Genetica generale

X Y

w w+

X X

Giorgia  Palladino   26  

Bridges interpretò questo fenomeno, che chiamò non-disgiunzione, al fatto che

occasionalmente i due cromosomi X delle femmine non si separano durante

la meiosi, per cui alcune uova contengono 2 cromosomi X mentre altre nessuno.

Bridges interpretò questo fenomeno, che chiamò non-disgiunzione, al fatto che

w w w+

X X X Y

occasionalmente i due cromosomi X delle femmine non si separano durante

X

la meiosi, per cui alcune uova contengono 2 cromosomi X mentre altre nessuno.

Occhi Occhi

w w W

X X X metafemmine occhi rossi w w w+

• X X X Y

bianchi rossi

w w

X X Y femmine occhi bianchi X

• Occhi Occhi

W

0 X maschi sterili occhi rossi

• bianchi rossi

0 Y non vitale, non si osserva nella progenie

•

Proprio per questi errori di non disgiunzione, quindi,

si possono osservare piccole percentuali di individui

anomali.

La non disgiunzione, che può avvenire anche in

cromosomi autosomici, non solo sessuali, deriva dal

fatto che in meiosi 2 cromosomi omologhi non si

separano. Più frequentemente, questo errore avviene

nella meiosi I, per cui si distribuiscono 2 cromosomi

in un gamete e nessuno nell’altro; però l’errore può

avvenire anche nella meiosi II, dove non si separano i

cromatidi fratelli, per cui un gamete contiene 2

cromatidi e l’altro nessuno.

Quindi, Bridges verificò al microscopio che gli individui anomali presentavano dei difetti nel

corredo cromosomico, dimostrando che il fenotipo non atteso è associato ad un’anomalia

cromosomica. Questo dimostra la teoria per cui i geni sono trasmessi dai cromosomi, ovvero i

responsabili della trasmissione dei caratteri ereditari. Non disgiunzione meiotica

Non disgiunzione meiotica

Segregazione normale Non disgiunzione Non disgiunzione

Segregazione normale Non disgiunzione Non disgiunzione

del cromosoma X alla meiosi I alla meiosi II

del cromosoma X alla meiosi I alla meiosi II

Cellula diploide

Cellula diploide all inizio della meiosi

all inizio della meiosi Prima divisione non disgiunzione

meiotica

Prima divisione non disgiunzione

meiotica non disgiunzione

Seconda divisione

meiotica non disgiunzione

Seconda divisione

meiotica X X X X XX XX 0 0 XX 0 X X

X X X X XX XX 0 0 XX 0 X X

Dopo aver ottenuto questi risultati anomali, Bridges verificò l’ipotesi della non disgiunzione

w w

attraverso nuovi incroci. Fece, quindi, incrociare delle femmine eccezionali X X Y, con fenotipo

W

occhi bianchi, con un maschio normale X Y, con fenotipo occhi rossi. La femmina può produrre,

in questo caso, due diversi tipi di gameti:

w w

X e X Y caso meno frequente

• w w

X X e Y caso più frequente

•

Vediamo i due possibili incroci: 10

Otteniamo degli individui:

w w

X X Y W w

¼ X X femmine normali eterozigoti

w

¼ X Y maschi normali emizigoti recessivi

W W w W w

X X X X X Y W w

¼ X X Y femmine occhi rossi

w

¼ X YY maschi occhi bianchi

w w

Y X Y X YY

Giorgia  Palladino   27  

Otteniamo degli individui:

w w

X X Y W w w

¼ X X X metafemmine occhi rossi (non vitali)

W

¼ X Y maschi occhi rossi (inattesi)

W W w w W

X X X X X Y w w

¼ X X Y femmine occhi bianchi

¼ YY non vitali

w w

Y X X Y YY

Tuttavia, Bridges osservò, dopo questi incroci, altri risultati inattesi; questo indicava che erano

avvenute altre non disgiunzioni.

La determinazione del sesso nei mammiferi

Nei mammiferi, come in Drosophila, la determinazione del sesso avviene per via cromosomica. I

cromosomi X e Y sono molto diversi: X è grande e contiene molti geni, Y è piccolo e contiene

quasi del tutto cromatina non codificante.

Mentre in Drosophila la presenza o assenza di Y non è fondamentale per il sesso, ma solo per la

fertilità, nei mammiferi il cromosoma Y è essenziale per determinare il sesso maschile. Tutti i

cromosomi presentano 2 bracci corti e 2 lunghi; il cromosoma Y, però, viene detto acrocentrico,

perché i bracci corti sono quasi inesistenti.

Ma allora, com’è possibile appaiare i due cromosomi sessuali durante la meiosi se non sono

omologhi, cioè se hanno pochissime sequenze analoghe? Esistono due regioni, all’estremità dei

bracci lunghi e corti di entrambi i cromosomi sessuali, che contengono sequenze analoghe: la zona

all’estremità dei bracci corti è detta regione pseudoautosomica primaria, mentre quella all’estremità

dei bracci lunghi è detta regione pseudoautisomica secondaria. A parte queste due zone analoghe,

nel resto del cromosoma X contiene centinaia di geni, mentre Y contiene cromatina non codificante.

Sul braccio corto di Y, però, vicino alla zona pseudoautosomica, è presente il gene Sry, necessario

per la determinazione del sesso maschile. Questo è stato scoperto perché, a causa di una serie di

anomalie cromosomiche per cui Sry era assente o traslocato sul cromosoma X, si sono osservati dei

casi di individui geneticamente maschi ma che esprimevano un fenotipo femminile e viceversa. Il

fatto che il gene Sry sia il TDF (testis determining factor = fattore che determina i testicoli) è stato,

quindi, dimostrato sui topi: si inserisce il gene Sry in un nucleo che contiene i cromosomi sessuali

XX, e si osserva che il topo esprime un fenotipo maschile, ma è sterile.

