Aneuploidia: cause, tipi ed esempi

L'aneuploidia è la condizione delle cellule in cui hanno uno o più cromosomi in eccesso o mancante, che differiscono dal numero aploide, diploide o poliploide delle cellule che costituiscono un organismo di una determinata specie.

In una cellula aneuploide, il numero di cromosomi non appartiene a un multiplo perfetto dell'insieme aploide, poiché hanno perso o guadagnato cromosomi. Generalmente l'addizione o la perdita di cromosomi corrisponde a un singolo cromosoma oa un numero dispari di cromosomi, anche se a volte possono essere coinvolti due cromosomi.

Le aneuploidie appartengono a alterazioni cromosomiche numeriche e sono le più facili da identificare citologicamente. Questo squilibrio cromosomico è poco supportato dagli animali, essendo più frequente e meno dannoso nelle specie vegetali. Molte malformazioni congenite nell'uomo sono causate da aneuploidia.

cause

La perdita o il guadagno di uno o più cromosomi nelle cellule di un individuo è solitamente dovuto alla perdita di traslocazione o al processo di non disgiunzione durante la meiosi o la mitosi. Di conseguenza, la dose genica degli individui viene alterata, il che a sua volta causa gravi difetti fenotipici.

Alterazioni nel numero di cromosomi possono verificarsi durante la prima o la seconda divisione della meiosi, o entrambe allo stesso tempo. Possono anche originarsi durante la divisione mitotica.

Questi difetti nella divisione sono effettuati nella meiosi I o meiosi II, durante la spermatogenesi e l'oogenesi, che si verificano anche nella mitosi nelle prime divisioni dello zigote.

Nelle aneuploidie, la non-disgiunzione si verifica quando uno dei cromosomi con la loro coppia omologa passa allo stesso polo cellulare o viene aggiunto allo stesso gamete. Ciò si verifica probabilmente a causa della divisione prematura del centromero durante la prima divisione meiotica nella meiosi materna.

Quando un gamete con un cromosoma aggiuntivo si lega a un gamete normale, vengono prodotte trisomie (2n + 1). D'altra parte, quando un gamete viene unito con un cromosoma mancante e uno normale, vengono prodotte monosomie (2n-1).

tipo

Le aneuploidie si verificano frequentemente in individui diploidi. Queste modifiche nel numero di cromosomi hanno una grande rilevanza clinica nella specie umana. Includono diversi tipi come nulisomie, monosomie, trisomie e tetrasomie.

nullisomy

Nelle cellule con nulisomia, entrambi i membri di una coppia omologa di cromosomi sono persi, essendo rappresentati come 2n-2 (n è il numero aploide di cromosomi). Nell'uomo, ad esempio, con 23 coppie di cromosomi omologhi (n = 23), cioè 46 cromosomi, la perdita di una coppia omologa risulterebbe in 44 cromosomi (22 coppie).

Un individuo nulisomico è anche descritto come uno privo di una coppia di cromosomi omologhi nel loro complemento somatico.

monosomia

La monosomia è la delezione di un singolo cromosoma (2n-1) nella coppia omologa. In un essere umano con monosomia, la cellula avrebbe solo 45 cromosomi (2n = 45). All'interno della monosomia troviamo la monoisosomia e la monotelosi.

Nelle cellule monoisosomali il cromosoma presente senza la sua coppia omologa è un isocromosoma. Le cellule monotelosomali o monototecentriche possiedono un cromosoma telocentrico senza la sua coppia omologa.

trisomia

Nelle trisomie si verifica l'aspetto o l'aggiunta di un cromosoma in qualche coppia omologa, vale a dire che ci sono tre copie omologhe dello stesso cromosoma. È rappresentato come 2n + 1. Nell'uomo con cellule trisomiche si trovano 47 cromosomi.

Alcune condizioni altamente studiate, come la sindrome di Down, si verificano a seguito della trisomia del cromosoma 21.

La costituzione del cromosoma extra consente di classificare la trisomia in:

  • Trisomia primaria: quando il cromosoma in eccesso è completo.
  • Trisomia secondaria: il cromosoma in eccesso è un isocromosoma.
  • Trisomia terziaria: in questo caso i bracci del cromosoma rimanente appartengono a due diversi cromosomi del normale complemento.

tetrasomia

Il tetrasomia si verifica quando c'è l'aggiunta di una coppia completa di cromosomi omologhi. Nell'uomo, la tetrasomia risulta in individui con 48 cromosomi. È rappresentato come 2n + 2. La coppia di cromosomi aggiuntivi è sempre una coppia omologa, cioè ci saranno quattro copie omologhe di un certo cromosoma.

Nello stesso individuo, possono essere prodotte più di una mutazione aneuploid, con conseguente doppio trisomico (2n + 1 + 1), doppio monosomico, null tetrasomico, ecc. Gli organismi sestupla-monosomici sono stati ottenuti sperimentalmente, come nel caso del grano bianco ( Triticum aestivum ).

Esempi

Le linee cellulari formate dopo un processo di non disgiunzione dei cromosomi sono in genere inattuabili. Questo perché molte di queste cellule sono lasciate senza informazioni genetiche che impediscono loro di moltiplicarsi e scomparire.

