Genetica medica

ETEROCROMATINIZZAZIONE DEL CROMOSOMA X

Gli esseri umani sono degli organismi diploidi , ovvero ereditano le informazione genetiche

in doppia copia; Per poter funzionare bene , la maggior parte dei geni deve essere

espresso in doppia copia; Infatti esistono delle malattie date dalla APLOINSUFFICIENZA :

uno dei due alleli non funziona e quindi abbiamo una carenza di proteina ; Questo

potrebbe portare ad effetti fenotipici patologici.

Una minima parte dei geni nel nostro genoma , però , per poter funzionare deve essere

espresso in singola copia. Questo accade nell’espressione dei geni delle Ig umane

(principio di esclusione allelica ) o , appunto , nelle donne ( cariotipo 46,XX ) in cui uno dei

due cromosomi sessuali deve essere inattivato.

L’inattivazione del cromosoma X è un evento precoce , avviene a livello della blastocisti ,

ovvero quando l’embrione è formato ancora da una ventina di cellule. In questo momento

avviene l’inattivazione casuale di uno dei due cromosomi X.

Sul cromosoma X , braccio q , esiste una regione nota come XIC , ovvero “X inattivation

centre” , la quale possiede dei geni tra cui XIST e TSIX. Da entrambi le sequenze geniche

nascono dei “ncRNA” ovvero dei non coding RNA. L’RNA derivante da xist è responsabile

del processo di etero-cromatinizzazione del cromosoma X. L’RNA di tsix è un antisenso

del RNA di xist . Il suo compito è quello di “nascondere” il DNA cromosomico da

eterocromatinizzare al ncRNA di xist. Quindi il processo di eterocromatinizzazione è una

“lotta” tra xist e tsix.

Nella maggior parte dei casi , il processo di eterocromatinizzazione del cromosoma X è

casuale.

Ma non è casuale quando :

una delle due X contiene dei geni letali , l’X eterocromatinizzata è proprio quella con

- i geni letali.

c’è una X che ha subito una traslocazione con un autosoma. In questo caso la X ad

- essere etero-cromatinizzata non è quella traslocata , bensì quella senza

traslocazione . Si attua questo procedimento per mantenere attivo l’autosoma

traslocato.

N.B. Non viene inattivato l’intero cromosoma X , bensì circa un 80% di questo. Infatti ci

sono alcuni geni che per forza devono rimanere attivi , tra cui due regioni note come PAR1

e PAR2 , ovvero pseudoautosomic region 1 and 2.

IMPRINTING GENOMICO

L’imprinting genomico è un fenomeno epigenetico di esclusione allelica a seconda

dell’origine parentale dell’allele. Questo fenomeno è stato scoperto negli anni ’80 negli

animali; infatti fu visto che incrociando un cavallo con un asina nasce un bardotto , mentre

incrociando una cavalla con un asino nasce un mulo.

Il gene che subisce l’imprinting genomico è silente, quindi non espresso. I geni imprinted

rappresentano circa l’1 % del nostro genoma . Sono stati individuati circa una cinquantina

di tali geni localizzati in quindici regioni differenti del nostro genoma. I due principali

raggruppamenti sono stati trovati sul cromosoma 11 e sul cromosoma 15. Ovviamente ci

sono tanti altri cromosomi con geni sottoposti ad imprinting genomico.

Un esempio classico di geni sottoposti ad imprinting genomico sono il gene H19 e il gene

Igf2 localizzati in posizione 11p15 .

Il gene Igf2 è espresso solamente dall’allele paterno .

Il gene H19 solamente dall’allele paterno .

Schema :

Che cosa è il ciclo dell’imprinting?

Quando lo spermatozoo feconda la cellula uovo , si ha il mescolamento dei due genomi

cellulari; Il genoma cellulare dello spermatozoo ha un imprinting paterno ; il genoma

cellulare della cellula uovo ha invece un imprinting materno; (essendo i due genomi

derivati dallo spermatozoo, quindi dal padre, e dalla cellula uovo, quindi dalla madre.)

Nelle successive divisioni mitotiche che portano alla formazione dell’embrione

multicellulare, nelle cellule somatiche , grazie ad un enzima ( DNAMt1) , si ha il

mantenimento dell’imprinting genomico, (meccanismo di metilasi di mantenimento).

Nelle cellule germinali primordiali dell’embrione non si ha il meccanismo di mantenimento

dell’imprinting genomico. Qui si ha un reset dell’imprinting genomico , il quale viene

ristabilito in un secondo momento , ovvero quando l’embrione ha stabilito il suo sesso.

Schema:

Che cosa è la disomia uniparentale - UPD - ?

E’ un fenomeno patologico.

Consiste nel ereditare due cromosomi dal padre o dalla madre. Consideriamo il caso in cui

in un embrione il numero dei cromosomi sia quello corretto , quindi 46 ; Se due cromosomi

omologhi di questi 46 derivassero entrambi da solo uno dei due genitori allora potremmo

incorrere in un fenomeno patologico . Quello che accade è che c’è una situazione di non

equilibrio di espressione genica.

La BECKWITH – WIEDEMANN, LA SILVER – RUSSELL, la PRADER-WILLI e la

ANGELMAN sono 4 malattie causate da un non equilibrio dell’espressione genica .

Esaminiamo la prima coppia di patologie B-W ; S-R ;

Riguardano il cromosoma 11, la regione p15 ;

La sindrome di Silver Russell è causata da una doppia espressione dell’allele H19 . H19

dovrebbe essere espresso solamente dall’allele materno. Qualora venisse espresso anche

l’allele paterno incorreremmo in una patologia che porta l’embrione ad essere

microsomico;

La Bechwith – Wiedmann è causata da una doppia espressione del gene Igf2 ,

normalmente espresso solo dall’allele paterno. Nel momento in cui si ha la doppia

espressione del gene Igf2 allora la patologia in cui si incorrererebbe è una macrosomia.

