L’insolita natura del cromosoma X

Negli esseri umani, i maschi hanno cromosomi sessuali XY. Nelle femmine, invece, la coppia di cromosomi sessuali è XX, ma solo uno di questi è attivo. In pratica, entrambi i sessi hanno una sola copia funzionale del cromosoma X. Un recente studio fa luce sulla sua particolare evoluzione, che gli ha conferito caratteristiche uniche rispetto agli altri cromosomi.

I pochi geni costitutivi dell’X

Già nel 2002 gli scienziati avevano scoperto che il cromosoma X umano contiene quasi solo geni attivi in un piccolo numero di tessuti, e pochissimi geni costitutivi (in inglese housekeeping genes), che invece presentano livelli elevati di trascrizione e traduzione. Le ragioni di questa insolita composizione, tuttavia, rimanevano un mistero.

XY

Una fotografia al microscopio elettronico che mostra il cromosoma sessuale X (a sinistra) accanto al ben più piccolo Y. I ricercatori hanno scoperto che i suoi geni sono molto meno espressi di quelli che risiedono su altri cromosomi (immagine: MIT)

Ora però ricercatori delle Università di Bath e di Uppsala, insieme ai membri del consorzio FANTOM, hanno fornito una semplice spiegazione. In uno studio pubblicato sulla rivista PLoS Biology hanno ricostruito l’evoluzione del cromosoma X, identificando i geni che via via l’hanno colonizzato e quelli che invece sono migrati su altri cromosomi.

 

Questione di espressione

Per farlo hanno analizzato il più grande compendio al mondo di dati sull’attività dei geni (espressione genica), ovvero The Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) e il Functional Annotation of the Mammalian Genome (FANTOM5). Questi dati hanno permesso di confrontare l’attività sul cromosoma X rispetto a quella su altri cromosomi.

Il primo risultato importante è che il picco di espressione genica sull’X è meno della metà di quello di altri cromosomi presenti in due copie funzionali. Questo potrebbe sembrare un paradosso: mentre gli altri cromosomi operano in coppia, cioè ci sono due copie di ogni gene in ogni cellula, l’X fa tutto da solo. A rigor di logica, quindi, il carico di lavoro dei suoi geni dovrebbe essere piuttosto elevato, ma non è così.

Encode

Il consorzio ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements) è una collaborazione internazionale di gruppi di ricerca finanziati dal National Human Genome Research Institute (NHGRI). L’obiettivo di ENCODE è quello di costruire un catalogo degli elementi funzionali nel genoma umano (immagine: encodeproject.org)

Autostrade cromosomiche

Per spiegare meglio questo punto, il professor Laurence Hurst dell’Università di Bath ricorre a una metafora efficace. «È un po’ come il traffico su una strada trafficata: in una strada con due corsie la circolazione può essere molto più intensa e scorrevole rispetto a una strada a corsia singola. Una conseguenza di avere un unico cromosoma è che, come una strada a un’unica corsia, ci saranno code di traffico di espressione genica sul cromosoma X, in particolare nelle ore di punta. Ne deriva che il nostro cromosoma X non sarà una dimora sostenibile per i geni più altamente espressi».

 

Geni migranti

Il team ha anche identificato i geni che nel corso dell’evoluzione si sono spostati dall’X agli altri cromosomi e quelli che hanno intrapreso la via opposta. I geni migrati sul cromosoma X hanno picchi di espressione molto più bassi dei geni che l’hanno abbandonato. Tant’è vero che i geni attivi in tessuti come il pancreas, che secerne un gran numero di ormoni proteici, sono piuttosto rari sul cromosoma X rispetto ai cromosomi non sessuali.

Inoltre, a differenza di quanto è successo in altri cromosomi, nel corso del tempo i geni più altamente espressi sul cromosoma X sono stati meno inclini ad aumentare il proprio livello di attività. In presenza di code, del resto, è difficile andare più veloci.

 

Immagine banner in evidenza: modificato da Wikimedia Commons

Immagine box in homepage: MIT

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