DNA

e struttura del DNA

Il DNA (acido desossiribonucleico) è una complessa sostanza chimica che si trova nel nucleo di tutte le cellule ed è il depositario dell’informazione genetica. Il DNA è dunque il materiale ereditario responsabile delle caratteristiche degli individui ed è unico per ogni individuo e diverso da individuo a individuo (eccetto che per i gemelli omozigoti, il cui DNA è identico). Chimicamente è un polimero i cui monomeri sono i nucleotidi. Ogni nucleotide è costituito da tre componenti: un gruppo fosfato, uno zucchero (desossiribosio) e una base azotata. Le basi azotate sono quattro e sono complementari; il loro appaiamento è: adenina-timina, guanina-citosina e avviene grazie a ponti idrogeno.
L’informazione genetica risiede nella sequenza di basi. La struttura è a doppia elica e le due catene polinucleotidiche avvolte l’una intorno all’altra sono di polarità opposta, cioè le posizioni 3′ e 5′ delle molecole di desossiribosio in una catena sono orientate in direzione opposta a quella delle molecole della catena complementare. Gli scheletri zucchero-fosfato si trovano all’esterno, le basi azotate all’interno.
Alla molecola di DNA sono associati gli istoni (proteine basiche), che sono essenziali per permettere lavvolgimento e il ripiegamento del DNA in strutture estremamente compatte, vale a dire i cromosomi, visibili solo durante la divisione cellulare. Ciascun cromosoma contiene una doppia elica di DNA che si estende da una estremità all’altra del cromosoma stesso. Nel nucleo delle cellule somatiche sono presenti due serie di cromosomi omologhi e sono dette diploidi mentre nel nucleo dei gameti (spermatozoi e cellule uovo) ogni cromosoma è presente in singola copia ed è detto aploide.

Genotipo e fenotipo

Il genotipo è la costituzione genetica di una singola cellula o di un singolo organismo, mentre il fenotipo è l’insieme delle caratteristiche visibili di una cellula o di un organismo. Il fenotipo non è determinato solo dai geni, ma dipende anche dall’interazione del genotipo con l’ambiente. Nei gemelli monozigoti è presente lo stesso genotipo.

Gene e locus genico

Il gene è l’unità ereditaria fondamentale del cromosoma mentre il locus è la posizione, ovvero il sito occupato dal gene su un cromosoma. Ogni paio di cromosomi contiene gli stessi geni nello stesso ordine lineare, ma non necessariamente in forma identica. Forme diverse di un gene sono dette alleli. Se due cromosomi omologhi portano per uno stesso locus alleli uguali l’individuo è detto omozigote, se diversi l’individuo è detto eterozigote.

Polimorfismi del DNA :

In genetica, il polimorfismo può essere di tipo proteico o genetico. In questo secondo caso, le varianti genetiche possono riguardare un gene, vale a dire un tratto di DNA codificante una proteina, oppure un tratto di DNA non codificante. E nel secondo caso che si parla di polimorfismo del DNA. In questo caso quindi la variazione di sequenza nucleotidica avviene in un tratto di DNA non codificante che costituisce circa il 98% del genoma. Il restante 2% circa costituisce la parte codificante che contiene i geni espressi. Poiché interessano generalmente il DNA non codificante, i polimorfismi del DNA rappresentano differenze tra individui, senza conseguenze sul fenotipo. Quindi, non è possibile rilevarli osservando le caratteristiche fenotipiche di un individuo. Esistono diversi tipi di polimorfismi del DNA: polimorfismi di singoli nucleotidi, polimorfismi di ripetizione, polimorfismi di restrizione. Noi ci occuperemo solo dei polimorfismi di ripetizione, cioè i polimorfismi dovuti alla presenza di un numero variabile di sequenze nucleotidiche ripetute una di seguito all’altra. I polimorfismi di ripetizione comprendono i microsatelliti (zone di ripetizione del DNA). Per un determinato microsatellite possono esistere numerosi alleli diversi, che differiscono tra loro per il numero di ripetizioni, ad esempio da 1 a 20 ripetizioni.

PCR (Polymerase Chain Reaction)

Dopo aver estratto il DNA vi è bisogno di grandi quantità di esso e va perciò amplificato. Questa amplificazione verrà fatta attraverso il metodo della PCR che amplifica determinate zone del DNA mediante reazioni a catena della DNA polimerasi. C’è da sottolineare che il DNA non va amplificato tutto in quanto non ci interesserebbe perché a livello di nucleotidi siamo tutti uguali. La differenza sta nell’espressione genica infatti ogni individuo ha una regolazione diversa di espressione genica. E qui che ci si ricollega ai polimorfismi e soprattutto ai microsatelliti che definiscono la persona. Vanno comunque analizzati molti microsatelliti finché non si trovano quelli diversi perché infatti alcuni di essi possono essere uguali. Un esempio di profilo di amplificazione standard consiste nella denaturazione del DNA, lappaiamento dei primers e la sintesi di DNA. Al termine del primo ciclo di PCR da una doppia elica di DNA se ne ottengono due. Ripetendo il ciclo numerose volte, si ottiene una massiccia amplificazione specifica di un dato tratto, corrispondente a DNA in quantità tale da essere visualizzabile in un gel di agarosio mediante colorazione specifica del DNA. Il confronto sarà poi di tipo visivo.
_La replicazione comincia in corrispondenza di siti detti origine di replicazione presenti ad intervalli lungo i cromosomi. In questi siti, alcune proteine srotolano la doppia elica di DNA, rompendo i legami a idrogeno tra le basi dei due filamenti complementari. Lallineamento e unione tra loro dei nucleotidi complementari avviene per azione della DNA polimerasi. La DNA polimerasi (tag polimerasi) per iniziare il processo ha anche bisogno di un innesco (detto anche primer), a cui attaccarsi e procedere con la polimerizzazione. Durante la replicazione del DNA, il primer è costituito da una corta sequenza polinucleotidica di RNA. La replicazione è semiconservativa: ogni singolo filamento della molecola madre serve da stampo per la sintesi di un nuovo filamento, per cui ogni doppia elica figlia sarà costituita da un filamento vecchio e da un filamento nuovo. Le molecole risultanti sono copie esatte dell’originale.

DNA profiling (test del DNA)

Il test del DNA si basa sull’analisi dei microsatelliti, dopo estrazione del DNA dal campione in esame, amplificazione delle sequenze di DNA relative ai microsatelliti ed elettroforesi. Nel caso del DNA profiling si prendono in considerazione i microsatelliti. Dato il loro elevato polimorfismo (elevato numero di alleli), i microsatelliti sono pertanto degli ottimi marcatori genetici e consentono di distinguere tra loro due individui. Un vantaggio di questa tecnica è che essa consente di analizzare il DNA di un individuo, partendo da quantità molto piccole di materiale biologico che può essere prelevato anche solo da un capello, saliva, sudore … Se l’individuo è omozigote per il locus analizzato (sui due cromosomi omologhi è presente lo stesso numero di ripetizioni), si osserverà una sola banda il cui peso molecolare corrisponde alla lunghezza della ripetizione. Se invece l’individuo è eterozigote (sui due cromosomi omologhi il numero di ripetizioni è diverso), si osserveranno due bande di diverso peso molecolare a seconda della lunghezza della ripetizione.