Diversità. Variabilità genetica. Selezione naturale

Transcript

1 E vecchia esperienza che attraverso i suoi errori la Natura ci offre spesso possibilità inattese di intuire i suoi segreti che sarebbero altrimenti impenetrabili A.Loewy e C. Neuberg

2 Evoluzione

3 Variabilità genetica Selezione naturale Diversità Nuovi modi di sfruttare efficacemente l ambiente Competizione con le altre specie Riprodursi con successo

4 La variabilità genetica causa la formazione di nuove specie I meccanismi fondamentali che provocano variabilità genetica sono: Le mutazioni La riproduzione sessuale

5 Le mutazioni sono variazioni della sequenza nucleotidica del DNA. Possono essere causate da: errori durante la duplicazione del DNA esposizione delle cellule ad agenti fisici o chimici (agenti mutageni)

6 Effetti delle mutazioni Alterazione della funzione di una proteina Nessun effetto sulla proteina Un miglioramento della funzione

7 Alterazione della funzione di una proteina A1 A A A1

8 Nessun effetto sulla proteina A A A1

9 Un miglioramento della funzione A A A1

10 Cicli ripetuti di errori e prove Evoluzione Il caso e la necessità A B A1 B1 A2 B2 A1 soluzione ottimale A2 soluzione indifferente peggiore di A1 B1 soluzione letale B2 soluzione indifferente

11 Alcune parti del genoma cambiano più facilmente di altre nel corso dell evoluzione Altre, invece, sono altamente conservate e corrispondono a regioni funzionalmente importanti di geni che codificano per proteine o per RNA essenziali

12 Rimangono perfettamente riconoscibili in tutte le specie viventi e sono quelli che dobbiamo utilizzare se vogliamo ricercare relazioni di parentela tra i diversi organismi

13 PROTEIN SEQUENCES ALIGNMENT

14 RNA ribosomiale

15 Mutazioni somatiche e germinali

16

17 Le conseguenze che una mutazione genica avrà sull organismo dipendono: Da quando è cambiata la sequenza aminoacidica della proteina; Dalla variazione quantitativa

18 Localizzazione Extragenica Promotore Introni Siti di splicing Sequenza codificante

19

20 Le mutazioni geniche che determinano una variazione quantitativa o qualitativa di una proteina possono causare la comparsa di un fenotipo patologico

21 CDS

22 Mutazioni puntiformi Sostituzione (missense mutations; nonsense mutations) Inserzione o Delezione (frameshift mutations)

23 Sostituzioni Transizioni Purina-purina o pirimidina pirimidina Transversioni Purina pirimidina o pirimidina - purina

24 La sostituzione di un nucleotide può causare: La comparsa di un codone che codifica per lo stesso aminoacido; La comparsa di un codone che codifica per un diverso aminoacido La comparsa di un codone di STOP

25

26 Inserzione o Delezione L aggiunta o la rimozione di 1 o 2 nucleotidi provoca lo scivolamento della corretta cornice di lettura (Frameshift). Di solito si ha l interruzione della sintesi proteica in quanto si vengono a trovare nella nuova cornice di lettura numerosi segnali di arresto.

27

28 11_14.jpg

29 11_11_2.jpg

30 11_12.jpg

31 5 UTR 3 UTR

32 Effetto di alcune mutazioni sull mrna e sulla proteina

33

34

35 Mutazioni dinamiche Espansioni di triplette

36 11_05.jpg

37 11_05_2.jpg

38 X fragile (309550) Frequenza: 1/4000 maschi. Ereditarietà: Legata al cromosoma X. Malattia causata da mutazione dinamica. Genetica: Nel 1991 è stato identificato il gene responsabile. La mutazione è caratterizzata dall amplificazione di un tratto di DNA costituito da una specifica sequenza ripetuta (CGG). Nei soggetti normali è presente un numero di ripetizioni variabili da 6 a 55. Esistono due differenti tipi di mutazione: la premutazione (56-200) e la mutazione completa (>200). La probabilità di espansione aumenta con le dimensioni della premutazione e quindi con il passare delle generazioni (Paradosso di Sherman). Diagnosi: La diagnosi molecolare (Southern blot) permette di individuare anche gli individui con la premutazione.

