”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
CORSO DIPi GENETICA
o
n
i
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
IL
CROMOSOMA
R tà
i
ErsIL CARIOTIPO
e
v
i
n
U
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
sai
Dal DNA
r
e
v
i
n
cromosomi
U
”
o
I cromosomi
i
B
l
i
o
t
l
n
I cromosomi sono fatti di cromatina = e
DNA + proteine.
r
a
g “C
I cromosomi sono visibili al
r
e o
i
microscopio ottico solo al
P
n
i
momento
della
divisioneo
b
t
r
cellulare
perchè
si
r
U
e
condensano. Anche ab causa i
d
o
di questa condensazione,
R tà
i
durante la divisione cellulare
s
r
non avviene trascrizione.
e
v
i
n
U
”
o
Il materiale ereditario degli eucarioti è organizzato in cromosomi
il cui numero e la cui morfologia sono costanti nelle varie specie.
I cromosomi virali e batterici
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
Nei virus, il materiale genetico (DNA o RNA,
lineare o circolare) è legato direttamente alle
proteine del capside; non c’è struttura cellulare.
Nei batteri (procarioti) c’è un cromosoma
circolare in un nucleoide organizzato ad anse.
”
o
Organizzazione del
”
o
cromosoma eucariotico
i
B
il
t rlo
n
e Ca
Fattore
di
impacchettamento: gla
r
“
lunghezza del DNA decondensato diviso
la
e
i
o
lunghezza del DNA condensato. P
n
i
o rb
t
r
U
e
pb
Il più corto cromosoma umano:
4.6x10
i
b
d
o
), ovvero
(circa 10 volte il genoma
di E. coli
R tà lineare. Nel
ca. 14.000 mm di lunghezza
i
s (cromosoma
suo
stato
condensato
r
e
mitotico), la sua lunghezza
è circa 2 mm.
v
i
n
U
7
Fattore di impacchettamento: 7.000 (14.000:2), ma per i cromosomi
più lunghi si può arrivare a oltre 10.000.
Il DNA cromosomico
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
(questa cellula di Drosophila è da un maschio o una femmina?
Il DNA cromosomico
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
cromosoma
r
U
e
i
eucariotico
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
E. coli
fago T2
”
o
Impaccamento
della
cromatina
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
Fattori di impacchettamento così
g
r
“
elevati nei cromosomi eucariotici e
i
o
P
n
si ottengono grazie a una rigida
i
o rb
successione
di
strutture
t
r
U
e
proteiche altamente organizzate
i
b
d
sulle quali si avvolgeola doppia
R tà
elica del DNA.
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
Gli istoni
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e di Cistoni
• Il nucleosoma è composto da un ottamero
a (H2A, H2B, H3
g
r
ed H4, due volte) attorno a cui il DNA
si avvolge
per circa due giri
“
e
i a ncollana
o di perle. Fattore di
(circa 140 pb) in una struttura P
detta
i
o
impaccamento: 6.
b
t
r
r
U
e
• I nucleosomi si avvolgono
su
loro
stessi in una struttura ad elica
i
b
d
o àall’intervento
detta fibra 30nmRgrazie
dell’istone H1. Fattore di
t
impaccamento: 40.
i
s
r
• Le fibre sono organizzate
in strutture superiori (scaffold)
e
v
i di DNA tenute in posizione da varie proteine
comprendenti anse
n
U Fattore di impacchettamento: 1.000 per cromosomi
(basiche e non).
• Gli istoni sono proteine basiche che legano il DNA (acido) e
rappresentano il primo ed il secondo livello di impaccamento del DNA.
interfasici, 10.000 per cromosomi mitotici.
