Parte di Genetica, Appunti

8. MECCANISMI GENETICI LEGATI AL SESSO

La scoperta dei caratteri legati al sesso fu effettuata dallo scienziato Morgan con la drosofila.

DETERMINAZIONE DEL SESSO

Il sesso può essere determinato in due modi:

•Dalle condizioni ambientali: • tartaruga–temperaturadurantesviluppoembrionale • Alcunipesci–

strutturasocialeotemperatura

•Cromosomi – in tre modi:

X0-XX–maschioaploideX0,femminadiploideXX;

ZZ-ZW-maschio(ZZ)omogametico,femmina(ZW) eterogametica; uccelli, serpenti, alcuni anfibi e pesci

XY-XX–maschio(XY)eterogametico,femmina omogametica (XX); uomo e Drosophila

CICLO VITALE DELLA DROSOPHILA

- UOVA

- LARVA

- PUPA

- ADULTO

L’intero ciclo riproduttivo dura circa 14 giorni a temperatura ambiante.

I CROMOSOMI

- I cromosomi “sessuali” o eterocromosomi sono quelli responsabili della determinazione del

sesso

- Autosomi - sono i cromosomi non coinvolti nella determinazione del sesso e sono identici nei

due sessi.

I cromosomi politenici sono cromosomi giganti comuni a molte mosche. Iniziano come normali

cromosomi, ma attraverso ripetuti cicli di replicazione del DNA senza alcuna divisione cellulare

(chiamata endoreplicazione), diventano grandi cromosomi bandeggiati (vedi figura). Per ragioni

sconosciute, le regioni centromeriche dei cromosomi non endoreplicano molto bene. Di

conseguenza, i centromeri di tutti i cromosomi si raggruppano in una massa chiamata cromocentro.

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I CROMOSOMI DELLA DROSOPHILA

DETERMKINAZIONE CROMOSOMICA DEL SESSO

Fenotipo occhi bianchi 83

Morgan ipotizzò che il locus per il carattere occhi bianchi fosse sul cromosoma X.

Comprese che gli alleli per il colore degli occhi erano presenti solo su X e che non esisteva un allele

omologo su Y . 84

LA PROVA DELLA TEORIA CROMOSOMICA DELL’EREDITARIETA’

• Calvin Bridge era uno studente nel laboratorio di Morgan

• Notò qualcosa di strano 85

La scoperta di Bridges non sta nell’aver spiegato l’apparizione occasionale di un moscerino inatteso ma

nell’aver collegato l’eredità di un gene specifico (w) alla presenza di un cromosoma (X)

Questa associazione tra genotipo e cromosomi ha fornito una prova che I geni legati al sesso sono sul

cromosoma X e ha confermato la teoria cromosomica dell’eredità.

Conclusione dagli esperimenti di Bridge

I caratteri sono sui cromosomi. I cromosomi sono le strutture che portano il materiale genetico.

DETERMINAZIONE DEL SESSO NELLA SPECIE UMANA 86

CHE COSA DETERMINA IL SESSO NELLA SPECIE UMANA?

Il numero dei cromosomi X?

La presenza del cromosoma Y?

Una soluzione è suggerita dagli individui che hano un numero insolito di cromosomi sessuali:

X0 Femmina con la sindrome di Turner

-

XXY Maschio con la sindrome di Klinefelter

-

XY - Femmine Se manca il gene SRY

XX - Maschi Se c’è un piccolo pezzo di Y con il gene SRY

• Il cromosoma X contiene informazioni genetiche essenziali per entrambi i sessi; è richiesta almeno una

copia di una X.

• Il cromosoma Y determina il sesso : Una singola Y, anche in presenza di diverse X, produce ancora un

fenotipo maschile. L'assenza di Y si traduce in un fenotipo femminile. Il gene SRY sul cromosoma Y

determina il sesso MOSAICO DELLA SINDROME DI

TURNER 87

X E Y OMOLOGHI

Il cromosoma X è un cromosoma submetacentrico con molti geni

indipendenti dal sesso (circa 2000 geni).

