Imprinting genetico
Espressione differenziale di materiale genetico a seconda
che esso sia stato trasmesso dal padre o dalla madre. I geni
soggetti a imprinting sono presenti in duplice copia, ma di
essi viene espressa una sola copia
Espressione monoallelica di geni biallelici
Concetto contrario alle leggi di Mendel secondo le quali
l’origine materna o paterna di un’informazione non ne
influenza l’espressione (equivalenza degli incroci reciproci)
Geni soggetti a imprinting paterno la copia fornita
dal padre viene silenziata
Geni soggetti a imprinting materno la copia fornita
dalla madre viene silenziata
pedigree di una malattia dovuta ad un gene soggetto ad imprinting materno
(è attiva solo la copia fornita dal padre)
il rapporto maschi : femmine tra gli affetti è 1:1, una femmina malata non
trasmette MAI la malattia, che può ricomparire però nei suoi nipoti (figli
dei suoi figli maschi)
PROVE DELL’ESISTENZA DELL’IMPRINTING
esperimenti di trapianti di pronuclei nel topo: creazione di zigoti
androgenetici e ginogenetici
zigoti ginogenetici
2n cromosomi TUTTI di
derivazione femminile
zigoti androgenetici
2n cromosomi TUTTI di
derivazione maschile
CONTROLLI
zigoti ottenuti con
trasferimento di pronuclei
2n cromosomi, n forniti da un
maschio e n da una femmina
embrioni abortivi – strutture extraembrionarie
pressoché assenti, embrione quasi normale
embrioni abortivi – iperplasia del trofoblasto,
embrione pressoché assente
embrioni normali – la manipolazione di per sé
non impedisce il normale sviluppo
PROVE DELL’ESISTENZA DELL’IMPRINTING
NELL’UOMO
Esistono due patologie umane paragonabili agli zigoti
ginogenetici e androgenetici:
teratomi, 2n cromosomi forniti SOLO dalla madre
mole idatiforme, 2n cromosomi forniti SOLO dal padre
I triploidi (3n cromosomi = 69) sono tutti abortivi, ma il
fenotipo dei 2nP1nM è diverso da quello dei 2nM1nP, nei
primi si osserva un’iperplasia delle strutture
extraembrionarie e assenza dell’embrione vero e proprio,
viceversa, nei secondi si hanno strutture extraembrionarie
quasi assenti e embrione pressoché normale
Alcune disomie cromosomiche uniparentali (UPD)
(entrambi i cromosomi di una coppia forniti dallo stesso
genitore) hanno effetti fenotipici diversi dettati dal sesso
del genitore che ha fornito la coppia di cromosomi
COSTRUZIONE di MAPPE di
IMPRINTING MEDIANTE L’USO di
LINEE di TOPI PORTATORI di
TRASLOCAZIONI ROBERTSONIANE e
di TRASLOCAZIONI RECIPROCHE
PARZIALI
TRASLOCAZIONE ROBERTSONIANA
Fusione centrica tra due cromosomi acrocentrici che danno
così origine ad un cromosoma metacentrico (quando i due
cromosomi che si fondono hanno uguali dimensioni) o
submetacentrico (i due cromosomi che si fondono hanno
dimensioni diverse)
1
1
1
2
2
1
2
2
TRASLOCAZIONE RECIPROCA PARZIALE
Cromosomi NON omologhi vanno incontro a
rottura e riunione e si scambiano un segmento
cromosomico
1
Portatore di traslocazione
robertsoniana bilanciata – Produce
6 tipi di gameti:
2 bilanciati e 4 sbilanciati
1
A
2
2
B
gameti bilanciati
C
D
E
gameti sbilanciati
F
A
B
C
D
gameti bilanciati
E
F
gameti sbilanciati
uovo di tipo C + spermatozoo di tipo D
+
P M
M
zigote bilanciato MA con
disomia materna del
cromosoma 2 (quello
violetto)
spermatozoo
nullisomico
uovo disomico
spermatozoo
disomico
uovo
nullisomico
zigote con disomia uniparentale
MATERNA
zigote con disomia uniparentale
PATERNA
A
B
A (2M 0P)
B (2P 0M)
conclusione
wild-type
wild-type
il cromosoma NON contiene geni ‘imprintati’
fenotipo anormale
fenotipo anormale
il cr. contiene geni ‘imprintati’ nel padre
E geni ‘imprintati’ nella madre
wild-type
fenotipo anormale
il cr. contiene geni a espressione MATERNA
fenotipo anormale
wild-type
il cr. contiene geni a espressione PATERNA
portatore di traslocazione reciproca parziale
bilanciata
produce 4 tipi di gameti:
2 bilanciati e 2 sbilanciati
gameti bilanciati
+
gameti sbilanciati
zigote bilanciato
ma con disomia
uniparentale M
del tratto
terminale
violetto e disomia
uniparentale P
del tratto
