Cromosoma Y - Struttura e Marcatori Genetici

Struttura del Cromosoma Y

Il Cromosoma Y è uno dei più piccoli cromosomi all'interno del genoma umano. Viene ereditato come entità aploide per via paterna e si presenta come un piccolo cromosoma acrocentrico caratterizzato da una bassissima densità di geni e da una bassa frequenza di mutazioni. È una molecola lineare con una dimensione complessiva di circa 60 Mb. Di questi circa 24 Mb riguardano la regione eucromatica e di circa 30 Mb per quanto riguarda la regione eterocromatica, insieme vengono indicati come la regione non combinante NRY ora denominato MSY (regione specifica di sesso maschile), che corrisponde a circa il 95% del cromosoma Y (Butler 2003). In origine conteneva 1500-2000 geni ora ne sono noti una novantina (90 geni).

Il cromosoma Y è diventato il sistema di aplotipizzazione più utile e informativo, grazie all'identificazione e la caratterizzazione di oltre 40 microsatelliti ( o short tandem repeats [ripetizioni brevi in tandem]o STR, conosciuti anche come simple sequence repeats o SSR) sequenze di DNA non codificante e oltre 220 polimorfismi a singolo nucleotide, SNPs (Jobling er al 2001).

In continua crescita per affidabilità I marcatori a Short Tandem Repeats (STR) e I polimorfismi a Singolo Nucleotide (SNP) forniscono il campo della scienza forense di uno strumento notevole per il profilo forense del DNA per I casi che coinvolgono I test di paternità, le persone scomparse, le aggressioni sessuali, tra cui le migrazioni umane e gli studi evolutivi e le ricerche storiche e genealogiche (Buttler 2003).

Il cromosoma Y segue una successione puramente paterna per il 99,99% ed è ereditato completo da padre in figlio attraverso generazioni ancestrali. Rimane del tutto inalterato e non risente di influenze o scambi con il cromosoma X della madre. (Buttler, 2003).

Ciò insieme al fatto che tutti I marcatori genetici lungo l'intera lunghezza del cromosoma Y sono collegati tra loro, consente la costruzione di Aplotipi da una combinazione di diversi marcatori che possono essere utilizzati negli studi sulle migrazioni umane, la storia evolutiva e l'identificazione umana (Butler, 2003).

 

 

1. Cromosoma Y - Regione eterocromatiche e pseudoautosomica.
2. Rappresentaizone estesa di una sezione del rendimento massimo sostenibile.
3. Densità di geni che codificano unità trascrizionali e pseudogeni.
4. % Nucleotidica all'interno di ALU, Geni Retrovirale, LINE1 e ripetizioni in tandem intervallate totali.

 1.2 Regioni Pseudoautosomiche (PARs)

Da un punto di vista strutturale, il cromosoma Y è costituito da due regioni localzzare alle estremità chiamate Regioni Pseudoautosomiche (PAR1 e PAR2) e da una zona non ricombinante (NRY) localizzata tra queste.

Le Regioni PARs  sono le punte telomeriche del cromosoma, quella che si trova nella parte distale del braccio corto (Yp), viene denominata PAR1 ed è lunga circa 2,5 Mb  mentre quella regione PAR che si trova nella parte distale del braccio lungo (Yq), è denominata PAR2, che è lunga meno di 1 Mb (Skaletsky et al., 2003). Entrambi sono geni omologhi che si ricombinano con i geni omologhi del cromosoma X durante la meiosi maschile consentendo quindi che si abbia luogo il crossing over permettendo ai geni di segreggare come loci autosomici (Butler,2003). Pertanto, i geni presenti in queste sequenze presentano un'ereditarietà di tipo autosomico.

Inoltre, le PAR (in particolare la PAR1) sono molto importanti, in quanto permettono una corretta segregazione cromosomica durante la meiosi.

Il gene MIC2 (complesso maggiore di immunità), che codifica per una glicoproteina di membrana CD99 si trova sul braccio corto in posizione Yp11.3 che subisce crossing over con l'allele sul braccio corto del cromosoma X in posizione Xp22.23 (Skaletsky et al., 2003).

