Analisi del Cariotipo e Sindromi Cromosomiche

Il cariotipo rappresenta il corredo cromosomico di un individuo, mentre la citogenetica è lo studio dei cromosomi e del loro ruolo nell’ereditarietà.
L’analisi del cariotipo è l’analisi del corredo cromosomico di un individuo, e si fa con tecniche di citogenetica. In un esempio di cariotipo umano è possibile notare quanto siano diversi il cromosoma X e il cromosoma Y. Nella mappa cromosomica umana, che viene fatta in diverse circostanze (malattie o diagnosi prenatale), si osserva l’ordinamento delle coppie di omologhi dal più grande al più piccolo. Abbiamo quindi 22 coppie di autosomi più i due cromosomi sessuali.

Ma come viene fatta l’analisi del cariotipo? Per ogni tipo di diagnosi si utilizzano cellule diverse, ad esempio per l’adulto si usano i linfociti, mentre nella diagnosi prenatale si usano amniociti o cellule di sfaldamento del feto che si ritrovano nel liquido amniotico.

Queste cellule vengono indotte a proliferare con un mitogeno per avere più cellule possibili in metafase. Dopo un po’ di tempo si aggiunge un veleno, come la colchicina o la vinblastina. Queste sostanze bloccano le cellule in fase M. A questo punto le cellule vengono staccate dal recipiente di coltura se sono amniociti oppure se sono linfociti sono trasferite in una soluzione ipotonica, per farle gonfiare e rendere più evidente il nucleo. In seguito i cromosomi vengono colorati con il colorante Giemsa. Esso colora il DNA e in particolare, colora in modo differenziale le varie bande cromosomiche. Questa tecnica è detta Bandeggio G. Il “pattern” di bande è caratteristico di ogni coppia cromosomica. Una volta ottenuta un immagine digitale dei cromosomi al microscopio, essa viene manipolata in modo da ordinare i cromosomi in base alla loro dimensione. Le nuove tecniche basate sull’uso di sonde fluorescenti cromosomo-specifiche (FISH, Fluorescence in situ hybridization) permettono l’identificazione dei singoli cromosomi o di traslocazioni (chromosome painting).

L’albero genealogico o pedigree è un grafico che mostra la trasmissione dei caratteri genetici per molte generazioni all’interno di una famiglia. Rappresenta inoltre uno strumento molto utile per la consulenza genetica e per la clinica (individuazione di eventuali malattie e del tipo di trasmissione di esse).


Ogni linea orizzontale rappresenta una generazione, con la generazione più vecchia in alto e quella più recente in basso. Una linea orizzontale unisce i due genitori, ed una verticale scende dai genitori ai figli. Lo studio del pedigree ha permesso di predire come sono ereditati i caratteri fenotipici che sono sotto il controllo di un singolo locus (caratteri mendeliani, circa 1000 descritti nell’uomo). Lo studio del pedigree identifica infatti tre tipi di eredità mendeliana: l’autosomica dominante, l’autosomica recessiva e la recessiva legata all’X (X-linked). Lo studio del pedigree identifica però anche caratteri non mendeliani, come ad esempio l’imprinting genomico, ovvero l’espressione di un gene basata sull’origine parentale. Per alcuni geni, l’allele paterno è sempre represso e l’allele materno sempre espresso o viceversa.

Quando non ci sono alterazioni di questi geni tutto è regolare. Quando, ad esempio, c’è l’alterazione di un gene ad imprinting paterno ci troviamo in una situazione simile a quella dell’emizigosi: l’allele paterno è alterato e l’allele materno è sempre represso. Ne consegue la malattia genetica. Se un gene ha un imprinting materno, l’allele materno è sempre espresso. Se esso è alterato e non funziona l’allele paterno che è sempre represso non riesce a compensare la perdita dell’espressione dell’allele materno e si ha la perdita della funzione. Ci troviamo in una situazione simile all’emizigosi riguardante il maschio per i geni collocati sulla X, dei quali il maschio ha solo un allele. Se esso è colpito da una mutazione la malattia si manifesta. Questo è il caso di alcune sindromi che provocano ritardi mentali anche gravi.

