Appunti Biologia della cellula animale

UN CASO PARTICOLARE DI ETEROCROMATINIZZAZIONE:

L’INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X

Nelle femmine uno dei due cromosomi X è inattivato in tutte le cellule del corpo, è

costituito da cromatina eterocromatica, super avvolta e super condensata.

L’inattivazione del cromosoma X è proprio un caso di eterocromatinizzazione di

un’ampia porzione di genoma che viene completamente inattivata o completamente

attivata. Questo vale per tutti i mammiferi, dunque anche per la nostra specie.

Oltre a eterocromatinizzare un altro modo per inattivare un cromosoma è spostarlo

verso la superficie interna dell’involucro nucleare, questo vale anche per porzioni di

cromosoma. In tutte le cellule di femmine di mammifere troviamo questo spot

eterocromatico.

La stragrande maggioranza di quello che sappiamo di questi processi ei

eterocromatizzazione e eucromatinizzazione deriva dallo studio del processo di

attivazione del cromosoma X studiato per la prima volta negli anni 60 da una ricercatrice

inglese che per prima ha correlato la presenza di quello spot eterocromatico con la

presenza dell’inattivazione del cromosoma X, anche se era già stato fotografato in

precedenza. Ha sviluppato la teoria per cui uno dei due cromosomi X femminili viene

inattivato come meccanismo di compensazione tra gli individui maschili e femminili.

Questo meccanismo di compensazione del dosaggio nei mammiferi prevede

l’inattivazione di uno dei due cromosomi X. Questo processo di inattivazione avviene

anche in altri phila come negli insetti in cui la presenza dei due X viene compensata da

un ipertrascrizione del cromosoma X paterno.

Quando durante la vita della femmina questi cromosomi X vanno incontro a

processi di inattivazione ? Durante lo sviluppo pre-impianto. Tutti noi siamo originati

dalla fusione tra lo spermatozoo e la cellula uovo e il nostro embrione fluttua per circa

una settimana all’interno delle tube uterine, arriva all’utero e si impianta nella parete

dell’utero (periodo di sviluppo pre-impianto e post impianto dunque). In questo periodo

pre impianto si ha l’inattivazione del cromosoma X, vengono decise quale saranno le

cellule che daranno origine al nuovo individuo e quelle che daranno origine alla placenta

per esempio, ovvero gli annessi extra embrionale, strutture che collegano il feto alla

madre. Tutto inizia dallo zigote dunque. Al termine dello sviluppo preimpianto si parte da

un embrione costituito da un'unica cellula (zigote) a uno con 100 cellule quando si sta

per impiantare. Di queste 15 formano una pallina che forma la massa cellulare interna o

nodo embrionale e saranno le cellule che danno origine al feto, al nuovo individuo.

Mentre quelle che costituiscono la parete danno origine agli annessi cellulari (placenta

per es). Si hanno cambiamenti ormonali intensi in questo momento di inattivazione del

cromosoma X. Nelle cellule

Avremo un Xp di derivazione paterna e un Xm di derivazione materna.

della parete esterna (dunque nelle cellule dell’epitelio, detto trofectoderma)

viene inattivato il cromosoma Xp, di origine paterna, invece quelle cellule che

costituiscono il nodo embrionale (detto anche massa cellulare interna)

l’inattivazione è casuale. Vi ene inattivato il cromosoma X paterno o quello materno.

Se un embrione XY inattiva l’unico X presente nel giro di poche divisione cellulari muore

subito perché per potersi sviluppare c’è bisogno di geni attivi derivanti dal cromosoma

X.

Ci sono situazioni particolari in cui degli individui hanno tre X, si tratta di una sindrome,

non è incompatibile con la vita, ma ciononostante la cellula riesce a riconoscere la

presenza di un X sovrannumerario e l’inattiva, ma non riesce a inattivare

completamente anche il secondo. A seconda dell’inattivazione di questo secondo X,

ovvero se vengono inattivati certi geni il sovradosaggio non è così dannoso, altrimenti se

lo è l’individuo ha dei problemi.

Nel nodo embrionale viene inattivato casualmente l’x paterno o quello materno, questa

inattivazione viene mantenuta nelle generazioni di figlie successive. Ovvero partiamo da

circa 15 cellule del nodo embrionale se in una si inattiva l’x paterno tutte quelle che

derivano da essa avranno inattivato il cromosoma X paterno, ovvero l’inattivazione

viene mantenuta e ereditata. Questo è valido per tutte le cellule del corpo femminile.

, tranne per quelle germinali: a tre mesi della

Questo vale per tutte le cellule del soma

gravidanza quando si formano le cellule germinali l’X inattivo viene attivato.

L’X inattivo nelle cellule somatiche si chiama corpuscolo di bar. Metterlo alla

periferia vuol dire escluderlo dalla macchina trascrizionale che funziona meglio verso il

centro della cellula.

L’inattivazione del cromosoma X, ovvero l’eterocromatinizzazione dell’X

avviene nella blastocisti, mentre viene riattivato nella linea germinale.

Che il cromosoma X venga inattivato si è iniziato a parlarne negli anni 60,

 negli anni 70 invece si parlò dell’inattivazione casuale nel nodo embrionale mentre

 di quello paterno nelle cellule del trofectoderma

Negli anni ottanta ci si è chiesti qual è il meccanismo che permette di

 contraddistinguere il cromosoma X di origine materna da quello paterna poiché si

chiesero come mai veniva inattivato quello paterno nella parete.

i scoprì che ciò fu grazie a delle marcature molecolari.