Questo dimostra che Sry codifica per un fattore di trascrizione responsabile di innescare una cascata

di trasduzione del segnale, che a sua volta fa esprimere una serie di geni (tipo SOX9) che fa sì che

le gonadi indifferenziate si differenzino in gonadi maschili. Dato che l’ormone mulleriano trasforma

il dotto mulleriano nelle tube e nell’utero, il gene Sry fa sì che venga espresso l’ormone

antimulleriano, che contrasta il mulleriano; inoltre, grazie a questa cascata trasduzionale, i testicoli

producono gli ormoni dei tratti maschili secondari. Nella femmina, invece, che esprime solo

l’ormone mulleriano, il dotto si trasforma nelle tube e nell’utero e vengono espressi gli ormoni dei

tratti secondari femminili.

Esistono anche dei casi genetici in cui femmine fenotipiche hanno un genotipo XY, per cui sono

femmine sterili. Questi individui hanno una mutazione o una delezione di Sry, per cui sono

femmine anche se possiedono il cromosoma Y. Viceversa, esistono anche delle femmine

genotipiche XX che presentano un fenotipo maschile, perché un pezzo di cromosoma Y, che

contiene Sry, si è traslocato sul cromosoma X.

I cromosomi possono essere colorati con tecniche di bendaggio specifiche per ciascun cromosoma,

per cui tutti gli autosomi e anche i cromosomi sessuali XX hanno lo stesso pattern di bendaggio, in

modo da poter riconoscere i differenti cariotipi, maschile e femminile.

Giorgia  Palladino   28  

Non disgiunzione meiotica nel maschio

Non solo nella donna, ma anche nell’uomo, ci può essere una non disgiunzione nei gameti.

Non disgiunzione Non disgiunzione

alla meiosi I alla meiosi II

X Y X Y X Y

Cellula diploide

all inizio della

meiosi non disgiunzione

Prima divisione

meiotica XY 0 X Y X Y

Seconda

divisione non disgiunzione non disgiunzione

meiotica XY XY 0 0 XX 0 Y Y X X YY 0

Vediamo i casi più tipici di zigoti eccezionali:

X0; femmine affette da sindrome di Turner, mostrano alcune piccole variazioni fenotipiche ma

• non gravi e sono sterili

XXY; maschi affetti dalla sindrome di Klinefelter, presentano alcune alterazioni fenotipiche ma

• non gravi, di solito sono più alti della media e sono sterili

XXX; femmine affette dalla sindrome del triplo X, non manifestano alterazioni fenotipiche e, di

• sindrome di Klinefelter

solito, sono fertili

XYY; maschi che, in genere, non manifestano alterazioni fenotipiche, di solito sono più alti della

• media e sono fertili, anche se alcuni possono avere problemi di sterilità

Gamete Gamete

Gamete Gamete

La sindrome di Klinefelter può essere generata sia da errori nella meiosi I maschile (1 gamete XY e

masch. masch.

femm. femm.

1 gamete 0), sia nella meiosi I e meiosi II femminile (1 gamete XX e un gamete 0). Inoltre, anche la

X Y

sindrome di Turner può essere provocata da errori sia nella meiosi maschile che femminile.

XY XX

Eredità legata al cromosoma X

Abbiamo detto che gli autosomi sono coppie di cromosomi in cui sono presenti gli stessi geni. I

cromosomi sessuali, invece, contengono geni diversi: i maschi hanno 1 X e 1 Y, le femmine hanno

2 X. Ma questo vuol dire che i geni localizzati sul cromosoma X sono espressi, nelle femmine, il

doppio rispetto ai maschi; com’è possibile? Questa doppia espressione, di fatto, non avviene, perché

l’evoluzione ha escogitato un sistema per bilanciare il dosaggio.

Nei mammiferi, infatti, viene inattivato nelle femmine uno dei due cromosomi X; questo è un

X X Y

fenomeno epigenetico, cioè che determina un cambiamento dell’espressione genica senza alterare la

sequenza in basi del DNA. L’inattivazione di uno dei due cromosomi X avviene come una

modificazione della cromatina, che fa silenziare l’espressione genica; per cui, i geni inattivati non

sono espressi.

Nel 1949, il biologo Murray Barr osservò che, nelle cellule femminili, si notavano degli ammassi

più scuri nella cromatina non condensata, dovuti alla condensazione di una particolare cromatina

nei nuclei interfasici. A sua volta, la biologa Mary Lyon correlò questi ammassi di cromatina, i

corpi di Barr, a uno dei due cromosomi X. L’ipotesi, quindi, era che in ogni cellula uno dei due

cromosomi X, scelto casualmente, venisse inattivato. Questa inattivazione, effettivamente, avviene 20

casualmente in ogni cellula dalla fecondazione allo stadio di blastocisti (30-60 cellule). Dopo

Giorgia  Palladino   29  

questo stadio, l’informazione di quale cromosoma X è stato inattivato passa per via clonale dalle

cellule della blastocisti a tutte le altre, per mitosi.

Questa ipotesi è stata proposta grazie all’osservazione del colore del mantello di alcuni gatti e topi

femmine. Il gatto calico presenta delle macchie di pelo nero e rossiccio alternate. Sapendo che la

mutazione per il colore del pelo da nero a rosso di trova sul gene X, la femmina eterozigote

nero rosso

X X presenterà entrambe le varietà di colore, a seconda di quale gene X viene inattivato. Per

questo motivo, il mantello sarà una miscela di macchie dei due colori. Dato che l’inattivazione

avviene in una fase precoc