[2009-2010] Seminari - Imprinting Genetico (Faraci, Iraci, Giadone)

8/6/2019 [2009-2010] Seminari - Imprinting Genetico (Faraci, Iraci, Giadone)

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Lespressione di una piccola minoranza di geni,Lespressione di una piccola minoranza di geni,

nei mammiferi, determinata dalla proprianei mammiferi, determinata dalla propria

origine parentaleorigine parentale


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LeLe cellulecellule somatichesomatiche diploididiploidi contengonocontengono duedue copiecopie didi ciascunciascun

cromosoma,cromosoma, unauna ereditataereditata daldal padrepadre eded unauna dalladalla madremadre..

II cromosomicromosomi maternomaterno ee paternopaterno didi unauna coppiacoppia sonosono chiamatichiamati

omologhiomologhi,, inin quantoquanto genigeni cheche controllanocontrollano lele stessestesse caratteristichecaratteristicheereditarieereditarie sonosono localizzatilocalizzati suglisugli stessistessi lociloci.. DiDi solitosolito vieneviene usatausata

linformazionelinformazione contenutacontenuta inin ambedueambedue lele copiecopie geniche,geniche, mama alcunialcuni

genigeni vengonovengono espressiespressi solosolo sese sonosono statistati trasmessitrasmessi daldal padre,padre, mentrementre

altrialtri solosolo sese vengonovengono trasmessitrasmessi dalladalla madremadre.. InIn questoquesto casocaso

necessitanecessita unun marcatoremarcatore perper distingueredistinguere duedue copiecopie didi unun genegenealtrimentialtrimenti identicheidentiche.. TaleTale marcaturamarcatura sisi realizzarealizza tramitetramite metilazionemetilazione

InteressaInteressa lele citosinecitosine (C),(C), inin posizioneposizione 55,,

delledelle sequenzesequenze dinucleotidichedinucleotidiche CGCG.. NelNelgenomagenoma deidei mammiferimammiferi vivi sonosono circacirca4545..000000 coppiecoppie CGCG cheche sisi estendonoestendono perper11--22 kbkb ee sonosono localizzatelocalizzate inin prossimitprossimitdeidei sitisiti didi inizioinizio delladella trascrizione,trascrizione,

costituendocostituendo regioniregioni dettedette isoleisole CpGCpG


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TESSUTOTESSUTO--SPECIFICOSPECIFICO

cellule somatichecellule somatiche

si trasmette stabilmente persi trasmette stabilmente permitosimitosi

Metiltrasferasi di mantenimentoMetiltrasferasi di mantenimento

((Dnmt1Dnmt1))

SVILUPPOSVILUPPO--SPECIFICOSPECIFICO

gametigameti

si instaura ex novo doposi instaura ex novo dopo meiosimeiosi

Metiltrasferasi de novoMetiltrasferasi de novo

((Dnmt3a e Dnmt3bDnmt3a e Dnmt3b))


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LaLa metiltrasferasimetiltrasferasi didi mantenimentomantenimento agisceagisce dada stampostampo sulsul

filamentofilamento parentale,parentale, perper lala metilazionemetilazione deldel nuovonuovo filamentofilamento..TaleTale schemaschema vieneviene ereditatoereditato allealle cellulecellule figlie,figlie, assicurandoassicurando inin taltal

modomodo cheche neinei tessutitessuti differenziatidifferenziati siasia mantenutomantenuto ilil profiloprofilo didi

espressioneespressione genicagenica appropriatoappropriato ancheanche nelnel casocaso inin cuicui lele cellulecellule

venganovengano sostituitesostituite oo nene sianosiano aggiunteaggiunte didi nuovenuove

LIMPRINTING DURANTE LA DIVISIONE CELLULARELIMPRINTING DURANTE LA DIVISIONE CELLULARE


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LaLa metiltrasferasimetiltrasferasi dede novonovo

rinnovarinnova limprintinglimprinting adad ogniognigenerazionegenerazione :: quindi,quindi, durantedurantelala gametogenesi,gametogenesi, l'imprintingl'imprintingvieneviene cancellatocancellato ee ripristinatoripristinatosuccessivamentesuccessivamente inin basebase alalsessosesso deldel soggettosoggetto

LIMPRINTING DURANTE LA GAMETOGENESILIMPRINTING DURANTE LA GAMETOGENESI

FemminaFemmina

entrambi i geni che trasmetteentrambi i geni che trasmettealla progenie NON sarannoalla progenie NON saranno

imprinted (entrambe le copieimprinted (entrambe le copiesaranno attive)saranno attive)

