X inactivation - Docenti.unina

p22.3
PSEUDOAUTOSOMAL
REGION (PAR 1): 2.6 Mb
p11.3
Y
X
PSEUDOAUTOSOMAL
REGION (PAR 2): 320 kb
P.A.R. 100%
p22.3
A
B
P.P.R. 78%
C
A
B
STS 87%
S232 96%
KAL 92%
C
q11.2
Y
X
XX
XY
Scompenso del
dosaggio genico
Ipotesi di Lyon
INATTIVAZIONE DELL’X
(definizione)
Compensazione in cis del dosaggio
genico di uno dei due cromosomi
X nelle femmine di mammifero
INATTIVAZIONE DELL’X
(principali caratteristiche)
Agisce a livello della trascrizione. I geni X-linked sono quindi
trascritti solo dal cromosoma X attivo
INATTIVAZIONE DELL’X
(principali caratteristiche)
Agisce a livello della trascrizione. I geni X-linked sono quindi
trascritti solo dal cromosoma X attivo
Inizia durante lo sviluppo embrionale allo stadio di
blastocisti. La scelta dell’X paterno o materno e’ casuale
TIMING OF X INACTIVATION
Zygote
XM
XP
Morula
XM
XP
Early
blastocyst
X inactivation in
of trophectoderm
XM
XP
XP
X
XP
Permanent X inactivation
patterns in somatic cells
Developing
oocytes
XM
Mid to late
blastocyst
XM
XP
Very late
blastocyst
Random X inactivation
XP
in inner cell mass
XM
Oogonia
XP
or
XM
XP
INATTIVAZIONE DELL’X
(principali caratteristiche)
Agisce a livello della trascrizione. I geni X-linked sono quindi
trascritti solo dal cromosoma X attivo
Inizia durante lo sviluppo embrionale allo stadio di
blastocisti. La scelta dell’X paterno o materno e’ casuale
Alcuni geni sfuggono all’inattivazione e sono quindi espressi
sia dall’X attiva che da quella inattiva
GENES SUBJECT TO!
GENES ESCAPING!
X-INACTIVATION!
X-INACTIVATION!
MIC2
XG
STS
KALIG-1
ZFX
POLA
DMD
OCT CYBB
TIMP
A1S9T
AR
PGK1
RPS4X
XIST
GLA
HPRT
G6PD
X
INATTIVAZIONE DELL’X
(principali caratteristiche)
Agisce a livello della trascrizione. I geni X-linked sono quindi
trascritti solo dal cromosoma X attivo
Inizia durante lo sviluppo embrionale allo stadio di
blastocisti. La scelta dell’X paterno o materno e’ casuale
Alcuni geni sfuggono all’inattivazione e sono quindi espressi
sia dall’X attiva che da quella inattiva
Il cromosoma X inattivo e’ eterocromatico, late-replicating e
costituisce il corpo di Barr
The Barr Body
INATTIVAZIONE DELL’X
(principali caratteristiche)
Agisce a livello della trascrizione. I geni X-linked sono quindi
trascritti solo dal cromosoma X attivo
Inizia durante lo sviluppo embrionale allo stadio di blastocisti. La scelta dell’X paterno o materno e’ casuale
Alcuni geni sfuggono all’inattivazione e sono quindi espressi
sia dall’X attiva che da quella inattiva
Il cromosoma X inattivo e’ eterocromatico, late-replicating e
costituisce il corpo di Barr
Richiede la presenza di un locus sull’X che agisce in cis, il
centro d’inattivazione, che nell’uomo mappa in Xq1.3
XIST
EXPRESSION
X Inactive
Specific
Transcript
female
male
mouse
Xa hybrid
Xa hybrid
Xi hybrid
Xi hybrid
Xi hybrid
female
male
male (49,XXXXY)
female (49,XXXXX)
male (47, XXY)
male
female
Xi hybrid
Xi hybrid
Xi hybrid
Xi hybrid
Xa hybrid
Xa hybrid
mouse
female
XIST EXPRESSION
XIST
1. Maps to the X-inactivation center region
2. Is expressed only from the inactive X chromosome
3. In chromosomally normal individuals shows
female-specific expression
4. Encodes for multiple transcripts all generated by
alternative splicing
5. Shows multiple stop codons in all 6 reading frames
XIST
6. Is methylated only on the active X
7. Its mRNA binds to the inactive X chromosome
8. Is expressed before X-inactivation starts
9. Xist transgene is sufficient to perform X-inactivation
10. Xist KO mice show non random X-inactivation
Detection of XIST RNA in interphase nuclei
Tsix Xist antisense transcript
Counting Choice
Xist
Tsix
Xist 3’
Establishment
Xist?
