I diversi tipi di sesso: -Sesso cromosomico: determinato dal tipo di cromosomi presenti nello zigote -Sesso genetico: determinato dai geni deputati alla trasformazione della gonade indifferenziata in gonade funzionante -Sesso gonadico: determinato dai geni deputati al corretto sviluppo della gonade differenziata -Sesso genitale: determinato dai geni deputati al corretto differenziamento dei genitali esterni -Sesso comportamentale: determinato dai geni che influenzano il comportamento nei confronti del sesso opposto

Dimorfismo sessuale in Drosophila

Ginandromorfi Individui mosaico che presentano strutture maschili e femminili, cioè presentano simultaneamente un fenotipo maschile e femminile; alcune cellule hanno costituzione cromosomica femminile ed altre maschili.

La determinazione del sesso durante l’embriogenesi in Drosophila è trasmessa attraverso una gerarchia di geni regolatori ai geni del differenziamento i cui prodotti sono responsabili per il dimorfismo sessuale dell’adulto. Drosophila PRINCIPIO X:A segnale primario genetico o ambientale, differente nei maschi e nelle femmine Sxl gene chiave tra geni subordinati dsx gene “double-sex” O or O geni del differenziamento

Soma Segnale primario Il primo segnale genetico per la determinazione del sesso è il rapporto X:A X:A = 1 femmina X:A = 0.5 maschio Avviene precocemente nell’embriogenesi (preblastoderma, embrione 2-4 ore) ed in modo autonomo in ogni cellula (mosaici sessuali) Il target di questo segnale è il gene Sxl , attivo nelle femmine, ma non nei maschi

Nel 1916 Bridges mostrò che la scelta del destino sessuale in Drosophila è determinato dal dosaggio del cromosoma X: XX femmine XY maschi XXY femmine X0 maschi Il cromosoma Y non determina il sesso, ma è importante per la fertilità maschile Nel 1921 Bridges estese questa osservazione proponendo che il sesso in Drosophila è determinato dall’ equilibrio tra geni contenuti nel cromosoma X e quelli contenuti negli autosomi. XX 3A intersessi 2X non definiscono il sesso femminile I geni componenti il segnale X:A : Numeratori (X) Denominatori (A) Prodotti di geni materni

Determinazione del sesso in D. melanogaster Numero di Sets di Rapporto fenotipo Cromosomi X autosomi X/A sessuale 3 2 1.5 metafemmine * 2 2 1 femmine normali 2 3 0.67 intersesso* 1 2 0.5 maschio normale 1 3 0.33 metamaschio * 3 3 1 triploide * Intersessi , metafemmine e metamaschi sono sterili.

Determinazione del sesso in D. melanogaster rapporto X/A femmina anormale maschio intersesso (femmina) anormale 0 0.50 1 1.50

PERCHE’ LE MUTAZIONI Sxl PROVOCANO LETALITA’?   Sxl E’ COINVOLTO NELLA COMPENSAZIONE DEL DOSAGGIO, MECCANISMO CHE CONSENTE DI EGUAGLIARE LA QUANTITA’ DI PRODOTTI DEI GENI X-LINKED NEL MASCHIO E NELLA FEMMINA ATTRAVERSO IPERTRASCRIZIONE DELL’X MASCHILE. L’ASSENZA DI Sxl NELLE FEMMINE (Sxlf) INDUCE IPERTRASCRIZIONE DI ENTRAMBI I CHR X LETALITA’ LA PRESENZA DI Sxl NEI MASCHI (SxlM) IMPEDISCE L’IPERTRASCRIZIONE DELL’X  LETALITA’  PRODUZIONE DI CLONI SOMATICI PER STUDIARE IL RUOLO DI Sxl ♀ Sxlf / + RICOMBINAZIONE SOMATICA CELLULE Sxlf/ Sxlf SI GENERANO CLONI OMOZIGOTI; SE TALI CLONI CADONO IN TERRITORI CON DIMORFISMO SESSUALE (SEGMENTI DORSALI DELL’ADDOME, PETTINI SESSUALI),SI PUO’ OSSERVARE LA TRASFORMAZIONE DIFFERENZIAMENTO ♂ ♀ SxlM/ + PERDITA DI UN CHR X CELLULE SxlM/0 SE TALI CLONI CADONO IN TERRITORI CON DIMORFISMO SESSUALE, SI PUO’ OSSERVARE LA TRASFORMAZIONE DIFFERENZIAMENTO ♀  GLI INTERSESSI 2X3A SONO TRASFORMATI IN ♂ DALLE MUTAZIONI Sxlf E IN ♀DALLE MUTAZIONI SxlM

