Cariotipo umano 1956 Accertamento del no. di cromosomi, i 23
cromosomi dellassetto aploide vengono suddivisi in 7 gruppi (A-G)
sulla base delle dimensioni e della posizione del centromero 1970
Introduzione delle tecniche di bandeggio: diventa possibile
individuare i singoli cromosomi Braccio corto = p Braccio lungo = q
Le bande vengono numerate con numeri progressivi dal centromero
verso i telomeri
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Cariotipo umano di un individuo di sesso maschile
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Cariotipo umano di un individuo di sesso femminile
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Bandeggio di un cromosoma umano a diversi livelli di
risoluzione
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UN PO DI NOMENCLATURA 46, XXcariotipo normale femminile 46,
XYcariotipo normale maschile Anomalie di numero45, X 47, XX +21 47,
XXX Anomalie di struttura delezioni 46, XY, del(4)(p16.3) 46, XX,
del(5)(q13q33) inversioni 46, XY, inv(11)(p11p15) duplicazioni
46,XX, dup(1)(q22q25) inserzioni 46, XX, ins(2)(p13q21q31)
traslocazioni reciproche 46, XX, t(2;6)(q35;p21.3) traslocazioni
Robertsoniane 45, XY, der(14;21)
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Genoma umano aploide ca. 3000 Mb (= 3 x 10 9 bp) Cromosoma X
ca. 155 Mb pari al 5% del genoma aploide, contiene pi di 1000 geni
molti dei quali housekeeping Cromosoma Y ca. 60 Mb pari al 2% del
genoma aploide, contiene qualche decina di geni per lo pi coinvolti
nella formazione del testicolo e nella produzione di
spermatozoi
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Due zone di omologia X-Y poste alle due estremit dei cromosomi,
vengono indicate con la sigla PAR (Pseudo Autosomal Region) PAR1 (o
primaria) estremit del braccio corto, grande ca. 2.6 Mb PAR2 (o
secondaria) estremit del braccio lungo, grande ca. 320 Kb Queste
due regioni, durante la meiosi maschile, si appaiano e vanno
incontro a ricombinazione PAR1 PAR2
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Perch si ipotizzato lesistenza di un meccanismo di
compensazione del dosaggio genico (o pi precisamente della
differenza di dosaggio genico)? 1)Le aneuploidie dei cromosomi
sessuali, a differenza di quelle a carico degli autosomi, sono
compatibili con la vita, e, in alcuni casi, non comportano fenotipi
anormali 47, XXX femmine normali, talvolta sterili 47, XXY
(sindrome di Klinefelter) maschi sterili, talvolta con lieve
ritardo mentale 45, X0 (sindrome di Turner), statura inferiore alla
media, sterilit, altre anomalie di sviluppo generalmente non gravi
48, XXXX o XXXY sintomatologia pi grave delle precedenti, ma
comunque condizione compatibile con la vita 2)La quantit di
prodotto genico di geni del cromosoma X uguale in maschi e femmine,
nonostante il fatto che i maschi abbiamo una sola copia del gene e
le femmine due Esempio attivit enzimatica della G6PD
(Glucosio-6-Fosfato Deidrogenasi)
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Nei mammiferi, a differenza che in altri organismi (es.
Drosophila), la compensazione del dosaggio genico raggiunta
attraverso linattivazione di uno cromosoma X nelle cellule
somatiche che ne contengono due In cellule con aneuploidie dei
cromosomi sessuali viene mantenuto attivo un solo cromosoma X,
questo spiega il fenotipo pressoch normale di soggetti con
cromosomi sessuali in eccesso o in difetto Agli inizi degli anni 60
Mary Lyon ed Ernest Beutler sono arrivati in modo indipendente a
dimostrare lesistenza dellinattivazione del cromosoma X Beutler
studio del gene Gd nelluomo Lyonstudio di un gene che controlla il
colore del pelo nel topo
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Linattivazione : casuale (in media il 50% delle cellule
inattiva lX ereditato dal padre e il 50% quello ereditato dalla
madre) mantenuta clonalmente (le cellule figlie mantengono lo
stesso pattern di inattivazione della cellula madre) precoce
Caratteristiche del cromosoma X trascrizionalmente inattivo:
mantiene attive alcune regioni (le due PAR ed altri geni
interspersi in regioni inattive) assume un aspetto eterocromatico
in interfase (corpo di Barr) acquista le caratteristiche del DNA
inattivo (metilazione dei residui di Citosina, ipoacetilazione
degli istoni, replicazione del DNA nella tarda fase S)
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In cellule euploidi o con aneuploidie dei cromosomi sessuali,
in interfase sono visibili 0, 1, 2 o 3 corpi di Barr a seconda del
numero di cromosomi X presenti nella cellula Il corpo di Barr stato
scoperto alla fine degli anni 40 e, quando stata scoperta
linattivazione del cromosoma X, si ipotizzato che potesse essere