D'altra parte, l'aneuploidia è un importante meccanismo di variazione intraspecifica. Nella pianta di stramonium ( Datura stramonium ) è un complemento aploide di 12 cromosomi, così che sono possibili 12 diversi trisomali. Ogni trisomico implica un cromosoma diverso, ciascuno dei quali presenta un fenotipo unico.

In alcune piante del genere Clarkia, la trisomia funge anche da importante fonte di variabilità intraspecifica.

Aneuploidia negli umani

Negli esseri umani circa la metà degli aborti spontanei del primo trimestre di gravidanza sono prodotti da un'alterazione numerica o strutturale dei cromosomi.

Le monosomiche autosomiche, per esempio, non sono vitali. Molte trisomie come quella del cromosoma 16 sono spesso abortite e nella monosomia del cromosoma X o della sindrome di Turner le cellule sono vitali ma gli zigoti X0 vengono interrotti prematuramente.

Aneuploidia dei cromosomi sessuali

I casi più frequenti di aneuploidie nell'uomo sono legati ai cromosomi sessuali. Le alterazioni del numero di cromosomi sono tollerate in un modo migliore rispetto alle alterazioni dei cromosomi autosomici.

L'aneuploidia influenza il numero di copie di un gene ma non la sua sequenza nucleotidica. Modificando la dose di alcuni geni, le concentrazioni dei prodotti genetici vengono alterate a turno. Nel caso dei cromosomi sessuali, c'è un'eccezione a questa relazione tra il numero di geni e la proteina prodotta.

In alcuni mammiferi (topi e umani), si verifica l'inattivazione del cromosoma X, che consente a femmine e maschi di avere la stessa dose funzionale dei geni relativi a detto cromosoma.

In questo modo, i cromosomi X aggiuntivi sono inattivati ​​in questi organismi, rendendo possibile che l'aneuploidia in questi cromosomi sia meno dannosa.

Alcune malattie come la sindrome di Turner e la sindrome di Klinefelter sono causate da aneuploidie nei cromosomi sessuali.

Sindrome di Klinefelter

Gli individui con questa condizione sono fenotipicamente maschi, con alcune caratteristiche effeminate. La presenza di un cromosoma X in più negli individui maschi è la causa di questa malattia, hanno detto che i soggetti hanno 47 cromosomi (XXY).

Nei casi di gravità di questa condizione, gli uomini presentano voci molto acute, gambe lunghe, poco sviluppo di peli corporei e fianchi e seni femminili molto marcati. Inoltre, sono sterili e possono avere poco sviluppo mentale. Nei casi più lievi, c'è un fenotipo maschile e uno sviluppo cognitivo normale.

La sindrome di Klinefelter si verifica in circa una ogni 800 nascite di individui maschi viventi.

Sindrome di Turner

La sindrome di Turner è causata dalla perdita parziale o totale di un cromosoma X e si verifica nelle donne. Questa alterazione cromosomica si verifica durante la gametogenesi mediante un processo postzigotico non dissociativo.

Diverse alterazioni del cariotipo producono diversi fenotipi nella sindrome di Turner. Quando il materiale viene perso dal braccio lungo di uno dei cromosomi X (terminale o interstiziale), i fallimenti ovarici primari o secondari e le piccole dimensioni si verificano in pazienti con questa condizione. È anche comune la presenza di linfedemi e disgenesia gonadica.

Generalmente, il fenotipo delle donne con questa malattia è normale, tranne che per bassa statura. La diagnosi di questa sindrome dipende, quindi, dallo studio e dalla presenza dell'alterazione citogenetica.

Questa malattia si verifica in circa uno ogni 3000 neonati del sesso femminile, con una maggiore frequenza di aborti spontanei, cioè non più del 5% degli embrioni che si formano con questa alterazione riescono a svilupparsi fino a raggiungere il termine.

Aneuploidia autosomica

Gli individui nati con aneuploidie nei cromosomi autosomici sono rari. Nella maggior parte dei casi in cui si verifica questo tipo di mutazione, si verificano aborti spontanei, ad eccezione delle aneuploidie di piccoli autosomi come la trisomia del cromosoma 21.

Si ritiene che, poiché non esistono meccanismi di compensazione per le dosi genetiche nei cromosomi autosomici, le alterazioni nella loro composizione sono molto meno tollerate dagli organismi.

Sindrome di Down

La piccola dimensione dei cromosomi 21, consente la presenza di copie aggiuntive di geni, essendo meno dannosi rispetto a cromosomi più grandi. Questi cromosomi hanno meno geni di qualsiasi altro autosoma.

La sindrome di Down è l'aneuploidia autosomica più comune negli esseri umani. Negli Stati Uniti, circa una su 700 nascite ha questa condizione.

Si stima che il 95% dei casi sia causato da non disgiunzione, causando la trisomia libera 21. Il restante 5% è prodotto dalla traslocazione, spesso tra i cromosomi 21 e 14. La prevalenza di questa condizione dipende in gran parte dall'età della madre al momento del concepimento.

È stato determinato che tra l'85 e il 90% dei casi, la presenza di trisomia 21 libera è associata a alterazioni meiotiche materne. Gli individui che presentano questa condizione sono caratterizzati da ipotonia, iperestensibilità e ipo-riflettente.

Inoltre, hanno un cranio moderatamente piccolo, con un occipite e una branchia piatta, naso e orecchie piccole e una bocca con gli angoli verso il basso, piccoli e con frequente protrusione della lingua.