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Genetica: Lo studio dellereditarietà Perché la progenie assomiglia ai genitori?

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Presentazione sul tema: "Genetica: Lo studio dellereditarietà Perché la progenie assomiglia ai genitori?"— Transcript della presentazione:

1 Genetica: Lo studio dellereditarietà Perché la progenie assomiglia ai genitori?

2 Genetica: lo studio delleredità Perché alcuni individui in una popolazione differiscono?

3 Genetica: lo studio delleredità Perché le specie cambiano nel tempo?

4 Genetica: lo studio delleredità Come vengono trasmessi alcuni caratteri? polidattilia = dominante autosomica Qual è il gene responsabile?

5 TUTTO CIO CHE SIAMO E FACCIAMO DIPENDE DAI DIPENDE DAIGENI Ma anche … DALLAMBIENTE …e oggi diciamo… anche DALLALIMENTAZIONE CI DIFFERENZIAMO: A CAUSA DEI NOSTRI GENI A CAUSA DEI NOSTRI GENI PERCHE CRESCIAMO IN AMBIENTI DIVERSI PERCHE CRESCIAMO IN AMBIENTI DIVERSI E CI ALIMENTIAMO IN MODO DIFFERENTE

6 I GENI SONO UNITA MINIME DI EREDITA CHE CONSERVANO LA LORO IDENTITA STRUTTURALE DA UNA GENERAZIONE ALLALTRA Di solito i geni sono appaiati, allineati lungo i cromosomi (filamenti di geni), che a loro volta sono appaiati, che a loro volta sono appaiati, fanno eccezione i coromosomi sessuali X eY fanno eccezione i coromosomi sessuali X eY I GENI SONO PORZIONI DI CROMOSOMI CHE SONO COMPOSTI DA DNA= acido desossiribonucleico

7 La genetica La genetica, (dal greco gennao γεννάω = dare vita, generare) è la scienza che studia: i geni, i geni, l'ereditarietà, ossia la trasmissione dei caratteri da l'ereditarietà, ossia la trasmissione dei caratteri da un organismo ad un altro, da una cellula ad unaltra un organismo ad un altro, da una cellula ad unaltra la variabilità genetica degli organismi la variabilità genetica degli organismi Il ruolo del genoma (patrimonio genetico) ed in Il ruolo del genoma (patrimonio genetico) ed in particolare dei geni, nei processi fondamentali della vita. particolare dei geni, nei processi fondamentali della vita. Studia fenomeni noti sin dall'antichità da Gregor Mendel, ma non spiegati fino al XIX secolo. G. Mendel, padre della genetica, pur non sapendo dell'esistenza dei cromosomi e della meiosi, attribuì ai 'caratteri ereditati la proprietà di determinare il fenotipo dell'individuo.

8 STORIA DEL LINGUAGGIO GENETICO 1838 Mathias Jakob SCHLEIDEN e Theodor SCHWANN scoprono 1838 Mathias Jakob SCHLEIDEN e Theodor SCHWANN scoprono che la cellula è lunità fondamentale della vita che la cellula è lunità fondamentale della vita 1859 Charles DARWIN pubblica lorigine della specie1859 Charles DARWIN pubblica lorigine della specie DAL 1853 anche Mendel comincia a dare DAL 1853 anche Mendel comincia a dare il suo grande contributo alla genetica il suo grande contributo alla genetica

9 Mendel Johan Gregor Mendel era l'unico figlio di un contadino di Heizendorf dove nacque il 22 luglio 1822; Durante la sua infanzia lavorò come giardiniere, e frequentò l'Istituto Filosofico di Olmütz (oggi Olomouc). Nel 1843 iniziò a studiare nell'abbazia agostiniana di San Tommaso a Brünn, dove dimostrò di avere una spiccata predisposizione all'apprendimento. Nell'agosto del 1847 ricevette i voti sacerdotali, nel 1849 venne assegnato ad una scuola media di Znaim, nella città si sottopose all'esame per diventare professore che superò dopo numerosi fallimenti e bocciature. Nel 1851 fu inviato all'Università di Vienna per studiare, e tornò nell'abbazia come professore, principalmente di fisica, matematica e biologia nel Johan Gregor Mendel

10 Le leggi di Mendel 1.Legge della dominanza 1.Legge della dominanza (o legge della omogeneità di fenotipo): incrociando due individui che differiscono per un solo carattere puro si ottengono individui in cui si manifesta solo uno dei due caratteri (detto dominante) mentre l'altro (detto recessivo) rimane latente. Questo significa che, in ogni caso, nella generazione successiva uno dei caratteri antagonisti non si manifesta mai nel fenotipo.