terminale azzurro
molto spesso i geni soggetti a imprinting sono riuniti in
cluster contenenti geni ‘imprintati’ nella madre e geni
‘imprintati’ nel padre
i due cluster omologhi mostrano metilazione differenziale
(ma non sempre la metilazione è a carico dell’allele non espresso)
nei cluster sono in genere presenti sia geni strutturali (il loro
prodotto finale è una catena polipeptidica) sia geni che producono
RNA non codificanti
molti geni sono ‘imprintati’ solo in alcuni tessuti
metilazione diretta del promotore
CH3
competizione per
l’enhancer
CH3
RNA antisenso
metilazione del gene che produce
un RNA antisenso
CH3
L’imprinting deve essere resettato ad ogni generazione
Sindrome di Beckwith-Wiedemann (BWS) (1)
Malattia dovuta a un gene soggetto a imprinting materno (è attiva solo la
copia fornita dal padre) causata da acquisizione di funzione. Il gene
mappa in 11p15
P
M
P
M
P
M
Nei soggetti normali è espressa solo la copia
paterna
La duplicazione sul cromosoma
paterno ha come conseguenza un
raddoppiamento del prodotto
genico ed insorgenza della
malattia
La duplicazione sul cromosoma
materno è senza conseguenze
perché la copia sovranumeraria
non viene espressa
Sindrome di Beckwith-Wiedemann (BWS) (2)
Una mutazione nel centro di imprinting impedisce il
silenziamento del gene in cis
P
M
P
M
La mutazione è sul cromosoma paterno non
si hanno conseguenze fenotipiche perché la
copia che non può essere spenta è comunque
destinata ad essere espressa
La mutazione è sul cromosoma materno
l’individuo è malato perché ha due copie
attive del gene
Sindrome di Prader-Willi (PWS) - malattia dovuta ad assenza della
funzione del ‘gene’ PWS (si tratta di vari geni che per semplicità vengono
qui considerati come un unico gene), soggetto ad imprinting materno (è
espressa solo la copia fornita dal padre) che mappa in 15q11-13
Sindrome di Angelman (AS) - malattia dovuta ad assenza della funzione
del gene AS, soggetto ad imprinting paterno (è espressa solo la copia
fornita dalla madre) che mappa in 15q11-13
Entrambe le malattie possono essere dovute a:
1. delezione dell’intera regione cromosomica 15q11-13;
2. disomia uniparentale (UPD) (materna nella PWS, paterna nella AS);
3. errore di imprinting
4. solo per la sindrome di Angelman: mutazione nella copia materna del
gene AS
P
M
P
M
P
M
PWS
AS
Pattern di espressione nel soggetto
normale: sono espressi il ‘gene’ PWS
del cromosoma paterno ed il gene
AS del cromosoma materno
La delezione è sul cromosoma
Paterno assenza del ‘gene’ PWS,
si ha Sindrome di Prader-Willi
La delezione è sul cromosoma
Materno assenza del gene AS, si
ha Sindrome di Angelman
P
PWS
AS
PWS
AS
P
M
M
P
PWS
AS
M
P
M
PWS
AS
Disomia Uniparentale Paterna
(UPD) assenza funzionale del
gene AS Sindrome di Angelman
UPD Materna assenza
funzionale del ‘gene’ PWS
Sindrome di Prader-Willi
mutazione nel centro di imprinting sul
cromosoma P che non può essere risettato
e viene trasmesso con un’impronta di tipo
Materno assenza funzionale del gene
PWS Sindrome di Prader-Willi
mutazione nel centro di imprinting sul
cromosoma M che non può essere risettato
e viene trasmesso con un’impronta di tipo
Paterno assenza funzionale del gene AS
Sindrome di Angelman
Qual è il significato evolutivo
dell’imprinting?
Teoria del conflitto
The kinship theory focuses on genes whose expression level governs
the extent of some physiological or behavioral interaction between
individuals.
As an example, fetal expression of a growth factor not only influences the
fetus’ development but may also indirectly affect the growth, and potentially
the fitness, of siblings through its demand for shared maternal resources.
Variation in the fetal expression level of this growth factor gene can
have different, and opposing, inclusive fitness effects for the two
alleles if these have unequal relatedness to individuals with whom the
fetus interacts (for example, because the fetuses are maternal half-sibs,
which share matrigenic but not patrigenic alleles)
