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Cromosomi sessuali

Che cosa sono i cromosomi sessuali?

Negli organismi in cui avviene una determinazione genetica del genere i cromosomi sessuali sono quei cromosomi in cui è localizzata l’informazione che determina lo sviluppo dei caratteri sessuali. Pur essendo omologhi, possono differire notevolmente l’uno dall’altro prendendo pertanto il nome di eterocromosomi. Nei mammiferi la femmina è portatrice di cromosomi uguali (XX) mentre il maschio possiede una coppia di cromosomi di struttura differente (XY).

Sui cromosomi sessuali sono allocati anche geni per l’espressione di caratteri non legati al sesso, pertanto, per evitare una diversità nei quantitativi di prodotto trascrizionale di questi geni, negli individui dei due sessi vengono messi in atto dei meccanismi di regolazione che variano da specie a specie.

In alcune specie di uccelli, insetti e rettili l’individuo digametico (che porta due cromosomi sessuali differenti) esprime i caratteri sessuali femminili. In altre specie la determinazione del sesso non dipende da fattori genetici ma piuttosto da fattori ambientali; in queste specie (tra cui molti pesci e rettili) non esistono cromosomi sessuali propriamente detti.

XX e XY: cromosomi sessuali nei mammiferi

Nei mammiferi il cromosoma Y è portatore di un gene dominante che indirizza lo sviluppo dei caratteri sessuali verso il fenotipo maschile. L’assenza di tale cromosoma infatti determina lo sviluppo delle caratteristiche femminili anche in individui XO, che cioè hanno un’unica copia del gene X e mancano dell’altro cromosoma sessuale. Questa condizione è compatibile con la vita e lo sviluppo delle generiche caratteristiche fenotipiche della femmina.

In altre specie, come ad esempio il moscerino della frutta, non è la presenza del cromosoma Y a determinare il sesso ma il rapporto tra cromosomi X e corredi cromosomici aploidi, come vedremo più avanti.

Poiché, come accennato in precedenza, sui cromosomi X sono presenti anche geni che codificano per caratteri non sessuali, i meccanismi per evitare uno scompenso nella produzione tra i due sessi sono molteplici.

Alcune specie hanno evoluto meccanismi di iper-trascrizione del cromosoma X nei maschi, altre specie hanno optato per l’inattivazione di uno dei due cromosomi X nella femmina. Nei mammiferi avviene questo secondo meccanismo, la cui importanza è tale da rendere eventuali anomalie nel suo funzionamento non compatibili con la vita. 

Cromosomi sessuali

Figura 1: Cromosomi sessuali: a sinistra il cromosoma X, a destra il cromosoma Y.

Effetti dell’inattivazione del cromosoma X: il mantello dei gatti

Un esempio classico che evidenzia il meccanismo di compensazione del dosaggio dei caratteri X-linked è dato dalla colorazione del pelo del gatto.

Nei gatti infatti esistono tre geni deputati alla colorazione del pelo: il gene Black, autosomico (cioè non legato ai cromosomi sessuali), che determina la colorazione originale della specie: nero-tigrato; il gene White, anch’esso autosomico, che maschera il colore nero e rende il gatto bianco; il gene Orange, gene X-Linked (cioè presente sul cromosoma X) che trasforma il manto nero in rosso.

Essendo presente sul cromosoma X, i gatti maschi che ne possiedono uno solo possono avere o non avere il gene Orange, per cui, oltre al bianco, i maschi possono mostrare il colore rosso oppure il nero, mai entrambi. Nelle gatte invece, data la presenza di due cromosomi X, possono manifestarsi tutte e tre i colori, determinando un manto a chiazze tipico delle sole femmine.

Ciò si verifica perché l’inattivazione di uno dei due geni X avviene in un momento molto precoce dello sviluppo embrionale; da quel momento tutte le cellule che si originano per divisione delle cellule esistenti al momento dell’inattivazione ereditano la loro stessa condizione.

Da ciò scaturisce il fatto che le cellule dell’epidermide originatesi dalla medesima cellula embrionale formano una macchia del medesimo colore. Così, in gatte eterozigoti per il gene Orange e portatrici del gene White avremo un manto a chiazze rosse, nere e bianche.

Raramente è possibile anche trovare gatti maschi a tre colori, e questi tipicamente sono sterili. Questa possibilità è data infatti da una eventuale trisomia, cioè la presenza di tre cromosomi sessuali, nello specifico di tipo XXY che, essendo Y dominante, determina lo sviluppo dei caratteri sessuali maschili ma è generalmente anche portatore di una condizione di sterilità.

