Esercizi di genetica: sindrome di Down, un approfondimento

Chiedilo a Tania

Qualche tempo fa Laura ha chiesto la soluzione di questo esercizio.

Una coppia ha un figlio con sindrome di down da traslocazione 14/21. Quale corredo cromosomico è atteso nell'uno e/o nell'altro dei genitori e quale probabilità hanno di concepire un altro figlio affetto?

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovate qui ed il titolo del post è: Esercizi di genetica: sindrome di Down
Riporto qui i tratti salienti del post:
La sindrome di Down (nota anche come trisomia 21) è una mutazione genomica, che riguarda il numero dei cromosomi; le persone affette hanno 47 cromosomi, ovvero un cromosoma 21 soprannumerario.
La trisomia è dovuta dalla mancata disgiunzione dei cromosomi della coppia 21 durante la meiosi.
Per capire il meccanismo riporto due chiarissime immagini dal sito http://www.vialattea.net

Assetto cromosomico dei gameti in una meiosi normale 

Assetto cromosomico dei gameti in una meiosi dove si verifica una non disgiunzione.

La mancata disgiunzione (parte sinistra della figura) porta alla formazione di gameti con due cromosomi 21 oppure alla formazione di gameti privi del cromosoma 21. 
Nel primo caso, se avviene la fecondazione, il bambino sarà affetto dalla sindrome di Down.
Nel secondo caso, invece, i gameti privi del cromosoma 21 non potranno dar luogo ad una progenie vitale. 
In una piccola percentuale, circa il 3%, la causa della sindrome di Down è da ricercarsi in una traslocazione di materiale genetico, proveniente da altri cromosomi (solitamente dal cromosoma 14), sul cromosoma 21. Uno dei due genitori è portatore di questa traslocazione, nota come traslocazione robertsoniana.
Nell'immagine sottostante si vede a sinistra, un portatore di traslocazione  robertsoniana: il cromosoma 14 ed il 21 sono uniti. Il cromosoma 21 è mostrato in azzurro, il cromosoma 14 in nero. Il portatore di traslocazione  robertsoniana è perfettamente sano.
I gameti di un genitore portatore di traslocazione, uniti a gameti di un genitore con cariotipo normale, danno luogo alla formazione di sei cariotipi potenziali:

• tre non vitali
• uno normale
• uno portatore di traslocazionerobertsoniana (Carrier)
• uno con 3 cromosomi 21 (di cui uno unito al cromosoma 14) ovvero affetto dalla sindrome di Down

Immagine dal sito http://www.sciencedirect.com
Figure 2. Robertsonian translocation of the long arm of chromosome 21 to another chromosome (14) leading to an asymptomatic carrier. Material from chromosome 21 is shown in gray, and material from chromosome 14 is black. Gametes from a carrier parent mated with gametes from parents with normal karyotype lead to six potential karyotypes, of which three are non-viable, one normal, and one with the Robertsonian translocation type of Down's syndrome.

In questo caso, ad ogni concepimento, la probabilità di avere un bambino con sindrome di Down è dunque 1 su 6, ovvero 1 su 3 nati vivi.
Ora Laura mi chiede una precisazione. Ecco cosa mi ha scritto:
"Quello che non ho capito dell'esercizio sulla sindrome di Down è in base a cosa si stabilisce quale corredo cromosomico è atteso nell'uno e/o nell'altro dei genitori e in base a cosa si stabilisce che probabilità hanno di concepire un'altro figlio affetto. Non ho ben capito come fa a dare la risposta."
Per rispondere proviamo ad analizzare in quali casi un bambino può essere affetto dalla sindrome di Down.
Un bambino affetto dalla trisomia 21 può presentare una di queste due situazioni.
Quella rappresentata a sinistra è totalmente casuale. I dati statistici ci dicono che è correlata all'età materna ma non si possono fare previsioni. (Grafico di Wikipedia).

La situazione rappresentata a destra, invece, riguarda il 3% dei bambini affetti da trisomia 21: essi presentano due cromosomi 21 ed un cromosoma 14 normali. 
La patologia è causata dalla presenza di un cromosoma 14 al quale è attaccato un cromosoma 21. Questa situazione genera la presenza di due cromosomi 14 e 3 cromosomi 21, ovvero la sindrome di Down.
Il cromosoma 14 e il 21 sono uniti e si parla di traslocazione. Tale condizione non può essere causale ma è ereditata da uno dei genitori. 
L'unico modo affinché si verifichi questa condizione è che uno dei genitori sia sano (Normal) e l'altro presenti una traslocazione  robertsoniana  (Carrier), come mostrato nella figura.

Immagine dal sito http://www.sciencedirect.com

Se un bambino presenta la sindrome di Down, attraverso l'analisi del cariotipo, è possibile stabilire se si tratta del primo o del secondo caso.
Quindi, vediamo le due domande di Laura.
In base a cosa si stabilisce quale corredo cromosomico è atteso nell'uno e/o nell'altro dei genitori?
Se la sindrome di Down non è dovuta a traslocazione, il corredo cromosomico dei genitori sarà assolutamente normale perché la patologia è dovuta ad una mancata disgiunzione dei cromosomi della coppia 21 durante la meiosi. L'immagine mostra cosa è avvenuto, in uno dei due genitori, durante la meiosi:

Assetto cromosomico dei gameti in una meiosi dove si verifica una non disgiunzione.

Dei 4 possibili gameti, il primo, avendo due cromosomi 21, porterà il nascituro ad avere la trisomia 21.
Se, invece, la sindrome di Down è causata da traslocazione, sarà l'analisi del cariotipo dei genitori a stabilire chi dei due è portatore e chi è sano. Non è possibile stabilirlo a priori.

E ora la seconda domanda: in base a cosa si stabilisce che probabilità hanno di concepire un'altro figlio affetto?
La probabilità di concepire un figlio affetto è la medesima ad ogni concepimento.

Immagine dal sito http://www.sciencedirect.com

L'immagine mostra le sei combinazioni possibili, tre delle quali (le prime 3 a sinistra) non vitali.
Considerando solo le combinazioni vitali, si presentano tre casi possibili:

• uno normale
• uno portatore di traslocazionerobertsoniana (Carrier)
• uno con 3 cromosomi 21 (di cui uno unito al cromosoma 14) ovvero affetto dalla sindrome di Down

Ad ogni concepimento un bambino su 3 (nati vivi) sarà affetto dalla sindrome di Down; ovvero, ad ogni concepimento, la probabilità di avere un figlio con sindrome di Down (dovuta a traslocazione  robertsoniana) è del 33,3%.

Spero che ora sia un po' più chiaro! :-)

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Tania Tanfoglio