cromosòma

Descrizione generale

sm. (pl. -i) [sec. XX; cromo-+-soma]. Struttura del nucleo cellulare che, dal punto di vista genetico, può essere definita come una sequenza lineare di geni associati tra loro. I cromosomi sono ben evidenziabili durante i processi di divisione cellulare, quando la cromatina del nucleo si spiralizza divenendo facilmente identificabile in singole strutture, i cromosomi metafasici, costituiti ciascuno da due subunità, i cromatidi. In effetti, quando si studia al microscopio ottico o elettronico il ciclo continuo di trasformazioni della cromatina, si blocca praticamente in un'immagine fotografica solo un particolare momento di un processo dinamico; ciò rende ragione da un lato delle difficoltà che si incontrano nell'interpretazione dei dati e dall'altro della non uniformità di vedute e di terminologia. Il termine cromosoma, infatti, venne introdotto per indicare quelle strutture messe in evidenza con i coloranti basici durante la divisione cellulare. Il termine viene usato non solo per designare il filamento a doppia elica di DNA che costituisce, al livello più intimo di struttura, il cromosoma della citologia classica, ma anche altre strutture quali il “cromosoma interfasico”, che è una contraddizione in termini (all'interfase il cromosoma non lo si vede più) o addirittura il “cromosoma batterico” quando nei Batteri, oltre a non esistere un “corpo” contenente DNA colorabile con i metodi di citologia classica, sono presenti semplici filamenti di DNA a doppia elica.

Scienze mediche: citologia, struttura

Il genetista E. J. Du Praw ha proposto un modello di struttura del cromosoma che trova gran credito e viene detto modello a “fibre ripiegate” o mononemico. In base a questa visione del cromosoma una singola doppia elica di DNA con delle proteine associate (cioè della cromatina) viene a formare una microfibrilla strettamente avvolta a spirale, la quale a sua volta costituisce una fibra con dimensioni di 200-300 Å. Questa fibra si ripiega sia trasversalmente sia longitudinalmente, condensandosi (unendosi a proteine, RNA, sali minerali, ecc.) e formando quello che in citologia classica è il cromatidio. Tale struttura coincide, quindi, con quella del cromonema dei microscopisti ottici, la cui dimensione è di 1000-1500 Å. Ciascun cromatidio è così visto, nel modello di Du Praw, come un'unica lunga molecola di desossiribonucleoproteine (DNP). Nella divisione cellulare si formano coppie identiche di cromatidi: durante la profase le paia di cromatidi fratelli si condensano e danno vita al cromosoma così come lo vediamo nella metafase. I cromatidi fratelli restano uniti a livello di una costrizione primaria, detta centromero, da fibrille intercromatidiche di DNA non ancora duplicato. Quando all'anafase anche queste fibrille si duplicano, si ha la separazione dei due cromatidi in due entità, che migrano ai poli opposti della cellula e che sono i cromosomi anafasici neoformati. L'interpretazione di Du Praw ammette che le fibrille di cromatina sussistano come tali lungo tutto il ciclo cellulare e che la loro spiralizzazione conduca alla formazione dei cromosomi. Contrapposte alle teorie mononemiche vi sono quelle polinemiche, per cui il cromosoma è costituito non da una ma da un fascio di identiche molecole di DNA-istoni (cromatina) disposte in primo grado parallelamente tra loro e successivamente ripiegantisi più e più volte per originare il cromosoma metafasico. Sperimentalmente, inoltre, è stata dimostrata l'esistenza di più punti indipendenti di replicazione del DNA lungo l'asse del cromosoma: questo giustificherebbe l'apparente eccessiva lunghezza delle fibrille di cromatina nei nuclei che richiederebbero un tempo di replicazione più lungo del periodo “S”.

