GENOMICA STRUTTURALE: GENOMICA FUNZIONALE:

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1 GENOMICA STRUTTURALE: GENOMICA FUNZIONALE: 1. Anatomia dei genomi 8. Funzionamento dei genomi Il genoma dei procarioti Modificazioni della cromatina e l espressione del Il genoma degli eucarioti genoma 2. La mappatura dei genomi Microarray e RNA-seq Mappatura genetica Metil-seq Mappatura fisica Chip-seq 3. Il sequenziamento automatico del DNA Il principio del sequenziamento secondo Sanger Il sequenziamento su larga scala La lettura dei tracciati di sequenziamento 4. Il sequenziamento del genoma I nuovi metodi di sequenziamento Il sequenziamento gerarchico Il sequenziamento shogun Piattaforme di sequenziamento di interi genomi 5. Assemblaggio e annotazione del genoma Copertura del genoma Phrap/Consed Approccio Overlap-Layout-Consensus ed Euleriano La verifica delle sequenze Le caratteristiche funzionali delle sequenze genomiche 6. I Progetti Genoma Il Progetto Genoma Umano Il Progetto Genoma Animali Il Progetto Genoma Piante Il Progetto Genoma Microrganismi 7. Genotipizzazione Gli SNP e la variazione La genotipizzazione degli SNP

2 Central dogma DNA trna transcription rrna ncrna mrna translation POLYPEPTIDE

3 Epigenetica L epigenetica è quella branca della Genetica che descrive i fenomeni ereditari in cui il fenotipo è determinato non tanto dal genotipo ereditato in sé (la sequenza di DNA) quanto dalla sovrapposizione (epi in greco significa sopra ) al genotipo stesso di un segnale molecolare che ne influenza il comportamento funzionale. DNA nucleosoma istoni? Il segnale epigenetico è una qualsiasi alterazione ereditabile che influenza l attività genica senza cambiare la sequenza del DNA

4 Epigenetics refers to the study of changes in the regulation of gene activity and expression that are not dependent on gene DNA sequence While epigenetics often refers to the study of single genes or sets of genes, Epigenomics refers to more global analyses of epigenetic changes across the entire genome

5 Epigenetic phenomena Genic, chromosome and genomic imprinting Heterochromatin formation Eukaryotes Vertebrates, Invertebrates and Plants Centromere function Polycomb group proteins RNA interference (PTGS) Mammals Drosophila Eukaryotes Transvection Paramutation Drosophila Plants RIP e MIP (Quelling) Fungi

6 M P zigote M P P M M M P P embrioni ginogenoti scarsa formazione degli annessi embrionali embrioni androgenoti scarso sviluppo del corpo dell embrione

7 Instaurazione dell imprinting

8 Meccanismi epigenetici DNA nucleosoma modificazioni delle proteine? istoni modificazioni? del DNA ncrnao srna

9 Modificazioni del DNA

10 DNA nucleosoma modificazioni delle proteine istoni modificazioni del DNA Modificazioni del DNA= addizione covalente di un gruppo a sequenze specifiche metilazione della citosina

11 Mammals methylation predominant occurs at CpG site Plants methylation occurs at CG, CHH, CHG sites

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13 Modificazioni delle proteine

14 DNA nucleosoma modificazioni delle proteine istoni modificazioni del DNA Modificazioni delle proteine = addizione covalente di un gruppo a proteine specifiche della cromatina modificazioni post-traduzionali degli istoni Acetilazione Fosforilazione Metilazione Ubiquitinazione delle code istoniche

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17 Differenti combinazioni di gruppi funzionali aggiunti alle code istoniche creano specifici segnali per attrarre o respingere complessi multiproteici deputati alla regolazione dell espressione dei geni CODICE ISTONICO

18 Acetilazione Fosforilazione Metilazione Ubiquitinazione H3 H4 H2A H2B 4K Me 9K Me 16K Ac 20K Me cromatina 16K Ac 4K Me 16K Ac 4K Me 9K Me 20K Me 9K Me 20K Me 16K Ac 16K Ac 4K Me 9K Me 20K Me 9K Me eucromatina eterocromatina

19 cromatina proteine non istoniche 9K Me 9K Me 9K Me eucromatina eterocromatina

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21 ncrna non codingrna o smallrna ncrna-seq sirna microrna

22 sirna A small interfering RNA is a class of nucleotidelong, double-strand RNA molecule (dsrna) with 2-nt overhangs on either end, including a 5' phosphate group and a 3' hydroxy (OH) group, that interferes with the expression of genes. sirnas are naturally produced as part of the RNA interference (RNAi) pathway by the enzyme Dicer. They can also be exogenously (artificially) introduced by investigators to bring about the knockdown of a particular gene

23 Molecole di sirna si producono a partire da lunghe molecole di RNA bicatenario prodotte da elementi genetici normalmente silenti o estranei alla cellula,quali trasposoni,virus o transgeni. Gli sirna agiscono principalmente determinando la degradazione del mrna bersaglio attraverso un meccanismo definito RNA interference(rnai) RNAiperciò rappresenta un sistema di difesa contro l invasione di elementi genetici estranei e di conservazione della stabilità del genoma

24 dsrna DICER sirna= 21-25nt RNA RISC RNA Interference Specific Complex + mrna target RISC mrna target degradato

25 mirna A micro-rna is a form of single-stranded RNA which is typically nucleotide long. It is thought to regulate the expression of other genes. mirnas are RNA genes which are transcribed from DNA, but are not translated into protein.

26 The DNA sequence includes the mirna sequence and an approximate reverse complement. When this DNA sequence is transcribed into a single-stranded RNA molecule, the mirna sequence and its reverse-complement base pair to form a double stranded RNA hairpin loop; this forms a primary mirna structure (pri-mirna). In animals, the nuclear enzyme Drosha cleaves the base of the hairpin to form pre-mirna. The pre-mirna molecule is then actively transported out of the nucleus into the cytoplasm by Exportin 5, a carrier protein. The Dicer enzyme then cuts nucleotides from the base of the hairpin to release the mature mirna. In plants, which lack Drosha homologues, pri- and pre-mirna processing by Dicer probably takes place in the nucleus, and mature mirna duplexes are exported to the cytosol by Exportin 5.

27 Pasha

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29 sirna agiscono solo per complementarietà perfetta per cui ogni sirna può avere un unico mrnabersaglio Diversamente, i mirna costituiscono una numerosa classe di geni endogeni filogeneticamente conservati, la cui funzione è di inibire l espressione genica principalmente attraverso l inibizione della traduzione Ogni mirna, per il suo caratteristico meccanismo d azione può avere più di un mrna bersaglio