Cariotipo umano e inattivazione del cromosoma X: una presentazione di Biologia

Cariotipo Umano: Cronologia e Caratteristiche

Cariotipo umano 1956 Accertamento del no. di cromosomi, i 23 cromosomi dell'assetto aploide vengono suddivisi in 7 gruppi (A-G) sulla base delle dimensioni e della posizione del centromero 1970 Introduzione delle tecniche di bandeggio: diventa possibile individuare i singoli cromosomi Braccio corto = p Braccio lungo = q Le bande vengono numerate con numeri progressivi dal centromero verso i telomeriCariotipo umano di un individuo di sesso maschile 1 2 3 4 5 6 7 X 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X YCariotipo umano di un individuo di sesso femminile 1 2 3 4 5 y 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 x Y

Bandeggio Cromosomico e Nomenclatura

400 550 850 36.3 36.11- 38.1 36.1 16.11 a. 361 343 353 152 34.2 363 36.3 340 35. 123 31.1 321 P 11:2 313 T1.1 72.3 221 I 21 21.3- 31:1 332 13.1 13 11.1 11 11 12 212 21.1 21.1 213 71 22 21.1 21 212 24 b. q24.1 q24.2 924.2 q24.31 q24.3 q24.32 q25.33 R q25.1 q25.1 4211 q25 q25.2 q25.2 47 11 q25.31 42.1 q25.3 q25.32 44 25 1 260 q24.1 q 31 q24 32.1 32. 42 q25.33 1 Bandeggio di un cromosoma umano a diversi livelli di risoluzione 25 11.3 115 22.1 343

Nomenclatura del Cariotipo

UN PO' DI NOMENCLATURA 46, XX 46, XY cariotipo normale femminile cariotipo normale maschile

Anomalie Cromosomiche di Numero

Anomalie di numero 45, X 47, XX +21 47, XXX

Anomalie Cromosomiche di Struttura

Anomalie di struttura delezioni inversioni duplicazioni inserzioni traslocazioni reciproche traslocazioni Robertsoniane 46, XY, del(4)(p16.3) 46, XX, del(5)(q13q33) 46, XY, inv(11)(p11p15) 46,XX, dup(1)(q22q25) 46, XX, ins(2)(p13q21q31) 46, XX, t(2;6)(q35;p21.3) 45, XY, der(14;21)

Genoma Umano e Cromosomi Sessuali

30.2 21 15% 25 15.3 18-7 24 22 159 22.3 337 5 31.5 -ion 15 25 10.1 21.1 71.7 21 313 32 32 36 1 2 3. 4 5 6 7 x 10.1 14 13 12 1.2 11.2 42 21. 21 313 29 22.2 RANR ARB 24.1 34.1 24.2 33 8 9 10 11 12 13 14 15 14.32 11.31 13.3 11:2 12 112 131 11-1 I 11.2 13.1 21 122 139 12.1 22:4 133 22 2 134 16 17 18 19 20 21 22 Y

Genoma Aploide e Cromosomi X e Y

Genoma umano aploide ca. 3000 Mb (= 3 x 109 bp) Cromosoma X ca. 155 Mb pari al 5% del genoma aploide, contiene più di 1000 geni molti dei quali housekeeping Cromosoma Y ca. 60 Mb pari al 2% del genoma aploide, contiene qualche decina di geni per lo più coinvolti nella formazione del testicolo e nella produzione di spermatozoi MILD CICCIID 22 20 130 1 IM 15 31.7 22.1 12

Cariotipo Maschile e Femminile

maschio femmina 1 2 3 4 5 5 6 7 8 9 10 6 7 8 9 10 đồ 11 12 13 14 15 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 16 17 18 19 20 ** 21 22 XY AX 21 22 XX 20 1 2 XX 3 4 20 20 %X **

Regioni Pseudoautosomiche (PAR)

Due zone di omologia X-Y poste alle due estremità dei cromosomi, vengono indicate con la sigla PAR (Pseudo Autosomal Region) PAR1 (o primaria) estremità del braccio corto, è grande ca. 2.6 Mb PAR2 (o secondaria) estremità del braccio lungo, è grande ca. 320 Kb Queste due regioni, durante la meiosi maschile, si appaiano e vanno incontro a ricombinazione PAR1 Bracci corti Centromero Bracci lunghi Cromosoma Y PAR2 Cromosoma X

Compensazione del Dosaggio Genico

Motivazioni dell'Ipotesi di Compensazione

Perché si è ipotizzato l'esistenza di un meccanismo di compensazione del dosaggio genico (o più precisamente della differenza di dosaggio genico)?

