Chimera (genetica) (Italiano)

Una chimera animale è un singolo organismo composto da due o più popolazioni diverse di cellule geneticamente distinte che hanno avuto origine da diversi zigoti coinvolti nella riproduzione sessuale. Se le diverse cellule sono emerse dallo stesso zigote, lorganismo è chiamato mosaico. Le chimere sono formate da almeno quattro cellule madri (due uova fecondate o embrioni precoci fusi insieme). Ogni popolazione di cellule mantiene il proprio carattere e lorganismo risultante è una miscela di tessuti. Sono stati documentati casi di chimerismo umano.

Questa condizione è ereditaria o acquisita attraverso linfusione di cellule ematopoietiche allogeniche durante il trapianto o la trasfusione. Nei gemelli non identici, il chimerismo si verifica per mezzo di anastomosi dei vasi sanguigni. La probabilità che la prole sia una chimera aumenta se viene creata tramite fecondazione in vitro. Le chimere possono spesso riprodursi, ma la fertilità e il tipo di prole dipendono da quale linea cellulare ha dato origine alle ovaie o ai testicoli; diversi gradi di differenze intersessuali possono verificarsi se un insieme di cellule è geneticamente femminile e un altro geneticamente maschile.

Chimerismo tetragameticoModifica

Il chimerismo tetragametico è una forma di chimerismo congenito. Questa condizione si verifica attraverso la fecondazione di due ovuli separati da parte di due spermatozoi, seguita dallaggregazione dei due negli stadi di blastocisti o zigote. Ciò si traduce nello sviluppo di un organismo con linee cellulari mescolate. In altre parole, la chimera è formata dalla fusione di due gemelli non identici (una fusione simile presumibilmente si verifica con gemelli identici, ma poiché i loro genotipi non sono significativamente distinti, lindividuo risultante non sarebbe considerato una chimera). In quanto tali, possono essere maschi, femmine o avere caratteristiche intersessuali miste.

Man mano che lorganismo si sviluppa, può arrivare a possedere organi che hanno diversi set di cromosomi. Ad esempio, la chimera può avere un fegato composto da cellule con un set di cromosomi e avere un rene composto da cellule con un secondo set di cromosomi. Questo è accaduto negli esseri umani e un tempo si pensava che fosse estremamente raro, anche se prove più recenti suggeriscono che non è così.

Ciò è particolarmente vero per luistitì. Ricerche recenti mostrano che la maggior parte delle uistitì sono chimere, che condividono il DNA con i loro gemelli fraterni. Il 95% dei gemelli fraterni di uistitì scambia sangue attraverso fusioni coriali, rendendoli chimere ematopoietiche.

La maggior parte delle chimere attraverserà la vita senza rendersi conto di essere chimere. La differenza nei fenotipi può essere sottile (p. Es., Avere il pollice di un autostoppista e un pollice diritto, occhi di colori leggermente diversi, crescita differenziale dei peli sui lati opposti del corpo, ecc.) O completamente non rilevabile. Le chimere possono anche mostrare, sotto un certo spettro di luce UV, segni distintivi sulla schiena simili a quelli delle punte delle frecce che puntano verso il basso dalle spalle fino alla parte bassa della schiena; questa è unespressione delle irregolarità del pigmento chiamate linee di Blaschko.

può essere identificato dal ritrovamento di due popolazioni di globuli rossi o, se gli zigoti sono di sesso opposto, genitali ambigui e intersessuali da soli o in combinazione; tali persone a volte hanno anche pelle, capelli o pigmentazione oculare a chiazze (eterocromia). Se le blastocisti sono di sesso opposto, possono formarsi genitali di entrambi i sessi: o ovaio e testicolo, o ovoteste combinate, in una rara forma di intersessualità, una condizione precedentemente nota come vero ermafroditismo.

la frequenza di questa condizione non indica la vera prevalenza del chimerismo. La maggior parte delle chimere composte da cellule sia maschili che femminili probabilmente non hanno una condizione di intersessualità, come ci si potrebbe aspettare se le due popolazioni cellulari fossero uniformemente miscelate in tutto il corpo. Spesso, la maggior parte o tutte le cellule di un singolo tipo di cellula saranno composte da una singola linea cellulare, cioè il sangue può essere composto prevalentemente da una linea cellulare e gli organi interni dellaltra linea cellulare. I genitali producono gli ormoni responsabili di altre caratteristiche sessuali.

