I CROMOSOMI

Il termine CROMOSOMA identifica alcune strutture presenti nel nucleo della cellula, con la capacità di acquisire alcuni coloranti                                                      IX secolo: nucleo era la struttura cellulare più importante per la trasmissione dei caratteri ereditari CROMATINA: sostanza che conferisce un aspetto granulare al nucleo delle cellule che non si dividono

I CROMOSOMI Prima che la cellula si divida, la cromatina si condensa e forma delle strutture che si colorano: I CROMOSOMI Chromos: colore Soma: corpo

La famiglia degli istoni comprende le proteine La struttura elementare del cromosoma è una fibra di 110Å di Ø, formata da NUCLEOSOMI Ogni nucleosoma contiena 8 molecole di istoni (principali proteine strutturali del cromosoma), attorno alle quali si avvolgono circa 200 copie di basi di DNA La famiglia degli istoni comprende le proteine H1, H2a, H2b, H3 e H4

Anse di Laemli, che contengono circa 200.000 copie di basi Al microscopio ottico il cromosoma presenta un’impalcatura centrale formata da una proteina acida, alla quale si lega la fibra cromatinica a livello di alcune sequenze ripetute Si formano così le Anse di Laemli, che contengono circa 200.000 copie di basi

Queste anse fuoriescono dall’impalcatura e formano il corpo della cromatina. Attraverso successivi livelli di avvolgimento della cromatina (solenoide e supersolenoide), i circa 2 m del DNA a doppia elica presenti nel nucleo di ogni cellula si concentrano e formano i cromosomi

10 mm cromosoma 1 Circa 200 Mb di DNA Le dimensioni dei cromosomi variano tra: 10 mm cromosoma 1 Circa 200 Mb di DNA

2 mm cromosoma 21 Circa 40 Mb di DNA Le dimensioni dei cromosomi variano tra: 2 mm cromosoma 21 Circa 40 Mb di DNA

Dopo la divisione, i cromosomi aumentano la loro condensazione Alcune regioni rimangono addensate: eterocromatina - si colora con maggiore intensità; è formata da sequenze ripetute e inattive dal punto di vista trascrizionale L’eterocromatina è stata distinta da Brown in due tipi:  facoltativa  costitutiva

L’eterocromatina facoltativa corrisponde a specifiche regioni o anche ad interi cromosomi che restano condensati solo in determinati tessuti o stadi di sviluppo. Questo tipo d’inattivazione è stabilito precocemente durante lo sviluppo embrionale ed è poi mantenuto nelle generazioni successive in cellule somatiche. L'esempio del cromosoma X inattivo nelle femmine di mammifero e' il piu' conosciuto L’eterocromatina costitutiva, invece, rappresenta un tipo strutturale di cromatina il cui significato biologico non è ancora chiaro. E’ presente in tutti gli eucarioti superiori, dagli animali alle piante, in percentuale variabile dal 20% al 80%. E’ presente in tutte le fasi del ciclo cellulare e in tutti gli stadi dello sviluppo, sulle regioni corrispondenti di entrambi i cromosomi omologhi

Al contrario, l’eucromatina si colora in maniera meno intensa ed è formata da sequenze specifiche, attive da un punto di vista trascrizionale

cariotipo Ogni specie ha un determinato numero di cromosomi e caratteristiche morfologiche peculiari I cromosomi sono classificati in ordine decrescente, dai più grandi ai più piccoli, secondo uno schema standardizzato: cariotipo

Cellule che presentano coppie di cromosomi omologhi: DIPLOIDI (2n) I cromosomi, proprio per il compito di veicolare l’informazione genetica e di trasmetterla da generazione in generazione, occupano una posizione centrale nella genetica umana Nella specie unama: 46 Cellule che presentano coppie di cromosomi omologhi: DIPLOIDI (2n) Gli ovociti e gli spermatozoi (gameti) APLOIDI (n) 23