1. Le aneuploidie dei cromosomi sessuali, a differenza di quelle a carico degli autosomi, sono compatibili con la vita, e, in alcuni casi, non comportano fenotipi anormali 47, XXX femmine normali, talvolta sterili 47, XXY (sindrome di Klinefelter) maschi sterili, talvolta con lieve ritardo mentale 45, X0 (sindrome di Turner), statura inferiore alla media, sterilità, altre anomalie di sviluppo generalmente non gravi 48, XXXX o XXXY sintomatologia più grave delle precedenti, ma comunque condizione compatibile con la vita
2. La quantità di prodotto genico di geni del cromosoma X è uguale in maschi e femmine, nonostante il fatto che i maschi abbiamo una sola copia del gene e le femmine due Esempio attività enzimatica della G6PD (Glucosio-6-Fosfato Deidrogenasi)

Inattivazione del Cromosoma X nei Mammiferi

Nei mammiferi, a differenza che in altri organismi (es. Drosophila), la compensazione del dosaggio genico è raggiunta attraverso l'inattivazione di uno cromosoma X nelle cellule somatiche che ne contengono due In cellule con aneuploidie dei cromosomi sessuali viene mantenuto attivo un solo cromosoma X, questo spiega il fenotipo pressoché normale di soggetti con cromosomi sessuali in eccesso o in difetto Agli inizi degli anni '60 Mary Lyon ed Ernest Beutler sono arrivati in modo indipendente a dimostrare l'esistenza dell'inattivazione del cromosoma X Beutler studio del gene Gd nell'uomo Lyon studio di un gene che controlla il colore del pelo nel topo

Caratteristiche dell'Inattivazione del Cromosoma X

L'inattivazione è: casuale (in media il 50% delle cellule inattiva l'X ereditato dal padre e il 50% quello ereditato dalla madre) * mantenuta clonalmente (le cellule figlie mantengono lo stesso pattern di inattivazione della cellula madre) X precoce Caratteristiche del cromosoma X trascrizionalmente inattivo: * mantiene attive alcune regioni (le due PAR ed altri geni interspersi in regioni inattive) * assume un aspetto eterocromatico in interfase (corpo di Barr) acquista le caratteristiche del DNA inattivo (metilazione dei residui di Citosina, ipoacetilazione degli istoni, replicazione del DNA nella tarda fase S)

Corpo di Barr e Cromosomi X

In cellule euploidi o con aneuploidie dei cromosomi sessuali, in interfase sono visibili 0, 1, 2 o 3 corpi di Barr a seconda del numero di cromosomi X presenti nella cellula 46, XY 45, X 46, XX 47, XXY 47, XXX 48, XXXY 48, XXXX 49, XXXXY Il corpo di Barr è stato scoperto alla fine degli anni '40 e, quando è stata scoperta l'inattivazione del cromosoma X, si è ipotizzato che potesse essere l'espressione morfologica dell'X inattivo Corpo di Barr struttura eterocromatica visibile in interfase addossato alla parete interna della membrana nucleare(A) (B) J 1 Nucleo di una cellula in interfase con 1 corpo di Barr Nucleo di una cellula in interfase con 3 corpi di Barr

Meccanismo di Inattivazione

Come avviene l'inattivazione? Processo multi-step: 1) 'conteggio' dei cromosomi X presenti nella cellula (anche rispetto agli autosomi); 2) 'scelta' del(dei) cromosoma(i) X da inattivare, uno per ogni assetto diploide; 3) inizio dell'inattivazione; 4) sua diffusione alla quasi totalità del cromosoma; 5) mantenimento dello stato inattivo l'inattivazione non è sequenza-specifica (sequenze autosomiche traslocate sull'X possono essere inattivate) Tutte queste funzioni sono mediate da sequenze di DNA che si trovano nella regione Xq13 e da loci autosomici

X-Inactivation Center (XIC) e Gene XIST

La regione Xq13 contiene quindi l'X-Inactivation Center (XIC), questa regione è stata suddivisa in sottoregioni coinvolte nei singoli step del processo di inattivazione inizio anni '90 -> identificazione del primo gene coinvolto nell'inattivazione XIST (X Inactive Specific Transcript) è l'unico gene espresso solo dal cromosoma X inattivo codifica un RNA senza ORF di ca. 17 Kb che sembra rivestire il cromosoma X inattivo Attualmente sono stati identificati altri geni necessari per il processo di inattivazione, ma le basi molecolari di questo fenomeno non sono ancora completamente note

Deviazione dalla Casualità nell'Inattivazione

L'inattivazione è sempre casuale? NO si osserva deviazione dalla casualità quando uno dei cromosomi X della cellula porta una copia del gene XIST (necessario per dare inizio all'inattivazione) non funzionante o quando si ha una traslocazione bilanciata X-autosoma. In questi casi l'inattivazione è in origine casuale, ma le cellule che inattivano l'X coinvolto nella traslocazione inattiveranno anche geni autosomali e questo le renderà selettivamente svantaggiate rispetto alle altre cellule

Pattern di Inattivazione nella Linea Germinale

Pattern di inattivazione nelle cellule della linea germinale: entrambi i cromosomi X degli oogoni sono attivi, l'unico cromosoma X degli spermatogoni è inattivo Spermatogonia Oogonia XX Reactivation J X Active X Reactivation Barr body (inactive X) Single X is inactive (Barr body) X X Sperm Oocyte XX Early zygote X + X Latel blastocyst Random inactivation of maternal or paternal X in different cells resulting in mosaicism Example of paternal X inactivated Example of maternal X inactivated| All descendant cells have paternal X inactivated | (stable inactivation) All descendant cells have maternal X inactivated (stable inactivation)

