Biologia - fisiokinesiterapia.biz · • Il trasporto di ioni e di gran parte dei composti organici ... In numerosi tessuti: le cellule che hanno esaurito il loro ruolo o con DNA

Biologia

Studia gli organismi viventi e i loro rapporti con l’ambiente

che li circonda

La Cellula……

…..e’ l’unita’ fondamentale degli organismi viventi

La teoria cellulare e’ uno dei concetti fondamentali della biologia ed afferma che:

• Tutte le forme di vita sono costituite da una o piu’ cellule

· Le cellule derivano solo da cellule preesistenti

· La cellula e’ la piu’ piccola forma di vita

Tutta la vita cellulare ha le seguenti caratteristiche in comune.

•tutte le cellule hanno una membrana cellulare che separa il caos fuori da una cellula da un alto grado di organizzazione all’interno di essa.

•tutta la vita cellulare contiene DNA come materiale genetico. Tutte le cellule contengono alcune varietà di molecole di RNA e proteine, molte delle quali sono enzimi.

• tutte le cellule sono composte della stessa chimica di base: carboidrati, proteine, acidi nucleici, minerali, grassi e vitamine.

•Tutte le cellule regolano il flusso di nutrienti e cataboliti che entrano e lasciano la cellula.

•Tutte le cellule si riproducono e sono il risultato della riproduzione.

•Tutte le cellule richiedono un supplemento di energia.

• Tutte le cellule sono altamente regolate da un elaborato sistema sensoriale che le consente di essere consapevoli di ogni reazione che avviene all’interno di esse e attorno ad esse; queste informazioni sono continuamente processate per risponderne metabolicamente.

Una cellula Una cellula “tipica”“tipica”

tutte le cellule tutte le cellule possiedono una possiedono una membrana e un membrana e un corredo di corredo di organelli organelli sostanzialmente sostanzialmente comune a tutti i comune a tutti i tipi cellularitipi cellulari

Le cellule sono tutte uguali???

Espressione Differenziale

• Ogni cellula contiene una copia dell’intero genoma

• Le cellule sono di diversi tipi (cellule muscolari, cellule cardiache, cellule della pelle, cellule del sangue …)

• Che cosa le rende differenti ?

Espressione genica differenziale, i.e., quando, dove, e in che quantità ogni gene è espresso.

• Ad un determinato istante circa il 40% dei geni sono espressi e circa il 10% dei geni sono tessuto specifici.

????????

principaliprincipali costituenticostituentichimicichimici delladella cellulacellula

H2O, ioni, piccole molecole 77%

Macromolecole 23%

Copyright (c) by W. H. Freeman and Company

2.0 The Chemicals of Life

Figure 2-1a

H2O

Legame covalente

70% della cellula

Legame covalente

Il legame covalente comporta la condivisione degli elettroni tra gli atomi

Legame covalente polare

Legame covalente puro

Legame idrogeno

Nell’acqua l'atomo d'idrogeno (fortemente polarizzato positivamente) èattratto dall'ossigeno (fortemente polarizzato negativamente) della molecola adiacente.La risultante è appunto la formazione di un ponte idrogeno tra due molecole adiacenti di acqua.Si forma, in tal modo, una sorta di macromolecola formata da numerosi ponti di idrogeno.

I legami idrogeno sono interazioni di natura elettrostatica che si determinano tra le opposte cariche di due molecole adiacenti.



