LICEO SCIENTIFICO STATALE “LEONARDO da VINCI” di FIRENZE CORSO SPERIMENTALE F DOCENTE Prof. Enrico Campolmi NOZIONI DI GENETICA UMANA genetica umana

Le mutazioni sono cieche: il DNA non conosce il proprio significato Mutazione: modificazione improvvisa di un carattere che viene successivamente trasmessa alla progenie. Essa è dovuta ad una modificazione della struttura del DNA. Le variazioni del DNA (gli alleli dei vari geni) sono dovute a mutazioni Le mutazioni sono cieche: il DNA non conosce il proprio significato Le mutazioni aumentano la variabilità e costituiscono il substrato dell’evoluzione Mutazioni somatiche: si trasmettono solo alle cellule del corpo che eventualmente discendono dalla cellula mutata (come ad es. i tumori); non si trasmettono alla progenie Mutazioni germinali: si trasmettono alla progenie genetica umana

Errori durante la duplicazione del DNA CAUSE DELLE MUTAZIONI Errori durante la duplicazione del DNA Errori durante la meiosi: difetti del crossing over; non disgiunzione dei cromosomi Effetto dell’esposizione a radiazioni: ad es. raggi X, raggi ultravioletti Effetto dell’esposizione a sostanze chimiche: ad es. sostanze presenti nel fumo di tabacco, alcuni coloranti, alcuni conservanti alimentari; prodotti dell’inquinamento ecc. Le mutazioni possono venire indotte artificialmente in laboratorio, per cercare di migliorare piante coltivate e microrganismi di interesse agricolo ed industriale genetica umana

MUTAZIONI GENICHE (monogeniche, puntiformi) Le mutazioni possono produrre effetti: a) Positivi (ad esempio resistenza all’AIDS, gene A1 Milano) b) Indifferenti (ad es. capacità/incapacità di arrotolare la lingua) c) Negativi (malattie genetiche) MUTAZIONI GENICHE (monogeniche, puntiformi) Riguardano un singolo gene che si trova in un punto preciso (locus genico) di un dato cromosoma Autosomi (22 coppie) I cromosomi si dividono in: Cromosomi sessuali (1 coppia, XX femmina; XY maschio) genetica umana

Mutazioni autosomiche recessive Riguardano un singolo gene (malato), che si trova su di un autosoma, e che risulta recessivo rispetto al gene non mutato (sano). Tali mutazioni (malattie) sono molto rare (per le più frequenti si ha una nuova mutazione ogni circa 2000 nati). La grande maggioranza si manifestano sin dalla nascita. Tutte generano condizioni patologiche da gravi a letali Rispetto a queste mutazioni (malattie) si hanno tre condizioni: Omozigote dominante (AA) SANO. Fenotipicamente sano; non può avere figli malati Eterozigote (Aa) PORTATORE SANO. Fenotipicamente sano; può avere figli malati Omozigote recessivo (aa) MALATO genetica umana

♂A a ♀A AA sano Aa portatore aa malato Gli ammalati difficilmente si riproducono, trasmettendo la mutazione La mutazione viene trasmessa (e conservata nella popolazione) dagli eterozigoti, portatori sani, inconsapevoli della loro condizione Padre Aa Da una coppia di portatori sani, nascono: ♂A a ♀A AA sano Aa portatore aa malato Madre Aa 25% sani 50% portatori sani 25% malati La frequenza della malattia è uguale per ambo i sessi La probabilità aumenta se i genitori sono consanguinei o appartengono ad uno stesso gruppo (minoranze etniche o religiose, isolamento geografico) Fenilchetonuria, fibrosi cistica, anemia falciforme, albinismo genetica umana

Mutazioni autosomiche dominanti Riguardano un singolo gene (malato), che si trova su di un autosoma, e che risulta dominante rispetto al gene non mutato (sano). Sono anch’esse singolarmente molto rare Rispetto a queste mutazioni (malattie) si hanno le seguenti condizioni: Omozigote dominante (AA) MALATO. (talvolta abortito spontaneamente) Eterozigote (Aa) MALATO Omozigote recessivo (aa) SANO Tali malattie si conservano nella popolazione come nuove mutazioni oppure perché si manifestano dopo l’età riproduttiva Autosomiche dominanti: corea di Huntington, acondroplasia genetica umana

Mutazioni legate al sesso (al cromosoma X) Il cromosoma Y è molto più piccolo del cromosoma X e porta molti meno geni Il cromosoma Y non si ricombina e si eredita solo dal padre (come il cognome) La maggior parte dei geni del cromosoma X non hanno corrispondenza sul cromosoma Y Il maschio(XY) ne possiede una sola copia, mentre la donna (XX) ne possiede due Quando uno dei geni del cromosoma X è affetto da una mutazione recessiva si genera la seguente situazione: Donna (XX) portatrice sana: l’allele sano domina su quello malato. Fenotipicamente sana, può avere figli maschi malati Maschio (XY) malato: non esiste altro gene in grado di bilanciare quello malato genetica umana

