Inattivazione del cromosoma X e eredita X-linked

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1 Inattivazione del cromosoma X e eredita X-linked Lezione 14 1

2 Determinazione del sesso in D. melanogaster Numero di Sets di Rapporto fenotipo Cromosomi X autosomi X/A sessuale metafemmine femmine normali intersesso maschio normale metamaschio triploide Intersessi, metafemmine e metamaschi sono sterili.

3 Determinazione del sesso in D. melanogaster rapporto X/A femmina anormale maschio intersesso (femmina) anormale

4 Compensazione del dosaggio in Drosophila Nella femmina sono attivi entrambi i cromosomi. Nel maschio la compensazione del dosaggio avviene aumentando l espressione genica dell unico cromosoma X presente. L aumento della trascrizione di mrna porta a raggiungere il livello di espressione tipico di due cromosomi.

5 I mammiferi Cromosomi sessuali: XX femmine, XY maschi Geni X linked: 2 nelle femmine, 1 nei maschi Come produrre una uguale quantita di prodotto genico nei maschi e nelle femmine? La compensazione di dose e NO!! come in Drosophila? Riduzione a meta del livello di espressione nelle femmine: inattivando tutte le X meno 1

6 X Un po di storia. (I) 1949 Barr&Bentram evidenziano nei neuroni di gatta una masserella alla periferia del nucleo. I maschi ne sono privi Scoperti primi geni X-linked (tabby e mottled). Femmine eterozigoti mostravano variegazione 1956 Tijo e Levan identificano il numero cromosomico dell uomo e chiariscono che la femmina ha 46,XX e il maschio 46,XY

7 Un po di storia. (II) 1959 trovati topi XO femmine fertili un cromosoma X e sufficiente per dare femmine normali 1959 Vengono identificate le anomalie numeriche dei cromosomi sessuali nell uomo: 45,XO; 47,XXY; 47,XXX Ohno ipotizza che il corpo di Barr sia la X sovrannumeraria nelle femmine. Infatti nelle aneuploidie dei cromosomi sessuali...

8 Un po di storia. (III) costituzione descrizione numero dei cromosomica dell individuo corpi di Barr 46, XX normale 1 46, XY normale 0 45, X sindrome di Turner 0 47, XXX triplo X 2 48, XXXX tetra X 3 47, XXY sindrome di Klinefelter 1 48, XXXY sindrome di Klinefelter 2 48, XXYY sindrome di Klinefelter 1 47, XYY XYY Russel trovo effetto di variegazioni in topi portatori di traslocazioni X-autosoma

9 Un po di storia. (VI) 1962 Beutler evidenzia la presenza di due tipi di globuli rossi in femmine eterozigoti per deficienze X-linked per la glucosio-6-fosfato deidrogenasi. Lo stesso mosaicismo e presente nei fibroblasti anche per altri geni Donna eterozigote G6PD+/- Donna eterozigote HPRT+/-

10 Geni X linked La G6PD e un enzima del catabolismo degli zuccheri: le femmine producono la stessa quantita dei maschi Gli individui XXY e XXX producono la stessa quantita degli individui cariotipicamente normali E possibile evidenziare due varianti della G6PD su gel di proteine: variante lenta e veloce. Dal momento che il fenotipo e cellulare si possono ottenere colture che derivano da una singola cellula...

11 G6PD Cellule di donna eterozigote G6PD+/- Coltura originaria Coltura di singolo clone Coltura di singolo clone Direzione migrazione Lenta Veloce 11

12 & Inattivazione del cromosoma X Nel 1966 Mary Lyon formulo l ipotesi che oggi porta il suo nome (lyonizzazione), per spiegare alcuni fenomeni osservati nelle cellule di mammifero di sesso femminile & Si erano accumulate alcune osservazioni: Nei nuclei delle femmine e presente una masserella condensata che corrisponde al numero delle X meno 1 Lo stesso fenomeno si osserva nei maschi XXY, ma non nelle femmine X0 Marcando con timidina triziata nella tarda fase S si osserva la presenza di un cromosoma fortemente marcato che per dimensioni ed aspetto corrisponde al cromosoma X solo nelle cellule con almeno 2 cromosomi X. 12

13 & Inattivazione del cromosoma X Altre osservazioni ottenute da Mary Lyon nei sui esperimenti sui topi: Femmine eterozigoti per 2 loci che determinano il colore del pelo e che mappano sul cromosoma X presentano mantello a chiazze (anche il gatto ha questo tipo di fenotipo) e non un colore uniforme anche se intermedio rispetto ai due colori. Il fenotipo e diverso se si osserva una eterozigote in trans : in cis: le macchie sono composte dei due colori cis o in in trans: le macchie sono o di un colore o dell altro. 13