Figure 2-1a

6% della cellula

Carboidrati: monosaccaridiCarboidrati: monosaccaridi

glucosioglucosio

galattosiogalattosio

fruttosiofruttosio

Isomeri strutturali

Carboidrati: disaccaridiCarboidrati: disaccaridi

glucosioglucosiogalattosiogalattosio

fruttosiofruttosioglucosioglucosio

lattosiolattosio

saccarosiosaccarosio


2.1 α and β glycosidic bonds link monosaccharides

Figure 2-10

Carboidrati: polisaccaridiCarboidrati: polisaccaridi

glicogenoglicogeno

lipidilipidi

• solubili in solventi apolari

• composti da C, H, O. Poveridi O

• componenti strutturali dellemembrane biologiche

• carburanti biologici

• alcuni sono ormoni


2.2 Phospholipids are amphipathic molecules

Figure 2-19



Figure 2-1b

(b) Macromolecules (23%)

aminoacidiaminoacidi

questi sono i 20 aminoacidi che si trovano nell’orga-nismo umano e che costituiscono le…

Le cellule umani e animali partendo da sostanze semplici

possono sintetizzarne solo alcuni.Quelli che invece devono essere introdotti con la dieta si chiamano aminoacidi essenziali

proteineproteine

le proteine sono costituite da catene di aminoacidi (polipepti-di) che in condizioni fisiologiche assumono complesse conforma-zioni tridimensionali

Funzioni delle proteine

• Enzimi

• La regolazione dell’espressione dei geni e’ assicurata daproteine dette fattori di trascrizione

• Le proteine strutturali costituiscono l’impalcatura interna delle cellule

• Le proteine contrattili sono responsabili della capacita’ dimovimento di tutte le cellule e degli organismi pluricellulari

• Il trasporto di ioni e di gran parte dei composti organici attraverso le membrane biologiche e’ assicurato dalle proteine di membrana che costituiscono le pompe e i canali ionici

• Molti ormoni e fattori di crescita sono costituiti da proteine

• La maggior parte dei recettori sono proteine

• Il trasporto negli organismi cellulari, tramite i liquidi interni all’organismo, di sostanze insolubili in acqua e’ assicurato daproteine di trasporto

• In alcuni casi, proteine possono costituire, per certi organismiun deposito di materia e di energia o di particolari sostanze.Si parla allora di proteine di deposito

• Nei vertebrati, il riconoscimento e l’inattivazione di sostanzeestranee all’organismo e’ mediato da proteine che costituiscono gli anticorpi

Acidi nucleiciAcidi nucleici

NucleoIl nucleo è delimitato da una doppia membrana, dotata di pori che consentono le comunicazioni tra il nucleo e il resto della cellula (citoplasma). All'interno del nucleo sono conservati i cromosomi, strutture filamentose composte da DNA e proteine e solitamente presenti in coppie, in un numero variabile e caratteristico di ciascuna specie.All'interno del nucleo si trova una regione specializzata, detta nucleolo, che è deputata all'assemblaggio di particelle chiamate ribosomi, che contengono RNA e proteine e che, una volta sintetizzate, migrano nel citoplasma, dove presiedono alla sintesi proteica. Il nucleo controlla la sintesi proteica inviando nel citoplasma diverse molecole con funzione di messaggeri.

Nucleo cellulareNucleo cellulare

• Componente essenziale della cellula• (struttura assente nei procarioti)• Contiene il materiale genetico (DNA)• Sede di meccanismi indispensabili

alla riproduzione cellulare e alla sintesi proteica

PosizionePosizione

•• VariabileVariabile mamacaratteristicacaratteristica didi ogni ogni tipo cellularetipo cellulare..

•• perper esempioesempio::–– CelluleCellule embrionaliembrionali::

nucleonucleo centralecentrale–– CelluleCellule secernentisecernenti::

nucleonucleo eccentricoeccentrico

PosizionePosizione

LaLa gocciola lipidica spinge gocciola lipidica spinge il nucleo il nucleo dell’adipocita dell’adipocita verso laverso la periferiaperiferia

In questo neurone, il nucleo si In questo neurone, il nucleo si trova in posizione centrale trova in posizione centrale rispetto al corpo cellularerispetto al corpo cellulare

