instabilità genomica

INSTABILITÀ GENOMICA
IN SINTESI
MATERIE COINVOLTE
Scienze integrate/biologia.
Il cancro è una malattia genetica:
alterazioni dei geni e dei cromosomi sono
alla base dello sviluppo dei tumori, anche
se i meccanismi per cui si originano questi
errori variano a seconda del tipo di cancro
e dell’individuo.
CLASSI COINVOLTE
IV, V anno della scuola secondaria di
secondo grado.
Questa scheda contiene informazioni su:
le mutazioni genetiche;
i riarrangiamenti dei cromosomi;
le mutazioni ereditarie;
il ruolo dell’ambiente.
TEMPO DI UTILIZZO
1 ora di presentazione dei contenuti con
lezione frontale, 1 ora per l'attività pratica.
COSA IMPARANO GLI STUDENTI
CONOSCENZE RICHIESTE
Le tipologie di mutazioni genetiche e dei
riarrangiamenti dei cromosomi e il loro
ruolo nell’evoluzione del cancro.
Conoscenze biologiche del ciclo cellulare e
della replicazione del DNA.
Il testo inglese è adattato da “Cell Division and Cancer”, Scitable by Nature Education;
e da “Introduction: Cancer”, di Phillyda Brown, New Scientist, 4 Settembre 2006.
Questo materiale è distribuito con una Licenza Creative Commons 3.0 BY-NC-ND.
Può essere riprodotto e distribuito a patto che: venga correttamente attribuita
la paternità dell'opera; non sia usata a fini commerciali; non sia modificata o usata
per creare altre opere.
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Questa scheda è stata realizzata da AIRC nell’ambito del progetto
“AIRC ENTRA NELLE SCUOLE”.
Supervisione scientifica a cura di Lisa Vozza, direzione scientifica AIRC.
Ideazione e coordinamento delle attività: Francesca Conti, formicablu srl.
Contenuti e testi: Angela Simone, formicablu srl.
Impaginazione: Giulia Rocco, formicablu srl.
Layout grafico: Marco Lobietti, Nowhere srl.
INSTABILITÀ GENOMICA
Per il docente
Per la lezione frontale
Il ruolo dell’instabilità del genoma
Una caratteristica comune alle cellule del cancro è l’instabilità del loro genoma.
Una cellula genomicamente instabile è una cellula soggetta a ripetuti e successivi cambiamenti nel DNA.
Le alterazioni possono interessare:
poche paia di basi;
gruppi di geni;
zone più o meno estese di un cromosoma;
interi cromosomi.
Le mutazioni genetiche
Le mutazioni genetiche interessano uno o pochi geni e possono essere di diverso tipo:
per sostituzione, in cui un nucleotide è sostituito con un altro;
per inserzione, in cui all’interno di un gene viene inserito un nucleotide;
per delezione, in cui c’è perdita di un nucleotide.
Le sostituzioni possono poi suddividersi a loro volta in:
transizioni, se lo scambio avviene tra purine (Adenina e Citosina) o tra pirimidine (Guanina e Timina);
transversioni, in cui a una purina si sostituisce una pirimidina o viceversa.
Un altro tipo di mutazione può prevedere la ripetizione di un gene o di una parte di esso, anche diverse
volte. “Vedere” singole mutazioni genetiche può essere complicato, ma grazie a strumentazioni sempre più
potenti e veloci, come i moderni sequenziatori, oggi è possibile leggere il genoma in modo più rapido ed
economico.
I riarrangiamenti dei cromosomi
I riarrangiamenti dei cromosomi sono delle alterazioni molto estese e quindi più facilmente rilevabili, attraverso l’analisi del cariotipo, ovvero del corredo cromosomico del singolo individuo.
Si presentano a causa di rottura, perdita o errato scambio di materiale genetico tra cromosomi non omologhi. Le anomalie di struttura sono:
la delezione, quando viene persa una porzione di cromosoma;
la duplicazione, quando la porzione di cromosoma persa va a legarsi al cromosoma omologo, creando
in quest’ultimo la duplicazione di quella frazione;
l’inversione, in cui la frazione cromosomica riesce a riposizionarsi all’interno dello stesso cromosoma,
ma ruotato di 180 gradi;
la traslocazione, con acquisizione di parte di cromosoma da parte di un cromosoma non omologo
(se c’è scambio reciproco tra due cromosomi non omologhi si parla di traslocazione bilanciata).