Le chimere naturali non vengono quasi mai rilevate a meno che non presentino anomalie come caratteristiche maschili / femminili o ermafrodite o pigmentazione della pelle non uniforme. I più evidenti sono alcuni maschi di tartaruga e calicò (sebbene la maggior parte dei maschi di tartaruga abbia un cromosoma X in più responsabile della colorazione) o animali con organi sessuali ambigui.

Lesistenza del chimerismo è problematica per il test del DNA, un fatto con implicazioni per la famiglia e il diritto penale. Il caso Lydia Fairchild, ad esempio, è stato portato in tribunale dopo che il test del DNA ha apparentemente dimostrato che i suoi figli non potevano essere suoi. Le sono state presentate accuse di frode e la sua custodia dei figli è stata contestata.Laccusa contro di lei è stata respinta quando è diventato chiaro che Lydia era una chimera, con il DNA corrispondente trovato nel suo tessuto cervicale. Un altro caso è stato quello di Karen Keegan, anchessa sospettata (inizialmente) di non essere la madre biologica dei suoi figli, dopo che i test del DNA sui suoi figli adulti per un trapianto di rene di cui aveva bisogno sembravano dimostrare che non era la loro madre.

Lo stato tetragametico ha importanti implicazioni per il trapianto di organi o cellule staminali. Le chimere hanno tipicamente tolleranza immunologica a entrambe le linee cellulari.

MicrochimerismoModifica

Il microchimerismo è la presenza di un piccolo numero di cellule che sono geneticamente distinte da quelle dellindividuo ospite. La maggior parte delle persone nasce con poche cellule geneticamente identiche alle loro madri “e la proporzione di queste cellule diminuisce negli individui sani quando invecchiano. È stato osservato che le persone che conservano un numero più elevato di cellule geneticamente identiche alle loro madri hanno tassi più elevati di alcune malattie autoimmuni, presumibilmente perché il sistema immunitario è responsabile della distruzione di queste cellule e un difetto immunitario comune gli impedisce di farlo e causa anche problemi autoimmuni I tassi più elevati di malattie autoimmuni dovute alla presenza di cellule di derivazione materna è il motivo per cui in uno studio del 2010 su un uomo di 40 anni con malattia simile alla sclerodermia (una malattia reumatica autoimmune), le cellule femminili rilevate nel suo si pensava che il flusso sanguigno tramite FISH (ibridazione in situ fluorescente) fosse derivato dalla madre. Tuttavia, la sua forma di microchimerismo è risultata essere dovuta a un gemello scomparso e non è noto se il microchimerismo di un gemello scomparso possa predisporre gli individui a malattie autoimmuni le madri spesso hanno anche alcune cellule geneticamente identiche a quelle dei loro figli, e alcune persone hanno anche alcune cellule geneticamente identiche a quelle dei loro fratelli (solo fratelli materni, poiché queste cellule vengono trasmesse a loro perché la madre le ha trattenute).

