08 agosto 2010

Le mutazioni genetiche

Questo elaborato è il primo di una serie di articoli nei quali ho intenzione di parlare degli errori che si possono verificare nel nostro materiale genetico, nonché delle cause e delle conseguenze di tali aberrazioni.

Prima di introdurre l'argomento principale di questo post, ovvero le mutazioni genetiche, vorrei fare una breve premessa sull'importanza del DNA[1]. L'informazione genetica è contenuta in duplice copia in tutte le cellule del nostro corpo; solamente le cellule riproduttive[2] contengono l'informazione ripetuta una sola volta: in questo modo, quando l'ovocellula e lo spermatozoo si uniscono per formare una nuova vita, la cellula risultante, lo zigote, avrà la giusta quantità di materiale genetico. 

Il DNA è una molecola estremamente dinamica: protetto all'interno del nucleo, indirizza le attività della cellula e fornisce le informazioni necessarie per la costruzione delle proteine; si tratta di elementi indispensabili per il buon funzionamento dell'organismo e per la nostra salute, vediamo qualche esempio. L'emoglobina, che trasporta l'ossigeno nel sangue, è una proteina; ma lo sono anche l'insulina, che regola il livello di zucchero nel sangue, e gli anticorpi, che ci difendono in caso di malattie infettive.
Da questi brevi e semplici esempi, si può facilmente intuire l'importanza del DNA: se le istruzioni in esso contenute sono errate, vengono prodotte proteine mal funzionanti, non in grado di svolgere il loro compito, con conseguenze molto gravi per la nostra salute.
Ad esempio, se viene prodotta un'emoglobina difettosa il risultato può essere una pericolosa malattia, chiamata talassemia: è una patologia genetica, con diversi gradi di gravità, diffusa nel bacino del Mediterraneo, che causa, tra l'altro, anemia ed ingrossamento del fegato e della milza.

Quando le cellule si riproducono, per permettere all'organismo di crescere e per sostituire le cellule invecchiate, il primo passaggio è la duplicazione del materiale genetico: se si verificano degli errori a questo livello, ne consegue la formazione di cellule anomale, con un DNA contenente informazioni errate
Il nostro corpo ha numerosi meccanismi di difesa che gli permettono di riparare queste aberrazioni o di eliminare le cellule anomale: se neppure questi strumenti funzionano in modo efficace, si verifica una mutazione: un cambiamento stabile ed ereditabile del DNA, che, in seguito, può causare una patologia. Se le mutazioni avvengono nel DNA contenuto nei gameti, possono essere trasmesse alla prole se, invece, si verificano nelle altre cellule del corpo[3], danno l'avvio allo sviluppo di un tumore.

Le mutazioni possono essere spontanee e casuali oppure possono essere indotte da agenti chimici, fisici o biologici.

Esistono numerosi esempi di agenti chimici in grado di danneggiare in DNA e compromettere la salute dell'organismo, di seguito riporto qualche esempio significativo.
Il benzene è un componente naturale del petrolio e dei suoi derivati; oltre l'80% di quello presente nell'aria proviene dai gas di scarico dei veicoli a benzina o alle emissioni che si verificano nei cicli di raffinazione, stoccaggio e distribuzione della stessa.
Tra i vari elementi presenti in atmosfera, il benzene è tra quelli più pericolosi: è stato classificato come cancerogeno dalla International Agency for Research on Cancer (I.A.R.C); esiste, quindi, una relazione certa tra benzene e lo sviluppo dei tumori nell’uomo.