lespressione morfologica dellX inattivo Corpo di Barr struttura
eterocromatica visibile in interfase addossato alla parete interna
della membrana nucleare
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Nucleo di una cellula in interfase con 1 corpo di Barr Nucleo
di una cellula in interfase con 3 corpi di Barr
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Come avviene linattivazione? Processo multi-step: 1)conteggio
dei cromosomi X presenti nella cellula (anche rispetto agli
autosomi); 2)scelta del(dei) cromosoma(i) X da inattivare, uno per
ogni assetto diploide; 3)inizio dellinattivazione; 4)sua diffusione
alla quasi totalit del cromosoma; 5)mantenimento dello stato
inattivo linattivazione non sequenza-specifica (sequenze
autosomiche traslocate sullX possono essere inattivate) Tutte
queste funzioni sono mediate da sequenze di DNA che si trovano
nella regione Xq13 e da loci autosomici
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La regione Xq13 contiene quindi lX-Inactivation Center (XIC),
questa regione stata suddivisa in sottoregioni coinvolte nei
singoli step del processo di inattivazione inizio anni 90
identificazione del primo gene coinvolto nellinattivazione XIST (X
Inactive Specific Transcript) lunico gene espresso solo dal
cromosoma X inattivo codifica un RNA senza ORF di ca. 17 Kb che
sembra rivestire il cromosoma X inattivo Attualmente sono stati
identificati altri geni necessari per il processo di inattivazione,
ma le basi molecolari di questo fenomeno non sono ancora
completamente note
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Linattivazione sempre casuale? NO si osserva deviazione dalla
casualit quando uno dei cromosomi X della cellula porta una copia
del gene XIST (necessario per dare inizio allinattivazione) non
funzionante o quando si ha una traslocazione bilanciata X-autosoma.
In questi casi linattivazione in origine casuale, ma le cellule che
inattivano lX coinvolto nella traslocazione inattiveranno anche
geni autosomali e questo le render selettivamente svantaggiate
rispetto alle altre cellule
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Pattern di inattivazione nelle cellule della linea germinale:
entrambi i cromosomi X degli oogoni sono attivi, lunico cromosoma X
degli spermatogoni inattivo
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Linattivazione del cromosoma X responsabile della grande
variabilit clinica delle malattie dovute a geni che mappano su
questo cromosoma la gravit del fenotipo clinico dipender dalla
proporzione di cellule che hanno mantenuto attivo il cromosoma X
con lallele mutante
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Imprinting genetico Espressione differenziale di materiale
genetico a seconda che esso sia stato trasmesso dal padre o dalla
madre. I geni soggetti a imprinting sono presenti in duplice copia,
ma di essi viene espressa una sola copia Espressione monoallelica
di geni biallelici
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Concetto contrario alle leggi di Mendel secondo le quali
lorigine materna o paterna di uninformazione non ne influenza
lespressione (equivalenza degli incroci reciproci) Geni imprintati
nel padre sono silenziati durante la spermatogenesi la copia
fornita dal padre non viene espressa, rimane attiva solo quella
fornita dalla madre Geni imprintati nella madre sono silenziati
durante la oogenesi la copia fornita dalla madre non viene
espressa, rimane attiva solo quella fornita dal padre
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pedigree di una malattia dovuta ad un gene soggetto a
imprinting silenziato durante la oogenesi ( attiva solo la copia
fornita dal padre) il rapporto maschi : femmine tra gli affetti
1:1, una femmina malata non trasmette MAI la malattia, che pu
ricomparire per nei suoi nipoti (figli dei suoi figli maschi)
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PROVE DELLESISTENZA DELLIMPRINTING esperimenti di trapianti di
pronuclei nel topo: creazione di zigoti androgenetici e
ginogenetici zigoti ginogenetici 2n cromosomi TUTTI di derivazione
femminile zigoti androgenetici 2n cromosomi TUTTI di derivazione
maschile embrioni abortivi strutture extraembrionarie pressoch
assenti, embrione quasi normale embrioni abortivi iperplasia del
trofoblasto, embrione pressoch assente CONTROLLI zigoti normali
ottenuti con trasferimento di pronuclei 2n cromosomi, n forniti da
un maschio e n da una femmina embrioni normali la manipolazione di
per s non impedisce il normale sviluppo
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Esistono due patologie umane paragonabili agli zigoti
ginogenetici e androgenetici: teratomi, 2n cromosomi forniti SOLO
dalla madre mole idatiforme, 2n cromosomi forniti SOLO dal padre I