1.3 Regione Eterocromatica

La Regione Eterocromatica come accennato in precedenza è di circa 30 Mb di lunghezza ed è situata sul braccio lungo distale (Yq) del cromosoma Y (Skaletsky et al., 2003). Si compone di due grandi sequenze altamente ripetute DYZ1 e DYZ2 (Gusmao et al, 1999).

Inoltre, il cromosoma Y è costituito da due DYZ1 di frammenti ripetuti, uno di 2,1 Kb di lunghezza e due tipi di Haemophilus aegyptius, frammenti HaeIII, Y-specifico, YS e la non-Y-specifico, NSY (Gusmao et al. 1999). Il DYZ1 subisce mutazioni polari in entrambe le regioni 5' e 3' del cromosoma Y e varie mutazioni hot spot (Ali et al. 2003).

1.4 Regione Specifica Maschile (MSY) o Regione non

Ricombinante (NRY)

Fra le regioni pseudoautosomiche (PARs), come detto sopra, si trova una regione non omologa al cromosoma X che si chiama, per tale motivo, Regione Non Ricombinante (NRY non-ricombinig region of the human Y chromosome). Alcuni ricercatori hanno attribuito a questa regione il nome di Male Specific Region (MSY) per mettere in rilievo l'appartenenza di questa regione a individui di sesso maschile. Ciò fu reso anche indispensabile in quanto le più recenti scoperte su questa regione rendevano il veccchio nome di NRY non  più valido e descrittivo in quanto gli studi di genomica intrapresi da Skaletsky et al. (2003) hanno fornito la prova di una grande varietà di ricombinazione intracromosomale in quella che era conosciuta come la regione non ricombinante, la NRY, perciò venne rinominata Regione maschio-specifica maschile, la MSY (Skaletsky et al. 2003).

La regione specifica del sesso maschile, MSY, comprende circa il 95% della lunghezza totale del cromosoma, ed è costituita da una regione eucromatica ed una eterocromatica.  Questa regione è divisa in parti uguali da un mosaico di regioni eucromatiche, costituite da geni funzionali e regioni eterocromatiche, aree prive di geni. (Skaletsky et al., 2003). Una parte di questa regione eucromatica è stata sequenziata (circa 23 Mb), di questi 8 Mb sono situtati sul braccio corto Yp e 14,5 Mb localizzare sul braccio lungo Yq. La restante parte del cromosoma, corrisponde a una regione di eterocromatina di circa 30 Mb localizzata sul braccio lungo, è composta da Sequenze Altamente Ripetute non ancora sequenziate. Ad oggi non sono stati ancora localizzati geni all'interno della regione eterocromatica.

La regione eucromatica è poi suddivisa in tre ulteriori classi chiamate Regione X trasposta, la Regione X-degenerata (X-Degenerative Region) e la regione degli ampliconi (Ampliconic Region) che contengono 156 unità di trascrizione di cui 78 geni che codificano per proteine e 27 geni che codificano per proteine distanti. (Skaletsky et al. 2003).

1.4.1 Regione del X-Trasposto

La Regione del X-Trasposto si trova in due blocchi di sequenza sul braccio corto Yp e insieme sono lunghe circa 3,4 Mb e rappresentano circa il 15% del totale dell'eucromatina nella Regione Maschio-Specifica (MSY) (Skaletsky et al. 2003).

Mostrano la densità genica più bassa e la più alta densità di ripetizioni intervallate, di cui il 36% è rappresentata da Lunghi Elementi Nucleari Interdispersi (LINE1), in cui le tre classi dell'eucromatina MSY e sono caratteristici della sequenza omologa sul cromosoma X a Xq21

Queste sequenze X-trasposte possono essere distinte dalle sequenze pseudoautosomica alle estremità telomeriche di cromosomi X e Y, in quanto non partecipano al crossing over XY durante la meiosi maschile (Skaletsky et al. 2003).

1.4.2 Regione X-Degenerata

La Regione X-degenerata si trova in otto blocchi di sequenza su entrambi I bracci, quelo corto Yp e quello lungo Yq, tutti insieme sono lunghi circa 8,6 Mb e rappresentano circa il 20% del totale dell'eucromatina MSY (Skaletsky et al. 2003).

Compresi in questa regine si trova 27 diversi geni a singola copia X-linked, di cui 13 pseudogeni non-funzionali che contengono sequenze simili a quelle degli introni e degli esoni del X omologo (Skaletsky et al. 2003).