Un'altra sostanza altamente pericolosa è il mercurio; a questo proposito, vorrei citare la malattia di Minamata: è una patologia causata da intossicazione da mercurio e deve il suo nome al fatto che nel 1956, nella baia di Minamata, in Giappone, molte persone vennero colpite da questa sindrome a causa dello sversamento di mercurio nelle acque da parte di un'industria chimica.
I sintomi includono atassia[4], parestesie[5] alle mani e ai piedi, generale debolezza dei muscoli, indebolimento del campo visivo, danni all'udito e difficoltà nell'articolare le parole; nei casi più gravi porta alla morte. Se l'intossicazione riguarda una donna in gravidanza, il bambino può nascere con gravi deficit e seri problemi al sistema nervoso, perché il mercurio ne compromette lo sviluppo.
L'amianto è un altro esempio di sostanza cancerogena: l'esposizione alle fibre di amianto è associata, infatti, ad una grave malattia polmonare cronica,  l'asbestosi, ed ad un aumento dell'incidenza del tumore al polmone. 
Tra gli agenti chimici in grado di modificare il DNA, non va dimenticato il fumo da sigaretta: infatti, è stato recentemente condotto uno studio dalla Southwest Foundation for Biomedical Researchm in Texas nel quale vengono indicate le modificazioni che il fumo da sigaretta causa nel nostro materiale genetico.
Infine, anche alcuni farmaci possono danneggiare il DNA: il caso più eclatante è quello della talidomide, un farmaco venduto come tranquillante alle donne in gravidanza. Fu ritirato dal commercio nel novembre 1961: le donne trattate con talidomide, infatti, davano alla luce neonati focomelici, con gravi alterazioni nello sviluppo degli arti.

Oltre alle sostanze chimiche, anche gli agenti fisici, come i
raggi ultravioletti o le radiazioni ionizzanti, sono in grado di interferire con il nostro materiale genetico, danneggiandolo. 
I raggi ultravioletti, sia quelli provenienti dal sole, sia quelli delle lampade abbronzanti, sono in grado di modificare il DNA delle cellule della nostra pelle ed innescare lo sviluppo di un tumore.
Le radiazioni ionizzanti, impiegate ad esempio nelle radiografie o nella  radioterapia, hanno portato al miglioramento nella diagnosi e nel trattamento di diverse patologie; tuttavia, non bisogna dimenticare che espongono i pazienti a radiazioni in grado di interagire con il DNA e modificarlo: tali mutazioni possono essere trasmesse alla prole o trasformare le cellule in tumori.

Infine, per quanto riguarda gli agenti biologici, esistono alcuni virus in grado di compromettere il nostro materiale ereditario, vediamo qualche esempio significativo. 
I papilloma virus umani (Hpv) sono virus che si trasmettono per via sessuale; ne esistono oltre 120 tipi e alcuni sono definiti "ad alto rischio" perché sono in grado di interagire con il nostro DNA e sono responsabili, ad esempio, del tumore al collo dell'utero.[6]
Una ricerca recente della Dartmouth Medical School, pubblicata sul British Medical Journal, ha evidenziato, inoltre, come i papilloma virus siano correlati al rischio di carcinoma delle cellule  squamose, un particolare tipo di cancro alla pelle.
Come ultimo esempio, vorrei citare il virus che causa l'epatite B, una grave malattia che colpisce il fegato: è nota da tempo, infatti, l'esistenza di una stretta correlazione tra questo virus e l'insorgenza del cancro al fegato.

La cellula, quando si duplica organizza il proprio materiale genetico in cromosomi: nelle nostre cellule somatiche sono presenti 46 cromosomi, organizzati in 23 coppie: 22 coppie sono dette cromosomi autosomi  e la ventitreesima coppia è quella dei cromosomi sessuali, che stabiliscono il sesso di una persona. Nella donna la ventitreesima coppia di cromosomi è composta da due cromosomi X, nell'uomo da un cromosoma X e da un cromosoma Y.
Le cellule germinali contengono 23 cromosomi, cioè 22 autosomi ed un cromosoma sessuale: nella cellula uovo femminile il cromosoma sessuale è sempre X, mentre negli spermatozoi può essere X oppure Y.
La rappresentazione ordinata del corredo cromosomico di un individuo prende il nome di cariotipo[7].
Lo studio del cariotipo permette di evidenziare eventuali anomalie nel numero o nella struttura dei cromosomi.