Struttura del nucleosoma
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
Fasi successive di impaccamento
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
Le fibre di DNA al microscopio
”
elettronico a trasmissione
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
Interazioni DNA-proteine
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
Il cariotipo
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
Il cariotipo è la caratterizzazione a e
livello cromosomico
di una
a
C
cellula. In altre parole, sapere ilrg
cariotipo
di una cellula (e
“
e consiste
i
o
quindi dell’organismo cui appartiene)
nel sapere il
P
n
i
numero di cromosomi che compongono
quella cellula e la forma
o
b
t
di ogni cromosoma. Perr cariotipor si intende anche un’analisi
U
e
i
b
citologica eseguita per
identificare
nell’uomo eventuali anomalie
d
o
cromosomiche, sia
(quali trisomie, monosomie), che
R numeriche
à
t
i
strutturali (traslocazioni,
delezioni, duplicazioni ed inversioni).
s
r e per molti anni non si è saputo di preciso
L’analisi non è banale,
e
v contenesse una cellula umana!
i
quanti cromosomi
n
U
”
o
Storia della citogenetica
B
li i
t rlo
n
e Ca
g
• 1882: W. Flemminf ottiene immagini
di cromosomi
(cromatina).
r
“
e o
i
P in
• 1888: Waldeyer conia il termine
o cromosoma.
b
t
r
r
U
e
i
• 1900: Riscoperta b
delle leggi
di Mendel. Sutton e Boveri
d
o
Rcromosomica
ipotizzano la teoria
dell’eredità.
à
t
i
s
r
• 1923: Painter illustra
la determinazione X-Y del sesso nell’uomo.
e
v
i
n
U
Storia della citogenetica
”
o
i
B ipotonica
l
1950 - Studi su sezioni di
1952 -i Soluzione
o
t
l
n
testicoli (cariotipo umano: 48
(T.C.Hsu) (ancora
48 cromosomi).
r
e
a
g
cromosomi).
C
r
“
e o
i
P in
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
Storia della citogenetica
i
B
l
i
1955 - Ford e Hamerton: uso
o
t
l
n
della colchicina.
r
e
a
g “C
r
e o
i
P in
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
1956 - Tijo e Levan: uso della
colchicina e dell’ipotonica; l’uomo
possiede 46 cromosomi!
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
Storia della o P ino
b
t
r
r
U
e
citogenetica
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
Cariotipi umani a confronto
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
1-3 gruppo A
4-5 gruppo Bi
P ino
o rb
t
X-6-12 gruppo C r
U
e
i
b
d
o à
13-15 gruppo D R 16-18 gruppo E
t
i
s gruppo G
19-20 gruppo F
Y-21-22
r
e
v
i l’uomo possiede
Denver 1966:
n
QM Caspersonn 1972
U
ufficialmente 46 cromosomi
organizzati in 7 gruppi.
Parametri per il cariotipo (1):
”
o
le dimensioni dei cromosomi
i
B
il
t rlo
n
e
a
Homo
g
Triturus
C
r
“
sapiens
e
cristatus
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
Drosophila
i
s
melanogaster
r
e
v
i
n
U
30mM
Parametri per
il cariotipo (2):
”
o
i
B
l
i
t rlo
la forma dei
n
e Ca
g
r
“
cromosomi
e
i
o
P
telomero
n
i
o
b
t
r
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
Facilmente riconoscibili in
ogni cromosoma eucariotico
in mitosi sono i bracci, il
centromero e i telomeri.
centromero
Centromero e telomero
”
o
i
B
l
i
t sirloforma una
Sul centromero
n
strutturae nucleo-proteica
detta
a
g
C
r
cinetocore
che
serve
per
“
e
i
o
l’attacco
ai
fusi mitotico e
P
n
centromero o meiotico.i
b
t
r
r
e
I Utelomeri
garantiscono
la
i
b
d
o
replicazione delle sequenze distali
R tà del cromosoma e impediscono
i
s
delle
porzioni
l’appiccicosità
r
e
terminali.
v
i
n
telomero
U
cromosoma
Il telomero
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
Il centromero
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
o
P centromero
n
i
o rb
t
cinetocore
r
U
e i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
Le proteine del cinetocore fanno
i
n
da
ponte
tra
il
DNA
U
centromerico e le fibre del fuso
fibre
del
fuso
(a e b tubulina).