Dei restanti 14, I due geni y-linked RPS4Y1 e RPS4Y2, omologhi del gene RPS4X codifica X-linked per due isoforme non identiche della proteina ribosomiale S4 (famiglie di proteine funzionalmente correlate che differiscono leggeremente nella sequenza aminoacidica), due geni Y-linked CYorfl15A e CYorfl15B, omologhi del gene X-linked che codifica le regioni amino- terminale e carbossi-terminale della proteina CXorfl15 e una si riferisce al gene funzionale SRY, la regione che determina il sesso e 12 che codificano per proteine isoforme non identiche, (famiglie di proteine funzionalmente correlate che differiscono leggermente nella sequenza di aminoacidi) (Skaletsky et al. 2003).

1.4.3 Regione degli Ampliconi

La Regione degli Ampliconi si trova in sette blocchi di sequenza di grandi dimensioni sia sul braccio corto Yp che sul braccio lungo Yq che inseme sono lunghi circa 10.2 MB assomando a circe il 30% della eucromatina MSY (Skaletsky et al. 2003).

Le sequenze Ampliconi presentano la più bassa densità genica di LINE1ed elementi ripetuti intervallati e la più alta densità di geni codificanti e non codificanti delle tre classi di eucromatina MSY (Skaletsky et al. 2003).

La maggior parte dei geni di cui nove proteine specifiche MSY che codificano faniglie geniche sono state identificate (vedi immagine) VCY, XKRY, HSFY di cui esistono due copie BPY2 di cui esistono tre copie, CDY, DAZ di cui esistono 4 copie e RBMY di cui esistono sei copie. Vengono espressi esclusivamente nei testicoli e codificano per proteine che sono specifiche per lo sviluppo, la funzionalità e la fertilità dei testicoli nei maschi. 

 I Geni del cromosoma Y

AMELY: amelogenina sull'Y;

ANT3Y: adenin-nucleotide translocasi-3 sull'Y;

ASMTY: acetilserotonin metiltransferasi sull'Y;

AZF1: fattore 1 dell'azoospermia;

AZF2: fattore 2 dell'azoospermia;

BPY2: proteina basica sull'Y;

CSF2RY: recettore per il fattore stimolante le colonie di granulociti-mascrofagi, subunità alfa sull'Y;

DAZ: gene deleto nell'azoospermia;

IL3RAY: recettore per l'interleuchina 3;

PRKY: protein chinasi legata all'Y; (pseudogene)

RBM1: motivo proteico legante l'RNA, cromosoma Y, famiglia 1, membro A1;

RBM2: motivo proteico 2 legante l'RNA;

SRY: regione deteriminante il sesso sull'Y;

TDF: fattore di determinazione testicolare;

TSPY: proteina testicolo-specifica;

UTY: gene TPR trascritto ubiquitariamente sull'Y;

ZFY: proteina a dita di zinco sull'Y

Da <https://it.wikipedia.org/wiki/Cromosoma_Y>

I Marcatori del Cromosoma Y

Dal momento che a livello della NRY non avviene ricombinazione, si avrà all'interno di questa regione un accumulo di eventi mutazionali avvenuti nel corso delle generazioni lungo la linea esclusivamente maschile.

Le due categorie di Marcatori Molecolari usate per lo studio della variabilità del cromosoma Y sono I loci bi-alellici e i loci multi-allelici.

• Fanno parte dei loci bi-allelici i Polimorfismi a Singolo Nucleotide (SNPs) e l'inserzione o delezione degli elementi Alu che portano entrambi alla comparsa di due possibili forme alleliche. Gli SNPs, cioè i polimorfismi a singolo nucleotide presentano uno specifico nucleotide che subisce un cambiamento nella copia di base attraverso meccanismo di sostituzione, di transizione o di trasduzione. 

 

Questi marcatori hanno un basso tasso di mutazione e sono considerati quasi eventi unici (circa < 10-9 per generazione). Ad oggi, si è riusciti a caratterizzare circa 250 marcatori bi-allelici del cromosoma Y (Consorzio del Cromosoam Y, 2002).

