Ricerca di modificatori della nondisgiunzione e drive meiotico nei maschi di drosophila Melanogaster

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degli spermi portanti SD (HARTL et al. 1967; NICOLETTI et al. 1967). In
maschi Sd, gli spermi portanti un allele sensibile di Responder presentano una
condensazione della cromatina anormale (PEACOCK et al. 1972). 
Segregation distorter (Sd) è la duplicazione troncata di un gene sul
secondo cromosoma e mappa nella regione eucromatica 37D2-6 della mappa
cromosomica politenica (BRITTNACHER e GANETZKY 1983), invece, E (Sd)
e Rsp hanno localizzazioni eterocromatiche. E (Sd) mappa nella regione
eterocromatica distale del braccio sinistro del cromosoma secondo
(BRITTNACHER e GANETZKY 1983; DIMITRI 1991), mentre Rsp è localizzato
nell’ eterocromatina prossimale del braccio sinistro (GANETZKY 1977;SHARP
et al. 1985; PIMPINELLI e DIMITRI 1989; DIMITRI 1991). L’ elemento
Responder (Rsp), ha una struttura tipica del DNA satellite degli eucarioti ed
è costituito dalla ripetizione di un tratto di 120-bp ricche di A T. Il numero
delle sequenze è correlato alla sensibilità dell’elemento Responder, maggiore
è il numero di copie, maggiore è la sua sensibilità. L’elemento Responder,
i 
risulta insensibile (Rsp ) quando sono presenti dalle 20 alle 200 copie (WU et
al. 1988; PIMPINELLI e DIMITRI 1989; MOSCHETTI et al. 1996).
Sd è con tutta evidenza, un allele dominante codificante una RanGap
(RanGTPase-activating protein) troncata ma enzimaticamente attiva 
(MERRILL et al. 1999). Questa RanGap troncata va a localizzarsi all’interno del
nucleo dove, riducendola, attiva RanGtp, distorcendo la pathway di Ran
(KUSANO et al. 2001; KUSANO et al. 2002). 
Questa pathway è fino ad ora sconosciuta, perché questo difetto
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biochimico produce il problema particolare nella spermiogenesi e solo nella
spermiogenesi.
Questo sistema di interazione di geni che causa il drive meiotico non
è certo l’unico. Ancora in Drosophila melanogaster verrà trattato molto più
dettagliatamente in seguito il sistema crystal-Stellate. 
Ulteriori esempi di geni che causano il drive meiotico li ritroviamo
anche nei mammiferi. Un esempio fondamentale è quello che riguarda la
regione t nel topo (Figura 1); il sistema è organizzato sul cromosoma 17 in
maniera estremamente simile a quello di Segregation Distorter di Drosophila
melanogaster. Ci sono alleli distorsori D1, D2, D3, D4; i loro effetti sono
comparabili a Sd ed En(Sd) di Drosophila melanogaster, mentre l’elemento
R è corrispondente a Rsp.
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In presenza di uno o più alleli distorsori, gli spermi che portano R non
sono funzionali, mentre gli spermi che portano R sono resistenti. Il locus R è
anche paragonabile all’elemento Rsp di Drosophila melanogaster in quanto
anch’esso esiste in diversi gradi di sensibilità.
Figura 1 - Schema sulla disposizione dei geni della regione SD di
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Drosophila melanogaster (in alto) e del t-complex nel topo (in basso) nei
rispettivi cromosomi. Le lettere rappresentano: Sd - segregation distorter; En-
enhancher; Rsp - responder; D1, D2, D3, D4 - distorsori; R - responder
(CROW e DOVE 1998; VAN BOEN e WEISSING 2000).
Anche questo sistema, ha come risultato la distorsione del normale
rapporto mendeliano 1: 1 sulla segregazione, a favore della regione t che sarà
trasmessa alla prole con un rapporto profondamente distorto ( > 80 %), se
l’organismo è eterozigote (+ / t). Il modello proposto prevede che i maschi
eterozigoti, abbiano gli spermi portanti l’allele + incapaci di comportarsi
normalmente dopo l’eiaculazione e quindi non sono in grado di fecondare
l’oocita, con la conseguenza che solo gli spermi che hanno la regione t sono in
grado di fecondare il gamete femminile e quindi la stragrande maggioranza
della prole, erediterà questo complesso.
Il complesso genico per garantirsi esclusivamente la trasmissione alla
prole, usa probabilmente alcune tossine a livello della spermatogenesi che
trasferisce sugli spermi + così che non possono nuocere al piano “egoista” di
trasmissione del t-complex. Il sistema non può andare incontro ad una
fissazione nella popolazione, infatti non può esistere un individuo t / t in
quanto gli spermi non sarebbero funzionali con conseguente sterilità del topo.
Quindi, il complesso non avrebbe più la garanzia di essere trasferito alla prole
ed è per questo che il t-complex è favorito negli organismi eterozigoti (VAN
BOEN e WEISSING. 2000). 
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Invece, per difendersi da questo fenomeno all’interno della popolazione
di topi, si sarebbe evoluto un sistema per cui sembra che le femmine tendono
a preferire i maschi + / + piuttosto che i maschi + / t per scongiurare il
propagarsi del t-complex nella futura prole, evento che risulterebbe
estremamente deleterio per il mantenimento del numero di individui
all’interno della comunità. (HURST et al. 1996; LENINGTON e HEISLER 1991).