Scienze mediche: composizione chimica del corredo cromosomico

Dal punto di vista chimico i cromosomi sono costituiti da DNA, proteine istoniche e non-istoniche, RNA, sali minerali e tracce di altri composti. L'RNA presente è essenzialmente di tipo ribosomiale e la sua presenza ha un significato di tipo adattativo, nel senso che questo RNA assicurerebbe una quantità di ribosomi immediatamente necessaria alla cellula neoformata per espletare sintesi di proteine essenziali per la vita della cellula stessa. La presenza del DNA (il materiale genetico che ha una struttura molecolare capace di autoduplicarsi) e la struttura fibrillare dei cromosomi spiegano anche la loro capacità di duplicazione. L'insieme dei cromosomi presenti in ogni cellula somatica di un organismo è detto corredo cromosomico ed è costante sotto il profilo sia numerico sia morfologico. "Per il cariogramma di maschio della specie umana vedi schema al lemma del 7° volume." Il numero dei cromosomi viene indicato con 2n in quanto essi sono presenti a coppie: i membri della coppia sono detti omologhi e un omologo ha origine paterna mentre l'altro materna; le varie coppie cromosomiche sono numerate con cifre arabe. Nel corredo cromosomico esistono, in genere nelle specie animali, due cromosomi detti sessuali (o eterocromosomi), in quanto sono implicati nei meccanismi di determinazione del sesso, i rimanenti cromosomi sono detti autosomi. Nei gameti (uovo e spermatozoo) il corredo cromosomico "Lo schema del cariogramma di maschio della specie umana è a pag. 444 del 7° volume." è aploide (n), cioè formato da una sola serie (materna o paterna) di cromosomi, in quanto durante la divisione meiotica, che porta alla formazione dei gameti, si ha una riduzione alla metà del numero diploide, in modo tale che alla fecondazione venga ristabilito il numero 2n caratteristico della specie, senza produrre variazioni numeriche che trasformerebbero totalmente i discendenti. Il corredo cromosomico è comunque soggetto a forze modificatrici sia del numero sia della morfologia, ma ciò avviene lentamente nel tempo, a seguito di mutazioni oppure per motivi patologici.

Scienze mediche: caratteri morfologici

I cromosomi quali si vedono durante la metafase o l'anafase mitotica o meiotica si possono distinguere in varie forme secondo la posizione del centromero, che appare come una zona più chiara del cromosoma a partire dalla quale lo stesso resta diviso in due parti dette braccia. Se il centromero si trova a una estremità, il cromosoma viene detto telocentrico; acrocentrico nel caso si abbiano due braccia fortemente disuguali; submetacentrico se le braccia sono disuguali; metacentrico nel caso le braccia siano quasi uguali. Parametri validi per l'identificazione di un cromosoma, oltre alla sua lunghezza e alla posizione del centromero, sono l'indice centromerico (rapporto tra braccio corto e lunghezza totale del cromosoma) e il rapporto tra le lunghezze delle braccia. Il centromero costituisce il punto di inserzione delle fibre del fuso e contiene un granulo o sferula, detto granulo del cinetocore, costituito da due distinti granuli cinetocorici e a questi sono attaccati da quattro a sette tubuli del fuso. Altre caratteristiche morfologiche che distinguono i vari cromosomi sono: le costrizioni secondarie, che si differenziano dalla primaria per l'assenza di un ripiegamento al loro livello dell'asse del cromosoma; i satelliti, che sono dei corpiccioli separati dal cromosoma da pochi filamenti cromatinici; i telomeri, o parti terminali del cromosoma, che possono presentare colorazioni più o meno intense; le zone nucleolari, che appaiono come costrizioni secondarie e costituiscono delle zone specializzate per l'organizzazione del nucleolo; generalmente per ogni corredo cromosomico esistono due cromosomi con tale struttura.

