L'inattivazione non equilibrata del cromosoma X può indicare la presenza di riarrangiamenti genetici minimi, che hanno un impatto negativo sulla funzione ovarica. Lo studio dell'inattivazione del non equilibrio del cromosoma X è un metodo efficace di diagnosi genetica, che consente di analizzare lo stato dei cromosomi attivi nel corpo femminile.
Le anomalie nel DNA della madre rappresentano una minaccia diretta alla nascita di un bambino sano capace di svilupparsi mentalmente e fisicamente per tutta la vita. Sottoponiti a un esame presso l'MLC per ottenere una storia familiare, scoprire le cause dell'infertilità e prepararti adeguatamente per la fecondazione in vitro. Potete consultarci sulle opzioni di trattamento per le malattie genetiche.
Tempi di produzione:
Biomateriale:
Sangue da una vena
Sinonimi:
Inattivazione dell'X
Orario del ricevimento:
Dalle 8:00 alle 12:00 dal lunedì al sabato
Pazienti:
Dai 18 anni (adulti)
Costo dell'analisi per anomalia ontogenetica*
- 4 800 R Studio dell'inattivazione non-equilibrio (non casuale) del cromosoma X
Caratteristiche dello studio
Ogni cellula del corpo di una donna contiene una serie di due cromosomi X, uno dei quali è attivo, l'altro no. Questo stato cellulare consente di ridurre al minimo il rischio di sviluppare mutazioni genetiche, che in forma grave possono portare alla morte. Un fenomeno simile osservato nei cromosomi sessuali si verifica durante lo sviluppo intrauterino del feto.
Uno dei cromosomi sessuali perde spontaneamente la sua funzione e struttura, processo chiamato inattivazione casuale. Con piccole mutazioni - delezioni, viene lanciato un meccanismo che porta alla perdita delle funzioni del cromosoma sessuale X e al fallimento del programma riproduttivo del corpo femminile.
Indicazioni:
- la presenza di infertilità femminile persistente, indipendentemente dall'età;
- malattia dell'ovaio scleropolicistico;
- cambiamenti non correggibili nell'attività ormonale delle ovaie;
- invecchiamento precoce e/o esaurimento delle ovaie.
Interpretazione dei risultati ottenuti
L'inattivazione non casuale del cromosoma X deve essere valutata solo da uno specialista esperto nel settore. I risultati dell'analisi indicano la presenza o l'assenza di inattivazione del non equilibrio del cromosoma X. Se viene rilevato, potrebbero esserci problemi genetici nella diagnosi dell'infertilità femminile.
Le donne dovrebbero sapere che lo studio dell'inattivazione del disequilibrio del cromosoma X può rivelare lo stato del cromosoma sessuale. Quando vengono rilevati cambiamenti strutturali, si tratta di una perdita parziale della loro funzione, che influisce negativamente sulla funzione riproduttiva del corpo femminile. L'analisi consentirà di diagnosticare con maggiore precisione la vera causa dell'infertilità e di adattare il regime di trattamento.
Il costo per studiare l'inattivazione non equilibrata (non casuale) del cromosoma X è di 4.800 rubli.
Inattivazione del cromosoma X- un processo durante il quale una delle due copie dei cromosomi X presenti nelle cellule viene inattivata.
Normalmente, le cellule di una donna contengono 2 cromosomi X, mentre gli uomini hanno un cromosoma X e uno Y. L'inattivazione di un cromosoma X nelle donne avviene in modo tale che due copie dei cromosomi X nelle donne non producono il doppio dei prodotti genetici corrispondenti rispetto agli uomini. Questo processo è chiamato compensazione del dosaggio genico. Normalmente la scelta del cromosoma X che verrà inattivato in ciascuna cellula è casuale. Tuttavia, in alcune situazioni, si osserva la cosiddetta “inattivazione non casuale del cromosoma X”. Questa è una condizione in cui lo stesso cromosoma X è prevalentemente inattivato nella maggior parte delle cellule.
La presenza di inattivazione non casuale può indicare la presenza di riarrangiamenti minimi in uno dei cromosomi X, che a loro volta possono influenzare la funzione ovarica e, in alcuni casi, causare infertilità nelle donne.
