Eucromatina ed Eterocromatina Hemil Heitz 1928 Eterocromatina Eucromatina

Eucromatina ed Eterocromatina Hemil Heitz (1928) Eterocromatina Eucromatina Regioni cromosomiche si colorano intensamente in interfase conservano una struttura compatta durante l’intero ciclo cellulare. Ha una struttura diffusa durante l’interfase e va incontro a fasi di condenzione e decondensazione durante il ciclo cellulare Eterocromatina costitutiva Componente stabile dei genomi eucariotici contiene pricipalmente sequenze ripetute Eterocromatina facoltativa Condizione reversibile e corrisponde all’eucromatina inattiva (regioni cromosomiche, interi cromosomi o addirittura interi genomi). Es: inattivazione del cromosoma X nelle femmine di mammifero. Localizzazione Pericentromerica peritetelomerica Quantità 5% Arabidopsis 30% Humans 30% Drosophila 90% Nematods

Eterocromatina Constitutiva vs eucromatina: due ambienti agli antipodi

L’eterocromatina costitutiva stata considerata è inutile Terra desolata o deserto di funzioni Cimitero di trasposoni R. I. P. Deposito di DNA spazzatura

Scarsa considerazione anche nei libri di testo ……. Regioni cromosomiche condensate, ritenute per la maggior parte geneticamente inerti (GENETICA, Griffiths et al 2013) I geni che si trovano all’interno dell’eterocromatina sono trascrizionalmente inattivi (Genetica, un approccio molecolare, Russel 2010) Lo stato inerte di sequenze permanentemente non espresse, di solito DNA satellite (GENE VIII, 2006)

Inattività genetica dell’eterocromatina costitutiva: variegazione per effetto di posizione (PEV) Inattivazione a mosaico di geni eucromatici trasferiti nell’eterocromatina pericentromerica mediante riordinamenti cromosomici o eventi di trasposizione Mutazione white mottled identificata da Herman Muller (1930)

L’inattivazione da PEV a livello cromosomico comporta la perdita di bandeggio delle regioni influenzate

Modificatori genetici del PEV La della mutazione Su(var)205 sopprime la variegazione di white mottled 4 A A In(1)wm 4 B Su(var)205 B

Modificatori genetici del PEV: soppressori e intensificatori Mutazioni Su(var) w+ Su(var) w Si ha soppressione della variegazione quando l’espressione del gene eucromatico in cis all’eterocromatina viene attivata in un numero maggiore di cellule (es. white: occhio più rosso) Mutazioni E(var) w+ E(var) w Si ha intensificazione della variegazione quando il gene eucromatico in cis all’eterocromatina è represso in un numero maggiore di cellule (es. white: occhio più bianco)

+ Il gene Su(var)205 codifica la proteina HP 1 È codificata dal gene Su(var)205 E’ una proteina cromosomica estremamente conservata È composta da 206 aa Ha un dominio amino-terminale chiamato “chromo-domain” e un dominio c-terminale detto “chromo-shadow-domain” CHD ‘hinge’ CSD

Distribuzione cromosomica di HP 1

HP 1 è una proteina conservata nell’evoluzione

Diversi modificatori del PEV

Modelli proposti per spiegare il PEV - Diffusione in cis della inattivazione - Compartimentalizzazione nucleare

Modello della diffusione in cis Evidenze citologiche Nei cromosomi politenici si osserva perdita di bandeggio dei geni spostati accanto all’eterocromatina nelle cellule in cui questi geni sono repressi Evidenze molecolari La cromatina di transgeni inseriti nell’eterocromatina è modificata e il DNA è meno accessibile al taglio con enzimi di restrizione e nucleasi

Modello della compartimentalizzazione nucleare Orientamento dei cromosomi nei nuclei interfasici: in molti organismi centromeri ed eterocromatina sono localizzati in una estremità del nucleo e i telomeri si trovano in quella opposta I riordinamenti cromosomici alterano questa disposizione, pertanto la variegazione potrebbe essere il risultato della ridotta disponibilità di fattori di trascrizione in una data zona del nucleo

HP 1 e cancro Nella specie umana, variazione dei livelli di HP 1 a e HP 1 b sono stati associati all’aumento dello sviluppo metastatico di vari tumori tra cui melanomi e carcinomi del seno. Non sono note mutazioni somatiche nel gene che codifica HP 1 a o HP 1 b. CHD ‘hinge’ CSD

E pensare che tutto è nato da un occhio variegato di un moscerino!

Alcuni genomi hanno attuato strategie per sbarazzarsi del DNA ripetitivo e dell’eterocromatina Parascaris Una coppia di cromosomi omologhi Eliminazione dell’eterocromatina nello sviluppo precoce in Parascaris

. Di conseguenza…. . L’ubiquità e la persistenza dell’eterocromatina costitutiva nei genomi eucariotici suggeriscono che questo peculiare componente del genoma possieda un valore adattativo

La Drosophila per studiare l’eterocromatina William Castle nel 1906 introdusse la Drosophila nella ricerca biologica

L’etrocromatina di Drosophila contiene 400 geni codificanti Studi genetici, citologici e molecolari hanno permesso di identificare una cinquantina di geni essenziali richiesti per la vitalità o la fertilità (dal 1950 al 1995). In era post-genomica (2000), l’analisi bioinformatica della sequenza delle regioni pericentromeriche ha dimostrato l’esistenza di circa 400 geni putativi a singola copia codificanti proteine. L’eterocromatina del cromosoma 2 ne contiene un’ottantina

Il gene eterocromatico Yeti di Drosophila melanogaster Le mutazioni nel gene Yeti alterano la struttura del cromosoma

Il gene Yeti codifica una proteina cromatinica Localizzazione intracellulare di YETI-GFP

I geni nell’eterocromatina di Drosophila melanogaster sono espressi

Almeno il 50% dei prodotti genici è conservato nella specie umana

Dimensioni fisiche: i geni eterocromatici sono in media 10 volte più grandi di quelli eucromatici Il caso estremo del gene myosin 81 F che misura 2500 kb! Più del 90% della porzione genomica myosin 81 F è rappresentato da introni

Gli introni dei geni eterocromatici sono ricchi di sequenze di origine trasposonica

Il paradosso dell’eterocromatina funzionale Come fanno dei geni a funzionare immersi in un ambiente ritenuto incompatibile con l’espressione genica?

Ambiente eterocromatico HP 1 Mutazioni nel gene che codifica la proteina HP 1 causano una espressione alterata dei geni eterocromatici HP 1 sarebbe quindi necessaria per garantire la corretta espressione dei geni localizzati nell’eterocromatina La corretta espressione dei geni nell’eterocromatina dipende dall’ambiente eterocromatico circostante

La distribuzione di H 3 K 9/K 14 ac e H 3 K 9 me 2 è diversa tra geni eucromatici ed eterocromatici

In conclusione, la presenza di geni essenziali nell’eterocromatina costitutiva dimostra che questa porzione del genoma non è affatto “silenziosa”, ma al contrario, possiede una sua musica caratteristica… The sound of silence

I geni che in Drosophila melanogaster sono presenti nell’eterocromatina costitutiva, mantengono questa localizzazione nel corso dell’evoluzione?

Caratterizzazione dei geni ortologhi in diverse specie di Drosophila I geni eterocromatici di D. melanogaster derivano da progenitori eucromatici