APLOTIPO: METODI DI STUDIO, DIAGNOSI, MALATTIE, ESEMPI - BIOLOGIA - 2025

Un aplotipo è una regione del genoma che tende ad essere ereditata insieme attraverso più generazioni; tipicamente è tutto sullo stesso cromosoma. Gli aplotipi sono il prodotto del legame genetico e rimangono intatti durante la ricombinazione genetica.

La parola "aplotipo" deriva da una combinazione della parola "aploide" e della parola "genotipo". "Aploide" si riferisce alle cellule con un unico insieme di cromosomi e "genotipo" si riferisce alla composizione genetica di un organismo.

Schema della distribuzione degli aplotipi del cromosoma Y nelle popolazioni asiatiche (Fonte: Moogalord tramite Wikimedia Commons) Seguendo la definizione, un aplotipo può descrivere una coppia di geni o più che sono ereditati insieme su un cromosoma da un genitore, oppure può descrivere un cromosoma ereditato interamente da un genitore, come il cromosoma Y nei maschi.

Ad esempio, quando gli aplotipi condividono geni per due diversi caratteri fenotipici, come il colore dei capelli e il colore degli occhi, gli individui che possiedono il gene per il colore dei capelli possiedono anche l'altro gene per il colore degli occhi.

Gli aplotipi sono uno degli strumenti oggi più utilizzati per lo studio della genealogia, per risalire all'origine di malattie, per caratterizzare la variabilità genetica e la filogeografia di popolazioni di differenti tipologie di esseri viventi.

Esistono molteplici strumenti per lo studio degli aplotipi, uno dei più utilizzati oggi è "Haplotype map" (HapMap), che è una pagina web che permette di determinare quali sono i segmenti del genoma che sono aplotipi.

Metodi di studio

Gli aplotipi rappresentano un'opportunità per comprendere l'eredità dei geni e il loro polimorfismo. Con la scoperta della tecnica "Polymerase Chain Reaction" (PCR), sono stati compiuti molti progressi nello studio degli aplotipi.

Attualmente esistono numerose metodologie per lo studio degli aplotipi, alcune delle più rilevanti sono:

Sequenziamento del DNA e rilevamento di polimorfismi a singolo nucleotide (SNP)

Lo sviluppo di tecnologie di sequenziamento di nuova generazione ha rappresentato un grande passo avanti per lo studio degli aplotipi. Le nuove tecnologie consentono di rilevare variazioni fino a una singola base nucleotidica in regioni specifiche di un aplotipo.

In bioinformatica, il termine aplotipo viene utilizzato anche per riferirsi all'eredità di un gruppo di polimorfismi a singolo nucleotide (SNP) nelle sequenze di DNA.

Combinando i programmi bioinformatici con il rilevamento degli aplotipi utilizzando il sequenziamento di nuova generazione, è possibile identificare con precisione la posizione, la sostituzione e l'effetto di ogni cambiamento di base nel genoma di una popolazione.

Microsatelliti (SSRS)

I microsatelliti o SSRS, derivano il loro nome dall'inglese “S imple Sequence Repeat and Short Tandem Repeat”. Queste sono brevi sequenze nucleotidiche che si ripetono in successione all'interno di una regione del genoma.

È comune trovare microsatelliti all'interno di aplotipi non codificanti, quindi, attraverso la rilevazione di variazioni nel numero di ripetizioni dei microsatelliti, è possibile osservare i diversi alleli negli aplotipi degli individui.

Marcatori molecolari microsatelliti sono stati sviluppati per la rilevazione di una miriade di aplotipi, dal sessaggio di piante come la papaia (Carica papaya) alla rilevazione di malattie umane come l'anemia falciforme.

Polimorfismi della lunghezza del frammento amplificato (AFLP)

Questa tecnica combina l'amplificazione con le reazioni PCR con la digestione del DNA con due diversi enzimi di restrizione. La tecnica rileva loci polimorfici negli aplotipi in base ai diversi siti di clivaggio nella sequenza del DNA.

Per illustrare meglio la tecnica, immaginiamo tre frammenti di tessuto della stessa lunghezza, ma tagliati in siti diversi (questi frammenti rappresentano tre frammenti di aplotipo amplificati con PCR).

Nel momento in cui il tessuto viene tagliato, si otterranno molti pezzi di dimensioni diverse, poiché ogni tessuto viene tagliato in punti diversi. Ordinando i frammenti in base al tipo di tessuto da cui provengono, possiamo vedere dove si trovano le differenze tra i tessuti o negli aplotipi.

Diagnosi e malattie

Un importante vantaggio dello studio genetico degli aplotipi è che rimangono pressoché intatti o inalterati per migliaia di generazioni, e questo permette l'identificazione di antenati remoti e ciascuna delle mutazioni che gli individui contribuiscono allo sviluppo di malattie.

Gli aplotipi nell'umanità variano a seconda delle razze e, in base a questo primo, sono stati rilevati geni all'interno degli aplotipi che causano gravi malattie in ciascuna delle razze umane.

Il progetto HapMap comprende quattro gruppi razziali: europei, nigeriani, yoruba, cinesi han e giapponesi.

In questo modo, il progetto HapMap può coprire i diversi gruppi di popolazione e tracciare l'origine e l'evoluzione di molte delle malattie ereditarie che colpiscono ciascuna delle quattro razze.

Una delle malattie più frequentemente diagnosticate utilizzando l'analisi degli aplotipi è l'anemia falciforme negli esseri umani. Questa malattia viene diagnosticata monitorando la frequenza degli aplotipi africani in una popolazione.

Essendo una malattia originaria dell'Africa, l'identificazione di aplotipi africani nelle popolazioni rende facile rintracciare persone che hanno la mutazione nella sequenza genetica delle beta globine negli eritrociti falciformi (caratteristica della patologia).

Esempi

Con gli aplotipi si costruiscono alberi filogenetici che rappresentano le relazioni evolutive tra ciascuno degli aplotipi trovati in un campione di molecole di DNA omologhe o della stessa specie, in una regione che ha poca o nessuna ricombinazione.

Uno dei rami più studiati attraverso gli aplotipi è l'evoluzione del sistema immunitario umano. Per i genomi di Neanderthal e Denisovan sono stati identificati aplotipi che codificano per il recettore TOll-like (un componente chiave del sistema immunitario innato).

Ciò consente loro di tenere traccia di come le sequenze genetiche nelle popolazioni umane "moderne" siano cambiate dalle sequenze aplotipiche corrispondenti agli esseri umani "antichi".

Costruire una rete di relazioni genetiche a partire dagli aplotipi mitocondriali studia come si verifica l'effetto fondatore nelle specie, poiché ciò consente agli scienziati di identificare quando le popolazioni hanno smesso di riprodursi tra di loro e si sono stabilite come specie separate.

Distribuzione dell'aplotipo R (Y-DNA) nelle popolazioni native (Fonte: Maulucioni, tramite Wikimedia Commons) La diversità dell'aplotipo viene utilizzata per tracciare e studiare la diversità genetica degli animali allevati in cattività. Queste tecniche vengono utilizzate soprattutto per le specie che sono difficili da monitorare in natura.

Specie animali come squali, uccelli e grandi mammiferi come giaguari, elefanti, tra gli altri, vengono costantemente valutati geneticamente attraverso aplotipi mitocondriali per monitorare lo stato genetico delle popolazioni in cattività.

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