S Hanno pensato

all’imprinting genomico (marcatura genomica) grazie agli esperimenti di lorentz e

monfrish fatti in quegli anni (sulle oche…). Genomic imprintic: hanno provato a sostituire

il pronucleo maschile con quello femminile. Pronucleo: sono due nuclei uno più piccoli

dell’altro, quello maschile maggiore, che si formano quando lo spermatozoo entra nella

cellula uovo. Se sostituisco quello maschile con quello femminile ottengo un ginogenote,

ovvero un nucleo con due genomi femminili. E provarono che i genomi femminili sono

diversi da quelli maschili:

Se faccio nascere un individuo con due pronuclei maschili ho buon sviluppo degli

 annessi extraembrionale, ma cattivo sviluppo dell’embrione,

con due pronuclei femminili avviene il contrario.



Per far nascere un nuovo individuo scoprirono che è necessario che il genoma

passi attraverso lo spermatogenesi e l’oogenesi in cui vengono imprintati, infatti

due maschili o due femminili non sopravvivono. Questo marchio (imprinting) riguarda

anche i cromosomi X, vengono marcati in modo diverso se passano attraverso la

spermatogenesi o l’oogenesi. L’inattivazione del cromosoma X paterno dunque

avviene per riconoscimento poiché ha un marchio diverso da quello femminile.

Viene riattivato il cromosoma X nelle vie germinali poiché deve essere eliminato

l’imprinting che aveva per poi ricostruirlo nuovamente come oogenesi per avere diverso

imprinting altrimenti avrei entrambi e non va bene.

Il cromosoma X è uno dei fenomeni più studiati al mondo per i processi di

eucromatinizzazione e eterocromatinizzazione. X-inactivation

Lungo il cromosoma X c’è un gene che si chiama Xist che sta per

specific transcript , dunque è un gene sul cromosoma X ed è l’unico gene che viene

mantenuto attivo sul cromosoma Xp inattivo. Essere inattivato vuol dire inattivare tutti i

geni, ma devono intervenire tutta una serie di fattori molecolari. Questo Xist è espresso

Il trascritto di

solo da quello inattivo, mentre esso è spento su tutti gli altri X attivi.

Xist è un mRNA che non viene tradotto, ma che rimane nel nucleo con funzioni

regolative di attività di altri geni del genoma. Questo mrna va ad appiccicarsi al

cromosoma X che lo sta producendo, ovvero interagisce in CIS, sul cromosoma stesso

che l’ha prodotto, va a legarsi fisicamente all’X inattivato o durante le prime fasi della

sua inattivazione. Ci sono esperimenti molecolari che sono andati a togliere il locus

(ovvero il luogo) in cui c’è Xist, si vide che non veniva inattivato il cromosoma X. Xist è

importantissimo dunque per dare inizio al processo di inattivazione e poi per

mantenerlo, è per questo che viene continuamente prodotto per poi legarsi alla

cromatina. Ciò determina il processo di eterocromatinizzazione, ma non sappiamo

ancora come.

Allo zigote arriva un cromosoma X paterno e materno, Xist è il gene chiave che fa da

arbitro e regola quale dei due cromosomi verrà inattivato, viene espresso dal

cromosoma X paterno e va a inattivare lo stesso cromosoma per il meccanismo in CIS,

ma come mai viene espresso solo Xist sul cromosoma paterno e non quello materno?

Perché sono diversamente imprintati: è Xist che viene marcato per essere di origine

paterna o materna, ma secondo quale meccanismo molecolare di imprinting?

, geni cellula

Esistono nelle cellule nei geni che definiscono la tipologia della cellula

specifici , come quelli che la rendono muscolare o nervosa (nella cellula nervosa avremo

spenti quelli della cellula muscolare). Poi ci sono anche geni che regolano le attività della

cellula. Mentre si sta impiantando l’embrione femmina inattiva uno dei due cromosomi X

in base alla linea scelta nella blastocisti (“nodo embrionale o trofectoderma”). Stanno

tessuti. La blastocisti è una palla cava costituita da cellule esterne

iniziando a formarsi i

di tipo epiteliali e una masserella in alto che daranno origine al feto, quelle esterne

invece agli annessi cellulari (come la placenta che collegherà il feto alla madre).

L’inattivazione del cromosoma X è quello paterno nelle cellule esterne, mentre in quelle

interne l’inattivazione è casuale. Ci si è chiesti come fa la cellula a capire l’origine

parentale (Xp o Xm), si scoprì che era a causa di una marcatura diversa lungo la

Ma cos’è questa marcatura

spermatogenesi o durante l’oogenesi. ? Non riguarda tutto

il cromosoma, basta marcare un singolo piccolo gene che è il gene Xist che si trova su

entrambi i cromosomi X. La marcatura è una marcatura particolare che fa parte di un

marcature epigenetiche.

gruppo di una classe di marcature che si chiamano Epigenetica

significa che questa marcatura non riguarda la sequenza in basi del gene, la sequenza di

basi rimane identica nei due alleli (in una cellula ci sono cromosomi di derivazione

paterna e materna, il gene tal dei tali è presente sia su quello paterno sia su quello

materno e questi due geni si chiamano alleli). Per quanto riguarda Xist solo uno dei due

alleli viene marcato, e questa marcatura epigenetica determina l’inattivazione di

quell’allele. Xist esprime un trascritto che dà inizio del processo di inattivazione, di

eterocromatinizzazione, del cromosoma X.

Ma come? Xist viene trascrit