Il citoscheletro forma Il citoscheletro forma un’impalcatura che mantiene un’impalcatura che mantiene stabile lstabile laa posizioneposizione deldel nucleonucleo

il nucleo svolge un ruolo crucialeil nucleo svolge un ruolo crucialenel nel controllocontrollo della vita della cellula e della vita della cellula e

nel processo di nel processo di divisionedivisione cellularecellulare

entrambe le funzioni dipendono strettamente dall’acido desosiribonucleico

(DNA) contenuto nel nucleo

entrambe le funzioni dipendono entrambe le funzioni dipendono strettamente dall’acido desosiribonucleico strettamente dall’acido desosiribonucleico

(DNA) contenuto nel nucleo(DNA) contenuto nel nucleo

Acido desossiribonucleicoAcido desossiribonucleico

Il segreto del DNA risiede

nella sua struttura…

DNADNA

S P

N

S P

N

S P

N

S P

N

nucleotide

S

P

N

Zucchero (desossiribosio)

Gruppo fosfato

Base azotata

5’3’

La La doppiadoppiaelicaelica

trinucleotide

nucleotide

5’

3’

legame fosfodiesterico

Legame forte: nucleotidi concatenati da un legame fosfodiestericotra il fosfato in posizione 5’ di un nucleotide e il gruppo alcolicoin posizione 3’ del nucleotide adiacente

Legame debole: legame idrogeno tra basi azotate

I I genigenirisiedonorisiedono nellanelladoppiadoppia elicaelica

del DNAdel DNA

Coppiedi basi

Scheletrozucchero-

fosfato

TiminaTiminaGuaninaCitosinaAdeninaGuanina

La sequenza di un gene e’ data dalla sequenza delle 4 basi azotate all’interno della doppia elica

Il duplice ruolo del DNAIl duplice ruolo del DNA

DNAproteine

DNADNA proteine

proteine

controllocellulare

ereditarietà

Dogma Centrale

L’ espressione dell’informazione genetica raccolta nelle molecole di DNA, avviene in due stadi:

–(i) trascrizione, durante la quale il DNA è trascritto in mRNA

–(ii) traduzione, durante la quale l’ mRNA è tradotto per produrre la proteina associata

DNA mRNA protein

*

*: importante..in seguito alla trascrizione vengono prodotti anche RNA ribosomale e RNA transfer!!!!!!!

Dal gene all’mRNA

Quando un gene viene “attivato”, dà origine ad una proteina, ma non lo fa in modo diretto: genera un intermediario molecolare, chiamato RNA messaggero (mRNA). La presenza di una molecola di mRNA indica che il gene corrispondente è attivato.Il trasferimento dell’informazione contenuta in un gene dal DNA all’mRNA prende il nome di “trascrizione” ed utilizza il metodo di appaiamento delle basi.

RNA

• Ribonucleic acid o RNA è una molecola simile al DNA ma:

– è singola, non ha la doppia elica;

– l’ uracile (U) sostituisce la timina (T).

• RNA gioca un ruolo importante sia nella sintesi proteica che in altre attività biochimiche della cellula.


4.1 RNA molecules exhibit varied conformations

Figure 4-12

CodNon-cod

Trascrizione

gene

mRNA

Dall’mRNA alla proteina

L’mRNA, generato nel nucleo, passa successivamente nel citoplasma per raggiungere organelli detti ribosomi: qui dirige l’assemblaggio degli aminoacidi. Ecco che si forma la proteina.

Dogma centrale: DNA RNA Proteine

Le cellule…..Le cellule…..

….muoiono

Il numero delle cellule di un determinato tessutoe’ regolato dalla proliferazione, dal

differenziamento, nonche’ dall’arresto della crescitae dalla morte cellulare

La cellula va incontro ad una morte cellulare programmata

APOPTOSIin base alle indicazioni di suoi specifici geni

ApoptosiVengono prodotti enzimi che degradano organelli e macromolecole. La membrana plasmatica rimane temporaneamente integra ed espone segnali molecolari che inducono cellule specializzate ( macrofagi) a fagocitare la cellula apoptotica. E’ un processo che richiede energia

NecrosiProcesso che avviene senza la partecipazione “attiva” dellacellula generalmente come conseguenza di un danno. Non richiede energia. La cellula si rigonfia, vengono distrutti tutti gli organelli, primi tra tutti i mitocondri, e il materiale cellulare viene espulso all’esterno della cellula con conseguente infiammazione tissutale

Apoptosi e Necrosi

Quali cellule vanno incontro ad apoptosi?

