I due cromosomi sessuali X e Y differiscono molto sia per dimensione (155 Mb vs 65 Mb) che per contenuto in geni (> 1000 geni vs ca.100 geni)

PAR1 (o primaria) estremità del braccio corto, è grande ca. 2.6 Mb Esistono 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 la PAR1 va incontro a ricombinazione obbligata PAR1 Il cromosoma Y nella sua porzione Y-specifica contiene l’SRY (Sex determining Region) PAR2

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

aneuploidie dei cromosomi sessuali  a differenza di quelle che coinvolgono gli 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

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) Queste due osservazioni trovano una spiegazione immediata se ipotizziamo che nelle cellule somatiche venga mantenuto attivo un solo cromosoma X a prescindere da quanti siano i cromosomi X presenti

Nei mammiferi, a differenza che in altri organismi (es Nei mammiferi, a differenza che in altri organismi (es. Drosophila), la compensazione del dosaggio genico è raggiunta attraverso l’inattivazione di un cromosoma X nelle cellule somatiche che ne contengono due (o più) Tutte le cellule somatiche mantengono attivo un solo cromosoma X, questo spiega come mai l’aneuploidia (cromosomi in eccesso o in difetto) per il cromosoma X sia compatibile con la vita (e talvolta comporti un fenotipo pressoché normale)

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 nella specie umana Lyon studio di un gene che controlla il colore del pelo nel topo

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) avviene in una fase precoce dello sviluppo embrionale

Strachan, Goodship, Chinnery – Genetica & Genomica, Zanichelli, 2016

Il rapporto Xmat-inatt:Xpat-inatt varia da tessuto a tessuto Molti geni del cromosoma X sono espressi a livelli più elevati di quelli presenti sugli autosomi

Caratteristiche del cromosoma X trascrizionalmente inattivo: mantiene attive alcune regioni (le due PAR ed altri geni interspersi in regioni inattive, inattivazione discontinua) 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)

Nelle cellule somatiche di mammifero in interfase , sono visibili 0, 1, 2 o 3 corpi di Barr, il loro numero è correlato al numero di cromosomi X presenti nella cellula Corpo di Barr  struttura eterocromatica visibile in interfase addossato alla parete interna della membrana nucleare scoperto alla fine degli anni ’40 quando è stata scoperta l’inattivazione del cromosoma X, si è ipotizzato che potesse essere l’espressione morfologica dell’X inattivo

Nucleo di una cellula in interfase con 1 corpo di Barr Nucleo di una cellula in interfase con 3 corpi di Barr Strachan, Goodship, Chinnery – Genetica & Genomica, Zanichelli, 2016

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

XIST  X Inactive Specific Transcript La regione Xq13 contiene quindi l’X-Inactivation Center (XIC), è possibile suddividerla in sotto-regioni ciascuna delle quali coinvolta in un singolo step del processo 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 diversi altri geni necessari per l’inattivazione del cromosoma X (che codificano sia per lncRNA che per proteine), ma le basi molecolari di questo meccanismo non sono ancora completamente note

TAD = Topological Associating Domain

L’inattivazione è sempre casuale? NO si osserva deviazione dalla casualità quando: uno dei cromosomi X porta una copia del gene XIST non funzionante o uno dei due crom X presenta duplicazioni o delezioni o uno dei due crom X è coinvolto in una traslocazione X-autosoma In 2) e 3) l’inattivazione è in origine casuale, ma le cellule che inattivano l’X ‘sbagliato’ saranno selettivamente svantaggiate rispetto alle altre cellule

cellula vitale Strachan e Read, Genetica molecolare umana, Zanichelli 2012

Pattern di inattivazione nelle cellule della linea germinale: entrambi i cromosomi X degli oogoni sono attivi, l’unico cromosoma X degli spermatogoni è inattivo Strachan e Read, Genetica molecolare umana, Zanichelli 2012

L’inattivazione del cromosoma X è responsabile della grande variabilità clinica delle malattie dovute a mutazioni di 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