Chimerismo simbiotico nella rana pescatrice Modifica

Il chimerismo si presenta naturalmente nella rana pescatrice ceratioide adulta ed è in Infatti una parte naturale ed essenziale del loro ciclo di vita. Una volta che il maschio raggiunge letà adulta, inizia la ricerca di una femmina. Usando forti recettori olfattivi (o olfattivi), il maschio cerca fino a individuare una femmina di rana pescatrice. Il maschio, lungo meno di un pollice, le morde la pelle e rilascia un enzima che digerisce la pelle sia della sua bocca che del suo corpo, fondendo la coppia fino al livello dei vasi sanguigni. Sebbene questo attaccamento sia diventato necessario per la sopravvivenza del maschio, alla fine lo consumerà, poiché entrambe le rane pescatrici si fondono in un unico individuo ermafrodito. A volte in questo processo, più di un maschio si attaccherà a una singola femmina come simbionte. In questo caso, saranno tutti consumati nel corpo della pescatrice più grande. Una volta fusi con una femmina, i maschi raggiungeranno la maturità sessuale, sviluppando grandi testicoli mentre gli altri loro organi si atrofizzano. Questo processo consente allo sperma di essere in costante rifornimento quando il la femmina produce un uovo, in modo che il pesce chimerico possa avere un maggior numero di prole.

Chimerismo germinaleModifica

Il chimerismo germinale si verifica quando le cellule germinali (ad esempio, sperma e uovo cellule) di un organismo non sono geneticamente identiche al proprio. È stato recentemente scoperto che le uistitì possono trasportare le cellule riproduttive dei loro fratelli gemelli (fraterni) a causa della fusione placentare durante lo sviluppo. (Le uistitì danno quasi sempre alla luce fr gemelli interni.)

Chimerismo artificialeModifica

Il chimerismo artificiale rientra nella categoria artificiale in cui può esistere una chimera. Un individuo che rientra in questa classificazione possiede due diversi set di pedigree genetici: uno che è stato ereditato geneticamente al momento della formazione dellembrione umano e laltro che è stato introdotto intenzionalmente attraverso una procedura medica nota come trapianto. Tipi specifici di trapianti che potrebbero indurre questa condizione includono trapianti di midollo osseo e trapianti di organi, poiché il corpo del ricevente lavora essenzialmente per incorporarvi in modo permanente le nuove cellule staminali del sangue.

Un esempio di chimerismo artificiale negli animali sono le chimere del pulcino di quaglia. Utilizzando il trapianto e lablazione nella fase dellembrione del pulcino, il tubo neurale e le cellule della cresta neurale del pulcino sono state ablate e sostituite con le stesse parti di una quaglia. Una volta schiuse, le penne di quaglia erano visibilmente evidente intorno allarea delle ali, mentre il resto del corpo del pulcino era costituito dalle sue stesse cellule di pollo.

HumansEdit

Il chimerismo è stato documentato negli esseri umani in diversi casi.

• La velocista olandese Foekje Dillema fu espulsa dalla nazionale del 1950 dopo aver rifiutato un test sessuale obbligatorio nel luglio 1950; indagini successive hanno rivelato un cromosoma Y nelle cellule del suo corpo e lanalisi ha mostrato che probabilmente era una femmina 46, XX / 46, XY a mosaico.
• Nel 1953 sul British Medical Journal fu riportata una chimera umana. È stato scoperto che una donna aveva sangue contenente due diversi gruppi sanguigni. Apparentemente questo era il risultato delle cellule del fratello gemello che vivevano nel suo corpo. Uno studio del 1996 ha scoperto che tale chimerismo del gruppo sanguigno non è raro.
• Un altro rapporto di una chimera umana è stato pubblicato nel 1998, dove un uomo aveva alcuni organi femminili parzialmente sviluppati a causa del chimerismo. Era stato concepito mediante fecondazione in vitro.
• Nel 2002, a Lydia Fairchild fu negata lassistenza pubblica nello stato di Washington quando le prove del DNA sembravano dimostrare che non era la madre dei suoi figli. Un avvocato dellaccusa sentì parlare di una chimera umana nel New England, Karen Keegan, e suggerì la possibilità alla difesa, che fu in grado di dimostrare che anche Fairchild era una chimera con due serie di DNA, e che uno di quei set avrebbe potuto essere la madre dei bambini.
• Nel 2002, un articolo del New England Journal of Medicine descrive una donna in cui è stato inaspettatamente identificato il chimerismo tetragametico dopo aver subito i preparativi per il trapianto di rene che richiesta la patie nt e la sua famiglia immediata a sottoporsi a test di istocompatibilità, il cui risultato ha suggerito che non era la madre biologica di due dei suoi tre figli.
• Nel 2009, la cantante Taylor Muhl ha scoperto che quella che è sempre stata considerata una grande voglia sul suo busto era in realtà causata dal chimerismo.
• Nel 2017, è stata segnalata una chimera di maiale umano essere stato creato; la chimera è stata anche segnalata per avere lo 0,001% di cellule umane, con il resto di maiale.