Gatto femmina dal manto pezzato a tre colori

Figura 2: Tipico gatto femmina dal manto pezzato a tre colori, indice di eterozigosi per il gene Orange sul cromosoma X.

Meccanismo dell’inattivazione del cromosoma X

L’inattivazione del cromosoma X nelle femmine (e nei maschi XXY) avviene tramite un processo che porta alla condensazione estrema del cromosoma inattivato che assume una forma molto compatta e viene definito corpo di Barr. In questa condizione i geni presenti sul cromosoma non possono essere trascritti e pertanto non vengono espressi.

L’unico lucus che rimane accessibile alla RNA-polimerasi è il locus Xic che contiene il gene Xist. L’espressione di questo gene determina la produzione di un m-RNA che non codifica per una proteina ma è formato da una lunga catena nucleotidica che avvolge il cromosoma e ne determina il cambiamento conformazionale.

Per evitare che anche l’altro cromosoma venga inattivato, il gene Xist è sotto il controllo di un gene prodotto a partire da un promotore antisenso in 3’. Questo gene, detto, Tsix, produce un m-RNA complementare a Xist-RNA e funge da repressore.

Individuo XXY

Figura 3: Formazione di un individuo XXY che ha ereditato un gamete XY dalla linea paterna. Questo assetto, compatibile con la vita, porta allo sviluppo della sindrome di Klinefelter e la presenza di corpi di Barr in un individuo fenotipicamente maschio.

Meccanismi di determinazione del sesso alternativi

In Drosophila melanogaster, il moscerino della frutta, dove il sesso è geneticamente determinato con maschi digametici come nei mammiferi, la compensazione dei dosaggi avviene con un meccanismo inverso: invece di inattivare il cromosoma X nella femmina, vengono iper-trascritti i geni presenti sul cromosoma X del maschio. Perché ciò avvenga entra in gioco una proteina detta MSL che determina una trascrizione più veloce del normale.

I geni per la proteina MSL sono trascritti in entrambi i sessi ma tradotti solo nei maschi per effetto di meccanismi di regolazione non ancora del tutto noti. La determinazione del sesso in Drosophila non dipende dalla presenza del cromosoma Y ma dal rapporto tra assetti autosomici (cioè il numero di corredi cromosomici aploidi nelle cellule) e cromosomi X.

In condizioni normali le femmine hanno  due cromosomi X e due assetti autosomici (rapporto 1:1), i maschi un rapporto 1:2 per la presenza di un solo cromosoma X. In questi insetti l’eventuale presenza di un corredo cromosomico XXY darebbe nuovamente un rapporto 1:1 e lo sviluppo di un individuo di sesso femminile. Il meccanismo di regolazione dipende dall’azione di un gene detto sex-letal e presente sui cromosomi X.

La capacità di esprimere questo gene è data da complessi sistemi di regolazione dell’espressione che coinvolgono attivatori presenti sui cromosomi X e repressori presenti su un autosoma (cromosoma 3). Se il rapporto tra corredi cromosomi sessuali e corredi autosomici, in virtù di eventuali poliploidie, dovesse essere compreso tra 0,5 e 1, l’individuo mostrerebbe caratteristiche intermedie tra i due sessi venendo perciò definito un “intersesso”.

La determinazione del sesso in drosofila infatti avviene cellula per cellula e una condizione intermedia, in cui attivatori e repressori del gene sex-letal sono sostanzialmente in equilibrio, comporterebbe la differenziazione di alcune cellule verso la condizione maschile e altre verso la condizione femminile.

Eredità dei caratteri legati al sesso

I caratteri non sessuali X-linked, cioè determinati da geni presenti sul cromosoma X, hanno meccanismi di trasmissione ereditarietà particolari legati al fatto che nei maschi è sempre presente una sola copia, pertanto i caratteri recessivi saranno sempre espressi, mentre nelle femmine esiste la possibilità di eterozigosi con  conseguente mascheramento dei caratteri recessivi.

Questa condizione è particolarmente rilevante in caso di patologie o disturbi quali l’emofilia o il daltonismo, che sono per l’appunto X-Linked e pertanto più propensi a manifestarsi negli uomini che nelle donne. Inoltre, gli uomini malati trasferiranno a tutte le femmine della progenie il gene mutato, le quali potranno essere portatrici sane o potranno manifestare il disturbo se la madre dovesse essere portatrice anch’essa e dovesse aver trasmesso l’altro allele mutato.

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