Geni materni daughterless (da) regolatori positivi di Sxl hermaphrodite (her) extramacrochaetae (emc) regolatori negativi di Sxl groucho (gro) Embrioni XX da madri da Sxl OFF letali La mancanza della proteina DA non compromette lo sviluppo dei maschi Sxl M recupera la letalità femminile, ma induce letalità maschile

DETERMINAZIONE DEL SESSO IN DROSOPHILA MELANOGASTER   NON E’ IL CROMOSOMA Y CHE DETERMINA IL SESSO IN DROSOPHILA, BENSI’ IL RAPPORTO X/A: 2X2A (RAPPORTO  1) ♀ 1X2A (RAPPORTO  0.5) ♂ 2X3A (RAPPORTO  0.51)  INTERSESSI IN D.M. IL SESSO E’ DETERMINATO DA UN EQUILIBRIO TRA GENI FEMMINILIZZANTI PRESENTI SULL’X E GENI MASCOLINIZZANTI PRESENTI SUGLI AUTOSOMI. SEX LETHAL (Sxl)   Sxl E’ SOPPRESSORE DI daughterless (da). RUOLO DI da: X/X da/ da x X/Y +/+  X/X da/ + ; X/Y da/+ LETALI VITALI INCROCIO RECIPROCO: X/Y da/ da x X/X +/ + X/X da/ + ; X/Y da/+ VITALI VITALI da E’ UNA MUTAZIONE MATERNA LETALE PER LE FEMMINE: IL PRODOTTO DI da E’UNA PROTEINA CHE SI ACCUMULA NELL’UOVO E PERMETTE LO SVILUPPO FEMMINILE, MENTRE LA SUA MANCANZA NON HA ALCUN EFFETTO SULLO SVILUPPO DEI MASCHI.

Sxl SOPPRESSORE DI da: SxlM /+ ; da/da x X/Y ; +/+    SxlM /+ ; da/da x X/Y ; +/+  SxlM /+ ; da/+ SxlM /Y ; da /+ VITALI LETALI + /+ ; da/+ X/Y ; da /+ LETALI VITALI SxlM ( SEX LETHAL MALE SPECIFIC) RECUPERA LA LETALITA’ FEMMINILE MA INDUCE QUELLA MASCHILE. MUTAZIONI DEL GENE Sxl : SxlM LETALE NEI MASCHI Sxlf LETALE NELLE FEMMINE SxlM E’ UNA MUTAZIONE COSTITUTIVA, LA PROTEINA E’ SEMPRE ESPRESSA; Sxlf E’ UNA MUTAZIONE IPOMORFA, LA PROTEINA NON VIENE PRODOTTA. RUOLO DI Sxl: L’ASSENZA DI Sxl E’ LETALE NELLE FEMMINE, LA PRESENZA DI Sxl E’ LETALE NEI MASCHI. ♀♀ X/A =1 Sxl ON DIFFERENZIAMENTO FEMMINILE ♂♂ X/A =0.5 Sxl OFF DIFFERENZIAMENTO MASCHILE