Il gene segue un imprinting paternoIl gene segue un imprinting paterno

MaschioMaschio

saranno imprinted entrambe lesaranno imprinted entrambe lecopie (entrambe NON funzionanti)copie (entrambe NON funzionanti)


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X

Y

X

ilil gene Bgene B dei cromosomi sessuali ha imprinting paternodei cromosomi sessuali ha imprinting paterno

X

1 32


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LALA METILAZIONEMETILAZIONE REGOLATA DURANTE LO SVILUPPO REGOLATA DURANTE LO SVILUPPO

Per ogniPer ogni embrioneembrione che si forma, l'imprintingche si forma, l'imprintingviene azzerato e ristabilito, poich subitoviene azzerato e ristabilito, poich subitodopo la fecondazione lintero genomadopo la fecondazione lintero genomasubisce unonda di demetilazionesubisce unonda di demetilazione(ad opera di enzimi(ad opera di enzimi DemetilasiDemetilasi))

per ristabilireper ristabilire

limprinting nellelimprinting nelle

nuove cellulenuove cellule

somatiche necessitasomatiche necessitalintervento dilintervento di

Dnmt3aDnmt3aee Dnmt3bDnmt3b


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modificazionimodificazioniereditabili dellaereditabili dellastruttura dellastruttura dellacromatinacromatina checheinfluenzanoinfluenzano

lespressionelespressionegenica senzagenica senzaalterare il DNAalterare il DNA

La differenza non riguarda ilLa differenza non riguarda ilgenotipo, cio la quantit egenotipo, cio la quantit equalit dei geni ereditati,qualit dei geni ereditati,ma la loro espressione, cioma la loro espressione, cioilil fenotipofenotipo

Linformazione epigenetica menoLinformazione epigenetica menopermanente di un cambiamentopermanente di un cambiamentodella sequenza del DNA, e di solitodella sequenza del DNA, e di solito(ma non sempre) viene cancellata(ma non sempre) viene cancellatadurante la formazione di uova edurante la formazione di uova espermatozoispermatozoi

CHE COS LCHE COS L ??


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COMPORTAMENTO DELCOMPORTAMENTO DEL

Entrambi i topi hanno il genesul cromosoma materno

attivato, mentre quello sulcromosoma paterno soggetto ad imprinting ed quindi metilato.

Prima della fase meioticalimprinting viene cancellato

e poi reimpostato solo sulmaschio dopo lo sviluppodelle cellule germinali.

Il topo maschio (XY) ha lostesso schema di imprintingdei genitori, mentre lafemmina (XX) ha lo schemaopposto.

Questo diverso pattern dimprinting pu causareQuesto diverso pattern dimprinting pu causare

differenze fenotipichedifferenze fenotipiche nella progenie.nella progenie.


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Il gene per il fattore di crescita simile allinsulina 2 (Igf-2) necessario per la crescita prenatale. Topi che non loesprimono hanno alla nascita met delle dimensioni di un

topo normale. Soltanto la copia paterna di Igf-2 trascrittaed ha importanza per il fenotipo.

Topi con un gene Igf-2 mutato di derivazione paterna sono nani

Topi con un gene Igf-2 difettoso di origine materna sono normali


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NellaNella maggiormaggior parteparte deidei casicasi lala metilazionemetilazione silenziasilenzialespressionelespressione deldel genegene.. InIn alcunialcuni casi,casi, per,per, limprintinglimprinting pupuattivareattivare lala funzionefunzione didi unun genegene.. NelNel casocaso didi IgfIgf--22 lalametilazionemetilazione didi unun elementoelemento isolatoreisolatore sulsul cromosomacromosoma dididerivazionederivazione paternapaterna nene bloccablocca lala funzionefunzione ee permettepermette adadunun enhancerenhancer distantedistante didi attivareattivare lala trascrizionetrascrizione deldel genegeneIgfIgf--22.. SulSul cromosomacromosoma didi derivazionederivazione maternamaterna lisolatorelisolatore nonnon metilatometilato ee ilil genegene IgfIgf--22 nonnon trascrittotrascritto..

Limprinting agisce a

livellolivello trascrizionaletrascrizionale:

infatti nota l'esistenza digeni regolatori che

controllano quali geni

vadano accesi e quali

spenti.

