I CROMOSOMI
Il termine CROMOSOMA identifica alcune strutture presenti nel nucleo della cellula, con la capacità di acquisire alcuni coloranti
IX secolo: nucleo era la struttura cellulare più importante per la trasmissione dei caratteri ereditari
CROMATINA: sostanza che conferisce un aspetto granulareal nucleo delle cellule che non si
dividono
Prima che la cellula si divida, la cromatina si condensa e forma delle strutture che si colorano:
I CROMOSOMI
Chromos: coloreSoma: corpo
La struttura elementare del cromosoma è una fibra di 110Ådi Ø, formata da NUCLEOSOMI
Ogni nucleosoma contiena 8
molecole di istoniistoni (principali
proteine strutturali del
cromosoma), attorno alle quali si
avvolgono circa 200 copie di basi
di DNA
La famiglia degli istoni comprende le proteine H1, H2a, H2b, H3 e
H4
Al microscopio ottico il cromosoma presentaun’impalcatura centrale formata da una proteina acida, alla quale si lega la fibra cromatinica a livello di alcune sequenze ripetute
Si formano così le Anse di Laemli, che contengono circa 200.000 copie di basi
Queste anse fuoriescono dall’impalcatura e
formano il corpo della cromatina.
Attraverso successivi livelli di avvolgimento
della cromatina (solenoide e
supersolenoide),
i circa 2 m del DNA a doppia elica presenti nel
nucleo di ogni cellula si concentrano e formano
i cromosomi
Le dimensioni dei cromosomi variano tra:
10 mm cromosoma 1
Circa 200 Mb di DNA
2 mm cromosoma 21
Circa 40 Mb di DNA
Le dimensioni dei cromosomi variano tra:
Dopo la divisione, i cromosomi aumentano la loro condensazione
Alcune regioni rimangono addensate: eterocromatina - si colora con maggiore intensità; è formata da sequenze ripetute e inattive dal punto di vista trascrizionale
L’eterocromatina è stata distinta da Brown in due tipi:
facoltativa
costitutiva
L’eterocromatina facoltativa corrisponde a specifiche regioni o anche ad interi cromosomi che restano condensati solo in determinati tessuti o stadi di sviluppo. Questo tipo d’inattivazione è stabilito precocemente durante lo sviluppo embrionale ed è poi mantenuto nelle generazioni successive in cellule somatiche.
L'esempio del cromosoma X inattivo nelle femmine di mammifero e' il piu' conosciuto
L’eterocromatina costitutiva, invece, rappresenta un tipo strutturale di cromatina il cui significato biologico non è ancora chiaro. E’ presente in tutti gli eucarioti superiori, dagli animali alle piante, in percentuale variabile dal 20% al 80%. E’ presente in tutte le fasi del ciclo cellulare e in tutti gli stadi dello sviluppo, sulle regioni corrispondenti di entrambi i cromosomi omologhi
Al contrario, l’eucromatina si colora in maniera meno intensa
ed è formata da sequenze specifiche, attive da un punto di vista trascrizionale
Ogni specie ha un determinato numero di cromosomi e caratteristiche morfologiche peculiari
I cromosomi sono classificati in ordine decrescente, dai più grandi ai più piccoli, secondo uno schema standardizzato:
cariotipo
I cromosomi, proprio per il compito di veicolare l’informazione genetica e di trasmetterla da generazione in generazione, occupano una
posizione centrale nella genetica umana
Nella specie unama: 46
Cellule che presentano coppie di cromosomi omologhi: DIPLOIDI (2n)
Gli ovociti e gli spermatozoi (gameti) APLOIDI (n) 23
Quando i cromosomi diventano visibili al microscopio (prima della
divisione cellulare) si possono riconoscere:
Centromero: separa le due braccia cromosomiche. E’ posizionato in modo caratteristico per ciascun cromosoma
Braccio corto (p)
Braccio lungo (q)
Cromosomi con centromero localizzato a metà della loro lunghezza: metacentricimetacentrici
Cromosomi con centromero spostato verso una delle due estremitàcon braccia di diversa lunghezza: submetacentricisubmetacentrici
Cromosomi che presentano il centromero ad una delle due estremità: acrocentriciacrocentrici
Coppia di cromosomi non completamente omologhi:
Cromosomi sessualiCromosomi sessuali
Cromosomi non sessuali : AUTOSOMIAUTOSOMI
I cromosomi bandeggiati vengono classificati secondo una nomenclatura standardizzata
Bandeggio cromosomico: QFQ; GTG; RBA; CBG; AgNOR; DA/DAPI
C-bandingC-banding stains centromeres
R-bandingR-banding is the reverse of C-banding and stains non-centromeric regions in preference to centromeres.