Il cromosoma Y è un cromosoma acrocentrico, molto più piccolo (circa 100

geni); la maggior parte dei geni sono coinvolti nella determinazione del sesso

e nella spermatogenesi.

Le regioni PAR si appaiano in meiosi (alta possibilità di crossing-over).

C’è un’altra regione di omologiatra X and Y dovuta ad una traslocazione di un

blocco di Xp21 in Y, avvenuta 3-4 milioni di anni fa, dopo la divergenza

uomo-scimpanzè. È una regione quasi priva di geni, ma ricca di elementi

trasponibilie altre sequenze ripetute.

SRY (DETERMINAZIONE DEL SESSO NELLA REGIONE Y DEL CROMOSOMA) 88

SRY E SOX9

CARATTERI LEGATI AL CROMOSOMA Y

-molto rari

-trasmessi dal maschio

-non ci sono femmine che manifestano il carattere

-caratteri legati al cromosoma Y che riguardano l’infertilità non sono trasmessi

CARATTERI RECESSIVI LEGATI ALLA X

-sempre espresso nei maschi

-le femmine omozigoti recessive mostrano il carattere quelle eterozigoti no

-maschi affetti: lo hanno ereditato dalla madre

-femmine affette: padre affetto e madre eterozigote o affetta

Es. emofilia A: mancanza del fattore VIII di coagulazione

-Sono affetti esclusivamente i maschi.

-I maschi affetti hanno figli maschi normali.

-Una donna con padre affetto ha 50 % P di avere figli affetti.

Es. daltonismo (figura a destra) 89

CARATTERI DOMINANTI LEGATI ALLA X

-si manifesta in copia singola nelle femmine

-i maschi solitamente sono più gravemente affetti

-tipicamente associati ad aborti e letalità maschile

INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X

Come avere una stessa quantità di prodotto genico nei due sessi?

1) Diminuire il prodotto genico di metà nelle femmine Mammiferi placentati (uomo), Inattivazione del

cromosoma X

2) Aumentare il prodotto genico due volte nei maschi Drosofila – compensazione genica)

PIU’ DI UN CROMOSOMA X

Le cellule di individui che hanno più di due cromosomi X, hanno un solo X che

rimane attivo e tutti gli altri vengono inattivati, una donna con tre cromosomi X,

XXX, dovrebbe avere in ciascuna cellula due corpi di Barr. 90

L'inattivazione di X è un processo mediante il quale una delle

due copie del cromosoma X è inattivata.

Nei mammiferi femmine uno dei due cromosomi X viene

inattivato casualmente all'inizio dell'embriogenesi per

consentire la compensazione del dosaggio dei geni legati

all'X.

In ogni cellula somatica femminile la X inattiva può essere il

cromosoma X paterno o materno.

Il corpo di Barr è un cromosoma X inattivato.

CONSEGUENZE

Gatti: un gene legato all'X con due alleli per il colore del mantello

Uno dei vari geni che controllano il colore del pelo si trova sul cromosoma

X. Un codice allele per la pelliccia arancione (XB) e l'altro per la pelliccia

nera (Xb).

L'allele arancione è dominante per l'allele nero. Normalmente, ciò

significherebbe che un animale che eredita una copia di ciascun gene

(genotipo XBXb) dovrebbe avere una pelliccia arancione.

Sorprendentemente, un gatto femmina eterozigote in quel luogo (XBXb)

non sarà arancione. Invece, il suo mantello sarà un patchwork di arancio e

nero, una condizione nota come guscio di tartaruga.

MECCANISMO DI INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X

Una regione del braccio p del cromosoma X vicino al centromero chiamata centro di inattivazione dell’X

(XIC) è l’unità di controllo. Questa regione contiene il gene per il trascritto specifico per l’inattivazione

dell’X (XIST). Questo RNA presumibilmente riveste il cromosoma X che lo esprime e poi la metilazione

del DNA blocca il cromosoma nello stato inattivo. 91

Centro di inattivazione dell’X

All lncRNAs:

Xist avvolge l’X inattivo e determina il silenziamento di molti geni su questo cromosoma.