Numeratori Fattori di trascrizione, localizzati sul cromosoma X Duplicazioni in zigoti XY portano all’attivazione di Sxl letalità maschio specifica, compensata da Sxl f Delezioni in zigoti XX prevengono l’attivazione di Sxl letalità femmina specifica, compensata da Sxl M Sisterless A (sisA) Sisterless B (sisB) Sisterless C (sisC) runt (run)

Denominatori Deadpan (dpn) Fattore di trascrizione localizzato su un autosoma Regola negativamente Sxl Duplicazioni in zigoti XX prevengono l’attivazione di Sxl letalità femmina specifica, compensata da Sxl M Delezioni in zigoti XY portano all’attivazione di Sxl letalità maschio specifica, compensata da Sxl f

IN CHE MODO IL RAPPORTO X/A ATTIVA IL GENE Sxl NELLE ♀♀? PRESENZA DEI GENI NUMERATORI (FEMMINILIZZANTI) SUL CHR X E DEI GENI DENOMINATORI (MASCOLINIZZANTI) SUGLI AUTOSOMI. GENI NUMERATORI: sis-a, sis-b, sis-c, runt GENI DENOMINATORI: dpn TALI GENI SONO FATTORI DI TRASCRIZIONE MECCANISMO MOLECOLARE: LE PROTEINE DEI GENI da E sis-b FORMANO ETERODIMERI CHE SI LEGANO AL PE DI Sxl, INDUCENDONE LA TRASCRIZIONE. ♀♀: ESSENDO IL RAPPORTO 2X/2A, CI SONO DUE DOSI DI sis-b; UNA PARTE VIENE SEQUESTRATA DA dpn E NON E’ PIU’ UTILIZZABILE PER TRASCRIVERE Sxl, QUELLA RIMANENTE SI ASSOCIA A da E SI ATTIVA Sxl. ♂ ♂: 1X/2A, C’E’ UN’UNICA DOSE DI sis-b, COMPLETAMENTE SEQUESTRARTA DA dpn, PER CUI NON C’E’ ASSOCIAZIONE CON da.

Modello per la regolazione della trascrizione di Sxl GRO agisce come corepressore legando DPN EMC sequestra DA o SISB formando eterodimeri inattivi

GENI CHE CONTROLLANO LA DETERMINAZIONE DEL SESSO   tra, tra 2, ix, dsx tra  TRASFORMA LE FEMMINE IN MASCHI, I MASCHI SONO NORMALI; tra2  TRASFORMA LE FEMMINE IN MASCHI, I MASCHI SONO STERILI; ix  TRASFORMA LE FEMMINE IN INTERSESSI, I MASCHI SONO NORMALI; dsx  TRASFORMA LE FEMMINE E I MASCHI IN INTERSESSI. DUE PROTEINE dsx ,UNA FEMMINILE E UNA MASCHILE COSTRUZIONE DI DOPPI MUTANTI PER STABILIRE LE RELAZIONI EPISTATICHE TRA I GENI ♀ dsx , tra  FENOTIPO dsx dsx tra ♀ dsx , tra2  FENOTIPO dsx dsx tra2 ♀ ix , tra  FENOTIPO tra ix tra ♀ ix , tra2  FENOTIPO tra2 ix tra2 dsxtratra2>ix NON E’ CORRETTO!

Sxl E tra INTERAGISCONO: dsxD/+ INTERSESSI (dsxD PRODUCE LA PROTEINA ♂, L’ALLELE + PRODUCE LA PROTEINA ♀  (mutazione di dsx, Dominant)   dsxD/+, tra/tra ♂ CON FENOTIPO tra : tra E’ A MONTE DI dsx Sxl E tra INTERAGISCONO: ♀ SxlM, tra/tra  ♂ CON FENOTIPO tra  PER DETERMINARE IL SESSO NON BASTA Sxl, E’ NECESSARIA LA PROTEINA tra. ♀ Sxlf, tra cost/tra cost ♀ NORMALI tra E’ SUFFICIENTE AD INDURRE IL DIFFERENZIAMENTO ♀ Sxl STA A MONTE DI tra ♀ X/A= 1 ♂ X/A= 0.5 Sxl Sxl tra2 tra tra2 tra dsx dsx ix fru ix fru   ♂ ♀ ♂ ♀ DIFFERENZIAMENTO ♀ DIFFERENZIAMENTO ♂

