Tutte le informazioni genetiche tramandate di generazione in generazione sono codificate in una molecola speciale: l’acido desossiribonucleico, meglio noto in abbreviazione come DNA. Insieme alle proteine, il DNA forma i cromosomi. Varie anomalie che li colpiscono portano alle cosiddette malattie cromosomiche.

MedAboutMe ha capito cosa sono queste malattie e da dove provengono le anomalie cromosomiche.

DNA nucleare e mitocondriale

Tutti i geni si trovano nella molecola del DNA, in cui sono programmate le informazioni sulla struttura delle proteine e di altre molecole che compongono il corpo umano e tutti gli esseri viventi. Ci sono circa 30.000 geni in totale.

La molecola del DNA consiste di due fili che sono attorcigliati in un’elica. Le molecole di DNA sono impacchettate in modo molto compatto nel nucleo delle cellule. Insieme alle proteine, formano formazioni specifiche: i cromosomi. Nella traduzione diretta, questo termine significa “corpo dipinto”, poiché sono ben colorati con coloranti speciali.

La scoperta dei cromosomi, come certe formazioni nel nucleo cellulare, secondo la storia della biologia, potrebbe appartenere a diversi scienziati della seconda metà dell’Ottocento. Fu solo all’inizio del ventesimo secolo che fu ipotizzata la loro partecipazione all’eredità delle informazioni (T. Morgan et al.).

Oltre al DNA nucleare, esiste il DNA mitocondriale, che si trova in formazioni cellulari speciali: i mitocondri, situati nel citoplasma delle cellule. Questa forma di DNA è stata scoperta nel 1963. Il DNA mitocondriale è significativamente più piccolo del DNA nucleare, ma, come il DNA nucleare, contiene importanti informazioni genetiche e la sua violazione porta allo sviluppo delle cosiddette malattie mitocondriali. A differenza del DNA nucleare, che contiene migliaia di geni, il DNA mitocondriale contiene diverse dozzine di geni, ma tutti codificano proteine/enzimi estremamente importanti per l’uomo.

Corpo umano e cromosomi

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Tutti i cromosomi nucleari nelle cellule umane, ad eccezione delle cellule germinali, sono presentati in coppia. Esistono 23 coppie di questo tipo, ovvero, in totale, il nucleo cellulare contiene 46 cromosomi (set diploide), comprese 22 coppie di autosomi (non cromosomi sessuali) e una coppia di cromosomi sessuali (XX o XY). I cromosomi in ciascuna delle 22 coppie sono simili per struttura e dimensioni.

Le cellule germinali, rappresentate dall’ovulo e dallo spermatozoo, contengono ciascuna 23 cromosomi (insieme aploide), uno di essi è il cromosoma X e l’altro è il cromosoma Y ereditato dal padre, determinerà il sesso della persona. Poiché le cellule sessuali femminili contengono un set di 22 cromosomi e un cromosoma sessuale X, ci sono due opzioni negli spermatozoi: lo spermatozoo contiene 22 cromosomi più un cromosoma sessuale X o 22 più un cromosoma sessuale Y.

Dopo la connessione dell’uovo e dello sperma, l’insieme XX che si forma determinerà lo sviluppo del tipo femminile e l’insieme XY determinerà il tipo maschile. In generale, possiamo dire che ogni persona ha due varianti dello stesso gene memorizzate sui cromosomi: una dalla madre, l’altra dal padre, con il sesso determinato dal padre.

Geni e numero di cromosomi

Il numero di cromosomi varia notevolmente a seconda delle specie di animali e piante. Pertanto, il numero di cromosomi è una caratteristica che caratterizza vari tipi di mondo animale. Ad esempio, il numero di cromosomi in un cavallo è 64, in un gorilla – 48, nei cani – 78, nel cancro – 200, in un gatto – 38, in un maiale – anche 38, in una rana – 26, in un patate – 48, mais – 20, e in alcune specie di formiche – solo 2 cromosomi, anche il genoma del colera vibrio è rappresentato da 2 cromosomi.

Tuttavia, il numero di cromosomi e il numero di geni non sono sempre proporzionali. Ad esempio, il numero di cromosomi in un normale topo domestico è 40, mentre nell’uomo è 46, mentre il numero di geni è approssimativamente lo stesso. I cavalli hanno più cromosomi degli umani, ma finora sono stati identificati circa 20.000 geni nei cavalli.

Molti dei geni animali hanno una struttura simile ai geni umani. L’omologia (somiglianza) di alcuni genomi animali con il genoma umano raggiunge oltre il 90%. La somiglianza del genoma nell’uomo raggiunge il 99,9% e solo lo 0,01% del genoma forma tutta la diversità tra le persone. La comprensione dei percorsi evolutivi nella formazione dei genomi umani e animali è essenziale per identificare le mutazioni specifiche dell’uomo. Questa conoscenza è necessaria per il trattamento delle malattie utilizzando metodi di ingegneria genetica in futuro.