Mosomi. Nel 1949, Barr e Bertram (1949) scoprirono corpi intensamente colorati situati vicino alla membrana nucleare nei nuclei dei neuroni dei gatti. Successivamente questi corpi, chiamati Corpi di Barr, sono stati trovati nelle femmine di molti mammiferi, compreso l'uomo: è stato dimostrato che rappresentano un cromosoma X inattivo (Fig. 11.2). Ciò significa che sebbene le cellule femminili contengano due cromosomi X. e nelle cellule dei maschi ce n'è solo uno; nelle femmine, solo un cromosoma X può essere trascrizionalmente attivo. Questo fenomeno si chiama compensazione della dose genica. Uno dei primi studi sull'inattivazione del cromosoma X ha esaminato i modelli di colore nei topi (Magu Lyon, 1961). Se la pigmentazione dei capelli è determinata da un gene autosomico, il colore del topo sarà uguale a quello di uno dei genitori o intermedio. In ogni caso, il mouse sarà di un colore. Tuttavia, se un topo femmina è eterozigote per il gene del colore legato all'X, il risultato sarà completamente diverso: verrà macchiato (Fig. 11.3). Per spiegare questo fenomeno, il ricercatore ha proposto la seguente ipotesi: 1) Durante il primo sviluppo delle femmine dei mammiferi, entrambi i cromosomi X sono attivi. 2) Successivamente
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uno dei cromosomi X in ciascuna cellula si spegne.
Questa inattivazione avviene in modo casuale. In alcune cellule il cromosoma X paterno è inattivato, mentre in altre è inattivato quello materno.
3) Questo processo è irreversibile. Una volta inattivato, il cromosoma X sarà inattivo in tutti i discendenti di questa cellula. (Le aree di pigmentazione in questi topi sono piuttosto grandi.) Pertanto, tutti i tessuti nelle femmine dei mammiferi sono mosaici di due tipi di cellule.
Alcune delle prove più convincenti a favore di questo modello provengono da esperimenti biochimici con cloni di cellule umane. Esiste una malattia umana ereditaria chiamata sindrome di Lesch-Nyhan; Questa malattia è caratterizzata dall'assenza dell'enzima ipoxantina fosforibosiltransferasi (HPRT), la cui sintesi è controllata dal cromosoma X. La sindrome di Lesch-Nyhan viene trasmessa sul cromosoma X. Ciò significa che i maschi che portano la mutazione corrispondente sul loro singolo cromosoma X si svilupperanno e moriranno a causa della malattia. Nelle femmine, la presenza del gene GPRT mutante può essere mascherata da un altro cromosoma X che porta l'allele wild-type. Una donna che ha figli maschi affetti dalla malattia è portatrice perché ha un gene GPRT mutante su un cromosoma X e un gene GPRT wild-type sull'altro cromosoma X. Se l'ipotesi presentata sopra è corretta, allora in una donna del genere la cellula dovrebbe sintetizzare un enzima GPRT attivo o inattivo, a seconda del cromosoma X funzionante. Per verificare questa posizione, singole cellule cutanee prelevate da una donna eterozigote per il gene GPRT sono state poste in un liquido di coltura (Barbara Migeon, 1971). Ciascuna di queste cellule si è divisa per formare un clone. Quando questi cloni sono stati colorati per la presenza di GPRT wild-type, è stato rivelato che circa la metà dei cloni conteneva questo frammento e l'altra metà no (Fig. 11.4).
Un altro gene sul cromosoma X codifica la glucosio-6-fosfato deidrogenasi (G6PDH). Questo enzima ha solitamente due varianti elettroforetiche: G6PDG-A e G6PDG-B. Gli uomini sono caratterizzati dalla variante A o B, mentre le donne rispetto al fenotipo per questo enzima può essere A, B o AB. Entrambe le varianti di G6PDG si trovano nelle cellule cutanee delle donne eterozigoti (Fig. 11.5). Tuttavia, i cloni isolati ottenuti dopo la clonazione di singole cellule cutanee di questi eterozigoti esprimono solo una delle due possibili varianti. Nessuno dei cloni esprimeva entrambe le varianti (Davidson et al., 1963).
L'ipotesi dell'inattivazione del cromosoma X fornisce un'eccellente spiegazione dell'inattivazione genetica differenziale a livello trascrizionale. La sua importanza è stata ulteriormente dimostrata da alcune interessanti eccezioni alle regole generali. Innanzitutto, l'ipotesi si è rivelata vera in relazione a soma-
Gilbert S. Biologia dello sviluppo: In 3 volumi T. 2: Trad. dall'inglese – M.: Mir, 1994. – 235 p.