11 I primi esperimenti di Mendel prendevano in considerazione un solo carattere alla volta: si parla allora di incrocio monoibrido: P PISELLO SEME GIALLO X PISELLO SEME VERDE F1 PISELLO SEME GIALLO F2 SEME GIALLO SEME GIALLO SEME GIALLO SEME VERDE F1 XF1PISELLO SEME GIALLO 3/4 SEME GIALLO ¼ SEME VERDE

12 Le leggi di Mendel 2. Legge della segregazione 2. Legge della segregazione (o legge della disgiunzione): durante il processo di meiosi, i caratteri (siano essi dominanti o recessivi) si posizionano casualmente sui cromosomi omologhi. A seguito della divisione e della successiva fecondazione i cromosomi che andranno a unirsi posseggono dei caratteri casuali ereditati da entrambi i genitori. I due membri di una coppia genica (alleli) segregano (si separano) l'uno dall'altro durante la formazione dei gameti. Metà dei gameti contiene un allele, e l'altra metà l'altro allele.

13 P PISELLO SEME GIALLO X PISELLO SEME VERDE GG gg F1 PISELLO SEME GIALLO Gg F1 XF1PISELLO SEME GIALLOGg F2 SEME GIALLO SEME GIALLO SEME GIALLO SEME VERDE GG GgGggg fenotipo: 3:1genotipo: 1:2:1

14 Le leggi di Mendel 3. Legge dell'assortimento indipendente 3. Legge dell'assortimento indipendente (o legge di indipendenza dei caratteri): in un incrocio, prendendo in considerazione due coppie di caratteri alla volta, ad esempio incrociando piselli a semi gialli e lisci con altri a semi verdi e grinzosi, si ottiene una prima generazione costituita interamente da piselli gialli e lisci, ossia dai caratteri dominanti. Incrociando poi tra loro questi individui si ottiene una seconda generazione costituita da 9/16 di piselli gialli e lisci, 3/16 di piselli gialli e grinzosi, 3/16 di piselli verdi e lisci, 1/16 di piselli verdi e grinzosi. Questa legge è perfettamente valida per geni di cromosomi differenti mentre è solo in parte verificata per i geni dello stesso cromosoma.

15 La spiegazione è nella MEIOSI B R b r B b R r B R b r B b R r

16 La meiosi e lassortimento indipendente

17 B R b r B b R r B R b r B b R r I CROMOSOMI MIGRANO AI DUE POLI

18 B R r B bb R r B R r B bb R r FINE PRIMA MEIOSI

19 B B bb R R r r B B bb R R r r MEIOSI II

20 B R b r B b R r B R b r B b R r SI DIVIDONO I CROMATIDI

21 Gli esperimenti di Mendel stabilirono tre principi genetici di base: 1)Alcuni alleli sono dominanti, altri recessivi 2)Durante la formazione dei gameti, gli alleli differenti segregano luno dallaltro 3)Geni indipendenti assortiscono indipendentemente

22 Fenotipo– caratteristica osservabile di un organismo, dipende dal genotipo specifico e dallinterazione con lambiente e lo stile di vita Genotipo – costituzione genetica di un individuao, coppia di alleli presenti in un individuo, riferito sia ad un singolo gene, sia allinsieme dei suoi geni Genotipo e Fenotipo CARATTERE: tutte le caratteristiche di un organismo rilevabili con un qualsiasi mezzo di indagine

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24 GENOTIPO OMOZIGOTE: quando un individuo possiede 2 alleli identici di un certo gene sui cromosomi omologhi GENOTIPO ETEROZIGOTE: quando un individuo possiede 2 alleli differenti di un certo gene sui cromosomi omologhi DOMINANTE: quando il carattere risulta evidenziabile sia nellomozigosi che nelleterozigosi (es. semi gialli GG, Gg) RECESSIVO: quando il carattere risulta evidenziabile solo nellomozigosi (es. semi verdi gg)

