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