COMPENSAZIONE DEL DOSAGGIO: meccanismo che consente di eguagliare la quantità di prodotti dei geni associati all’ X nel maschio e nella femmina

COMPENSAZIONE DEL DOSAGGIO NEI MAMMIFERI SI ATTUA ATTRAVERSO L’INATTIVAZIONE DI UNO DEI DUE X NELLE FEMMINE. NEI PRIMISSIMI STADI DELLO SVILUPPO DELLE FEMMINE ENTRAMBI I CROMOSOMI X SONO ATTIVI; MAN MANO CHE LO SVILUPPO PROCEDE SI HA UNA INATTIVAZIONE CASUALE DI UNO DEI DUE X IN OGNI CELLULA (INATTIVAZIONE DELL’X MATERNO O PATERNO). TALE PROCESSO E’ IRREVERSIBILE E PERMANE NELLE CELLULE FIGLIE. LA CROMATINA DEL CROMOSOMA X INATTIVATO VIENE CONVERTITA IN ETEROCROMATINA, CHE RIMANE CONDENSATA PER LA MAGGIOR PARTE DEL CICLO CELLULARE, NONCHE’ SOTTOREPLICATA, SI REPLICA CIOE’ NELLE FASI TARDIVE DEL CICLO DEL CROMOSOMA. TALE CROMOSOMA, PIU’ INTENSAMENTE COLORATO, E’ DETTO “CORPO DI BARR”. E’ STATO IDENTIFICATO IL LOCUS XIC ( CENTRO DI INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X), CHE PRODUCE UN RNA DETTO XIST, CON CARATTERISTICHE SIMILI A ROX: E’ TRASCRITTO MA NON TRADOTTO ED E’ UN RNA STRUTTURALE. MENTRE IN D.M. E’ IL CROMOSOMA X MASCHILE A LEGARE ROX, PER POTER ESSERE IPERTRASCRITTO, NEI MAMMIFERI E’ QUELLO FEMMINALE A LEGARE XIST PER ESSERE INATTIVATO. XIST AGISCE IN CIS, SI LEGA CIOE’ ALL’X DA CUI E’ STATO TRASCRITTO.

Compensazione del dosaggio nei mammiferi

Genesi del gatto calicò (mantello a guscio di tartaruga)

COMPENSAZIONE DEL DOSAGGIO IN C.ELEGANS SI ATTUA ATTRAVERSO L’INATTIVAZIONE PARZIALE DI ENTRAMBI I CROMOSOMI X DEL MASCHIO. IDENTIFICATE TRE PROTEINE: DPY26, 27, 28, CHE FORMANO UN COMPLESSO CHE SI LEGA AGLI X, ABBASSANDONE I LIVELLI DI TRASCRIZIONE. UN GENE CRUCIALE E’ DPY27, ESPRESSO SOLO NELLE CELLULE SOMATICHE ALLO STADIO EMBRIONALE DI 30 CELLULE, CHE DIRIGE LA FORMAZIONE DI TALE COMPLESSO SUGLI X.

Mutanti ipomorfi wa Muller 1931 maschi(Xwa/Y) e femmine (Xwa/ Xwa ) hanno lo stesso livello di pigmento. Femmine con una singola dose di wa producono metà del pigmento presente nei maschi normali. Maschi con due dosi di wa producono il doppio del pigmento che si trova nelle femmine

Come si ottiene la compensazione del dosaggio in Drosophila?

Non vi è mosaicismo nelle femmine (funzionano entrambi i cromosomi X) Nei politenici il cromosoma X del maschio ha uno spessore maggiore di ciascun X delle femmine Maggiore incorporazione di uridina tritiata nell’X del maschio (> tasso di trascrizione rispetto a ciascun X delle femmine) Stessa quantità di RNA prodotto dai geni X-linked di maschi e femmine

In Drosophila la compensazione del dosaggio si ottiene mediante ipertrascrizione del cromosoma X del maschio

Meccanismi di compensazione del dosaggio

Straub and Becker Nature Reviews Genetics 8, 47–57 (January 2007) | doi:10.1038/nrg2013

GENI CHE CONTROLLANO LA COMPENSAZIONE DEL DOSAGGIO Sxl mle (maleless), msl-1 (male-specific lethal 1), msl-2 (male-specific lethal 2), msl-3 (male-specific lethal 3), mof (males absent on the first), JIL-1 roX1 (RNA on the X chromosome) , roX2

Lucchesi 1981: Sxl è coinvolto nella compensazione del dosaggio L’assenza della proteina SXL nel maschio induce compensazione La presenza di SXL nella femmina reprime la compensazione Femmine Sxlf/Sxlfhv con letalità larvale presentano ciascun X con aspetto espanso Ipertrascrizione di entrambi i cromosomi X

Relazione tra Sxl e msl-2 Nella femmina SXL regola la traduzione di dell’mRNA di MSL-2 legandosi a siti multipli al 5’ e al 3’ non tradotto Nel maschio l’mRNA di MSL-2 viene tradotto regolarmente

Geni che intervengono nella compensazione del dosaggio i mutanti mle, msl-1, msl-2, msl-3, mof sono letali larvali-pupali maschio specifici Caratteristiche dei mutanti : I livelli degli enzimi X-linked sono ridotti Il cromosoma X nei politenici non ha spessore maggiore di ciascun X delle femmine Interazioni genetiche con mutazioni Sxl

Cosa determina allora la differenza tra i maschi e le femmine ? I geni mle, msl-1, msl-2, msl-3 e mof sono trascritti e tradotti (tranne msl-2) in entrambi i sessi Cosa determina allora la differenza tra i maschi e le femmine ?