- In generale: l'apoptosi ha anche una funzione di equilibrio sul numero delle cellule presenti, controbilanciando la proliferazione cellulare

Nel corso dello sviluppo embrionale: le cellule di strutture temporanee.

Nel sistema immunitario: gli elementi anomali che potrebbero aggredire l'organismo anziché gli elementi estranei ad esso.

In numerosi tessuti: le cellule che hanno esaurito il loro ruolo o con DNA danneggiato.

L’apoptosi puo’ diventare un fenomeno anomaloper eccesso o per difetto:

-Conoscere i meccanismi dell'apoptosi è un obiettivo importante della ricerca biomedica, poiché nuove scoperte in proposito potrebbero permettere di bloccare, ad esempio, la proliferazione di forme tumorali o di altre malattie degenerative

-in certe malattie degenerative, come la sclerosi multipla, le cellule vanno incontro a morte troppo rapidamente.

- in certe forme tumorali, come le leucemie, viene a mancareil controllo sulla proliferazione cellulare di un certo tessuto.

Genetica

La Genetica (dal greco gennao γεννάω = dare vita, generare)e’ la scienza che studia i geni, l’ereditarieta’ e la variabilita’

genetica degli organismi

Che cos’è la genetica medica?

Analizza le applicazioni della genetica nella pratica clinicariguardando un gran numero di malattie sia quelle

di interesse pediatrico sia quelle dell’adulto

Il principale impatto della Genetica medica sulla salute umana riguarda il controllo delle malattie attraverso la

diagnosi e la prevenzione

In che cosa consiste la ricerca genetica oggi?

La ricerca genetica degli ultimi vent’anni ha portato a identificare con successo un certo numero di geni che, quando mutati, sono la causa di malattie ereditarie rare (come la fibrosi cistica, diverse forme di distrofia muscolare,etc….).

Un progresso simile non è stato ancora raggiunto per malattie genetiche molto comuni e ad alta frequenza nellapopolazione, dette malattie genetiche complesse (diabete, ipertensione,malattie cardiovascolari, ecc.). Questa complessità è dovuta al fatto che esse sono causatenon da mutazioni in un singolo gene ma in più geni e dallaloro interazione con l’ambiente (ad esempio la dieta e lo stile di vita per le malattie cardiovascolari).

Sequenziamento del Genoma Umano: primo passo per identificare la componente genetica di malattie

come diabete, cancro, coronaropatie, ipercolesterolemia

1986 Il premio Nobel Renato Dulbecco e Leroy Hood lanciano l'idea di sequenziare l'intero genoma Umano.

• La disponibilità della sequenza rende piùsemplice l’identificazione dei geni responsabili delle malattie mendeliane• Sequenza completa di tutti i geni• Possibilità di determinare la struttura esoni-introni• Mappare i geni e le altre sequenze• Rivelare le regioni di controllo non codificanti• Identificare polimorfismi• Scoprire l’inatteso

Perchè?Progetto Genoma Umano

1953 James Watson e Francis Crick determinano la struttura del DNA (La doppia elica)

1977 Gli scienziati americani Allan Maxam and Walter Gilbert e l'inglese Frederick Sanger mettono a punto 2 diversi metodi per sequenziare il DNA, cioè per "leggere" la successione dibasi nucleotidiche che lo compongono. Il metodo di Sanger, oggi automatizzato, è quello tuttorautilizzato.

1985 Lo scienziato americano Kary Mullis inventa la PCR, una tecnica che permette di moltiplicareartificialmente il DNA, anche se presente in quantità minima.