Centromero: separa le due braccia cromosomiche. Quando i cromosomi diventano visibili al microscopio (prima della divisione cellulare) si possono riconoscere: Braccio corto (p) Centromero: separa le due braccia cromosomiche. E’ posizionato in modo caratteristico per ciascun cromosoma Braccio lungo (q)

Cromosomi con centromero localizzato a metà della loro lunghezza: metacentrici Cromosomi con centromero spostato verso una delle due estremità con braccia di diversa lunghezza: submetacentrici Cromosomi che presentano il centromero ad una delle due estremità: acrocentrici

Cromosomi sessuali Coppia di cromosomi non completamente omologhi: Cromosomi non sessuali : AUTOSOMI

I cromosomi bandeggiati vengono classificati secondo una nomenclatura standardizzata

Bandeggio cromosomico: QFQ; GTG; RBA; CBG; AgNOR; DA/DAPI C-banding stains centromeres R-banding is the reverse of C-banding and stains non-centromeric regions in preference to centromeres. G-banding is obtained with Giemsa stain. It yields a series of lightly and darkly stained bands Q-banding is a fluorescent pattern obtained using quinacrine for staining. The pattern of bands is very similar to that seen in G-banding

Cariotipo maschile Bande G

Cariotipo femminile normale (bande Q)

Principali simboli utilizzati nella descrizione del cariotipo SIMBOLO SIGNIFICATO p braccio corto q braccio lungo cen centromero del delezione, ad es 46,XY,del(17)(p13.3) dup duplicazione, ad es 46,XX,dup(8)(p22-23) fra sito fragile, ad es 46,XY,fra(Xq27.3) i isocromosoma, ad es 46,X,i(Xq) inv inversione, ad es 46,XY,inv(9)(p12q12) ish in situ hybridization, ad es 46,XX.ish del(15)(q11.2q11.2)(D15S10) r cromosoma ad anello (ring), ad es. 46,XX,r(14) t traslocazione, ad es. 46,XX,t(1;21)(p35;q22.1) ter estremità del cromosoma (terminale), cioè pter o qter / simbolo che separa le linee di un mosaicismo, ad es. 45,X/46,XX + o - Utilizzato dopo un cromosoma o un braccio cromosomico per indicare acquisizione o perdita, ad es. 47,XY,+21; 46,XX,4p-

I cromosomi sono visibili solo durante le fasi della divisione cellulare Molte cellule del corpo alternano due stati ben distinti: Divisione Non divisione (quiescenza) CICLO CELLULARE L’intervallo tra due divisioni cellulari è variabile: da minuti (cellule embrionali) a mesi o anni (alcune cellule adulte)

E’ l’insieme di eventi ordinati che regolano la crescita e CICLO CELLULARE E’ l’insieme di eventi ordinati che regolano la crescita e la divisione di una cellula in relazione a stimoli esterni Esistono due tipi di divisione cellulare: Mitosi (cellule somatiche) Meiosi (cellule germinali) I due processi sono soggetti a meccanismi regolativi di controllo a livello molecolare in parti comuni e in parte specifici

Il ciclo cellulare di una cellula somatica consiste nell’alternanza fra interfase e la divisione mitotica MITOSI (fase M): Piccola parte del ciclo cellulare; la sua durata è variabile Esistono notevoli variazioni nella durata del ciclo nei vari tessuti, spt a causa della differenza nella durata di G1

G2 (secondo intervallo) ha funzioni di controllo su ciò che è avvenuto prima e di preparazione alla successiva divisione G2 (secondo intervallo) (4-6h) G1 (sta per gap1, primo intervallo ) svolge le funzioni per le quali il processo di differenziamento l’ha preposta (< 1h) (6-8h) S (sintesi) si verifica la duplicazione del DNA (morfologicamente rappresentata dalla duplicazione dei cromosomi in coppie di cromatidi) (8-10h) G0 la cellula non si divide

