L’aumento delle ripetizioni dei nucleotidi guanina e adenina (GA) nel DNA del cromosoma X di diverse specie di insetti consente alle proteine che mediano la compensazione del dosaggio, il sofisticato sistema che equilibra l’espressione dei cromosomi sessuali presenti in numero diverso in maschi e femmine, di distinguere questi cromosomi sessuali dagli autosomi e di legarsi specificamente ad essi per raddoppiare l’espressione del singolo cromosoma X maschile.

XX e XY, X0 e XX, WW e ZW. Indipendentemente dai segni utilizzati per distinguere i cromosomi sessuali, la prima cosa che salta all’occhio è che uno dei due sessi, avendo due cromosomi sessuali dello stesso tipo, rischia di avere un’espressione raddoppiata per i geni presenti su quel cromosoma. È quindi fondamentale che l’evoluzione dei sessi in queste specie sia accompagnata da meccanismi che assicurano il corretto bilanciamento dell’espressione dei geni tra maschi e femmine.

Nelle specie viventi esistono diversi meccanismi di compensazione del dosaggio, che consentono di mantenere equilibrata l’espressione dei geni sul cromosoma X tra i due sessi, ad esempio aumentando la trascrizione dell’X maschile o inattivando uno dei due femminili. In Drosophila, l’espressione dei geni sul singolo cromosoma X maschile viene compensata attivando un complesso macchinario molecolare al fine di raddoppiare circa la trascrizione genica. Un ruolo chiave viene svolto dal complesso MSL, formato da diverse proteine, che modifica l’organizzazione del DNA in modo che la trascrizione sia più rapida. La specificità per il cromosoma X maschile è garantita da un gene chiamato MSL2, che codifica per uno dei componenti del complesso MSL, espresso in entrambi i sessi ma tradotto in proteina solamente nei maschi.

Recentemente, in Drosophila è stata identificata la proteina CLAMP, che riconosce e lega specifiche sequenze di riconoscimento nel DNA costituite da ripetizioni dei nucleotidi G e A, formando un ponte tra queste ed il complesso MSL. Dato che ripetizioni di GA sono presenti anche sugli autosomi e potrebbero anch’esse legare la proteina CLAMP, il passaggio chiave è riuscire a distinguere il cromosoma X dagli autosomi, in modo che l’aumento dell’espressione sia limitata ai geni sull’X. Ma come si è evoluto questo sistema di riconoscimento?

I risultati di uno studio, pubblicato sulla rivista PLOS Genetics e condotto da un gruppo di ricercatori statunitensi coordinati da Erica Larschan, forniscono le prime evidenze a riguardo, suggerendo come si sia evoluta la regolazione dell’espressione genica sul cromosoma X. È stato osservato che la proteina CLAMP si lega più efficacemente a lunghe sequenze ripetute di GA, le quali, allungandosi, forniscono anche nuovi siti di interazione, cosa che consente di reclutare un numero maggiore di proteine CLAMP. Tali evidenze dimostrano come la ripetizione di questi due nucleotidi possa essere un semplice tanto quanto efficace metodo per promuovere specificamente la compensazione del dosaggio dei i geni sull’X. Come riportato da questo gruppo di ricerca, infatti, il cromosoma X presenta effettivamente sequenze GA più lunghe, e di conseguenza una maggiore quantità di CLAMP legata rispetto agli autosomi, uno scenario che aumenta la specificità di azione della compensazione del dosaggio.

Questo arricchimento di ripetizioni GA e di proteina CLAMP sul cromosoma X, oltre che in Drosophila, è stato riscontrato anche in altre specie di insetti, come la zanzara Anopheles gambiae, suggerendo come questo meccanismo possa essere molto diffuso almeno in questo gruppo di insetti.

È possibile che questo sistema sia presente anche in altri taxa? Alcune evidenze risultano particolarmente interessanti: ad esempio, nel verme nematode Caenorhabditis elegans una delle proteine che fanno parte del macchinario per la compensazione del dosaggio riconosce sequenze ripetute di G e A, proprio come CLAMP. Curiosamente, anche nell’uomo alcune regioni del cromosoma X sono ricche di ripetizioni GA…


Referenza:
Guray Kuzu, Emily G. Kaye, Jessica Chery, Trevor Siggers, Lin Yang, Jason R. Dobson, Sonia Boor, Jacob Bliss, Wei Liu, Gerwald Jogl, Remo Rohs, Nadia D. Singh, Martha L. Bulyk, Michael Y. Tolstorukov, Erica Larschan. Expansion of GA Dinucleotide Repeats Increases the Density of CLAMP Binding Sites on the X-Chromosome to Promote Drosophila Dosage Compensation. PLOS Genetics, 2016; 12 (7): e1006120 DOI: 10.1371/journal.pgen.1006120

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