Imprinting genetico

1
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
2
Concetto contrario alle leggi di Mendel secondo
le quali lorigine materna o paterna di
uninformazione non ne influenza lespressione
(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

3
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
11, una femmina malata non trasmette MAI la
malattia, che può ricomparire però nei suoi
nipoti
4
PROVE DELLESISTENZA DELLIMPRINTING
esperimenti di trapianti di pronuclei nel topo
creazione di zigoti androgenetici e ginogenetici
zigoti ginogenetici 2n cromosomi TUTTI di
derivazione femminile
embrioni abortivi strutture extraembrionarie
pressoché assenti, embrione quasi normale
zigoti androgenetici 2n cromosomi TUTTI di
derivazione maschile
embrioni abortivi iperplasia del trofoblasto,
embrione pressoché assente
CONTROLLI zigoti ottenuti con trasferimento di
pronuclei 2n cromosomi, n forniti da un maschio e
n da una femmina
embrioni normali la manipolazione di per sé non
impedisce il normale sviluppo
5
PROVE DELLESISTENZA DELLIMPRINTING NELLUOMO

• 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
  uniperplasia delle strutture extraembrionarie e
  assenza dellembrione 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

6
COSTRUZIONE di MAPPE di IMPRINTING MEDIANTE LUSO
di LINEE di TOPI PORTATORI di TRASLOCAZIONI
ROBERTSONIANE e di TRASLOCAZIONI RECIPROCHE
PARZIALI
7
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
2
1
2
1
1
2
2
8
TRASLOCAZIONE RECIPROCA PARZIALE Cromosomi NON
omologhi vanno incontro a rottura e riunione e si
scambiano un segmento cromosomico
9
1
Portatore di traslocazione robertsoniana
bilanciata Produce 6 tipi di gameti 2
bilanciati e 4 sbilanciati
2
2
1
A B
C D
E F
10
A B
C D
E F
gameti bilanciati
gameti sbilanciati
uovo di tipo C x spermatozoo di tipo D

11
uovo nullisomico
spermatozoo disomico
uovo disomico
spermatozoo nullisomico
zigote con disomia uniparentale MATERNA A
zigote con disomia uniparentale PATERNA 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
12
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

13

• 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 dellallele 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

14
metilazione diretta del promotore
CH3
competizione per lenhancer
CH3
RNA antisenso
metilazione del gene che produce un RNA antisenso
CH3
15
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
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
P M
La duplicazione sul cromosoma materno è senza
conseguenze perché la copia sovranumeraria non
viene espressa
P M
16
Sindrome di Beckwith-Wiedemann (BWS) (2)
Una mutazione nel centro di imprinting impedisce
il silenziamento del gene in cis
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
P M
La mutazione è sul cromosoma materno ?
lindividuo è malato perché ha due copie attive
del gene
P M
17

• 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), 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, gene
  soggetto ad imprinting paterno (è espressa solo
  la copia fornita dalla madre) che mappa in
  15q11-13
• Entrambe le malattie possono essere dovute a
• delezione dellintera regione cromosomica
  15q11-13
• disomia uniparentale (UPD) (materna nella PWS,
  paterna nella AS)
• errore di imprinting
• solo per la sindrome di Angelman mutazione nella
  copia materna del gene AS

18
Pattern di espressione nel soggetto normale sono
espressi il gene PWS del cromosoma paterno ed
il gene AS del cromosoma materno
P M
PWS
AS
La delezione è sul cromosoma Paterno ? assenza
della funzione del gene PWS, si ha Sindrome di
Prader-Willi
P M
La delezione è sul cromosoma Materno ? assenza
della funzione del gene AS, si ha Sindrome di
Angelman
P M
19
Disomia Uniparentale Paterna (UPD) ? assenza
funzionale del gene AS ? Sindrome di Angelman
P P
PWS
AS
UPD Materna ? assenza funzionale del gene PWS ?
Sindrome di Prader-Willi
M M
PWS
AS
mutazione nel centro di imprinting sul cromosoma
P che non può essere risettato e viene trasmesso
con unimpronta di tipo Materno ? assenza
funzionale del gene PWS ? Sindrome di Prader-Willi
P M
PWS
AS
mutazione nel centro di imprinting sul cromosoma
M che non può essere risettato e viene trasmesso
con unimpronta di tipo Paterno ? assenza
funzionale del gene AS ? Sindrome di Angelman
PWS
AS