A partire dalla fase G2 la cellula contiene due copie identiche di ciascuno dei 46 cromosomi, “cromatidi fratelli”, che, dopo la fase S, possono scambiare parte del loro materiale (Sister Chromatid Exchange o SCE)

Le cellule figlie, risultanti da questa divisione, La riproduzione di una cellula somatica (mitosi) ha lo scopo di trasmettere l'informazione genetica alle cellule figlie in modo che abbiano le stesse caratteristiche e le stesse funzioni della cellula genitrice Le cellule figlie, risultanti da questa divisione, sono identiche alla cellula genitrice

Mitosi Si articola in quattro fasi: Profase Metafase Anafase Telofase, a cui segue un periodo di riposo detto interfase

Mitosi Profase: condensazione della cromatina e formazione dei cromosomi. La membrana nucleare si dissolve e due corpuscoli, i centrioli, cominciano a migrare verso i poli della cellula, formando una struttura a raggiera. i cromosomi diventano visibili come strutture doppie ed estese

Mitosi Metafase: si ha la completa formazione dei cromosomi. Questi si attaccano alle fibre del fuso e, a causa dei movimenti delle fibre, vengono guidati e disposti sul piano equatoriale della cellula. Nel frattempo ogni cromosoma ha formato una copia di se stesso. In questa fase il numero di cromosomi è doppio rispetto a quello della cellula non in divisione. Le copie dei cromosomi si separano e ogni copia si dirige verso un polo della cellula, trascinata dalle fibre del fuso. Queste fibre cominciano a dissolversi

Mitosi Anafase: ai poli della cellula si trovano le copie di ciascun cromosoma, una per ciascun polo, ripristinando, per ogni polo, il numero originario di cromosomi

i cromosomi raggiungono poli opposti della cellula madre Mitosi Telofase: comporta la despiralizzazione dei cromosomi, che scompaiono come strutture visibili e la formazione di una nuova membrana nucleare attorno a ciascuno dei due gruppi di cromosomi i cromosomi raggiungono poli opposti della cellula madre

Citodieresi Anche il resto della cellula subisce una divisione nella regione equatoriale che ha come conseguenza la formazione di due cellule. Le cellule figlie, risultanti da questa divisione, sono identiche alla cellula genitrice. Citodieresi La durata media di questo meccanismo di riproduzione cellulare varia in media, negli organismi superiori, tra le 10 e le 30 ore.

E’ lo stadio durante il quale la cellula non si divide. INTERFASE E’ lo stadio durante il quale la cellula non si divide. Comprende le fasi G1, S, G2 del ciclo cellulare Nella fase S replicano più precocemente le regioni sulle quali mappano i geni strutturali e quelli espressi, tessuto-specifici, mentre replicano tardivamente le regioni che contengono eterocromatina costitutiva e geni tessuto-specifici non espressi Cromosoma X nelle cellule somatiche viene inattivato: completa la replicazione per ultimo Al termine dell’interfase, quando la cellula si prepara alla divisione, i cromosomi si condensano e di visualizzano

Mitosi

Mitosi

MEIOSI Tutta l’informazione genetica che ereditiamo è contenuta in due cellule: Spermatozoo Ovocita Queste cellule si formano per un particolare tipo di divisione cellulare MEIOSI Nella Meiosi, i cromosomi di una cellula diploide segregano, producendo quattro cellule figlie aploidi Con questo fenomeno la Meiosi genera la diversità genetica

MEIOSI Il concepimento ricostituisce il numero diploide E' il processo per mezzo del quale si originano le cellule sessuali i gameti maschili e i gameti femminili Si dimezza il numero dei cromosomi da diplode (46, o 2n) ad aploide (23, o n) Il concepimento ricostituisce il numero diploide dell’uovo fecondato (zigote)