25 Mendel concluse che: -Incroci tra individui che differiscono tra loro in quanto omozigoti per due alleli diversi (AA e aa) dello stesso gene danno origine ad una progenie (F1) costituita da individui identici tra loro tutti eterozigoti (Aa) -Incroci tra eterozigoti F1 (Aa x Aa) danno origine ad una progenie (F2) in cui compaiono genotipi diversi in rapporti definiti e costanti: ¼ omozigote per un allele (AA) ¼ omozigote per laltro allele (aa) ½ eterozigote (Aa)

26 GENE: UNITA EREDITARIA FONDAMENTALE I geni controllano i caratteri I geni sono localizzati sui cromosomi I geni segregano con i cromosomi (meiosi)

27 Oggi noi affermiamo che: l'informazione genetica degli organismi è contenuta all'interno della struttura chimica del DNA. I 'caratteri' mendeliani dell'individuo corrispondono a sequenze di DNA, chiamate geni presenti nel genoma in duplice copia (nel cromosoma ereditato dal padre e in quello ereditato dalla madre). I geni contengono l'informazione per produrre molecole di RNA e proteine che permettono lo sviluppo e la regolazione dei caratteri cui sono correlati. Sebbene la genetica giochi un ruolo importante nel determinare l'aspetto ed il comportamento dell'individuo, è la sua interazione con l'ambiente a determinare l'aspetto complessivo = Sebbene la genetica giochi un ruolo importante nel determinare l'aspetto ed il comportamento dell'individuo, è la sua interazione con l'ambiente a determinare l'aspetto complessivo = due gemelli identici, aventi lo stesso patrimonio genetico, possono avere diverse personalità. due gemelli identici, aventi lo stesso patrimonio genetico, possono avere diverse personalità. La genetica

28 Applicazioni pratiche della genetica 1.La ricerca genetica ci aiuta a capire lo sviluppo, la biologia della cellula, la fisiologia, ecc 2. I test genetici predicono la tua probabilità di avere bambini con una malattia ereditaria 3. La ricerca genetica può portare ad incrementare i raccolti I test genetici sono usati in tribunale 4. I test genetici sono usati in tribunale 5. Gli studi genetici aiutano a monitorare i cambiamenti nelle popolazioni naturali

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30 1953 WATSON e CRICK: struttura del DNA

31 La genetica classica Nel 1910 Thomas Hunt Morgan suggerì che i geni si trovassero sui cromosomi, in seguito ad osservazioni su Drosophila (il moscerino della frutta). Morgan notò infatti che le mutazioni che generavano un colore bianco degli ommatidi erano trasmesso in modo differente tra individui di diverso sesso in quanto questo gene mutante si trova sul cromosoma X. In seguito un suo studente,C.B. Bridges, dimostro la correttezza dell'asserzione di Morgan. In più osservò il fenomeno della non-disgiunzione in drosophila m. e scopri che il cromosoma Y di quest'ultima non ha rilevanza nella determinazione del sesso ma influenza la fertilità nei maschi. Nel 1913 il suo studente Alfred Sturtevant utilizzò il fenomeno del linkage genetico e le frequenze di ricombinazione ad esso associate per dimostrare e mappare la disposizione lineare dei geni lungo il cromosoma. La struttura chimica del DNA Thomas Hunt Morgan osservò come la mutazione che causava la presenza di occhi bianchi in Drosophila fosse lagata al sesso dellanimale. Ciò gli permise di ipotizzare che i geni si trovassero sui cromosomi

32 La genetica del DNA La struttura chimica del DNA L'acido desossiribonucleico o deossiribonucleico (DNA) è un acido nucleico costituito da monomeri chiamati nucleotidi ( un gruppo fosfato, il deossiribosio (zucchero pentoso) e una base azotata che si lega al deossiribosio con legame N- glicosidico). Quattro sono le basi azotate che possono essere utilizzate nella formazione dei nucleotidi da incorporare nella molecola di DNA: adenina, guanina, citosina e timina Esso contiene le informazioni genetiche necessarie alla biosintesi di RNA e proteine, molecole indispensabili per lo sviluppo ed il corretto funzionamento della maggior parte degli organismi viventi.

33 Nel 1953 James Watson e Francis Crick determinarono la struttura tridimensionale del DNA, basandosi anche sul lavoro di Rosalind Franklin.