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| Riso. 11.4. Inattivazione prolungata del cromosoma X. Circa 30 cellule di una donna eterozigote per il gene che causa il deficit dell'enzima GPRT sono state poste in una piastra Petri per la coltura. Le cellule sono state visualizzate mediante autoradiografia dopo incubazione in un mezzo contenente ipoxantina radioattiva. Le cellule contenenti GPRT incorporano composti radioattivi nel loro RNA e illuminano l'emulsione fotografica applicata su di essi. I cloni cellulari senza HΦΡT appaiono più leggeri perché le loro cellule non possono incorporare composti radioattivi (da Migeon, 1971; foto per gentile concessione di V. Migeon) | Riso. 11.5. Due popolazioni cellulari nelle donne. L'elettroforesi dei preparati ottenuti da cellule della pelle di donne eterozigoti per il gene G6PDG mostra che la sintesi avviene su entrambi i cromosomi, ma su cromosomi diversi in cellule diverse. Le cellule cutanee eterozigoti in coltura (corsia 3) contengono entrambi i tipi di enzimi. Tuttavia, si osserva solo una forma dell'enzima in ciascun clone di singole cellule della pelle (corsie 4-10). |
 | Riso. 11.6. Negli ovociti dei mammiferi entrambi i cromosomi X sono attivi. Elettroforesi di cellule delle ovaie (corsia 1 e 2) e del polmone (corsia 3) di un feto umano di 14 settimane eterozigote per G6PD. Le cellule polmonari esprimono le forme A(AA) e B(BB) dell'enzima, mentre le cellule ovariche contengono anche un eterodimero (AB). Le zone A e B pronunciate nel caso delle ovaie riflettono il fatto che le cellule delle ovaie stesse esprimono solo le forme A e B dell'enzima e l'eterodimero è espresso solo negli ovociti. (Foto per gentile concessione di V. Migeon.) |
cellule tic. Nelle donne sessuale cellule, il cromosoma X inattivo viene riattivato poco prima che le cellule entrino nella meiosi (Kratzer e Chapman, 1981; Gartler et al., 1980). Pertanto, negli ovociti maturi, entrambi i cromosomi X sono attivi. Questo è mostrato nella figura. 11.6. La glucosio-6-fosfato deidrogenasi è un enzima dimerico, quindi ogni cellula somatica contiene enzimi costituiti da due subunità A o due subunità B. In una femmina eterozigote, alcune cellule conterranno un enzima costituito da due subunità A. mentre in altri è costituito da due subunità B (a seconda di quale cromosoma X è attivo in una particolare cellula). Tuttavia, se nella stessa cella sono attivi Entrambi X, allora dovremmo aspettarci la comparsa di molecole di questo enzima costituite da una subunità A e una subunità B. Questo è esattamente ciò che si osserva negli ovociti (Gartler et al., 1973; Migeon e Jalalian, 1977). Rivelano eterodimero AB, che indica l'attività trascrizionale nella stessa cellula di entrambi i cromosomi X.
Il secondo gruppo di eccezioni riguarda la natura casuale dell'inattivazione del cromosoma X. La regola casuale è vera, ma a volte si verifica un'inattivazione preferenziale del cromosoma X paterno. Nei tessuti del trofoblasto di un topo femmina (una situazione diversa si osserva nell'uomo), l'espressione del cromosoma X materno domina a tal punto che il cromosoma X paterno non è praticamente espresso. Nei marsupiali, anche il cromosoma X paterno è preferenzialmente inattivato in tutti i tessuti dell'embrione (Sharman, 1971; Cooper et al., 1971). Non sappiamo ancora perché ciò accada, ma capirlo potrebbe essere la chiave.
Gilbert S. Biologia dello sviluppo: In 3 volumi T. 2: Trad. dall'inglese – M.: Mir, 1994. – 235 p.
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Cromosomi sessuali (dopo Susumu Ohno, 1967) ha avuto origine da autosomi che, durante l'evoluzione, si sono differenziati geneticamente e morfologicamente, formando i cromosomi X e Y. Il cromosoma Y è il risultato di una “specializzazione” progressiva a lungo termine, durante la quale i geni della differenziazione sessuale sono stati preservati e quasi tutti i geni autosomici sono andati perduti, e la dimensione del cromosoma divenne molto più piccola. Il cromosoma X ha mantenuto non solo la sua forma originale, ma anche la maggior parte dei geni, sia autosomici che associati alla differenziazione sessuale. Le differenze nei cromosomi sessuali non sono casuali, ma hanno un importante significato biologico, poiché Essi:
Impediscono lo scambio di geni tra i cromosomi X e Y durante la meiosi e assicurano la conservazione dei determinanti sessuali puri di ciascuno dei cromosomi sessuali;
Assicurano la formazione di zigoti di sesso diverso durante la fecondazione: XX o XY.
