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
Evoluzione
Variabilità genetica Selezione naturale Diversità Nuovi modi di sfruttare efficacemente l ambiente Competizione con le altre specie Riprodursi con successo
La variabilità genetica causa la formazione di nuove specie I meccanismi fondamentali che provocano variabilità genetica sono: Le mutazioni La riproduzione sessuale
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) errori durante le fasi di divisione cellulare
Classificazione Mutazioni geniche Mutazioni cromosomiche Numero di nucleotidi coinvolti (1 nucleotide 1 cromosoma)
Effetti delle mutazioni geniche Perdita o Acquisto della funzione Nessun effetto Un miglioramento della funzione
Perdita o Acquisto della funzione A A A1
Nessun effetto sulla proteina A A A1
Un miglioramento della funzione A A A1
Cicli ripetuti di errori e prove Evoluzione Il caso e la necessità A1 B1 A B A2 B2 A1 soluzione ottimale A2 soluzione indifferente peggiore di A1 B1 soluzione letale B2 soluzione indifferente
L insorgenza delle mutazioni è identica in tutto il genoma????
Alcune parti del genoma cambiano più facilmente di altre nel corso dell evoluzione Hot spot di mutazioni Funzione svolta da una determinata regione genomica
Le regioni altamente conservate e corrispondono a regioni funzionalmente importanti geni che codificano per proteine o per RNA essenziali regioni di regolazione
Rimangono perfettamente riconoscibili in tutte le specie viventi e sono quelli che dobbiamo utilizzare se vogliamo ricercare relazioni di parentela tra i diversi organismi
RNA ribosomiale
PROTEIN SEQUENCES ALIGNMENT
Evoluzione molecolare
Classificazione Mutazioni geniche
Mutazioni somatiche e germinali
Localizzazione Extragenica Promotore Introni Siti di splicing Sequenza codificante
CDS
Le conseguenze che una mutazione genica avrà sull organismo dipendono: Variazione qualitativa Variazione quantitativa
Le mutazioni geniche che determinano una variazione quantitativa o qualitativa di una proteina possono causare la comparsa di un fenotipo patologico
Mutazioni puntiformi Sostituzione (missense mutations; nonsense mutations) Inserzione o Delezione (frameshift mutations)
Sostituzioni DNA Transizioni Purina-purina o pirimidina pirimidina Transversioni Purina pirimidina o pirimidina - purina
La sostituzione di un nucleotide all interno della CDS 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 segnale di STOP
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.
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Alterazioni dello splicing 11_11_2.jpg
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5 UTR 3 UTR
Mutazioni dinamiche Espansioni di triplette
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Frequenza: 1/4000 maschi. X fragile (309550) 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.
Malattia di Huntington (143100) Frequenza: 5-10/100.000 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 10-30 volte. Nei pazienti affetti il numero di ripetizioni varia da 36 a più di 100. Un numero intermedio di espansioni 30-35 volte, è considerato una premutazione. Diagnosi: Il test genetico si basa sulla determinazione del numero di espansione della tripletta.
Mutazioni - Polimorfismi Con il termine polimorfismo intendiamo delle variazioni della sequenza nucleotidica che si presentano con una frequenza maggiore dell 1%
Mutazioni - Polimorfismi 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.
Polimorfismi Polimorfismi di lunghezza dei frammenti di restrizione (RFLP) Polimorfismi di un singolo nucleotide (SNP) Ripetizioni corte in tandem (STR) Numero variabile di ripetizioni in tandem (VNTR)
RFLPs Sono stati utilizzati inizialmente come marcatori genetici Associazione tra un fenotipo patologico ed un polimorfismo
Year Disease MIM n Location Gene Chromosome abnormality 1986 Duchenne muscular dystrophy 310200 Xp21.3 DMD (a) del(x)(p21.3) (b) t(x;21)(p21.3:p13) Retinoblastoma 180200 13q14 RB del(13)(q13.1q14.5) 1989 Cystic fibrosis 219700 7q31 CFTR None 1990 Neurofibromatosis 1 162200 17q11.2 NF1 Balanced translocations t(1;17)(p34.3:q11.2) t(17;22)(q11.2:q11.2) Wilms' tumor 194070 11p13 WT1 del(11)(p14p13) 1991 Aniridia 106210 11p13 PAX6 t(4;11)(q22;p13) del(11)(p13) Familial polyposis coli 175100 5q21 APC del(5)(q15q22) Fragile-X syndrome 309550 Xq27.3 FMR1 FRAXA fragile site Myotonic dystrophy 160900 19q13.3 DMPK None 1993 Huntington's disease 143100 4p16 HD None Tuberous sclerosis 2 191092 16p13 TSC2 Microdeletions in candidate region von Hippel-Lindau disease 193300 3p25 VHL Microdeletions in candidate region 1994 Achondroplasia 100800 4p16 FGFR3 None Early-onset breast/ovarian 113705 17q21 BRCA1 None cancer Polycystic kidney disease 173900 16p13.3 PKD1 t(16;22) (p13.3;q11.21) 601313 1995 Spinal muscular atrophy 253300 5q13 SMN1 None 600354
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.
Variations Causing Harmful Changes
Single Nucleotide Polymorphisms
Single Nucleotide Polymorphisms La predisposizione a specifiche patologie è scritta nel nostro Genoma
Differente risposta a specifiche terapie
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.
Medicina Personalizzata
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.
MUTAZIONI CROMOSOMICHE Di numero (Aneuploidie Monosomie Trisomie) Di struttura (Delezioni, inserzioni, traslocazioni, inversioni)
Delezione Sindrome Fenotipo 5p- Cri du chat Pianto simile al miagolio di un gatto, diverse anomalie del viso, severo ritardo mentale 11q- Tumore di Wilms Tumore renale 13q- Retinoblastoma Tumore dell occhio 15q- Sindrome di Prader-Willi Astenia ed accrescimento lento nei neonati Obesità ed attacchi compulsivi di fame nei bambini e negli adulti
Delezioni del braccio corto del cromosoma 5
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Cromosomi acrocentrici 13, 14, 15, 21,22
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Duplicazioni o delezioni Acquisto o Perdita di materiale genetico Di solito comportano alterazioni fenotipiche
Inversioni o traslocazioni Trasferimento di materiale genetico Spesse volte non comportano alterazioni fenotipiche ma possono causare infertilità