Sono malattie causate da anomalie dei cromosomi, strutture filiformi contenute nel nucleo delle nostre cellule, che hanno il compito di custodire e trasmettere l'informazione genetica dai genitori ai figli. Possono essere causate da anomalie del numero o della struttura dei cromosomi.

I cromosomi contengono i geni e sono trasmessi dai genitori ai figli tramite i gameti (gli spermatozoi nel maschio e le cellule uovo nella femmina).

Hanno forma di bastoncino e sono costituiti da due cromatidi tenuti insieme da una costrizione centrale detta centromero. Ogni cromatidio risulta così separato in un braccio corto (p), ed in un braccio lungo (q).

Nella specie umana il numero di cromosomi è 46: 

• 22 coppie formano i cosiddetti autosomi;
• Una coppia è formata dai cromosomi sessuali (uno denominato X, l'altro denominato Y). Nella femmina la coppia dei cromosomi sessuali è formata da due cromosomi X e nel maschio da un cromosoma X e da un cromosoma Y.

Nella figura si possono osservare i cromosomi umani all'interno del nucleo di una cellula del sangue (linfocita):

Nella figura a destra si osservano gli stessi cromosomi fotografati uno ad uno, ritagliati e allineati in base alle loro dimensioni: dal paio di cromosomi più grandi (numero 1) al paio di cromosomi più piccoli (numero 22); sono compresi anche i cromosomi sessuali (un cromosoma X e un cromosoma Y, in quanto la cellula è stata prelevata da un maschio).

Nella maggior parte dei casi si verificano durante la formazione dei gameti (ovociti e spermatozoi). Le anomalie cromosomiche sono modificazioni del numero o della struttura dei cromosomi:

• Anomalie di numero: Le anomalie di numero dei cromosomi sono chiamate aneuploidie. Originano da un'alterata separazione dei cromosomi durante la formazione dei gameti. A causa di questo errore, definito non-disgiunzione, si formano gameti anomali: il prodotto del concepimento che proviene dalla fusione di un gamete normale con uno anomalo avrà un numero di cromosomi alterato, cioè un cromosoma in più (47 cromosomi, trisomia) oppure un cromosoma in meno (45 cromosomi, monosomia). La maggior parte delle anomalie di numero coinvolgenti gli autosomi sono letali e il feto viene abortito spontaneamente, quelle compatibili con la vita sono associate a specifiche condizioni cliniche;
• Anomalie di struttura: le anomalie di struttura sono determinate da una rottura dei cromosomi durante la divisione cellulare. Spesso queste rotture vengono riparate, ma, se la riparazione non riesce, si viene a creare una anomalia di struttura dei cromosomi. Tali anomalie possono essere:
  • Bilanciate (senza apparente perdita o acquisizione di materiale genetico): Nella traslocazione bilanciata, due cromosomi diversi (Figura 1 - uno raffigurato in verde e uno raffigurato in rosso) si sono scambiati un frammento. Non c'è stata perdita né guadagno di materiale genetico e l'anomalia è quindi bilanciata. Infatti la persona portatrice di questa anomalia è perfettamente sana. Le anomalie di struttura che causano più frequentemente malattia sono la delezione del braccio corto del cromosoma 4 (o sindrome di Wolf) e la delezione del braccio corto del cromosoma 5 (o sindrome cri-du-chat).
    Nei portatori sani di un'anomalia bilanciata, numerosi gameti (ovociti o spmermatozoi) possono essere portatori di un'anomalia sbilanciata. Di conseguenza, i portatori sani, nella loro vita riproduttiva, hanno un rischio relativamente elevato di avere figli con patologia malformativa o gravidanze interrotte da aborti spontanei;

• Sbilanciate (con perdita o acquisizione di materiale genetico): Le anomalie sbilanciate consistono nella presenza di un pezzo in più (duplicazione) oppure in meno (delezione) di un segmento di cromosoma. Alla nascita, all'incirca un neonato su 180 è portatore di una anomalia cromosomica. Tuttavia, il 95% delle anomalie cromosomiche non riesce ad arrivare al termine della gravidanza perché viene eliminata con l'aborto spontaneo per un meccanismo di selezione naturale.

Le sindromi da microriarrangiamenti cromosomici sono causate da duplicazioni o perdite microscopiche di specifiche regioni cromosomiche non visibili mediante le tecniche standard (analisi citogenetica del cariotipo).

Si tratta di patologie molto rare il cui rischio non è legato all'aumento dell'età materna. A seconda del diverso tratto cromosomico coinvolto le condizioni cliniche che ne derivano sono molto diverse l'una dall'altra, con sintomi caratteristici.

Le cause delle anomalie di numero dei cromosomi sono per lo più ignote. È stato dimostrato, però, che le anomalie di numero dei cromosomi sono tanto più frequenti quanto più elevata è l'età della madre al momento del concepimento. Per esempio, le madri con età superiore ai 35 anni hanno un rischio più elevato di concepire bambini con Sindrome di Down (trisomia del cromosoma 21).

È inoltre noto che vari agenti (radiazioni ionizzanti, sostanze chimiche, infezioni virali) possono determinare rotture dei cromosomi, predisponendo quindi ad anomalie di struttura. È stato anche osservato che alcune anomalie di struttura sono più frequenti nei bambini di genitori attempati. 

Le anomalie cromosomiche di numero e le anomalie cromosomiche di struttura (se sbilanciate) causano malattie diverse l'una dall'altra, accomunate però dalla presenza di ritardo mentale, ritardo di accrescimento, malformazioni congenite e anomalie delle caratteristiche del volto. Le anomalie cromosomiche bilanciate non causano di solito conseguenze cliniche nel soggetto che ne è portatore.

Le anomalie cromosomiche si diagnosticano mediante prelievo di sangue per lo studio dei cromosomi (il cosiddetto cariotipo o esame cromosomico). L'analisi cromosomica si esegue in genere sui linfociti del sangue periferico.

Mediante trattamenti e colorazioni opportuni, i cromosomi presentano al microscopio una successione di bande chiare e scure alternate in senso trasversale, che ci permettono di distinguerli l'uno dall'altro. L'esame cromosomico standard ci permette di identificare le anomalie del numero dei cromosomi e le anomalie strutturali che coinvolgono porzioni relativamente grandi del cromosoma.

Per diagnosticare i microriarrangiamenti cromosomici si deve ricorrere a tecniche che consentono di osservare i cromosomi in maggiore dettaglio come ad esempio l'ibridazione in situ fluorescente (FISH), o l'analisi di array-CGH in grado di identificare variazioni del contenuto di piccole porzioni cromosomiche, come duplicazioni (presenza di copie in eccesso di segmenti di DNA), o delezioni (perdite di porzioni di genoma).