Genetica

La presenza del materiale genetico di un intero cromosoma proveniente da un solo tipo parentale determina gravi effetti fenotipici dovuti allo sbilanciamento di dosaggio genico provocato dall'espressione differenziale, facendo sì che vi sia over-produzione di un prodotto genico e assenza/carenza di un altro.

I geni che subiscono l'imprinting possono essere classificati in:

• fetal growth genes, ovvero geni coinvolti nella crescita dell'organismo: il feto si sviluppa e diventa un parassita della madre. In questo caso vi è un conflitto tra femmina e maschio sull'allocazione delle risorse materne per la prole che si sta generando. Infatti, il maschio utilizza l'imprinting per direzionare tutte le risorse della madre sul feto immediato, mentre invece la femmina usa l'imprinting per

Suddividere le risorse per più riproduzioni. Così: - i geni imprinted paterni promuoveranno la crescita. Ad esempio, il gene IGF2 (insulin-like growth factor-like II), espresso dal padre, è difettivo, per cui vi sarà una riduzione della crescita anche del 40%. - i geni imprinted materni rallentano la crescita ● geni coinvolti nello sviluppo del sistema nervoso centrale (SNC)

I geni imprinted rappresentano circa 1-2% del totale e ve ne sono sia che codificano per proteine, sia che trascrivono per RNA funzionali. Una caratteristica che accomuna questi geni è la dimensione, infatti tendono ad essere medio-piccoli e questo anche perché contengono una percentuale intronica minore rispetto ai non imprinted.

Inoltre mostrano un elevato numero di sequenze ripetute ed elementi retrotrasponibili, e non sono sparsi per il genoma, ma spesso organizzati in clusters, che possono esprimersi per via materna o paterna, i quali sono regolati da una regione unica per ogni cluster.

chiamata Imprinting Control Region (ICR). Questa regione ha la capacità di agire su grandi distanze, in quanto deve essere in grado di regolare tutto il cluster. Per una buona parte di questi geni, però, l'imprinting non è costitutivo e perenne, bensì confinato ad un certo tessuto o ad un certo stadio dello sviluppo, perciò un gene può avere espressione monoallelica o biallelica in relazione a tessuto-specificità e stadio di sviluppo. Per esempio, il gene IGF2 si comporta da imprinted nella maggior parte dei tessuti, ma ha un'espressione biallelica nel cervello, nel fegato adulto e nei condrociti. IGF2 è un gene molto importante per la crescita fetale ed è espresso solo l'allele paterno.

- in caso fisiologico il topo esprime il normale IGF2 paterno, raggiungendo dimensione normale

- nel caso in cui l'allele paterno dell'IGF 2 sia mutato, mentre quello materno è normale, poiché esprime per

meiosi vi è la rimozione dell'imprinting, la quale sarà seguita da una nuova programmazione dei geni imprinted. Un gene per cui dovrà esprimersi solo l'allele paterno subirà un silenziamento durante la gametogenesi della cellula uovo, al contrario un gene ad effetto materno sarà silenziato durante la gametogenesi maschile. Il silenziamento di un gene imprinted avviene tramite eterocromatizzazione della ICR, che normalmente è causata dalla metilazione o deacetilazione. Tuttavia ci sono meccanismi di regolazione che possono essere diversi da cluster a cluster.

Nel cluster di IGF2, in cui è presente un altro gene, chiamato H19, sono presenti i due geni imprinted, la ICR tra loro interposta e un enhancer a valle. Negli alleli paterni questo cluster ha la ICR metilata, mentre negli alleli materni non lo è. Il risultato della metilazione delle citosine della ICR regione fa sì che il gene IGF2 sia attivo e H19 inattivo.

è possibile grazie alla presenza dell’enhancer, la metilazione, infatti, attiva in qualche modo l’enhancer che va a stimolare l’attività di IGF2, bypassando l’altro gene. Al contrario nell’allele materno, in assenza di metilazione, l’enhancer è bloccato e quindi IGF2 non è attivo, mentre è attivo H19.

Nello specifico, se ICR non è metilata, questa regione viene riconosciuta da una proteina, chiamata CTCF, che crea un ingombro e blocca il passaggio dell’enhancer. La metilazione, invece, impedisce il legame di questa proteina e permette all’enhancer di agire su IGF2.

MARCATORI MOLECOLARI DI DNA

Esistono sequenze di DNA variabili, che vengono ereditate in modo mendeliano. La trasmissione ereditaria può essere seguita con specifiche tecniche di laboratorio. Un marcatore è un locus genomico rilevabile con sonde o primer specifici, che contraddistingue quel tratto di DNA.

La presenza del marcatore

Il testo si basa sulla rilevanza di polimorfismi nel DNA di un individuo o tra individui. I marcatori non sono generalmente riferibili all'attività di specifici geni, ma sono importanti perché l'ereditarietà di un marcatore si associa all'ereditarietà delle regioni che li contengono e con queste eventualmente anche quella dei geni di interesse.

Sono necessari almeno due alleli diversi rilevabili con analisi del DNA per definire un locus marcatore. Esistono diverse soluzioni tecniche per andare a rilevare un polimorfismo del DNA e i marcatori ideali hanno le seguenti caratteristiche:

• comportamento mendeliano
• non influenzati da ambiente
• stabili
• numerosi
• codominanti
• altamente polimorfici
• presenti in qualsiasi tessuto
• indipendenti da sesso ed età
• riproducibili
• analisi veloce, economica e automatizzabile
• low error rate

Alcuni esempi di marcatori molecolari:

• RFLPs (Restriction Fragment Length Polymorphisms) - presenza/assenza sito di taglio

di enzima di restrizione- biallelici- southern blot / PCR

● Microsatelliti- ripetiz in tandem di 2-3-4 nucleotidi- molti alleli, molto informativi- distribuiti in modo uniforme nel genoma, circa ogni 100 Kb- PCR / marcatura con fluorescenza

● SNPs (Single Nucleotyde Polymorphisms)- differenze di singola base, non necessariamente riconosciuti da enzimi di restrizione- biallelici- molto frequenti- sviluppo di tecniche di genotyping automatizzate e in larga scala

La diagnosi molecolare delle malattie genetiche ha lo scopo di:

• diagnosi prenatale
• individuazione eterozigoti
• diagnosi preclinica

Tipologia:

• diretta: il gene malattia è stato clonato, se ne conosce la sequenza (es. anemia falciformeemoglobina S)
• indiretta: il gene è mappato e in associazione con un locus polimorfico

Le principali tecniche utilizzate sono:

• southern blot
• PCR
• sequenziamento

Esiste una tecnica che sfrutta la PCR e l'ibridazione con oligonucleotidi allele-specifici.