facoltàdi medicina e chirurgia a.a. 2011/2012 - bgbunict.it studenti... · deborak rasà claudia...
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Deborak RasàClaudia Reddavid
Sara RomanoEliana Russo
Facoltà di Medicina e ChirurgiaA.A. 2011/2012
Prof.ssa Cinzia Di Pietro
Il comportamento di un gene non dipende dal
genitore che lo trasmette
UGUALI PROBABILITA’ DI TRASMISSIONE
Sino a fine XX sec. Sono state poche le “eccezioni”.
PROTAGONISTE PRINCIPALI
LE MALATTIE A SINGOLO GENE
Originariamente si è poco attenzionata l’ipotetica relazione :
SESSO GENITORE
ESPRESSIONE o INESPRESSIONE DEL GENE NEL
FIGLIOOggi quella che era un’ipotesi si è concretizzata in effettivi
disordini genetici con un’espressione del fenotipo “condizionata”
IMPRINTINGGENOMICO
Dove possiamo trovare l’imprinting?
• Mammiferi placentati• Mammiferi marsupiali geni specifici• Piante da fiore
• Cocciniglie • Moscerini da fungo
• Tessuti extra-embrionali del topo• Tutti i tessuti dei marsupiali
Interi cromosomi
X paterno
Oggi si va alla ricerca di quei caratteri e quelle condizioni che non seguono l’ereditarietà
secondo Mendel
Questa è una delle più importanti sfide della genetica contemporanea
Concetto di IMPRINTING
Valido per fornire una spiegazione a tante osservazioni che contraddicono il modello mendeliano
KONRAD ZACHARIAS LORENZ
Il termine Imprinting è stato utilizzato per descrivere alcune osservazioni sul
comportamento animale.
Lorenz usò questo termine per i suoi studi sulle prima fasi di vita degli anatroccoli.
Origine del termine
IMPRINTING
Cosa significa Imprinting???
Il termine deriva dal verbo “to imprint”che significa “imprimere”
Dunque, l’imprinting è il processo che determina la realizzazione di questa
“impronta”, che, nel caso qui trattato, avviene nel genoma.
Il termine imprinting genomico è utilizzato in maniera specifica per indicare che qualcosa accade
durante un periodo “critico o sensibile” dello sviluppo.
Stadio in cui avviene la formazione delle cellule germinali.
Fase in cui le informazioni genetiche vengono “etichettate”.
I geni imprintati sono quasi sempre coinvolti nello sviluppo fetale.
Imprintingesempio di
cambiamento epigenetico.
Cambiamento ereditabile che non deriva da una mutazione
nella sequenza nucleotidica del DNA.
Il cromosoma è come un grande libro ricco di informazioni!!!
Altri esempi di cambiamenti epigenetici:
•Inattivazione del comosoma X•Differenziamento cellulare•Silenziamento dei trasposoni
L’IMPRINTING E’ CAUSATO DA UN’ALTERAZIONE DELLA CROMATINA
Modificazione covalente delle citosine, che porta all’alterazione dell’espressione del gene stesso e non alla modifica della sua sequenza nucleotidica.
• IMPRINTING MATERNO: viene silenziato l’allele materno ed espresso l’allele paterno
• IMPRINTINGPATERNO: viene silenziato l’allele paterno ed espresso quello materno
EFFETTO PATERNO
EFFETTO MATERNO
Nei topi il gene Igf2, che codifica per il fattore di crescita simile all’insulina 2, è un gene ad effetto paterno. La mutazione di questo gene porta allo sviluppo di topi nani.
Se la mutazione viene ad interessare l’allele materno ciò porta ad un regolare sviluppo del topino.
Nell’uomo sono stati trovati circa 100 loci sottoposti a imprinting genomico. Il fatto che un locus sia soggetto ad imprinting, non significa che anche quello adiacente ne
sia affetto. Può accadere anche che se un locus è soggetto a imprinting paterno, quello adiacente potrebbe essere
soggetto a imprinting materno, e viceversa.
Esempio di geni umani sottoposti ad imprinting sono il fattore di crescita insulino-simile 2, ad effetto paterno,
situato sul cromosoma 11, e il gene adiacente H 19, sottoposto invece ad imprinting paterno.
Un momento critico per la trasmissione dei geni imprinted è la gametogenesi
L’ovulo e lo spermatozoo devono essere sempre in grado di trasmettere il loro patrimonio
genico alla progenie
Nelle cellule germinali l’imprinting viene cancellato e poi ristabilito in base al sesso dell’individuo.
Durante la spermatogenesi viene stabilito un imprinting paterno, mentre durante l’ovogenesi
viene stabilito imprinting materno.
La figura mostra due topi che hanno un gene soggetto ad imprinting paterno.
Prima della gametogenesi, l’imprinting viene rimosso per poi essere reimpostato.
Nell’ovogenesi i due alleli costituenti il gene non saranno metilati, poiché dovranno essere espressi nel futuro zigote.Nella spermatogenesi invece gli alleli verranno metilati perché dovranno essere silenziati nel futuro zigote.
Al momento della fecondazione gli alleli saranno ricombinati diversamente rispetto alla prima generazione in quanto gli alleli hanno origine parentale diversa.
È il marcatore che distingue due copie di un gene altrimenti identiche
Ma come questa marcatura rende le cellule somatiche capaci di “ricordare” l’origine parentale di ciascuna delle due copie del gene e di regolare la loro espressione di conseguenza?
