Genetica, prof. Ronchi

Il ruolo di bicoid e dei geni a effetto materno nella fertilità dei maschi e delle femmine

Le femmine sono sterili mentre i maschi sono fertili. Tuttavia, entrambi i sessi che presentano bicoid -/- nascono. Questo significa che bicoid è già presente nell'uovo ed inoltre che bicoid è aplosufficiente (+/- con fenotipo normale).

Bicoid è trascritto dalle cellule nutrici che circondano l'uovo nell'ovaio. Bicoid è poi ancorato nella parte anteriore dell'uovo. Questo spiega la fertilità dei maschi -/-: nei maschi bicoid non entra in gioco. Le femmine -/- invece sono sterili perché non producono bicoid. Il gradiente di bicoid è inibito nella parte posteriore da nanos.

Geni a effetto materno sono trascritti dalle cellule nutrici. Sono quei geni il cui prodotto dà la polarità all'uovo non fecondato. Sono trascritti nelle cellule nutrici e gli mRNA sono trasferiti nella cellula uovo sotto forma di ribonucleoproteine. I geni a effetto materno sono...

aplosufficienti quindi le femmine eterozigoti sono feconde. La femmine figlie -/- date dall'incrocio con un maschio eterozigote nascono ma sono infertili. I problemi sorgono quindi nella F2. I maschi non sono influenzati dai geni a effetto materno. Il gradiente di bicoid è inibito nella parte posteriore da nanos. Il knock-out di bicoid porta alla perdita del confine tra testa e corpo. L'overespressione di bicoid porta la zona cefalica ad espandersi verso la coda.

30 Geni a effetto zigotico. Gli individui -/- sono letali mentre gli eterozigoti sopravvivono solo se il gene in questione è aplosufficiente. Hunchback è il principale gene attivato da bicoid e represso da nanos. Bicoid lega in modo cooperativo il promotore di hunchback (espresso nell'embrione). Bicoid reprime invece l'espressione di Caudal. Hunchback promuove l'espressione dei geni Gap. Questi geni servono all'organizzazione delle regioni corporee generali. Gap influenza i geni

Pair-Rule (even skipped, hairy: segmenti pari mentre fushi tarazu, odd quelli dispari) che influenzano a loro volta i geni della polarità di ogni segmento: Engrailed e Gooseberry. Engrailed è un gene per la polarità segmentale e la sua espressione può essere visualizzata legando anticorpi al suo prodotto o usando il gene reporter β-Gal.

Mantenimento: Sono coinvolti i geni Pair-Rule. Bisogna mantenere distinti i vari segmenti tra di loro. Wingless ed Engrailed sono i geni coinvolti. Una cellula che esprime Wg influenza quella adiacente ad esprimere En così da tenere marcati i confini tra i segmenti.

Come è possibile che un gene riconosca i segmenti pari da quelli dispari? Non è spiegabile attraverso i gradienti di espressione. Questi geni hanno delle sequenze regolative indipendenti quindi il gene Eve del S2 è espresso indipendentemente dal gene Eve di S4, S6 ecc... Questo fenomeno si dimostra col fatto che geni reporter

“in più” possono fornire materiale persperimentare nuove soluzioni evolutive.

Antennapedia: ci sono zampe al posto delle antenne. La zampa che compare è quella del segmento T2 (zampamesotoracica). Questo tipo di mutazione è di tipo dominante. Il mutante recessivo ha antenne al posto delle zampe. Lazampa T2 quindi diventa un’antenna. Normalmente Antp sopprime i geni exd (extradentical) e htx (homeotorax)entrambi coinvolti nella determinazione dell’antenna. Nella zampa Antp è espresso mentre nelle antenne è silenziato(exd e htx attivi)

• Dominante: Antp è espresso ectopicamente nell’antenna e così si sviluppa la zampa T2. Quindi se Htx è spentosi ha la zampa. Htx è il master-gene dello sviluppo dell’antenna. Il pathway differenziativo di default è la zampae questo avviene senza che ci sia htx.

