Quando l’epigenetica diventa sexy

C. semilaevis è il primo esempio di vertebrato con determinazione del sesso su base epigenetica, ma potrebbe non essere l’unico!

La rivista Nature Genetics ha recentemente pubblicato il genoma completo del pesce piatto Cynoglossus semilaevis. La scelta di questo modello sperimentale (decisamente non canonico!) è molto interessante da un punto di vista genetico, perché in questo pesce la determinazione del sesso può essere influenzata dall’ambiente, nonostante siano presenti cromosomi sessuali. In C. semilaevis infatti sono presenti i cromosomi sessuali Z e W che, come osservato anche negli uccelli, sono presenti nella coppia ZZ nei maschi e ZW nelle femmine. A dispetto della presenza di cromosomi sessuali però esponendo embrioni femminili con cromosomi sessuali ZW a temperature maggiori di 28°C sia ha la loro reversione sessuale e la nascita di pseudomaschi fertili, in grado di accoppiarsi e di generale prole fertile. Come se questo non bastasse, la prole nata da incroci tra femmine ZW e pseudomaschi (sebbene allevata in condizioni standard e temperature attorno ai 22°C) continua a mostrare un elevato tasso di reversione sessuale ad indicare che la “propensione” a revertere il sesso può essere ereditata/ereditaria. Come spiegare questa insolita determinazione del sesso?

 


Per dare una risposta a questo quesito, il gruppo di ricerca di Guojie Zhang ha verificato quali geni fossero presenti sui cromosomi sessuali Z e W, identificando numerosi geni, già noti per essere sui cromosomi sessuali degli uccelli, tra cui anche il gene dmrt1 (dall’acronimo inglese doublesex and mab-3 related transcription factor 1), noto in genetica in quanto alla base della determinazione del sesso negli uccelli. Mettendo a confronto maschi ZZ e pseudomaschi ZW emerge un quadro insolito: in C. semilaevis il sesso sarebbe determinato non dai cromosomi sessuali, ma dallo stato metilativo del promotore del gene dmrt1. Nelle femmine ZW il gene dmrt1 è infatti silente (perché ipermetilato), mentre nei pseudomaschi e nei maschi il gene è trascrizionalmente attivo. Nella prole nata dai pesudomaschi inoltre il gene dmrt1 presenta lo stesso livello di metilazione dei maschi ZZ, da cui deriva la loro elevata propensione alla reversione del sesso, mostrando come questa modificazione epigenetica possa essere ereditabile a conferma dell’esistenza di una forma di memoria epigenetica transgenerazionale.


Un ulteriore dato interessante è che il gene dmrt1 presenta bassi livelli di espressione anche nel pesce del riso (anche detto medaka) Oryzias latipes nel momento in cui i maschi XY invertono il proprio sesso a femmine a suggerire che la determinazione a base ambientale del sesso può “interferire” con quella a base genetica/cromosomica andando ad alterare le modificazioni epigenetiche di pochi geni chiave nel network genico che presiede alla determinazione sessuale.


Questo è il primo esempio di determinazione del sesso su base epigenetica nei vertebrati, ma potrebbe non essere l’unico: cosa accade ad esempio nei rettili la cui determinazione del sesso è di tipo ambientale? I dati ottenuti in C. semilaevis suggeriscono che le variazioni epigenetiche del gene dmrt1 siano state indotte dalla temperatura a cui gli embrioni sono stati tenuti, in modo analogo a quello che potrebbe accadere nei rettili durante la determinazione del sesso. Nei rettili il gene dmrt1 non è presente, ma ad essere conservato potrebbe essere il coinvolgimento della metilazione del DNA come strumento per determinare il sesso. Questa ipotesi è inoltre supportata dal fatto che anche l’inversione del sesso (processo per cui un individuo di un dato sesso, ad un certo momento della propria vita, si trasforma acquistando i caratteri e le capacità funzionali proprie dell’altro sesso) osservata nel branzino Dicentrarchus labrax si basa su variazioni epigenetiche a carico del promotore di diversi geni suggerendo che epigenetica e determinazione sessuale potrebbero essere interconnesse  nei vertebrati molto più frequentemente di quanto si potesse sinora pensare.

Mauro Mandrioli

Riferimenti bibliografici:

Chen S, Zhang G, Shao C, Huang Q, Liu G, Zhang P, Song W, An N, Chalopin D, Volff JN, et al. (2014) Whole-genome sequence of a flatfish provides insights into ZW sex chromosome evolution and adaptation to a benthic lifestyle. Nature Genetics, 46, 253-60. 

 

Graves JA (2014). The epigenetic sole of sex and dosage compensationNature Genetics, 46, 215-217.