Il cromosoma Y ospita geni saltellanti sorprendenti

L’umile cromosoma Y sarà pure il più piccolo del genoma dei mammiferi (e sta diventando sempre più piccolo), ma è potentissimo: i geni presenti sul cromosoma Y sono fondamentali per la fertilità maschile. In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Current Biology , i ricercatori della Facoltà di Medicina dell’Università del Michigan hanno studiato i topi cervo per delineare come il cromosoma Y si difenda dal deterioramento acquisendo famiglie di geni, mantenendo così la propria fertilità.

“Si possono immaginare i cromosomi Y e X come due partiti politici rivali”, ha affermato Ivan Mier, attualmente medico e dottore di ricerca presso l’Albert Einstein College of Medicine ed ex responsabile di laboratorio nel laboratorio del dottor Jacob Mueller del Dipartimento di Genetica Umana dell’Università del Michigan. “Uno dei geni del partito X è diventato indipendente spostandosi su un autosoma, per poi passare infine al partito Y.”

Gli autosomi sono tutti i cromosomi che non sono i cromosomi sessuali. Tuttavia, il cromosoma Y è spesso considerato un luogo in cui i geni vanno a morire perché i suoi geni non si ricombinano.

In questo studio, Mier, insieme al ricercatore Martin Arlt, Ph.D., e ai loro collaboratori, ha scoperto una famiglia di geni, che hanno chiamato Phf8y, che si discosta da questa tendenza, spostandosi sul cromosoma Y e duplicandosi.

“Si tratta di uno schema unico e inaspettato: un gene che si sposta dal cromosoma X a un autosoma e poi al cromosoma Y. A nostra conoscenza, è il primo esempio in assoluto”, ha affermato Mier.

Qual è il meccanismo alla base del processo? Nella produzione degli spermatozoi, il cromosoma X proveniente dalla madre e il cromosoma Y proveniente dal padre danno origine a uno spermatozoo che possiede un cromosoma X o un cromosoma Y.

Durante questo periodo, il cromosoma X funge da una sorta di autosoma per i geni importanti per la vitalità e la spermatogenesi, spiega Mueller.

“Ma poiché i maschi possiedono un solo cromosoma X, si è evolutivamente sviluppato un metodo alternativo per fornire un supporto ai geni importanti per la produzione di spermatozoi”, ha affermato Mueller.

“È come avere un clone personale pronto a subentrare quando sei in vacanza”, ha detto Mier.

Esistono geni che si replicano, chiamati elementi trasponibili. Si nascondono nel nostro genoma e vengono attivati ​​solo in rare occasioni. Infatti, questi cosiddetti geni saltatori costituiscono metà del genoma umano.

Il team ha scoperto che il gene Phf8y del topo cervo, presente sul cromosoma Y, deriva dal gene Phf8 legato al cromosoma X, avendo apparentemente dirottato il meccanismo degli elementi trasponibili per creare una copia extra di se stesso.

Quello che sta facendo Phf8y rimane ancora un mistero.

Il team ipotizza che questo gene sul cromosoma Y sia coinvolto nell’impacchettamento della cromatina , ovvero nel modo in cui il DNA viene impacchettato, e che potrebbe conferire un vantaggio agli spermatozoi portatori del cromosoma Y nella competizione con gli spermatozoi portatori del cromosoma X.

Precedenti studi sui topi domestici hanno rivelato geni che condividono caratteristiche simili a Phf8y e sono coinvolti in una corsa agli armamenti tra il cromosoma X e il cromosoma Y.

“Comprendere come il cromosoma Y persista e come i geni si trasferiscano su di esso è fondamentale per capire come si mantenga il rapporto 50/50 tra maschi e femmine e, in definitiva, come la popolazione umana continui a evolversi”, ha osservato il team.

Riepilogo

I cromosomi Y dei mammiferi acquisiscono famiglie di geni specifiche di una determinata linea evolutiva con funzioni spermatogeniche nella fertilità maschile,un meccanismo che contrasta il decadimento del cromosoma Y. Tuttavia, nella maggior parte dei mammiferi, i meccanismi con cui i cromosomi Y acquisiscono nuove famiglie di geni e i benefici che questi conferiscono ai maschi rimangono poco chiari. Qui, scopriamo che i topi cervo ( Peromyscus ) hanno acquisito una famiglia di geni legata al cromosoma Y, Phf8y , massivamente amplificata e specifica per la linea evolutiva . Phf8y è sorta tramite la trasposizione del gene autosomico Phf8l , che a sua volta era sorta tramite retrotrasposizione da un gene legato al cromosoma X, la proteina PHD-finger 8 ( Phf8 ). Phf8y , Phf8l e Phf8 sono espressi negli spermatidi aploidi, dove le proteine ​​da essi codificate si legano ciascuna a FAM178B in Mus musculus e Peromyscus maniculatus , mentre PHF8 si lega a ZFP711 in entrambe le specie, suggerendo che PHF8L/PHF8Y abbiano funzioni simili. Al contrario, Mus musculus PHF8L e P. maniculatus PHF8 e PHF8Y legano ZFP318, distinto dagli interattori di PHF8. Abbiamo eliminato Phf8l in M. musculus e abbiamo scoperto che né la perdita di Phf8l da sola né la perdita di Phf8l e Phf8 insieme hanno portato a difetti evidenti della spermatogenesi o infertilità maschile. Tuttavia, Phf8l reprime preferenzialmente i geni legati al cromosoma X, e Phf8l e Phf8 reprimono in modo cooperativo i retrotrasposoni LINE1 (long interspersed element 1) e l’rRNA 5S. La regolazione specifica dei geni legati al cromosoma X da parte di Phf8l suggerisce che, mentre Phf8l non influenza la vitalità degli spermatozoi portatori di X rispetto a quelli portatori di Y in M. musculus , l’acquisizione di Phf8y sul cromosoma Y di Peromyscus potrebbe influenzare la vitalità degli spermatozoi. Phf8y di Peromyscus legati al cromosoma Y assomiglia alla famiglia di geni Ssty in M. musculus , che è in una corsa agli armamenti evolutiva, suggerendo che le famiglie di geni acquisite amplificate sul cromosoma Y e specifiche degli spermatidi siano firme genetiche delle corse agli armamenti evolutive dei cromosomi sessuali.

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