Il ruolo dei cromosomi sessuali nella regolazione genica
La ricerca scientifica ha da sempre cercato di comprendere il funzionamento del corpo umano e, in particolare, il ruolo dei cromosomi sessuali nella determinazione del sesso e nelle differenze di genere. Tuttavia, uno studio rivoluzionario condotto dai ricercatori David Page e Adrianna San Roman ha portato alla luce nuove scoperte che ridefiniscono il ruolo dei cromosomi X e Y, dimostrando che essi sono regolatori cruciali dell’espressione genica in tutto il corpo umano, ben oltre la semplice determinazione del sesso.
Origine e funzioni condivise dei cromosomi sessuali
I cromosomi sessuali umani hanno avuto origine da una coppia di autosomi, cioè cromosomi non sessuali che contengono la maggior parte del nostro genoma e si presentano in coppie identiche. Questa coppia ancestrale di autosomi si è differenziata per diventare due cromosomi distinti, X e Y. Sebbene X e Y si siano allontanati l’uno dall’altro e abbiano assunto funzioni uniche, come la determinazione del sesso e le differenze di genere tra maschi e femmine, essi mantengono anche funzioni condivise ereditate dal loro antenato comune.
La ricerca innovativa sulla regolazione genica
La ricerca di Page e San Roman, pubblicata sulla rivista Cell Genomics, ha evidenziato il ruolo condiviso dei cromosomi sessuali come regolatori genici influenti. Lo studio mostra che i geni espressi dai cromosomi X e Y influenzano le cellule in tutto il corpo, non solo nel sistema riproduttivo, modulando l’espressione di migliaia di geni presenti su altri cromosomi.
ZFX e ZFY: regolatori genici chiave
Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che la coppia di geni responsabile di circa metà di questo comportamento regolatorio, ZFX e ZFY, situati rispettivamente sui cromosomi X e Y, hanno essenzialmente gli stessi effetti regolatori l’uno dell’altro. Ciò suggerisce che ZFX e ZFY hanno ereditato il loro ruolo di regolatori genici influenti dal loro antenato comune e lo hanno mantenuto indipendentemente, anche se i rispettivi cromosomi si sono differenziati, poiché tale ruolo regolatorio è fondamentale per la crescita e lo sviluppo umano. I geni regolati da ZFX e ZFY sono coinvolti in una varietà di importanti processi biologici, dimostrando che i cromosomi sessuali contribuiscono ampiamente a funzioni che vanno oltre quelle legate alle caratteristiche sessuali.
L’impatto dei cromosomi sessuali sull’espressione genica globale
Page e San Roman hanno misurato come i cromosomi X e Y influenzassero l’espressione genica globale analizzando come l’espressione di ciascun gene cambiava nelle cellule a seconda del numero di cromosomi X o Y presenti. Per questo lavoro, hanno utilizzato campioni di tessuto da persone che presentano naturalmente variazioni nel numero dei loro cromosomi sessuali: individui nati con un numero di cromosomi X che varia da uno a quattro e da zero a quattro cromosomi Y. Queste variazioni dei cromosomi sessuali si trovano in tutta la popolazione umana e possono portare a una varietà di disturbi della salute, ma, a differenza delle duplicazioni della maggior parte degli altri cromosomi, sono compatibili con la vita.
Sorprendenti somiglianze e differenze nella regolazione genica
Tuttavia, per un dato gene in un dato tipo di cellula, l’effetto di un X aggiuntivo tendeva ad essere simile all’effetto di un Y aggiuntivo. Questo risultato è stato sorprendente per i ricercatori, che si aspettavano che le differenze nel modo in cui i geni sui cromosomi X e Y regolano altri geni potessero aiutare a spiegare alcune delle differenze di genere osservate nella salute e nella malattia. Maschi e femmine hanno, ad esempio, rischi diversi di sviluppare determinate malattie, sintomi diversi nello sviluppo della stessa malattia e reazioni diverse a determinati farmaci. Ci sono molte differenze tra le cellule maschili e femminili che non sono ancora spiegate, e i regolatori genici sui cromosomi X e Y che modulano l’espressione genica in tutto il corpo sembrano candidati promettenti per contribuire a queste differenze.
Ripensare i cromosomi sessuali: X inattivo versus X attivo
Una sottigliezza finora non discussa è che, quando Page e San Roman pensano ai cromosomi sessuali, non li considerano più come la maggior parte delle persone. Il loro lavoro li ha convinti che la nostra attuale comprensione dei cromosomi sessuali è imprecisa. Sebbene i cromosomi sessuali umani siano definiti come X e Y, in realtà esistono due tipi di cromosomi X, e solo uno di essi differisce tra maschi e femmine tipici. Ogni essere umano nel mondo ha un cromosoma X “attivo”. Questo cromosoma è, come un autosoma, universalmente presente e quindi la sua presenza non ha alcuna influenza sul sesso.
Ciò che differisce tra maschi e femmine tipici è il cromosoma che si accoppia con l’X attivo: i maschi tipici hanno un cromosoma Y e le femmine tipiche hanno un cromosoma X “inattivo”, che è geneticamente identico all’X attivo ma ha la maggior parte dei suoi geni spenti. Nelle persone che hanno composizioni atipiche dei cromosomi sessuali, eventuali cromosomi X aggiuntivi saranno sempre cromosomi X inattivi, quindi quando i ricercatori hanno misurato l’effetto dell’aggiunta di più cromosomi X, stavano in realtà misurando l’effetto dell’aggiunta di più cromosomi X inattivi.
L’X inattivo e lo Y, piuttosto che l’X e lo Y, sono più accuratamente i cromosomi sessuali che i ricercatori hanno scoperto modificare l’espressione genica diffusa. Inoltre, Page e San Roman hanno scoperto che l’X inattivo e lo Y regolano entrambi l’espressione di molti geni sul cromosoma X attivo, così come fanno su tutti gli autosomi. (Questo amplia i lavori precedenti di Page e San Roman che si concentravano sulla relazione tra l’X inattivo e l’X attivo.) In sintesi, il cromosoma X attivo si comporta come un autosoma, mentre il cromosoma X inattivo e il cromosoma Y funzionano come due facce della stessa medaglia, sia come cromosomi sessuali che come regolatori genici.
“Questi cromosomi sono storicamente noti come i cromosomi ‘inattivi’ X e ‘poveri di geni’ Y, e sono stati poco considerati al di là del loro contributo alla differenziazione sessuale, quindi è stato sorprendente per noi vedere quanto ampia fosse la loro rete di influenza”, afferma Page. “Questi cromosomi contengono geni come ZFX e ZFY che sono regolatori genici globali, e penso che man mano che ne sapremo di più su di loro, cambierà completamente il modo in cui pensiamo alla genetica dei cromosomi umani X e Y.”