1986 Il premio Nobel Renato Dulbecco e Leroy Hood lanciano l'idea di sequenziare l'intero genoma Umano.

1990 Negli Stati Uniti nasce ufficialmente lo Human Genome Project (HGP), sotto la guida diJames Watson. Negli anni successivi Regno Unito, Giappone, Francia, Germania, Cina si unisconoal progetto formando un consorzio pubblico internazionale. In Italia il progetto genoma nasce nel1987 ma si interrompe nel 1995.

1992 Craig Venter lascia l'NIH e il progetto pubblico. Fonderà una compagnia privata, la Celera Genomics, portando avanti un progetto genoma parallelo.

1993 Francis Collins e John Sulston diventano direttori rispettivamente del National Human Genome Research Center negli USA e del Sanger Center in Inghilterra, i 2 principali centricoinvolti nel HGP.

LE TAPPE DEL PROGETTO GENOMA

Craig Venter Francis Collins

National Human Genome Research CenterCelera Genomics

1999 (Dicembre) Pubblicata su Nature la sequenza completa del cromosoma 22.

2000 (Maggio) pubblicata su Nature la sequenza completa del cromosoma 21.

2000 (Giugno) Francis Collins e Craig Venter annunciano congiuntamente di aver completato la "bozza" del genoma Umano.

2001 La bozza completa del genoma umano (che gli inglesi chiamano working draft) è pubblicata su Nature (quella del consorzio pubblico) e su Science (quelladella Celera).

2000-2001Il Genoma Umano completamente

sequenziato e assemblato

Nella fase immediatamente successiva si tratterà di cercare di sapere la funzione del maggior numero possibile dei nostri geni. Averli individuati tutti e conoscere la funzione di alcuni di essi non è chiaramente sufficiente a soddisfarela nostra curiosità e a venire incontro alle nostre aspettative per quantoriguarda le applicazioni alla nostra salute. Va detto subito che questa fase saràmolto più lunga di quella che si sta per concludere e richiederà decenni, se non secoli. Il guadagno dovrebbe essere però straordinario soprattutto dal punto divista conoscitivo. Sapremo che cosa fanno i geni di cui conosciamo qualcosa, cosa fanno qu elli che conosciamo appena e cosa fanno anche quelli che non conosciamo e che non immaginiamo nemmeno che possano esistere.

venerdi , 07 aprile 2000BIOLOGIA

Un «libro delle istruzioni»Un «libro delle istruzioni», la cura dei tumori è più vicina

Boncinelli Edoardo3/5

www.corriere.it

Progetto Genoma Umano

I nucleotidi sono quattro e sono le molecole di base con le quali è costruito il DNA, sono indicati anche con il termine di basi e sono

l'adenina (A), la timina (T), la guanosina (G), la citosina (C).

Sequenziare vuol dire quindi "leggere" l'ordine in cui sono disposte lungo il DNA le basi, cioè le lettere del codice genetico.

Il Progetto Genoma Umano prevede l'analisi del genoma attraversola tecnica del sequenziamento del DNA.

Il sequenziamento consiste nell'individuare e ordinare tutti i nucleotidi che costituiscono il nostro patrimonio genetico così come sono posizionati nel genoma.

• il DNA viene frammentato in tanti piccoli frammenti• isolamento di un frammento di DNA• inserimento in un vettore che consente di ottenerne una quantita’illimitata

• sequenziamento

Approcci

Il DNA analizzato dal Progetto Genoma Umano proviene da piccoli campioni di sangue o di altri tessuti, ottenuti da molti individui

diversi e sani.