LL IMPEDISCE AGLI ENHANCERIMPEDISCE AGLI ENHANCER DIDIINATTIVARE GENI INAPPROPRIATIINATTIVARE GENI INAPPROPRIATI


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LA PROTEINALA PROTEINA

SuiSui cromosomicromosomi ereditatiereditati dalladallafemmina,femmina, lala proteinaproteina CTCFCTCF sisilegalega adad unun isolatoreisolatore,,bloccandobloccando linterazionelinterazione frafralenhancerlenhancer ee lIgflIgf--22,, cheche nonnon

quindiquindi espressoespresso.. AA causacausadellimprinting,dellimprinting, lisolatorelisolatore sulsulcromosomacromosoma ereditatoereditato daldalpadrepadre metilato,metilato, cici lolorenderende inattivoinattivo bloccandobloccando

lattaccolattacco delladella proteinaproteinaCTCF,CTCF, ee permettepermette pertantopertantoallenhancerallenhancer didi attivareattivare lalatrascrizionetrascrizione deldel genegene IgfIgf--22..


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LaLa mancatamancata efficienzaefficienza didi imprintingimprinting nellenelle cellulecellule somatichesomatichepupu portareportare alal cancrocancro.. LeLe cellulecellule cancerose,cancerose, inin certicerti casicasi diditumoretumore malignomaligno (di(di Wilms)Wilms) ee inin moltimolti casicasi didi cancrocancro alal colon,colon,hannohanno entrambeentrambe lele copiecopie didi IgfIgf--22 espresse,espresse, mentrementre inveceinvece solosolo quellaquella deldel padrepadre cheche dovrebbedovrebbe esserloesserlo..

MetilazioneMetilazione ridottaridotta

(espressione(espressione genicagenica aumentata)aumentata)

didi protoproto--oncogenioncogeni pupu portareportare alal

cancrocancro;;

MetilazioneMetilazione eccessivaeccessiva

(espressione(espressione genicagenica diminuita)diminuita) didi

genigeni soppressorisoppressori deidei tumoritumori pupu

portareportare allaalla stessastessa conseguenzaconseguenza;; Cellule renali colpite daltumore di Wilms


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AlcuniAlcuni didi questiquesti genigeni sonosono coinvolticoinvolti nellanella regolazioneregolazione delladella crescitacrescita deldel fetofeto:: ii genigeni

paternipaterni partecipanopartecipano aa rimuovererimuovere ii nutrientinutrienti inin modomodo aggressivoaggressivo daldal corpocorpo delladella madre,madre,

perper cuicui sonosono espressiespressi nelnel trofoblastotrofoblasto ee nellenelle membranemembrane extraembrionarieextraembrionarie;; ii genigeni maternimaterni

sisi oppongonooppongono alleffettoalleffetto deidei genigeni paterni,paterni, "proteggono"proteggono lala madre"madre" provocandoprovocando

laccumulolaccumulo didi nutrientinutrienti perper lele cellulecellule discendenti,discendenti, ee sonosono espressiespressi soprattuttosoprattutto

nellembrionenellembrione..

NelluomoNelluomo lala maggioranzamaggioranza deidei genigeni

soggettisoggetti aa imprintingimprinting autosomicaautosomica.. MoltiMolti

deidei genigeni umaniumani soggettisoggetti aa imprintingimprinting sisi

trovanotrovano raggruppatiraggruppati inin duedue localizzazionilocalizzazioniprincipaliprincipali nelnel genomagenoma:: unauna zonazona didi circacirca

11 MbpMbp sisi trovatrova sulsul cromosomacromosoma 1111 mentrementre

unun secondosecondo raggruppamento,raggruppamento, estesoesteso perper

22,,33 MbpMbp,, sisi trovatrova sulsul cromosomacromosoma 1515..

AttualmenteAttualmente statostato provatoprovato cheche circacirca 6060 genigeni umaniumani sonosono soggettisoggetti adad

imprintingimprinting..


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La mancanza di un imprintinggenetico corretto cheLa mancanza di un imprintinggenetico corretto checoinvolge i geni del cromosoma 15 causacoinvolge i geni del cromosoma 15 causa

Due sindromi complesse che influenzano lo stato ormonale, ilDue sindromi complesse che influenzano lo stato ormonale, ilmetabolismo e la capacit di movimento.metabolismo e la capacit di movimento.

