Genetica medica

DETERMINAZIONE DEL SESSO

Il differenziamento del sesso nell’uomo è regolato da una serie di eventi a cascata:

- determinazione del sesso genetico

dipende dall’assortimento casuale dei gonosomi al momento della fecondazione

assortimento indipendente dei cromosomi X e Y

- determinazione del sesso gonadico

a livello dell’ovaio e del testicolo

- determinazione del sesso fenotipico

genitali interni ed esterni, avviene grazie a un’azione ormonale

⇾sesso

XX femmina normale omogametico ⇾

X fenotipo normale (può essere presente infertilità) sindrome di Turner

⇾

XXX fenotipo normale triplo X

⇾

XY maschio normale sesso eterogametico

⇾

XXY maschio “normale” sindrome di Klinefelter

XXXXY Klinefelter sindrome severa

Il cromosoma Y determina il fenotipo maschile, fondamentale per il differenziamento sessuale maschile

Genotipo XY necessario per un corretto sviluppo

CROMOSOMA X

165 Mb (5% del genoma aploide)

Contiene circa 1100 geni funzionali: sia geni housekeeping che geni con funzioni specialistiche

Altamente conservato tra le specie: sia per estensione dell’ordine dei geni lungo il cromosoma, sia per il suo contenuto genico

Rispetto agli autosomi c’è un aumento della frequenza di geni coinvolti nella determinazione del sesso e riproduzione, molti di

⇾

essi sono coinvolti nello sviluppo nervoso ritardo mentale X-linked (XLMR) pe

CROMOSOMA Y

60 Mb (2% del genoma aploide) ⇾

Ricco di sequenze ripetute, eterocromatina costitutiva 24 Mb di eterocromatina

Contiene pochi geni funzionali (circa 50 geni), alcuni X-Y linked e altri Y specifici

Cromosomi hanno regioni in comune, rispecchiano la nostra storia evolutiva

Regioni pseudoautosomiche

PAR 1 ⇾

Estensione 2.6 Mb contiene circa 12 geni

Mappa in Xp e Yp

Crossing-over obbligatorio

Boundary (confine) cade nel gene del gruppo sanguigno (XG)

PAR 2 ⇾

Estensione di 320 kb contiene 2 (?) geni IL9R, SYBL1

Mappa in Xp e Yp

Crossing over non obbligatorio

Presente solo nell’uomo, IL9R ha un ortologo murino autosomico

La posizione del boundary della PAR1 è molto importante

Possono appaiarsi in meiosi maschile e subire crossing over (evento necessario) solo nella regione

pseudoautosomica PAR 1 Confine è una regione specifica di ciascun cromosoma sessuale

Il boudary della PAR1 umana è nel gene del gruppo sanguigno Xg

Il gene SRY che controlla l’inizio del differenziamento sessuale si trova sul cromosoma Y a sole 5 kb dal confine

Potrebbe non avvenire un corretto appaiamento (miss-match) e mediante crossing-over SRY verrebbe traslocato sul cromosoma

X a causa dell’appaiamento sbagliato (probabile a causa della presenza di sequenze ripetute)

Oltre le PAR ci sono altre regioni di omologia tra X e Y Sul cromosoma X si trovano diversi geni condivisi con il

cromosoma Y (hanno sigla che termina in Y)

Presente omologia di sequenza, sono funzionanti sia su X che su Y

sfuggono all’inattivazione come se fossero autosomici

Se sono sia sull’X che sull’Y sfuggono all’inattivazione

mentre i geni non condivisi, sull’X vanno incontro a inattivazione

Bilancio di dosaggio genico nel caso di una femmina (due cromosomi X) ⇾

Sul cromosoma Y ci sono alcuni pseudogeni che anche vi è elevata omologia non sono funzionanti inattivazione geni con una

copia non funzionante sull’Y (terminano con P)