•  I loci multi-allelici comprendono due minisatelliti o VNTRs (Variable Number of Tandem Repeat) e più di 200 microsatelliti o STRs (Short Tandem Repeat). Si differenziano per lunghezza, quindi, ogni satellite è caratterizzato da una determinata sequenza nucleotidica di una certa lunghezza ripetuta diverse volte. Gli STR e i VNTRs sono delle sequenze intersperse per tutto il genoma umano e quindi presenti anche sul Cromosoma Y. Mostrano un elevato grado di variabilità interindividuale e per questo motivo sono stati spesso utilizzati negli studi di mappatura genetica, studi di linkage e per l'identificazione personale.

    Un allele si differenzia dall'altro per il numero di ripetizioni.

• Vengono definiti  VNTRs I polimorfismi di lunghezza le cui unità base di ripetizione superano le 6 pb (> 6pb). In genere, consistono in ripetizioni di 15-20bp, con una lunghezza totale che varia da 300 bp ad 1 kb.
• Mentre gli STRs  o Microsatelliti hanno un segmento ripetuto lungo non più di 6 bp, in genere tra 2-5 nucleotidi, per una lunghezza totale di 100-200 bp.
  
  

   Un esempio è  l'STR DYS393 con un motivo di ripetizione AGAT e l'STR DYS438 con un motivo ripetuto TTTTC. Un altro esempio è dato nell'immagine a fianco:

La variabilità degli alleli STRs e VNTRs è dovuta al numero di ripetizioni con le quali l'unità di base si ripete all'interno della sequenza in esame.

 

• Un altro marcatore multi-allelico usato nello studio dell'ereditarietà sono i Minisatelliti presenti in numero di due sul Cromosoma Y(Kaiser et al, 2004) che si compne di sequenze nucleotidiche della lunghezza che va da 10 a 60 paia di basi, un esempio è

CACAATATACATGATGTATATTATA (tipo 1)

 che entrambi si ripetono più volte in tandem (Gusmao et al. 2005).

Tassi di Mutazione

A causa degli elevati tassi di mutazione per i minisatelliti in media del 6-11% per generazione mentre si stima che il tasso di mutazionedegli alleli STRs presenti sul cromosoma Y sia mediamente dello 0,21% per generazione (de Knijff et al., 1997), vengono per questo considerati dei polimorfismi ad evoluzione veloce.

Le mutazioni puntiformi (SNPs) vengono definite ad evoluzione lenta e si stima abbiano un tasso di 3,0*10-8 di mutazioni nucleotidiche per generazione (Xue et al.2009).

 

Marcatori Multi-Allelici (VNTRs e STRs)

I polimorfismi più comunemente usati negli studi evolutivi sono I marcatori bi-alellici e i microsatelliti che risultano essere particolarmente funzionali nell'analisi di diversi periodi evolutivi in quanto presentano differenti tassi di mutazione.

I marcatori bi-alellici per il loro basso tasso di mutazione permettono di suddividere un gruppo di cromosomi in aplogruppi, mentre, I marcatori multiallelici, come i microsatelliti, possono essere usati per definire gli aplotipi dentro gli aplogruppi, indicando una maggiore diversità.

  

L'STR più ampiamente analizzato negli studi di genetica di popolazione è il marcatore ipervariabile Y-specifico DYS19, caratterizzato per il momento da 10 alleli di lunghezza che vanno da 174 bp a 210 bp e costituito da un motivo tetranucleotidico ripetuto (GATA) localizzato sul braccio corto Yp del Cromosoma Y (Quintana-Murch et al., 1999). La percentuale più alta di loci Y-STR si trova all'interno del braccio lungo del Cromosoma Y, di cui 25.3% in Yq11.221, 16,6% a Yq11.222 e 18,4% a Yq11.223 (Hanson et al. 2006). All'interno del braccio corto del Cromosoma Y c'è il restante 22,1% che si trovano in posizione Yp11.2, mentre all'interno del segmento centromerico vi sono tre loci, DYS716 e DYS707 a Yp11.1 e DYS631 a Yq11.1 (Hanson et al., 2006). Le dimensioni di ciascun locus di ripetizione STR vengono mostrati nella figura di sopra (Hanson et al. 2006).