G-bandingG-banding is obtained with Giemsa stain. It yields a series of lightly and darkly stained bands
Q-bandingQ-banding is a fluorescent pattern obtained using quinacrine for staining. The pattern of bands is very similar to that seen in G-banding
Cariotipo maschile Bande G
Cariotipo femminile normale(bande Q)
SIMBOLO SIGNIFICATO
p braccio corto
q braccio lungo
cen centromero
del delezione, ad es 46,XY,del(17)(p13.3)
dup duplicazione, ad es 46,XX,dup(8)(p22-23)
fra sito fragile, ad es 46,XY,fra(Xq27.3)
i isocromosoma, ad es 46,X,i(Xq)
inv inversione, ad es 46,XY,inv(9)(p12q12)
ish in situ hybridization, ad es 46,XX.ish del(15)(q11.2q11.2)(D15S10)
r cromosoma ad anello (ring), ad es. 46,XX,r(14)
t traslocazione, ad es. 46,XX,t(1;21)(p35;q22.1)
ter estremità del cromosoma (terminale), cioè pter o qter
/ simbolo che separa le linee di un mosaicismo, ad es. 45,X/46,XX
+ o - Utilizzato dopo un cromosoma o un braccio cromosomico per indicare acquisizione o perdita, ad es. 47,XY,+21; 46,XX,4p-
Principali simboli utilizzati nella descrizione del cariotipo
Molte cellule del corpo alternano due stati ben distinti:
•Divisione
•Non divisione (quiescenza)
CICLO CELLULARECICLO CELLULARE
L’intervallo tra due divisioni cellulari è variabile: da minuti (cellule embrionali) a mesi o anni (alcune cellule adulte)
I cromosomi sono visibili solo durante le fasi
della divisione cellulare
CICLO CELLULARECICLO CELLULAREE’ l’insieme di eventi ordinati che regolano la crescita e la divisione di una cellula in relazione a stimoli esterni
Esistono due tipi di divisione cellulare:
Mitosi (cellule somatiche)Meiosi (cellule germinali)
I due processi sono soggetti a meccanismi regolativi di controllo a livello molecolare in
parti comuni e in parte specifici
Il ciclo cellulare di una cellula somatica consiste nell’alternanza fra interfase e la divisione mitotica
MITOSI (fase M):Piccola parte del ciclo cellulare;
la sua durata è variabile
Esistono notevoli variazioni nella durata del ciclo nei vari tessuti, spt a causa della differenza nella durata di G1
G1 (sta per gap1, primo intervallo )
svolge le funzioni per le quali il processo di differenziamento l’ha preposta S (sintesi)
si verifica la duplicazione del DNA (morfologicamente rappresentata dalla duplicazione dei cromosomi in coppie di cromatidi)
ha funzioni di controllo su ciò che è avvenuto prima e di preparazione alla successiva
divisione
G2 (secondo intervallo)
G0 la cellula non si divide
(8-10h)
(6-8h)
(4-6h)
(< 1h)
A partire dalla fase G2 la cellula contiene due copie identiche
di ciascuno dei 46 cromosomi, “cromatidi fratelli”, che, dopo
la fase S, possono scambiare parte del loro materiale
(Sister Chromatid Exchange o SCE)
La riproduzione di una cellula somatica (mitosi)
ha lo scopo di trasmettere l'informazione genetica alle
cellule figlie in modo che abbiano le stesse caratteristiche e
le stesse funzioni della cellula genitrice
Le cellule figlie, risultanti da questa divisione,
sono identiche alla cellula genitrice
Si articola in quattro fasi:
Profase
Metafase
Anafase
Telofase, a cui segue un periodo di riposo detto interfase
Mitosi
Profase: condensazione della cromatina e formazione dei cromosomi.
