lezione 12a

Ereditá X-linked e inattivazione del cromosoma X
CC Tutte le aneuploidie compromettono il delicato equilibrio dei
prodotti genici nelle cellule. Nella maggior parte dei casi non sono
compatibili con la vita.
Triploidie: 0,3% delle nascite, 35% degli aborti spontanei
Sindrome di Down
Sindrome di Edwards
Sindrome di Patau
CC Tuttavia, l’uomo riesce a tollerare aneuploidie dei cromosomi sessuali molto meglio.
Dopo la sindrome di Down, la sindrome di Klinefelter è la più diffusa (poi 47,XXX e
47,XYY).
Sviluppo dei caratteri sessuali alterato, fertilità compromessa, aspettativa di vita
normale.
CC CC Negli organismi con un sistema di determinazione
del sesso tipo XX/XY devono esistere dei sistemi
che consentano lo sviluppo normale nonostante il
numero diverso di cromosomi sessuali nei maschi e
nelle femmine.
Il cromosoma Y contiene un numero molto ridotto
di geni, per lo più collegati al normale sviluppo
delle funzioni sessuali maschili (male-specific
region of Y, MSY).
Al contrario il cromosoma X porta molti geni
essenziali (>1000).
CC Inattivazione del cromosoma X
Meccanismo di compensazione, chiamato XCI
(Inattivazione del Cromosoma X), che
riequilibria il dosaggio genico tra i maschi (XY)
e le femmine (XX) nelle cellule somatiche
femminili.
CC Espressione monoallelica
Forma di regolazione
genica che consiste
nell’espressione
differenziata di un allele
L’XCI e l’imprinting riducono l’espressione del genoma dei mammiferi del
5-10%.
Anomalie del sistema di inattivazione della X hanno conseguenze letali;
anomalie dell’imprinting causano severi disturbi di crescita e morte
dell’embrione.
CC Inattivazione del cromosoma X
Il cromosoma X inattivo e quello attivo
sono indistinguibili in una cellula in
metafase, perché tutti i cromosomi in
metafase sono condensati e in gran
parte inattivi. Alla fine della divisione
cellulare, la X inattiva resta condensata,
mentre gli altri cromosomi
decondensano e tornano ad essere
trascrizionalmente attivi. Il cromosoma
X inattivo puó quindi essere individuato
come corpo di Barr, in prossimitá della
membrana del nucleo in interfase
(1948, Murray Barr, medico canadese)
CC CC P M
La scelta di ciascuna cellula è PERMANENTE: una volta
avvenuta l’inattivazione (15-16˚giorno dell’embriogenesi),
tutte le sue future copie avranno la stessa X inattivata
CC Le femmine sono “mosaici” di cellule.
L’inattivazione del cromosoma X è un
fenomeno CASUALE e CLONALE.
CC Inattivazione del cromosoma X
 Quindi, indipendentemente dal numero di cromosomi
nel cariotipo, c’é solo un set di geni X-linked attivi in una
cellula: i maschi (XY) sono costitutivamente emizigoti
(un’unica copia di ciascun gene), mentre le femmine (XX)
diventano funzionalmente emizigoti (un’unica copia
funzionale per ciascun gene)
CC Gatti Calico
P M
Uno dei due porta
l’allele dominante
per il colore del pelo
nero, l’altro porta
l’allele per il colore
del pelo arancione.
La cellula si divide e produce un embrione. In
ciascuna delle cellule embrionali viene
casualmente condensato e inattivato uno dei
due cromosomi X.
In ciascuna divisione cellulare nelle cellule
figlie sarà inattivato lo stesso cromosoma, di
derivazione paterna o materna.
CC Quando guardiamo un gatto calico,
possiamo chiaramente vedere i cloni
cellulari derivanti dalle cellule
embrionali in cui il cromosoma X è
stato inizialmente inattivato.
Le cellule delle aree arancioni sono quelle derivanti da cellule
embrionali in cui il cromosoma con l’allele dominante è stato
inattivato, mentre quelle delle aree nere derivano da cellule
embrionali in cui è stato inattivato l’allele recessivo.
Le aree bianche derivano da un’interazione con un altro gene che
blocca completamente la produzione di melanina.
CC Sistemi di compensazione del dosaggio genico dei cromosomi sessuali
sono stati osservati nel regno animale in molte specie.
In Drosophila si ha l’overespressione dei geni X-linked nei maschi.
Nei nematodi, invece, si ha la riduzione dell’espressione in entrambe
le X.
Nei marsupiali e nei tessuti extraembrionali dei topi l’XCI è
soggetta ad imprinting:
il cromosoma X paterno é
preferenzialmente inattivato.
CC Nell’embrione di femmina di topo,
s i ha l’iXCI , una forma di
inattivazione del cromosoma X
soggetta ad imprinting, in cui la X
ereditata dal padre viene inattivata
(4-8 cellule).
Successivamente, la Xp resta
inattiva nei tessuti extra embrionali,
mentre è riattivata nelle cellule della
inner cell mass da cui si sviluppa
l’embrione in senso stretto.