Nomenclatura degli STR

Generalmente se il marcatore STRs è parte di un gene, il nome del gene stesso è usato per la designazione del l'STRs (TH01, localizzato all'interno del 1° introne (01) del gene codificante per la Tyrosine Hydroxylase: tirosina idrossilasi), mentre se il marcatore si trova al di fuori del gene, esso viene designato in base alla posizione cromosomica, es. D16S539, nel quale D significa DNA, 16 è il numero del cromosoma sul quale è localizzato l'STRs, mentre S seguito da un numero indica la regione cromosomica 539: 539mo locus descritto sul cromosoma16.

Un altro esempio di DNA intergenico è dato da D5S818:

D = DNA

5 = Cromosoma 5

S = singola coppia nel genoma

818 = 818 818mo locus descritto sul cromosoma 5

 I Marcatori Bi-allelici Y-SNPs

I marcatori bi-allelici sono i più abbondanti polimorfismi che includono un gran numero di SNP e l'elemento di inserzione ALU YAP-DYS287 (Underhill er al. 1996). Gli SNP sono polimorfismi a singolo nucleotide per cui un nucleotide specifico subisce un cambiamento nella copia di base attraverso la sostituzione, la transione o trasversione.

Il minisatellite MYS1 è altamente polimorfico ed ha un altissima variabilità strutturale osservata utilizzando il metodo MVR-PCR con una eterozigosità virtuale del 99,9% (Gusmao et al. 1999). Contiene una ricca sequenza ripetuta dei due nucleotidi AT. Con gli alti tassi di mutazione e le difficoltà incontrate nella tipizzazione dei campioni degradati, fornisce ancora un ottima fonte nell'investigazione per gli studi di popolazione.

Il MYS2 (DYS440), è il minisatellite più lungo che contiene da 99 bp a 110 bp di sequenze ripetute, la sequenza di 99 bp ha un contenuto di GC del 45% con una dimensione della matrice di 3 a 4 unità che si trova a meno di 1 Kb dal gene DBY (Lahn and Page, 1997 Science) e mostra tassi di mutazione sufficientemente bassi e livelli rilevabili di variazione in molti lignaggi (Bao et al., 2000). Le unità contengono ciascuna una breve sequenza palindroma CCTAGG e duplicata in più per CCTAGGCCTAGG (BAO et al., 2000).

Gli SNP si sono dimostrati essere potenzialmente utili nella costruzione di Aplogruppi per le indagini nella popolazione e negli studi evolutivi; comunque, è indispensabile che gli SNP più appropriati siano meticolosamente selezionati ai fini di genetica forense dagli altri differentu SNPs che possono eventualmente definire lo stesso aplogruppo (Sanchez et al., 2004).

Due SNP altamente polimorfici comunemente usati e di potenziale interesse sono i loci Y-specifici P25 e 92R7 ampiamente usati negli studi della popolazione europea, si cui entrambi rappresentano importanti punti di ramificazione sull'albero degli aplogruppi e che sono stati studiati recentemente da Sanchez et al. (2004).  Gli studi di Sanchez JJ. hanno dimostatrato che in realtà non sono un unico come inizialemte pensato, che sono delle varianti di sequenza paralogous, PSVs che hanno avuto origine da duplicazioni segmentali con almeno una delle varianti polimorfiche essendo all'interno di ciascun gruppo di loci (Sanchez et al., 2004).

I Polimorfismi Alu

I Polimorfismi Alu sono un esempio di sequenze intersperse di DNA , sparse un pò per tutto il genoma in maniera casuale. Le sequenze intersperse si distinguono in SINEs (Short Interspersed Elements, lunghe 100-300 bp) e le LINEs (Long Interspersed Elements, lunghe 6-8 Kbp), entrambi trasposoni non virali.

Le Sequenze Alu dal punto di vista genetico corrisponde alla sequenza di nucleotidi che codifica per la particella SRP, un ribonucleotide coinvolto nel trasporto cellulare delle proteine. Questo gene nel corso dell'evoluzione è stato duplicato tantissime volte all'interno del nosto genoma (anche nel Cromosoma Y). Le sequenze Alu si riscontrano quasi esclusivamente nei primati anche se il ribosoma 7s sia praticamente presente in ogni forma di esseri viventi. 7.000 inserzioni Alu sono tipiche degli uomini.