Scienze mediche: il bandeggiamento

Per la distinzione morfologica di un cromosoma dall'altro si possono, in prima approssimazione, utilizzare i criteri morfologici che, però, sono soggetti a notevole variabilità in dipendenza dall'operatore. Più precise e oggettive sono le tecniche di colorazione differenziale del cromosoma, dette bandeggiamento "I disegni schematici dei cromosomi in cui è evidenziato il banding sono a pag. 444 del 7° volume." (banding). "Per i cromosomi in cui è evidenziato il banding vedi disegni al lemma del 7° volume." Inoltre, tali tecniche permettono di studiare meglio, da un punto di vista citochimico, la struttura intima del cromosoma. Esse sono di grande aiuto nel campo della patologia cromosomica umana legata a particolari sindromi, permettendo l'identificazione certa della trasformazione cariotipica implicata nelle varie sindromi. Notevole è stato anche l'apporto di queste tecniche nel campo degli studi evoluzionistici: infatti si sono potuti costruire alberi filogenetici basati sui cromosomi, del tutto analoghi a quelli ottenuti con i dati anatomici. Svariati sono i tipi di bande che si possono ottenere in rapporto al trattamento effettuato: le bande Q sono ottenute mediante il colorante quinacrina; le TG sono così chiamate per l'impiego di tripsina (che è un enzima in grado di attaccare certe proteine) e di Giemsa (che è un colorante comunemente utilizzato in citologia); le ASG, così chiamate in quanto i cromosomi vengono trattati con una soluzione aceto-salina prima di essere colorati con Giemsa. Le RB (Reversal bands) si ottengono scaldando i preparati cromosomici a un pH adatto e colorando con Giemsa: le bande che compaiono sono all'inverso rispetto a quelle G, colorate semplicemente con Giemsa; una variante di questo procedimento permette di ottenere le bande T (terminali). Le FB (Feulgen bands) si ottengono dopo un blando trattamento con alcali seguito da incubazione in soluzioni saline fredde. In un cromosoma sottoposto a queste tecniche si distinguono bande (fasce particolarmente colorate) e interbande (poco colorate o addirittura negative al colorante): bande e interbande sono particolari regioni del cromosoma in cui la risposta del DNA ai trattamenti necessari per l'ottenimento delle bande è diversa in ragione della diversa costituzione del DNA cromosomico e in ultima analisi della sua distribuzione. Ed è proprio questo che facilita non solo il riconoscimento e l'individuazione dei vari cromosomi ma anche lo studio delle loro funzioni specifiche.

Scienze mediche: cromosomi giganti

Cromosomi giganti, cromosomi di dimensioni insolitamente grandi (possono raggiungere anche 300 μ di lunghezza, 20 μ di larghezza), presenti nelle cellule delle ghiandole salivari di alcuni Ditteri (per esempio Drosophila melanogaster). Apparentemente il loro numero è aploide, in quanto sono strettamente appaiati a due a due e non è possibile distinguere i due componenti di una coppia. Lo spessore dei cromosomi giganti è spiegato dal fenomeno della politenia, per cui alla moltiplicazione dei cromosomi non corrisponde una divisione cellulare (endomitosi). La lunghezza particolare dei cromosomi giganti viene spiegata dalla mancata spiralizzazione. Il loro studio ha permesso di localizzare un certo numero di geni in vari segmenti dei cromosomi. Questi cromosomi si sono dimostrati anche di notevole interesse nell'analisi dei casi di alterazioni cromosomiche.

Scienze mediche: cromosomi a spazzola

Negli oociti di alcuni Vertebrati (Pesci, Anfibi, Rettili, Uccelli) è possibile evidenziare particolari cromosomi, di insolita grandezza, che in alcuni stadi della meiosi si presentano allungati rispetto alla norma e con un aspetto a spazzola, dovuto ad anse di materiale proteico e di RNA che si formano attorno all'asse di DNA.

C. P. Swanson, Citology and Cytogenetics, New York, 1957; J. Paul, Cell Biology, Londra, 1965; U. Mittwoch, Sex Chromosomes, New York, 1967; C. U. M. Smith, Biologia molecolare, Milano, 1971; L. De Carli, Meccanica cromosomica ed eredità, Padova, 1982.