Il principale zucchero del latte è il disaccaride lattosio Il principale zucchero del latte è il disaccaride lattosio. Esso non viene assorbito come tale dalla parete intestinale ma deve essere scisso nei due monosaccaridi glucosio e galattosio. Questa scissione viene operata dall’enzima lattasi: lattasi lattosio glucosio + galattosio

In tutti i mammiferi la produzione di lattasi è limitata al periodo che va dalla nascita allo svezzamento. Nell’uomo, tra gli adulti, esistono forti differenze inter-individuali nella capacità di digerire il latte, questa variabilità era nota sin dai tempi dei Romani Fino agli anni ‘60 del secolo scorso si riteneva che il fenotipo Lattasi Persistenza (LP) fosse il più diffuso. Oggi si stima che all’incirca il 65% della popolazione mondiale sia lattasi-Non persistente La genetica della LP è stata chiarita all’inizio degli anni ‘70  carattere mendeliano autosomico dominante (2 fenotipi e 3 genotipi che differiscono per i livelli di lattasi, la regolazione dell’espressione avviene a livello trascrizionale)

Nelle popolazioni dell’Europa del nord la LP raggiunge frequenze molte elevate 0.7-0.9

DISTRIBUZIONE DELLA LP Phil. Trans. R. Soc. B (2011) 366, 863–877 in generale la distribuzione geografica della lattasi-persistenza e dell’uso di grandi quantità di latte nella dieta si sovrappongono

FREQUENZA DELLA LP (Lattasi Persistenza) NELLE POPOLAZIONI EUROPEE Annu. Rev. Genet. 2003. 37:197–219 FREQUENZA DELLA LP (Lattasi Persistenza) NELLE POPOLAZIONI EUROPEE

Frequenza della LP in alcune popolazioni Africane Annu. Rev. Genet. 2003. 37:197–219

Frequenza del fenotipo LP in popolazioni simpatriche con diverse abitudini alimentari Hum Genet (2009) 124:579–591

SINTOMI DELLA LNP (= Lattasi Non Persistenza) Il lattosio indigerito arriva nel colon dove viene a crearsi un gradiente osmotico con conseguente afflusso di liquidi  diarrea Il lattosio viene utilizzato dai batteri della flora intestinale  produzione di idrogeno, acidi grassi e prodotti gassosi (flatulenza) Grande variabilità di sintomi tra i Lattasi non persistenti  differenze nella flora batterica, componente psicosomatica, presenza di disturbi infiammatori dell’intestino

Il fenotipo LP-LNP è determinato in modo indiretto  hydrogen breath test (test del respiro per l’idrogeno) e curva di glicemia dopo somministrazione di una grande quantità di lattosio La determinazione diretta (presenza/assenza dell’enzima nelle cellule della parete dell’intestino tenue) richiederebbe un test invasivo Falsi positivi e falsi negativi  la correlazione tra LP reale e LP inferita non è completa, il breath test sembra essere il più affidabile

Il gene della lattasi (LCT) si trova sul cromosoma 2 ed è grande ca Il gene della lattasi (LCT) si trova sul cromosoma 2 ed è grande ca. 70 kb, codifica per una proteina di 1927 aa. che si localizza sulla membrana delle cellule di rivestimento della parete dell’intestino tenue L’analisi del promotore non ha rivelato differenze tra allele P e allele NP

I soggetti LP del nord Europa hanno tutti l’aplotipo A Annu. Rev. Genet. 2003. 37:197–219 I soggetti LP del nord Europa hanno tutti l’aplotipo A Hum Genet (2009) 124:579–591

L’allele T è l’allele derivato 2002 (Enattah et al.) scoperta di una variante che mostra una forte associazione con la LP: si tratta di uno SNP (C/T) ca.14 kb (– 13910) a monte del gene (in un introne del gene MCM6) Gli omozigoti TT e gli eterozigoti CT producono l’enzima anche nell’età adulta, sono cioè lattasi-persistenti L’allele T è l’allele derivato

L’allele 13910*T spiega la LP solo in Europa Frequenza del fenotipo lattasi- persistenza Frequenza della LP dovuta all’allele 13910*T Phil. Trans. R. Soc. B (2011) 366, 863–877

L’allele 13910*T spiega la LP solo in Europa Nell’arco di qualche anno vengono scoperte altre varianti che sono correlate alla LP in altre popolazioni (in modo particolare negli Africani) tutte queste varianti si trovano in una stretch di ca. 100 bp vicine al primo SNP identificato: -13907 C/G, -13915 T/G, -14010 G/C; questi 3 SNP non spiegano tutta la LP in Africa, è probabile che esistano altre varianti non ancora individuate

Questi SNP sono responsabili della LP o sono solo in linkage disequilibrium con la variante causativa non ancora identificata? Studi in vitro con geni reporter sembrano indicare che siano le varianti causative

Questi SNP sembrano essere stati soggetti a forte selezione positiva  si trovano su un background aplotipico uniforme e presentano frequenze elevate La datazione della loro origine dà tempi compatibili con il periodo di nascita dell’agricoltura Datazione con l’uso di microsatelliti  7400-12300 Datazione con EHH  2200-21000

