Appunti genetica generale

CONSEGUENZE DELLA MEIOSI

1. Il processo comprende due divisioni, da una cellula originale se ne producono quattro.

2. Il numero dei cromosomi si dimezza; le cellule prodotte dalla meiosi sono aploidi.

3. Le cellule generate dalla meiosi sono differenti, dal punto di vista genetico, le une dalle altre e

dalla cellula parentale. Questa diversità è il risultato di due meccanismi:

a. Il crossing-over

b. La distribuzione casuale dei cromosomi in anafase I della meiosi a seguito dell’allineamento

casuale durante la metafase I.

ESERCIZI

1.Disegnare i cromosomi di una cellula diploide n=3 in G1 con 1 cromosoma metacentrico, 1

submetacentrico ed 1 acrocentrico.

2. Disegnare i cromosomi di una cellula diploide n=3 con 1 cromosoma metacentrico, 1

submetacentrico ed 1 acrocentrico in fase G2

3. La quantità di DNA presente in una cellula n viene definito C-value. Per cui in una cellula

diploide sarà uguale a 2C, in una cellula diploide in seguito a replicazione sarà 4C.

4. Schematizzare i cromosomi nel nucleo di una cellula diploide n=1 durane una divisione mitotica

5. Schematizzare i cromosomi nel nucleo di una cellula diploide n=2 durante una divisione mitotica

6. Schematizzare i cromosomi nel nucleo di una cellula diploide n=1 durante una divisione meiotica

7. Quali delle strutture migrano ai poli opposti del fuso:

nell’anafase in mitosi?

Nell’anafase I in meiosi?

Nell’anafase II in meiosi?

Esempi di TRISOMIE: 21 (sindrome diDown); 13 (sindrome di Patau); 18 (sindrome di Edwards)

Esempio di TRIPLOIDIA 69, XXX; XXY; XYY

INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X

L’inattivazione del cromosoma X (XCI) è il processo attraverso il quale uno dei due cromosomi X

diventa trascrizionalmente inattivo in ogni cellula somatica delle cellule di mammifero. Lo scopo di

questo meccanismo di compensazione del dosaggio è quello di pareggiare funzionalmente lo

squilibrio di dosaggio del cromosoma X nei maschi e nelle femmine.

Tutto il cromosoma X è soggetto alla regolazione. Si verifica un cambiamento globale che influenza

quantitativamente quasi tutti i promotori sul cromosoma. Nelle femmine di mammifero, l’intero

cromosoma X diventa eterocromatico a formare una struttura inerte detta corpo di Barr.

L’eterocromatina ha due proprietà: lo stato condensato e l‘inattività associata. Può essere suddivisa

in: COSTITUTIVA: contiene sequenze specifiche prove di una funzione codificante di cui

 fanno parte i DNA satelliti (riscontrati a livello dei centromeri)

FACOLTATIVA: assume la forma di porzioni di cromosomi o cromosomi interi inattivi nella

 discendenza di una cellula. Il cromosoma X inattivo è mantenuto in uno stato

eterocromativo e quello attivo eucromatico. È un esempio di eredità epigenetica perché non

dipende dalla sequenza di DNA, infatti le stesse sequenze di DNA sono coinvolte in

entrambi gli stati. Nei mammiferi placentari l’inattivazione è casuale.

L’inattivazione avviene durante i primi stadi dell’embriogenesi. Il cromosoma X inattivato è scelto

a caso tra i cromosomi X di derivazione materna e paterna, di conseguenza alcune cellule

inattiveranno il cromosoma X paterno e altre quello materno.

Nei gatti uno dei geni che controlla il colore della pelliccia è localizzato sul cromosoma X. Il gene

B b

ha 2 alleli, una forma codifica per la pelliccia arancione (X ) e l’altra per la pelliccia nera (X ).

l’allele arancione è dominante. Questo vuol dire che un animale che eredita una copia di ciascun

B b

gene ( genotipo X X ) avrà un manto arancione. Sorprendentemente, un gatto eterozigote al locus

B b

X X non è arancione, ma presenta un mix di arancione e nero (effetto a guscio di tartaruga).

Questo avviene perché vengono inattivati diversi cromosomi X nelle cellule del corpo deputate alla

produzione del pigmento.

La scelta di quale dei due cromosomi X deve essere inattivato è casuale in una situazione normale, e

una volta iniziata è stabilmente propagata alle cellule figlie.

In una femmina eterozigote che porta una mutazione su un gene del cromosoma X, il rapporto tra i

due tipi di cellule (mutato e non mutato) dovrebbe essere 50:50. Ma può avvenire un alterazione di

XCI in modo tale da alterare questo rapporto. L’alterazione di XCI può essere dovuto sia a

meccanismi di selezione positivi che negativi

MECCANISMO XCI

L’inattivazione del cromosoma X segue la regola dell’n-1: indipendentemente da quanti cromosomi

X sono presenti, tutti tranne uno saranno inattivati. Nei casi in cui un fenomeno di non disgiunzione

ha prodotto un genotipo 3X (o più grande) solo un cromosoma X resta attivo.

Un solo locus sul cromosoma X è sufficiente per l’inattivazione, il locus Xic (X-inactivation

center). Esso agisce in cis e contiene l’informazione necessaria per contare i cromosomi X e a

inattivare tutte le copie tranne una. L’inattivazione diffonde da Xic all’interno del cromosoma.

Il locus Xic esprime molti lunghi RNA non codificanti (ncRNA). Il più importante di questi è un

gene detto Xist (X inactive specific transcript) che è espresso stabilmente solo sul cromosoma X

inattivo.

