In questo articolo parliamo della trasmissione ereditaria (dominante e recessiva) legata al cromosoma X, ovvero dell’eredità mitocondriale.

Aplotipi e DNA mitocondriale sono due concetti molto importanti nell’allevamento, quindi cerchiamo di comprendere in modo semplice questo argomento, senza la pretesa di fornire una spiegazione scientifica dettagliata, ma piuttosto una panoramica accessibile a tutti.

All’interno di ogni cellula si trova l’informazione genetica del DNA, contenuta nel nucleo e chiamata DNA nucleare: questo DNA è organizzato in 78 cromosomi.

Nella stessa cellula è presente un’organelle chiamato mitocondrio, che svolge diverse funzioni cellulari ed è responsabile dell’estrazione dell’energia: il mitocondrio ha un proprio DNA chiamato mtDNA (DNA mitocondriale), che è organizzato in un singolo cromosoma circolare.

A differenza del DNA nucleare, che viene ereditato per metà da ciascun genitore (50% dallo spermatozoo e 50% dall’oocita), il mitocondrio viene ereditato interamente dalla madre.

Ciò avviene perché il mitocondrio si trova nell’oocita, mentre il mitocondrio nella coda dello spermatozoo si separa dalla cellula primaria durante la fecondazione.

Di conseguenza, il mitocondrio viene trasmesso dalla madre a tutti i figli, sia maschi che femmine.

Nella seconda generazione, la progenie femminile avrà il mtDNA della nonna, mentre la progenie maschile lo perderà e acquisirà quello del lignaggio materno, ovvero quello della partner femminile.

Il mitocondrio viene trasmesso in modo matrilineare e subisce ricombinazioni (ma sempre con il medesimo materiale) ed è soggetto a mutazioni, anche se con una frequenza maggiore rispetto al DNA nucleare.

Queste caratteristiche hanno reso lo studio del mtDNA uno strumento potente per l’analisi dell’evoluzione delle specie: ad esempio, basandosi sulle differenze molecolari del mtDNA, è stato possibile stimare che la divergenza evolutiva tra cane e gatto sia avvenuta circa 50 milioni di anni fa.

Le differenze molecolari sul mtDNA vengono studiate attraverso gli aplotipi, che sono sequenze di mtDNA legate insieme in una specifica sequenza e non soggette a frammentazione o ricombinazione.

Gli aplotipi mitocondriali seguono esattamente il meccanismo di eredità descritto in precedenza, rimanendo “intatti” come erano presenti nel genoma del genitore.

Anche se questa può essere una forma rara di ereditarietà, diagnosticare un cane con un disturbo mitocondriale può avere un impatto sul modo in cui gli allevatori scelgono di selezionare i propri soggetti in riproduzione.

Prima di parlare dell’eredità mitocondriale, parliamo dei mitocondri: proprio come il nostro corpo ha bisogno di organi per funzionare (reni, cuore, fegato, ecc.), anche le cellule hanno organi per funzionare.

Uno di questi organi è chiamato mitocondrio che sono le centrali energetiche della cellula: i mitocondri creano energia attraverso una serie di reazioni biochimiche.

Il numero di mitocondri può cambiare a seconda del tipo di cellula (muscolo, nervi, pelle, ecc…), tuttavia l’aspetto affascinante dei mitocondri è che hanno il proprio set di DNA, chiamato mtDNA, separato dal DNA presente nel nucleo (si ritiene che il mtDNA costituisca meno dell’1% dell’intero corredo genetico di un essere vivente).

Come viene tramesso il mtDNA sulle generazioni? Lo sperma del maschio non trasmette alcun mtDNA alla prole, solo gli ovuli della femmina hanno il mtDNA: cani ed esseri umani ereditano il mtDNA solo dalla madre.

Ciò significa che un maschio affetto non può trasmettere una malattia mitocondriale alla generazione successiva: tuttavia, la femmina ha la capacità di trasmettere una malattia mitocondriale anche al 100% della prole.

Ci possono essere migliaia di copie del mtDNA in una singola cellula e il mtDNA si riproduce indipendentemente dai geni nucleici.

Quando una cellula si duplica, nelle due cellule figlie risultanti può esserci un numero variabile di mitocondri: in questo modo il mtDNA viene smistato tra le due cellule e i rapporti dei mitocondri possono cambiare con ogni generazione.

Mutazione parziale del mtDNA

Diciamo che il 20% dei mitocondri presenta la mutazione genetica (con il potenziale di causare malattie), mentre l’80% dei mitocondri no e la cellula inizia a dividersi.

Le due cellule risultanti possono avere un rapporto diverso tra mtDNA mutato e mtDNA non mutato: il rapporto tra mtDNA mutato e mtDNA non affetto può cambiare con ogni generazione di cellule.

Poiché ogni cellula si raddoppia molte volte, puoi immaginare che ci siano migliaia di possibilità per questi rapporti genetici: questo è il motivo per cui l’eredità mitocondriale è così complicata.

Con l’eredità mitocondriale è possibile una velocità di trasmissione del 100% dalla madre alla generazione successiva: tutto dipende dal rapporto del mtDNA mutato trovato nell’ovulo che è stato inseminato.

Se il rapporto del mtDNA mutato è elevato nell’uovo, la probabilità che si manifestino sintomi è elevata, mentre se il rapporto del mtDNA mutato è basso, la probabilità che si manifestino sintomi è bassa, ma può essere variabile.

È impossibile prevedere il rapporto tra mtDNA mutato in un ovulo che verrà fecondato dallo sperma: negli esseri umani, stanno sperimentando tecnologie di fecondazione in vitro per prevenire alcuni disturbi mitocondriali.

I sintomi di un cane con una malattia mitocondriale dipendono dalla mutazione e dal rapporto tra mtDNA mutato e mtDNA non mutato e i sintomi possono anche essere inesistenti se la quantità di mtDNA mutato è molto bassa.

In generale, più il mtDNA è mutato in una cellula, maggiori saranno i sintomi che un individuo avrà: in una singola cucciolata possono esserci diversi cuccioli affetti dal disturbo mitocondriale.

Questi cuccioli possono presentare sintomi completamente diversi, gravità variabile dello stesso sintomo o una combinazione dei due: un esempio di disturbo mitocondriale nei cani è la neuropatia atassica sensoriale nei Golden Retriever.

I cani affetti iniziano a mostrare segni di atassia, perdita di coordinazione muscolare, già da cuccioli e i sintomi progrediscono nel tempo ma possono avere anche riflessi ridotti o assenti.

La massa muscolare appare normale e la condizione non sembra essere dolorosa: numerosi studi neurologici mostrano che i cani affetti hanno una ridotta funzionalità dei loro nervi sensoriali.

Poiché i sintomi progrediscono nel tempo, questi soggetti hanno una limitata aspettativa di vita (meno di tra anni di età).

Dunque, visto la gravità di questa malattia, test genetici affidabili sono importanti per determinare le pratiche di allevamento e ovviamente non è raccomandato la riproduzione di femmine affette o di femmine portatrici note.

Per concludere possiamo dire che l’eredità dominante, recessiva, legata all’X e mitocondriale segue un modello di ereditarietà: riconoscere questi modelli può anche aiutare a evitare questi disturbi, se i test genetici non sono disponibili.

Poiché sempre più allevatori utilizzano test genetici per le malattie ereditarie, potrebbero essere in grado di ridurre (o addirittura eliminare) queste malattie dalle linee di allevamento.