triploidi (3n cromosomi = 69) sono tutti abortivi, ma il fenotipo
dei 2n P 1n M diverso da quello dei 2n M 1n P, nei primi si osserva
uniperplasia delle strutture extraembrionarie e assenza
dellembrione vero e proprio, viceversa, nei secondi si hanno
strutture extraembrionarie quasi assenti e embrione pressoch
normale Alcune disomie cromosomiche uniparentali (UPD) (entrambi i
cromosomi di una coppia forniti dallo stesso genitore) hanno
effetti fenotipici diversi dettati dal sesso del genitore che ha
fornito la coppia di cromosomi PROVE DELLESISTENZA DELLIMPRINTING
NELLUOMO
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Si stima che nelluomo i geni soggetti a imprinting siano
dellordine di 200, si trovano sulle seguenti regioni cromosomiche:
6, 7q, 11p, 14q, 15q11-q13, 20
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molto spesso i geni soggetti a imprinting sono riuniti in
cluster contenenti geni imprintati nella madre e geni imprintati
nel padre i due cluster omologhi mostrano metilazione differenziale
(ma non sempre la metilazione a carico dellallele non espresso) nei
cluster sono in genere presenti sia geni strutturali (il loro
prodotto finale una catena polipeptidica) sia geni che producono
RNA non codificanti
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Limprinting deve essere risettato ad ogni generazione
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Sindrome di Beckwith-Wiedemann (BWS) (1) Malattia dovuta a un
gene soggetto a imprinting nella madre ( attiva solo la copia
fornita dal padre) causata da acquisizione di funzione. Il gene
mappa in 11 p 15 PMPM PMPM PMPM Nei soggetti normali espressa solo
la copia paterna La duplicazione sul cromosoma paterno ha come
conseguenza un raddoppiamento del prodotto genico ed insorgenza
della malattia La duplicazione sul cromosoma materno senza
conseguenze perch la copia sovrannumeraria non viene espressa
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PMPM Sindrome di Beckwith-Wiedemann (BWS) (2) PMPM Una
mutazione nel centro di imprinting impedisce il silenziamento del
gene in cis La mutazione sul cromosoma paterno non si hanno
conseguenze fenotipiche perch la copia che non pu essere spenta
comunque destinata ad essere espressa La mutazione sul cromosoma
materno lindividuo malato perch ha due copie attive del gene
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Sindrome di Prader-Willi (PWS) - malattia dovuta ad assenza
della funzione del gene PWS ( si tratta di vari geni che per
semplicit vengono qui considerati come un unico gene ), gene
soggetto ad imprinting nella madre ( espressa solo la copia fornita
dal padre) che mappa in 15 q 11-13 Sindrome di Angelman (AS) -
malattia dovuta ad assenza della funzione del gene AS, gene
soggetto ad imprinting nel padre ( espressa solo la copia fornita
dalla madre) che mappa in 15 q 11-13, cio nella STESSA regione del
gene PWS Entrambe le malattie possono essere dovute a: 1.delezione
dellintera regione cromosomica 15 q 11-13; 2.disomia uniparentale
(UPD) (materna nella PWS, paterna nella AS); 3.errore di
imprinting; 4.solo per la sindrome di Angelman: mutazione nella
copia materna del gene AS
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PWSAS PMPM Pattern di espressione nel soggetto normale: sono
espressi il gene PWS del cromosoma paterno ed il gene AS del
cromosoma materno PMPM PMPM La delezione sul cromosoma Paterno
assenza della funzione del gene PWS, si ha Sindrome di Prader-Willi
La delezione sul cromosoma Materno assenza della funzione del gene
AS, si ha Sindrome di Angelman
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PWSAS PPPP Disomia Uniparentale (UPD) Paterna assenza
funzionale del gene AS Sindrome di Angelman PWS AS MMMM UPD Materna
assenza funzionale del gene PWS Sindrome di Prader-Willi PWSAS PMPM
mutazione nel centro di imprinting sul cromosoma P che non pu
essere risettato e viene trasmesso con unimpronta di tipo Materno
assenza funzionale del gene PWS Sindrome di Prader-Willi PWSAS
mutazione nel centro di imprinting sul cromosoma M che non pu
essere risettato e viene trasmesso con unimpronta di tipo Paterno
assenza funzionale del gene AS Sindrome di Angelman PMPM
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UPD = UniParental Disomy = disomia uniparentale entrambi gli
omologhi di una coppia vengono ereditati dallo stesso genitore Non
si ha unalterazione quantitativa rispetto al normale, ma per quel
particolare cromosoma linformazione genetica proviene da un solo
genitore Le UPD sono in genere dovute a recupero di una trisomia
(un embrione trisomico che in una fase estremamente precoce dello
sviluppo perde un membro della tripletta di omologhi)