1b. Determinazione del sesso

Sviluppo degli organi sessuali

Avvenuta la determinazione primaria, se essa ha favorito lo sviluppo dei testicoli, verranno prodotti ormoni maschio-specifici. Tra questi il testosterone, il deidropiantosterone (prodotto a partire dal testosterone che viene trasformato in deidropiantosterone), responsabili del differenziamento delle vie genitali maschili (epididimo, condotto deferente, prostata ecc) e degli organi sessuali maschili come il pene e lo scroto. Il testosterone viene prodotto dalle cellule di Leydig; le cellule del Sertoli, invece, producono l'ormone antidotto di Muller che provoca la degenerazione del dotto di Muller. Ricordiamo che nell'embrione del feto ci sono due dotti di Muller e due dotti di Wolf. Se viene espresso l'ormone antidotto di Muller, è inibito lo sviluppo del dotto di Muller e favorito lo sviluppo del dotto di Wolff.

Se la determinazione primaria ha favorito lo sviluppo degli ovari, verranno prodotti ormoni specifici per le femmine, come gli estrogeni. Nella

Linea femminile, in assenza di testosterone e dell'ormone anti dotto di Muller, si verifica il differenziamento dei dotti di Muller, dai quali si sviluppano gli ovidotti. L'assenza del testosterone, inoltre, fa sì che si formano le labbra e il tubercolo genitale si trasformi in clitoride.

Per molto tempo ci si è chiesti se fosse l'assenza del cromosoma X a determinare il sesso maschile oppure la presenza dell'Y a determinarlo. L'evidenza che chiarì quale delle due ipotesi è quella corretta venne dagli studi sulle sindromi umane caratterizzate da alterazioni nella composizione dei cromosomi sessuali umani. Verso il 1940, gli scienziati identificarono due anomalie nell'uomo caratterizzate da sviluppo sessuale anormale, la sindrome di Klinefelter e la sindrome di Turner. Gli individui con sindrome di Klinefelter hanno i genitali e i dotti interni normalmente di tipo maschile, ma i testicoli sono rudimentali e non sono in grado di produrre spermatozoi.

Di solito sono alti, hanno braccia e gambe lunghe, piedi e mani grandi. Nonostante avvenga un parziale sviluppo in senso maschile, lo sviluppo sessuale di tipo femminile è del tutto soppresso. È frequente un lieve ingrossamento del seno (ginecomastia) e i fianchi sono spesso tondeggianti. Inoltre, molto spesso l'intelligenza è al di sotto della norma. Nella sindrome di Turner, gli individui colpiti hanno genitali esterni e dotti interni di tipo femminile, ma le ovaie sono rudimentali. Altre anomalie caratteristiche includono statura bassa, mancanza di sviluppo del seno e a volte è presente un ampio torace a scudo. Il quoziente intellettivo è quasi sempre normale. Nel 1959 fu determinato il cariotipo degli individui affetti da queste sindromi e si notò che era anomalo rispetto ai cromosomi sessuali. Gli individui con sindrome di Klinefelter hanno più di un cromosoma X. Molto spesso hanno un complemento XXY, in aggiunta ai 44 autosomi.

Soggetti con tale cariotipo vengono designati 47, XXY. Gli individui con sindrome di Turner sono molto spesso monosomici e hanno solo 45 cromosomi, con un singolo cromosoma X; sono designati 45 X. Ambedue le condizioni risultano da una non-disgiunzione, cioè dal fallimento del cromosoma X a segregare correttamente nel corso della meiosi. I cariotipi Klinefelter e Turner e i loro corrispondenti fenotipi sessuali ci permettono di concludere che il cromosoma Y determina il sesso maschile nell'uomo. In sua assenza il sesso dell'individuo è femminile, pur essendo presente un solo cromosoma X. La presenza del cromosoma Y nei soggetti con sindrome di Klinefelter è sufficiente a determinare il sesso maschile, anche se lo sviluppo maschile è incompleto. Analogamente, in assenza del cromosoma Y, come nel caso di individui con sindrome di Turner, non si ha mascolinizzazione. Negli individui femmina, quindi, ci sono due cromosomi X e nei maschi solo uno.

