Stesso DNA ma cellule diverse

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Eloisa Grassi
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Stesso DNA ma cellule diverse Organismo (uomo) Il corpo umano è composto damiliardi di cellule Ogni nucleo cellulare è dotato di un identico corredo cromosomico I cromosomi sono in coppia Ogni

1 Stesso DNA ma cellule diverse Organismo (uomo) Il corpo umano è composto damiliardi di cellule Ogni nucleo cellulare è dotato di un identico corredo cromosomico I cromosomi sono in coppia Ogni cromosoma è una lunga molecola di DNA e i geni sono regioni funzionali su questa molecola Il DNA è una doppia elica (Quasi) Tutte le cellule di un individuo hanno lo stesso DNA. Ma non sono tutte uguali! Combinazione di geni on e off = identità cellulare

2 Regolazione ed epigenetica

3 Epigenetica Il merito per avere coniato, nel 1942, il termine epigenetica, definita come "la branca della biologia che studia le interazioni causali fra i geni e il loro prodotto e pone in essere il fenotipo", viene tributato a Conrad Waddington ( ).

4 Cosa è l epigenetica? Insieme di modificazioni che, senza cambiare la sequenza del DNA, ne modificano l espressione Quindi fattori non-genetici che provocano una diversa espressione dei geni dell'organismo

5 EPIGENOMA tutte le caratteristiche epigenetiche possedute da un organismo.

6 A differenza del GENOMA, l EPIGENOMA e diverso tra tessuti diversi, tra le cellule staminali e quelle differenziate, tra le cellule giovani e quelle invecchiate. Oggi sappiamo che l eta, la dieta, le infiammazioni, il genere, l esposizione a farmaci possono alterare l epigenoma e causare malattie, ad esempio il cancro

7 "La differenza fra genetica ed epigenetica può essere paragonata alla differenza che passa fra leggere e scrivere un libro. Una volta scritto il libro, il testo (i geni o le informazioni memorizzate nel DNA) sarà identico in tutte le copie distribuite al pubblico. Ogni lettore potrà tuttavia interpretare la trama in modo leggermente diverso, provare emozioni diverse e attendersi sviluppi diversi man mano che affronta i vari capitoli. Analogamente, l'epigenetica permette interpretazioni diverse di un modello fisso (il libro o il codice genetico) e può dare luogo a diverse letture, a seconda delle condizioni variabili con cui il modello viene interpretato". Thomas Jenuwein (Vienna, Austria)

8 Strumenti dell epigenetica 1. Metilazione del DNA 2. Organizzazione della cromatina 3. RNA non-codificanti

Meccanismi epigenetici: la metilazione del

posizionata, ha la caratteristica di essere

9 Meccanismi epigenetici: la metilazione del DNA Delle quattro basi di cui è fatto il DNA (adenina, citosina, guanina e timina ) è la citosina che, se particolarmente posizionata, ha la caratteristica di essere facilmente metilata in presenza di un enzima metilante.

10 La Citosina metilata

11 Metilazione e cromatina La metilazione della citosina è in stretta relazione con la formazione di cromatina chiusa od aperta la cromatina è una miscela di DNA, proteine ed altre sostanze. Istoni: proteine basiche che legano il DNA (acido) e ne mediano primo e secondo livello di compattamento

Nucleosoma:ottamero di istoni (H2A, H2B, H3 ed H4, 2x) attorno a cui si avvolgono 146 bp in una struttura detta a collana di perle. Fattore di compattamento: 6.

12 Nucleosoma:ottamero di istoni (H2A, H2B, H3 ed H4, 2x) attorno a cui si avvolgono 146 bp in una struttura detta a collana di perle. Fattore di compattamento: 6. Istone H1: avvolge i nucleosomi su loro stessi in una struttura ad elica detta fibra 30 nm Fattore di compattamento: 40. Scaffold: Struttura con anse di DNA tenute in posizione da varie proteine (basiche e non). Fattore di impacchettamento: 1000 per cromosomi interfasici, per cromosomi mitotici.

13 il core di ciascun nucleosoma contiene un ottetto di proteine istoniche [2X (H2A, H2B,H3,H4)] e 146bp di DNA avvolto sono spaziati da un DNA linker circa 60bp H1 è legato esternamente alla particella core

attacco alle fibre del fuso telomero I telomeri garantiscono la replicazione delle sequenze

14 cromosoma Livello finale della gerarchiq di compattamento della cromatina: cromosoma mitotico centromero Sul centromero si forma una struttura proteica chiamata cinetocore che serve per l attacco alle fibre del fuso telomero I telomeri garantiscono la replicazione delle sequenze terminali del cromosoma e impediscono l appiccicosità delle porzioni terminali. Sono essenziali per la stabilità cromosomica

15 Meccanismi epigenetici: Un altro tipo di codificazione epigenetica è quello fornito dalle proteine istoniche dei nucleosomi

16 Istoni e regolazione genica modificazioni postraduzionali che influenzano la trascrizione Acetilazione Metilazione Biotinilazione Fosforilazione Ubiquitinazione Etc.

17 Nel caso dell acetile, ad es., l acetilazione favorisce la trascrizione sui geni adiacenti, mentre la deacetilazione la reprime. Ci sono anche prove che le specifiche combinazioni degli istoni possono essere lette come dei codici.

18 Codice istonico

20 Meccanismi epigenetici: microrna (mirna) piccole o molto piccole molecole non codificanti (cioè non traducibili in proteine), diverse a seconda del tipo di cellule, che sono in grado di modificare o sopprimere il funzionamento di un gene.

21 regolano la traduzione e la degradazione dell RNA messaggero attraverso la formazione di RNA a doppia elica che si appaiano ad mrna target

22 1998 -Fire and Mello. Transfection of C. elegans with dsrna leads to silencing of homologous endogene. per la scoperta dell RNA interference

23 Biogenesi dei mirna Maggior parte dei mirna: Regioni intergeniche non codificanti. Monocistronici o policistronici sotto un unico promoter (cluster di mirna appartenenti a diverse famiglie che possono regolare centinaia di mrna target diversi) 40% dei mirna: Introni di geni. Trascritti a partire dal promoter dei geni ospiti a volte da un promoter specifico

24 RNA interference nelle cellule 65nt 22nt

25 Quanti sono i geni controllati da ciascun microrna? Da 200 a 700 geni diversi per ciascun mir In totale circa il 50% di tutti i geni

26 Funzione dei mirna Controllo della proliferazione cellulare Controllo della apoptosi (morte programmata) Sviluppo dei neuroni Differenziamento ematopoietico Controllo dello sviluppo negli animali Controllo dello sviluppo dei fiori e delle foglie nelle piante

Localizzazione della espressione dei mirna Stadi specifici dello

mammiferi Mir-122 principalmente nel fegato Mir-223 principalmente

nelle cellule staminali e non nelle cellule differenziate Diversi

27 Localizzazione della espressione dei mirna Stadi specifici dello sviluppo embrionale Mir-1 e principalmente presente nel cuore di mammiferi Mir-122 principalmente nel fegato Mir-223 principalmente nei granulociti e nei macrofagi Mir-90 e Mir-295 preferenzialmente nelle cellule staminali e non nelle cellule differenziate Diversi Mir sono espressi in regioni diverse del cervello durante lo sviluppo e nell adulto

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