Geni comuni suggeriscono una comune storia evolutiva

I cromosomi sessuali sono evoluti da una coppia di cromosomi omomorfici a cui sarebbe seguita una storia indipendente

(inversioni e trasposizioni duplicative)

Diverse porzioni del cromosoma X sono suddivisi in strati evolutivi:

strato 1 segmento più vecchio, 2-3-4-5 sono più recenti

Esistono tre classi di geni sul cromosoma Y:

- geni in comune con il cromosoma X che mappano nelle regioni pseudoautosomiche PAR

- geni simili ai geni che si trovano sul cromosoma X, identificati con la dicitura X-Y

- geni unici del cromosoma Y che includono il gene SRY (TDF) e i geni delle regioni AZF deputati alla

spermatogenesi, la delezione di queste regioni porta a infertilità

Nell’elettroforesi a destra è possibile vedere la delezione della regione AZFb

spesso riscontrata nei maschi azospermici ⇾

Test genetici che vanno a valutare il braccio lungo dell’Y contiene geni per la

spermatogenesi

SRY

Il suo ruolo di determinante nello sviluppo sessuale maschile venne inequivocabilmente provato da un classico esperimento:

creati topi transgenici XX con inserimento di una o più copie del gene SRY, i topi presentano un organo sessuale maschile e

gonadi sviluppate ma non funzionanti

Non sono presenti geni per la spermatogenesi nel genoma del topo, si trovano su un’altra porzione del cromosoma Y

Gene codificante per il fattore di determinazione del testicolo TDF (Test-determining factor), proteina che agisce come fattore di

trascrizione che determina il differenziamento della gonade in senso maschile durante lo sviluppo embrionale nei mammiferi

Ha un singolo esone e presenta un dominio HMG che serve a legare il solco minore del DNA

15-20% pazienti femmine 46, XX con sindrome di Swyer presentano una mutazione (puntiforme o delezione/crossing over

ineguale PAar1) nel gene SRY

- fenotipicamente è caratterizzata da femminilizzazione completa di individui 46, XY

- genitali esterni sono femminili

- gonadi sono fibrotiche, l’utero è ipoplastico

- disgenesia gonadica pura o disgenesia gonadica mista con presenza di tessuto testicolare con predisposizione a eventi

neoplastici (gonadoblastoma)

- amenorrea primaria

Traslocazione di parte del cromosoma Y contenente SRY sul cromosoma X causa maschi XX

Appaiamento sbagliato provoca la traslocazione di SRY sul cromosoma X, il cromosoma Y resta privo di SRY

⇾

Appaiamento X materno + X paterno con SRY XX con fenotipo maschile, infertile

⇾

Appaiamento X materno + Y paterno privo SRY XY con fenotipo femminile

Non vi è corrispondenza fra cromosomi (genotipo) e fenotipo

DETERMINAZIONE DEL SESSO GONADICO

Fino alla sessa settimana di gestazione, non è possibile distinguere un embrione maschio da un embrione femmina, poiché

hanno le stesse strutture embrionali ⇾

Presenza di gonadi bipotenti: coppia di organi pari dotti di Müller (femminili)

⇾ dotti di Wolff (maschili)

Dalla sesta settimana:

Se vi è SRY avviene la degenerazione dei dotti Mülleriani e il differenziamento dei vasi deferenti (dotti di Wolff)

SRY in grado di attivare altri geni, poi viene spento

vi sono geni impiegati per il differenziamento che restano accesi tutta la vita

All’inizio avviene la fase indifferenziata durante la quale avviene la separazione della line germinale da quella somatica e la

migrazione dalla cavità celomatica alla cresta urogenitale Differenziamento gonadico maschile:

- SRY dà inizio al differenziamento

- SOX9 attivato da SRY che stimola il differenziamento delle cellule

del Sertoli

- cellule del Sertoli rilasciano di ormone anti-Mülleriano AMH che

induce la degenerazione dei dotti Mülleriani

- aumento del rilascio di LH dall’ipofisi del feto e di hCG

(gonadotropina corionica) dalla placenta inducono il

differenziamento delle cellule di Leydig

- cellule di Leydig stimolano il rilascio di testosterone che permette

il completo differenziamento dei dotti Wolffiani e quindi dell’

epididimo, vasi deferenti e vescicole seminali

- testosterone stimola anche il rilascio di di-idrotestosterone DHT

che stimola la formazione dei genitali maschili esterni

Se assente SRY avviene la differenziazione in gonadi femminili

Differenziamento sessuale femminile viene controllato dagli estrogeni di origine materna e placentare

⇾

Estrogeni differenziamento dei dotti di Müller con la formazione delle tube di Fallopio, utero e la porzione superiore

della vagina

⇾ differenziamento dei genitali esterni quali labbra, clitoride e porzione inferiore della vagina

L’assenza dei testicoli determina il differenziamento dei genitali femminili

indipendentemente dalla presenza o meno delle ovaie

Esperimento: se vengono eliminati i testicoli, si ha la produzione di strutture

femminili anche in assenza delle ovaie

Nel momento in cui non c’è SRY, non c’è la produzione di AMH

Geni che regolano lo sviluppo sessuale femminile, stimolano la soppressione dello sviluppo testicolare

geni con funzione antagonista, spingono per il differenziamento verso un senso e inibiscono verso l’altro senso

WNT4, FOXL2, FST stimolano il differenziamento dell’ovaio SOX9

SF1

WT1

DAX1

Aploinsufficienza di SF1, WT1 e SOX9 causano XY sex reversal

Acquisizione di funzione di DAX1 determina XY sex reversal

Perdita di funzione di WNT4, FOXL2 determina XX sex seversal

Tutto ciò indica che il processo di formazione delle ovaie non è di default, ma avviene con l’intervento di geni soppressori dello

sviluppo testicolare

La decisione se la gonade primordiale bipotente diventerà un testicolo oppure un ovaio è un processo di sviluppo strettamente

controllato e molto complesso Processo di differenziamento sessuale basato sull’accensione e lo spegnimento di geni

diversi, stimolazione e inibizione di geni diversi

Iniziale decisione che determina il sesso non è definitiva, ma deve essere affermata per tutta la vita sopprimendo il programma

di differenziazione sessuale opposto

Così, mentre la determinazione del sesso iniziale sembra essere il risultato dell’attivazione unilaterale del pathway maschile in

cui SRY attiva SOX9, il successivo mantenimento del destino gonadico può essere visto come una battaglia tra i network dei geni

regolatori “maschili” come Dmrt1, SOX8 e SOX9 e i due network di geni regolatori “femminili” che coinvolgono il signaling di

FOXL2 e WNT/β-catenina

Esperimenti su topi knock out condizionali:

- maschi, dopo il differenziamento sessuale viene eliminato un gene importante per il mantenimento del differenziamento

cellule del Setoli si trans-differenziano in cellule della granulosa

- femmine, se viene eliminato gene Foxl2 avviene il trans-differenziamento delle cellule della granulosa in cellule

del Sertoli

Sesso gonadico determinato da regolatori trascrizionali

DISORDI DELLO SVILUPPO SESSUALE GONADICO

Condizioni in cui ha discordanza fra sesso genetico, sesso gonadico e sesso fenotipico

Sesso fenotipico determinato da fattori ormonali e recettori

Patologie post-gonadiche: le gonadi sono prodotte correttamente, ma vi sono problemi a livello ormonale

⇾

possono essere scarsa produzione di ormoni

⇾ mancata funzionalità dei recettori di questi ormoni

Non vi è discrepanza fra gonade e cariotipo, ma fra gonade e sviluppo sessuale

Sindrome da insensibilità agli androgeni

Sindrome della femminilizzazione testicolare