La maggior parte di queste copie non sono funzionali, molte sono tronche o piene di mutazioni.

Il processo di duplicazione spesso è impreciso ed essendo sequenze simili spesso favoriscono fenomeni di crossing over. I principali fenomeni di variazioni nella lunghezza degli alleli sono creati da mutazioni per via di inserzioni o delezioni in genere di un nucleotide (1 bp) del Dna. Un tipico inserimento che si è dimostrato essere particolarmente utile in particolari studi di gruppi di aplotipi all'interno delle popolazioni è il polimorfismo Y Alu (YAP), che è stato anche il primo marcatore bi-allelico del Cromosoma Y ad esser stato scoperto (Hammer et al. 1994).

Le sequenze Alu prendono questo nome dal fatto che nel processo di taglio da parte degli enzimi di restrizione queste sequenze vengono riconosciute come sito di taglio dall' endonucleasi Alu., il nome dell'enzima deriva dall'Arthrobacter luteus, l'organismo da cui è stato isolato originariamente. 

Le sequenze Alu consistono generalmente di circa 300 bp, di cui mezzo milione di coppie sono state inserite in regioni specifiche sul cromosoma Y (Hammer et al. 1994). Uno dei polimorfismi Y Alu più comunemente usati e stabili è il DYS287 la cui presenza è indicata dalla presenza o assenza di un elemento Alu di 303 bp sul braccio lungo del Cromosoma Y (Quintana-Murch et al. 1999).

La seguente sequenza di DNA  che codifica per i 299 nucleotidi dell'RNA 7SL :

GccgggcgcggtggcgcgtgcctgtagtcccagctactcgggaggggagagaggcgcgctgctcgctcgcctutctctgataaattuctgAGGCTGgaGGATCGcttgAGTCCAggAGTTCTgggctgtagtgcgctatgccgatcgggtgtccgcactaagttcggcatcaatatggtgacctcccgggagcgggggaccaccaggttgcctaaggaggggtgaaccggcccaggtcggaaacggagcaggtcaaaactcccgtgctgatcagtagtgggatcgcgcctgtgaatagccactgcactccagcctgggcaacatagcgagaccccgtctct

La sequenza evidenziata è il sito di taglio riconosciuto dall'enzima di restrizione.

Amelogenina

Il gene AMELY (amelogenina) presente sul Cromosoma Y e il suo omologo sul Cromosoma X, il gene AMELX, sono entrambi unici,     

coinvolti nella fase dell'ontogenesi (l'amelogenesi) durante la quale gli ameloblasti formano lo smalto dei denti e nella dentinogenesi processo della formazione della dentina durante lo sviluppo umano (Butler, 2005).

La determinazione del sesso non è solo uno strumento utile, ma di estrema necessità nelle indagini forensi in particolare nei casi di violenza sessuale, macchie di sangue datate e resti scheletrici umani per I quali metodi precisi e affidabili di indagine sono della massima importanza (Butler, 2005).

 Gli Aplogruppi del Cromosoma Y

La scelta dello studio dei marcatori SNPs e STRs del Cromosoma Y per la mappatura genetica, nelle analisi forensi e per lo studio della dispersione delle popolazione durante la storia dell'uomo è caduta sul cromosoma Y per la caratteristica peculiare di questo cromosoma che essendo a trasmissione uniparentale e presente in singola copia all'interno del cariotipo maschile presenta mancanza di ricombinazione e una frequenza estremamente bassa di retromutazione. Questi fattori messi insieme hanno permesso di costruire un albero filogenetico estremamente preciso e con una bassa ambiguità di interpretazione rispetto a quello ottenuto tramite l’mtDNA.

La regione non ricombinante del cromosoma Y (NRY) ha oggi la maggior risoluzione aplotipica per ogni locus di qualsiasi altro

sistema  del  genoma,  e  sono  stati  riconosciuti  e  raccolti  in  una  dettagliata  filogenesi  153 aplogruppi, definiti da marcatori biallelici.

Queste caratteristiche permettono di osservare dopo l'analisi di questi STRs la generazione, per ogni marcatore, di un genotipo costituito da un singolo allele ad eccezione dei marcatori DYS385a/b e DYS389I e DYS389II.