♂X Y ♀X ♀ XX sana ♂ XY sano X ♀ XX portatrice ♂ XY malato ♂X Y ♀X Le mutazioni X legate si hanno quasi esclusivamente nei maschi Esse vengono trasmesse (e conservate nella popolazione) dalle femmine portatrici sane (il maschio malato da solo non può trasmetterle) Da madre portatrice e padre sano si ha: Padre sano XY ♂X Y ♀X ♀ XX sana ♂ XY sano X ♀ XX portatrice ♂ XY malato 25% femmine sane XX 25% femmine portatrici XX 25% maschi sani XY 25% maschi malati XY Madre portatrice XX Padre malato XY ♂X Y ♀X ♀ XX portatrice ♂ XY sano X ♀ XX malata ♂ XY malato Una femmina malata può derivare solo dal matrimonio (molto raro) tra una portatrice ed un malato Madre portatrice XX genetica umana

Mutazioni legate al sesso: emofilia, daltonismo genetica umana

MUTAZIONI CROMOSOMICHE (pag. 146) Sono alterazioni della struttura di qualche cromosoma, pezzi del quale possono mancare, essere duplicati o essere inseriti in posizione errata Sono dovute a difetti del crossing over Riguardano l’insieme dei geni posti sulla porzione anomala di cromosoma L’entità del danno dipende dal numero e dall’importanza dei geni interessati. La maggior parte da luogo ad aborto spontaneo. Parte di un cromosoma viene perduta; tutti i geni in essa contenuti vanno persi e non possono esprimersi nel fenotipo Delezione genetica umana

Le porzioni di cromosoma staccatesi per delezione sono “adesive” e tendono a riattaccarsi ad altre porzioni del loro stesso o di altri cromosomi Duplicazione La porzione “deleta” si attacca al cromosoma omologo, provocando su di esso una duplicazione della sequenza di geni trasportata Inversione La porzione “deleta” si riattacca al suo posto, ma in posizione invertita, provocando un’inversione dell’ordine dei geni genetica umana

MUTAZIONI GENOMICHE (pag. 145) Traslocazione Anomalia di struttura dovuta allo scambio di porzioni di DNA tra cromosomi non omologhi MUTAZIONI GENOMICHE (pag. 145) Consistono nella variazione del numero complessivo dei cromosomi Sono dovute a non disgiunzione dei cromosomi durante la meiosi Se due omologhi non si separano nella meiosi I, due gameti avranno un cromosoma in più e due gameti un cromosoma in meno rispetto al numero normale genetica umana

Se invece due cromatidi non si separano nella meiosi II avremo: due gameti con numero normale di cromosomi; un gamete con un cromosoma in più; un gamete con un cromosoma in meno rispetto al normale Quando un gamete normale ne feconda uno cui manca un cromosoma, nello zigote una delle 23 coppie di omologhi è un singoletto e si parla di monosomia genetica umana

Monosomie degli autosomi Quando un gamete normale ne feconda uno con un cromosoma in più, nello zigote una delle 23 coppie di omologhi è una tripletta e si parla di trisomia Monosomie degli autosomi Sono tutte non vitali (la mancanza di un cromosoma è incompatibile con la vita) Trisomie degli autosomi Solo tre sono vitali, anche se l’80% dei feti trisomici sono comunque spontaneamente abortiti Trisomia 13, sindrome di Patau Trisomia 18, sindrome di Edwards genetica umana

Trisomia 21, sindrome di Down E’ la malattia genetica più frequente nell’uomo L’incidenza aumenta notevolmente con l’età della madre Diagnosi prenatale genetica umana

Tratti caratteristici del volto Bassa statura Difetti cardiaci La sindrome di Down Nonostante il cromosoma 21 sia quello con meno geni, la sua trisomia altera notevolmente il fenotipo Tratti caratteristici del volto Bassa statura Difetti cardiaci Ritardo mentale Senescenza precoce Predisposizione alla leucemia e alla malattia di Alzheimer L’età media è inferiore ai 30 anni Geni che predispongono a queste patologie sono stati localizzati sul cromosoma 21 genetica umana

Monosomie dei cromosomi sessuali La monosomia 0Y non è vitale, in quanto il cromosoma X porta un numero di geni molto superiore al cromosoma Y e non può quindi mai mancare Monosomia OX, sindrome di Turner E’ l’unica monosomia compatibile con la vita Il fenotipo è femminile con caratteri anomali di gravità variabile Speranza di vita ed intelligenza sono normali, gli individui sono sterili. genetica umana

Trisomie dei cromosomi sessuali Trisomia XXY, sindrome di Klinefelter Il fenotipo è maschile con caratteri anomali di gravità variabile Gli individui sono sterili, può esserci lieve ritardo mentale Trisomia XYY Dovuta a non disgiunzione nella meiosi II del maschio Trisomia XXX metafemmina Il fenotipo è maschile e normale Il fenotipo è femminile e normale Occasionalmente può esserci lieve ritardo mentale Occasionalmente può esserci sterilità e lieve ritardo mentale genetica umana

RIASSUMENDO genetica umana

Per le mutazioni cromosomiche e genomiche è possibile la diagnosi prenatale dal cariotipo del feto. amniocentesis villocentesis genetica umana