Tsix (trascritto dal filamento opposto di Xist) impedisce la trascrizione di Xist sul X attivo

Jpx stimola la trascrizione di Xist sul X inattivo 92

9. GRUPPI SANGUIGNI E MUTAZIONI GENICHE

Variante allelica

Le varianti alleliche sono differenze tra alleli, rilevabili da qualsiasi dosaggio. Ad esempio, le differenze

nelle sequenze anonime di DNA possono essere rilevate come semplice polimorfismo a lunghezza di

sequenza (SSLP) o polimorfismi a singolo core (SNP).

Polimorfismo

Varianti alleliche con una frequenza superiore all'1% nella popolazione. Il fenotipo che ne risulta non

conferisce un significativo vantaggio. Le varianti del DNA potrebbero anche non conferire alcun

fenotipo esterno.

DOMINANTE E RECESSIVO

Dominanti e recessivi si riferiscono alla natura dell'eredità dei fenotipi, non ai geni, alleli o mutazioni. Un

fenotipo recessivo è uno che viene rilevato solo quando entrambi gli alleli hanno una variante

particolare o mutazione. Un fenotipo dominante è rilevabile quando è presente solo un allele variante.

Se entrambi gli alleli possono essere rilevati simultaneamente da un'analisi, allora sono coodominanti.

La variazione del DNA invariabilmente rileverà l'ereditarietà coodominante, poiché vengono rilevati

entrambi gli alleli

Poiché i termini sono applicati ai fenotipi non ai geni o alleli, allora nel caso in cui un gene abbia

molteplici alleli mutanti, ognuno può conferire un fenotipo che è dominante ad alcuni, ma recessivo ad

altri, fenotipi dovuti ad altri alleli.

OMOLOGHI

I geni sono omologhi se si sono chiaramente evoluti da un antenato comune. Nota che i geni sono

omologhi o no; non ci sono gradi di omologia! Ad esempio, tutti i geni globinici e la mioglobina sono

omologhi, anche se alcuni sono più strettamente correlati tra loro rispetto ad altri. 93

ORTOLOGI

I geni nelle diverse specie sono ortologhi se si sono evoluti da un singolo gene ancestrale comune. Ad

esempio, i geni beta globina di topo, ratto e umano sono ortologhi. Si noti che diversi geni nel topo o nel

ratto possono avere un singolo ortologo in un'altra specie e viceversa. I geni ortologhi sono definiti da

omologhi per definizione.

PARALOGICI

I geni paralogici sono geni all'interno della stessa specie che sono sorti da un antenato comune da

duplicazione e successiva divergenza. Ad esempio, i geni alfa globina e beta globina sono paraloghi. I

geni paralogici sono definiti per definizione omologhi.

NOMENCLATURA: SIMBOLI DEL GENE

Il Mouse Genome Database (MGD) funge da deposito centrale di nomi e simboli di geni per evitare l'uso

dello stesso nome per diversi geni o l'uso di nomi multipli per lo stesso gene.

Un simbolo del gene dovrebbe:

- essere unico all'interno della specie e non deve corrispondere a un simbolo in un'altra specie che non

è un omologo.

- essere brevi, normalmente 3-5 caratteri e non più di 10 caratteri.

- usa solo lettere romane e numeri arabi.

- iniziare con una lettera maiuscola (non un numero), seguito da tutte lettere / numeri minuscoli (vedere

eccezione sotto).

- non includere specificità di tessuto o designazione di peso molecolare.

- idealmente avere lo stessa lettera iniziale come lettera iniziale del suo nome di gene in cui aiutare

indicizzazione. 94

LEGGI DI MENDEL NON SEMPRE VALIDE

1. Dominanza incompleta: l’eterozigote ha un fenotipo intermedio tra quello

dei due omozigoti

2. Codominanza e Allelia multipla: l’eterozigote ha il fenotipo di entrambi gli