34 –La struttura del DNA consiste di due filamenti di polinucleotidi attorcigliati luno sullaltro in una doppia elica. –Si può immaginare questa struttura come una scala di corda dotata di rigidi pioli in legno e arrotolata in spire. Torsione

35 Polinucleotide del DNA A C T G T Scheletro zucchero-fosfato Gruppo fosfato Base azotata Zucchero A C T G T Gruppo fosfato O O–O– O O P CH 2 H3CH3C C C C C N C N H H O O C O O H C H H H C H Base azotata (A, G, C, o T) Timina (T) Zucchero (deossiribosio) Nucleotide del DNA Il DNA è un acido nucleico costituito da lunghe catene di nucleotidi.

36 Il DNA ha quattro tipi di basi azotate: adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G) C C C C C C O N C H H O N H H3CH3C H H H H N N N H O C HH N H C N N N N C C C C H H N N H C C N C H N C N HC O H H Timina (T)Citosina (C) Adenina (A) Guanina (G) Purine Pirimidine

37 –I legami idrogeno tra le basi tengono uniti i filamenti. –Ogni base è appaiata con una base complementare: A con T, e G con C catene complementari GC TA AT G G C C A T GC T A T A AT AT GC A T O O OH –O–O P O O –O–O P O O O P – O O P O O O OH H2CH2C H2CH2C H2CH2C H2CH2C O O O O O O O O P O–O– O–O– O–O– O–O– HO O O O P P P O O O O O O O O T A G C C G AT CH 2 Legame idrogeno Coppie di basi appaiate Modello a nastro Struttura chimica Modello computerizzato

38 Il DNA traduzione genetica trascrizione Il processo di traduzione genetica (comunemente chiamata sintesi proteica) è possibile solo in presenza di una molecola intermedia di RNA, generata attraverso la trascrizione del DNA. Tale processo non genera solo filamenti di RNA destinati alla traduzione, ma anche frammenti già in grado di svolgere svariate funzioni biologiche (ad esempio all'interno dei ribosomi, dove l'rRNA ha una funzione strutturale). duplicata L'informazione genetica è duplicata prima della divisione cellulare, attraverso un processo noto come replicazione del DNA, che evita che si perda informazione durante le generazioni. Negli eucarioti, il DNA si dispone all'interno del nucleo in strutture chiamate cromosomi. Negli altri organismi, privi di nucleo, esso può essere organizzato in cromosomi o meno. All'interno dei cromosomi, le proteine della cromatina (come gli istoni) permettono di compattare e controllare la trascrizione dei geni. DNARNA PROTEINE

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40 LINFORMAZIONE GENETICA

41 CONOSCENDO LA CONFORMAZIONE SPAZIALE DELLA MOLECOLA SI INIZIA AD INTUIRE COME POSSA : IMMAGAZZINARE, COPIARE,LINFORMAZIONE GENETICA UTILIZZARE QUESTE INFORMAZIONI PER DIRIGERE LA SINTESI PROTEICA DUPLICAZIONE SINTESI PROTEICA TRASMETTERE LINFORMAZIONE GENETICA TRASCRIZIONE

42 MODELLO SEMICONSERVATIVO I due filamenti di DNA di partenza si separano e ciascuno di essi funziona da stampo per formare il filamento complementare. I nucleotidi si allineano uno alla volta lungo il filamento stampo secondo la regola dellappaiamento delle basi azotate

43 Base azotata (A, G, C, o U) Gruppo fosfato O O–O– OOP CH 2 H C C C C N C N H H O O C O O H C H H OH C H Uracile (U) Zucchero (ribosio) Legenda Idrogeno Carbonio Azoto Ossigeno Fosforo Anche lRNA è un acido nucleico ma è composto da uno zucchero leggermente differente (il ribosio) e una base azotata chiamata uracile (U) al posto della timina.

44 DIVERSI TIPI DI RNA, OGNUNO CON LASUA FUNZIONE

45 CONCLUSIONI GENETICA CLASSICA I CROMOSOMI SONO PORTATORI DELL EREDITARIETA I GENI SI TROVANO SUI CROMOSOMI STRUTTURE PRESENTI NEL NUCLEO DELLE CELLULE EUCARIOTE

