LA GENETICA NELLA PREVENZIONE E NELLA DIAGNOSI DELLE MALATTIE EREDITARIE E MALFORMATIVE. INTRODUZIONE Nel nucleo delle nostre cellule incontriamo 46 strutture filiformi chiamate cromosomi. Questi comprendono 44 cromosomi “non sessuali” o “autosomi” e 2 cromosomi sessuali, che sono identici nella femmina (XX) e diversi nel maschio (XY) (figura 1) Ai cromosomi è di custodire e affidato il compito trasmettere l’informazione genetica. Sui sono cromosomi allineati i geni. I geni sono tratti di materiale ereditario (DNA) Figura 1. rappresentazione del cariotipo umano; in evidenza i cromosomi sessuali. Nel maschio sono rappresentati da un cromosoma X e da un cromosoma Y; nella donna sono presenti due cromosomi X. che svolgono specifiche funzioni ed a loro è affidata l’informazione ereditaria. Ogni individuo alcune possiede decine di migliaia di geni. (figura 2). Le alterazioni di questa complessa rete di strutture determina Figura 2. differenza fra cromosoma e gene. “guasti” irreparabili. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera spesso 1/44 LE ANOMALIE CROMOSOMICHE Le modificazioni del numero o della struttura dei cromosomi, possono determinare malformazioni, ritardo mentale, aborti o alti tipi di patologie. Queste modificazioni causano dunque le “malattie cromosomiche” dette anche cromosomopatie. Un gran numero di concepimenti (zigoti) presenta un difetto nel corredo cromosomico. In questi casi l’aborto spontaneo può rappresentare la “selezione naturale” per quell’embrione che non avrebbe una buona qualità di vita; spesso, infatti, alcune malattie sono talmente gravi da essere incompatibili con la vita. L’aborto spontaneo si può verificare poche ore o pochi giorni dopo il concepimento (ancora prima che l’embrione si impianti in utero) o durante le altre fasi della gravidanza. Attualmente 1 bambino su 150 nati è affetto da anomalie cromosomiche. Le sindromi dovute ad anomalie cromosomiche possono colpire sia gli autosomi che i cromosomi sessuali. La sindrome di Down è la più frequente anomalia cromosomica. Essa è causata dalla trisomia del cromosoma 21; in questo caso il numero dei cromosomi non è 46, bensì 47 (46 più un cromosoma 21) (figura 3). ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 2/44 Figura 3. Cariotipo femminile con trisomia del cromosoma 21 (sindrome di Down). Laboratorio di citogenetica e genetica molecolare P.O. “Madonna delle Grazie” di Matera. Oltre alla sindrome di Down, le anomalie cromosomiche di numero più frequentemente riscontrate sono la trisomia del cromosoma 18 (sindrome di Edwards) e del 13 (sindrome di Patau). Ognuna di queste malattie presenta quadri clinici a se stanti, ma tutte sono sempre associate a ritardo mentale. È importante mettere in evidenza che esiste una correlazione tra l’età della madre, al momento del concepimento, e la percentuale di nati con trisomia (figura 4). In altre parole, il rischio di avere un figlio malato diviene maggiore con l’aumentare dell’età della madre. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 3/44 Anche i cromosomi sessuali possono andare incontro ad “errori”. Le sessuali comportano numero dei variazioni di cromosomi una sintomatologia clinica diversa da quella che si riscontra nel caso di anomalie autosomiche: 1. Le anomalie dello sviluppo cerebrale non sono così Figura 4. L’incidenza della sindrome di Down nella prole di genitori sani aumenta con l’età della madre. pronunciate come nei casi precedenti: infatti molti individui hanno un quoziente intellettivo normale. 2. Le anomalie fisiche più gravi riguardano lo sviluppo dell’ovaio e del testicolo. Esempi di patologie dovute ad anomalie dei cromosomi sessuali sono: la sindrome di Klinefelter e la sindrome di Turner. La prima è dovuta alla presenza di un cromosoma X in più (XXY al posto di XY), e colpisce i maschi con una frequenza di un caso su 700 nuovi nati; la sindrome di Turner invece è causata dalla mancanza di un cromosoma X (X anziché XX), ed interessa le femmine con una frequenza di 1 caso su 2500 nuove nate. Le monosomie complete sono incompatibili con la vita postnatale, l'eccezione è rappresentata dalla monosomia del cromosoma X, associata alla sindrome di Turner (45,X). Oltre alle anomalie dovute al non coretto numero di cromosomi vi sono anomalie che colpiscono la struttura del cromosoma. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 4/44 Le anomalie di struttura originano da una rottura dei cromosomi durante la divisione della cellula: spesso queste rotture vengono “riparate” in modo da recuperare interamente la struttura originaria. Quando la “riparazione” avviene in maniera non corretta si crea un nuovo tipo di allineamento dei geni, cioè una anomalia di struttura del cromosoma (figura 5). Le anomalie di struttura possono essere “bilanciate sbilanciati”. Le alterazioni cromosomiche strutturali bilanciate non danno luogo né a guadagno perdita genetico portatrici e di le ad materiale generalmente fenotipicamente Possono né persone sono normali. essere sia ereditate da un genitore (portatore sano) o possono verificarsi “de novo” e quindi essere riscontrate nelle fetali. solo nelle cellule Figura 5. alterazioni strutturali dei cromosomi. Le anomalie sbilanciate, invece, provocano perdita/guadano di materiale genetico, perciò vengono identificate in soggetti con fenotipo clinico. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 5/44 LE MALATTIE MONOGENICHE Anche le modificazioni dei geni (mutazioni) determinano patologie denominate “malattie geniche”; dette anche monogeniche o monofattoriali. Per cercare di capire la trasmissione di questi caratteri è necessario tenere presenti pochi concetti basilari. Ogni individuo riceve metà dei propri caratteri (geni) del padre e metà della madre. Ogni carattere è perciò presente in doppio (uno all’interno del cromosoma di origine paterno ed uno all’interno del cromosoma di origine materno). Essi sono disposti lungo i cromosomi ciascuno in uno specifico "locus". Le forme alternative di un gene sono definite alleli: gli alleli occupano lo stesso locus sui cromosomi omologhi. I geni ereditati dal padre, insieme a quelli ereditati dalla madre, determinano un dato carattere (tratto genetico). Un bambino può ereditare dai genitori due alleli uguali (per esempio AA o aa) o diversi (ad esempio Aa). Nel primo caso il bambino è omozigote (es. AA o aa) per quel carattere, nel secondo eterozigote (Aa). Inoltre l’effetto di uno dei due alleli, ai fini dell’espressione di un carattere, può essere prevalente (dominante) rispetto a quello dell’altro (recessivo). Per convenzione l’allele dominante è rappresentato con la lettera maiuscola, mentre quello recessivo con la lettera minuscola. Un allele dominante (es.A) porta all’espressione di un certo carattere anche quando l’altro allele è diverso (es.a). Invece i caratteri recessivi si manifestano solo quando entrambi gli alleli sono uguali (omozigote es.aa). Se la causa di un “errore” (mutazione) riguarda un solo gene, si parla di malattie monogeniche. Il gene in questione può essere localizzato su un cromosoma non sessuale (autosoma) o sul cromosoma sessuale X. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 6/44 Nell’uomo sono note più di 1000 malattie monogeniche (caratteri mendeliani) che vengono ereditati secondo le seguenti modalità: Autosomiche dominanti e recessive. Dominante associata al cromosoma X. Recessiva associata al cromosoma X. Associata al cromosoma Y. Eredità autosomica dominante Nella trasmissione ereditaria di tipo autosomico dominante la malattia è espressione di un singolo gene mutato, mentre l'allele corrispondente risulta normale. In sintesi, il gene può manifestarsi a livello fenotipico allo stato eterozigote (Aa) (figura.6). Alcune di queste condizioni morbose possono essere tanto gravi da non consentire portatore la o, sopravvivenza comunque, da del non permettergli di riprodursi e quindi di trasmettere l'affezione alla prole. In questi casi la comparsa della malattia, nella popolazione non può essere spiegata in termini di trasmissione ereditaria, ma è necessariamente la conseguenza di una mutazione recente nei gameti di un genitore. Figura 6. modello di trasmissione delle malattie autosomiche dominanti. Se si prescinde dalle situazioni sopra esposte, in caso di eredità autosomica dominante, ogni individuo malato ha, di regola, un genitore affetto. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 7/44 Regole generali: La malattia è trasmessa di generazione in generazione (trasmissione verticale) solo Ciascun figlio di individuo affetto ha il 50% di essere sano e il 50% di essere tramite gli individui affetti. malato. I figli sani di soggetti affetti avranno solo figli sani. La malattia colpisce indifferentemente maschi e femmine. Su tali regole andrà basato il consiglio riproduttivo. Eredità autosomica recessiva La malattia è l'espressione di un gene mutato presente in ambedue gli elementi di una coppia di cromosomi (figura 7). Il gene mutato può quindi manifestarsi a livello fenotipico solo allo stato omozigote. I geni recessivi hanno una distribuzione frequenza molto di alta Figura 7. modello di trasmissione delle malattie autosomi che recessive nella popolazione: si calcola che ogni individuo sia portatore di 3-8 geni autosomici recessivi allo stato eterozigote (Aa); l'evenienza che si verifichi una nascita di un omozigote e quindi la malattia è però molto rara, essendo legata alla possibilità che si verifichi un incrocio tra due Figura 8 eterozigoti. A differenza delle malattie ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 8/44 autosomiche dominanti, nelle malattie autosomiche recessive, la persona affetta (aa) deve aver ricevuto il gene mutato da entrambi i genitori. L’albero genealogico mostrato in figura 8 rappresenta l'unione tra due individui fenotipicamente normali, ma portatori del gene mutato allo stato eterozigote (Aa). Regole generali: Gli eterozigoti (Aa) sono normali come aspetto fenotipico, ma portatori sani del Quando un individuo affetto nasce da genitori normali, si deve ritenere che carattere patologico. entrambi i genitori sono eterozigoti e che, come media statistica, 1/4 della prole (25%) risulterà affetta, 1/2 portatrice (50%) ed 1/4 normale (25%). Quando un individuo affetto (aa) contrae matrimonio con una persona genotipicamente normale (AA), la prole sarà genotipicamente eterozigote (Aa) e fenotipicamente normale. Quando contraggono matrimonio due individui ammalati (aa), tutta la prole risulterà affetta (100%). La malattia colpisce indifferentemente maschi e femmine. Il rischio di ricorrenza nelle generazioni successive è basso a meno che non si verifichino particolari circostanze che favoriscano l'unione tra due eterozigoti (es. consanguineità, alta frequenza del gene). Su tali regole andrà basato il consiglio riproduttivo. Eredità legata al sesso Nelle malattie che seguono questo tipo di eredità il gene mutato è localizzato, anziché sugli autosomi, sul cromosoma X. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 9/44 Poiché la femmina ha due cromosomi X, mentre il maschi ne ha uno solo, ne deriva che i criteri di omozigosi ed eterozigosi, dominanza e recessività, nell'eredità legata all'X hanno valore solo per la femmina, mentre nel maschio la malattia si manifesta sempre quando è presente il gene mutato. Eredità dominante legata al cromosoma X La malattia è l'espressione di un singolo gene mutato contenuto nel cromosoma X, mentre l'allele corrispondente è normale. Per tale motivo la malattia si manifesta sia nella femmina eterozigote, sia, naturalmente, nel maschio. L'eredità dominante legata all'X è responsabile solo di pochi e rari quadri morbosi. Tra le malattie che seguono questo tipo di eredità si possono citare l'osteodistrofia ereditaria di Figura 9. modello di trasmissione delle malattie X-linked dominanti. Albright (pseudoipoparatiroidismo) e l'ipofosfatia o rachitismo vitamina D resistente. Caratteristica principale è la cosiddetta eredità crociata: i maschi affetti trasmettono la malattia a tutte le figlie ma non ai figli maschi. Le femmine malate trasmettono invece la malattia a metà della prole indipendentemente dal sesso (figura 9). Eredità recessiva legata al cromosoma X La malattia è l'espressione di un gene mutato presente in ambedue i cromosomi X della femmina o sull'unico X del maschio. Nella femmina la malattia può, generalmente ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 10/44 manifestarsi solo allo stato omozigote, mentre nel maschio si manifesta allo stato emizigote. Se la persona affetta è il padre, i figli maschi saranno tutti normali e le figlie femmine saranno tutte portatrici del difetto che predispone alla malattia (figura 10). Regole generali: La malattia è sempre trasmessa attraverso una femmina eterozigote che appare fenotipicamente normale (). La femmina eterozigote () trasmette il gene mutato a metà della