Cromosomi sessuali(gonosomi, eterosomi) differiscono per struttura (lunghezza, posizione centromerica, quantità di eterocromatina) e contenuto genetico.
Cromosoma X- cromosoma metacentrico medio (gruppo C); presentato in cellule somatiche di entrambi i sessi: in duplice copia nel cariotipo femminile - 46,XX e in una sola copia nel cariotipo maschile - 46,XY. Nelle cellule germinali, il cromosoma X è rappresentato come segue: in una copia in tutte le uova e nel 50% degli spermatozoi. Il cromosoma X è ricco di regioni eucromatiche e contiene 1336 geni, tra cui:
■ geni somatici strutturali (ad esempio geni per i gruppi sanguigni Xg, fattori della coagulazione del sangue VIII e IX, enzima 6-fosfato deidrogenasi, visione dei colori, ecc.);
■ geni regolatori della femminilizzazione,
■ geni strutturali di femminilizzazione,
■ geni strutturali della mascolinizzazione.
Cromosoma Y-piccolo cromosoma acrocentrico (gruppo G); 2/3 del braccio q distale sono rappresentati dall'eterocromatina in uno stato geneticamente inattivo. Il cromosoma Y è rappresentato da una copia in tutte le cellule somatiche degli individui maschi con cariotipo 46XY e nel 50% degli spermatozoi. Contiene circa 300 geni, tra cui:
■ geni regolatori della mascolinizzazione (SRY=Tdf)
■ geni che forniscono fertilità (AZF1, AZF2)
■ geni somatici strutturali (fattore di controllo della crescita dei denti, recettore dell'interleuchina)
■ pseudogeni.
Poiché il cariotipo femminile ha due cromosomi X e gli uomini ne hanno solo uno, è logico presumere che nelle cellule del corpo femminile dovrebbero esserci il doppio dei prodotti finali dei geni localizzati sul cromosoma X rispetto alle cellule degli uomini. Ma in realtà non è così, poiché uno dei cromosomi X nelle donne (normalmente) o negli individui con un cromosoma X aggiuntivo (in patologia) è inattivato. Di conseguenza, in entrambi i sessi rimane attivo solo un cromosoma X. Questo fenomeno viene chiamato compensazione dei geni legati al cromosoma X
Ipotesi compensativa è stato formulato M. Lione nel 1961 e ne comprende tre disposizioni principali :
I. Nelle cellule somatiche dei mammiferi, un cromosoma X è attivo, mentre l'altro viene inattivato dall'eterocromatinizzazione per formare un corpo di Barr, visibile nel nucleo interfase; il cromosoma X inattivato si replica alla fine della fase S.
II. L'inattivazione avviene il 16° giorno dello sviluppo embrionale, quando l'embrione è costituito da circa 3000-4000 cellule. Fino a questo momento, entrambi i cromosomi X funzionano in ciascuna cellula dell'embrione femminile, cioè prodotto il doppio rispetto agli embrioni maschili: mRNA ed enzimi codificati dai geni del cromosoma X; Di conseguenza, gli embrioni 46,XX,I 46,XY sono biochimicamente e funzionalmente diversi. L'inattivazione di un cromosoma X rimane successivamente invariata in tutti i discendenti di una determinata cellula.
III. Il processo di inattivazione è casuale, quindi in metà delle cellule rimane attivo il cromosoma X materno e nell'altra metà rimane attivo il cromosoma X paterno.
Il DNA umano è confezionato in 23 paia di cromosomi di varie dimensioni. Un cromosoma di ciascuna coppia viene ereditato dai nostri padri (omologo paterno) e l'altro dalle nostre madri (omologo materno). Ventidue coppie, collettivamente chiamate autosomi e numerate da 1 a 22 in ordine di grandezza decrescente, sono le stesse nei maschi e nelle femmine, mentre una coppia, i cromosomi sessuali, differisce tra i sessi. Le femmine hanno due copie di un cromosoma di medie dimensioni chiamato cromosoma X, mentre i maschi hanno un cromosoma X e una copia di un cromosoma più piccolo e povero di geni chiamato Y. Nei maschi, il cromosoma X è sempre ereditato dalla madre, mentre quello Il cromosoma Y viene ereditato dalla madre, il cromosoma è dal padre, mentre nelle femmine un cromosoma X è materno (Xm) e l'altro è paterno (Xp). Questa differenza cromosomica tra i sessi è comune nei mammiferi e in molti altri organismi e rappresenta parte del meccanismo biologico mediante il quale viene determinato il sesso. Tuttavia, ciò pone una serie di problemi evolutivi per l'organismo, in quanto i due sessi differiscono nel numero di geni legati all'X che possiedono; le femmine ne hanno il doppio dei maschi. Ciò potrebbe portare a uno squilibrio nella quantità di prodotti genetici (RNA e proteine), che a sua volta richiederebbe differenze nel controllo del metabolismo e di altri processi cellulari. Per evitare ciò, si sono evoluti meccanismi di compensazione del dosaggio genico per bilanciare i livelli di prodotti genici legati all’X in entrambi i sessi.