-Sequenziamento di un numero SUFFICIENTEMENTE ALTO di frammenti selezionati in maniera random

In questo modo ovviamente si ottengono le sequenze di frammenti di DNA di cui non si conosce l'ordine. I frammenti, essendo stati generati in maniera casuale, saranno parzialmente sovrapponibili e pertanto sarà possibile, grazie sia ad un lavoro manuale che all'ausilio dei computer, ordinare tutti i frammenti e ottenere un'unica lunga sequenza di DNA, cioè la sequenza completa del genoma umano

atgcaagcctacgtcctaccgcattaacaggU65747

U85746 gcattaacaggcgattagggcatcccagctgg

atgccatgcaagcctacgtcctaccgcattaacagggcattaacaggcgattagggcatcccagctgg

Assemblaggio dei CONTIGS28643 sequenze

Aprile 2003: Progetto Genoma Umano completato(99% sequence; accuracy 99.9%)

Sequencing Centers: China, France, Germany, Japon, UK, USA

Data from Human Genome Project: free on dedicated databasesData from Celera: available for a fee

Human Genome Project: sforzi economici dei governi di diversi paesiCELERA: capitali privati americani

Questo tipo di conoscenze permetterà di identificare le eventuali differenze genetiche tra persone affette da patologie e persone sane, e in futuro l'individuazione di queste divergenze potrebbeessere utile non solo per diagnosticare una malattia prima dell'insorgenza, e pertanto prevenirla dove possibile, ma anche per ideare strategie per curare definitivamente questi soggetti correggendo l'alterazione direttamente a livello del genoma.

Il sequenziamento non ci fornisce informazioni direttamente applicabili per conoscere i meccanismi alla base dei processi fisiologici e patologici dell'uomo, ma rappresenta uno strumento grazie al quale sarà più semplice in futuro identificare il ruolo delle diverse porzioni di DNA.

Quali informazioni?????

Il Genoma Umano in numeri

• 23 paia di cromosomi• 3.000.000.000 paia di basi• 30.000-40.000 geni

•Non si conosce la funzione di circa la meta’ dei geni scoperti

Che cosa ci dicono i risultati del Progetto Genoma Umano??

• Piu’ del 50% del genoma e’ costituito da sequenze ripetute con funzione sconosciuta

• L’organizzazione del genoma umano

1. le regioni ricche di geni sono ricche in G e C2. le regioni povere di geni sono ricche in A e T3. Il cromosoma 1 ha il maggior numero di geni (2968), il cro

mosoma Y il minor numero (231)

• Meno del 2% del genoma codifica per proteine

Esoni e Introni

• I geni coprono solo il 2% dell’intero genoma umano, il resto è porzione non-codificante le cui funzioni, ancora non ben definite, potrebberoincludere:

1) il mantenimento dell’integrità strutturale del cromosoma,

2) la regolazione della quantità di proteine tradotte

• I termini esoni ed introni si riferiscono alla porzione codificante e non (rispettivamente) del gene.

CodNon-cod

Il Genoma Umano rispetto agli altri organismi

Che cosa ci dicono i risultati del Progetto Genoma Umano??

Non si può capire come è fatto il genoma umano e come funzionano i nostri geni se non

li confrontiamo con quelli dei principali organismi modello:

Gli altri progetti genoma E. ColiS. CerevisiaeDrosophila MelanogasterDanio Rerio (zebrafish)Mus musculusRattus NorvegicusPrimati non umani

I meccanismi che controllano la riparazione del DNA, importantissimi per comprendere la biologia del cancro, sono conservati fino ai batteri.

I meccanismi che controllano la duplicazione del DNA e le transizioni che accompagnano il

ciclo cellulare sono ben conservati fino ai lieviti.

I meccanismi che determinano l’impostazione del piano di sviluppo corporeo sono

sorprendentemente simili negli insetti e nei mammiferi.

Solo il confronto con gli organismi modello (genomica comparativa) ci permetterà di

conoscere cosa ci accomuna alle altre specie e le ragioni delle nostre peculiarità.

