Capitolo 1: CENNI DI GENETICA.

Il “cuore” di ogni cellula è rappresentato dal nucleo che racchiude la banca dati dell’informazione genetica. Nel nucleo è presente il codice genetico, il DNA, organizzato in  cromosomi.

Il numero cromosomico dell'uomo è di 46: i 46 cromosomi, costituiti da un filamento a doppia elica di DNA e da proteine,  sono allineati a due a due in 23 coppie.

Ventidue coppie hanno una struttura parallela, sono omologhe (cioè simili), non sessuali  e sono chiamate autosomi; la 23esima coppia determina il sesso ed è costituita da due cromosomi X nella femmina e da un cromosoma X e un cromosoma Y nel maschio, i cosiddetti cromosomi sessuali.

Ogni coppia di cromosomi omologhi è composta da un cromosoma ereditato dalla madre e da uno ereditato dal padre.

Come riportato nella figura a sinistra, il genotipo umano consiste di 23 coppie di cromosomi omologhi: trattasi di un corredo diploide (2n).

Nel gatto invece i cromosomi sono 38, organizzati in 18 coppie di autosomi più la coppia n°19 determinante il sesso (XX o XY).
Così come l’uomo anche ciascun felino porta in sé i caratteri ereditati dalla madre e caratteri ereditati dal padre: infatti 18 autosomi e 1 cromosoma X sono trasmessi al momento del concepimento dalla cellula uovo materna, mentre gli altri 18 cromosomi sono trasmessi dallo spermatozoo paterno che può portare il cromosoma sessuale X o Y.

Quindi nel gatto i gameti, cioè l’ovulo e lo spermatozoo, avranno 19 cromosomi  ciascuno  (corredo aploide n), così che fondendosi tra di loro origineranno uno zigote con numero diploide, che tramite mitosi si replicherà in nuove cellule somatiche  con corredo cromosomico 38 (corredo diploide 2n), sino a diventare embrione, poi  feto ed infine individuo.

Ciascuna delle porzioni della coppia di cromosomi contiene le stesse informazioni genetiche relative agli stessi caratteri fenotipici, che saranno cioè manifesti nell’individuo, ed è proprio per tale ragione che questi cromosomi vengono definiti omologhi. Sui cromosomi omologhi si trovano le coppie di alleli, ossia di geni che controllano uno stesso carattere, posti ognuno su ciascun cromosoma, nello stesso locus, ovvero nella stessa posizione: in altre parole, i cromosomi omologhi hanno gli stessi geni, nella stessa localizzazione, ma i geni possono avere diverse versioni chiamate alleli.

Quindi, due geni identici dal punto di vista funzionale ma diversi dal punto di vista dell’espressione vengono chiamati alleli. 

Un allele (dal greco αλληλος allelos, l'un l'altro) è pertanto la diversa (o le diverse) forme di un gene.

Se i due alleli omologhi che occupano lo stesso locus su una coppia di cromosomi sono uguali e si esprimono allo stesso modo l’individuo è  definito omozigote: se invece i due alleli hanno espressione diversa l’individuo è eterozigote per quella caratteristica.

Esempio: un gene risiede su un particolare locus di un autosoma: essendo 2 gli autosomi omologhi (uno di origine paterna ed uno di origine materna) vi sono 2 locus allineati su ciascun cromosoma su cui sono localizzate le 2 forme alleliche del gene per un dato carattere. Questi 2 alleli possono essere identici o non esserlo. Nel primo caso l'individuo viene definito omozigote ovvero individuo diploide i cui due geni per un dato carattere da lui posseduti, uno sul cromosoma materno ed uno su quello paterno, sono uguali; nel caso in cui i due alleli fossero diversi l’individuo è definito eterozigote.

Due locus allineati sui due cromosomi omo­loghi contengono lo stesso tipo di informazione genica per un dato carattere. Dalla combinazione dei due al­leli si potranno avere individui eterozigoti se i due alleli sono diversi (come in figura), od omozigoti se i due alleli che esprimono per quel carattere sono uguali.

Inoltre,  gli  alleli  di  uno  stesso  gene  possono  essere  dominanti,  indicati  con  la lettera maiuscola,  o recessivi, indicati con la lettera minuscola                                                                           

Con  il termine dominante si indica l’allele che esprime completamente la sua caratteristica fenotipica senza che il secondo allele presente possa influenzarlo; la dominanza si manifesta sia in omozigosi (coppia allelica AA: omozigote dominante) che in eterozigosi (coppia allelica Aa, eterozigote portatore del gene recessivo). Spesso non si è  in grado di sapere se il gatto è eterozigote o omozigote dominante per una certa caratteristica,  pertanto in presenza di caratteri dominanti i geni vengono indicati con la lettera scritta in maiuscolo seguita da un trattino (es: A-/B-/C-/D-ecc.)        

