Dopo i geni della segmentazione…………… I geni della polarità segmentale controllano il pattern di espressione in CIASCUN SEGMENTO e OGNI CELLULA lungo l’asse AP sa in che posizione si trova in base ai geni che sono accesi o spenti A questo punto in ciascuna, determinata posizione vengono attivati i GENI OMEOTICI Mutazioni (con perdita di funzione) in questi geni causano che cellule di un determinato compartimento si sviluppino come cellule di un compartimento più ANTERIORE In Drosophila i GENI OMEOTICI sono tutti localizzati sul III cromosoma

MUTAZIONI OMEOTICHE Bridges descrisse il primo mutante omeotico bithorax (bx) che trasformava la parte anteriore di un altera nella parte anteriore di un’ala normale bithorax La mutazione bithorax determina la trasformazione del segmento toracico T3 anteriore in T2 anteriore (trasformazione in una struttura più anteriore) Bridges isolò un altro mutante che chiamò bithoraxoid (bxd) che COMPLEMENTAVA con bx e mappava nella stessa regione cromosomica del III cromosoma (89B-89F) In seguito ne identificò ancora un altro Ultrabithorax (Ubx) che mappava nella stessa regione cromosomica tra i precedenti due geni identificati bx e bxd; l’anomalia era che Ubx NON COMPLEMENTAVA né con uno e né con l’altro. La serie allelica si comportava in modo anomalo e quindi il locus che comprende Ubx e gli altri elementi della serie allelica è stato definito un LOCUS COMPLESSO: definito BITHORAX COMPLEX (BX-C).

ALTRI MUTANTI OMEOTICI Furono in seguito identificati molti altri mutanti che mappavano nella stessa regione e che producevano cambiamenti nell’IDENTITA’ dei segmenti dal T2 all’A8 Altere mimic postbithorax Mutanti con Perdita di Funzione (LoF) Trasformazione più anteriore (postbithorax, bithorax) Furono identificati due tipi di mutanti: Mutanti con Guadagno di Funzione (GoF) Trasformazione più posteriore (Altere mimic)

Bridges identificò un altro locus complesso, che si comportava in maniera simile al locus Bithorax. Il locus prende il nome dal suo mutante più famoso: Antennapedia (ANT-Complex). In questo mutante le antenne (strutture più anteriori) sono state trasformate in zampe (strutture più posteriori), quindi è un mutante con guadagno di funzione e quindi dominante.

Trasformazioni omeotiche causate da mutazioni nel complesso Bithorax (BX-C)

Mutanti omeotici di Drosophila melanogaster Moscerino di tipo selvatico con un paio di ali nel segmento T2 e un paio di altere nel segmento T3 Moscerino mutante (tipo bithorax) in cui il segmento T3 (dove normalmente ci sono le altere) si è sviluppato un secondo paio di ali caratteristiche del segmento T2 (trasformazione di identità del segmento da T3 a T2) Moscerino mutante Antennapedia in cui le antenne sono state trasformate in zampe

Mappa genetica del complesso Bithorax (BX-C) Il BX-C mappa sul III cromosoma in posizione 89B-89F e i dati iniziali non hanno permesso di identificare subito quanti geni fossero effettivamente presenti nel locus

Modello di Lewis Mutazioni nel locus Bithorax alteravano parti diverse del corpo della mosca e ciascuna identificava segmenti definiti lungo l’asse antero-posteriore a partire dal segmento toracico T2 L’eliminazione di tutto il complesso Bithorax (come è stato chiamato) porta allo sviluppo di una larva con tutti i segmenti UGUALI al T2 L’ipotesi di Lewis è stata che per differenziare i segmenti successivi al T2 lungo l’asse AP sono necessari i prodotti dei geni del complesso Bithorax Aveva anche ipotizzato che l’insetto ancestrale dovesse avere tutti i segmenti identici (come i miriapodi) e che poi l’evoluzione del complesso Bithorax abbia portato alla differente identità dei segmenti via via più posteriori

Schema del modello di Ed Lewis Nei segmenti via via più posteriori c’è bisogno dei prodotti del locus Bithorax

Organizzazione ed espressione dei geni presenti nel BX-C Nel complesso Bithorax sono presenti solo 3 geni, questo è stato confermato da altri screenings che sono stati effettuati per geni omeotici nel 1980 e da test di complementazione più specifici tra i diversi alleli ottenuti. La serie allelica che era stata identificata era dovuta a mutazioni nelle regioni regolative . Questi tre geni hanno molte e complesse regioni regolative Il clonaggio contemporaneo dei tre geni del complesso ha permesso la caratterizzazione molecolare di questi tre geni che contengono una regione particolare e molto omologa nei tre geni che si chiama omeodominio.

