Il processo di eliminazione spontanea deve includere due rotture cromosomiche per tagliare il segmento intermedio. Se le due estremità si uniscono e una di esse porta il centromero, si ottiene un cromosoma accorciato, che si dice porti una delezione. Il frammento eliminato è acentrico; di conseguenza è immobile e andrà perduto. Un mutageno efficace per indurre riarrangiamenti cromosomici di tutti i tipi è la radiazione ionizzante. Questo tipo di radiazione, di cui sono esempi i raggi X e i raggi γ, è altamente energetico e provoca rotture cromosomiche. Il modo in cui le interruzioni si ricongiungono determina il tipo di riorganizzazione prodotto. Sono possibili due tipi di eliminazione: due interruzioni possono produrre un’eliminazione interstitial, come mostrato nella Figura 17-2. In linea di principio, una singola interruzione può causare la cancellazione del terminale; ma, a causa della necessità di speciali punte cromosomiche (telomeri), è probabile che apparentemente le delezioni terminali includano due interruzioni, una vicino al telomero.

Gli effetti delle eliminazioni dipendono dalla loro dimensione. Una piccola delezione all’interno di un gene, chiamata delezione intragenica, inattiva il gene e ha lo stesso effetto di altre mutazioni nulle di quel gene. Se il fenotipo nullo omozigote è vitale (come, ad esempio, nell’albinismo umano), allora anche la delezione omozigote sarà praticabile. Le delezioni intrageniche possono essere distinte dalle modifiche a singolo nucleotide perché non sono reversibili.

Per la maggior parte dei casi In questa sezione, tratteremo delle delezioni multigeniche, quelle che rimuovono da due a diverse migliaia di geni. Le delezioni multigeniche hanno conseguenze. Se mediante consanguineità tale delezione viene resa omozigote (cioè, se entrambi gli omologhi hanno la stessa delezione), allora la combinazione è quasi sempre letale. Questo risultato suggerisce che la maggior parte delle regioni dei cromosomi sono essenziali per la vitalità normale e che l’eliminazione completa di qualsiasi segmento dal genoma è deleteria. Anche gli individui eterozigoti per una delezione multigenica – quelli con un omologo normale e uno che porta la delezione – potrebbero non sopravvivere. Ci sono diverse possibili ragioni per questa incapacità di sopravvivere. In primo luogo, un genoma è stato “messo a punto” durante l’evoluzione per richiedere uno specifico equilibrio di geni, e la delezione ha sconvolto questo equilibrio. Incontreremo questa nozione di equilibrio più volte in questo capitolo e nel prossimo, perché diversi tipi di mutazioni cromosomiche sconvolgono la relazione, o equilibrio, dei geni in un genoma. In secondo luogo, in molti organismi ci sono mutazioni letali necessarie e altre mutazioni deleteri in tutto il genoma. Se “coperto” da alleli wild-type sull’altro omologo, questi recessivi non sono espressi. Tuttavia, una delezione può “scoprire” recessivi, consentendo la loro espressione a livello fenotipico.

Tuttavia, alcune piccole delezioni sono praticabili in combinazione con un normale omologo. In questi casi, la delezione a volte può essere identificata mediante analisi citogenetica. I cromosomi ifmeiotici vengono esaminati in un singolo portatore ing una delezione eterozigote, la regione della delezione può essere determinata dal fallimento del segmento corrispondente sull’omologo normale da accoppiare, risultando in un loop di delezione (Figura 17-3a). Negli insetti, i loop di delezione vengono rilevati nei cromosomi di politene, in cui gli omologhi sono fusi (Figura 17-3b). Un’eliminazione può essere assegnata a una posizione cromosomica specifica determinando quale cromosoma mostra il loop di eliminazione e la posizione del loop lungo il cromosoma.

Le delezioni di alcune regioni cromosomiche producono i propri fenotipi unici. Un buon esempio è la delezione di una piccola regione cromosomica specifica di Drosophila. Quando un omologo porta la delezione, la mosca mostra un unico fenotipo ad ala di tacca, quindi la delezione agisce come una mutazione dominante in questo senso. Ma la delezione è letale quando omozigote e quindi agisce come arecessiva rispetto al suo effetto letale. L’effetto fenotipico dominante specifico di alcune delezioni potrebbe essere causato da una delle rotture cromosomiche che si trovano all’interno dell’agene, che, se interrotta, agirà come una mutazione dominante.