Dato che il cromosoma Y dei maschi è molto più piccolo rispetto al cromosoma X e dato che il cromosoma X porta più geni rispetto a Y (proprio per via delle sue maggiori dimensioni) e dato che le femmine hanno due X e i maschi un solo X, si potrebbe pensare che nelle femmine si abbia una sovraespressione dei geni sessuali. Questo è evitato dall'inattivazione di uno dei due cromosomi X nella femmina. Si parla di effetto Lyon o lyonizzazione. Nonostante questo meccanismo, in cui tutti i cromosomi X vengono inattivati tranne uno, ci fornisce una spiegazione della compensazione dosaggio genico, esso complica ulteriormente la comprensione di altri aspetti del fenomeno. Dato che nelle donne normali uno dei due cromosomi X è inattivato, perché gli individui con la sindrome di Turner 45, X non sono completamente normali? Perché non lo sono anche le persone affette da triplo e tetraX? E, ancora, nella sindrome di Klinefelter l'inattivazione del cromosoma X non avviene correttamente, portando a una sovraespressione dei geni sessuali.

cromosoma X rendeeffettivamente gli individui 46, XY: perché essi hanno problemi a causa del cromosomaX in più? Una possibile spiegazione è che l’inattivazione di quel cromosoma nellecellule designate a costituire il tessuto gonadico non avvenga normalmente, in unostadio precoce nel corso dello sviluppo. Un’ altra possibile spiegazione è che non tutti igeni del cromosoma X che va a formare il corpo di Barr sono inattivati. Se quest’ipotesi fosse corretta, nonostante l’apparente inattivazione dei cromosomi X in più, inalcuni momenti critici dello sviluppo si potrebbe verificare l’espressione eccessiva dialcuni geni.

Nelle femmine dei mammiferi, un cromosoma è di origine paterna, l’altro di originematerna. Quale dei due viene inattivato? L’ inattivazione è casuale? E’ sempre lostesso cromosoma a essere inattivato in tutte le cellule somatiche? Nel 1961 MaryLyon e Liane Russell proposero, indipendentemente,

un’ipotesi per chiarire la questione. Esse postularono che l’inattivazione dell’X avvenisse casualmente nelle cellule somatiche nel corpo nelle prime fasi dello sviluppo embrionale e che in tutta la progenie cellulare fosse inattivato sempre lo stesso cromosoma.

L’aspetto meno chiaro dell’ipotesi di Lyon riguarda il meccanismo di inattivazione cromosomica nei mammiferi. In che modo vengono inattivati quasi tutti i geni di un cromosoma? Studi recenti stanno iniziando a chiarire questo problema. L’unità di controllo principale è una regione del cromosoma X detta centro di inattivazione dell’X (XIC). L’espressione genica di questa regione è presente solo nel cromosoma X inattivato. La regione Xic è lunga circa 1 Mb e contiene quattro geni. Si ritiene che uno di questi, il gene del trascritto specifico dell’X inattivo (Xist) rappresenti il locus critico dell’intera regione. Sono state fatte interessanti

X inattivato. Questo fenomeno è noto come "coating" del cromosoma X inattivo. Inoltre, si è osservato che l'RNA Xist interagisce con proteine specifiche per formare una struttura tridimensionale chiamata "corpo di Barr", che è coinvolta nell'inattivazione del cromosoma X. In conclusione, l'RNA trascritto dal gene Xist svolge un ruolo fondamentale nell'inattivazione del cromosoma X. La sua lunghezza e la mancanza di ORF indicano che non viene tradotto in proteina, ma sembra agire come una sorta di guida molecolare per inattivare il cromosoma X.X inattivato. Rimangono tuttavia irrisolti alcuni aspetti interessanti. In primo luogo, quale sorta di meccanismo può essere presente in cellule con più di due cromosomi X, che faccia in modo da inattivare tutti i cromosomi X eccetto uno? In secondo luogo, che cosa blocca la regione Xic del cromosoma attivo, prevedendo la trascrizione di Xist? In terzo luogo, come viene mantenuta l'inattivazione dello stesso cromosoma X nelle cellule della progenie, come previsto dall'ipotesi di Lyon? Il meccanismo di inattivazione si suddivide in vari step. In primo luogo, è presente la fase del conteggio, in cui un solo cromosoma X può essere mantenuto attivo per ogni corredo autosomico diploide. Durante questa fase i cromosomi X sovrannumerari vengono inattivati. In secondo luogo, avviene la scelta del cromosoma da inattivare, la quale è completamente casuale, quindi imprevedibile. Nella quasi totalità dei mammiferi, il cromosoma da disattivare viene