14 Esperimenti di Mary Lyon nei topi I locus colore A: alleli A1 e A2 colore della punta: grigio (wt) o nero locus colore B: alleli B1 e B2 colore della base: marrone(wt) o giallo punte nere su marrone A2/y X A1/A1 punte grigie su marrone A1/y A1/A2 alla base: tutti marroni. alla punta: maschi grigi in regioni distinte e femmine grigie e nere 14

15 Esperimenti di Mary Lyon nei topi II locus colore A: alleli A1 e A2 colore della punta: grigio (wt) o nero locus colore B: alleli B1 e B2 colore della base: marrone(wt) o giallo punte grigie su giallo B2/y B1/B1 punte grigie su marrone X B1/y B1/B2 alla base: maschi marroni, femmine gialle e marroni alla punta: tutti grigi in regioni distinte. 15

16 Esperimenti di Mary Lyon nei topi III locus colore A: alleli A1 e A2 colore della punta: grigio (wt) e nero locus colore B: alleli B1 e B2 colore della base: marrone(wt) e giallo IL FENOTIPO A MACCHIE SI PRESENTAVA CON ENTRAMBI I LOCUS CHE CHIARAMENTE ERANO X LINKED (Esperimenti sulla Drosophila Genetica I) FECE INCROCI PER DEFINIRE IL LINKAGE FRA I DUE LOCUS (Ricordate i reincroci sempre genetica I?) E EBBE DELLE SORPRESE: LE FEMMINE CHE AVEVANO UGUALE GENOTIPO, NON AVEVANO UGUALE FENOTIPO: IL FENOTIPO DIPENDEVA DALLA FASE IN CUI SI TROVAVANO RECIPROCAMENTE GLI ALLELI DEI DUE LOCUS. 16

17 Esperimenti di Mary Lyon nei topi IV locus colore A: alleli A1 e A2 colore della punta: grigio (wt) e nero locus colore B: alleli B1 e B2 colore della base: marrone(wt) e giallo punte grigie su giallo A1/Y B2/y X A1/A2 B1/B1 punte grigie o nere su marrone A1/Y B1/Y A2/Y B1/Y A1/A1 B1/B2 A2/A1 B1/B2 maschi tutti marroni alla base alle punte 1/2 grigi, 1/2 neri questo mi conferma la fase della femmina parentale 1/2 femmine: punte grigie su macchie gialle o marroni 1/2 femmine: punte grigie sul giallo, punte nere sul marrone 17

18 Esperimenti di Mary Lyon V locus colore A: alleli A1 e A2 colore della punta: grigio (wt) e nero locus colore B: alleli B1 e B2 colore della base: marrone(wt) e giallo punte nere su giallo A2/Y B2/Y X A1/A1 B1/B1 punte grigie su marrone A1/A2 B1/B2 maschi tutti marroni con punte grigie femmine: punte grigie sul marrone, punte nere sul giallo 18

19 Esperimenti di Mary Lyon VI locus colore A: alleli A1 e A2 colore della punta: grigio (wt) e nero locus colore B: alleli B1 e B2 colore della base: marrone(wt) e giallo A2/A1 B1/B2 A1/A2 B1/B2 femmine: punte grigie sul giallo, punte nere sul marrone femmine: punte grigie sul marrone, punte nere sul giallo Queste femmine sono doppie eterozigoti, geneticamente sono uguali, ma hanno fenotipi differenti. Hanno anche fasi diverse: gli alleli dei due locus sono abbinati in modo diverso e questo che genera il fenotipo diverso. 19

20 Mary Lyon Ipotesi di Mary Lyon: Uno dei due cromosomi X presenti nella linea somatica femminile, viene precocemente inattivato durante lo sviluppo embrionale. L inattivazione e casuale. Come risultato la femmina e un mosaico di cellule funzionalmente emizigoti per uno o l altro dei cromosomi X. 20

21 L INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X (I) Numero dei corpi di Barr in individui affetti da alterazioni del numero dei cromosomi sessuli... TUTTE LE X ECCETTO UNA, SONO INATTIVATE L INATTIVAZIONE DELLA X PROCEDE IN MODO DIFFERENTE NELLE CELLULE SOMATICHE E NELLE CELLULE GERMINALI Entrambi i cromosomi X sono attivi nelle cellule germinali femminili, mentre il cromosoma X delle cellule germinali maschili e inattivo

22 I tre tipi di cromatina Eucromatina: regioni che contengono geni trascrizionalmente attivi. E early replicating Eterocromatina costitutiva: regioni che contengono DNA altamente ripetuto, con pochi geni trascrizionalmente attivi.si colora in modo differenziale, e late replicating Eterocromatina facoltativa: eucromatina in alcuni tipi cellulari, eterocromatina in altri.