La membrana nucleare si dissolve e due corpuscoli, i centrioli,
cominciano a migrare verso i poli della cellula, formando una struttura a raggiera.
i cromosomi diventano visibili come strutture doppie ed estese
Mitosi
Metafase: si ha la completa formazione dei cromosomi.
Questi si attaccano alle fibre del fuso e, a causa dei movimenti delle fibre,
vengono guidati e disposti sul piano equatoriale della cellula. Nel frattempo ogni cromosoma ha formato una copia di se stesso.
In questa fase il numero di cromosomi è doppio rispetto a quello della cellula non in divisione.
Le copie dei cromosomi si separano e ogni copia si dirige verso un polo della cellula, trascinata dalle fibre del fuso.
Queste fibre cominciano a dissolversi
Mitosi
Anafase: ai poli della cellula si trovano le copie di ciascun cromosoma, una per ciascun polo, ripristinando, per ogni polo, il numero originario di cromosomi
Mitosi
Telofase: comporta la despiralizzazione dei cromosomi, che scompaiono
come strutture visibili e la formazione di una nuova membrana nucleare
attorno a ciascuno dei due gruppi di cromosomi
i cromosomi raggiungono
poli opposti della cellula
madre
Mitosi
Anche il resto della cellula subisce una divisione nella
regione equatoriale che ha come conseguenza la formazione
di due cellule.
Le cellule figlie, risultanti da questa divisione, sono identiche
alla cellula genitrice.
La durata media di questo meccanismo di riproduzione cellulare varia in media, negli organismi superiori, tra le 10 e le 30 ore.
Citodieresi
INTERFASE
E’ lo stadio durante il quale la cellula non si divide.Comprende le fasi G1, S, G2 del ciclo cellulare
Nella fase Sfase S replicano più precocemente le regioni sulle quali
mappano i geni strutturali e quelli espressi, tessuto-specifici,
mentre replicano tardivamente le regioni che contengono
eterocromatina costitutiva e geni tessuto-specifici non espressi
Cromosoma X nelle cellule somatiche viene inattivato:completa la replicazione per ultimo
Al termine dell’interfase, quando la cellula si prepara alladivisione, i cromosomi si condensano e di visualizzano
Mitosi
Mitosi
Nella Meiosi, i cromosomi di una cellula diploide segregano, producendo quattro cellule figlie aploidi
Con questo fenomeno la Meiosi genera la diversità genetica
MEIOSIMEIOSI
Tutta l’informazione genetica che ereditiamo è contenuta in due cellule:
Spermatozoo
Queste cellule si formano per un particolare tipo di divisione cellulare
Ovocita
MEIOSIMEIOSIE' il processo per mezzo del quale si originano le cellule
sessuali i gameti maschili e i gameti femminili
Si dimezza il numero dei cromosomi da diplode (46, o 2n)ad aploide (23, o n)
Il concepimento ricostituisce il numero diploide dell’uovo fecondato (zigote)
MEIOSIMEIOSIE’ caratterizzata da due divisioni cellulari, ognuna delle qualicomprende diverse fasi
Nella prima divisione, chiamata “riduzionale”, il
patrimonio delle cell diplodi, rispettivamente l’oogonio
nelle femmine e lo spermatogonio nel maschio,
duplicato nella precedente fase S, si dimezza e forma
due cellule aploidi, nelle quali ogni cromosoma è
duplicato e perciò contiene i cromatidi fratelliNella seconda divisione, chiamata “equazionale”, i cromatidi
di ogni cromosoma della cell aploide migrano ai poli opposti e
formano cell aploidi, nelle quali ogni cromosoma ha un solo
cromatide
PRIMA DIVISIONE Profase IPrometafaseI
La cromatina, si condensa, in modo che si formino i
cromosomi.
