Eredità genetica e ascendenza

Il nostro blog cerca sempre di essere informativo e accessibile, e lo scriviamo con l’obiettivo di renderlo semplice e comprensibile per qualsiasi lettore. In questa occasione, ci siamo permessi di essere un po’ più tecnici per spiegare alcuni fondamenti dell’ascendenza genetica. Ma non è necessario che comprendiate ogni parola o ogni affermazione nel dettaglio. Siamo sicuri che, alla fine della lettura di questo post, avrete i concetti principali che vi permetteranno di capire meglio cosa c’è dietro la creazione di uno studio di ascendenza personalizzato di 24Genetics.

Che cos’è l’eredità genetica?

Per comprendere la portata dei test di ascendenza e capire la scienza che ne è alla base, è necessario spiegare come è organizzato il materiale genetico e come funziona l’eredità genetica.

Come è organizzato il materiale genetico?

Il materiale genetico è la base chimica in cui sono immagazzinate tutte le informazioni necessarie per la produzione e la regolazione delle proteine e determina il destino delle nostre cellule e le informazioni che ci definiscono come individui. Il materiale genetico di quasi tutti gli organismi conosciuti, ad eccezione di alcuni virus, è organizzato sotto forma di DNA (acido desossiribonucleico). 

Il contenuto totale di DNA di un organismo è chiamato genoma. Il genoma umano può essere suddiviso in genoma nucleare e genoma mitocondriale. 

Da un lato, il genoma nucleare è costituito da 23 coppie di cromosomi che insieme contengono informazioni su circa 20.000 geni, per un totale di oltre 3 miliardi di nucleotidi. Vale la pena notare che di questi oltre 3 miliardi di nucleotidi che compongono il genoma umano, la variabilità tra gli individui risiede solo nello 0,1% delle posizioni. Queste 23 coppie di cromosomi sono organizzate in 22 coppie di cromosomi autosomici (o autosomi) e 1 coppia di cromosomi sessuali, XX per i maschi biologici e XY per le femmine biologiche.

Il genoma mitocondriale, invece, è costituito da un’unica catena circolare, la cui eredità è esclusivamente materna. 

Possiamo intendere il genoma come una raccolta di enciclopedie contenenti tutte le informazioni di cui una persona ha bisogno per crescere e svilupparsi. Questa enciclopedia ha 23 volumi, ognuno dei quali rappresenta ciascuna delle coppie di cromosomi, in cui possiamo leggere i geni, che potremmo rappresentare come le parole di questa enciclopedia. A loro volta, queste parole sono composte da lettere che, nel caso dei geni, corrispondono ai quattro tipi di nucleotidi che compongono il DNA: adenina, timina, citosina e guanina. Per ogni posizione ci saranno due possibili lettere (due possibili nucleotidi), che saranno gli alleli.  

Figura 1. Rappresentazione del materiale genetico umano.

L’eredità genetica può essere definita come le caratteristiche che vengono ereditate dai genitori alla prole. I tratti trasmissibili sono quelli fissati nei geni, che costituiscono il genotipo, mentre la manifestazione di questi tratti è ciò che costituisce il fenotipo. È importante tenere presente che in molti casi il fenotipo non è determinato solo dal genotipo, ma è anche influenzato da fattori ambientali (1).  Per fare una semplice analogia, potremmo dire che in un dipinto il genotipo è costituito dalla tela, dal tipo di pigmento, dai colori, dal pennello, dal tratto, ecc. e il fenotipo è l’immagine che vediamo. 

Il termine variabilità genetica si riferisce alle differenze nella sequenza del DNA tra individui o popolazioni, che, come già detto, si riduce allo 0,1% del genoma umano. Le principali fonti di variabilità sono le mutazioni e la ricombinazione genetica. 

Cosa sono le mutazioni? 

Le mutazioni sono cambiamenti permanenti ed ereditabili nella sequenza del DNA. Le mutazioni de novo si generano quando si verifica un errore nella replicazione del DNA che non viene corretto dagli enzimi di riparazione. In altre parole, si tratta principalmente di errori che non hanno una causa nota o giustificata e che portano a una modifica genetica. A seconda delle conseguenze per l’organismo, le mutazioni sono classificate nei seguenti tipi: 

• Deleterio: dannoso per l’organismo, diminuisce l’efficacia riproduttiva, cioè la probabilità di lasciare una prole.
• Benefico: conferisce un vantaggio adattativo che aumenta l’efficacia riproduttiva.
• Neutro (2). 

La maggior parte delle mutazioni che si verificano nel genoma e vengono trasmesse alla prole sono benefiche o neutre, perché non influiscono negativamente sulla vitalità degli organismi.

Che cos’è la ricombinazione genetica?

La ricombinazione genetica è il processo attraverso il quale cromosomi o segmenti cromosomici omologhi si rompono e si uniscono, comportando il riarrangiamento delle sequenze di DNA. Questo processo avviene durante la meiosi, che è il processo di divisione cellulare che si verifica nella riproduzione sessuale per la formazione dei gameti o cellule sessuali, sia maschili (spermatozoi) che femminili (ovuli). 