E’ necessario un rapido inizio della
random X chromosome
inactivation (rXCI), diretto o alla
Xm o alla Xp, immediatamente
dopo l’impianto.
CC G6PD e l’ina-vazione clonale Cellule di donna eterozigote G6PD+/Coltura
originaria
Coltura
di singolo
clone
Coltura
di singolo
clone
Donna eterozigote G6PD+/Direzione
migrazione
Lenta
Veloce
CC Inattivazione del cromosoma X
• 
Nel 1948 Murray L. Barr and E. G. Bertram osservarono delle masse
scure nei nuclei di neuroni di gatto di sesso femminile;
•  Nel 1961 Mary Lyon formuló l’ipotesi che
oggi porta il suo nome (lyonizzazione), per
spiegare alcuni fenomeni osservati nelle
cellule di mammifero di sesso femminile
 Lo stesso fenomeno si osserva nei
maschi XXY, ma non nelle femmine X0 e
corrisponde al numero delle X meno 1
CC L’ inattivazione X(isop), X(isoq) e X(del)
 Isocromosoma
X
del braccio corto
non si ritrova mai
 delezione del
 Isocromosoma  delezione del
del braccio lungo
sempre inattivato
(Sindrome di Turner)
braccio corto
sempre inattivato
(Sindrome di Turner)
braccio lungo
sempre inattivato
se la delezione NON
coinvolge Xq13
(Sindrome di Turner)
X inactivation center (Xic)
Se su un cromosoma X manca Xic non puó essere inattivato
CC XCI: meccanismo
X inactivation center (Xic)
1980: una regione di 3Mb (Xq13) che controlla la maggior parte, se
non tutti gli stadi dell’inattivazione del cromosoma X, tra cui:
- il conteggio delle X,
- la scelta della X da inattivare,
- l’inattivazione e la diffusione del silenziamento per tutta la
lunghezza del cromosoma
CC XCI: meccanismo
-  Gene Xist: RNA non codificante (17kb)
-  Il trascritto maturo di Xist si localizza in cis sulla X da inattivare (Xi) e
induce una repressione dell’espressione genica su tutto il cromosoma
(eterecromatizzazione)
Il cromosoma coperto dall’RNA di Xist subisce una serie di cambiamenti
strutturali che portano alla formazione del corpo di Barr, facilmente visibile
mediante colorazione con DAPI in microscopia a contrasto di fase.
CC Inattivazione del cromosoma X
CONTEGGIO DEI CROMOSOMI
SCELTA DELLA X DA INATTIVARE
INATTIVAZIONE DELLA X
MANTENIMENTO DELL’INATTIVAZIONE
CC Pairing
Prima dell’upregolazione di Xist durante il differenziamento, le due
X migrano l’una verso l’altra e si appaiano in modo transitorio.
Questo appaiamento è essenziale per l’avvio dell’inattivazione del
cromosoma X; infatti l’XCI fallisce se l’appaiamento è impedito
dall’introduzione di un transgene autosomico.
La minima regine sufficiente per l’appaiamento è di 1-2 kb, a monte
e a valle di Tsix.
Durata dell’appaiamento: 30–60 min.
L’appaiamento è un modo mediante il quale la cellula conta il
numero dei cromosomi X e sceglie quello da inattivare in modo
mutualmente esclusivo.
CC XCI: meccanismo
L’attivazione di Xist è controbilanciata dalla trascrizione di Tsix dall’elica
antisenso. Interferenza della trascrizione di Xist mediante modificazioni
della cromatina e/o iRNA.
1)  In cellule embrionali indifferenziate sono espressi Tsix e bassi livelli di
Xist (because of Tsix) su entrambi i cromosomi X. Prima dell’inizio
dell’inattivazione: Tsix 10-100> Xist.
2) Durante il differenziamento di cellule embrionali femminili, e dopo che è
avvenuto il pairing, la trascrizione di Tsix viene bloccata sul futuro Xi.
CC 3) Sul cromosoma che riduce la trascrizione di Tsix quella di Xist
viene upregolata. L’RNA di Xist forma una “nuvola di RNA” che
ricopre l’intero cromosoma in cis e, principalmente mediante la
regione RepA, recluta proteine responsabili dell’eterocromatizzazione
(chromatin remodelling complexes, es. Polycomb group proteins)
4) Sulla Xa, la persistenza di Tsix impedisce la formazione della
cascata di inattivazione genica. Inoltre, la repressione di Xist è
ottenuta mediante metilazione del promotore.
CC Trascrizione di Xist
in cellule staminali embrionali (ES cells)
cellule
indifferenziate
cellule durante la
differenziazione
cellule
differenziate
CC Meccanismi epigenetici:
modifiche stabili dell’espressione genica senza cambiamenti di sequenza del
DNA.
Devono essere trasmesse alle cellule figlie (DNMT1 è una metiltrasferasi
di mantenimento, ha come bersaglio sequenze CpG emimetilate).
CC Centro di inattivazione della X
CC

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