Inoltre i modelli sperimentali geneticamente trattabili sono fondamentali per lo studio della

funzione genica in condizioni normali e patologiche

Hs ATCTACGACTTCCAAGTCATCTGTAGTCCA1 CTCTGCGACTTCCACGTCATCTGACGTGGA2 AACTATGAATTCCAAGTCATCTGAAATGCT 3 ATGTACCACTTCCAAGTCATCTGAAGAGCA4 TTCATCGCCTTCCAAGTCATCTGCAGTACA5 AGCTAAGACTTCCATGTCATCTGACGTGTA6 ATATACCAGTTCCAAGTCATCTGAATTGCG7 ATCCACGGCTTCCAAGTCATCTGAAGCGCA

Il genoma umano e quello delle scimmie antropomorfe è identico per più del 98%

Il gene Foxp2 svolge un ruolo essenziale nello sviluppo della comunicazione sociale.

L'associazione fra Foxp2 e il linguaggio era stata identificata per la prima volta in una famiglia nella quale metà dei membri avevano gravi disturbi della lingua e della grammatica. Gli studi avevano indicato che gli individui in questione presentavano tutti una mutazione nel gene Foxp2, che si trova sul braccio lungo del cromosoma 7.

From Nature Reviews NeuroscienceFebbraio 2005

Le persone con una sola copia di questo gene funzionante hanno problemi nell'articolare il linguaggio, nel seguire le regole grammaticali e nel muovere i muscoli del viso.

FOXP2 e’ un gene presente anche nei topi e negli scimpanze’, ma che ha subito una mutazione recente nell’evoluzione (circa 120-200 mila anni fa) producendo una nuova sequenza genica che si e’fissata nella nostra specie

Grazie alle proteine prodotte dalla nuova sequenza genica, bocca e laringe si sono perfezionate tanto da permettere l´articolazione di suoni complessi

VARIABILITA’ GENETICA INTERINDIVIDUALE

Sebat et al, Science 2004; Iafrate et al, NG 2004

L’analisi dell’intero genoma, eseguita in PERSONE

NORMALI, ha evidenziato centinaia di regioni,lunghe almeno 100 KB, presenti in

piu’ copie (duplicazioni, triplicazioni) o deleterispetto alle due copie

attese, una materna e una paterna

7

8

In alcune regioni il nostro genoma non e’ diploide

duplicationdeletioninversion

from few Kb to some Mb

[genomic variants database]

Iafrate, 2004; Sebat, 2004;Tuzun, 2005; Redon, 2006

Migliaia di regioni genomiche (CNVs)

sono state trovate delete o duplicate in individui normali

Almeno il 10% del nostro genoma e’ costituito da regionipresenti in piu’ o meno copie rispetto alle due attese

secondo la genetica mendeliana

C. Lee, 2008

Il numero di copie per ogni sequenza di DNA, sia genica che extragenica, e’

diverso in diversiindividui e tale variabilita’ interessa

almeno il 10% del nostro genoma

Come conseguenza la lunghezza del DNA di due individuisani puo’ differire anche di 20 Mb

R. Redon, 2006; KK Wong, 2007

Che tipo di geni sono contenuti all’interno delleCNV benigne??

Geni per i recettori dell’olfatto

Geni per la risposta immune Oncosoppressori

Geni per il metabolismo degli ormoni e dei farmaci

Geni per I processi digestivi (i.e. amylase genes)

12

sono associate a variabilita’ fenotipica e a una maggiore suscettibilita’ alla malattia??

subiscono una pressione selettiva??

Qual’e’ il significato e la funzione diqueste

varianti benigne????