Con il termine  recessivo si indica l’allele che non si esprime in presenza del carattere analogo dominante: il carattere recessivo si manifesta fenotipicamente solo in omozigosi,cioè quando i due alleli che esprimono quel carattere sono uguali (coppia allelica aa: omozigote recessiva). Un gene recessivo può anche rimanere inespresso per diverse generazioni, finché in un nuovo accoppiamento troverà il suo omologo con identica espressività, e tornerà a comparire.

 Trasmissione ereditaria dei caratteri:  

I gameti, cellule sessuate maschili e femminili meglio conosciuti come spermatozoi e ovuli, sono prodotti alla fine di un processo chiamato meiosi i cui eventi più importanti sono il fenomeno del “crossing-over”(in figura) che assicura la variabilità genetica grazie allo scambio di frammenti tra cromosomi omologhi, così che i cromosomi di origine paterna possiederanno segmenti di quelli materno e viceversa, ed il successivo dimezzamento del corredo cromosomico da 38 a 19 in seguito alla separazione dei cromosomi omologhi.  I 19 cromosomi di un gamete sono così originati dalla ricombinazione dei cromosomi di madre e padre del soggetto che produce il gamete e di conseguenza dalla ricombinazione dei cromosomi dei nonni dell’individuo che originerà da quel gamete.                       

Quindi, alla fine della meiosi i cromosomi omologhi si separano a caso, il patrimonio genetico si dimezza; supponiamo ad esempio che ciascun gamete riceva  un determinato cromosoma con un generico allele che chiameremo A o con quello a: ogni spermatozoo potrà recare al 50% il cromosoma con l'allele A ed al 50% il cromosoma con l'allele a. Gli alleli A ed a sono stati a loro volta trasmessi a colui che produce lo spermatozoo ciascuno da uno dei due genitori, ossia dalla nonna e dal nonno paterno del nuovo individuo. Analogamente, il 50% degli ovociti potrà recare il cromosoma con l'allele A, e il restante 50% il cromosoma con l'allele a.         

In questo specifico caso, il padre e la madre producono gameti che possiedono sia A che a:     

                        Padre   A,a           Madre  A,a

Quando l’ovulo materno si rende disponibile per la fecondazione da parte di uno degli spermatozoi, si potranno verificare le quattro le possibili combinazioni, e statisticamente ciascuna può avvenire in 1/4 dei casi. I genotipi dei figli potranno quindi essere, ciascuno con probabilità del 25% (1/4):

                      AA       Aa       aA       aa

(dove la lettera di colore arancione indica la provenienza paterna). Quindi, ogni individuo porta in sé i geni che determinano ogni singola caratteristica, ricevuti al 50% dalla  madre e al 50% dal padre:                                                                               

*Individuo con coppia allelica AA : omozigote dominante.   

*Individuo con coppia allelica Aa :eterozigote. 

*Individuo con coppia allelica aa mozigote recessivo.              

Nella successiva trasmissione dei caratteri, un gatto omozigote dominante AA per una certa caratteristica trasmetterà alla sua prole al 100% il carattere A che risulterà pienamente visibile fenotipicamente, mentre un gatto eterozigote Aa trasmetterà alla sua prole al 50% la caratteristica dominante A e al 50% la caratteristica recessiva a .

Nello schema di Punnet a latere, è riportato l’incrocio tra un gatto con coppia allelica AA omozigote dominante (colonna 1 e 2) ed una gatta Aa eterozigote (riga 1 e 2), a supporto di quanto sostenuto poc'anzi.

Infine, dall’incrocio tra due individui omozigote recessivi aa + aa si otterrà una discendenza al 100% aa.

Esempio: il pelo corto è espresso dal gene dominante L mentre il pelo lungo è espresso dal gene recessivo l: accoppiando un gatto esotico LL + un gatto persiano ll, si otterrà una cucciolata al 100 % Ll, quindi tutti i gattini saranno esotici a pelo corto per via della dominanza di L però portatori del gene a pelo lungo l in quanto un soggetto omozigote recessivo trasmetterà alla sua prole al 100% il gene recessivo. Dall’accoppiamento di un esotico eterozigote Ll + un gatto persiano ll, la cucciolata sarà al 50% esotica Ll ed al 50% persiana ll. Quando invece si accoppiano due gatti  persiani, la cucciolata sarà tutta di persiani in quanto ll+ll=100% ll: questo significa che da due persiani con genotipo ll non può nascere un esotico con genotipo del pelo corto L-.