Quali sono le proprietà genetiche delle delezioni?Oltre ai criteri citogenetici, esistono diversi criteri puramente genetici per inferire la presenza di una delezione. Questi criteri sono particolarmente utili nelle specie i cui cromosomi non sono facilmente analizzabili citogeneticamente.

Due criteri genetici che abbiamo già incontrato. Il primo è l’incapacità del trecromosoma di sopravvivere come omozigote; tuttavia, questo effetto potrebbe anche essere prodotto da qualsiasi mutazione letale. In secondo luogo, i cromosomi con delezioni non possono mai tornare alla condizione anormale. Questo criterio è utile solo se esiste un fenotipo specifico associato alla delezione.

Un terzo criterio è che, nelle delezioni eterozigoti, le frequenze ricombinanti tra i geni che fiancheggiano la delezione sono inferiori rispetto alle croci di controllo. Ciò rende intuitivo perché parte della regione contiene una regione cromosomica non accoppiata, che non può partecipare al crossing-over. Vedremo che le inversioni hanno un effetto simile sulle frequenze ricombinanti ma possono essere distinte in altri modi.

Un quarto criterio per inferire la presenza di una delezione è che la delezione di un segmento su un omologo a volte smaschera gli alleli recessivi presenti su l’altro omologo, portando alla loro espressione inaspettata. Considera, ad esempio, le delezioni mostrate nel diagramma seguente:

In questo caso, nessuno dei sei alleli recessivi è previsto da esprimere, ma, ifb e c sono espressi, allora si suggerisce che una cancellazione si sia verificata sull’altro omologo che copre i loci b + ec +. Poiché in questi casi sembra che gli alleli recessivi stiano mostrando una dominanza, l’effetto è chiamato pseudodominanza.

L’effetto pseudodominanza può essere utilizzato anche nella direzione opposta. Un insieme noto di delezioni sovrapposte viene utilizzato per individuare le posizioni sulla mappa di nuovi alleli mutanti. Questa procedura è chiamata mappatura di eliminazione. Un esempio dal moscerino della frutta Drosophila è mostrato nella Figura 17-4. In questo diagramma, la mappa di ricombinazione è mostrata in alto, contrassegnata con distanze in unità di mappa dall’estremità sinistra. Le barre orizzontali sotto il cromosoma mostrano l’entità delle delezioni identificate a sinistra. La mutazione prugna (pn), ad esempio, mostra pseudodominanza solo con delezione264-38, che determina la sua posizione nella regione da 2D-4 a 3A-2. Tuttavia, fa mostra una pseudodominanza con tutte le delezioni tranne due, quindi la sua posizione può essere individuata nella banda 3C-7.

L’analisi di eliminazione rende possibile confrontare una mappa di collegamento basata sulla frequenza ricombinante con la mappa cromosomica basata sulla mappatura di eliminazione. In generale, laddove è stato effettuato questo confronto, le mappe corrispondono bene: un approvazione citologica soddisfacente di una creazione puramente genetica.

Inoltre, la pseudodominanza può essere utilizzata per mappare una piccola eliminazione che non può essere visualizzato al microscopio. Consideriamo un cromosoma X in Drosophila che trasporta un letale recessivo sospettato di essere adelezione; chiamiamo questo cromosoma “X *”. Possiamo incrociare femmine portatrici di X * con alleli recessivi portanti di loci su quel cromosoma. Ad esempio, una mappa di loci nella regione dell’estremità è

Supponiamo di ottenere tutte le mosche di tipo selvatico in incroci tra X * / X femmine e mal che trasportano y, dor, br, gt, rst e vt ma otteniamo la pseudodominanza di swa ew con X * (cioè X * / swa mostra il fenotipo swa recessivo e X * / w mostra il fenotipo w recessivo). Quindi abbiamo una buona prova genetica per una delezione del cromosoma che include almeno theswa e w loci ma non gt orrst.

I medici rilevano regolarmente delezioni nei cromosomi umani. Nella maggior parte dei casi, le eliminazioni sono relativamente piccole, ma hanno comunque un effetto fenotipico avverso, anche se eterozigote. Delezioni di specifiche regioni cromosomiche umane causano sindromi uniche di anomalie fenotipiche. Un esempio è la sindrome cri duchat, causata da una delezione eterozigote della punta del braccio corto del cromosoma 5 (Figura 17-5). È convenzione chiamare il braccio corto di un cromosoma pe chiamare il braccio lungoq. Le bande specifiche eliminate nella sindrome cri du chat sono 5p15.2 e 5p15.3, le due bande distali identificabili su 5p.Il fenotipo più caratteristico di questa sindrome è quello che le dà il nome, il caratteristico miagolio felino prodotto dai neonati con questa delezione. Altre manifestazioni fenotipiche della sindrome sono la microencefalia (testa anormalmente piccola) e una faccia lunare. Come le sindromi causate da altre delezioni, la sindrome di cri du chat include anche il ritardo mentale.