23 Eterocromatina facoltativa Permette alla cellula di spegnere porzioni del genoma Nel caso del cromosoma X e un intero cromosoma nella sua quasi totalita ad essere spento In questo caso il cromosoma assume oltre all aspetto funzionale, anche quello conformazionale: e piu condensato: corpo di Barr J L inattivazione del cromosoma X e l applicazione piu estesa di quel sistema di regolazione che oggi chiamiamo IMPRINTING

24 X inattivo 24

25 Riattivazione del cromosoma X nelle femmine Nell embrione con 2X le cellule che si differenzieranno in germinali lyonizzano insieme alle altre (allo stadio in cui l inattivazione si verifica, non sono ancora differenziate in oogoni) Dopo la differenziazione in feto femminile inizia la gametogenesi: il cromosoma X inattivo viene attivato Ogni uovo prodotto ha un cromosoma X attivo prima della fertilizzazione

26 Riattivazione del cromosoma X nei maschi 47,XXY Nell embrione con 2X le cellule che si differenzieranno in germinali lyonizzano insieme alle altre (allo stadio in cui l inattivazione si verifica, non sono ancora differenziate in goni) Dopo la differenziazione in feto maschile inizia la gametogenesi: il cromosoma X inattivo viene attivato La presenza di un cromosoma X sovranumerario provoca la morte cellulare delle cellule germinali e l atrofia del testicolo, con conseguenti livelli bassi di testosterone

27 & Inattivazione del cromosoma X L inattivazione del cromosoma X avviene intorno al 15mo-16mo giorno dell embriogenesi (l embrione e composto di circa 5000 cellule). Una volta che un cromosoma X (materno o paterno) e stato inattivato lo sara in tutte le popolazioni cellulari che derivano da quella cellula. M La casualita dell inattivazione e tipica dei mammiferi: nei marsupiali viene inattivato preferenzialmente il cromosoma paterno. Nel topo le cellule del trofoblasto inattivano il cromosoma X paterno per una ragione tuttora ignota. M La casualita viene meno in presenza di X riarrangiate 27

28 Zigote 15mo -16mo giorno Xmat Xpat Inattivazione casuale Inattivazione del cromosoma X schema Come avviene l inattivazione e come viene mantenuta? 28

29 J L inattivazione domande Vengono inattivati tutti i geni della X? No, inizialmente si riteneva che l inattivazione coinvolgesse tutto il cromosoma, oggi sappiamo che non vengono inattivati i geni della regione pseudoautosomica : i geni di questa regione hanno un omologo sul cromosoma Y Non vengono inattivati geni che hanno pseudogeni sul cromosoma Y, e altri geni per i quali non si conosce la ragione. Comunque il cromosoma X risulta inattivato al 90% C e una regione sul cromosoma X da cui inizia l inattivazione? Come avviene e come si mantiene l inattivazione? 29

30 J C e una regione sul cromosoma X da cui inizia l inattivazione? Si, la regione Xq13. In questa regione e presente il centro di inattivazione Xic che agisce in cis. E stato individuato un locus Xist che sembra essere il gene che controlla il processo di inattivazione. M L inattivazione domande La mappatura di Xic e il clonaggio di Xist sono stati resi possibili grazie allo studio dei riarrangiamenti del cromosoma X in cui l inattivazione non casuale: l inattivazione dipende dal tipo di riarrangiamento 30

31 L inattivazione le traslocazioni X/Autosoma M Xic agisce in cis: il frammento fisicamente separato non puo inattivarsi due copie Xp attive parte autosoma inattiva morte della cellula Inattivazione X X/A A/X A casuale dell X un cromosoma X attivo due autosomi attivi questo clone e l unico che si ritrova 31

32 L inattivazione X(isop), X(isoq) e X(del) X M Isocromosoma del braccio corto non si ritrova mai M Isocromosoma del braccio lungo sempre inattivato (Sindrome di Turner) M delezione del braccio corto sempre inattivato (Sindrome di Turner) M delezione del braccio lungo sempre inattivato se la delezione non coinvolge Xq13 (Sindrome di Turner) 32

33 Traslocazione X/Autosoma

34 J L inattivazione domande Vengono inattivati tutti i geni della X? No, inizialmente si riteneva che l inattivazione coinvolgesse tutto il cromosoma, oggi sappiamo che non vengono inattivati i geni della regione pseudoautosomica : i geni di questa regione hanno un omologo sul cromosoma Y Non vengono inattivati geni che hanno pseudogeni sul cromosoma Y, e altri geni per i quali non si conosce la ragione. Comunque il cromosoma X risulta inattivato al 90% C e una regione sul cromosoma X da cui inizia l inattivazione? Come avviene e come si mantiene l inattivazione? 34

35 Il materiale didattico e presente in rete: NON sono dispense, ma un ausilio allo studio sul libro 35