Trasmissione del segnale primario ed esecuzione del programma

I geni del differenziamento sessuale Dal momento che la maggior parte dei caratteri sessuali dipendono da dsx, questo gene deve regolare un gran numero di geni necessari per il differenziamento sessuale. Tuttavia solo un target e’ stato trovato finora, i tre geni yolk protein (yp). I tre geni yp sono espressi in una maniera tessuto, stadio e sesso specifica, soprattutto nei corpi grassi e nelle cellule follicolari ovariche delle femmine adulte. Ci sono due tipi di regolazione: nei corpi grassi, presenti sia nelle femmine che nei maschi, i geni yp sono sotto il controllo permanente di dsx; nelle cellule follicolari i geni yp sono regolati da un fattore tessuto-specifico.

Determinazione del sesso nella linea germinale Il meccanismo della determinazone del sesso nella linea germinale e’ ancora poco conosciuto. Una combinazione di segnali induttivi dal soma e un’informazione autonoma dal rapporto X:A determinano il destino sessuale delle cellule germinali. Il segnale X:A nella linea germinale usa elementi numeratori e denominatori differenti da quelli del soma Sxl è richiesto ma non è il gene chiave, è attivato più tardivamente che nel soma L’autoregolazione di Sxl richiede snf, fl(2)d e vir (come nel soma) + geni specifici della linea germinale ovo e ovarian tumor (otu) Sxl controlla pattern di divisioni mitotiche nell’ovario, la transizione da mitosi a meiosi ed è richiesto per la ricombinazione meiotica Un gene chiave non è ancora stato identificato

La determinazione del comportamento sessuale Il corteggiamento maschile in Drosophila e’ un comportamento innato specie-specifico. Il corteggiamento comprende una serie di azioni che includono l’inseguimento della femmina, darle dei colpetti con le zampe, intonare un canto vibrando un’ala, sfiorarle i genitali e infine curvare l’addome per tentare la copula. L’uso dei ginandromorfi ha reso possibile mappare alcune regioni del sistema nervoso coinvolte nel comportamento sessuale maschile. Regioni differenti sono responsabili di movimenti differenti del corteggiamento. Il gene master del comportamento sessuale maschile e’ fruitless (fru). L’unita’ di trascrizione di fru comprende 130 Kb e ha 4 promotori, ma solo l’RNA dal P1 e’ sesso-specifico. fru e’ responsabile di tutti gli step del corteggiamento maschile, come si puo’ rilevare dallo studio di diversi alleli del mutante fru. Mutanti fru severi corteggiano nello stesso modo sia le femmine che i maschi. Il gene fru e’ espresso in piccoli gruppi di cellule o cellule singole sparse nel CNS e riguarda sistemi sensori non sesso-specifici.

DIFFERENZE TRA DIVERSI ORGANISMI DROSOPHILA M: IL SESSO BASE IN D.M. E’ QUELLO MASCHILE: SE NON E’ ATTIVATO Sxl, SI HA LA FORMAZIONE DI UN UNDIVIDUO MASCHILE. INDIVIDUI X0 SONO MASCHI, STERILI. MAMMIFERI: IL SESSO BASE E’ QUELLO FEMMINILE. E’ LEGATO ALLA PRESENZA DEL CROMOSOMA Y: INDIVIDUI XXY SONO MASCHI, INDIVIDUI X0 SONO FEMMINE. C.ELEGANS: LA DETERMINAZIONE DEL SESSO AVVIENE COME IN D.M.