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47 ETIOLOGIA GENERALE LE CAUSE DELLE MALATTIE

48 LE MALATTIE DELLUOMO: VARI CRITERI DI CLASSIFICAZIONE Malattie del capo, delladdome, del torace … Malattie del rene, dello stomaco, del polmone … Malattie respiratorie, psichiche, digestive … Malattie infettive, da radiazioni, da intossicazioni … Malattie neoplastiche, infiammatorie, autoimmuni … Malattie stagionali, professionali, regionali … TOPOGRAFICO Regione del corpo prevelentemente interessata ANATOMICO Organo o apparato prevelentemente interessato FUNZIONALE Funzione fisiologica compromessa dalla malattia EZIOLOGICO Agente causale che ha prodotto la malattia EPIDEMIOLOGICO Sulla base di osservazioni e dati statistici PATOGENETICO Meccanismo col quale si verificano le alterazioni

49 ETIOLOGIA GENERALE 1. CAUSE INTRINSECHE = malattie su base genetica

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52 Malattie rare Attualmente, sono state calcolate da a 7000 malattie genetiche Le malattie rare sono malattie gravi, croniche, evolutive, Prognosi quod vitam spesso sfavorevole Si presentano alla nascita o nell'infanzia (amiotrofia spinale infantile, della neurofibromatosi, dell'osteogenesi imperfetta, delle condrodisplasie o della sindrome di Rett) > 50% delle malattie rare compare nell'età adulta (malattia di Huntington, malattia di Crohn, la malattia di Charcot-Marie- Tooth, la sclerosi laterale amiotrofica, il sarcoma di Kaposi)

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55 CITOGENETICA : Le cellule umane contengono 46 cromosomi. I geni, cioè frammenti specifici di DNA, sono i principali costituenti dei cromosomi. In un singolo cromosoma sono mediamente presenti geni. I cromosomi X e Y, sono quelli che determinano il sesso: Nella donna sono presenti due cromosomi X,e nelluomo un X e un Y. Processo di analisi che valuta il numero e la forma dei cromosomi. sezione della cromatina 5 avvolgimenti della doppia elica fibra di 30nm coni nucleosomi strettamente impacchettati parte di una sezione di cromosoma sezione condensata di un cromosoma metafasico cromosoma metafasico 2nm 11nm 30nm 300nm 700nm 1400nm

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57 BILANCIATE: presenza talvolta dialterazioni fenotipiche BILANCIATE: presenza talvolta dialterazioni fenotipiche SBILANCIATE: presenza sempre di alterazioni fenotipiche, SBILANCIATE: presenza sempre di alterazioni fenotipiche, con ritardo mentale con ritardo mentale

58 ANOMALIE CROMOSOMICHE STRUTTURALI: RISULTATO DI ROTTURE CROMOSOMICHE Se un cromosoma di rompe in un unico punto, le sue estremità del punto di rottura vengono riunite da un enzima di riparazione DELEZIONE TERMINALE: assenza di un telomero funzionale produce instabilità ed il cromosoma viene degradato Rotture in più punti: gli enzimi di riparazione hanno difficoltà a riconoscere le diverse estremità danneggiate ed è possibile che si verifichino le aberrazioni cromosomiche strutturali ANOMALIE CROMOSOMICHE BILANCIATE: se non cè acquisizione o perdita netta di materiale cromosomico ANOMALIE CROMOSOMICHE SBILANCIATE: se cè acquisizione o perdita netta di materiale cromosomico

59 COSTITUZIONALI : su ovuli e su spermatozoi COSTITUZIONALI : su ovuli e su spermatozoi SOMATICHE: SOMATICHE: provocate da geni situati su autosomi - es. mosaicismo - ma anche con mutazioni su un solo gene carattere mutato dominante: fenotipo malato carattere mutato recessivo: fenotipo sano o malato nellomozigote eterozigote recessivo Esempi: fenilchetonuria, albinismo, galattosemia Esempi: fenilchetonuria, albinismo, galattosemia

60 Anomalie cromosomiche negli spermatozoi Circa il 10% degli spermatozoi di maschi fertili presenta anomalie cromosomiche: 45% anomalie numeriche 55% anomalie strutturali (prevalentemente rotture)

61 Anomalie cromosomiche negli ovociti Circa il 25 % degli ovociti presenta anomalie cromosomiche (prevalentemente aneuploidie)

62 MUTAZIONI NELLE CELLULE GERMINALI (spermatozoi, cellule uovo): spontanee (ca. 1 ogni gameti) indotte da agenti mutageni (ag. chimici, virus, radiazioni) Trasmissione ereditaria della mutazione mutaz. disvitale: sindromi ulteriormente ereditabili autoeliminazione mutaz. sub-letale: morte in età pre-pubere (= autoeliminazione) mutaz. letale: morte del feto