ErmafroditiEdit

• Esiste un dibattito sui veri ermafroditi riguardo a uno scenario ipotetico in cui potrebbe essere possibile per un essere umano autofecondarsi. Se una chimera umana è formata da uno zigote maschio e femmina che si fondono in un unico embrione, dando un tessuto gonadico funzionale individuale di entrambi i tipi, tale autofecondazione è fattibile. In effetti, è noto che si verifica in specie non umane in cui gli animali ermafroditi sono comuni. Tuttavia, nessun caso simile di autofecondazione funzionale è stato mai documentato negli esseri umani.

Destinatari di midollo osseo Modifica

• Diversi casi di insoliti fenomeni chimerici sono stati segnalati in riceventi di midollo osseo.
  • Nel 2019, il sangue e il liquido seminale di un uomo a Reno, Nevada (che aveva subito una vasectomia), ha mostrato solo il contenuto genetico del suo donatore di midollo osseo. I tamponi delle sue labbra, guancia e lingua hanno mostrato un contenuto di DNA misto.
  • Il contenuto di DNA dello sperma di un caso di aggressione nel 2004 corrispondeva a quello di un uomo che era stato in prigione al momento dellaggressione, ma che era stato un donatore di midollo osseo per suo fratello, che in seguito fu determinato ad aver commesso il crimine.
  • Nel 2008, un uomo è morto in un incidente stradale avvenuto a Seoul, in Corea del Sud. Per identificarlo, è stato analizzato il suo DNA. I risultati hanno rivelato che il DNA del suo sangue, insieme ad alcuni dei suoi organi, sembravano mostrare che era una donna. Successivamente è stato determinato che aveva ricevuto un trapianto di midollo osseo da sua figlia.

Chimera IdentificationEdit

Il chimerismo è così raro che ci sono stati solo 100 casi confermati negli esseri umani. Tuttavia, ciò potrebbe essere dovuto al fatto che gli esseri umani potrebbero non essere consapevoli di avere questa condizione per cominciare. Di solito non ci sono segni o sintomi di chimerismo oltre ad alcuni sintomi fisici come iper-pigmentazione, ipo-pigmentazione o possedere due occhi di colore diverso. Tuttavia, questi segni non significano necessariamente che un individuo sia una chimera e dovrebbero essere visti solo come possibili sintomi. Ancora una volta, lindagine forense o la curiosità per un test del DNA di maternità / paternità fallito di solito porta alla scoperta accidentale di questa condizione. Semplicemente sottoponendosi a un test del DNA, che di solito consiste in un rapido tampone della guancia o in un esame del sangue, viene effettuata la scoperta del secondo genoma, una volta sconosciuto, identificando quindi quellindividuo come una chimera.

ResearchEdit

Le prime chimere di primati conosciute sono le gemelle scimmia rhesus, Roku e Hex, ciascuna con sei genomi. Sono stati creati mescolando cellule da blastocisti totipotenti a quattro cellule; sebbene le cellule non si siano mai fuse, hanno lavorato insieme per formare organi. Si è scoperto che uno di questi primati, Roku, era una chimera sessuale; poiché il quattro percento delle cellule del sangue di Roku conteneva due cromosomi x.

