Chimica Biochimica Biologia. Biologia Molecolare. Decodificazione Genoma Umano. Post-Genomica Medicina Molecolare. Patogenesi Terapia Diagnosi

Transcript

1

2 Patogenesi Terapia Diagnosi Dalla Genomica alla Medicina Molecolare Chimica Biochimica Biologia Biologia Molecolare Decodificazione Genoma Umano Post-Genomica Medicina Molecolare

3 La CELLULA Nasce Si sviluppa Differenzia ed impara a fare una funzione Muore ad un tempo prefissato in condizioni normali Viene sostituita da nuove cellule figlie La CELLULA Mangia e beve Respira Parla Ascolta Segnala Coordina È coordinata vive

4 Ensembl Human Statistics Last Update: Ensembl gene predictions: Genscan gene predictions: Ensembl gene exons: Ensembl gene transcripts: Contigs: Clones: Base Pairs: Golden Path Length:

5 Genoma & Ambiente Adattamenti continui Differenze Individuali predisposizione resistenza

6

7 Il Genoma è in continuo dinamismo per ricevere e fornire informazioni alle diverse cellule dell organismo, in relazione con l ambiente. La stessa informazione genetica varia nel corso della vita, dal momento in cui lo zigote singola cellula, derivato dalla fusione del nucleo dello spermatozoo con l ovocita, attiva il programma unico del nuovo individuo. Dalla fecondazione alla morte dell individuo, una serie di geni vengono progressivamente attivati e repressi mentre il genoma nel suo complesso evolve lentamente mediante diverse modificazioni

8 Qual è la Base Genetica delle Differenze Individuali? Si calcola che nel nostro genoma esistano circa differenze di un singolo nucleotide all interno delle sequenze regolative (psnp) e nelle sequenze codificanti (csnp) correlate ai diversi geni. A questo numero vanno ancora aggiunte un numero ancora imprecisato di varianti SNP nelle regioni intergeniche (rsnp). Queste minime differenze di sequenza sono correlate a differente funzionamento dei geni e/o dei corrispondenti prodotti genici. Queste minime differenze di espressione o di funzionamento comportano una parte significativa della variabilità che ognuno sperimenta nella interazione in senso lato con l ambiente (fattori fisici, chimici, ambientali, infettivi, alimentazione, etc.)

9 I geni che presentano varianti alleliche nella popolazione sono detti polimorfici

10 Tali polimorfismi sono spesso a carico di singole basi e vengono pertanto definiti SNP Single Nucleotide Polymorphisms Si definiscono polimorfici tutti quegli alleli (o loci) che sono presenti almeno nell 1% della popolazione

11 Single Nucleotide Polymorphisms Tali polimorfismi sono spesso a carico di singoli nucleotidi (SNP) Si definiscono polimorfici tutti quegli alleli (o loci) che sono popolazione

12 I polimorfismi o gli aplotipi (combinazione di polimorfismi) identificati vengono utilizzati in studi di associazione allelica per verificare se essi correlino con un determinato profilo genetico

13 Struttura Generale di un Gene Eucariotico

14

15 CONTROLLO DELL ESPRESSIONE GENICA 1) TRASCRIZIONALE 2) POST TRASCRIZIONALE 3) TRADUZIONALE 4) POST - TRADUZIONALE

16

17

18

19 40.000

20 MUTAZIONI SOMATICHE O GERMINALI GENICHE Incidenza teoriche (sperimentale) per alleli recessivi = 10-6 per allele/generazione CROMOSOMICHE 0.5% dei neonati di origine caucasica; 1/3 degli aborti spontanei GENOMICHE In genere incompatibili con la vita se in cellule germinali; frequenti nei tumori N.B. - Non tutti i difetti informazionali determinano una alterazione fenotipica identificabile; - Esiste sempre un equilibrio tra meccanismi di riparazione del danno molecolare genico ed influenze ambientali ed endogene

21

22 MUTAZIONI PUNTIFORMI 1 SOSTITUZIONE A transizioni purina purina A G B transversioni purina pirimid C T correzione per reversione 2 INSERZIONI 3 DELEZIONI 4 DUPLICAZIONI 5 INVERSIONI EFFETTI FUNZIONALI SUL PRODOTTO GENICO A SEQUENZE CODIFICANTI sostituzioni mutaz. senso non senso missenso effetto funzionale sul prodotto Inserz. Delez. Frame shift effetto su sintesi del prodotto B SEQUENZE REGOLATIVE ALTERAZIONI: - livello d espressione - controllo della trascriz. - allungamento - stabilità

23 MUTAZIONI CROMOSOMICHE

24

25

26

27

28

29 Una delle cellule dell embrione, durante le fasi precoci dell embriogenesi allo stadio di morula o blastocisti, può subire una mutazione o un alterazione genetica. Questa alterazione verrà ereditata esclusivamente dalla progenie cellulare derivante da quella singola cellula. Alla fine dello sviluppo embrionale solo alcuni tessuti avranno ereditato la mutazione. Se la mutazione coinvolge un tessuto dove il gene mutato non viene espresso, la mutazione sarà silente. Viceversa, se la mutazione viene ereditata da un tessuto esprimente quel gene allora sia avrà manifestazione di malattia.