63 FREQUENZA DELLE ANOMALIE CROMOSOMICHE NEGLI ABORTI SPONTANEI su 8841 aborti spontanei del primo trimestre 3613 (40.87%) presentano anomalie cromosomiche trisomie autosomi 52% 45,X 19% poliploidie (triploidie 16% ) 22% riarrangiamenti strutturali 7% A. Milunsky Genetic disorders and the fetus 1992

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65 CHIMERE E MOSAICI

66 COSTITUZIONALI : su ovuli e su spermatozoi COSTITUZIONALI : su ovuli e su spermatozoi SOMATICHE: SOMATICHE: provocate da geni situati su autosomi - es. mosaicismo - ma anche con mutazioni su un solo gene carattere mutato dominante: fenotipo malato carattere mutato recessivo: fenotipo sano o malato nellomozigote eterozigote recessivo Esempi: fenilchetonuria, albinismo, galattosemia Esempi: fenilchetonuria, albinismo, galattosemia

67 MUTAZIONI NELLE CELLULE SOMATICHE : SONO PRESENTI E SI ACCUMULANO NELLE CELLULE DEI TUMORI MALIGNI

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69 Se questo 50% non basta a mantenere la funzione, la malattia si manifesta anche negli eterozigoti : DOMINANTE Se questo 50% invece basta a mantenere la funzione, la malattia si manifesta solo in omozigosi : RECESSIVA

70 ALBERI GENEALOGICI convenzioni grafiche

71 EREDITA AUTOSOMICA DOMINANTE

72 EREDITA AUTOSOMICA RECESSIVA

73 EREDITA RECESSIVA X-LEGATA (DIAGINICA)

74 Quali sono le anomalie cromosomiche Di numero trisomie monosomie triploidie tetraploidie Di struttura traslocazioni inversioni delezioni duplicazioni

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76 Anomalie di struttura Delezioni Duplicazioni Inversioni Translocazioni

77 delezioni

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79 Gravità delle anomalie cromosomiche La gravità è correlata al tipo di cromosoma e alla quantità di geni interessati Tanto più grave è lo sbilanciamento cromosomico tanto più precoce sarà linterruzione di gravidanza

80 La frequenza delle anomalie cromosomiche è: Direttamente correlata con letà materna Inversamente correlata con lepoca gestazionale

81 La frequenza delle anomalie cromosomiche alla nascita è 0.65% Trisomie % 1 su % % Monosomie45,X 0.024% Tr. bilanciate 0.2% 1 su 500 Tr. sbilanciate 0.05% Nielsen et al. Human Genet ; 61 : 98

82 5p- Sindrome Cri-du-chat, anomalie facciali e ritardo mentale 11q- Tumore di Wilms, tratto renale genitourinario 13q- Retinoblastoma (tomore allocchio, altri tipidi tumore, assenza del TS-Rb 15q- Sindrome di Prader Willi- astenia ed accrescimento lento, obesità, attacchi di compulsivi di fame DELEZIONI DI PARTI DI CROMOSOMI E MALATTIE ASSOCIATE!

83 CARATTERI LEGATI AL SESSO NELLUOMO LEGATI AL CROMOSOMA X DALTONISMO DALTONISMO : i colori vengono confusi, soprattutto il rosso con il verde Emofilia Distrofia di Duchenne

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85 PATOGENESI DI IMPORTANTI MALATTIE: varie combinazioni di fattori genetici + cause ambientali Genetica Stile di vita

86 Provocate da geni localizzati su cromosomi sessuali emofilia e daltonismo Provocate da geni localizzati su autosomi fenilchetonuria, albinismo, galattosemia Provocate da mutazioni cromosomiche e genomiche sindrome di Down, sindrome di Turner, sindrome di Klinefelter

87 EFFETTI DI UNALTERATA FUNZIONE GENICA

88 STRUTTURA TERZIARIA DELLA PROTEINA = FUNZIONE DELLA PROTEINA

89 Effetti di carente funzione di proteine enzimatiche STOP

90 Quadro finale : accumuli di molti diversi metaboliti

91 ERRORI DEL METABOLISMO DI FENILALANINA E TIROSINA

92 Le mutazioni sono cambiamenti accidentali nei geni –rare, casuali I pedigrees sono usati per studiare lereditarietà –Emofilia - Malattia congenita in cui il sangue ha una coagulazione lenta o assente, recessiva – Espressa solamente quando lindividuo non ha copie dellallele normale » Emofilia Reale: legata al sesso Pedigrees