Initiation
of silencing
Xist
Maintenance
Methylation
Deacetylation
Late replication
macroH2A
Conseguenze dell’Inattivazione significative
dal punto di vista genetico e clinico
•  Compensazione del dosaggio genico
•  Variabilita’ nell’espressione fenotipica nelle
femmine eterozigoti •  Mosaicismo
Mosaici
Prove a supporto dell’ipotesi di
Lyon che testimoniano
mosaicismo nelle
femmine
Femmine eterozigoti per un colore del pelo
X-linked, ad esempio a guscio di tartaruga,
hanno sempre un mantello pezzato,
presentando chiazze di pelliccia tartarugate
e chiazze wild-type. Al contrario maschi
emizigoti per questa mutazione presentano
pelo di color tartaruga uniforme
Prove a supporto dell’ipotesi di Lyon che testimoniano
mosaicismo nelle femmine
Gatto calico. Femmine eterozigoti per due geni del colore del mantello
mutati e non allelici presentano chiazze di pelliccia solo l’uno o l’altro
colore quando i geni sono in trans (su cromosomi diversi) ma chiazze
che sono un misto dei due colori oppure chiazze di pelliccia wild type
quando i geni sono in cis (sullo stesso cromosoma)
X-linked GFP mice
Analisi elettroforetica di fibroblasti di una donna
eterozigote per le varianti G6PD A e B. Corsia 1:
coltura primaria. Corsie 2-10: fibroblasti clonati.
Zygote
Early Cleavage
Stage
Random X-chromosome
Inactivation
Adult
Female
mosaic
Late Blastocist
Inattivazione
stabile
Allele mutato
Allele wt
•
•
a
m
i
p
X
X
OK
•
•
Xm
Xp
•
i
m
•
a
p
X
X
PROBLEM
RANDOM X
INACTIVATION
POST-INACTIVATION
SELECTION
VARIABILITY OF MOSAICISM
INCREASING CLINICAL EXPRESSION OR SEVERITY IN HETEROZYGOTES
X with mutant allele active
X with normal allele active
XY NORMAL
XY DMD
XX DMD
CARRIER
X-INACTIVATION &
HUMAN DISEASE
Incidence of sex chromosome abnormalities
Sindrome di Klinefelter
Cariotipo:
Sesso:
Fenotipo:
XXY
maschile
alta statura,
infertilita’,
ipogonadismo,
difficolta’di
apprendimento Sindrome di Turner
Cariotipo:
Sesso:
X0 (o XX/X0)
femminile
Fenotipo: bassa statura,
infertilita’, pterigio del collo,
aumentata distanza
intermammillare, linfedema ai
piedi, coartazione aorta. X0 = frequenti aborti spontanei
BALANCED TRANSLOCATIONS
XIC
A
der(A)
X
der(X)
UNBALANCED TRANSLOCATIONS
XIC
A
X
der(X)
A
POSSIBLE MECHANISMS FOR NONRANDOM X-INACTIVATION A) CELL SELECTION:
1) Loss of function of X-linked genes (mutations, deletions, balanced translocations and unbalanced translocations)
2) Functional disomy of X-linked genes (balanced translocations)
3) Loss of function of autosomal genes (balanced translocations)
4) Trisomy of autosomal genes (unbalanced translocations)
5) Twinning (asymmetric splitting inner cell mass)
POSSIBLE MECHANISMS FOR NONRANDOM X-INACTIVATION B) INABILITY TO BE INACTIVATED:
1) Mutation at the X-inactivation center
2) Loss of other regions of the X which are necessary for X-inactivation
C) PREFERENTIAL INACTIVATION:
1) Mutations acting in trans
2) Mutations acting in cis