Le diverse zampe sono così costruite:

• T2: Antp (zampa modello base)

vertebrati.Alterazione della durata di espressione: stesse strutture ma diverse velocità di accrescimento e quindi quantità diversedi prodotto genico.Nell'uomo lo sviluppo delle vertebre è sotto il controllo di HoxC e D. I morfogeni che determinano i gradienti antero-posteriore sono RA (avanti) e FGF (posteriore). HoxC e HoxD rispondono a questi gradienti per sviluppare i diversi tipi divertebre. Shh e BMP sono i morfogeni che attivano i geni HoxD(10-13) che determinano lo sviluppo delle dita dellamano. Il pollice si sviluppa solo quando HoxD13 è attivo. Esistono persone con mani a 5 dita ma senza pollice e quindinello sviluppo non si è formata una zona in cui solo HoxD13 era attivo.Alterazione domini funzionali: Ubx di insetto e crostaceo hanno un C-terminale diverso. Ubx di insetto reprimeDistalless, quello dei crostacei no. Negli insetti le zampe si sviluppano perché l'espressione di Ubx e Dll non sisovrappongono temporalmente.

Nei crostacei Ubx non reprime Dll e quindi si sviluppano molte zampe. Se nell'insetto esprimo ectopicamente Ubx in contemporanea con Dll si ha la repressione.

Eterocronia dell'espressione: l'espressione è sfalsata temporalmente.

Alterazione sequenze regolative: Ubx reprime il 2° paio di ali negli insetti. Ubx non reprime in lepidotteri e coleotteri.

Sono mutate le sequenze target di Ubx. Nei lepidotteri non c'è alcun sito di legame per Ubx e quindi si sviluppa il 2° paio di ali.

Dll è stato cooptato evolutivamente per formare le macchie sulle ali delle farfalle.

Nei lepidotteri si è aggiunto un enhancer che ha fatto acquisire questa nuova funzione a Dll. Le macchie si sviluppano per una catena di induzione di geni diversi e le sfumature cromatiche sono date da diverse regolazioni.

Sistema genetica del immunitario

Le cellule del sistema immunitario si originano dalle staminali ematopoietiche. La prima divisione è tra CLP

(CommonLinfoid Progenitor) e CMP (Common Mieloid Progenitor). Dalla CLP si originano le cellule B, T e NK.I linfociti B producono gli anticopri e quando riconoscono l'antigene specifico proliferano moltissimo. Alcuni di essi diventano però cellule B della memoria e non prendono parte alla difesa immunitaria. I linfociti T servono invece a uccidere le cellule self infettate. I linfociti T-helper aiutano la proliferazione dei linfociti B e T-Killer. Infine i linfociti T-soppressori attenuano la risposta. Esistono anche le cellule T della memoria. I macrofagi servono a inglobare gli agenti infettanti e processano i loro antigeni presentandoli alle cellule B e T- helper.

Antigene: sostanza esogena in grado di scatenare la produzione di anticorpi. La proteina MHC-II serve a riconoscere gli antigeni. I linfociti T riconoscono le cellule self che espongono l'antigene legato a MHC-I, questa proteina è sempre presente tranne che sugli eritrociti. MHC-II è invece presente

vaccinati

La porzione effettrice va incontro a ricombinazione a partire dallo stesso locus.

Produzione di anticorpi

Ci sono tre processi:

• Ricombinazione somatica dei loci codificanti per le Ig. Avviene solo nelle cellule B
• Variabilità dei siti ricombinanti
• Ipermutazione somatica

Le Ig devono produrre molti anticorpi nel momento in cui il linfocita B riconosce l'antigene. Il linfocita B è prodotto dalle cellule staminali ematopoietiche del midollo osseo. Questi linfociti circolano nel sangue in forma quiescente.

Switch di classe: passaggio alla produzione di IgG, IgE, IgA con stessa specificità per l'antigene ma diversa porzione effettrice.

Ricombinazione somatica: c'è un locus per la catena P e due loci per le catene L (catene K e λ). La regione N-terminale della catena P deriva dall'assemblaggio di un elemento V (250 diversi) uno D (10 diversi) e uno J (4 diversi). Nelle cellule B avviene una ricombinazione di questo locus.

Ogni cellula B ha una combinazione diversa VDJ.