93 Lanemia falciforme è una malattia ereditaria recessiva in cui gli individui malati hanno unemoglobina difettosa, incapace di trasportare efficacemente ossigeno ai tessuti. – Gli omozigoti hanno le cellule falciformi. – Gli eterozigoti appaiono normali ma sono resistenti alla malaria. Malattie genetiche dovute ad unalterazione proteica

94 Genotipo-Fenotipo normali falciformi

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96 La fibrosi cistica: generalità È la più frequente malattia autosomica recessiva nelle popolazioni di razza caucasica: _ il gene mutante CFTR (cystic fibrosis transmembrane regulator) è localizzato sul braccio lungo del cromosoma 7; _ eterogeneità delle mutazioni (circa 700), la più frequente è la microdelezione F508; Varietà delle manifestazioni fenotipiche: _ broncopolmonari; _ gastrointestinali e nutrizionali; _ turbe idroelettrolitiche; _ urogenitali maschili, con azoospermia; _ sopravvivenza media M 31.1 a; F 28.3 (USA).

97 Incidenza della fibrosi cistica

98 Deficit di proteine enzimatiche: errori del metabolismo, accumuli, errori del metabolismo, accumuli, malattie lisosomiali; malattie lisosomiali; Deficit di altre proteine: altre malattie altre malattie

99 LE PRINCIPALI MALATTIE DA GENE SINGOLO Errori del metabolismo / Malattie lisosomiali:alcuni esempi LipidosiDeficit Ceramidasi Galattosilceramide Gangliosidosi GM1 Leucodistrofia metacromatica Malattia di Gaucher M. Di Niemann-Pick Malattia di Tay-Sachs M. di Sanfilippo

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101 MALFORMAZIONI CONGENITE: MOLTI DIVERSI FATTORI CAUSALI

102 CAUSE GENETICHE (EREDITARIE O SPORADICHE) CAUSE CITOGENETICHE (= alterazioni dei cromosomi; NON EREDITARIE) CAUSE ESTRINSECHE (chimiche, fisiche, infettive: durante la gravidanza) errori di sviluppo, intrauterino e/o postnatale EMBRIOPATIE (1-3 mesi di gestazione) FETOPATIE (4-9mesi di gestazione) MALFORMAZIONI CONGENITE

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104 SINDROMETORCH si osserva a seguito di: Toxoplasmosi, Rosolia, Citomegalovirosi, Herpes

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107 PERIODO DI MASSIMO RISCHIO TERATOGENO: PRIMI 2,5 - 3 MESI

108 MALFORMAZIONI CONGENITE : MOLTISSIMI QUADRI DIVERSI

109 Malattie Citogenetiche: Non-disgiunzionicromosomiche

110 MALFORMAZIONI CONGENITE: MOLTI DIVERSI FATTORI CAUSALI

111 Cromosomi Umani Le cellule somatiche umane hanno normalmente 23 paia di cromosomi. –22 paia di autosomi –1 paio di cromosomi sessuali XX = Femmina XY = Maschio

112 Cromosomi Umani Uno dei due cromosomi x nelle donne viene inattivato nello sviluppo embrionale corpo di BarrVisibile come un corpo scuro detto corpo di Barr attaccato alla membrana nucleare

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114 Non disgiunzione nei cromosomi sessuali Cromosoma X –XXX or XXY sindrome di Klinefelter –XO sindrome di Turner Y Chromosome –XYY - sindrome di Jacob

115 Alterazioni nel numero di cromosomi Il fallimento dei cromosomi nella corretta separazione della meiosi I o II è detta primaria non disgunzione –La sindrome di Down è causata dalla trisomia 21 1 in 1700 per madri < in 1400 per madri >20<30. 1 in 750 per madri >30<35. 1 in 16 per madri >45.

116 Non disgiunzione

117 Sindrome di Turner XO

118 Sindrome di Klinefelter XXX or XXY

119 Sindrome di Down Trisomia del cromosoma 21

120 5p- Sindrome Cri-du-chat, anomalie facciali e ritardo mentale 11q- Tumore di Wilms, tratto renale genitourinario 13q- Retinoblastoma (tomore allocchio, altri tipidi tumore, assenza del TS-Rb 15q- Sindrome di Prader Willi- astenia ed accrescimento lento, obesità, attacchi di compulsivi di fame DELEZIONI DI PARTI DI CROMOSOMI E MALATTIE ASSOCIATE!