prole: statisticamente i figli maschi sono per metà affetti () e per metà normali Figura 10. modello di trasmissione delle malattie X-linked recessive. (), le femmine presentano tutte un aspetto normale ma sono per metà portatrici (). Le figlie di un maschio affetto sono tutte portatrici (), i figli tutti sani (). Gli individui affetti sono in prevalenza di sesso maschile (). Un esempio di malattia X-linked recessiva è rappresentata dalla sindrome dell’X fragile, la quale ha una modalità di trasmissione alquanto particolare. Eredità legata al cromosoma Y Questa eredità, chiamata anche oloandrica, presenta le seguenti caratteristiche: Colpisce solo i maschi; ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 11/44 I figli maschi hanno sempre un padre affetto, ad eccezione dei casi di mutazioni de Tutti i figli di un padre affetto sono affetti. novo: Sono noti pochissimi geni localizzati sul cromosoma Y, alcuni dei quali sono responsabili della spermatogenesi. EREDITÀ MITOCONDRIALE Le cellule umane contengono centinaia di mitocondri, ognuno dei quali è provvisto di 210 copie di una piccola molecola di DNA circolare lunga circa16596 bp. Sono noti 37 geni mitocondriali, caratterizzati dall’assenza di introni. Mutazioni a carico di alcuni geni mitocondriali sono responsabili di un discreto numero di malattie con frequenza di 6-7 ogni 100000 nati. L’eredità mitocondriale presenta delle caratteristiche che la distinguono molto dall’eredità mendeliana: a. Uno zigote eredita solo i mitocondri presenti nell’ovulo, poiché i mitocondri paterni, eventualmente presenti, vengono selettivamente distrutti. Ne consegue che i mitocondri si trasmettono da madre a madre: tale modello di eredità è definito patrilineare. b. In generale, un maschio affetto non trasmetterà mai la malattia. c. Le cellule contengono parecchie molecole di DNA mitocondriale. Se ogni mitocondrio di un individuo porta la mutazione patogena si parla di “omoplasmia”, se invece ogni cellula di un individuo contiene sia genomi mitocondriali sani che mutati, si parla di “eteroplasmia”. La condizione di eteroplasmia può essere trasmessa da madre a figlia, sebbene non venga necessariamente conservata la proporzione tra genomi mitocondriali sani e mutati. Ciò è conseguenza del fatto che, durante la mitosi, i mitocondri si ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 12/44 distribuiscono a caso nelle cellule figlie, alterando la proporzione di genomi mitocondriali mutati e sani caratteristica della cellula madre. d. Il genoma mitocondriale è instabile e molte malattie possono risultare dalla combinazione di diverse mutazioni contemporaneamente presenti. e. Diverse funzioni mitocondriali sono regolate da geni nucleari rendendo più difficile la determinazione dei difetti molecolari responsabili di una determinata patologia. Una delle patologie mitocondriali più conosciute “l’atrofia ottica ereditaria di Leber” (OMIM 535000). EREDITÀ MULTIFATTORIALE E POLIGENICA Se il carattere è determinato soltanto da un insieme di fattori genetici viene definito poligenico. Se il carattere è dovuto all’interazione dei geni con l’ambiente viene definito multifattoriale. Costituiscono esempi di caratteri multifattoriali: il comportamento, il diabete mellito, l’ipertensione, l’aterosclerosi, la schizofrenia, il labbro leporino, il piede torto, la spina bifida, le sindromi maniaco-depressive. Anche molte patologie congenite isolate sono caratteri multifattoriali. Questa definizione implica l’esistenza di una diretta interazione tra geni e ambiente. Un bambino con genitori alti, sarà molto probabilmente più alto di un bambino con genitori di bassa statura. Tuttavia una cattiva nutrizione (un fattore ambientale) può compromettere la crescita di entrambi. La suscettibilità genetica (o la predisposizione) è in genere ereditata da entrambi i genitori. I geni ed i fattori ambientali associati ad un particolare fenotipo possono variare tra i diversi gruppi etnici. Il colore scuro della pelle, è condiviso tra africani e aborigeni australiani. Tuttavia questi gruppi differiscono sensibilmente per il loro background genetico. Il colore scuro della pelle, riflette soltanto lo stesso adattamento alla luce solare del clima tropicale. La pelle scura che si è schiarita, mentre l’uomo si spostava al Nord, o ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 13/44 le narici pronunciate negli ambienti umidi e quelle sottili dove l’aria è secca. Sono esempi di come lavora il Genoma. L’esatta natura della familiarità in queste malattie è difficile da identificare. Gli studi familiari mostrano chiaramente che non sono ereditate secondo gli schemi di trasmissione mendeliana di un singolo gene. L’analisi statistico-matematica dei dati familiari ha portato piuttosto alla formulazione di modelli interpretativi più che plausibili circa l’eziologia di queste malattie, la cui espressione sarebbe il risultato dell’azione congiunta di più geni e di fattori ambientali. TERATOGENESI E MUTAGENESI Durante la vita prenatale, un bambino può essere sottoposto ad agenti dannosi provenienti dal mondo esterno. Pertanto l’ambiente e le abitudini di vita della mamma influiscono in maniera importante sullo sviluppo del nascituro o su un soggetto nella vita postnatale. Quando l’ambiente provoca dei “danni” nel nascituro, non sempre determina l’instaurarsi di una malattia genetica poiché non altera il patrimonio genetico; l’ambiente può infatti disturbare solo lo sviluppo di un organo o di una parte del corpo, determinando un effetto embriopatico non ereditabile dalla generazione successiva. Di seguito sono riportate le classi più comuni di teratogeni: Alterazioni metaboliche materne. Agenti infettivi (sifilide, toxoplasmosi, rosolia, citomegalovirus, streptococco agalactis, infezione da HIV, infezione da parvovirus). varicella, radiazioni ionizzanti. farmaci e droghe o alcool: rischio di bambini affetti da sindrome feto-alcolica, per le madri alcolizzate; ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 14/44 o talidomide: nel primo trimestre di gravidanza può causare riduzione degli arti, malformazioni facciali e altre anomalie congenite; o anticonvulsivanti: rischio aumentato per difetti del tubo neurale (acido valproico); o cocaina: può causare aborto spontaneo e lesioni crebro-vascolari; o tabagismo: aumento del rischio di aborto spontaneo, prematurità e basso peso alla nascita. CONTROLLO DELLE MALATTIE GENICHE Ogni volta che un bambino viene concepito, entrambi i genitori passano al figlio le “informazioni” (geni) che ne determineranno le caratteristiche (ad esempio il colore degli occhi e dei capelli) (figura 11). In definitiva, ogni individuo diventa, custode di un patrimonio genetico e gli spetta nel contempo trasmettere discendenti solo ricevuta ai non l’eredità dagli avi, ma anche le eventuali mutazioni “de nell’ambito dei propri geni. Si Figura 12. Agenti che possono indurre al patrimonio genetico. crede diffusamente Figura 11 novo” che le espresse malattie ereditarie si verifichino solo in quelle famiglie che hanno avuto precedenti esperienze di patologie di questo tipo. Ciò non è vero! ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 15/44 Questo rischio è sempre presente, ma grazie alla corretta informazione e alla diagnosi prenatale, oggi è possibile monitorare lo stato di salute e di benessere del concepito durante il corso della gravidanza. L’impiego delle tecniche di diagnosi prenatale è volto ad identificare patologie che interessano il concepito su base genetica, infettiva, farmacologica o ambientale (figura 12). Attualmente, con il progredire delle biotecnologie, i laboratori di genetica medica posseggono mezzi diagnostici sempre più precisi che, in molte situazioni considerate fino a qualche anno fa idiopatiche (sconosciute), hanno permesso di chiarire molti meccanismi di trasmissione del messaggio genetico. Non essendoci però, allo stato attuale, una cura efficace per la maggior parte delle patologie genetiche, si deve attribuire necessariamente molta importanza al momento preventivo. Questo può essere attuato sia nei confronti di malattie genetiche per le quali esiste una terapia che per quelle per le quali una terapia non è disponibile, oppure non è del tutto soddisfacente. Per alcune patologie genetiche esiste qualche forma di terapia. Per esempio, la labioschisi (malformazione congenita dovuta alla mancata saldatura delle due porzioni del labbro superiore del neonato) o certe cardiopatie congenite possono essere corrette chirurgicamente; per alcune malattie dovute a carenza di un fattore importante, questo può essere somministrato per via esogena (insulina nel diabete; fattore VIII e IX della coagulazione rispettivamente nell’emofilia A e nell’emofilia B; ecc.); in altre malattie, dovute all’accumulo di metaboliti tossici, si può ridurre tale accumulo con mezzi opportuni (es. dieta specifica). Vi sono alcuni concetti errati sulle malattie genetiche, tra i quali i più frequenti sono elencati da Condor e Ferguson-Smith nella tabella 1. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 16/44 Tabella 1. Alcune opinioni errate sulle malattie genetiche Se una malattia non è presente in più componenti della famiglia non è genetica, e viceversa. Una malattia congenita è sempre ereditaria. Per le malattie genetiche non esistono terapie. I traumi psichici e fisici della madre durante la gravidanza sono causa di malformazioni. Se una malattia ha un rischio di ricorrenza di ¼ , dopo la nascita di un figlio affetto il successivo sarà sicuramente sano. Se in una famiglia sono colpiti solo i maschi o solo le femmine, significa che la malattia è legata al sesso. Le malattie ereditarie insorgono solo alla nascita o durante i primi anni di vita. Quindi ai fini di attuare una sana prevenzione delle patologie genetiche sono applicabili, a seconda della patologia genetica sospettata, le seguenti tipologie di tests: i test diagnostici consentono di effettuare una diagnosi o confermare, in una persona affetta, un sospetto clinico. Possono essere eseguiti in epoca prenatale o nel corso della vita. I test di identificazione dei portatori sani permettono di individuare mutazioni comuni in specifici gruppi etnici, attraverso screening di popolazione (anche in epoca neonatale), oppure indagini “a cascata” sui familiari rischio di soggetti affetti da patologie genetiche più o meno rare. I test preclinici o presintomatici permettono di individuare il gene responsabile di malattie genetiche, i cui sintomi, non sono presenti alla nascita, ma compaiono successivamente, anche in età avanzata. Possono fornire informazioni utili a pianificare scelte individuali e familiari. I test di suscettibilità consentono di individuare i genotipi che di per sé non causano una malattia, ma comportano un aumento del rischio di svilupparla, in seguito all’esposizione a fattori ambientali favorenti, o alla presenza di altri fattori genetici ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 17/44 scatenanti. Rientra in questo ambito la maggior parte delle malattie multifattoriali dell’adulto. I test per lo studio della variabilità individuale si basano sull’analisi di una serie di regioni del DNA polimorfiche (cioè differenti tra gli individui), finalizzata a definire un rapporto di consanguineità o ad attribuire una traccia biologica ad una specifica persona. Questi test sono utili per verificare i rapporti di parentela, nello studio dei trapianti e della zigosità e trovano applicazioni in ambito forense. I test farmacogenetici, riguardano le analisi finalizzate alla identificazione di variazioni di sequenza nel DNA in grado di predire la risposta “individuale” ai farmaci, in termini di efficacia e di rischio relativo di eventi avversi. Le persone che si sottopongono a questi test devono essere adeguatamente informate. I test genetici finalizzati alla ricerca, riguardano test utilizzati per comprendere le basi biologiche di una malattia, e utili a sviluppare nuovi test genetici. Una volta focalizzato il rischio specifico, le cui modalità sono state già esposte, le linee di intervento saranno diverse a seconda che trattasi di donne in fase preconcezionale o in fase di gravidanza in atto. Nel primo caso c’è la possibilità ed il tempo utile per poter valutare tutte le eventuali soluzioni in rapporto al tipo di patologia genetica in esame. In caso di gravidanza in atto con un rischio di patologia genetica fetale aumentato rispetto alla popolazione generale, l’unico mezzo disponibile per sapere lo stato di salute del futuro nascituro è rappresentato dalla diagnosi prenatale. La diagnosi prenatale di malattia genetica può essere definita, in termini generali, come un procedimento finalizzato all’accertamento dell’eventuale presenza nel feto o nell’embrione (nel caso della diagnosi preimpianto) di una condizione patologica geneticamente determinata. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 18/44 DIAGNOSI PRENATALE INVASIVA:TECNICHE DI PRELIEVO DI MATERIALE FETALE Villocentesi La villocentesi viene effettuata normalmente nel primo trimestre di gravidanza( tra la 11^ e la 13^ setimana di gestazione), e più esattamente non prima della decima settimana. Nota anche come biopsia coriale (Chorionic Villous Sampling, CVS), consiste nel prelievo di villi coriali dal corion frondosum. Il villo coriale è il tessuto che avvolge l’embrione e che in seguito darà luogo alla placenta. È un tessuto di origine fetale in quanto deriva dalla cellula uovo fecondata. Il prelievo dei villi normalmente è eseguito mediante Figura 13. villocentesi. introduzione transaddominale di un ago e successiva aspirazione (figura 13): l’introduzione dell’ago viene seguita sotto controllo ecografico. Il rischio cui è sottoposto il nascituro è “l’aborto” che ricorre circa nel 2% dei casi. D’altra parte è bene tenere presente che, tra la decima e la dodicesima settimana di gravidanza, si ha il massimo rischio di aborto spontaneo anche per donne che non si sono sottoposte a diagnosi prenatale. Pertanto, il 2% degli aborti che si verificano dopo il prelievo di villo coriale, non sono necessariamente legati al prelievo eseguito. Sul villo coriale può essere eseguita sia l’analisi cromosomica (esame citogenetico) che l’analisi genetica (esame molecolare). Amniocentesi ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 19/44 L’amniocentesi (figura 14) è effettuata nel secondo trimestre di gravidanza, di solito tra la sedicesima e la diciottesima settimana; con questa tecnica si preleva liquido amniotico. Il rischio di provocare un aborto a causa del prelievo è di 1/200. Il liquido amniotico è essudati ed costituito da vari tipi di secrezioni: urina fetale. Sospese in esso vi sono cellule di origine fetale: amniociti (dall’amnios) e cellule tessuti di epiteliali di sfaldamento dei rivestimento Figura 14. Amniocentesi. (trachea, ultime vie urinarie e cute). Il prelievo di liquido amniotico avviene sempre attraverso la parete dell’addome materno. Con l’ausilio dell’ecografia viene scelto il punto per l’esecuzione dell’amniocentesi. Vengono prelevati 15-20 ml di liquido amniotico. A differenza della villocentesi, l’amniocentesi permette la raccolta di cellule fetali, e non annessiali, nonché di liquido amniotico, su cui possono essere condotti vari test biochimici (per esempio la misurazione della alfa-feto-proteina) e microbiologici , in caso di sospetta infezione materno-fetale citomegalovirus). (per esempio toxoplasmosi, rosolia, infezione ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera da 20/44 Funicolocentesi o Cordocentesi Il prelievo di sangue fetale viene eseguito con un prelievo di sangue dall’arteria ombelicale fetale (figura 15). Questa tecnica comporta per il feto rischi sicuramente maggiori rispetto alla villocentesi ed all’amniocentesi; si calcola che il rischio di provocare un aborto causa il prelievo sia di circa il 4%. L’analisi cromosomica su sangue fetale viene effettuata di solito per motivi particolari, quali il controllo di un mosaicismo precedentemente riscontrato su amniociti o su cellule di Figura 15. funicolocentesi villo coriale, oppure una malformazione fetale evidenziata con ecografia a gravidanza inoltrata. L’analisi su sangue fetale permette di avere una risposta piuttosto rapida, di solito, entro una settimana dal giorno del prelievo. Tutti questi prelievi vengono effettuati in un centro ostetrico di diagnosi prenatale. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 21/44 LA DIAGNOSI GENETICA PREIMPIANTO Il termine stesso dice che si tratta di una diagnosi di una malattia genetica eseguita prima dell’impianto dell’embrione in utero. È una acquisizione più recente rispetto alla diagnosi prenatale classica. È stata resa possibile dallo sviluppo, da un lato delle tecniche di fecondazione in vitro e, dall’altro, di quelle di biologia molecolare, Figura 16. Diagnosi preimpianto che consentono di condurre analisi citogenetiche e molecolari anche su singole cellule (blastomero) ottenute mediante microbiopsia da embrioni allo stadio di di 4-8 cellule (figura 16). Dall’esperienza finora raccolta l’embrione non sembra risentire della biopsia e il suo sviluppo successivo non differisce da quello di embrioni che non hanno subito questo trattamento. Le blastule che non presentano il difetto vengono impiantate in utero. Nonostante il perfezionamento della metodica restano aperti molti problemi tecnici (al di là di quelli etici), come quelli relativi alla difficoltà di amplificare singole cellule e la possibilità di errore e di basso successo dell’avvio di una gravidanza mediante fecondazione in vitro. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 22/44 TEST DI SCREENING PRENATALI L’interesse dei ricercatori nell’identificare marcatori di cromosomopatie nasce dalla considerazione che nelle gravide over 35, mediante tecniche invasive, sono diagnosticate solo il 40% circa delle cromosomopatie mentre il 60% di queste si rileva in nati da gestanti di età inferiore a 35 anni (molto più numerose delle gravide over 35) e senza indicazioni specifiche alla diagnosi invasiva. Poiché l’uso indiscriminato delle tecniche invasive nelle gestanti under 35 appare improponibile si può facilmente comprendere come la comunità scientifica ha cercato di identificare in epoca prenatale dei test di screening capaci di identificare le gravide alle quali consigliare la diagnosi invasiva. Dunque, l’obiettivo di un test di screening è quello di identificare i feti affetti dalle principali aneuploidie, in particolare i feti affetti dalle sindromi di Down, di Edwards e di Patau. Translucenza Nucale Test: NT test La translucenza nucale (NT) è uno spazio anecogeno (non riflette gli ultrasuoni) che si evidenzia nella regione posteriore del collo fetale attorno alla 12a settimana di gravidanza. L’aumento della NT (figura 17) può essere determinato: da anomalie cardiache e/o dei grossi vasi; da aumento endotoracica (per della es. pressione da ernia Figura 17. NT test ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 23/44 diaframmatica) e da displasie scheletriche; da anomalo o ritardato sviluppo dei vasi linfatici; da alterata composizione del tessuto connettivo. Valori di NT superiori al 95°- 99° percentile sono indicativi di cardiopatie congenite con una sensibilità rispettivamente del 56-40% e falsi positivi del 1-5%; quindi la valutazione