Il materiale genetico normalmente si presenta come un ammasso filamentoso, non analizzabile. Al momento della divisione cellulare, il DNA si organizza in  cromosomi, strutture a forma di bastoncino che possono essere studiate.
Per la determinazione del cariotipo, le cellule vengono bloccate in un momento particolare della divisione della cellula nel quale i cromosomi sono facilmente visibili al microscopio: i cromosomi vengono colorati con sostanze apposite, osservati al microscopio e fotografati; a questo punto, vengono appaiati a due a due in base alle loro caratteristiche e si determina il cariotipo.
Lo studio del cariotipo può essere eseguito sul liquido amniotico per evidenziare eventuali anomalie del feto[8].
L'analisi può essere fatta anche a partire da cellule del sangue per valutare se una persona è portatrice di un'anomalia genetica; inoltre, può essere eseguito anche un cariotipo di coppia, sempre a partire da un prelievo di sangue, per identificare la causa di: problemi di infertilità, aborti ricorrenti  o patologie genetiche che affliggono un membro della famiglia. Infine l'analisi del cariotipo è sfruttata anche per identificare le mutazioni genetiche alla base della leucemia, tumore delle cellule del sangue, caratterizzato da numerosi globuli bianchi anomali.
In questo articolo ho illustrato cosa sono le mutazioni, quali sono le cause di tali aberrazioni nei nostri cromosomi e come diagnosticarle; nel prossimo post vedremo, invece, le diverse tipologie di mutazioni genetiche e le patologie ad esse correlate.

Tania Tanfoglio



Bibliografia
Strachan T., Read A.P. Genetica umana molecolare, Utet, 2 ed.
Robbins. Le basi patologiche delle malattie - Vol. 1, Piccin, 6 ed.

_______________________________________________

[1] Per coloro che vogliono saperne di più, consiglio di leggere anche l'articolo "Il DNA: una molecola semplicemente affascinante"
[2] Le cellule riproduttive, ovocellula nella donna e spermatozoo nell'uomo, sono chiamate anche gameti o cellule germinali.
[3] Le cellule del nostro corpo vengono comunemente chiamate cellule somatiche.
[4] Progressiva perdita di coordinazione muscolare, con conseguente difficoltà nei movimenti volontari.
[5] Alterazioni della sensibilità, con perdita del senso del tatto e formicolio.
[6] Per chi volesse approfondire, consiglio la lettura di "Infezione da papilloma virus umano (HPV) e tumore del collo dell’utero", pubblicato dal servizio sanitario regionale dell'Emilia Romagna.
[7] Nella Cytogenetics Gallery dell'Università di Washington, sono presenti delle immagini esemplificative di cariotipo umano, sia maschile che femminile.
[8] Il liquido amniotico viene prelevato durante l'amniocentesi: con questo esame è possibile studiare il materiale genetico del bambino (feto) e vedere se ci sono delle anomalie.

15 commenti:

  1. Molto utile, grazie.

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  2. Grazie a te per essere passato di qui!

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  3. Ottimo,grazie! :)

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    1. Mi fa piacere, grazie per il commento!

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  4. complementi! si vede che è una materia che ti coinvolge profondamente, e l'amore per essa è tanto grande che ti fa piacere condividerlo...Brava!

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  5. Ciao,sono uno studente universitario alle prese con genetica!Ho visto che hai pubblicato molti post...tra l'altro spiegati in modo molto semplice.Potresti,per favore, farne uno sulle mappe genetiche?Ho fatto una ricerca su internet ma non ho capito un granchè! Te ne sarei grato se mi aiutassi a capire questo argomento. Oscar

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    1. Ciao Oscar, benvenuto su Science for passion! Ti rispondo con un link ad un post che ho scritto un po' di tempo fa sull'argomento
      http://www.scienceforpassion.com/2012/10/le-mappe-e-lanalisi-genetica.html
      Purtroppo i link nei commenti non funzionano direttamente: devi copiarlo ed incollarlo nella barra dell'indirizzo.
      A suo tempo io avevo studiato anche su questi appunti
      http://www2.units.it/crovella/gene09.pdf
      Infine, ho trovato questa ottima dispensa
      http://profs.sci.univr.it/~delledon/Insegnamenti/Genetica%202.pdf
      Tratta diversi argomenti genetici. Le mappe sono poco prima della metà e sono trattate in modo molto chiaro.
      Come vedi, sono argomenti piuttosto complessi, decisamente poco comprensibili alla maggior parte dei miei lettori.
      Spero comunque di esserti stata utile con questi link.
      Un saluto ed in bocca al lupo per l'esame di genetica!
      Tania

