105) Le anomalie cromosomiche: allestimento di un cariotipo

Riassunto / Abstract

Attraverso questa attività si propone agli alunni di allestire un cariotipo umano utilizzando cromosomi disegnati, piuttosto che i cromosomi reali, ma il processo di realizzazione del cariotipo è lo stesso di quello utilizzato per i cromosomi reali estratti da cellule o campioni fetali.

Scheda sintetica delle attività

L’attività si divide in tre parti. Nelle prime due vengono allestiti due cariotipi: il primo rappresenta un cariotipo umano normale di un maschio o di una femmina, il secondo rappresenta un cariotipo anomalo. In questo modo è possibile confrontare e diagnosticare l’anomalia presente nel paziente del secondo cariotipo. La terza parte riguarda la discussione in classe sulla base dei risultati ottenuti.

Risorse necessarie

  • Forbici;
  • colla;
  • righello o squadretta;
  • schema su cui incollare i cromosomi;
  • immagini di cromosomi in metafase mescolati di un individuo normale;
  • immagini di cromosomi in metafase mescolati di un individuo con anomalie cromosomiche.

Prerequisiti necessari

  • Conoscere l’organizzazione della cellula e i processi di riproduzione cellulare e degli organismi;
  • saper riconoscere le varie parti di un cromosoma;
  • conoscere i principali tipi di anomalie cromosomiche.

Obiettivi di apprendimento

  • Saper abbinare e ordinare le coppie di cromosomi umani al fine di allestire un cariotipo;
  • saper riconoscere e distinguere un cariotipo umano normale da un cariotipo con anomalie cromosomiche.

Dotazioni di sicurezza

Nessuna

Svolgimento

Introduzione

L’individuazione dell’anomalia cromosomica avviene attraverso l’allestimento del cariotipo e cioè attraverso la rappresentazione ordinata del corredo cromosomico completo dell’individuo.

La procedura standard per la determinazione del cariotipo umano può essere così sinteticamente descritta:

  • Si separano dal sangue in provetta le cellule linfocitarie e si pongono, per 72 h, in un terreno di cultura contenente una sostanza che induce la divisione cellulare (fitoemoagglutinina), alla temperatura di 37°C.
  • Si aggiunge la colchicina che blocca la mitosi in tutte le cellule allo stadio di metafase.
  • Attraverso la centrifugazione vengono raccolte le cellule e vengono immerse in una soluzione ipotonica. Le cellule per osmosi assorbono acqua, sino a gonfiarsi e poi scoppiare e liberare così i cromosomi.
  • Si centrifuga e si aggiunge fissativo più volte.
  • Si prelevano alcune gocce di sospensione e si pongono su di un vetrino portaoggetti e si fa asciugare.
  • Si aggiungono alcune gocce di colorante Giemsa e si lascia asciugare.
  • Si osservano i cromosomi col microscopio.
  • I cromosomi vengono, quindi, fotografati, ingranditi e ritagliati.
  • Si allestisce il cariotipo tenendo conto di tre parametri fondamentali: lunghezza dei cromosomi, posizione del centromero (submetacentrico, metacentrico o acrocentrico) e bandeggio.
  • I cromosomi della stessa grandezza vengono appaiati allineandoli rispetto al centromero e disposti col braccio corto rivolto verso l’alto e quello lungo verso il basso. Le coppie di cromosomi vengono numerate e disposte in ordine di grandezza decrescente.
  • In questo modo, confrontando il risultato ottenuto con un cariotipo normale, è possibile evidenziare eventuali anomalie cromosomiche.
Figura 1: cromosomi fotografati al microscopio, cariotipo di un maschio normale e cariotipo di un maschio con trisomia 21

Nella nostra esperienza viene proposto l’allestimento di un cariotipo umano utilizzando cromosomi disegnati, piuttosto che i cromosomi reali, ma il processo di realizzazione del cariotipo è lo stesso di quello utilizzato per i cromosomi reali estratti da cellule.

Procedura

L’attività si divide in tre parti. Nelle prime due vengono allestiti due cariotipi:  il primo rappresenta un cariotipo umano normale  di un maschio o di una femmina, il secondo rappresenta un cariotipo anomalo. In questo modo è possibile confrontare e diagnosticare l’anomalia presente nel paziente del secondo cariotipo. La terza parte riguarda la discussione in classe sulla base dei risultati ottenuti.

Parte prima: cariotipo umano normale
I cromosomi sessuali sono contrassegnati con Y e X. 

Figura 2: cariotipo umano normale

Seguire la seguente procedura:

Figura 3: individuazione delle coppie omologhe
  • Individuare le coppie di cromosomi omologhi tenendo conto della dimensione, del numero e del tipo di bande (figura 3)
Figura 4
  • Tagliare ogni cromosoma con le forbici (figura 4).
Figura 5: cromosomi ritagliati
  • Per velocizzare , piuttosto che cercare di tagliare lungo il margine di ciascun cromosoma, tagliare dei quadratini intorno al cromosoma (figura 5).
Figura 6: abbinamento dei cromosomi
  • Abbinare ciascuno dei cromosomi con il suo omologo. I cromosomi devono essere allineati rispetto al centromero e disposti col braccio corto rivolto verso l’alto e quello lungo verso il basso (figura 6).
Figura 7: ordinamento delle coppie di cromosomi
  • Su un foglio bianco predisposto, disporre le coppie di cromosomi dal più grande al più piccolo e numerandole da 1 (più grande) a 22 (più piccolo, figura 7).
Figura 8: cromosomi sessuali
  • Incollare i cromosomi sessuali all’ultimo (coppia n. 23, figura 8).