della NT è utile anche quale test di screening per l’indicazione ad un’accurata ecocardiografia fetale (dalla 21-24 settimane). Inoltre, l’aumento dello spessore della NT è spesso associato ad anomalie cromosomiche. La misurazione della NT si effettua mediante esame ecografico del feto svolto verso la fine del terzo mese di gravidanza. La lunghezza del feto (CRL) deve essere compresa tra i 45 e gli 83 mm, misure che corrispondono ad un’epoca di amenorrea (calcolata dal primo giorno dell’ultima mestruazione) che varia da un minimo di 11,4 ad un massimo di 13 settimane 3 giorni. Per la rilevazione della NT è indispensabile che i parametri e gli accorgimenti imposti dalla F.M.F. vengano rispettati ed effettuati da personale specializzato in modo che la valutazione dell’aumento del rischio possa essere standardizzata, precisa e quindi attendibile. La NT misurata con la tecnica standardizzata dalla FMF, valutata come calcolo di rischio statistico in associazione con l’età materna, mantenendo come soglia 1/300 (un feto malato su 300), ha una sensibilità verso la trisomia 21 dell’80% (su 100 feti malati se ne individuano 82). I falsi positivi con questa metodica superano l’8% (su cento esami effettuati su feti sani, 8 risultano falsamente portatori di anomalia genetica). ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 24/44 Screening combinato “biochimico-ecografico” del primo trimestre di gravidanza (bi test o duo test allargato). È un esame di screening statistico che utilizza una tecnica combinata: la rilevazione della translucenza nucale e del C.R.L. associate al dosaggio di due sostanze (da cui il nome bitest) presenti nel circolo materno (figura 18): Free-β-hCG (frazione libera della gonadotropina corionica) e PAPP-A (proteina A plasmatica associata alla gravidanza). In questo rischio” modo calcolato “l’indice per di la sindrome di Down (trisomia del cromosoma 21), la sindrome di Patau (trisomia del cromosoma 13) e la sindrome di Edwards (trisomia del cromosoma 18) ha una sensibilità che si avvicina al 93% e i falsi positivi si Figura 18. biomarker di cromosomopatia. riducono ulteriormente (~3%). L’epoca gestazionale in cui l’esame è consentito è naturalmente sovrapponibile all’epoca di rilevazione della NT. Se dal test risulta un rischio aumentato, ciò non significa necessariamente che il feto abbia un problema, ma è opportuno sottoporre la gravida ad amniocentesi con successivo studio del cariotipo fetale. Le gestanti portatrici di feti affetti da sindrome di Down presentano generalmente livelli sierici ridotti di PAPP-A (circa 0,5 MoM) e livelli sierici più elevati di free βhCG (circa 2 MoM) rispetto ai feti normali. Nel caso di negatività del test, non si può comunque escludere completamente un eventuale problema del feto, in quanto tale indagine rimane sempre di tipo ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 25/44 probabilistico, e pertanto non esprime una diagnosi. Bisogna ricordare che, in caso di gravidanza con aumentato rischio fetale di patologia cromosomica (es. età materna avanzata, o storia familiare di aumentato rischio di patologia cromosomica), il bitest non è un’alternativa alla diagnosi prenatale invasiva (villo centesi, amniocentesi). Il bitest può essere un supporto per le donne che non hanno motivi seri per sottoporsi alla diagnosi prenatale invasiva. Nel caso si abbia un risultato fuori dalla norma, è sempre bene indagare ulteriormente con una diagnosi prenatale invasiva, una ecografia morfologica ecocardiografia fetale. alla 21a settimana, e possibilmente anche con una Test prenatale del DNA fetale nel circolo materno. È un test che si esegue sul sangue materno da cui viene estratto il Dna fetale presente nel circolo venoso materno (cell free DNA – cfDNA). Dal DNA fetale estratto è possibile effettuare il calcolo del rischio che il feto ha di essere affetto oltre che da trisomia 21 (sindrome di Down) anche da trisomia 13 (sindrome di Patau) e 18 (sindrome di Edwards). Il test del DNA fetale è un test di screening che ha una maggiore accuratezza (sensibilità e specificità) rispetto ai test di screening finora utilizzati. In presenza di test positivo, cioè presenza di un rischio elevato di patologia cromosomica fetale è indispensabile effettuare una consulenza post-test e proporre il test diagnostico (villocentesi, amniocentesi, funicolocentesi). Quindi esso non sostituisce la diagnosi prenatale invasiva Se il test è negativo, è opportuno verificare che la donna/coppia abbia ben compreso il significato del test: rischio molto basso, quasi trascurabile che il feto sia affetto da trisomia 21, 18 o 13. Il test in oggetto è infatti in grado di identificare il 98% dei feti trisomici. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 26/44 Indicazioni alla diagnosi prenatale invasiva Protocollo ministeriale esenzione ticket in gravidanza - Donne in Gravidanza e Tutela della Maternità - Decreto Legge 10.9.98 - G.U. n 245 del 20.10.98 - Protocolli di accesso ad esami di Laboratorio e di Diagnostica strumentale Allegato C. Indicazioni alla diagnosi prenatale (desunte dalle linee guida per i test genetici approvate dal Comitato Nazionale per la Biosicurezza e Biotecnologie della Presidenza del Consiglio dei Ministri). Le indicazioni per la diagnosi prenatale esenti dal pagamento rientrano in due categorie: Presenza di rischio procreativo prevedibile a priori: età materna avanzatagenitore portatore eterozigote di anomalie cromosomiche strutturali genitori portatori di mutazioni genetiche. Presenza di rischio fetale resosi evidente nel corso della gestazione: malformazioni evidenziate dall'esame ecograficomalattie infettive insorte in gravidanzapositività dei test biochimici per anomalie cromosomichefamiliarità per patologie genetiche. Le indicazioni per indagini citogenetiche per anomalie cromosomiche fetali in corso di gravidanza sono: età materna avanzata ( >= 35 anni). genitori con precedente figlio affetto da patologia cromosomica. genitore portatore di riarrangiamento strutturale non associato a difetto fenotipico. genitore non aneuploide dei cromosomi sessuali compatibili con la fertilità. anomalie malformative evidenziate ecograficamente. probabilità di 1/250 o maggiore che il feto sia affetto da Sindrome di Down (o alcune altre aneuploidie) sulla base dei parametri biochimici valutati su sangue ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 27/44 materno o ecografici, attuati con specifici