Figura 2. Ricombinazione genetica

Delle 23 coppie di cromosomi che ogni persona possiede, ogni coppia ha un cromosoma ereditato dal padre e uno dalla madre. Pertanto, nella formazione dei gameti (spermatozoi e ovuli) di un individuo, si verifica una ricombinazione tra i due cromosomi delle 23 coppie (cromosomi omologhi), dopodiché i 23 cromosomi individuali ricombinati faranno parte di ciascuno dei gameti. La generazione successiva erediterà un cromosoma da ciascun genitore, avendo così una combinazione unica del proprio materiale genetico. Questo è illustrato nella figura seguente: 

Esistono posizioni cromosomiche, tecnicamente chiamate loci, alcune delle quali presentano possibili varianti delle sequenze nucleotidiche di un gene (alleli). Queste varianti includono i polimorfismi a singolo nucleotide (SNP), che sono variazioni a singolo nucleotide presenti in almeno l’1% della popolazione, e le frequenze alleliche di queste variazioni sono state descritte in diverse popolazioni. La frequenza allelica è definita come la proporzione di uno specifico allele su tutti i possibili alleli in una determinata posizione in una determinata popolazione (3). 

È la differenza delle frequenze alleliche tra le popolazioni che consente di calcolare l’ascendenza.

Che cos’è l’ascendenza? 

L’ascendenza è un termine molto ampio e difficile da definire, in quanto soggetto a diverse interpretazioni. In senso lato, può avere una base genetica, geografica, storica o culturale. 

Dal punto di vista della genetica, l’ascendenza potrebbe essere definita come lo studio di tutte le informazioni genetiche ereditate dai nostri antenati, con alcune mutazioni e variazioni genetiche, che ci permettono di definire le nostre origini. 

Le popolazioni mostrano una variabilità genetica come risultato degli eventi demografici in cui sono state coinvolte nel corso della storia umana, come migrazioni e mescolanze con altre popolazioni, malattie con alti tassi di mortalità, isolamento geografico, ecc. Pertanto, la nostra ascendenza è il risultato di una complessa mescolanza di popolazioni nel corso del tempo, dall’origine della specie umana in Africa, circa 300.000 anni fa, fino ai giorni nostri (5). Dati questi modelli di variabilità genetica, è possibile effettuare un’analisi delle differenze e delle somiglianze genetiche esistenti tra un individuo e le varie popolazioni del mondo per dedurre l’ascendenza (6).

Come vengono eseguiti i calcoli di ascendenza?

Esistono tre tipi di test di ascendenza: autosomico, mitocondriale e Y-cromosomico. Ci concentreremo sui test di ascendenza autosomica. 

I test di ascendenza autosomica eseguono un’analisi dei cromosomi autosomici, ossia le coppie di cromosomi da 1 a 22, esclusa la 23a coppia, che sono cromosomi sessuali (XX o XY).  Queste 22 coppie di cromosomi vengono ereditate da entrambi i genitori, fornendo così informazioni congiunte sul lignaggio materno e paterno (7). 

Come già accennato, le analisi di ascendenza si basano sulla ricerca di somiglianze tra il campione di un particolare individuo e un insieme di campioni diversi, che costituiscono il pannello o il database di riferimento e la cui ascendenza è nota in anticipo. Per dedurre l’ascendenza, si confrontano gli SNP tra i due campioni, in modo che maggiore è la coincidenza tra il campione da analizzare e il campione di riferimento, maggiore è la probabilità di avere un’ascendenza comune. Questi risultati riflettono, in un certo senso, a quali popolazioni sono legate le informazioni genetiche che abbiamo ereditato oggi e, quindi, quali sono le nostre origini genetiche. 

Ancestry su 24Genetics

24Genetics vi offre informazioni sulla vostra ascendenza genetica a livello geografico. In altre parole, associamo le vostre origini genetiche alle regioni geografiche in cui i vostri antenati hanno vissuto o con cui hanno avuto stretti contatti (6). Il nostro test di ascendenza è uno dei più completi sul mercato, con un database di riferimento che include il DNA di persone che rappresentano più di 1.500 regioni, perché i loro antenati hanno vissuto in una regione per generazioni. Le nostre informazioni sono classificate in 175 paesi, per stati, regioni o addirittura province, risalendo da 700 a 900 anni fa, e possono persino rilevare segnali genetici di oltre 2.000 anni fa.

Bibliografia

1. Fenotipo | NHGRI [Internet]. [cited 2022 Jun 20]. Available from: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Fenotipo

2. What is genetic variation | Human genetic variation [Internet]. [cited 2022 Jun 20]. Available from: https://www.ebi.ac.uk/training/online/courses/human-genetic-variation-introduction/what-is-genetic-variation/

3. Strachan T, Read AP. Human Molecular Genetics. Human Molecular Genetics. New York: Garland Science; 2018. 784 p. 

4. Mathieson I, Scally A. What is ancestry? Flint J, editor. PLOS Genetics [Internet]. 2020 Mar 9 [cited 2020 Mar 23];16(3):e1008624. Available from: https://dx.plos.org/10.1371/journal.pgen.1008624

5. Jobling M, Hollox E, Hurles M, Kivisild T, Tyler-smith C. Human Evolutionary Genetics. New York (USA): Garland Science; 2013. 650 p. 

6. Royal CD, Novembre J, Fullerton SM, Goldstein DB, Long JC, Bamshad MJ, et al. Inferring Genetic Ancestry: Opportunities, Challenges, and Implications. American Journal of Human Genetics [Internet]. 2010 May 5 [cited 2022 Jun 17];86(5):661. Available from: /pmc/articles/PMC2869013/

7. Templeton AR. Human Population Genetics and Genomics. Academic Press; 2019.