Una pietra miliare nella sperimentazione della chimera si è verificata nel 1984, quando una pecora-capra chimerica è stata prodotta combinando embrioni di una capra e una pecora, ed è sopravvissuta alletà adulta.

Nellagosto 2003, i ricercatori della Seconda Università di Medicina di Shanghai in Cina hanno riferito di aver fuso con successo cellule della pelle umana e ovuli di coniglio per creare i primi embrioni chimerici umani. Agli embrioni è stato consentito di svilupparsi per diversi giorni in un ambiente di laboratorio, quindi distrutti per raccogliere le cellule staminali risultanti. Nel 2007, gli scienziati della University of Nevada School of Medicine hanno creato una pecora il cui sangue conteneva il 15% di cellule umane e l85% di cellule di pecora.

Il 22 gennaio 2019 la National Society of Genetic Counselors ha pubblicato un articolo: Chimerismo spiegato: come una persona può inconsapevolmente avere due serie di DNA, dove si afferma che “Il chimerismo tetragametico, in cui una gravidanza gemellare si evolve in un bambino, è attualmente ritenuto una delle forme più rare. Tuttavia, sappiamo che dal 20 al 30 percento delle gravidanze singole erano originariamente una gravidanza gemellare o multipla. A causa di questa statistica, è del tutto possibile che il chimerismo tetragametico sia più comune di quanto i dati attuali suggeriscano “.

SpugneEdit

Il chimerismo ha sono stati trovati in alcune specie di spugne marine. Quattro genotipi distinti sono stati trovati in un singolo individuo, ed esiste il potenziale per uneterogeneità genetica ancora maggiore. Ciascun genotipo funziona indipendentemente in termini di riproduzione, ma i diversi genotipi intra-organismo comportarsi come un unico grande individuo in termini di risposte ecologiche come la crescita.

MiceEdit

I topi chimerici sono animali importanti nella ricerca biologica, poiché consentono lindagine di una varietà di questioni biologiche in un animale che ha due distinti pool genetici al suo interno . Questi includono approfondimenti su problemi come i requisiti specifici del tessuto di un gene, la linea cellulare e il potenziale cellulare. I metodi generali per la creazione di topi chimerici possono essere riassunti mediante iniezione o aggregazione di cellule embrionali di origini diverse. Il primo topo chimerico è stato realizzato da Beatrice Mintz negli anni 60 attraverso laggregazione di embrioni a otto stadi cellulari. Liniezione, daltra parte, è stata sperimentata da Richard Gardner e Ralph Brinster che hanno iniettato cellule in blastocisti per creare topi chimerici con linee germinali completamente derivate da cellule staminali embrionali iniettate (cellule ES). Le chimere possono essere derivate da embrioni di topo non ancora impiantati nellutero, nonché da embrioni impiantati. Le cellule ES dalla massa cellulare interna di una blastocisti impiantata possono contribuire a tutte le linee cellulari di un topo, compresa la linea germinale. Le cellule ES sono uno strumento utile nelle chimere perché i geni possono essere mutati in esse attraverso luso della ricombinazione omologa, consentendo così il targeting genico. Da quando questa scoperta è avvenuta nel 1988, le cellule ES sono diventate uno strumento chiave nella generazione di topi chimerici specifici.

Biologia sottostante Modifica

La capacità di creare chimere di topo deriva da una comprensione dei primi sviluppo del mouse. Tra le fasi di fecondazione delluovo e limpianto di una blastocisti nellutero, diverse parti dellembrione di topo conservano la capacità di dare origine a una varietà di linee cellulari. Una volta che lembrione ha raggiunto lo stadio di blastocisti, è composto da più parti, principalmente il trofectoderma, la massa cellulare interna e lendoderma primitivo. Ciascuna di queste parti della blastocisti dà origine a parti diverse dellembrione; la massa cellulare interna dà origine allembrione vero e proprio, mentre il trofectoderma e lendoderma primitivo danno origine a strutture embrionali extra che supportano la crescita dellembrione. Gli embrioni in stadio da due a otto cellule sono competenti per la produzione di chimere, poiché in queste fasi di sviluppo, le cellule negli embrioni non sono ancora impegnate a dare origine a una particolare linea cellulare e potrebbero dare origine alla massa cellulare interna o il trophectoderm. Nel caso in cui due embrioni diploidi a otto stadi cellulari siano usati per creare una chimera, il chimerismo può essere successivamente trovato nellepiblasto, nellendoderma primitivo e nel trofectoderma della blastocisti di topo.