Benché, da un punto di vista puramente genetico, il drive meiotico
indichi solo la distorsione del rapporto tra gameti con genotipi reciproci, da un
punto di vista evolutivo esso acquisisce un valore ancora più forte, andando a
determinare l’alterazione della frequenza allelica della popolazione senza, però,
sottoporla ad alcun carico genico. Infatti, il drive meiotico non tende a ridurre
il numero totale di discendenti, come succede nella selezione, bensì ne
incrementa la frazione geneticamente avvantaggiata (dal drive), senza
intaccare la fecondità, la produttività ed il rendimento della popolazione
(LYTTLE 1991; 1993).
Riguardo al momento in cui il drive meiotico effettivamente agisce,
eliminando i gameti svantaggiati, sappiamo che esso è precedente alla
fecondazione, quindi prima della fase zigotica, ma, contrariamente al nome
‘meiotico’, frequentemente il drive non risulta un processo propriamente
meiotico. Infatti, sebbene i maschi deficienti dell’eterocromatina del
)
cromosoma X (Xh ) mostrino drive meiotico, i loro prodotti meiotici reciproci,
appena al termine della meiosi, non presentano un rapporto distorto (PEACOCK
1965; MCKEE e LINDLEY 1987). Anche i dati citologici, indicano che
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l’esclusione dalla riproduzione da parte delle classi gametiche sfavorite, è
sicuramente post- meiotica ed avviene per eliminazione degli spermatidi in
sviluppo, alla fase d’individualizzazione, oppure per l’incapacità degli spermi
trasferiti alla femmina, di fecondare l’uovo (PEACOCK et al. 1975; DERNBURG
et al. 1996).
I sistemi che provocano la distorsione della normale segregazione
mendeliana, alterano spesso anche la regolare disgiunzione dei cromosomi
omologhi durante la meiosi, mettendo in discussione la normale euploidia
nella specie. 
Infatti, gli eventi non disgiunzionali conducono a fenomeni di
aneuploidia, ovvero alla variazione del numero del normale assetto
cromosomico. L’errata disgiunzione, determina la formazione di un gamete
contenente i due cromosomi non disgiunzionali, lasciando l’altro gamete in
condizione di nulloploidia per quel cromosoma. Condizioni di aneuploidia,
sono conosciute in ogni specie vivente. Ricordiamo eventi non disgiunzionali,
che conducono alla variazione del numero del normale assetto cromosomico
nell’uomo, visto che ricoprono un ruolo veramente importante dal punto di
vista clinico. 
In Drosophila melanogaster eventi non disgiunzionali sono stati
correlati al mancato appaiamento dei cromosomi. Infatti, il corretto
appaiamento è fondamentale per il normale svolgimento delle successive fasi
della meiosi, inclusa la segregazione (MCKEE e KARPEN 1990). In
Drosophila melanogaster, gli studi sulla non disgiunzione dei cromosomi
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sessuali hanno definito, quali sono le regioni cromosomiche coinvolte nel
corretto appaiamento; tappa di grande rilevanza per una perfetta disgiunzione
dei cromosomi.
Nei maschi che possiedono un cromosoma Y normale, ma con una
deficienza per l’rDNA sul cromosoma X vengono evidenziati frequenti
fallimenti nell’appaiamento dei cromosomi sessuali durante la prima profase
e la loro mancata disgiunzione nel corso della prima anafase (MCKEE et al.
1998). I locus per l’rDNA, sono localizzati sui cromosomi sessuali, e mappano
insieme al locus bobbed ( b b ) sul cromosoma X, in corrispondenza
dell’organizzatore nucleolare (NO) sul cromosoma Y e sul cromosoma X
(RITOSSA 1976). 
Ogni locus bobbed (bb), contiene un assetto di circa 200 elementi
ripetuti (TARTOF 1971). Ogni sequenza ripetuta, codifica un singolo trascritto
che raggiunge la maturazione in quelli che sono gli rRNA 18S, 28S, 2S e 5,8S.
Le regioni di trascrizione, sono delimitate da regioni spaziatrici non
trascritte. Queste regioni spaziatrici, sono di una lunghezza variabile con
conseguente variazione dell’intera lunghezza dell’unità ripetuta di rDNA
(WILLIAMS e ROBBINS 1992). Lo schema su come è organizzato il locus per
l’rDNA in Drosophila melanogaster è rappresentato nella pagina seguente 
in Figura 2, .
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Figura 2- Organizzazione dei geni per l’rDNA in Drosophila
melanogaster. In alto viene evidenziata la struttura ripetitiva delle regioni
trascritte rappresentate dai rettangoli bianchi, mentre le regioni spaziatrici non
trascritte ( IGS) sono evidenziate dalle linee. In basso, è rappresentata in
dettaglio l’organizzazione di ogni struttura ripetuta, comprese le sequenze di
inserzione che possono essere presenti all’interno della sequenza 28S
(WILIAMS e ROBBINS 1992). .
 L’rDNA viene suddiviso in tre classi, in base alla presenza o meno di
elementi di inserzione nella sequenza 28S. L’rDNA appartiene alla prima
classe se la sequenza di rDNA 28S non è interrotta da nessun elemento di
inserzione. La seconda classe di rDNA vede la sequenza di rDNA 28S
interrotta dalla presenza di elementi inserzionali di 0,5 - 6,5 Kb che vengono
definiti di tipo I. Se l’inserzione nella sequenza di rDNA 28S è di tipo II si
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