Riprendo un argomento lasciato in sospeso in un post precedente: come risolve la natura il problema del dosaggio delle proteine codificate da geni localizzati sul cromosoma X e Y, visto che nei mammiferi (parlo solo di loro per facilitare il discorso) le femmine hanno due cromosomi X ed i maschi un cromosoma X ed un Y?
Cominciamo con il togliere un elemento da questa analisi: il cromosoma Y. Questa semplificazione è possibile visto che gran parte del DNA che costituisce il cromosoma Y non contiene geni e che quei pochi presenti sono localizzati nella regione telomerica, detta anche, pseudo-autosomica.
Le alterazioni numeriche a carico degli altri cromosomi (o le monosomie a carico dei precedenti cromosomi) non determinano una sindrome semplicemente perché sono letali nelle primissime fasi dello sviluppo embrionale.
Le conseguenze di un errato dosaggio spiegano quindi "l'attenzione" che l'evoluzione ha dovuto porre nel caso dei cromosomi sessuali dove il dosaggio differenziale è l'elemento costitutivo dei due sessi.
Il meccanismo di regolazione ad oggi accettato, sviluppato circa 40 anni fa Susumu Ohno, prevede che uno dei due cromosomi X venga spento nella femmina (nei mammiferi mediante metilazione) e che il livello di trascrizione del cromosoma attivo sia raddoppiato in modo da produrre un livello di trascritti paragonabile a quello di un gene autosomico.
Al momento in cui scrivo non è ancora stata pubblicata la verifica da parte di terzi in grado di confermare/negare le osservazioni di Xiong.
Articolo successivo sull'argomento, qui.
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L'evoluzione dei cromosomi sessuali nelle piante qui
Nota. Il termine pseudo-autosomico deriva dall'essere una porzione di DNA "condivisa" (o meglio omologa) tra i due cromosomi sessuali; essendo l'informazione qui contenuta presente indipendentemente dal sesso, questa area ha le stesse caratteristiche dei cromosomi non sessuali, cioè gli autosomi.Il dosaggio genico è fondamentale per il corretto sviluppo dell'embrione e questo è chiaramente un problema che si pone quando un sesso (nel caso dei mammiferi la femmina) è dotata di due copie dei geni presenti sul cromosoma X mentre il maschio ne ha uno. Anche nel caso degli autosomi esistono vincoli precisi all'espressione genica e le seguenti patologie sono un esempio delle conseguenze che la variazione del dosaggio può comportare nel caso delle trisomie del cromosoma 21 (sindrome di Down), 8 (s. di Warkany), 18 (s. di Edwards) o 13 (s. Patau). Di queste la più "leggera" è quella a carico del cr. 21, guarda caso il più piccolo fra gli autosomi. In tutti i casi la sindrome è associata a sintomi tanto più gravi quanto più sono le cellule coinvolte (mosaicismo, diretta conseguenza di quanto "presto" è comparsa la cellula trisomica nello sviluppo embrionale).
Le alterazioni numeriche a carico degli altri cromosomi (o le monosomie a carico dei precedenti cromosomi) non determinano una sindrome semplicemente perché sono letali nelle primissime fasi dello sviluppo embrionale.
Le conseguenze di un errato dosaggio spiegano quindi "l'attenzione" che l'evoluzione ha dovuto porre nel caso dei cromosomi sessuali dove il dosaggio differenziale è l'elemento costitutivo dei due sessi.
Il meccanismo di regolazione ad oggi accettato, sviluppato circa 40 anni fa Susumu Ohno, prevede che uno dei due cromosomi X venga spento nella femmina (nei mammiferi mediante metilazione) e che il livello di trascrizione del cromosoma attivo sia raddoppiato in modo da produrre un livello di trascritti paragonabile a quello di un gene autosomico.
Nota 1. Lo spegnimento di un cromosoma non è l'unica soluzione possibile per mantenere il dosaggio corretto tra i due sessi. Alcuni animali ad esempio raddoppiano l'espressione dei geni presenti nel cromosoma monosomico in modo da compensare il deficit.La teoria di Ohno è stata sfidata recentemente da Yuanyan Xiong in un articolo pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Genetics. Xiong ha scoperto, in base a studi più accurati, che in realtà la trascrizione media dei geni sul cromosoma X è la metà di quella autosomica (dato ovviamente riferito a trascrizione media per gene): in altre parole, l'uguaglianza (nella produzione di proteine) fra femmine e maschi viene si mantenuta ma non viene attuata una iper-espressione per riallinearsi alla capacità produttiva dei geni autosomici, Sebbene si tratti di una osservazione importante, ha sollevato un acceso dibattito nella comunità scientifica circa la correttezza del metodo di calcolo del livelli di espressione per gene.
Nota 2. Metilazione e RNA non codificante sono due elementi cardine della regolazione dell'espressione genica (vedi anche RNA interference).
Al momento in cui scrivo non è ancora stata pubblicata la verifica da parte di terzi in grado di confermare/negare le osservazioni di Xiong.
Nota. In alcuni vermi come l'ascaris il dosaggio genico o lo spegnimento dei geni "inutili" in alcune cellule è tranchant: vengono eliminati direttamente (e definitavamente) dal genoma (vedi --> chromatin diminution).
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