5.11: Variazione posizione-effetto

Nel 1928, il botanico tedesco Emil Heitz osservò i nuclei del muschio con un colorante legante il DNA. Osservò che mentre alcune regioni della cromatina si decondensano e si diffondono nel nucleo interfase, altre no. Li chiamò rispettivamente eucromatina ed eterocromatina. Propose che le regioni dell'eterocromatina riflettano uno stato funzionalmente inattivo del genoma. Successivamente è stato confermato che l'eterocromatina è repressa trascrizionalmente e che l'eucromatina è cromatina trascrizionalmente attiva.

Differenza tra eucromatina ed eterocromatina

L'eucromatina è una regione cromatinica leggermente colorata, ricca di geni e poco legata. Di solito è dispersa nel nucleo. Gli istoni dell'eucromatina sono ampiamente acetilati, il che consente la compattazione della cromatina libera.

Al contrario, l'eterocromatina è una cromatina colorata scura, ricca di ripetizioni, povera di geni e compatta. Si osserva soprattutto alla periferia nucleare, spesso sotto forma di grumi. Gli istoni dell'eterocromatina sono metilati, il che consente una struttura cromatinica compatta.

Variazione posizione-effetto

I riarrangiamenti cromosomici possono posizionare i geni dell'eucromatina accanto all'eterocromatina. Tali riarrangiamenti genici possono provocare il silenziamento genico poiché sono posizionati vicino all'eterocromatina, piuttosto che un cambiamento nel gene stesso. Questo fenomeno è chiamato "variegazione per effetto di posizione (PEV)". Pertanto, il gene giustapposto diventa silenzioso in alcune cellule dove è normalmente attivo, determinando un fenotipo variegato. Il fenomeno del PEV è ben studiato nella Drosophila.

La formazione dell'eterocromatina dipende dalla metilazione dell'istone H3 seguita dall'associazione con proteine non istoniche come l'eterocromatina Protein 1 (HP1). Di solito, l'eterocromatina e l'eucromatina sono separate da una regione tampone con molte regioni ricche di ripetizioni. PEV indica che l'eterocromatina, una volta formata, può diffondersi oltre la regione tampone nella cromatina adiacente. Negli esseri umani, il complesso HUSH metila gli istoni e contribuisce alla diffusione dell'eterocromatina e quindi alla variegazione dell'effetto di posizione.

In una cellula eucariotica, il DNA si associa con varie proteine per formare una struttura condensata, fortemente impacchettata, chiamata cromatina. La cromatina è divisa in due tipi principali, a seconda del livello di compattazione. L'eterocromatina, concentrata nei centromeri e nei telomeri, è altamente condensata, povera di geni, e raramente trascritta in RNA.

Al contrario, l'eucromatina, che costituisce la maggior parte del materiale cromosomico, è meno condensata, ricca di geni e attivamente trascritta. L'eterocromatina e l'eucromatina vengono separate da sequenze di DNA barriera. Queste sequenze impediscono la diffusione dell'eterocromatina e mantengono modelli di espressione genica stabili.

Durante gli eventi di ridisposizione del DNA, come la trasposizione, un pezzo di eucromatina può essere traslocato vicino ad una regione di eterocromatina senza alcuna sequenza barriera di DNA adiacente. Durante tali eventi, i geni che sono tipicamente attivi sono silenziati o inattivati. Questo fenomeno è noto come effetto di posizione.

Ad esempio, in Drosophila, il colore dell'occhio rosso è codificato dal gene bianco. Occasionalmente, il bianco viene spostato vicino ad una regione di eterocromatina senza alcuna sequenza di barriera di DNA tra di loro. quando le mosche ereditano questo genotipo durante le loro fasi embrionali iniziali quando l'eterocromatina è formata per la prima volta, l'assenza di DNA barriera consente all'eterocromatina di diffondersi nella vicina eucromatina.

Tuttavia, la diffusione avviene a differenti estensioni in diverse cellule embrionali. La variazione nella diffusione dell'eterocromatina produce cellule che presentano due fenotipi distinti, uno che esprime attivamente il gene bianco, e altri che non lo esprimono. Una volta stabilito, tutta la progenie di quella cellula eredita questo stato;questo risulta negli occhi a mosaico delle mosche adulte.

La variegazione del fenotipo, causata dal silenziamento del gene mediato da un cambiamento nella posizione del gene bianco all'interno del cromosoma, è chiamata variegazione di posizione-effetto. Stabilito per la prima volta in Drosophila, questo fenomeno è stato osservato in molti eucarioti, compresi lieviti, piante e esseri umani.