CARATTERISTICHE DEL COMPLESSO BITHORAX Le mutazioni in questi geni alterano le regioni in cui sono espressi. Esiste una colinearità spaziale nel locus BX-C infatti i geni sono ordinati in base al fatto che i geni localizzati “prima” sono espressi più anteriormente, quelli localizzati “dopo” sono espressi più posteriormente. Esiste anche una colinearità nelle sequenze regolative ciascuna delle quali è richiesta per l’espressione del gene in determinate regioni dalle più anteriori alle più posteriori.

Relazione spaziale tra segmenti e parasegmenti Embrione precoce Embrione tardivo Adulto Dall’analisi dell’espressione dei geni del complesso BX-C risulta che i limiti dell’espressione non sono i confini tra i segmenti ma sono i PARASEGMENTI (costituiti dalla parte posteriore di un segmento e dalla parte anteriore del segmento che segue) Segmenti Parasegmenti parasegmenti segmenti

Pattern di espressione dei geni del complesso BX-C in particolari genotipi

MODELLO DI LEWIS MODIFICATO

Locus Antennapedia (ANT-C) Oltre alle mutazioni del complesso Bithorax furono identificate delle mutazioni con le stesse caratteristiche che interessavano però segmenti più anteriori: dai cefalici fino al T2. Mappavano sempre sul terzo cromosoma un po’ spostati rispetto al BX-C questo complesso di geni è stato definito ANTENNAPEDIA COMPLEX (84 A) il mutante più significativo di questa regione era Antennapedia Le mutazioni identificate mostravano le stesse caratteristiche di quelle identificate nel BX-C con perdita o guadagno di funzione. In questo locus sono stati identificati 5 geni

ANTENNAPEDIA COMPLEX (ANT-C) Nel complesso sono anche presenti altri geni non omeotici, ma coinvolti nello sviluppo come bicoid (bcd), fushi tarazu (ftz), zerknullt (zen) ed altri Nel complesso Antennapedia sono presenti 5 geni: labial (lab), proboscipedia (pb), Deformed (Dfd), Sex comb reduced (Scr) e Antennapedia (Antp). I primi tre controllano i segmenti cefalici, gli altri controllano i primi due segmenti toracici

Regioni di espressione dei geni dei due complessi omeotici I geni del complesso ANT-C + BX-C sono espressi in modo colineare nei PARASEGMENTI Lb, pb, e Dfd sono espressi più anteriormente Scr Antp Ubx Abd-A Abd-B Anteriore Posteriore Regioni di espressione dei geni dei due complessi omeotici

Regioni di espressione (RNA e proteine) di tutti i geni del complesso omeotico nei PARASEGMENTI dell’embrione

I geni dei complessi Antennapedia e Bithorax

DOGMA CENTRALE DELLO SVILUPPO IN DROSOPHILA 1a FASE -> Alla deposizione dell’uovo, i prodotti della madre (i MORFOGENI) sono presenti e producono gradienti (antero-posteriori e dorso-ventrali) definendo gli assi corporei e posizionando le cellule in precisi compartimenti 2a FASE -> Ciascuno di questi compartimenti acquista un “indirizzo genetico”. La combinazione di particolari gruppi di geni indirizzano le “cellule fondatrici ed i loro discendenti a quale parte del corpo appartengono (GENI OMEOTICI) 3a FASE ->Le cellule di ciascun compartimento che hanno già un’identità cominciano ad interagire tra loro con segnali tra cellule e cellula per le strutture da formare tipiche della loro identità