GRAZIE ALLA METILAZIONE DELLE CITOSINE
Isole CpG: sequenze CG che sono accoppiate esattamente alle stesse sequenze in orientamento opposto sull’altro filamento dell’elica di DNA
Da citosina a 5-metilcitosina
Nei DNA dei vertebrati una grande frazione delle citosine nella sequenza CG è metilata
A causa dell’esistenza di un enzima metilante, la metiltrasferasi di mantenimento (DNMT), una volta che uno schema di metilazione del DNA èstato stabilito, ciascun sito di metilazione viene ereditato dal DNA della progenie
MA…..poco dopo la fecondazione c’è un’onda di demetilazione che interessa l’intero genoma, quando gran
parte dei gruppi metilici sono perduti.
Nuovi schemi di metilazione sono stabiliti da parecchie metiltrasferasi de novo che modificano dinucleotidi CG non metilati
Lo schema di metilazione del filamento parentale èereditato immediatamente dopo la replicazione del
DNA
Effetti della metilazione del DNA di
imprinting:
� Silenziamento dell’espressione genica
� Attivazione dell’espressione genica
Modalità di silenziamento
Repertorio di proteine che si legano a DNA metilato
Interferenza del legame con proteine necessarie per l’inizio della trascrizione
Accesso bloccato a tutte le proteine compresa la RNA polimerasi
Metilazione della regione del promotore o delle sue sequenze regolatrice
Modalità di attivazioneIGF2 nel topo
� Nel cromosoma materno, la proteina CTCF si lega all’isolatore, bloccando la comunicazione tra enhancer e gene Igf2
IMPRINTING MATERNO
Modalità di attivazioneIGF2 nel topo
� Nel cromosoma paterno l’isolatore è metilato, bloccando l’attacco della proteina CTCF e permette all’enhancer di attivare la trascrizione del gene Igf2
EFFETTO PATERNO
MODIFICAZIONI COVALENTI DEGLI
ISTONI � Acetilazione di lisine
� Mono-, di-, trimetilazione di lisine
� Fosforilazione di serine
Esse avvengono sulle 8 code degli istoni N-terminali che sporgono dal nucleosoma
� Le code degli istoni possono essere marcate da combinazioni diverse di modificazioni
� Ciascuna marcatura dà un significato specifico al tratto di cromatina in cui avviene
Si parla di CODICE ISTONICO e del complesso che “legge e scrive gli istoni”
In questo esempio schematico le proteine che leggono e scrivono gli istoni, sotto la direzione di proteine regolatrici dei geni, stabiliscono una forma repressiva di cromatina. Una DNA metilasi de novo è attratta dal lettore degli istoni e metila citosine nelle vicinanze, che a loro volta sono legate da proteine che legano DNA metilato.
La capacità di una cellula figlia di mantenere una
memoria degli schemi di espressione genica che
erano presenti nella cellula madre è un esempio
di eredità epigenetica
SINDROME DI PRADER-WILLI (PWS)
• Colpisce un bambino su 15000-25000 nati vivi;
• È causata da un’alterazione del cromosoma 15;
• I primi la individuarono nel 1956: Andrea Prader,
Heinrich Willi e Guido Fanconi in Svizzera.
Nel 70 % dei casi c’è una delezione del braccio lungo
del cromosoma 15 ereditato dal padre:
Questi pazienti contengono solo le informazioni
genetiche della madre
I geni materni sono silenziati perché sotto imprinting genomico
mutazione del cromosoma 15
La regione deleta contiene i geni codificanti per la proteina Necdin o Necdina, tra i due geni ZNF127 e
SNRPN, che sono soggetti a imprinting
La necdina (NDN), membro della famiglia di geni MAGE
(melanoma-associated antigens), gioca un ruolo nella regolazione del
ciclo cellulare e dell’apoptosi.
E’ presente a livello neuronale dove sembra essenziale per lo sviluppo
degli assoni
L’ esone 1-3 SNRPN upstream reading frame codifica una proteina
di 71 aminoacidi ricca in Arg di funzione non nota.
Il promotore e il primo esone fanno parte del centro dell’imprinting (IC)
La perdita dell’allele paterno dà luogo ai disordini neurologici dei pazienti affetti da PWS
SINTOMATOLOGIA:
• Obesità• Abitudini alimentari eccessive• Mani e piedi piccoli• Bassa statura• Ipogonadismo• Ritardo mentale
Nel 25 % dei casi la sindrome è causata da disomia uniparentale materna
Manca il contributo genetico paterno
SINDROME DI ANGELMAN (AS)Malattia genetica rara
SINTOMATOLOGIA:
• Facies inusuale
• Bassa statura
• Ritardo mentale severo
• Spasticità
• Convulsioni
CAUSE
Delezione della stessa regione del cromosoma 15
ereditato dalla madre
Disomia uniparentale del cromosoma 15 paterno
Manca il contributo genetico materno
Il restante 5 % dei pazienti con AS e PWS sembrano avere nel centro dell’imprinting:
Errore da imprinting femminile a maschile durante la spermatogenesi
PWS
Errore da imprinting maschile a femminile durante l’oogenesi
AS
L’imprinting come possibile causa di disordini genetici
Perché l’imprinting debba esistere è un mistero. Qualunque sia il suo scopo, l’imprinting fornisce una prova sorprendente del fatto che si possono ereditare
caratteristiche del DNA diverse dalla sua sequenza nucleotidica.