 

Le Sindromi Cromosomiche

Per quanto riguarda sindromi cromosomiche, ovvero alterazioni di struttura e numero dei cromosomi, ci possono essere dei casi di poliploidia, ovvero di alterazioni legate alla presenza di set cromosomici completi multipli. Nell’uomo la poliploidia è letale (la triploidia è riscontrata negli aborti spontanei). Nelle piante è invece una condizione normale. L’aneuploidia è un anomalia legata alla presenza di un unico cromosoma extra o per l’assenza di un cromosoma. Le aneuploidie sono molto più frequenti della poliploidia perché sono compatibili con la vita (danno all’embrione la possibilità di nascere). La disomia è la condizione normale di un individuo, mentre la trisomia prevede un cromosoma extra, ovvero ci sono tre cromosomi di un determinato tipo, come nella sindrome di Down, Nella monosomia abbiamo un cromosoma in meno per ogni tipo. Le aneuploidie sono causa frequente di morte prenatale, sono più tollerate quelle dei cromosomi sessuali che quelle degli autosomi. Esse si verificano come risultato di una divisione meiotica anormale in cui i cromosomi non si separano all’anafase: lo zigote, e quindi l’organismo che ne deriva, avrà un numero anormale di cromosomi.

La Sindrome di Down porta ad avrere anomalie del volto, nelle palpebre, a livello della lingua, delle mani ed altre parti del corpo, con un considerevole ritardo mentale. Abbiamo una redisposizione per la leucemia (e altri tumori) ed il morbo di Alzheimer. In questo caso il cariotipo vede la presenza di 47 cromosomi, in particolare si parla di trisomia del cromosoma 21. Ha un’incidenza di 1:800 nati vivi, in aumento con l’età della madre (tanto più la madre è vecchia, tanto più è frequente il fenomeno di non-disgiunzione meiotica. Sopra i 35 anni è consigliato il cariotipo prenatale per individuare eventuali alterazioni cromosomiche).

La Sindrome di Klinefeter vede la presenza anch’essa di 47 cromosomi, ma in questo caso è presente un anomalia a livello dei cromosomi sessuali di un maschio, che è XXY. Abbiamo dei maschi con testicoli piccoli (sterili), con altezza superiore alla media, ed un ritardo mentale. Il cariotipo vede la presenza di 47 cromosomi (XXY, c’è un cromosoma sessuale in più), mentre l’incidenza è di 1:700 nati vivi.

La Sindrome di Turner (X0) vede la presenza di femmine con genitali non sviluppati, sterili, con un cariotipo di 45 cromosomi perchè manca un cromosoma sessuale, si parla di X0. L’incidenza è di 1:2500 femmine nate vive.

I maschi che presentano un cariotipo XYY sono fertili e si pensa possano sviluppare più delle altre persone tendenze criminali, anche se non è ancora stato provato scientificamente. Il cariotipo di queste persone è di 47 cromosomi, che dal punto di vista sessuale sono XYY.

La Sindrome “Cri du Chat” vede la presenza di persone con una testa piccola, dei lineamenti alterati, un pianto particolare (simile ad un miagolio di gatto), ed un ritardo mentale (con tendenza all’automutilazione). Il cariotipo presenta 46 cromosomi, ma abbiamo una delezione di parte del braccio corto del quinto cromosoma. L’incidenza è di 1:50000 nati vivi.

I siti fragili sono punti dei cromatidi in cui parte del cromatide sembra essere attaccata al resto del cromosoma da un sottile filo di DNA, essi sono stati identificati sia sul cromosoma X che su alcuni autosomi. I siti fragili rappresentano i siti di rottura più frequenti nelle aberrazioni cromosomiche riscontrate nei tumori. Nella Sindrome dell’X fragile (FRAX) il gene coinvolto è FMR1 (Fragile X Mental Retardation-1) situato sul braccio lungo del cromosoma X, una proteina che lega e trasporta gli mRNA dal nucleo al citoplasma. L’alterazione responsabile della sindrome è l’espansione di un tratto di DNA di questo gene (sito fragile FRAXA), composto da tre basi nucleotidiche ripetute (CGG). Mentre nelle persone normali queste basi sono ripetute da 6 a 45 volte, nelle persone malate sono ripetute più di 200 volte. Il numero delle ripetizioni è direttamente proporzionale alla gravità del fenotipo. Questa espansione, insieme ad altri fenomeni, provoca il mancato funzionamento del gene FMR1. Questa sindrome è più grave nei maschi perché è un gene legato al cromosoma X, e porta da una leggera incapacità di concentrazione a un grave ritardo mentale.