Durante le  prime fasi dello sviluppo embrionale si ha la separazione delle cellule che poi formeranno l'individuo adulto in due linee distinte: la linea somatica e la linea germinale.

La linea somatica corrisponde alle cellule che formeranno tutti gli organi dell'individuo adulto e si duplicheranno grazie alla mitosi, mentre la linea germinale andrà a formare soltanto i gameti (spermatozoi e ovociti) grazie alla meiosi. Dal momento in cui avviene la separazione delle due linee, non vi è più comunicazione tra linea somatica e linea germinale e le mutazioni del DNA delle cellule somatiche non verranno trasmesse alla progenie,  in quanto non comunicate in alcun modo alle cellule germinali.  

L’esistenza degli alleli origina proprio da un  processo di mutazione secondo quanto sopra descritto,  quando le mutazioni avvengono in una cellula somatica, queste ed i relativi effetti saranno presenti in tutte le cellule da essa derivate per mitosi ma questo cambiamento non è trasmesso alle generazioni successive. 

Invece, quando le mutazioni avvengono nelle cellule delle linee germinali  o nei gameti, vengono ereditate dalle generazioni successive. Le mutazioni determinano la cosiddetta variabilità genetica, condizione per cui gli organismi differiscono tra loro per uno o più caratteri: possono produrre effetti desiderabili o meno ma generalmente la selezione naturale promuove le mutazioni favorevoli a scapito di quelle sfavorevoli o addirittura letali; talune mutazioni possono  anche provocare malattie genetiche ereditarie e a tal proposito ricordiamo che:                                                                       

Una malattia autosomica dominante è una malattia genetica causata dalla forma allelica dominante di un gene difettoso, che giace su un autosoma. In virtù del criterio della dominanza, queste malattie sono caratterizzate dal fatto che è sufficiente una singola copia dell'allele difettoso per far sì che esse si esprimano.

Può essere trasmessa in forma eterozigote quando solo uno dei genitori trasmette la patologia ed in forma omozigote quando entrambi i genitori trasmettono il gene mutato; se anche uno solo dei genitori è omozigote, cioè ha entrambe le copie del gene difettoso, la probabilità di trasmettere la malattia alla prole è del 100%, mentre si riduce al 50% se il genitore è eterozigote e possiede una sola copia del gene mutato. In medicina felina i casi  tristemente più noti sono l’HCM o Cardiomiopatìa Ipertrofica e la PKD, acronimo inglese per Polycistic Kidney Desease.

La malattia autosomica dominante si trasmette quindi in maniera ereditaria, ma esistono anche i cosiddetti casi sporadici: un albero genealogico dominante inizia sempre con una nuova mutazione. E’ infatti possibile che i genitori di un individuo con malattia autosomica dominante possano essere sani e in tal caso si deduce che la malattia nel nuovo individuo origina da una mutazione ex novo che si è verificata accidentalmente durante la formazione di un gamete: il soggetto colpito può trasmettere geneticamente al 50% il suo gene mutato alla prole, iniziando così una storia di familiarità, a meno che non venga escluso dalla riproduzione.

I genitori sani del soggetto ammalato non rischiano di trasmettere quella mutazione ad altri figli a meno che la  mutazione non avvenga nella linea germinale, cioè durante i primi stadi  di vita embrionale del genitore fenotipicamente normale quando è presente solo qualche precursore delle cellule germinali.

La cellula contenente la nuova mutazione può quindi fornire molte cellule mutate alla gonade in sviluppo: infatti studi molecolari hanno confermato che molti spermatozoi possono trasportare la mutazione quando questa avviene nella linea germinale.

In tali casi, esiste purtroppo la probabilità di avere anche altri figli affetti da genitori sani.

Una malattia autosomica recessiva è una malattia genetica dovuta a un gene difettoso presente su un autosoma. Questo tipo di malattie può esprimersi fenotipicamente solo quando il genotipo è omozigote recessivo per il gene che controlla quel carattere e con nessuna sintomatologia clinica negli eterozigoti che sono pertanto portatori sani.