Le anomalie di numero portano invece a una modifica del numero del set cromosomico con aggiunta
o perdita di uno o più cromosomi. Moltissimi tipi di cancro presentano la cosiddetta instabilità cromosomiale, ovvero una maggiore frequenza di alterazioni di struttura di cromosomi rispetto a una cellula sana.
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Per il docente
Per la lezione frontale
Mutazioni e meccanismi di controllo e correzione cellulari
Le alterazioni genomiche sono un fenomeno molto frequente. Basti pensare che per ogni cellula che si duplica (e che quindi replica il suo DNA), esiste la probabilità che avvengano circa 106 mutazioni spontanee
per ogni gene. La cellula tuttavia ripara la maggior parte di questi errori grazie a meccanismi di correzione
come:
la precisa segregazione dei cromosomi durante la mitosi;
una serie di controlli mirati durante il ciclo cellulare;
il meccanismo di “correzione di bozze” in fase di replicazione, in cui le basi non appaiate correttamente
vengono sostituite con la base corretta;
la rimozione della cellula stessa, quando il genoma è fortemente compromesso, attraverso l’apoptosi
che elimina le cellule “malate”.
Quando questi meccanismi sono insufficienti, le cellule accumulano mutazioni che possono portare
a un tumore.
Ereditarietà e cancro
La maggior parte dei tumori deriva da mutazioni casuali nelle cellule somatiche. Molto più rare sono
le mutazioni nelle cellule germinali che possono essere trasmesse per via ereditaria. Per esempio i geni
BRCA1 e BRCA2 sono mutazioni ereditarie che aumentano il rischio di sviluppare un cancro del seno.
Ambiente e cancro
L’aria che respiriamo, il cibo che mangiamo e l’ambiente che ci circonda contengono agenti che possono
favorire la comparsa di mutazioni. Tra questi ci sono agenti fisici, come le radiazioni ultraviolette, o agenti
chimici, come gli idrocarburi aromatici che provengono dal fumo di sigaretta.
Fonti
“Hallmarks of Cancer: The Next Generation”, D. Hanahan, R.A. Weinberg, Cell, 4 March 2011 (Vol. 144, Issue
5, pp. 646-674).
“Genomic instability — an evolving hallmark of cancer”, S. Negrini et al., Nature Reviews Molecular Cell
Biology 11, 220-228 (March 2010).
“Biologia molecolare della cellula”, Alberts et al., Zanichelli Editore.
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Per il docente
Attività pratica 1
Le mutazioni genetiche
Nelle illustrazioni sono schematizzate le mutazioni genetiche. Scrivi qual è il tipo di mutazione illustrata
nella casella “Cosa osservi” e spiegane il significato in “Cosa significa”.
Tipi di mutazioni
Cosa osservi
Cosa significa
Inserzione
All’interno di un gene viene
inserito un nucleotide
Sostituzione
per transizione
Avviene lo scambio tra due
purine (Adenina e Citosina)
o tra pirimidine (Guanina e
Timina)
Delezione
C’è la perdita
di un nucleotide
Transversione
Una purina si sostituisce
una pirimidina o viceversa
Ripetizione
Un gene o di una parte
di esso si ripete
anche diverse volte
Inserzione
Transizione
Delezione
Transversione
Ripetizione
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Per il docente
Attività pratica 2
I riarrangiamenti cromosomici
Nelle illustrazioni sono schematizzati i riarrangimenti cromosomici. Riporta nella casella “Cosa osservi”
qual è il tipo di anomalia illustrata in figura e spiegane il significato in “Cosa significa”.
Anomalie di struttura
Cosa osservi
Cosa significa
Delezione
Si perde una porzione
di cromosoma
Duplicazione
Un cromosoma ha perso
una parte che si è integrata
nel cromosoma omologo
e in questo risulta duplicata
Inversione
Una frazione di cromosoma
si è invertita di 180 gradi
Traslocazione
Parte di un cromosoma
è stata acquisita
da un cromosoma
non omologo
Delezione
Duplicazione
Inversione
Traslocazione
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Per lo studente
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DATA:
Attività pratica 1
Le mutazioni genetiche
Nelle illustrazioni sono schematizzate le mutazioni genetiche. Scrivi qual è il tipo di mutazione illustrata
nella casella “Cosa osservi” e spiegane il significato in “Cosa significa”.
Cosa osservi
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Tipi di mutazioni
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Per lo studente
NOME:
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DATA:
Attività pratica 2
I riarrangiamenti cromosomici
Nelle illustrazioni sono schematizzati i riarrangimenti cromosomici. Riporta nella casella “Cosa osservi”
qual è il tipo di anomalia illustrata in figura e spiegane il significato in “Cosa significa”.
Cosa osservi
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