USO DI MARCATORI SNP E MICROSATELLITI PER DEDURRE L’ETA’ DI UN ALLELE: L’ESEMPIO DELLA LATTASI-PERSISTENZA

Principio su cui si basano queste stime Prendiamo in considerazione 3 siti polimorfici ciascuno con due alleli  gli aplotipi possibili sono 32 = 8 e supponiamo che tutti e 8 gli aplotipi siano presenti nella popolazione

MUTAZIONE A C T GA A C A A G T A G A G C T G C A G G T G G A

Nella popolazione compare un nuovo aplotipo Il nuovo allele A è in associazione assoluta con gli alleli: A al 1°sito C al 2° sito T al 3° sito A C A T A C G T A C G A A G G T A G G A Nel corso delle generazioni si assiste ad un aumento di frequenza del nuovo allele A e al verificarsi di eventi di ricombinazione che lo portano ad associarsi con gli altri alleli agli altri loci G C G T G C G A G G G T G G G A

ESEMPIO DI DUE EVENTI DI RICOMBINAZIONE CHE GENERANO VARIABILITA’ APLOTIPICA INTRA-ALLELICA A C A T X A C G A A C A A A C A T X G C G A G C A T

POSSIAMO INFERIRE QUANTE GENERAZIONI FA E’ NATO SE CONOSCIAMO: IL TASSO DI RICOMBINAZIONE TRA I VARI SITI CONSIDERATI LA VARIABILITA’ APLOTIPICA INTRA-ALLELICA DI UN DETERMINATO ALLELE (nel caso illustrato dell’allele A) POSSIAMO INFERIRE QUANTE GENERAZIONI FA E’ NATO L’ALLELE A

Anche la variabilità aplotipica intra-allelica per marcatori STR può essere utilizzata per inferire l’età di un allele In questo caso la variabilità aplotipica intra-allelica è generata dalla mutazione più che dalla ricombinazione MUTAZIONE 10 7 G 12 A 11 5 G 11 11 5 G 11 9 9 G 10 9 9 G 10 3 siti STR ciascuno con 3 alleli. Qui sono rappresentati solo 3 aplotipi dei 27 (33) possibili

Inizialmente questo è l’unico aplotipo contenente l’allele A 10 7 G 12 11 5 G 11 9 9 G 10 Eventi mutazionali ai 3 loci STR porteranno ad un aumento della variabilità aplotipica intra-allelica La velocità di questo aumento dipende dal tasso di mutazione ai 3 loci STR

La conoscenza della variabilità degli aplotipi che portano l’allele A e del tasso di mutazione che genera nuovi alleli ai tre loci STR ci permette di inferire l’età dell’allele A

APPLICAZIONE DI QUESTO METODO ALL’ALLELE DELLA LATTASI PERSISTENZA

Campione: 394 individui (= 788 geni) Tutti gli individui sono stati studiati per 5 loci polimorfici: sito - 13910 C/T 4 loci STR (Simple Tandem Repeat) Sulla base del polimorfismo C/T i 788 geni sono stati suddivisi in due classi: 670 geni con l’allele -13910 C 118 geni con l’allele -13910 T A questo punto si è valutata la variabilità per i loci STR all’interno dei cromosomi che portano l’allele C e la si è confrontata con quella trovata tra i cromosomi con l’allele T

aplotipi C aplotipi T La variabilità per gli STR è molto minore nei cromosomi T rispetto ai C la mutazione C  T si è molto probabilmente verificata in un aplotipo 10-21-4-2 Hum Genet (2005) 117: 329

Non conosciamo con esattezza il tasso di mutazione dei 4 loci STR studiati, tuttavia utilizzando valori di m “ragionevoli” (cioè dell’ordine di 10-3) possiamo concludere che la mutazione C  T è avvenuta tra 12500 e 7500 anni fa

Queste stime presentano diverse fonti di incertezza: la frequenza dei vari alleli STR tra i cromosomi che non portano l’allele di cui si vuole stimare l’antichità (T); la frequenza dei vari alleli STR tra i cromosomi che portano l’allele T; fenomeni demografici (crescita demografica molto rapida)

Questi dati forniscono informazioni sull’evoluzione dell’allele T (lattasi-persistenza) L’allele T è piuttosto recente (12500 anni pari a 500 generazioni) tuttavia esso ha raggiunto, in alcune popolazioni, frequenze molto elevate Secondo tutti i modelli di genetica di popolazioni un aumento di frequenza così elevato e rapido non può avvenire solo per deriva genetica L’ALLELE DELLA LATTASI-PERSISTENZA E’ STATO FORTEMENTE AVVANTAGGIATO DALLA SELEZIONE

Nat. Genet. (2007) 39: 31-40

Essa è un chiaro esempio di coevoluzione gene-cultura Il latte ha probabilmente rappresentato un’importante innovazione alimentare. E’ infatti un alimento fonte di: zuccheri calcio liquidi La lattasi persistenza rappresenta un adattamento genetico ad un’innovazione culturale Essa è un chiaro esempio di coevoluzione gene-cultura