30 Silvia Irina Briganti Davide Colistra Lorenza Romani III anno Medicina AA Le malattie citogenetiche sono causate da Mutazioni Cromosomiche: determinano alterazioni dei cromosomi. Alterazioni qualitative Alterazioni quantitative La sindrome di Down è una malattia citogenetica che colpisce 1 su 700 bambini nati vivi ed è la causa genetica primaria di ritardo mentale nel mondo Nel 95% dei casi la sindrome di Down può essere identificata con la trisomia 21. Trisomia: cariotipo aneuploide con tre copie di un cromosoma invece di due ( alterazione quantitativa)

31 Nel 4% dei casi la sindrome di Down è dovuta ad una traslocazione robertsoniana (alterazione qualitativa) di cui è portatore uno dei due genitori. Questa determina il trasferimento del braccio lungo del cromosoma 21 su un altro cromosoma acrocentrico, molto spesso il XX, rob (14q21q) o 46 XY, rob (14q21q) Non basta capire quali sono i geni presenti sul cromosoma 21 e la loro funzione ma è necessario comprendere l effetto di una triplice copia di questi geni Nell 1% dei casi i soggetti con sindrome di Down sono dei MOSAICI Il mosaicismo è dovuto ad errori mitotici post-zigotici che portano ad una nondisgiunzione del cromosoma 21. si ha una combinazione di cellule con 46 e con 47 cromosomi nello stesso individuo Numerosi quadri clinici : molte di queste varianti cliniche sono attribuite alla presenza di polimorfismi sia sul cromosoma 21 che su cromosomi diversi dal 21

32 PREPARAZIONE DI UN CARIOTIPO Soluzione acida ipotonica con cui i nuclei, una volta caduti sul vetrino riversano il contenuto cromosomico Colchicina, aggiunta alle cellule di coltura dopo cca ore. Blocco in metafase Cromosomi non si uniscono in fuso mitotico e quindi visibili separatamente Fissazione del preparato sul vetrino con acido acetico al 60% vol per immagini nitide

33

34

35 Interazione tra Informazione Genetica e Programma Epigenetico SIN DALLA FORMAZIONE DELLO ZIGOTE Informazione Genetica: Genoma, DNA, cromosomi Informazione scritta sulla sequenza del DNA Unica, Irripetibile, relativamente Stabile Programma EpiGenetico: metilazione di DNA e di proteine acetilazione di proteine, microrna, lunghezza telomeri modificazioni stabili e tramandabili del DNA e delle proteine attraverso una specie di codice Informazione Genetica: Dati Programma EpiGenetico: Programma Operativo

36 FATTORI ENDOGENI PATOLOGIA GENETICA > 4500 malattie genetiche a trasmissione mendeliana (Mc Kusick) ogni individuo è portatore di più di 5 geni alterati 5 < x < 8 mutazioni recessive 80 85% MUTAZIONI FAMILIARI 20 15% NUOVE MUTAZIONI 1) Geni recessivi o dominanti 2) espressione parziale in eterozigoti (tratto, trait ) espressione completa in omozigoti (malattia) 3) Codominanza dei due alleli (HLA e gruppi sang.) 4) Pleiotropismo di espress. (1 gene alterato: diversi eff.) 5) Eterogeneità genetica (mutaz. a diversi loci: stesso eff.)

37 MODELLI DI TRASMISSIONE MENDELIANA 1 AUTOSOMICO DOMINANTE Affetto: eterozigote omozigote - frequenti nuove mutazioni (relazione con alterazioni capacità riproduttiva) - Penetranza - Frequente insorgenza ritardata Geni prevalentemente affetti: PROTEINE NON ENZIMATICHE - regolaz. di complesse vie metaboliche., spesso controllate a feed-back (recettori di membrana, proteine di trasporto) - fondamentali proteine strutturali (collagene, spectrina)

38 Esempi di patologie a trasmissione AUTOSOMICA DOMINANTE SISTEMA Metabolico Nervoso Urinario Gastrointestinale Scheletrico DIFETTO ipercolesterolemia familiare malattia di Huntington, neurofibromatosi, distrofia miotonica rene policistico poliposi del colon sindrome di Marfan

39 Gameti paterni Gameti materni a a A Aa (malato) Aa (malato) a aa (normale) aa (normale) Quadro Punnett per l ereditarietà autosomica dominante

40 B- MODELLI DI TRASMISSIONE MENDELIANA 2 AUTOSOMICO RECESSIVO - il tratto normalmente non si manifesta nei genitori - affetto il 25% progenie - bassa freq. Nella popolazione matrimoni tra consaguinei a. Espressione uniforme b. Penetranza completa c. Indorgenza precoce d. Rare nuove mutaz. cliniche Geni prevalentemente affetti: PROTEINE ENZIMATICHE Quasi tutti gli errori congeniti del metaboismo SISTEMA METABOLICO DIFETTO fibrosi cistica fenilchetonuria galattosemia EMOPOIETICO anemia falciforme talassemie

41

42 MODELLI DI TRASMISSIONE MENDELIANA 3 TRASMISSIONE LEGATA ALLA X SISTEMA DIFETTO Sangue Scheletrico Neurologico Metabolico emofilia A e B distrofia musc. di Duchenne daltonismo favismo

43 (Anemia falciforme)