La maggior parte delle delezioni umane, come quelli che abbiamo appena considerato, sorgono spontaneamente nella linea germinale di un genitore normale di una persona affetta; quindi nessun segno di eliminazione si trova nei cromosomi somatici dei genitori. Tuttavia, come vedremo in una sezione successiva, alcune delezioni umane sono prodotte da irregolarità meiotiche in un genitore eterozigote per un altro tipo di riorganizzazione. La sindrome di Cri du chat, ad esempio, può derivare da un genitore eterozigote per una traslocazione.

I genetisti hanno mappato i geni umani dalle delezioni utilizzando una tecnica molecolare chiamata ibridazione in situ. Questa tecnica è stata introdotta nei capitoli 3 e 6, ma per ora possiamo rivedere le basi per mostrare l’utilità delle eliminazioni. Se un gene interessante o un altro frammento di DNA è stato isolato con l’uso della moderna tecnologia molecolare, può essere etichettato con un’etichetta radioattiva o chimica e quindi aggiunto a una preparazione cromosomica sotto il microscopio. In una tale situazione, il DNA riconosce e si lega fisicamente alla sua controparte cromosomica normale mediante accoppiamento nucleotidico ed è riconosciuto come un punto di radioattività o colorante. La posizione precisa di tali punti è difficile da correlare con bande specifiche, ma la tecnica di eliminazione viene in soccorso. Se una delezione si estende per il locus in questione, non apparirà alcun punto quando il test viene eseguito con il cromosoma che porta la delezione, perché la regione per il legame semplicemente non è presente (Figura 17-6). Salvando le linee cellulari dei pazienti con delezioni, i genetisti sviluppano pannelli di test di eliminazioni sovrapposte che abbracciano specifiche regioni cromosomiche e questi pannelli di test possono essere utilizzati per individuare la posizione di un gene. Un esempio dal cromosoma 11 è mostrato nella Figura 17-7. L’entità delle delezioni nel pannello del test è mostrata come barre verticali, mentre i frammenti di DNA codificati sotto il test sono mostrati a destra. Se il frammento 270, ad esempio, non è riuscito a legarsi alle delezioni35, 8, 10, 7, 9, 23, 24, A2, 27A e 4D ma si è legato alle altre delezioni, si può dedurre che questo pezzo di DNA provenisse originariamente da la regione compresa tra 11q13.5 e 11q21.

Le mutazioni cromosomiche spesso sorgono nelle cellule tumorali, e vedremo diversi casi in questo capitolo e nel prossimo. A titolo di esempio, la Figura 17-8 mostra alcune delezioni riscontrate in modo coerente nei tumori solidi. Non tutte le cellule di un tumore mostrano la delezione indicata e spesso in un tumore si può trovare una miscela di mutazioni cromosomiche differenti. Il contributo di tali cambiamenti al fenotipo del cancro non è compreso.

Un’interessante differenza tra animali e piante è rivelata dalle delezioni. Un animale malato che è eterozigote per un cromosoma delezione e uno normale produce spermatozoi funzionali che trasportano ciascuno dei due cromosomi in numeri approssimativamente uguali. In altre parole, lo sperma sembra funzionare in una certa misura indipendentemente dal loro contenuto genetico. Nelle piante diploidi, invece, il polline prodotto dall’adelezione eterozigote è di due tipi: (1) polline funzionale che trasporta il cromosoma normale e (2) polline non funzionale (o abortito) che trasporta l’omologo carente, quindi le cellule polliniche sembrano essere sensibile ai cambiamenti nella quantità di materiale cromosomico e questa sensibilità potrebbe agire per eliminare le delezioni. La situazione è piuttosto diversa per le piante poliploidi, che sono molto più tolleranti alle eliminazioni di polline. Questa tolleranza è dovuta al fatto che anche il polline trasporta diversi set cromosomici e la perdita di un segmento in uno di questi set è meno cruciale di quanto sarebbe in una cellula pollinica aploide.Anche gli ovuli nelle piante diploidi o poliploidi sono abbastanza tolleranti alle delezioni, presumibilmente a causa dell’effetto nutritivo dei tessuti materni circostanti.