Il centromero
in metafase
i
B
l
i
t rlo
n
Il centromero viene anche detto e
a
g
C
“
costrizione primaria; è presenteer
in
i
tutti i cromosomi eucariotici Pcome no
i
o
funzione, e nella maggior parte
di
essi
b
t
r
r
si presenta come una strozzatura
in
U
e
i
b determinato
un punto fisso di oun
d
R tàè dovuta al
cromosoma. La strozzatura
i
fatto che il centromero
replica
s
rcondensa anche
e
tardivamente e quindi
v
i
in ritardo rispetto
al resto del
n
cromosoma. U
”
o
La posizione del centromero
come elemento per il cariotipo
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
cromosoma
cromosoma
cromosoma
metacentrico
submetacentrico
acrocentrico
Classificazione secondo la
posizione del centromero
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o
b
t
r
La
posizione
del r
U
e
centromero è specifica
i
b
d
o
per ogni cromosoma
e
R
à
t
può essere utilizzata, i
s
insieme alla grandezza
r
e
del cromosoma,iv per
n
riconoscere
gli
U
omologhi in metafase.
I cromosomi olocentrici
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
Alcuni artropodi e piante
R tà
i
hanno il centromero diffuso
s
r
(olocentrici). In caso di
e
v
i
rottura (frecce) di un
n
cromosoma, il pezzo non
U
viene perso alla divisione.
Altri elementi di riconoscimento
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
centromero
o
e
a
L’organizzatore nucleolare, sede
g
C
r
costrizione
primaria
“
della sintesi di rRNA, tende a e
i
P ino
replicare per ultimo, e quindi
o Il rb
anche a condensare per ultimo.
t
r
risultato è la formazione
di una U
e
i
b
costrizione secondaria,
anche
d
o
à
questa utile ai finiRdel cariotipo.
t
i
s hanno
Solo alcuni cromosomi
r
e
l’organizzatore nucleolare,
quindi
v
i utile per il organizzatore nucleolare o
anch’esso può essere
n
U
cariotipo.
costrizione secondaria
Terminologia
”
o
i
B
l
i
t rlo
46,XY - cariotipo normale Maschile
n
e Ca
g
Questo modo di scrivere ci dà due informazioni:
r
“
e
- numero totale dei cromosomi (46);
i
o
P
n
- sesso dell’organismo.
i
o rb
t
r
47,XY,+21
U
e
i
Maschio (XY) conob
47 cromosomi
(invece di 46) ed un
d
à
cromosoma 21 inRpiù (intquesto
caso, sindrome di Down).
i
s
r
e
46,XX,del(14)(q23)
del=delezione
v
i
n
46,XY,dup(14)(q22q25)
dup= duplicazione
U
46,XX - cariotipo normale Femminile
46,XX,r(7)(p22q36)
r=ring (cromosoma ad anello)
Metodi di colorazione
”
differenziale:
o
i
B
l
i
t rlo
n
il bandeggio cromosomico
a
ge
C
r
“
e o
i
P infino alla fine degli anni
Nonostante i progressi in citogenetica,
o un cariotipo
b
‘60 era quasi impossibile fare
che mettesse insieme
t
r
r U a causa della somiglianza
i cromosomi omologhi e
con precisione
i
b
strutturale di alcune
coppie
di omologhi. Furono quindi
d
o
à
sviluppate, un po’Rper caso
e un po’ per bravura, delle tecniche
t
i
che permettessero discolorare una regione specifica di uno o più
r
e
cromosomi, creando un’alternanza di bande chiare e scure lungo
v
i
l’asse del cromosoma,
specifica per ogni coppia di omologhi.
n
U
Tecniche di bandeggio
”
o
• bande Q: i cromosomi colorati con mostarda
di Quinacrina,
e
i
B trasversali
l
i
osservati in fluorescenza, mostrano delle
bande
o
t
l
n
r per ciascun
fluorescenti parallele, la cui disposizioneeè caratteristica
a
g “C
cromosoma;
r
e daoConstitutive, e si possono
i
• bande C: queste bande vengono siglate
P
n
i
ottenere per denaturazione con
una
soluzione
di urea riscaldata a
o
b
t i centromeri
r
87°C; colorano prevalentemente
e l’eterocromatina:
r
U
e impiegate
• bande G: le tecniche
per ottenerle richiedono la
i
b
d
o
colorazione con Giemsa;
vengono trattati a temperatura
R i cromosomi
à
t
i
ambiente con una soluzione
di enzimi (pronasi, tripsina, as
r ottenute sono simili alle bande Q;
chimotripsina); le bande
e
• bande R: sonoivil Reversal delle bande Q; si ottengono per
n
denaturazioneU
termica; i vetrini vengono immersi per 10-20 minuti in
una soluzione di Earle a pH 6,5 riscaldata a 87°C.