programmi regionali in centri individuati dalle singole Regioni e sottoposti a verifica continua della qualità. CGH Array L’analisi comparativa del genoma umano (Array-CGH) è un esame genetico utilizzato per identificare piccole perdite (microdelezioni) o piccole acquisizioni (microduplicazioni) di materiale cromosomico. È da considerarsi un approfondimento dell’analisi del cariotipo standard, rispetto alla quale presenta maggiore risoluzione: (200 kb contro le di 6-10 Mb del cariotipo standard), permette pertanto di evidenziare perdite o acquisizioni di materiale genetico anche di piccola entità, non visibili con la citogenetica classica. Attraverso l’analisi dell’intero genoma, questo test consente di identificare alterazioni, sbilanciate per eccesso (duplicazioni) o per difetto (delezioni), che possono essere associate ad una sindrome genetica già nota, o a varianti di nuovo riscontro il cui significato clinico deve essere via via valutato. Nella diagnostica postnatale l’analisi microarray può essere utilizzata come test genetico di prima scelta in sostituzione del cariotipo standard. In linea generale si suggerisce di procedere con l’analisi tramite microarray in presenza di segni e sintomi in verosimile associazione sindromica, per i quali o non è possibile formulare un’ipotesi clinica di mutazione in un singolo gene, o si intende avere conferma dell’ipotesi clinica di uno specifico riarrangiamento cromosomico e si ritiene di valutarne l’estensione. Indicazioni a) caratterizzazione di riarrangiamenti cromosomici identificati con il cariotipo standard; b) categorie con deficit intellettivo e/o autismo con/senza associazione con uno o più dei seguenti segni e sintomi: - epilessia; - ipotonia muscolare; - anomalie fenotipiche minori, soprattutto a carico delle strutture craniofacciali, delle mani e dei piedi; ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 28/44 - anomalie della crescita, sia in eccesso o in difetto, inclusa macrocefalia o microcefalia; - una (o più) malformazione maggiore. - “autismo non sindromico”, per la ricerca di varianti quantitative note per agire come fattore predisponente a queste condizioni; - Sindrome da delezione 1p36, Sindrome di Wolf-Hirschhorn, Sindrome Cri du Chat, Sindrome da delezione 22q11. Da quanto esposto si deduce che l’analisi microarray viene indicata in tutte le condizioni con disabilità intellettiva di qualunque entità, e/o disturbi nello spettro autistico, previo accertamento clinico di condizioni monogeniche o da sregolazione dell’imprinting genomico. Questo test può essere proposto anche in diagnosi prenatale, in caso di: - anomalie del cariotipo fetale, in particolare riarrangiamenti cromosomici de novo apparentemente bilanciati, riarrangiamenti cromosomici soprannumerari (ESAC). cromosomici sbilanciati, marcatori - riscontro di anomalie ecografiche. - presenza di alterazioni del volume del liquido amniotico, poli idramnios o oligo idramnios, di ritardo dell’accrescimento fetale. - presenza di microriarrangiamento strutturale bilanciato nei genitori. Conclusioni Il progresso delle conoscenze sulle malattie genetiche e la messa a punto di metodi rapidi e affidabili di analisi genetica aprono certamente nuove prospettive per l’applicazione dei principi e delle tecnologie biomolecolari in campo diagnostico e terapeutico. Siamo probabilmente agli albori di una forma rinnovata di medicina, che è stata chiamata “medicina genomica” in quanto prevede l’uso estensivo della genetica non ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 29/44 solo per la diagnosi sempre più perfezionata di malattie cromosomiche e mendeliane classiche, ma anche per la prevenzione del rischio ereditario di malattie complesse con componente genetica, a scopo di prevenzione, e della suscettibilità ereditaria a un’alterata risposta ai farmaci, per approntare terapie personalizzate (tabella 2). CONTROLLO DELLE MALATTIE GENETICHE Clinica Diagnosi di laboratorio Cura del gene patologico management della malattia chirurgici, riabilitativi, ecc.) (interventi screening Prevenzione consultorio diagnosi prenatale Tebella 2 ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 30/44 Glossario dei termini utilizzati nella pratica genetica Albero genealogico: Ideogramma che permette di stabilire l’esatta modalità di ereditarietà di un carattere, quando siano disponibili sufficienti informazioni sulla famiglia. Allele: Una delle forme alternative di un gene che risiede in un data posizione (locus genetico) su un cromosoma. Gli alleli occupano lo stesso locus sui cromosomi omologhi e rappresentano il genotipo (il complesso dell’informazione genetica presente in un organismo) di un determinato individuo a quel locus. In una normale cellula diploide non può esistere più di una coppia di alleli per ogni gene; un individuo che possiede due alleli identici ad un determinato locus polimorfico è definito, per tale locus, omozigote; se, invece, possiede due alleli diversi l’individuo è definito eterozigote per quel locus. Anomalia cromosomica: Alterazione del materiale genetico visibile al microscopio ottico comprendente le anomalie di numero e di struttura dei cromosomi. La modificazione del normale assetto cromosomico è dovuta al verificarsi di duplicazioni, inversioni o altri cambiamenti a carico del materiale genetico su un cromosoma (aberrazioni intracromosomiche). In altri casi può essere determinata dalla rottura di cromosomi non omologhi seguita dalla riunione dei frammenti dopo che tra essi si sono verificati scambi di materiale (aberrazioni intercromosomiche). Tali fenomeni possono avvenire spontaneamente oppure essere causati da fattori esterni quali le radiazioni ionizzanti. Anomalia genica: Alterazione del materiale genetico non visibile al microscopio ottico; consiste in cambiamenti del DNA di singoli geni con la conseguente possibile alterazione della proteina prodotta dal gene stesso. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 31/44 Aploide: Termine utilizzato per definire una cellula che possiede un gruppo di cromosomi diversi ciascuno ripetuto una sola volta. L’assetto cromosomico aploide delle cellule umane consta di 23 cromosomi ed è ripetuto due volte in tutte le cellule somatiche (tutte le cellule somatiche sono infatti diploidi) mentre è singolo nelle cellule germinali. Autosomico: Riferito ad un autosoma cioè a qualsiasi cromosoma che non partecipa alla determinazione del sesso (nell’uomo vi sono 22 coppie di autosomi). Carattere dominante: In una normale cellula diploide non può esistere più di una coppia di alleli per ogni gene; spesso l’effetto di uno dei due alleli (dominante) è predominante ai fini dell’espressione del carattere rispetto a quello dell’altro (recessivo). Un gene è dominante rispetto al suo allele (recessivo) quando esprime il carattere codificato sia in condizioni di eterozigosi che di omozigosi. Carattere recessivo: vedi carattere dominante. Cariotipo: Schema ordinato del corredo cromosomico di una cellula, nel quale i singoli cromosomi sono identificati in base alle loro caratteristiche morfologiche. Cellula somatica: Ogni elemento cellulare di un organismo non devoluto alla riproduzione. Cellula germinale: Ognuna delle cellule deputate, negli animali e nelle piante, alla riproduzione. Le cellule germinali nell’uomo sono costituite dai gameti. Cromosoma: Unità discreta del genoma che contiene numerosi geni in sequenza lineare. Ciascun cromosoma è costituito essenzialmente da DNA e proteine. I cromosomi sono evidenziabili microscopicamente come entità morfologiche soltanto durante le fasi della mitosi e della meiosi e sono intensamente colorabili con coloranti basici. Il loro numero presente nel nucleo cellulare di una data specie animale o vegetale è costante. Nelle cellule somatiche umane, i cromosomi consistono di 22 paia ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 32/44 di autosomi più due cromosomi sessuali: due cromosomi X nelle femmine, un cromosoma X e un cromosoma Y nei maschi. In condizioni normali, quindi, ciascuna cellula somatica umana contiene 46 cromosomi (corredo diploide). Cromosoma sessuale: Cromosoma i cui geni svolgono il ruolo principale nel determinare le caratteristiche sessuali di una specie (cromosoma X e cromosoma Y). Diploide: Termine utilizzato per definire cellule o organismi che possiedono due set completi di cromosomi omologhi, ognuno dei quali corrispondente al corredo aploide; ogni cromosoma è pertanto rappresentato due volte ed i cromosomi identici sono chiamati cromosomi omologhi. DNA: Acido desossiribonucleico; Polinucleotide che presiede alla conservazione, trasmissione ed espressione dei caratteri ereditari. Il DNA è costituito da due filamenti complementari avvolti l’uno sull’altro attorno allo stesso asse per formare una doppia elica. Dominanza: La dominanza è la proprietà di un allele (dominante) di prevalere sull’altro o sugli altri nell’espressione di un carattere fenotipico. Dominanza incompleta: Capacità di un allele, che codifica un carattere, di manifestarsi interamente solo in condizioni di omozigosi, mentre in eterozigosi il carattere in esame si presenta qualitativamente o quantitativamente intermedio. Si dice anche che in caso di penetranza incompleta l’espressione di un carattere (penetranza) è dipendente dall’influenza dell’ambiente (ad esempio lo stile di vita dell’individuo). Eterozigosi: Condizione caratterizzata dalla presenza, in tratti corrispondenti di due cromosomi omologhi, di una coppia di alleli differenti che determinano un determinato carattere. Fenotipo: L’insieme delle caratteristiche morfologiche e funzionali di un organismo. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 33/44 Gamete: Cellula germinale matura, con corredo aploide, formata nelle gonadi. I gameti sono morfologicamente differenziati in rapporto ai sessi: quello maschile (spermatozoo) si unisce con la corrispondente cellula femminile (cellula uovo) nel corso del processo di fecondazione per dare origine alla cellula uovo fecondata o zigote. Gene: Unità di informazione genetica, che controlla la sintesi di una proteina. Rappresenta l’unità ereditaria e si trova in una posizione definita e fissa (locus) di un particolare cromosoma. I geni possono subire modificazioni chimiche o strutturali note come mutazioni, spontaneamente oppure per effetto di agenti chimici, fisici o virali. La presenza di mutazioni in uno o più geni è spesso la causa di molte malattie. Genotipo: Il complesso dell’informazione genetica presente in un organismo, corrispondente all’insieme degli alleli presenti nelle sue cellule, che presiede all’espressione dei caratteri. Omozigosi: Condizione caratterizzata dalla presenza di alleli identici in loci corrispondenti di una coppia di cromosomi omologhi. Meiosi: Processo attraverso il quale una cellula germinale immatura diploide, dividendosi, origina quattro gameti immaturi aploidi. Mitosi: Processo consistente nella divisione di una cellula in due cellule figlie, effettuato con particolari meccanismi che consentono la ripartizione equa del corredo cromosomico dalla cellula progenitore alle due cellule figlie. Monosomia: Anomalia cromosomica di numero, consistente nella mancanza, in un organismo diploide, di un cromosoma e quindi nella presenza del cromosoma omologo spaiato. Mosaicismo: Presenza in un medesimo tessuto di cellule con corredo cromosomico diverso. Il mosaicismo si può istaurare in seguito a mutazioni o a mancata disgiunzione delle cellule in mitosi. ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 34/44 Mutazione: Termine con cui viene indicata qualsiasi alterazione del DNA. Le mutazioni che hanno le conseguenze più importanti sono quelle che si verificano nei gameti o nei loro precursori e che quindi possono produrre un cambiamento ereditario dei caratteri della progenie quando non sia presente l’allele normale proveniente dall’altro genitore. Patrimonio genetico: L’insieme degli elementi ereditari di un dato individuo. Penetranza: La frequenza con cui un carattere monogenico (controllato cioè da un singolo gene), dominante o recessivo, compare negli individui eterozigoti o omozigoti. Sindrome: Complesso di sintomi o segni che concorrono alla caratterizzazione di un quadro clinico. Trisomia: Anomalia di numero dei cromosomi; consistente nella presenza in una cellula di un cromosoma soprannumerario, omologo di una delle coppie normalmente presenti, che quindi compare tre volte nel genoma. Zigote: Cellula uovo fecondata; possiede un corredo diploide, derivante dalla fusione dei corredi cromosomici aploidi dei due gameti, quello maschile (spermatozoo) e quello femminile (la cellula uovo). ___________________________________________________________________________________________________ Laboratorio di Citogenetica e Genetica Molecolare – P.O. Madonna delle Grazie – 75100 Matera Responsabile Dott. Domenico Dell’Edera 35/44