Nel primo caso il marcatore è presente in due regioni distinte del cromosoma Y, la cui amplificazione da una singola coppia di primers produce due differenti amplificati (quindi due alleli differenti). L'allele di dimensione minore è chiamato a, quello di dimensione maggiore "b".

Mentre nel caso dei marcatori DYS389I e DYS389II i due alleli non identificano due regioni completamente distinte, ma sono uno parte dell'altro: In particolare il primer forward è complementare a due distinte regioni localizzate vicine, mentre il primer reverse riconosce solo una regione. Da ciò si ha che sempre a partire da una singola coppia di primers verrano generati due alleli.

Un  aplotipo (dal greco haplòos che significa "singolo", "semplice") è  la  combinazione  di  varianti alleliche  di  un  set  di marcatori polimorfici che si trovano fisicamente su un  cromosoma  o un segmento  cromosomico con loci in linkage disequilibrium, cioè strettamente associati tra loro.  Questi alleli si presentano associati in aplotipi grazie alla mancanza di ricombinazione fenomeno che permette loro di venir ereditati in modalità uniparentale, paterna in questo caso, materna nel caso degli aplotipi del mtDNA.

L'aplogruppo rappresenta un insieme di aplotipi (combinazioni di marcatori) di cui si ipotizza un origine come, grazie alla condivisione di mutazioni caratteristiche (generalmente ad evoluzione lenta). Per  il  cromosoma  Y,  l’aplotipo  è  costituito  dalla  somma  della variabilità  di  polimorfismi microsatelliti  (STRs).

  

L’aplogruppo  si  definisce  sulla  base  della  condivisione  di mutazioni specifiche per marcatori biallelici (SNPs) e non per i microsatelliti, poiché hanno un tasso di mutazione troppo alto (fig. 5).

 

Negli ultimi decenni è andato sempre più crescendo il numero dei marcatori biallelici scoperti che  ha  portato  al  nascere  di  almeno  sette  diverse  nomenclature.  Questo  ha  recato  notevoli

disagi  nel  confronto  dei  risultati  delle  varie  pubblicazioni,  tanto  che,  nel  2002,  l’Y Chromosome  Consortium  (YCC)  ha  pubblicato  un  albero  filogenetico  del  cromosoma  Y costruito  tramite l’analisi  di  marcatori  (SNPs),  genotipizzati  in  un  set  di campioni

rappresentativo di tutte le popolazioni. Ed ha stabilito un sistema per denominare I 18 aplogruppi (clades) principali del Y-DNA basato sulle lettere da A a T, con ulteriori divisioni usando numeri e lettere in pedice.

È stato messo a punto un semplice insieme di regole per etichettare in maniera non ambigua I diversi clades localizzati all'interno di questo albero.

Viene considerato cromosoma Y ancestrale ("di Adamo") quello appartenuto a un maschio teorico che rappresenta il più recente progenitore comune (MRCA Most Recent Common Ancestor) di tutti i maschi attuali lungo la linea patrilineare, visto che il cromosoma Y è unicamente trasmesso dal padre ai figli maschi. La stima di quando questo individuo teorico sia vissuto varia a seconda degli studi. Anche se in linea generale si ipotizza che sia vissuto in Africa circa 70.000 anni fa. Partendo da questo punto si può datare la comparsa di tutte le successive mutazioni e di conseguenza degli aplogruppi che oggi caratterizzano la popolazione umana.

L'aplogruppo più antico è l'Aplogruppo A ed è localizzato prevalentemente nell'Africa Sub-Sahariana, che si pensa possa essere stata la culla dell'uomo anatomicamente moderno. Da questo aplogruppo poi sono derivati tutti gli altri diffondendosi per il mondo attraverso le migrazioni avvenute durante il corso della storia umana.

Si pensa che la linea evolutiva caratterizzata dalla mutazione M89 si sia originata in Africa Orientale, a partire dalla linea originale M168 dell'Adamo Eurasiatico, circa 45.000 anni fa. Essa si sarebbe diffuda dall'Africa (passando per lo Stretto di Bab El Mandeb) verso l'Asia Occidentale , e da qui si sarebbe espansa dapprima in Medio Oriente e poi verso nord ed est circa 40.000 anni fa, fino a colonizzare gran parte del continente (Underhill et al. 2001).  