Legame della proteina MLE al cromosoma X del maschio

Anche le altre proteine si localizzano negli stessi siti solo sul cromosoma X del maschio formano il complesso MSL

Interazione delle proteine del complesso MSL Le proteine interagiscono fisicamente Co-immunoprecipitano Interagiscono nel two hybrid system

Cosa succede se manca una delle proteine del complesso MSL? Si ha una ridotta associazione delle altre

Formazione del complesso MSL nei mutanti nei mutanti msl-1 e msl-2 non si ha la formazione del complesso MSL-1 e MSL-2 sono le proteine più interne nei mutanti mle, mof e msl-3 il complesso si forma solo su 35-40 siti sull’X MLE, MOF e MSL-3 sono le proteine più esterne

In assenza del complesso non si ha l’acetilazione dell’istone H4 sulla lisina 16 del cromosoma X del maschio Il complesso MSL è richiesto per l’acetilazione dell’istone H4 Mle e’ una elicasi ATP-dipendente La proteina MOF è una istone acetil transferasi MSL-3 ha due cromodomini JIL-1 e’ una chinasi MLE MSL-1,2 e 3 dirigono l’attività di MOF sull’X

Negli stessi siti in cui il complesso MSL si lega all’X l’istone H4 è acetilato sulla lisina 16 Acetilazione attivazione della cromatina Ipertrascrizione dell’X

Ruolo degli RNA roX1 e roX2 nella compensazione La proteina MLE ha domini di interazione con l’RNA Sono stati scoperti dei trascritti maschio specifici roX1 e roX2 (RNA on the X chromosome) implicati nella compensazione del dosaggio presenti nel nucleo nei neuroni adulti e in quasi tutte le cellule delle larve e degli embrioni

Caratteristiche degli RNA roX1 e roX2 roX1 (3,4Kb) roX2 (0.6Kb) mappano sull’X maturati poliadenilati non hanno similarità di sequenza

Relazione tra gli RNA roX e la compensazione del dosaggio roX1 e roX2 co-localizzano con le proteine MSL sull’X maschile non sono presenti sull’X delle femmine (precocemente nello sviluppo gli RNA sono presenti in entrambi i sessi e successivamente vengono persi dalle femmine) sono instabili in assenza del completo set di proteine MSL suggerendo che le proteine MSL legano questi RNA per proteggerli dalla degradazione

Relazione tra gli RNA roX e la compensazione del dosaggio La formazione del complesso MSL è abolita o ritardata solo rimuovendo entrambi gli RNA (Mutanti roX sono vitali e fertili) Anticorpi contro le proteine del complesso MSL immunoprecipitano roX1 e roX2. Quando i geni roX sono traslocati sugli autosomi si forma il complesso MSL sugli autosomi

Relazione tra gli RNA roX e la compensazione del dosaggio I geni degli RNA roX mappano in due dei 35-40 siti in cui si assembla il complesso nei mutanti msl-3,mle e mof ciò ha suggerito che: alcune proteine MLS si legano ai geni roX e successivamente catturino gli RNA nascenti roX per iniziare ad assemblare il complesso che poi diffonde agli altri siti lungo il cromosoma X

Straub and Becker Nature Reviews Genetics 8, 47–57 (January 2007) | doi:10.1038/nrg2013

FUNZIONE DELLE PROTEINE msl Determinano un’alterazione della struttura del cromosoma X, rendendolo piu’ accessibile ai fattori di trascrizione. Cio’ e’ reso possibile grazie all’interazione con mof, che induce acetilazione a livello dei residui di lisina 16 dell’istone H4 nei 100 siti di legame all’X. Mle e msl-2 sono coinvolte nella trascrizione di rox-1 e rox-2, RNA non codificanti, ma che vengono maturati e poliadenilati e si associano ad alcuni siti sull’X. L’espressione di msl-2 nelle femmine induce la trascrizione di rox. I mutanti SxlM sono privi di rox, perche’ Sxl sopprime msl-2, che a sua volta e’ essenziale per l’espressione di rox.

Modello per l’assemblaggio del complesso msl e la diffusione sul cromosoma X msl1 e msl2 mostrano una interazione debole con quasi tutti i siti di entrata. quando mle è presente, rox2 è incorporato nel complesso permettendo un legame forte con i siti di entrata quando anche msl3 e mof sono presenti il legame e la diffusione avvengono lungo tutto il cromosoma X

Fenomeno genico o cromosomico? Geni X-linked traslocati sugli autosomi restano compensati Geni autosomici traslocati sull’X non vengono compensati Non tutti i geni sono compensati [geni “Numeratori”, geni sesso specifici (proteine del tuorlo), geni che hanno controparti sull’Y (bobbed) o sugli autosomi (LSP1a)] Geni compensati si possono trovare accanto a geni non compensati

Straub and Becker Nature Reviews Genetics 8, 47–57 (January 2007) | doi:10.1038/nrg2013

Straub and Becker Nature Reviews Genetics 8, 47–57 (January 2007) | doi:10.1038/nrg2013