scelto a caso fra i due disponibili allostadio di blastula quando, cioè, si presentano già più di una cellula. Quindi ogni cellulapotrà scegliere casualmente quale x inattivare e una volta disattivato un determinatocromosoma, la disattivazione verrà mantenuta uguale per le cellule figlie.

L'inattivazione avviene nell'embrione allo stadio di blastocisti. Il cromosoma Xinattivato è scelto a caso tra i cromosomi X di derivazione materna e paterna, secondoun processo indipendente da cellula a cellula. Di conseguenza alcune celluleinattiveranno il cromosoma X paterno e altre quello materno. Per questo motivo sidice che ogni femmina è un mosaico di gruppi clonali di cellule in cui è silenziato Xp(X paterno) o Xm (X materno).

Il terzo step è dato dall'inizio dell'inattivazione vera epropria, che dipende da un "master control locus" detto X-inactivation centre o Xic, edal trascritto del gene Xist.

che si legherà al cromosoma X selezionato per l'inattivazione. Infine, ha luogo la propagazione ed il mantenimento. Precisamente, in questa fase alcune modificazioni epigenetiche (metilazione dei residui di citosina, ipoacetilazione degli istoni) consentono di effettuare il mantenimento dell'X inattivo unicamente sotto forma di eterocromatina costitutiva. CURIOSITÀ: QUANDO NELLE FEMMINE IL CROMOSOMA X VIENE INATTIVATO, IL NUMERO DI X NELLE FEMMINE E NEI MASCHI È UGUALE E SI PUÒ PARLARE DI COMPENSAZIONE DELLA DOSE GENICA. MA, DATO CHE I MASCHI HANNO UN CROMOSOMA Y CHE È ASSENTE NELLE FEMMINE, LA DOSE GENICA NON È ANCORA SBILANCIATA? LA RISPOSTA A QUESTA DOMANDA È: "SI PUÒ PARLARE DI COMPENSAZIONE DI DOSE GENICA ANCHE SE I MASCHI HANNO IL CROMOSOMA Y CHE È ASSENTE NELLE FEMMINE, PERCHÉ IL CROMOSOMA Y CONTIENE POCHISSIMI GENI CHE TRA L'ALTRO REGOLANO E/O SVOLGONO FUNZIONI DURANTE LA SPERMATOGENESI, AGONO UN RUOLO FONDAMENTALE NELLO SVILUPPO E NELLE CARATTERISTICHE SESSUALI SECONDARIE. IL CROMOSOMA X CONTIENE UNA GRANDE QUANTITÀ DI GENI CHE SONO RESPONSABILI DI VARIE FUNZIONI BIOLOGICHE. NEI MASCHI, IL CROMOSOMA X È PRESENTE IN UNA COPIA E VIENE TRASMESSO DALLA MADRE AL FIGLIO. NELLE FEMMINE, INVECE, IL CROMOSOMA X È PRESENTE IN DUE COPIE E VIENE TRASMESSO DA ENTRAMBI I GENITORI. QUESTA DIFFERENZA NEL NUMERO DI COPIE DEL CROMOSOMA X HA IMPLICAZIONI SULLE MALATTIE GENETICHE LEGATE AL CROMOSOMA X, CHE COLPISCONO PIÙ COMUNEMENTE I MASCHI.