 A partire da M89 si sono in seguito differenziate ulteriori linee caratterizzate ognuna da particolari polimorfismi. Due di tali linee, M170 e M173, sembrano essere state presenti in Europa sin dal Paleolitico (Semino et al., 2000).

Di queste, M170 sembra essere una linea tipicamente europea, in quanto assente al di fuori del continente (Bosch et al., 2001). Lungo questa linea si trova la mutazione M26 che è caratteristica della Sardegna dove si trova con una frequenza di circa il 37% (Ghiani et al., 2009; Contu et al., 2008; Francalacci et al., 2003; Semino et al.; 2000; Passarino et al., 2001).

 

3. Applicazioni Forensi.

3.1 Violenza Sessuale.

I polimorfismi Y-specifici, in modo particolare STRs hanno dimostrato di essere uno strumento discriminante particolarmente utile nelle indagini forensi nella rilevazione della frazione maschile del DNA e con la generazione di profili genetici ottenuti da macchie di fluidi corporei misti recuperati da casi di violenza sessuale in cui sono coinvolti soggetti maschili sospetti compresi quelli che sono azoospermici, come nelle aggressioni maschio/femmina e nelle aggressioni sessuali tra maschio/maschioe e nella determinazione del numero di donatori maschili associati a stupri di gruppo (Hanson et al. 2006). 

 

3.2 Test di Paternità

Il modello di ereditarietà lungo la linea maschile rende I polimorfismi Y-STR adatti per il test di paternità in caso di discendenza maschile, o nei casi di carenza in particolare quando il padre si ipotizzi morto, è possibile ottenere l'accesso alla sua completa informazione sull'Y-cromosoma usando il DNA proveniente da qualsiasi parente maschio nella discendenza patrilineare.

Un aspetto importante da tenere in considerazione durante il test di paternità e nell'analisi forense è l'accurata interpretazione dei profili genetici tenendo in considerazione la percentuale I tassi di probabilità percentuali di potenziali mutazioni STR che potrebbe escludere o includere la paternità biologica di un padre putativo (Kayser et al. 2001).

 Come risultato di questa e precedenti raccomandazioni di indagini sono state fatte  per la Società Internazionale di Genetica Forense, il ISFG per ridefinire I criteri dei test di paternalità per capire che l'esclusione della paternità dovrebbe essere basata sulla possibilità di mutazioni che si verificano in tre loci quando un minimo di nove loci STR vengono analizzati (Kayser et al., 2001).

3.3 Inferenza di Origine Geografica Storica e Ricerca Genealogica

Le indagini sulla popolazione basate basate sugli aplotipi tra cui I loci bia-allelici, I loci STR e il minisatellite MSY1 sembrano essere la migliore strategia sembrano essere la migliore strategia per l'utilizzo negli studi di genetica ed evolutivi di una popolazione. Alberi genetici basati su strategie a rete mediana includendo tutti i marcatori che permettono una migliore analisi delle popolazioni nonchè una maggiore informazione negli studi evolutivi. (Gusmao et al., 1999).

Nuove opportunità sono sorte grazie all'individuazione di molte centinaia di validi e affidabili Y-polimorfismi binari compatibili con la PCR che forniscono nuove aree per l'analisi del DNA specifico di sesso maschile all'interno di una vasta diversità di popolazoni e sub-popolazioni che possono fornire la prova di discendenza biogeografica (Underhill et al., 2001; Ali et al., 2003).

L'Y-SNP per l'assenza di ricombinazione, per i tassi estremamente bassi di mutazione e l'ereditarietà paterna rappresenta uno strumento prezioso che è relativamente adatto per l'identificazione di linee paterne stabili e l'esplorazione dell'evoluzione umana (Onofri et al. 2005). Una serie di sei gerarchie multiples (figura seguente) è stata sviluppata da Onofri et al, che sono localizzate nei rami basali e più profonda dell'albero filogenetico per esplorare i principali cladi  AR e i sublcadi consentendo di discriminare gli aplogruppi che appartengono a continenti specifici (Onofri V et al., 2005).

 

Figura 3.3.1 elettroferogrammi e cladogrammi dei sei multiplex gerarchiche Y-SNP (Onofri et al 2005

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