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  6. Va bene,proverò a dare un'occhiata a questi link...Quello che pubblicasti tu l'avevo visto però si limita a dare solo la definizione. Speriamo bene!E crepiii...Oscar

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  7. Ciao Tania, innanzitutto complimenti per il tuo blog, è veramente fatto bene. Ti volevo chiedere, le mutazioni che hai descritto in questo post sono alla base delle malattie genetiche? cioè una mutazione causata da agenti fisica,chimica ecc causa malattia genetica?

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    1. Ciao Elisa, grazie per i complimenti!
      Le mutazioni che ho descritto, possono essere la causa di una malattia genetica solo se diventano un cambiamento stabile ed ereditabile del DNA. Una cellula colpita da mutazione, infatti, può riparare il DNA danneggiato oppure può indurre l'apoptosi (morte della cellula stessa). Se la cellula si riproduce, senza che il danno venga riparato, allora la mutazione può trasformarsi in malattia. Se la mutazione colpisce i gameti (cellula uovo o spermatozoo), e viene concepito un bambino, il bambino avrà una mutazione genetica. Se la mutazione genetica è dominante, il bambino manifesterà effettivamente la patologie, viceversa sarà portatore sano di quella mutazione e la potrà trasmettere ai suoi figli.
      Se, invece, la mutazione riguarda una cellula somatica (ovvero una qualunque cellula diversa dai gameti) allora, la riproduzione di quella cellula potrebbe causare lo sviluppo di un tumore.
      Come vedi l'argomento è complesso.
      Ti lascio alcuni link per approfondire.
      Mutazioni e anomalie genetiche
      Le anomalie dei cromosomi
      Le anomalie dei cromosomi e le mutazioni genetiche
      Le mutazioni genetiche: uno schema riassuntivo
      Per vedere ulteriori post di genetica, ordinati per argomento (ad esempio, se ti interessa il concetto di portatore sano, devi cercare le malattie autosomiche recessive)
      Clicca qui

      Ciao,
      Tania

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  8. io sono un'appassionata di scienza ed ho letto l'articolo e l'ho ritenuto molto utile ed interessante, ma cosa più importante spiega bene ed in modo semplice e dettagliato l'argomento. Ottimo lavoro.

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  9. Salve,vorrei farle alcune domande le quali non trovo risposta.
    1.Perchè le mutazioni genetiche non sono sempre trasmesse ai figli?
    (Potrebbe darsi che sia perche in alcuni casi anche se cambiano i codoni del codice genetico, l'amminoacido corrispondente è lo stesso, o forse perche il DNA polimerasi svolge un'azione di controllo dei nucleotidi sbagliati)
    2.Se conosco la sequenza di amminoacidi posso dedurre la catena polipetidica del DNA?
    (Io penso di di si perché l'informazione contenuta nei geni viene trasformata in una proteina, cioè in una sequenza di amminoacidi).
    Grazie, aspetto conferme o smentite

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    1. Salve Anonimo,
      Per la prima domanda, la risposta sta nel fatto che durante la meiosi avviene la segregazione dei cromosomi in modo casuale. Questo da in modo che non tutti i gameti contengano le medesime caratteristiche, comprese le mutazioni (naturalmente il discorso non vale per le caratteristiche autosomiche recessive, nel caso in cui la persona esprima quel tratto nel fenotipo, o per le caratteristiche recessive o dominanti presenti su entrambi i cromosomi X della donna).
      Per la seconda domanda, invece, direi che possiamo risalire alla sequenza del mRNA e, da qui alla sequenza del DNA codificante (ma non agli introni).
      Un saluto,
      Tania Tanfoglio

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