I risultati del bandeggio cromosomico
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
C-Bande ed
”
eterocromatina centromerica
o
il
B
i lo
t
n
r
e
a
g “C
r
e o
i
P in
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
UOMO
TOPO
U
Eucromatina ed eterocromatina
”
o
i
B
l
i
La cromatina si distingue
in:
o
t
l
n
r
e
a
g “C
r
e o
i
P in
o rb
t
eucromatina er eterocromatina
U
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
facoltativa
costitutiva
L’eterocromatina
COSTITUTIVA
”
o
FACOLTATIVA
i
B
l
i
o
t
l
• C-bande positiva;
n
r negativa;
• Solitamente
C-bande
e
a
g “C
• Sempre late-replicating;
• Late replicating;
r
e
i
o
• “Mai” trascritta;
P • Nonintrascritta;
o rb
t
• Assenza di crossing over;
• presenza di crossing over;
r
U
e ad i
•Appiccicosa
e
soggetta
b
• Nessun comportamento particolare;
d
appaiamento ectopico; o
R tà
• Silenzia i geni sul cromosoma X
i
• Può concorrere al “silenziamento”
s
umano e sugli autosomi;
r
dei geni;
e
v
•Limitata a specifiche linee
i
• Localizzazione pericentromerica
e
n
cellulari.
peritelomerica. U
• DNA satellite;
• Bassa densità di geni
• Qualsiasi tipo di DNA;
• Alta densità di geni
Eucromatina ed eterocromatina
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
Diagramma dei
cromosomi di Drosophila melanogaster;
i
n
l’eterocromatina
costitutiva è indicata in blu,
U
l’eucromatina in giallo.
Eucromatina ed eterocromatina
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
Il corpo di Barr è un esempio di
U
eterocromatina facoltativa.
Un caso particolare di cromosomi
”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
Senza colchicina
Con colchicina
r
e
v
i
n
U di tipo selvatico (wild type) di D. melanogaster.
Le metafasi
I cromosomi politenici di D. melanogaster
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
“
e
i
P ino
o rb
t
r
U
e
i
b
d
o
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
Caratteristiche dei
cromosomi politenici ”
o
i
B
l
i
t rlo
n
e Ca
g
r
• Sono stati osservati per la prima volta
da Balbiani
(1881);
“
e
i
o
P
n
• sono cromosomi endoreduplicati in quanto
prodotti per endomitosi
i
o
b
t
(ripetuti cicli di replicazione
non
seguiti
da segregazione);
r
r
U
e
i
b
• sono cromosomi di cellule
che
sono
in interfase;
d
o
R
à
• sono uniti a livello di it
una regione centrale detta cromocentro
s costitutiva, contenente quindi tutti i
(costituita da eterocromatina
r
e
centromeri e, nei maschi,
anche il cromosoma Y);
v
i
n
U appaiati per tutta la loro lunghezza;
• gli omologhi sono
I cromosomi politenici sono cromosomi giganti che si trovano nelle
ghiandole salivari, nell’intestino e nei tessuti adiposi dei ditteri.
• presentano un bandeggio naturale!
i
B
l
i
t rlo
Origine
n
e Ca
g
r
“
dei
e
i
P ino
o
b
t
r
cromosomier U
i
b
d
o
politenici
R tà
i
s
r
e
v
i
n
U
”
o
Dimensioni
”
o
i
B
l
i
t rlo
relative di
n
e Ca
g
r
cromosomi Pie o “
n
i
o
b
t
r
politenici eer U
i
b
d
o
mitotici in
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