121 Crossing over – I geni più distanti tra loro hanno più chance di ricombinare rispetto a quelli vicini – La frequenza di cross over può essere usata per costruire una mappa genetica. – Viene misurata la distanza tra due geni in termini di frequenza di ricombinazione

122 PERCHE Ha fatto esperimenti con geni che si trovano su cromosomi diversi Ha scelto caratteri con un rapporto di dominanza Le sue leggi non valgono per tutti i casi di trasmissione di caratteri ereditari

123 – Dominanza incompleta Gli eterozigoti danno un colore intermedio – Codominanza Gli eterozigoti esprimono entrambi i caratteri – Effetti ambientali Il grado di espressione dellallele può dipendere dallambiente – Epistasi Un gene interferisce con lespressione di un altro gene Oltre le leggi di Mendel

124 Codominanza -Codominanza - Nessun singolo allele è dominante e ciascuno mostra il suo effetto. –Gruppi sanguigni ABO Gene umano che codifica per un enzima che aggiunge molecole di zucchero ai lipidi sulla superficie dei globuli rossi B –I B aggiunge galattosio A –I A aggiunge galattosammina –i non aggiunge zucchero Alleli multipli: Gruppo ABO

125 Gli alleli multipli In una popolazione sono presenti tutti gli alleli Quando questi sono più di due sono detti alleli multipli Nei gruppi sanguigni gli alleli sono tre (A,B,O) Ma NESSUNO PUO AVERE PIU DI DUE ALLELI DI UN GENE perchè due sono i cromosomi omologhi

126 Gruppi sanguigni ABO

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130 Levoluzione della Genetica forense: la storia dei marcatori genetici 1)Il sistema del gruppo sanguigno AB0, scoperto nel 1900 da Karl Landsteiner. Locus multiallelico: I A, I B, i Anna, I A i Gruppo A Pasquale, I A I B Gruppo AB Moglie Marito Giovanni, i i Gruppo 0 Figlio Conclusione: Giovanni NON è il figlio di Pasqule NON identità genetica: ESCLUSIONE

131 Tipi di DNA Tipi di DNA DNA nucleare DNA mitocondriale DNA mitocondriale

132 Eredità mitocondriale Dovuta alla trasmissione di caratteri codificati dal DNA mitocondriale Difetti nel DNA mitocondriale mostrano unereditarietà materna Lassenza di segregazione controllata genera ad ogni mitosi cellule con proporzioni variabili di mitocondri con DNA normale o mutante Caratteristiche delle malattie mitocondriali sono penetranza incompleta, espressività variabile e pleiotropia

133 Le malattie mitocondriali Identificate negli anni novanta Il tasso di mutazione del mtDNA è 10 volte maggiore di quello nucleare Oltre 100 riarrangiamenti e 50 mutazioni puntiformi

134 Esempi di Malattie mitocondriali Sindrome di Leber: neuropatia ottica con progressiva perdita di visione associata con aritmia cardiaca; mutazione in un componente del complesso I (subunita ND1) MELAS: miopatia, encefalopatia, acidosi lattica, e infarto; mutazione del tRNA leu mitocondriale

135 Tessuti coinvolti e quadri clinici

136 Un pattern di eredità mitocondriale

137 Il DNA mitocondriale è un hotspot di mutazioni patogeniche Il DNA mitocondriale è 1/ del DNA nucleare I geni mitocondriali sono migliaia di copie/cellula Le mutazioni devono originare in una singola molecola di mtDNA

138 Le malattie mitocondriali sono molto più frequenti dellatteso Il mtDNA è codificante per il 93%, il nucleare 1,6% I ROS causano danni ossidativi al mtDNA, non protetto da istoni Il mtDNA va incontro a più round di replicazione Sistemi di riparo poco efficienti

139 Genetica formale La genetica formale (o classica) lavora con le tecniche e le metodologie messe a punto prima dell'avvento della biologia molecolare. In seguito alla scoperta del codice genetico ed alla messa a punto di strumenti come gli enzimi di restrizione. Le vie di studio tipiche della genetica formale sono state in parte superate dalle evidenze messe in luce dalla genetica molecolare. Alcuni approcci di genetica formale, in ogni caso, restano decisamente utili ancora oggi.


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