Il trascritto Xist è regolato negativamente dal suo partner antisenso: Tsix. Esso impedisce una

maggiore espressione e stabilizzazione di Xist. Tsix è regolato a sua volta da Xite che contiene un

enhancer specifico per Tsix 10 kb a monte.

Tsix impedisce l’espressione di Xist sul cromosoma X che sarà attivo.

Xist codifica un ncRNA. L’RNA Xist decade in quanto instabile, poi viene stabilizzato e riveste il

cromosoma X inattivo. L’accumulo di Xist sul futuro X inattivo porta all’esclusione dell’apparato di

trascrizione (come l’RNA poli II) e al reclutamento dei complessi repressi di Polycomb (PRC1 e

PRC2) il che scatena una serie di modificazioni degli istoni (ubiquitinazione H2AK119, metilazione

di H3K27, metilazione di H4K20 e deacetilazione di H4). Più avanti nel processo, nella cromatina è

incorporato una variante istonica specifica dell’X inattivo (macro H2A) e il DNA del promotore è

metilato.

A questo punto lo stato eterocromatico dell’X inattivo è stabile e Xist non è richiesto per mantenere

lo stato silente del cromosoma.

RICOMBINAZIONE

Due geni sono associati o linked se non segregano in maniera indipendente.

I geni R ed L sono associati (ovvero sullo stesso cromosoma).

Durante il crossing over si formano 4

prodotti meiotici:

>2 cromosomi non ricombinanti

>2 cromosomi ricombinanti

La ricombinazione è uno scambio fisico di DNA tra elementi genetici e ce ne sono di diversi tipi:

Ricombinazione sito specifica (o specializzata) è responsabile dell’integrazione dei genomi

 fagici nel cromosoma batterico

Ricombinazione che avviene senza omologia di sequenze (es trasposoni)

 Ricombinazione omologa (o generalizzata) che avviene durante la meiosi e coinvolge

 sequenze omologhe di DNA

La ricombinazione omologa è un processo cellulare essenziale necessario per generare diversità

genetica, per assicurare la corretta segregazione cromosomica e per la riparazione di alcuni tipi di

danni al DNA. Infatti grazie ad esso, è possibile separare le mutazioni favorevoli da quelle

sfavorevoli. Inoltre fornisce una via di fuga e di diffusione per gli alleli favorevoli e un sistema per

eliminare un allele sfavorevole senza eliminare contemporaneamente tutti gli altri geni ai quali

l’allele è associato.

La ricombinazione omologa è una reazione che avviene tra due molecole omologhe di DNA a

doppia elica. La frequenza della ricombinazione non è costante lungo l’intero genoma, ma è

influenzata da effetti sia globali che locali. Nell’uomo, la ricombinazione avviene con frequenza

doppia nelle femmine rispetto ai maschi. All’interno del genoma, la sua frequenza dipende dalla

struttura del cromosoma, il crossing-over viene soppresso in prossimità di regioni di eterocromatina

condensate e inattive.

Tutti gli eventi molecolari della ricombinazione omologa terminano entro il tardo pachitene.

L’inizio della meiosi è contrassegnato dal punto in cui i singoli cromosomi diventano visibili.

Ciascuno di essi si è replicato in precedenza e consiste di due cromatidi fratelli. I cromosomi

omologhi si avvicinano e cominciano ad appaiarsi in una o più regioni, formando bivalenti.

L’appaiamento si estende finchè il cromosoma è associato al cromosoma omologo per l’intera

lunghezza. Questo processo è chiamato sinapsi o appaiamento cromosomico. Quando il processo è

completo, i cromosomi sono associati lateralmente sotto forma di un complesso sinaptonemico.

La ricombinazione tra cromosomi implica uno scambio fisico di materiale (ottenuto tramite una

rottura a doppio filamento su un cromosoma, che permette di iniziare la ricombinazione), la

formazione di una molecola congiunta a livello dei cromatidi, e la risoluzione di cromatidi intatti

che portano nuova informazione genetica. I cromosomi sono tenuti in associazione in siti discreti,

chiamati chiasmi.

Lo scambio genetico ha inizio con una rottura a doppio filamento (DSB). La ricombinazione è

iniziata da un’endonucleasi che taglia uno dei due DNA duplex partner, il ricevente. In meiosi

questo passaggio è effettuato dalla proteina Spo11, che è correlata alle DNA topoisomerasi. Essi

sono enzimi che catalizzano modificazioni della topologia del DNA rompendo in maniera

transitoria una o entrambe le eliche di una molecola di DNA. Il filamento integro viene fatto passare

attraverso la rottura che poi viene richiusa.

Il DSB viene allargato dall’azione di una esonucleasi, in modo da generare una cosa a singolo

filamento. L’attività esonucleasica erode un filamento su ciascun lato della rottura, generando delle

regioni terminali 3’ a singolo filamento; questo processo è noto come resezioni del 5’.

Successivamente, una delle estremità 3’ libere invade una regione omologa dell’altro duplex

(donatore), e questo stadio è chiamato invasione del singolo filamento. La formazione di un DNA

eteroduplex, genera un’ansa D (D-loop), nella quale un filamento del duplex donatore è spostato. Il

punto nella quale una singola elica di DNA passa da un duplex all’altro è chiamato giunzione

ricombinativa, che possiede l’importante proprietà di potersi muovere lungo il DNA duplex. Questo

tipo di spostamento è detto migrazione della ramificazione. L’ansa D viene estesa dalla sintesi

riparativa, utilizzando l’estremità libera 3’ come primer per la generazione di DNA a doppia elica.

La migrazione della ramificazione conferisce alle strutture ricombinative alcune proprietà

dinamiche