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Cromosomi

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Cromosomi

I cromosomi presentano una struttura e una composizione chimica altamente eterogenee sia in termini di contenuto genico sia di sequenze ripetute.

Struttura dei Cromatidi e Compattazione Mitotica

  • Cromatidi Fratelli: Ogni cromosoma duplicato in fase S è formato da due molecole lineari di DNA identiche, dette cromatidi fratelli, unite tra loro a livello della regione centromerica.
  • Cromatidi Non Fratelli: I cromatidi appartenenti a cromosomi omologhi diversi presentano lo stesso ordine e la stessa tipologia di geni, ma non sono identici nella sequenza nucleotidica.
  • Compattazione metafasica: Durante la fase M del ciclo cellulare, la cromatina subisce un progressivo ripiegamento e compattamento tridimensionale, raggiungendo il picco di massima condensazione fisica durante la metafase. Questo stato è essenziale per garantire un’equa e ordinata ripartizione del materiale genetico alle due cellule figlie durante l’anafase.

Classificazione Morfologica dei Cromosomi Umani

I cromosomi umani si classificano in tre gruppi principali in base alla posizione fisica del centromero:

  1. Metacentrici: Presentano il centromero in posizione mediana (centrale). I due bracci, corto (, petit) e lungo (), hanno lunghezza sovrapponibile e una struttura simmetrica.
  2. Submetacentrici: Il centromero è localizzato in posizione asimmetrica (sub-mediana), determinando una netta differenza di lunghezza tra il braccio corto () e il braccio lungo ().
  3. Acrocentrici: Il centromero è posizionato all’estremo terminale del cromosoma. Il braccio corto () è estremamente ridotto ed è costituito quasi interamente da regioni eterocromatiche composte da DNA satellite ripetuto in tandem.
    • Nota codificante: L’unica sequenza genica codificante attiva presente sui bracci corti dei cromosomi acrocentrici codifica per l’RNA ribosomiale (rDNA).
    • Mappatura: I cromosomi acrocentrici umani sono 5 coppie (cromosomi 13, 14, 15, 21 e 22). Per approfondire, vedi Cromosomi Acrocentrici e Regioni Organizzatrici del Nucleolo.

Dimensioni e Caratteristiche Fisiche

  • Cromosoma 1: È il cromosoma più grande del cariotipo umano (circa 249-250 Mb). Possiede una frazione molto rilevante di eterocromatina pericentromerica (circa 19,5 Mb), ossia cromatina altamente compattata e permanentemente silente, dovuta all’espansione di sequenze ripetute.
  • Cromosoma 21: È il cromosoma più piccolo del cariotipo umano (circa 46,7 Mb).
  • Nota di terminologia: Nella sbobina grezza si fa riferimento a “250mila paia di basi” o “249/46,7 paia di basi” per indicare le dimensioni dei cromosomi 1 e 21; si tratta di un refuso di trascrizione per indicare le megabasi (Mb).

Contenuto in GC e Densità Genica

Le regioni ricche in coppie di basi G-C (guanina-citosina) sono correlate a un’elevata densità genica (maggiore presenza di geni codificanti).

  • Media del genoma nucleare: Il contenuto medio in GC è di circa il 41,5%.
  • Media del genoma mitocondriale: È più elevato, pari al 44,4%, poiché il genoma mitocondriale è quasi interamente codificante.
  • Cromosoma 4: Ha un contenuto GC basso (38,3%) e contiene il minor numero di geni in assoluto nel cariotipo, a fronte di una dimensione rilevante (190 Mb).
  • Cromosoma 19: Ha un elevato contenuto GC (47,9%) ed è il cromosoma che contiene il maggior numero di geni in assoluto, pur essendo molto piccolo (58 Mb).

La densità genica media del genoma umano (su 3100 Mb totali) è stimata in 1 gene ogni 80 kilobasi (Kb), ma la distribuzione reale è fortemente asimmetrica.

Studio della Composizione Cromosomica tramite FISH

La diversa composizione strutturale dei cromosomi è stata visualizzata principalmente tramite la tecnica FISH (Fluorescent In Situ Hybridization):

  • Si utilizzano sonde complementari marcate di rosso che si legano specificamente alle isole CpG/regioni geniche.
  • Le regioni eterocromatiche (povere di geni e ricche di sequenze ripetitive) appaiono non colorate in rosso e vengono marcate con una sostanza fluorescente verde per creare contrasto.

Distribuzione dei Geni sui Cromosomi

L’analisi tramite FISH mostra che:

  • I geni non sono distribuiti uniformemente: si concentrano preferenzialmente nelle regioni telomeriche e peritelomeriche.
  • A livello dei centromeri si osserva un’assenza di segnale genico (un “buco” di colorazione rossa). In queste regioni il DNA è fortemente compattato sotto forma di DNA alfoide (eterocromatina costitutiva fissa), rendendo impossibile o estremamente difficile l’espressione genica. Queste zone sono anche caratterizzate da una replicazione tardiva.

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