Parte seconda: cariotipo umano anomalo

Figura 2: cariotipo umano anomalo
  • Procedere allo stesso modo di come si è operato per il cariotipo umano normale

Parte terza: elaborazione dei dati, discussione

  • Ogni alunno avrà realizzato due cariotipi: uno normale e uno con anomalie cromosomiche. Dopo aver individuato l’anomalia, approfondirà autonomamente l’argomento che sarà oggetto di discussione e in classe

Note e storia

La riproduzione cellulare e le anomalie cromosomiche

Tutte gli organismi viventi sono costituite da cellule, piccoli compartimenti circondati da una membrana al cui interno si trovano organelli, strutture e composti deputati al conferimento delle caratteristiche funzionali e strutturali della cellula stessa. Gli organismi superiori, tra i quali i mammiferi e quindi l’uomo, sono costituiti da insiemi di più cellule che svolgono funzioni specializzate e che sono collegate tra di loro da complessi sistemi di comunicazione. Una delle caratteristiche fondamentali delle cellule e la loro capacita di riprodursi, generando cellule figlie con le stesse caratteristiche funzionali delle cellule di origine. Il nucleo, contenuto all’interno delle cellule, riveste una grande importanza nel processo riproduttivo e funzionale in quanto preposto alla direzione dei processi sintetici cellulari e alla trasmissione dei caratteri ereditari da una generazione all’altra. E all’interno del nucleo che si trovano i cromosomi, strutture formate da proteine nucleari associate a molecole di DNA in cui hanno sede i geni, depositari dell’informazione del codice genetico. I cromosomi sono in numero costante per ogni specie, 46 in quella umana: 22 coppie di cromosomi definiti autosomi, identificati con una numerazione progressiva che va dall’1 al 22, e una coppia di cromosomi sessuali denominati X e Y. Alcune delle cellule che costituiscono l’organismo, denominate cellule germinali, sono deputate alla riproduzione sessuata che comporta la mescolanza dei genomi di due individui, cioè dei loro cromosomi e tra questi, uno maschile e uno femminile. Questo processo conduce a una discendenza i cui componenti sono geneticamente differenti tra di loro e dai propri genitori, pur mantenendo le caratteristiche tipiche della specie. Affinché l’unione dei due genomi mantenga inalterato il numero di 46 cromosomi nella cellula figlia, e necessario che le cellule germinali passino attraverso un processo di dimezzamento del numero di cromosomi che le costituiscono dando origine a gameti, la cellula uovo e lo spermatozoo, portatori di un corredo cromosomico aploide (n), contenente ognuno 23 cromosomi. L’unione dei due gameti nella cellula uovo fecondata ricostituirà il numero diploide (2n) corrispondente a 46 cromosomi tipico della specie umana. La riduzione del numero di cromosomi avviene nel corso di un processo denominato meiosi durante la quale i cromosomi si scambiano segmenti di DNA mediante un processo conosciuto come ricombinazione genica. In questo modo si origina un nuovo assortimento di geni che garantiscono la diversità della nuova generazione in cui combinazioni precedenti di geni si associano a nuovi assortimenti.

Dopo la fecondazione della cellula uovo da parte dello spermatozoo segue un’intensa attività di proliferazione cellulare, o mitosi, che conduce alla formazione dell’organismo cellulare adulto.

Il processo di ripartizione dei cromosomi dalle cellule immature a quelle mature, da cui dipende la conservazione del numero esatto di cromosomi, non avviene sempre in modo corretto. Errori durante la meiosi danno origine a ovociti o spermatozoi che contengono un numero di cromosomi alterato. In questo modo, alcune cellule aploidi mancano di un cromosoma, mentre altre ne hanno più di una copia. Tali alterazioni numeriche dei cromosomi sono dette aneuploidie e conducono alla formazione di embrioni anomali, la maggior parte dei quali si arrestano durante i primi stadi di sviluppo. Alcuni tuttavia sono compatibili con la vita, ma sono portatori di gravi malformazioni che determinano, in alcuni casi, aborto spontaneo o morte poche ore dopo la nascita.

Esempio di anomalie cromosomiche sono: la sindrome di Patau, il nascituro ha un cromosoma 13 in più; la sindrome di Edward, con un cromosoma 18 in più con; la Sindrome di Down con un cromosoma 21 in più. Se manca un cromosoma sessuale abbiamo individui X0 (sindrome di Turner). Se si ha un cromosoma sessuale X in più (XXY) abbiamo individui affetti dalla sindrome di Klinefelters.

Bibliografia

Autori

Micieli Giuseppe 

Schede / Allegati

Prove di verifica

Specifiche esperimento


Materia
Biologia
Classi a cui è rivolto
1° biennio
Tipologia di laboratorio
Povero
Reperibilità del materiale
Uso quotidiano, negozi specializzati, siti web
Materiale specifico
Forbici, colla, righello, schema su cui incollare i cromosomi,
immagini di cromosomi in metafase mescolati di un individuo normale e di un individuo con anomalie cromosomiche
Durata esperimento in classe
3 h
Capacità di bricolage/assemblaggio
Sì
Necessità lavorazioni meccaniche/elettroniche
No
Necessità PC per acqusizione/analisi dati
No
Necessità di uno smartphone
No
Parole chiave
Biologia
Genetica
Cromosomi
Anomalie cromosomiche

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