Ciascun cromosoma è formato da due cromatidi
fratelli (stadio di tetrade).
In questa fase, possono avvenire scambi di
frammenti di cromosoma tra i cromatidi fratelli,
fenomeno che prende il nome di crossing-over :di
fondamentale importanza per il mantenimento della
variabilità genetica tra individui della stessa specie.
La membrana che avvolge il nucleo si disgrega. Si
forma un fascio di microtubuli proteici (fuso), che si
estende da un polo all’altro della cellula e le cui due
estremità
fanno capo ai centrioli.
crossing-over
Scambio di materiale genetico tra cromosomi omologhi allameiosi
PRIMA DIVISIONE Metafase ILe tetradi omologhe si
dispongono simmetricamente
lungo una immaginaria linea
equatoriale, trasversale rispetto
al fuso.
In tal modo, ciascuna è rivolta
verso uno dei due poli della
cellula
L' orientamento é casuale, da ciascun lato può esserci qualsiasi omologo parentale.
Ciò significa che le cellule figlie hanno la probabilità del 50% di ricevere sia l‘ omo-logo paterno che quello materno di ciascun cromosoma.
PRIMA DIVISIONE Anafase ILe fibre del fuso prendono
contatto con i centromeri;
ciascuna tetrade migra
verso un polo della cellula.
I cromosomi, ciascuno con due cromatidi, si muovono verso i poli opposti
Ciascuna cellula figlia è ora aploide (23 cromosomi), ma ciascun cromosoma ha due cromatidi
PRIMA DIVISIONE Telofase I
Ai due poli della cellula madre si
formano due agglomerati di
cromosomi aploidi, in cui è
presente un solo cromosoma per
ciascun tipo.
I cromosomi sono ancora allo
stadio di tetrade.
Il citoplasma delle due cellule si
ripartisce e avviene la citodieresi,
ossia la vera e propria divisione
della cellula originaria in due
cellule figlie distinte
Le fibre del fuso si disgregano; i
cromosomi si despiralizzano.
la cellula potrebbe iniziare la meiosi 2
SECONDA DIVISIONE
Le due cellule che ne derivano risultano aploidi
Profase IILa cromatina si condensa nuovamente, in modo che si possono osservare i cromosomi, formati da due cromatidi uniti dal centromero.
Si forma nuovamente il fuso di microtubuli
Metafase III cromosomi si dispongono su una linea equatoriale, trasversale
rispetto alle fibre del fuso, in modo che ciascun cromatidio sia rivolto
verso uno dei due poli della cellula. I centromeri prendono contatto
con le fibre.
Anafase III cromatidi migrano ciascuno verso un polo della cellula,
spostandosi verso le fibre del fuso.
In tal modo, ciascun cromatidio diviene un nuovo cromosoma.
SECONDA DIVISIONE
Telofase IIAi poli della cellula, si formano due aggregati di cromosomi.
Le fibre del fuso si disgregano, i cromosomi cominciano a decondensarsi, e si
forma infine una membrana nucleare.
Il citoplasma della cellula si ripartisce in due, così da portare alla formazione
di due cellule figlie aploidi
SPERMATOGENESI E OOGENESI NEI MAMMIFERI
SPERMATOGENESI E OOGENESI NEI MAMMIFERI