SINDROME DI

ANGELMAN

SINDROME DI

PRADER-WILLI


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LA GENETICA DELLE MALATTIELA GENETICA DELLE MALATTIE DIDIEE DIDI

LeLe duedue malattiemalattie sonosono didisolitosolito causatecausate dada unaunamicrodelezionemicrodelezione chechecolpiscecolpisce ilil bracciobracciolungolungo deldel cromosomacromosoma1515 ma,ma, mentrementre nellanellaPWSPWS ilil cromosomacromosomacolpitocolpito quelloquello didiorigineorigine paterna,paterna, nellanellaASAS quelloquello didi origineoriginematernamaterna.. IlIl fattofatto cheche leleduedue malattiemalattie sianosianoclinicamenteclinicamente moltomoltodiversediverse imputabileimputabile alalfattofatto cheche ii genigenipresentipresenti inin quellaquella stesstes--sasa regioneregione genomicagenomica

sonosono espressiespressi diversamentediversamente neinei cromosomicromosomi ereditatiereditati dallunodalluno oo dallaltrodallaltro genitoregenitore..MentreMentre lala ASAS causatacausata dalladalla mancatamancata espressioneespressione deldel solosolo genegene UBEUBE33AA,, lala PWSPWS

causatacausata dalladalla mancatamancata espressioneespressione didi pipi genigeni..


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DelezioniDelezioni di certe regioni cromosomiche causano un fenotipodi certe regioni cromosomiche causano un fenotipodifferente se presenti sul cromosoma paterno o materno.differente se presenti sul cromosoma paterno o materno.

Sindrome diPrader-Willi

Sindrome diAngelman

CromosomaCromosoma

maternomaterno

CromosomaCromosoma

paternopaterno


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LaLa malattiamalattia didi PraderPrader--WilliWilli causatacausata nelnel

7070%% deidei casicasi dada delezionedelezione nelnel 2525%% dadadisomiadisomia uniparentaleuniparentale ee ilil restanterestante 55%% dada

mutazionimutazioni cheche modificanomodificano ilil processoprocesso didi

imprintingimprinting:: questequeste molteplicimolteplici circostanzecircostanze

portanoportano allassenzaallassenza deldel segmentosegmento 1111--1313

deldel bracciobraccio lungolungo deldel cromosomacromosoma 1515PATERNOPATERNO..

ipotoniaipotonia centralecentrale neonataleneonatale eded infantile,infantile, scarsascarsa capacitcapacit suttoriasuttoria chechemiglioramigliora concon letlet;; carentecarente accrescimentoaccrescimento nellinfanzia,nellinfanzia, problemiproblemi relativirelativi allaalla deglutizionedeglutizione;;

alimentazionealimentazione forzataforzata;; iperfagiaiperfagia cheche tratra ii 1212 mesimesi ee ii 66 annianni provocaprovoca unun aumentoaumento didi pesopeso eelobesitlobesit;; faciesfacies tipicatipica:: cortocorto diametrodiametro bifrontalebifrontale,, latilati delladella boccabocca rivoltirivolti versoverso ilil basso,basso,fessurefessure palpebralipalpebrali aa mandorlamandorla;; ipogonadismoipogonadismo,, ipoplasieipoplasie genitali,genitali, pubertpubert incompleta,incompleta, sterilitsterilit lievelieve oo mediomedio ritardoritardo mentalementale..

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Anche in questo caso la malattia provocata dallaAnche in questo caso la malattia provocata dalladelezionedelezione del segmento del cromosoma 15, madel segmento del cromosoma 15, maMATERNOMATERNO..Essa diagnosticabile tra i 3 e i 7 anni, periodo nel qualeEssa diagnosticabile tra i 3 e i 7 anni, periodo nel qualele caratteristiche sintomatiche diventano evidenti.le caratteristiche sintomatiche diventano evidenti.I soggetti affetti compiono movimenti a scatto,I soggetti affetti compiono movimenti a scatto,velocemente, e ridono ingiustificatamente.velocemente, e ridono ingiustificatamente.

microcefaliamicrocefalia grave ritardo mentalegrave ritardo mentale atassia o anomalia completa nellaatassia o anomalia completa nelladeambulazionedeambulazione facies caratteristica: ipertrofia di lingua efacies caratteristica: ipertrofia di lingua emandibola, depressione occipitale, sclere blumandibola, depressione occipitale, sclere blu epilessia e alterazioni motorie.epilessia e alterazioni motorie.


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