Nei mammiferi il meccanismo di compensazione della dose è associato allo spegnimento (silenziamento) della maggior parte dei geni su uno solo dei due cromosomi X, così che le femmine, come i maschi, hanno un solo cromosoma attivo. Questa soluzione radicale, comunemente chiamata inattivazione del cromosoma X, fu proposta per la prima volta nel 1961 da Mary Lyon per spiegare i modelli di espressione dei geni del colore della pelliccia legati all'X nei topi, simili al modello del colore della pelliccia del gatto "calico" mostrato nella figura all'inizio capitolo 17. Da allora, più di 40 anni di intensa ricerca sono stati dedicati al tentativo di comprendere questi meccanismi intriganti e complessi che portano a termine questo processo. Sappiamo che l'inattivazione dell'X avviene nelle prime fasi dello sviluppo, ma in modo complesso. Molto presto, quando l'embrione è composto solo da poche cellule, il cromosoma X paterno viene inattivato selettivamente in tutte le cellule. Xp deve essere in qualche modo marcato, “impresso” per l'inattivazione. Successivamente, nello stadio di blastocisti (appena prima dell'impianto), quando l'embrione è composto da 50-100 cellule, in quelle cellule che poi formeranno l'embrione stesso (localizzate nella massa cellulare interna [ICM]), Chr viene nuovamente attivato, quindi in breve, le femmine hanno due cromosomi X attivi. Quindi Xp o Xm vengono selezionati casualmente per l'inattivazione e i geni su di essi vengono silenziati. È curioso che in quelle cellule di blastocisti che successivamente formano i tessuti extraembrionali (placenta e sacco vitellino), Chr rimane “silenzioso”. La questione su come una delle X nell’ICM viene “selezionata” per l’inattivazione rimane senza risposta.
Il cromosoma X selezionato per l'inattivazione rimane “silenzioso” durante tutte le successive generazioni cellulari. Questa è una delle forme più stabili di silenziamento genetico che conosciamo, e i tentativi di invertirlo sperimentalmente sono costantemente falliti. Tuttavia, gli ovociti (cellule germinali femminili) sono in grado di invertire questo processo di inattivazione in modo da possedere due X attivi nella meiosi e anche il singolo cromosoma X nell'uovo maturo e aploide è attivo.
Gli studi sul processo di inattivazione dell'X hanno rivelato nuovi meccanismi molecolari di silenziamento genico. L'inizio del silenziamento è causato dall'aumentata espressione dell'RNA non codificante trascritto da un gene denominato XIST da uno solo dei due cromosomi X femminili. Questo RNA riveste il cromosoma X, che contiene il gene XIST, che è attivato e che appare come una macchia verde nella fotografia del nucleo della cellula (vedi l'immagine all'inizio del capitolo 17). Ciò avvia ulteriormente il silenziamento genico in tutto questo cromosoma. XIST stesso rimane abilitato. Dopo la copertura XIST, la X inattiva e silenziosa subisce una serie di modifiche. Le principali proteine che impacchettano il DNA, gli istoni, subiscono modifiche chimiche in siti funzionalmente importanti. Ad esempio, i livelli di acetilazione di residui di lisina selezionati diminuiscono drasticamente, mentre aumenta la metilazione di altre lisine. Questi cambiamenti sono seguiti dalla metilazione di siti selezionati sul cromosoma X inattivo, Xi, un processo spesso associato al silenziamento genico a lungo termine. Tutti questi e altri cambiamenti conferiscono al cromosoma X inattivo una struttura molto caratteristica, spesso descritta come condensata, e che è visibile nel nucleo cellulare come un ammasso distinto di DNA denso noto come corpo Bar.
Negli ultimi anni, gli studi sull’inattivazione del cromosoma X hanno fornito informazioni sui meccanismi epigenetici fondamentali del silenziamento genico e su come i modelli di espressione genica sono regolati durante lo sviluppo. È lecito prevedere che ciò continuerà ad essere così.