MEIOSI E’ caratterizzata da due divisioni cellulari, ognuna delle quali comprende diverse fasi Nella prima divisione, chiamata “riduzionale”, il patrimonio delle cell diplodi, rispettivamente l’oogonio nelle femmine e lo spermatogonio nel maschio, duplicato nella precedente fase S, si dimezza e forma due cellule aploidi, nelle quali ogni cromosoma è duplicato e perciò contiene i cromatidi fratelli Nella seconda divisione, chiamata “equazionale”, i cromatidi di ogni cromosoma della cell aploide migrano ai poli opposti e formano cell aploidi, nelle quali ogni cromosoma ha un solo cromatide

Profase I PrometafaseI PRIMA DIVISIONE La cromatina, si condensa, in modo che si formino i cromosomi. Ciascun cromosoma è formato da due cromatidi fratelli (stadio di tetrade). In questa fase, possono avvenire scambi di frammenti di cromosoma tra i cromatidi fratelli, fenomeno che prende il nome di crossing-over :di fondamentale importanza per il mantenimento della variabilità genetica tra individui della stessa specie. La membrana che avvolge il nucleo si disgrega. Si forma un fascio di microtubuli proteici (fuso), che si estende da un polo all’altro della cellula e le cui due estremità fanno capo ai centrioli.

Scambio di materiale genetico tra cromosomi omologhi alla crossing-over Scambio di materiale genetico tra cromosomi omologhi alla meiosi

Metafase I PRIMA DIVISIONE Le tetradi omologhe si dispongono simmetricamente lungo una immaginaria linea equatoriale, trasversale rispetto al fuso. In tal modo, ciascuna è rivolta verso uno dei due poli della cellula L' orientamento é casuale, da ciascun lato può esserci qualsiasi omologo parentale. Ciò significa che le cellule figlie hanno la probabilità del 50% di ricevere sia l‘ omo- logo paterno che quello materno di ciascun cromosoma.

Anafase I PRIMA DIVISIONE Le fibre del fuso prendono contatto con i centromeri; ciascuna tetrade migra verso un polo della cellula. I cromosomi, ciascuno con due cromatidi, si muovono verso i poli opposti Ciascuna cellula figlia è ora aploide (23 cromosomi), ma ciascun cromosoma ha due cromatidi

la cellula potrebbe iniziare la meiosi 2 Telofase I PRIMA DIVISIONE Ai due poli della cellula madre si formano due agglomerati di cromosomi aploidi, in cui è presente un solo cromosoma per ciascun tipo. I cromosomi sono ancora allo stadio di tetrade. Il citoplasma delle due cellule si ripartisce e avviene la citodieresi, ossia la vera e propria divisione della cellula originaria in due cellule figlie distinte Le fibre del fuso si disgregano; i cromosomi si despiralizzano. la cellula potrebbe iniziare la meiosi 2

Profase II Metafase II SECONDA DIVISIONE Le due cellule che ne derivano risultano aploidi Profase II La cromatina si condensa nuovamente, in modo che si possono osservare i cromosomi, formati da due cromatidi uniti dal centromero. Si forma nuovamente il fuso di microtubuli Metafase II I cromosomi si dispongono su una linea equatoriale, trasversale rispetto alle fibre del fuso, in modo che ciascun cromatidio sia rivolto verso uno dei due poli della cellula. I centromeri prendono contatto con le fibre.

Anafase II Telofase II SECONDA DIVISIONE I cromatidi migrano ciascuno verso un polo della cellula, spostandosi verso le fibre del fuso. In tal modo, ciascun cromatidio diviene un nuovo cromosoma. Telofase II Ai poli della cellula, si formano due aggregati di cromosomi. Le fibre del fuso si disgregano, i cromosomi cominciano a decondensarsi, e si forma infine una membrana nucleare. Il citoplasma della cellula si ripartisce in due, così da portare alla formazione di due cellule figlie aploidi

SPERMATOGENESI E OOGENESI NEI MAMMIFERI

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