UNIVERSITÀ CATTOLICA FACOLTA DI MEDICINA E CHIRURGIA “SCUOLA DI SPECIALIZZAZIONE IN FISICA SANITARIA”   Formazione e rivelazione di aberrazioni cromosomiche TITOLO DI SELINUNTE 2001 Alberto Panese

Interazione Radiazioni Ionizzanti con la Materia Eccitazioni Ionizzazioni Energia media dissipata per evento di ionizzazione  34 eV Energia necessaria per rompere un legame molecolare  2 - 5 eV

Effetti Cellulari Induzione di aberrazioni cromosomiche e cromatidiche Inattivazione o morte riproduttiva (necrosi, apoptosi) Induzioni di mutazioni geniche Trasformazione oncogenica “in vitro”

DNA, Principali Bersaglio delle Radiazioni Ionizzanti Recentemente è stata rivolta particolare attenzione non solo al DNA come molecola, ma all’intera struttura funzionale che lo contiene Numerose evidenze mostrano che l’intera struttura possa influenzare sia la produzione di lesioni sia la loro riparazione

Struttura Cromosomica Doppia elica Struttura nucleosomica Cromosoma

Interazione tra Struttura della Cromatina e Struttura di Traccia Probabilità di lesioni al DNA e loro distribuzione spaziale Fibra di Cromatina ~25 nm diametro Ioni Carbonio - 1 MeV Particelle α 1 MeV 0,3 MeV . . Protoni 1 MeV 3 MeV Istone DNA ~ 2 nm diameter Raggi γ nucleosoma 10 nm

Lesioni al DNA Sulla Singola e Sulla Doppia Catena Le lesioni sulla singola catena del DNA sono normalmente riparate in modo efficace dal sistema e non sono considerate critiche nell’inattivazione delle cellule Al contrario, rotture sulle due eliche complementari del DNA risultano più difficili da riparare e sono considerate quindi le lesioni critiche del DNA La mancata riparazione corretta delle doppie rotture del DNA è causa potenziale di morte cellulare o aberrazioni cromosomiche e mutazioni in generale

Il Ciclo Cellulare Le cicline sono proteine essenziali per la progressione della cellula attraverso le diverse fasi del ciclo cellulare La transizione da una fase all’altra avviene solo in presenza dell’attività enzimatica di una determinata cdk che attiva la ciclina specifica necessaria per la transizione

L’interfase o Fase G2 In interfase ciascun cromosoma si è duplicato e la cellula possiede una quantità doppia di DNA

La Mitosi o Fase M La divisione cellulare o mitosi avviene in quattro fasi. PROFASE METAFASE ANAFASE TELOFASE

Profase e Metafase PROFASE La membrana nucleare inizia a disfarsi e si spiralizzano METAFASE I cromosomi si dispongono al centro della cellula su un piano orizzontale

Anafase e Telofase ANAFASE La cellula si allunga, i cromosomi si separano e si portano agli estremi della cellula dove incominciano a riformarsi i due nuclei TELOFASE Intorno ad ogni nucleo si forma la membrana, il citoplasma si suddivide attorno ai due nuclei e la cellula si divide completamente in due cellule figlie attorno alle quali si completa la membrana cellulare

Metodi di rilevazione delle Aberrazioni Cromosomiche Analisi mitotica dopo “colorazione standard” Tecnica di collegamento Incorporazione di BrDU (bromodeoxyridine) durante il ciclo cellulare Incorporazione di BrDU durante diversi cicli

Analisi mitotica dopo “colorazione standard” Questo metodo classico di colorazione fa apparire i cromosomi come piccoli segmenti colorati uniformemente Questi possono essere classificati in accordo con la loro dimensione e dalla posizione del centromero

Tecnica di Collegamento “Colorando” i cromosomi con un farmaco si possono distinguere bande più o meno fluorescenti (Q-Banding)

Attualmente viene impiegato la Bromodeoxyridina BrDU. Tecniche Dinamiche Il metodo originale include l’incorporazione di un composto chimico trovato nel DNA Attualmente viene impiegato la Bromodeoxyridina BrDU. Questa guida alla visualizzazione del difetto nella condensazione del cromosoma e all’alterazione della struttura

Tecniche Dinamiche Incorporazione di BrDU durante il Ciclo Cellulare Se il BrDu è inserito durante la seconda metà della fase S, la distribuzione delle bande è quella dell’ R-Banding mentre le G-Banding rimangono scure R-Banding = Iniziale Duplicazione

Tecniche Dinamiche Incorporazione di BrDU durante Diversi Cicli Cellulari Se il BrDU è inserito durante due cicli cellulari i cromosomi mostrano una fluorescenza cromatidica e una scura Luminosita del cromatide ha sostituito BrDu solo su un lato della molecola del DNA Questa differenza di colorazione sulle due cromatidi sorelle dimostra scambi tra loro

Principali Aberrazioni Cromosomiche e Cromatidiche Dicentrici Anelli Traslocazioni Delezioni

Aberrazioni Cromosomiche Cromosomi in G1 Se due cromosomi sono rotti prima della replicazione, i frammenti possono scambiarsi e ricongiungersi Si forma così una traslocazione che dà luogo a cellule alterate dopo la replicazione

Aberrazioni Cromosomiche Cromosomi in G1 Se si ricongiungono tra loro i due frammenti più corti e i due frammenti più lunghi, si forma una unione illegittima

Aberrazioni Cromosomiche Cromosomi in G1 Oppure, se i frammenti rotti non sono ricongiunti, essi non sono inclusi nella mitosi successiva

Aberrazioni Cromosomiche Cromosomi in G1 L’ unione illegittima, dopo la replicazione, dà luogo ad un cromosoma dicentrico e ad un frammento acentrico

Aberrazioni Cromosomiche Cromosomi in G1 Il cromosoma dicentrico ha due centromeri Il cromosoma acentrico è privo di centromero Le aberrazioni con cromosomi dicentrici sono letali per la cellula

Aberrazioni Cromosomiche Cromosomi in G1 Due rotture, una su ciascun braccio di un cromosoma, può portare alla formazione di un anello Le aberrazioni cromosomiche ad anello sono anche’esse letali per la cellula

Aberrazioni Cromosomiche Cromosomi in G2 Se avvengono due rotture, ciascuna su una cromatide sorella dello stesso cromosoma dopo la replicazione, le due estremità di esso possono ricongiungersi e formare una unione tra cromatidi sorelle

Dose Risposta per Aberrazioni Cromosomiche