È possibile sezionare lembrione in altre fasi in modo da dare origine a una linea di cellule da un embrione selettivamente e non laltra. Ad esempio, sottoinsiemi di blastomeri possono essere utilizzati per dare origine a chimere con lignaggio cellulare specificato da un embrione. La massa cellulare interna di una blastocisti diploide, ad esempio, può essere utilizzata per creare una chimera con unaltra blastocisti di un embrione diploide a otto cellule; le cellule prelevate dalla massa cellulare interna daranno origine allendoderma primitivo e allepiblasto nel topo chimera. Da questa conoscenza sono stati sviluppati contributi di cellule ES alle chimere. Le cellule ES possono essere utilizzate in combinazione con embrioni a otto e due cellule in stadio per creare chimere e dare origine esclusivamente allembrione vero e proprio.Gli embrioni che devono essere utilizzati nelle chimere possono essere ulteriormente modificati geneticamente per contribuire in modo specifico solo a una parte della chimera. Un esempio è la chimera costruita da cellule ES ed embrioni tetraploidi, che sono artificialmente realizzati mediante elettrofusione di due embrioni diploidi a due cellule. Lembrione tetraploide darà origine esclusivamente al trofectoderma e allendoderma primitivo nella chimera.

Metodi di produzioneModifica

Ci sono una varietà di combinazioni che possono dare origine a un topo chimera di successo e – in base allobiettivo dellesperimento – è possibile scegliere una combinazione di cellule ed embrioni appropriata; sono generalmente ma non limitati a embrioni diploidi e cellule ES, embrioni diploidi ed embrioni diploidi, cellule ES ed embrioni tetraploidi, embrioni diploidi ed embrioni tetraploidi, cellule ES e cellule ES. La combinazione di cellule staminali embrionali ed embrione diploide è una tecnica comune utilizzata per la realizzazione di topi chimerici, poiché il targeting genico può essere effettuato nella cellula staminale embrionale. Questi tipi di chimere possono essere prodotti tramite laggregazione di cellule staminali e lembrione diploide o liniezione di cellule staminali nellembrione diploide. Se le cellule staminali embrionali devono essere utilizzate per il targeting genetico per creare una chimera, la seguente procedura è comune: un costrutto per la ricombinazione omologa per il gene mirato sarà introdotto nelle cellule staminali embrionali di topo coltivate dal topo donatore, mediante elettroporazione; le cellule positive per levento di ricombinazione avranno resistenza agli antibiotici, fornita dalla cassetta di inserimento utilizzata nel targeting genetico; ed essere in grado di essere selezionato positivamente per. Le cellule ES con il gene mirato corretto vengono quindi iniettate in una blastocisti murina ospite diploide. Quindi, queste blastocisti iniettate vengono impiantate in un topo surrogato femmina pseudo gravido, che porterà gli embrioni a termine e partorirà un topo la cui linea germinale è derivata dalle cellule ES del topo donatore. Questa stessa procedura può essere ottenuta attraverso laggregazione di Cellule ES ed embrioni diploidi, gli embrioni diploidi vengono coltivati in piastre di aggregazione in pozzetti in cui possono adattarsi singoli embrioni, a questi pozzetti vengono aggiunti cellule ES gli aggregati vengono coltivati fino a quando non si forma un singolo embrione ed è progredito allo stadio di blastocisti, e può quindi essere trasferito al mouse surrogato.