Variabilità Clinica e Inattivazione del Cromosoma X

L'inattivazione del cromosoma X è responsabile della grande variabilità clinica delle malattie dovute a geni che mappano su questo cromosoma -> la gravità del fenotipo clinico dipenderà dalla proporzione di cellule che hanno mantenuto attivo il cromosoma X con l'allele mutante

Imprinting Genetico

Definizione di Imprinting Genetico

IMPRINTING GENETICO ESPRESSIONE DIFFERENZIALE DI MATERIALE GENETICO A SECONDA CHE ESSO SIA STATO TRASMESSO DAL PADRE O DALLA MADRE. I GENI SOGGETTI A IMPRINTING SONO PRESENTI IN DUPLICE COPIA, MA DI ESSI VIENE ESPRESSA UNA SOLA COPIA ESPRESSIONE MONOALLELICA DI GENI BIALLELICI

Imprinting e Leggi di Mendel

CONCETTO CONTRARIO ALLE LEGGI DI MENDEL SECONDO LE QUALI L'ORIGINE MATERNA O PATERNA DI UN'INFORMAZIONE NON NE INFLUENZA L'ESPRESSIONE (EQUIVALENZA DEGLI INCROCI RECIPROCI) GENI 'IMPRINTATI' NEL PADRE SONO SILENZIATI DURANTE LA SPERMATOGENESI LA COPIA FORNITA DAL PADRE NON VIENE ESPRESSA, RIMANE ATTIVA SOLO QUELLA FORNITA DALLA MADRE GENI 'IMPRINTATI' NELLA MADRE SONO SILENZIATI DURANTE LA OOGENESI LA COPIA FORNITA DALLA MADRE NON VIENE ESPRESSA, RIMANE ATTIVA SOLO QUELLA FORNITA DAL PADRE

Pedigree di Malattia con Imprinting

(D) I = 4 3 4 2 5 IV 2 4 2 5 2 1 2 2 PEDIGREE DI UNA MALATTIA DOVUTA AD UN GENE SOGGETTO A IMPRINTING SILENZIATO DURANTE LA OOGENESI (È ATTIVA SOLO LA COPIA FORNITA DAL PADRE) IL RAPPORTO MASCHI : FEMMINE TRA GLI AFFETTI È 1:1, UNA FEMMINA MALATA NON TRASMETTE MAI LA MALATTIA, CHE PUÒ RICOMPARIRE PERÒ NEI SUOI NIPOTI (FIGLI DEI SUOI FIGLI MASCHI)

Prove dell'Esistenza dell'Imprinting

Esperimenti di Trapianto di Pronuclei nel Topo

PROVE DELL'ESISTENZA DELL'IMPRINTING ESPERIMENTI DI TRAPIANTI DI PRONUCLEI NEL TOPO: CREAZIONE DI ZIGOTI ANDROGENETICI E GINOGENETICI ZIGOTI GINOGENETICI 2N CROMOSOMI TUTTI DI DERIVAZIONE FEMMINILE EMBRIONI ABORTIVI - STRUTTURE EXTRAEMBRIONARIE PRESSOCHÉ ASSENTI, EMBRIONE QUASI NORMALE ZIGOTI ANDROGENETICI 2N CROMOSOMI TUTTI DI DERIVAZIONE MASCHILE EMBRIONI ABORTIVI - IPERPLASIA DEL TROFOBLASTO, EMBRIONE PRESSOCHÉ ASSENTE CONTROLLI ZIGOTI NORMALI OTTENUTI CON TRASFERIMENTO DI PRONUCLEI 2N CROMOSOMI, N FORNITI DA UN MASCHIO E N DA UNA FEMMINA EMBRIONI NORMALI - LA MANIPOLAZIONE DI PER SÉ NON IMPEDISCE IL NORMALE SVILUPPO

Imprinting nell'Uomo: Patologie e Disomie

PROVE DELL'ESISTENZA DELL'IMPRINTING NELL'UOMO Esistono due patologie umane paragonabili agli zigoti ginogenetici e androgenetici: teratomi, 2n cromosomi forniti SOLO dalla madre mole idatiforme, 2n cromosomi forniti SOLO dal padre I triploidi (3n cromosomi = 69) sono tutti abortivi, ma il fenotipo dei 2nº1nM è diverso da quello dei 2nM1nP, nei primi si osserva un'iperplasia delle strutture extraembrionarie e assenza dell'embrione vero e proprio, viceversa, nei secondi si hanno strutture extraembrionarie quasi assenti e embrione pressoché normale Alcune disomie cromosomiche uniparentali (UPD) (entrambi i cromosomi di una coppia forniti dallo stesso genitore) hanno effetti fenotipici diversi dettati dal sesso del genitore che ha fornito la coppia di cromosomi