N.B. Queste malattie sono state ben studiate nel topo ;

Nell’uomo c’è una omologia con le malattie riscontrate nel topo, anche se nell’uomo il tutto

è più complicato , perché oltre al cromosoma 11, c’è un interessamento anche altre regioni

geniche , come quella del cromosoma 7.

Esaminiamo la seconda coppia di patologie legate ad un difetto dell’imprinting , Prader -

Willi e Angelman :

Entrambe sono legate ad una regione del braccio lungo del cromosoma 15 (15p);

Quando abbiamo una doppia espressione dei geni materni , abbiamo la sindrome di P-W .

Questa malattia causa ritardo mentale e una serie di problemi endocrinologici , tra cui

l’iperfagia , ovvero la ricerca spasmodica del cibo. ( La causa di questa “sfumatura” della

malattia è ancora da “comprendere” anche se è stato registrato un alto livello dell’ormone

GH – relina in circolo).

Nella sindrome di Angelman è presente una doppia espressione dei geni paterni; Anche

questa sindrome causa un ritardo mentale, epilessia , assenza del linguaggio, pertanto il

ritardo mentale è ancor più grave di quello della Prader. I bambini affetti da questa

sindrome ridono facilmente .

Quando parliamo di problemi legati all’imprinting genomico , esattamente di cosa stiamo

parlando?

possono esserci delle micro-delezioni della regione materna o della regione paterna

1) .

Ad esempio nella sindrome di P-Willi ( causata da una assenza del contributo paterno ) ci

può essere una microdelezione della regione paterna 15q11 – 15q13 paterna.

Nella sindrome di Angelmann invece ci può essere una microdelezione della regione

materna , con un doppio contributo paterno.

Una causa di ciò è la isodisomia uniparentale ; è una mutazione per cui due

2) cromosomi derivano tutti e due da uno solo dei due genitori , pertanto lo zigote

riceve due copie identiche degli alleli.

Quello che potrebbe accadere nella isodisomia uniparentale è che , ad esempio , una

cellula uovo con due cromosomi 15 ( es.) , causati da un errore meiotico, viene ad essere

fecondata da uno spermatozoo senza un cromosoma 15 ( molto poco probabile ) causato

da un errore meiotico.

Più probabile è che invece si vengano ad incontrare una cellula uovo con due cromosomi

15 con uno spermatozoo con un solo cromosoma 15. Lo zigote che nasce ha una trisomia

15 , assolutamente incompatibile con la vita ( aborto spontaneo) . Ma lo zigote appena

nato dalla fecondazione di queste due cellule , potrebbe in realtà attuare un meccanismo

di salvataggio in extremis, buttando fuori uno dei due cromosomi 15. Se butta fuori il

cromosoma 15 materno , allora lo zigote sarebbe assolutamente normale. Se buttasse

fuori quello paterno , ci sarebbe una disomia 15.

Metilazioni anomale nei geni soggetti ad imprinting genomico.

3)

Riassumendo: Una problematica che incorriamo quando siamo di fronte a geni imprinted è

questa;

Es. siamo di fronte ad un gene ad espressione esclusivamente materna :

avviene la mutazione sull’allele paterno? La mutazione non ha un riscontro fenotipico , in

quanto l’allele paterno ( in questo caso esemplare ) non verrebbe espresso a prescindere.

Se invece avessimo la mutazione sull’allele materno , si riscontrerebbe anche a livello

fenotipico , in quanto quell’allele è l’unico ad essere espresso.

REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA A LIVELLO TRASCRIZIONALE

Quando parliamo di regolazione dell’espressione genica a livello trascrizionale intendiamo

una serie di meccanismi che agiscono sul DNA , rendendolo attivo o non attivo dal punto

di vista trascrizionale.

Analizziamo in questo capitolo :

Fattori di trascrizione

1. Geni globinici

2. Geni HOX , PAX .

3.

FATTORI DI TRASCRIZIONE

Ci sono una serie di proteine (ELICA GIRO ELICA; ELICA ANSA ELICA; CERNIERE DI

LEUCINE; DITA DI ZINCO) che sono in grado di riconoscere e di legarsi a specifiche

sequenze di DNA attivandone (gli attivatori) oppure reprimendone ( i repressori ) la

trascrizione;

I fattori di trascrizione possono essere attivi o meno, ovvero ci sono dei fattori di

trascrizione che devono essere attivati prima di poter funzionare. Vengono attivati in

seguito ad un legame con un ormone (steroideo o proteico) oppure in seguito ad una

ricombinazione.

Gli ormoni steroidei, avendo la capacità di entrare nella cellula, si legano

- direttamente a questi fattori di trascrizione e, cambiando la loro conformazione, li

attivano.

Gli ormoni proteici invece si legano a dei recettori presenti sulla membrana cellulare

- e attraverso un meccanismo di trasduzione del segnale, attivano solitamente delle

protein chinasi, le quali fosforilano il fattore di trascrizione e pertanto lo attivano.

Un fattore di trascrizione, noto come cerniera di Leucine è un monomero che ha la

- forma di una elica con un alto contenuto di Leucina, funziona in seguito ad una

ricombinazione con un altro monomero dello stesso tipo. In questo modo si forma

un dimero che ha la forma di una Y, che (come una molletta sulle corde del bucato)

si lega alla elica di DNA.

Ricordiamo che i fattori di trascrizione agiscono solam