttorului i neechilibrate (deleiile,duplicaiile, etc.), care produc fenotipuri anormale.

n raport cu mecanismul de producere, anomaliile cromozomice structurale pot fi grupate n:anomalii produse printr-o singur ruptur cromozomic (deleia terminal), anomalii produse prindou rupturi cromozomice n acelai cromozom (deleiile interstiiale, inversiile, cromozomii

inelari), anomalii produse prin rupturi n cromozomi diferii (cromozomii dicentrici, translocaiilereciproce i cele robertsoniene; inseriile).

Clasificarea anomaliilor cromozomice


37/116

37

ANOMALII CROMOZOMICE ECHILIBRATE

I nversiareprezint o anomalie de structur, caracterizat prin modificarea ordinii genelor de peun fragment cromozomic. Mecanismul de producere const n ruperea unui cromozom n doupunctei rotirea cu 180a fragmentului intermediar.

Inversiile pot fi de dou tipuri: pericentrice: produse prin ruptura unui cromozom n dou

puncte situate pe brae diferite, urmat de rotaia cu 180o

a fragmentului intermediar i reunireafragmentelor; n urma acestei rotaii se poate produce modificarea configuraiei cromozomului;paracentrice: produse prin ruptura unui cromozom n dou puncte situate pe acelai bra, urmat derotaia cu 1800 a fragmentului intermediar i reunirea fragmentelor; n urma acestei rotaii nu semodific configuraia cromozomului, ci numai ordinea benzilor.

Translocaiile sunt anomalii de structur caracterizate prin trecerea unuia sau mai multorfragmente cromozomice de pe un cromozom pe altul, fr a determina modificri fenotipice.Translocaiile pot fi de trei tipuri:- reciproce - produse prin ruperea a doi cromozomi n cte un punct, urmat de schimbul

fragmentelor rupte i realipirea cromozomilor;

- cu inserii - produse prin ruperea a doi cromozomi neomologi, unul ntr-un punct i cellalt ndoupuncte de pe acelai bra, urmatde inserarea n punctul de ruptural primului cromozom alfragmentului intermediar din al doilea cromozom;

- robertsoniene- produse prin ruperea a doi cromozomi acrocentrici la nivelul centromerului urmatde fuziunea braelor lungi (fuziune centr ic) i pierderea braelor scurte (conin doar gene pentru


38/116

38

ARN ribosomal i, astfel, pierderea lor nu determin modificri fenotipice); acest tip de anomaliiconduce la scderea numrului de cromozomi de la 46 la 45.

Anomaliile cromozomice

echilibrate nu modific fenotipul individului,deoarece reprezint rearanjri cromozomice, care nu determin modificri cantitative ale materialuluigenetic. Dar, purttorul unei translocaii echilibrate, dei normal fenotipic, poate produce gameianormali datorit erorilor de conjugare i erorilor de segregare (nedisjuncii) ale cromozomilorimplicai n translocaie.

Consecinele translocaieirobertsoniene t(13q21q)asupra gametogenezei


39/116

39

ANOMALII CROMOZOMICE NEECHILIBRATE

Deleiile sunt anomalii structurale caracterizate prin pierderea unor fragmente cromozomice.Anomaliile pot fi de dou tipuri:- terminale- produse prin ruperea unui cromozom ntr-un punct, urmatde pierderea fragmentului

terminal;

- interstiiale-produse prin ruperea unui cromozom n doupuncte situate pe acelai bra, urmatde pierderea fragmentului intermediar.

Deleiile se pot produce i prin altemecanisme: crossing-over inegal ntrecromozomi omologi aliniai eronat, segregareacromozomilor anormali n cursul meiozei

parentale n cazul n care unul din priniprezint o anomalie echilibrat. Deleia are caefect apariia unei diferene de lungime ntrecromozomii omologi.

Duplicaiile sunt anomalii structurale caracterizate prin prezena n dublu exemplar a unuifragment cromozomic. Anomalia se poate produce prin crossing-overinegal i segregare anormalacromozomilor cu translocaie.

Cromozomii inelari apar prin ruperea unui cromozom n doupuncte situate pe brae diferite,urmatde pierderea segmentelor terminale (acentrice) i reunirea capetelor segmentului centric ntr-ostructurinelar.

I zocromozomii sunt cromozomi anormali formai fie numai din brae scurte, fie numai dinbrae lungi. Mecanismul de apariie a anomaliei const n clivarea transversal a centromerului.

Anomalia are ca efect apariia unui cromozom care prezint concomitent deleia unuia din brae iduplicaia celuilalt bra.

Cromozomii dicentrici sunt cromozomi anormali caracterizai prin prezena n acelaicromozom a doi centromeri. Mecanismul de producere const n ruperea a doi cromozomi n c te unpunct, urmat de pierderea fragmentelor terminale i unirea celor dousegmente cromozomice, careprezint centromere, ntr-un singur cromozom.

Anomaliile cromozomice neechilibrate determin un dezechilibru cantitativ al materialuluigenetic (n plus sau n minus) ce se manifest fenotipic asemntor anomaliilor numerice (trisomii

pariale sau monosomii pariale). Trisomiile i monosomiile pariale ale unui cromozom determinmultiple caractere anormale n "tipi contratip"asemntoare cu monosomiile i trisomiile totale aleaceluiai cromozom: trisomia 18 (sdr. Edwards) i monosomia parialdeterminatde 18q-; trisomia13 (sdr. Patau) i monosomia parialdeterminatde r(13).


40/116

40

ANOMALIILE CROMOZOMICE NUMERICE

Anomaliile numerice sunt clasificate n: poliploidii(prezena n plus a unor seturi haploidede cromozomi) ianeuploidi i(prezena n plus sau absena unui cromozom ntreg).

Poliploidiile,n dependen de numtul de seturi haploide prezente n nucleul celulei somatice,

pot fi: triploidii (3n) - 69,XXX sau 69,XXY sau 69,XYY; tetraploidii (4n )- 92,XXXX sau92,XXYY; etc.

Triploidia (3n) poate rezulta prin fecundarea de ctre un gamet normal (n = haploid) a unuigamet anormal (2n=diploid); gametul

Documents

Curs de genetica