RELAZIONE di BIOLOGIA MOLECOLARE

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Rocco Lolli
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1 NOME: Marini Selena MATRICOLA: RELAZIONE di BIOLOGIA MOLECOLARE CHE ORGANISMO MODELLO È DICTYOSTELIUM? CHE RISORSE BIOINFORMATICHE AGEVOLANO I RICERCATORI CHE LO STUDIANO? Dictyostelium è un genere di amebe che vivono nel sottobosco, si cibano di batteri e si riproducono asessualmente. Sono organismi unicellulari che, in particolari condizioni ambientali, quali la carenza di cibo, sono in grado di formare aggregati pluricellulari, rispondendo a stimoli chimici mediati da camp. La forma aggregata, simile a una lumaca, viene talvolta definita pseudoplasmodio. Lo pseudoplasmodio migra verso zone fortemente illuminate, dove inizia un processo di differenziamento: si forma una base, uno stelo e un corpo fruttifero nel quale le amebe si differenziano in spore. Le spore vengono liberate e in presenza di un ambiente favorevole danno origine a degli individui ameboidi unicellulari. È un organismo modello e viene usato soprattutto in studi che riguardano la biologia dello sviluppo, la biologia molecolare e la tossicologia ambientale. La specie maggiormente studiata è Dictyostelium discoideum. Le caratteristiche che lo hanno reso un organismo modello così importante sono: è un eucariote che condivide molti processi metabolici con gli organismi superiori è facilmente coltivabile in laboratorio ha un tempo di crescita breve il suo ciclo vitale consiste sia di una fase aploide che di una diploide il suo genoma contiene molti geni omologhi a quelli di molti organismi superiori, che sono assenti in Saccharomyces cerevisiae molti dei processi biologici, per i quali viene studiato e che hanno un ruolo fondamentale in molte malattie e disfunzioni, sono assenti o difficilmente studiabili in altri organismi modello. I processi biologici per i quali Dictyostelium è un buon modello di studio sono: la chemiotassi, il differenziamento cellulare, la trasduzione del segnale e la fagocitosi. La forma unicellulare possiede un corredo cromosomico aploide. È stato sequenziato l'intero genoma di D. discoideum: è costituito da 34Mb e contiene circa geni su 6 cromosomi. Grazie al sequenziamento del genoma di questo organismo è stato possibile studiare più facilmente ed efficientemente numerosi geni che causano alcune malattie umane con molte tecniche di genetica molecolare, come: geni knock-out, geni knock-in, mutagenesi... I risultati ottenuti sia dal sequenziamento che dai vari esperimenti sono stati raccolti in

specifici database che rappresentano un importantissima risorsa bioinformatica per ulteriori studi e possibili analisi comparate con altri organismi.

2 specifici database che rappresentano un importantissima risorsa bioinformatica per ulteriori studi e possibili analisi comparate con altri organismi. Una delle più importanti risorse bioinformatiche che riguardano Dictyostelium è DictyBase. DICTYBASE DictyBase è un database genomico di Dictyostelium: contiene tutto il genoma di D.discoideum e di D.purpureum compreso il DNA mitocondriale e l'rna ribosomale. Oltre ad avere informazioni di carattere generale riguardanti questa specie, con relativi video, è possibile cercare un determinato gene dal tool Genome Browser, che permette di visualizzare la mappa dei vari cromosomi e del DNA mitocondriale e ribosomale di Dictyostelium.

3 Selezionando un cromosoma e successivamente un gene dalla mappa relativa si ottengono le seguenti informazioni: nome codice ID (relativo al database DictyBase) localizzazione nel genoma struttura genica (composizione introni/esoni)

4 sequenza nucleotidica genomica e codificante corrispondente prodotto proteico (sequenza amminoacidica, codice DDB, domini, lunghezza,...)

5 classificazione funzionale secondo la Gene Ontology (GO) lista di ortologhi (geni con la stessa funzione, ma appartenenti ad organismi diversi)

6 articoli scientifici riguardanti il gene in analisi In DictyBase è possibile anche ottenere i diversi fenotipi che si osservano in seguito a mutazioni del gene in esame e, selezionando un mutante della lista, le corrispondenti caratteristiche specifiche.

7 È possibile anche fare una ricerca tramite BLAST inserendo il codice DDB o direttamente la sequenza e scegliendo poi i vari parametri (tipo di sequenza query, programma di BLAST, organismo, tipo di database, E-value, n di allineamenti da mostrare, matrice,...) per caratterizzare la ricerca.

DictyBase contiene inoltre delle risorse esterne, che permettono di ottenere delle informazioni che in altri database non sono disponibili; per esempio tramite DictyCyc è possibile ottenere

8 DictyBase contiene inoltre delle risorse esterne, che permettono di ottenere delle informazioni che in altri database non sono disponibili; per esempio tramite DictyCyc è possibile ottenere informazioni riguardanti i processi metabolici di Dictyostelium. Ogni processo è ben descritto; è possibile visualizzare le varie proteine coinvolte, con i relativi trascritti da cui sono codificate e la loro localizzazione genomica, le reazioni da esse catalizzate e i rispettivi prodotti finali.

9 È inoltre possibile fare un confronto dei processi metabolici tra Dictyostelium ed Escherichia coli.

11 Una seconda risorsa esterna collegata a DictyBase è DictyExpress, un'applicazione interattiva, che permette di visualizzare il profilo di espressione di un determinato gene, facendo riferimento ai dati di più di 1000 esperimenti di espressione genica effettuati su geni di Dictyostelium dal Baylor College of Medicine. Il profilo di espressione può essere ottenuto mediante esperimenti di RNA-seq o di microarray. DictyExpress è costituito da sei componenti: Gene Expression Query: permette di scegliere le condizioni di un determinato esperimento (strain, treatment, growth) e selezionare l' insieme di geni di cui si vuole visualizzare il profilo. Cliccando sul nome di un gene si apre la pagina relativa del database DictyBase. Expression Profile: permette di visualizzare il profilo di espressione di un gene per un dato esperimento e un dato insieme di geni selezionati. Premendo il tasto find similarly expressed genes vengono visualizzati i geni che hanno un profilo di espressione simile al gene target. Invece con il tasto freehand è possibile modificare un profilo o parte di esso ridisegnandolo a mano, e quindi cercare geni che presentano un profilo uguale o simile a quello disegnato. Gene Ontology: permette di caratterizzare i geni in esame secondo una classificazione ad albero, che riguarda tre aspetti in particolare: il processo biologico, la funzione molecolare e la componente cellulare. Si può analizzare un

12 solo aspetto alla volta. L'insieme di geni selezionati costituisce la query, mentre tutti i geni del genoma sono usati come set di riferimento; quello che si ottiene è una frazione che indica il numero di geni del set query, che possono essere definiti con un dato termine, sul totale dei geni del set di riferimento. Hierarchical Clustering: rappresentazione dei profili di espressione di un insieme di geni in uno schema ad albero (dendrogramma) interattivo. Coexpression Network: permette di visualizzare i geni che hanno un elevato grado di similarità con un gene target, attraverso una rete (network), che mostra anche le distanze relative tra i geni.

13 Experiment Comparison: permette di visualizzare il profilo di espressione di un determinato gene in una serie di esperimenti selezionati. DictyBase (NCBI) è solo una delle risorse bioinformatiche riguardanti l'organismo modello Dictyostelium; altre simili sono per esempio DictyEnsembl (EBI) o Dicty WorkBench (UCSD/SDSC).

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