Cariotipo e cariotipo

Si è detto sopra che il genoma nucleare umano è normalmente un valore costante. Consiste di 46 cromosomi, che formano 23 coppie. Le 22 coppie di cromosomi sono autosomi (cromosomi accoppiati in cellule diverse dai cromosomi sessuali), mentre la 23a coppia è i cromosomi sessuali: XX nelle femmine e XY nei maschi.

Per indicare la totalità di un insieme di cromosomi è stato introdotto il concetto di “cariotipo”. Per la prima volta questo termine fu introdotto già nel 1922 dallo scienziato russo L.N. Delaunay studiando l’insieme dei cromosomi in vari rappresentanti del mondo vegetale.

Un insieme di cromosomi umani, costituito nella norma da 46 cromosomi, è chiamato cariotipo. Oltre al numero, le principali caratteristiche che formano il cariotipo sono anche la dimensione, la struttura e la forma dei cromosomi. Il metodo che consente la valutazione del cariotipo si chiama cariotipo. Questo metodo appartiene ai metodi citogenetici per lo studio del genoma ed è ampiamente utilizzato nella diagnosi delle anomalie cromosomiche.

Poiché durante il ciclo cellulare il tipo di cromosomi nel nucleo è soggetto a cambiamenti significativi, è consuetudine studiare il cariotipo a un certo stadio della divisione cellulare, che è chiamato “metafase della mitosi”. Per migliorare l’accuratezza della determinazione, vengono utilizzati metodi specifici di colorazione dei cromosomi mediante coloranti, che aumentano significativamente la sensibilità del metodo.

Quando si esaminano le donne, il cariotipo normale viene registrato come 46,XX e 46,XY per un uomo.

Malattie cromosomiche

I cambiamenti nel cariotipo di esseri umani e animali possono verificarsi in vari stadi di sviluppo. Se si verifica un cambiamento nel numero di cromosomi nella fase in cui si formano le cellule germinali dei genitori (gameti), tutte le cellule del futuro embrione avranno un cariotipo alterato.

A seconda di alcuni cambiamenti nel numero e nella struttura dei cromosomi, si verificano malattie cromosomiche. In totale sono state registrate circa 700 malattie associate a riarrangiamenti cromosomici.

Ad esempio, un aumento della 21a coppia di cromosomi di un cromosoma aggiuntivo (trisomia sul 21o cromosoma) porta alla sindrome di Down. Un cromosoma X in più in una coppia di cromosomi sessuali XY nei maschi forma un cambiamento del cariotipo nella formula 47, XXY (invece di 46, XY). Tale cariotipo porta al verificarsi della sindrome di Klinefelter. Uno dei principali segni di tale patologia è una violazione delle gonadi.

Il concetto di mosaicismo (cariotipo a mosaico) è apparso quando è stato scoperto che durante la frantumazione delle cellule germinali all’inizio della formazione dell’embrione, compaiono cellule con cariotipi diversi, ad es. un organismo può contenere contemporaneamente cloni di cellule sia con un set di cromosomi normale sia con uno anormale. In altre parole, il corpo è costituito da cellule con materiale genetico diverso. La sindrome di Down, la sindrome di Klinefelter, la sindrome di Shereshevsky-Turner possono essere esempi di tale sviluppo. Con il mosaicismo, la gravità clinica dei sintomi ha spesso cancellato le forme, poiché alcune cellule hanno ancora un cariotipo normale.

Cause delle anomalie cromosomiche e loro diagnosi

In precedenza abbiamo detto che le radiazioni ionizzanti, l’influenza di vari agenti chimici, compresi i farmaci, le temperature estreme possono essere la causa di anomalie cromosomiche. In molti casi, non è possibile identificare la causa esatta dei cambiamenti. Osservazioni a lungo termine hanno dimostrato che la frequenza delle anomalie cromosomiche aumenta notevolmente con l’età della madre.

Il cariotipo viene solitamente eseguito nel periodo prenatale (durante la gravidanza fino al parto). Il cariotipo viene eseguito sia in modo invasivo che non invasivo.

• Il metodo invasivo consiste nel prelevare cellule da esaminare dall’utero della donna (placenta, corion), sangue dal cordone ombelicale del feto o liquido amniotico (amniocentesi) sotto controllo ecografico. Le cellule fetali vengono selezionate e i cromosomi vengono analizzati in esse. Va tenuto presente che questo metodo di campionamento del materiale può provocare un aborto spontaneo (circa l’1% nel primo trimestre).
• Un metodo non invasivo consiste nell’isolare il materiale genetico del feto dal sangue della madre. Questo metodo non è pericoloso per il bambino e il feto, ma è meno sensibile del metodo invasivo. Un’indicazione per un metodo di campionamento non invasivo può essere l’età della madre (oltre 35 anni), la presenza di anomalie cromosomiche nei figli precedenti.

Attualmente, il metodo più accurato per diagnosticare una serie di anomalie cromosomiche è il metodo della reazione a catena della polimerasi fluorescente quantitativa.

Se viene rilevata una patologia, viene decisa la questione del proseguimento o dell’interruzione della gravidanza. Il metodo del cariotipo viene utilizzato per esaminare i bambini con malformazioni, nonché i coniugi che hanno avuto figli nati morti e durante la pianificazione della fecondazione in vitro.