Le cellule umane nucleate contengono 22 coppie di cromosomi autosomici ed una coppia di cromosomi eterosomici o sessuali; quest’ultima nell’uomo è XY e nella donna XX. Tale corredo cromosomico si definisce diploide (2n). Solo nei gameti maturi (cellula uovo e spermatozoi) il corredo cromosomico è aploide (n) ed il numero dei cromosomi è dimezzato (23). I cromosomi sono localizzati nel nucleo e sono costituiti da DNA notevolmente compattato. Tale compattamento è determinato da un’associazione specifica tra DNA e proteine. Il DNA si compatta strettamente nella struttura classica del cromosoma durante la fase del ciclo cellulare in cui la cellula si divide in due cellule figlie.
La citogenetica è lo studio dei cromosomi e delle malattie associate a un numero anormale o ad alterazioni strutturali dei cromosomi.
Per lo studio dei cromosomi è necessario che le cellule siano in attiva proliferazione in quanto sono idonee solo quelle che si trovano in fase di replicazione (“metafase”). Ciò accade spontaneamente per un numero limitato di tessuti (midollo osseo, cellule gonadiche, cellule del trofoblasto, cellule tumorali). In altri casi è necessario indurre artificialmente nelle cellule un aumentato ritmo replicativo (tramite colture in vitro e/o l’uso di sostanze specifiche). Dopo un “processamento” cellulare si ottengono i cromosomi i quali vengono fissati su un vetrino, bandeggiati e colorati. Il bandeggio più comunemente usato è il bandeggio G. A questo punto si procede con l’analisi dei cromosomi tramite osservazione al microscopio ottico. I cromosomi sono fotografati e appaiati nell’immagine del cariotipo. Il cariotipo è, quindi, l’insieme completo di tutti i cromosomi metafasici di una cellula. I criteri di riconoscimento si basano sulla lunghezza, sulla posizione del centromero e sul pattern di bandeggio.
I cariotipi patologici presentano anomalie di numero o anomalie di struttura.
Le anomalie di numero sono le poliploidie e le aneuploidie. La poliploidia nell’uomo è presente fisiologicamente solo in alcune popolazioni cellulari e a livello costituzionale nel 1% degli zigoti. Le aneuploidie sono più frequenti e solo le aneuploidie di alcuni cromosomi sono compatibili con la vita postnatale determinando la nascita di prole con una sindrome cromosomica. L’aneuploidia è la presenza di un numero di cromosomi diverso da un multiplo esatto del corredo aploide e può interessare tutti i cromosomi. Nel caso di monosomie (assenza di un cromosoma, 46-1) solo la Sindrome di Turner con cariotipo 45,X è compatibile con la vita postnatale. Nel caso di trisomie (presenza di un cromosoma soprannumerario, 46+1) le sindromi più comuni sono in ordine: la Sindrome di Down dovuta alla trisomia del cromosoma 21, la trisomia del cromosoma 18, la trisomia del cromosoma 13. Relativamente comuni sono anche le trisomie che interessano i cromosomi sessuali, in particolare il maschio XXY, il maschio XYY, e la femmina XXX.
Le anomalie di struttura si originano dalla rottura di uno o più cromosomi seguita da un’anomala ricongiunzione dei frammenti cromosomici o addirittura da una loro perdita. Le alterazioni cromosomiche possono insorgere in modo spontaneo o essere indotte da mutageni di varia natura: sostanze chimiche, farmaci, radiazioni. Le principali anomalie di struttura dei cromosomi comprendono: delezioni, duplicazioni, inversioni, traslocazioni. I riarrangiamenti strutturali possono determinare la presenza di un genoma bilanciato. In questo caso il paziente è di solito clinicamente normale, ma presenta spesso fertilità ridotta, poliabortività o sterilità. La prole è a rischio di ereditare uno sbilanciamento genomico che consiste nella perdita (delezione) e/o nel guadagno (duplicazione) di segmenti di DNA. In caso di materiale genetico sbilanciato le caratteristiche fenotipiche patologiche dipendono molto dai geni presenti sul segmento alterato.
Il cariotipo da sangue periferico si effettua sulle metafasi dei linfociti e può risultare ad una risoluzione più o meno alta; per il cariotipo da sangue periferico la risoluzione minima consigliata è di 400 bande. Qualunque sia questa risoluzione, le anomalie di numero sono sempre evidenziabili, mentre quelle di struttura sono visibili solo se superano una certa dimensione, che di norma è intorno alle 7-10 Mb, e che dipende dalla qualità del cariotipo. Ciò significa che un cariotipo non è mai positivo o negativo, in quanto anche un cariotipo “normale” può nascondere una anomalia strutturale non visibile perché troppo piccola.
Indicazioni all’analisi
Le linee guida per la diagnosi citogenetica redatte dalla SIGU (Società Italiana di Genetica Umana) illustrano le indicazioni all’analisi citogenetica costituzionale postnatale:
– Sospetta sindrome cromosomica
– Genitori e familiari di pazienti con patologia cromosomica
– Soggetti con difetti congeniti e/o ritardo mentale
– Soggetti con ritardo di accrescimento
– Nati morti e nati vivi deceduti in epoca neonatale se presentano quadri dismorfici
– Aborti spontanei
– Soggetti con genitali ambigui
– Coppie con poliabortività o infertilità a causa non nota
– Uomini con oligospermia o azoospermia (5-10% presenta un’anomalia cromosomica)
– Donne con amenorrea primaria, secondaria o menopausa precoce