39

40 Malattia di Huntington (143100) Frequenza: 5-10/ nati vivi Ereditarietà: autosomica dominante. Malattia causata da mutazione dinamica Genetica: Il gene responsabile della malattia ed il suo prodotto proteico sono stati identificati. Il gene definito Intersting Transcript (IT-15), è localizzato sul braccio corto del cromosoma 4 (4p16.3). La malattia è associata all amplificazione patologica di una specifica sequenza ripetuta (CAG) nell allele mutato. Nella popolazione normale la tripletta è ripetuta volte. Nei pazienti affetti il numero di ripetizioni varia da 36 a più di 100. Un numero intermedio di espansioni volte, è considerato una premutazione. Diagnosi: Il test genetico si basa sulla determinazione del numero di espansione della tripletta.

41 Informally, the term mutation is often used to refer to a harmful genome variation that is associated with a specific human disease, while the word polymorphism implies a variation that is neither harmful nor beneficial. However, scientists are now learning that many polymorphisms actually do affect a person's characteristics, though in more complex and sometimes unexpected ways.

42

43

44 SNPs are very common variations scattered throughout the genome. Because they are fairly easy to measure and are also remarkably stable, being inherited from generation to generation, they have become useful as gene "markers. If a particular SNP is located near a gene, then every time that gene is passed from parent to child, the SNP is passed on also. This enables researchers to assume that when they find the same SNP in a group of individual genomes, the associated gene is present also.

45

46 Variations Causing No Changes

47 Variations Causing Harmless Changes

48 Variations Causing Harmful Changes

49 Variations Causing Latent Changes Finally, there are genetic variations that have "latent" effects. These variations, found in coding and regulatory regions, are not harmful on their own, and the change in each gene only becomes apparent under certain conditions. Such changes may eventually cause some people to be at higher risk for cancer, but only after exposure to certain environmental agents. They may also explain why one person responds to a drug treatment while another does not.

50

51 Individual SNP Profiles The genome of each individual contains its own pattern of SNPs. Thus, each individual has his or her own SNP profile. When scientists look at all the patterns from a large number of people they can organize them into groups.

52

53

54 SNPs occur in both coding and noncoding regions and can cause silent, harmless, harmful, or latent effects. SNPs can be markers for cancer. SNPs may also be involved in the different levels of individual cancer risk observed. In the future, SNPs databases may be used to improve cancer diagnosis and treatment planning.

55

56 MUTAZIONI CROMOSOMICHE Di numero (Aneuploidie Monosomie Trisomie) Di struttura (Delezioni, inserzioni, traslocazioni, inversioni)

57

58

59

60

61

62

63

64

65 Sindrome Cri du chat Tumore di Wilms Retinoblastoma Fenotipo Pianto simile al miagolio di un gatto, diverse anomalie del viso, severo ritardo mentale Tumore renale Tumore dell occhio Delezione 5p- 11q- 13q- 15q- Sindrome di Prader-Willi Astenia ed accrescimento lento nei neonati Obesità ed attacchi compulsivi di fame nei bambini e negli adulti

66 Delezioni del braccio corto del cromosoma 5

67

68

69 02_20.jpg

70

71 Cromosomi acrocentrici 13, 14, 15, 21,22

72 02_21.jpg

73 02_22.jpg

74

75

76

77

78

79

80

81 Duplicazioni o delezioni Acquisto o Perdita di materiale genetico Di solito comportano alterazioni fenotipiche

82 Inversioni o traslocazioni Trasferimento di materiale genetico Spesse volte non comportano alterazioni fenotipiche ma possono causare infertilità

83 Disomia uniparentale Sindrome di Prader-Willi Entrambi i cromosomi (15) sono ereditati dalla madre Sindrome di Angelman Entrambi i cromosomi sono ereditati dal padre

84 imprinting genomico In alcuni casi l espressione di alcuni geni può variare secondo se sono stati ereditati per via paterna o materna. Questa espressione differenziale viene definita imprinting genomico

85

86

87 L analisi delle mutazioni permette di:

88 Identificare gli individui in fase presintomatica Individuare gli eterozigoti a rischio di trasmettere una malattia genetica Effettuare la diagnosi prenatale Comprendere le basi genetiche delle malattie complesse più comuni

89