1. Selezione positiva di una CNV

Gene dell’amilasi, AMY gene, codifica per l’amilasi alpha salivare una delle componenti

principali dellasaliva

Il numero di copie del gene dell’amilasi salivare (AMY1) e’ correlato positivamente con

la quantita’ della proteina salivare

Si possono delineare diverse situazioni

Diet and the evolution of human amylase gene copy

number variation

George H Perry, NG 2007

E’ stata dimostrata una correlazione tra numero di copiedel gene AMY1

e abitudini alimentari, in particolare l’ingestione di amido

Maggiore e’ il contenuto di amido nella dieta, maggiore e’il numero di copie

del gene – maggiore quantita’ di amilasi salivare facilita la digestione di amido

Societa’ BiakaRaccoglitori e cacciatori

Popolazioni articheessenzialmente pescatori

Basso numero di copie del gene AMY1

cibi che contengono amido come mais, riso, grano, legumi e tapioca e patate

Popolazioni asiatiche

Il numero di copie del gene AMY1 e’maggiore

a- individuo giapponeseche ha 14 copie del gene AMY1

10 su un cromosoma 1 e 4 sull’omologo

Le sonde verde e rossa coprono il gene AMY1

b- individuo di razza Biaca cn 6 copie del gene

c- scimpanze’, essenzialmentefruttivori, con sole due copie

George H Perry, NG 2007

2. Il diverso numero di copie di una determinata sequenza di DNA puo’agire come fattore di suscettibilita’ per specifiche malattie

Ad es la regione 17q12 contiene numerosi geni che codificano per delle chemochine

presenti in un numero di copie diverse in diversi individui

Le chemochine sono una famiglia di proteine coinvolte nella risposta immunitaria.Hanno il compito di richiamare varie popolazioni cellulari che partecipano alla

risposta immune, granulociti neutrofili ed eosinofili, linfociti e monociti

Il gene CCL3L1 e’ il piu’ potente ligando conosciuto per un recettore CCR5che

funziona da recettore anche per il virus HIV

CCL3L1

• i recettori delle chemochine sono coinvolti in associazione con l’antigeneCD4 nell’infezione da HIV

• un maggior numero di chemochine puo’ bloccare il legame del virus HIV alrecettore e la sua entrata nella cellula

Gonzalez, Science, 2005

E’ stato dimostrato che il numero di copie del gene CCL3L1 edi conseguenza la

quantita’ di proteina prodotta varia moltissimo tra gli individuie tra diverse popolazioni

Gli individui con un maggior numero di copie del gene sonopiu’ resistenti all’infezione da HIV, mentre quelli con

un numero di copie minore sono piu’ suscettibili all’infezione del virus

Cosa ancora non sappiamo………

• Esatto numero dei geni, localizzazione e funzione

• Regolazione dei geni

• Tipi di DNA non-codificante, distribuzione, che tipo diinformazione contengono e relativa funzione

• Struttura e funzione di molte proteine

• Correlazione tra variazioni di sequenza tra singoli individuicon la salute e la malattia ( predizione della suscettibilita’a specifiche malattie a secondo della variabilita’ individuale)

• Geni coinvolti nelle malattie complesse

Benefici del progetto Genoma Umano

• migliorare la diagnosi di malattia

• identificazione di predisposizione genetica a specifichemalattie

• creazione di farmaci sulla base di informazioni molecolari

• possibilita’ di terapia genica

• produzione di “ farmaci personalizzati” sulla base deiprofili genetici individuali

Medicina

Studi sull’evoluzione

• studi sull’evoluzione e sulla migrazione di popolazionisulla base dello studio dei genomi materni e paterni


Identificazione delle vittime di crimini o catastrofiattraverso l’analisi del DNA

Identificazione di potenziali sospetti paragonandone i profilidi DNA con quelli ad esempio estratti da macchie organiche,(sangue, sudore), capelli o tracce organiche riscontrate sullascena del crimine

Scagionare persone accusate erroneamente di un crimine

Identificare il piu’ adatto donatore nei trapianti d’organo


Agricoltura

Creazione di piante resistenti alle malattie e agli insetti

Creazione di piante piu’ nutrienti

Sviluppo di biopesticidi


Documents

Biologia - fisiokinesiterapia.biz · • Il trasporto di ioni e di gran parte dei composti organici ... In numerosi tessuti: le cellule che hanno esaurito il loro ruolo o con DNA