Università degli Studi di Catania Facoltà di Medicina e Chirurgia Scuola di Specializzazione in Genetica Medica Dottorato di Ricerca in Malattie Genetiche dell’Età Centro di Riferimento Regionale per la Diagnosi e Cura delle Malattie Genetiche Teresa Mattina Integrità del genoma L’integrità del genoma è fondamentale per la sopravvivenza e la funzione e la riproduzione cellulare. Anche una singola mutazione può impedire o danneggiare gravemente lo sviluppo di un organismo Nuove mutazioni Frequenza proporzionale alla gravità della patologia Un terzo delle DMD sono nuove mutazioni Integrità del genoma La cellula possiede meccanismi intrinseci, codificati nel DNA, che le garantiscano la capacità di mantenere l’integrità del genoma riparando i danni del DNA. Integrità del genoma Plasticità del genoma Integrità del genoma Un sistema rigido nel mantenimento della sequenza del DNA non permette l’evoluzione. La sopravvivenza delle specie nel lungo periodo richiede la possibilità di adattamento a nuove condizioni fisiche e biologiche dell’ambiente Integrità del genoma La cellula possiede meccanismi intrinseci al DNA, che le garantiscano la capacità di adattarsi ai cambiamenti ambientali. Mutazioni e selezione Il DNA è soggetto fisiologicamente al verificarsi continuo di rimaneggiamenti casuali. I rimaneggiamenti del DNA vengono continuamente corretti: ciò tutela dell’integrità del genoma, ma consente l’evoluzione. Le Mutazioni- la selezione I rimaneggiamenti del DNA che si integrano nel genoma cellulare: mutazioni comportano danno cellulare vengono selettivamente perduti nelle successive generazioni cellulari. conferiscono vantaggio cellulare vengono mantenuti nelle successive generazioni cellulari. Le Mutazioni- la selezione Mutazioni che causano danno cellulare •Ridotta o anomala funzione cellulare •Ridotta velocità di replicazione cellulare •Alterazione delle caratteristiche antigeniche •Generazione di anticorpi •Attivazione dei macrofagi Morte cellulare Invecchiamento tissutale Le Mutazioni- la selezione Mutazioni che conferiscono vantaggio cellulare •Ridotta o anomala funzione cellulare •Aumentata velocità di replicazione cellulare Iperplasia Neoplasia •Alterazione delle caratteristiche antigeniche •Generazione di anticorpi •Attivazione dei macrofagi Danno sul DNA 1.1 Danni al genoma umano e attivazione di sistemi di riparo Metabolismo Cellulare Attivazione dei Checkpoints UV Attivazione dei fattori trascrizionali IR Agenti Chimici Sistemi di riparo: BER, NER, MMR, HER Errori di Virus Replicazione Apoptosi DNA RIPARO Arresto ai checkpoints Attivazione sistemi di riparo Induzione di APOPTOSI p16 ARF pRb p53 p21 ATM S G1 G2 M p21 ATM 1.1 Danni al genoma umano e attivazione di sistemi di riparo Metabolismo Cellulare Attivazione dei Checkpoints UV Attivazione dei fattori trascrizionali IR Agenti Chimici Sistemi di riparo: BER, NER, MMR, HER Errori di Virus Replicazione Apoptosi 1.1 Danni al genoma umano e attivazione di sistemi di riparo Agenti Metabolismo Cellulare Errori di Virus UV Replicazione Esposizione adIRagenti Chimici mutageni Attivazione dei Checkpoints Attivazione dei fattori trascrizionali Sistemi di riparo: Apoptosi Anomalie della riparazione del BER, DNA NER, MMR, HER DNA RIPARO Difetti del DNA RIPARO Invecchiamento precoce dei tessuti a rapida proliferazione – Cute – Mucose – Linfociti Degenerazione tessuti – SNC Neoplasie Difetti del DNA RIPARO S. Bloom Acrosteolisi? Atassia telangectasia Metodi di studio Studio di crescita clonale Studio dei cromosomi Studio dei micronuclei COMET Metodi di studio cromosomico Ricerca delle rotture cromosomiche/cromatidiche spontanee Ricerca delle rotture cromosomiche/cromatidiche indotte Analisi degli scambi fra cromatidi fratelli SCE Analisi citogenetica costituzionale Studio cromosomico del tessuto neoplastico Metodi di studio cromosomico Ricerca delle rotture cromosomiche/cromatidiche spontanee o indotte su 100 metafasi Indice mitotico Percentuale di cellule con rotture Numero di rotture per cellula Metodi di studio cromosomico Ricerca delle rotture cromosomiche/cromatidiche spontanee o indotte su 100 metafasi Conta delle rotture per cellula Numero di rotture/100 Conta delle rotture per cellula Percentuale di cellule con rotture Conta Contadelle dellerotture rottureper percellula cellula Percentuale Percentualedi dicellule cellulecon conrotture rotture Conta Contadelle dellerotture rottureper percellula cellula Percentuale Percentualedi dicellule cellulecon conrotture rotture Tipo di danno cellulare 25 CGG-CGG-CGG-CGG CGG-CGG-CGG-CGG CGG-CGG-CGG CGG-CGG- CGG-CGG-CGG SCE SCE SCE Ciclo cellulare I divisione II divisione III divisione SCE Tipo di danno cellulare 25 Metodi di studio cromosomico Analisi degli scambi fra cromatidi fratelli SCE Rotture normali Rotture aumentate SCE normali SCE aumentati Metodi di studio cromosomico Analisi citogenetica costituzionale Studio cromosomico del tessuto neoplastico Cariotipo standard Riarrangiamenti clonali FISH •Denaturazione •Scelta della sonda •Ibridazione •Lettura SONDE FISH Yac: 100-150kb-2Mb Bac: fino a 330kb di DNA Cosmidi: fino a 40kb di DNA Fagi: fino a 14-15kb di DNA Plasmidi: fino a 4-5kb di DNA Sonde per FISH Painting: identificare materiale da uno specifico cromosoma FISH M-FISH • Immagini catturate separatamente per ciascun fluorocromo utilizzando filtri ottici modificati • Immagini elaborate da uno specifico software SKY • Acquisizione delle immagini: microscopio ad epifluorescenza, immagini chargecoupled device (CCD) e spettroscopio Fourier • Misurazione dell’intera emissione dello spettro con una singola esposizione di tutte le immagini SKY-M-FISH Sono particolarmente utili per: • Evidenziare traslocazioni • Identificare marker cromosomici, regioni colorate in modo omogeneo, duplicazioni cromosomiche • Individuare alcuni riarrangiamenti complessi Array CGH Array CGH M-CGH Array-CGH Metodi di studio Studio dei micronuclei Metodi di studio cromosomico COMET Cellule inglobate in agarosio su vetrino Lisi delle cellule in situ Elettroforesi su vetrini Colorazione del DNA Analisi con microscopio a fluorescenza Diametro della testa circa 40 m Strumentazione per l’analisi del danno al DNA mediante COMET ASSAY A B Microscopio a fluorescenza collegato con il computer che analizza i risultati tramite software opportuno A: Esempio di “cometa” B: Cellula con DNA integro Studi genotossici Riparazione del DNA Analisi di apoptosi Biologia dei radicali liberi Tossicologia alimentare Biomonitoraggi Indagini cliniche Analisi del ciclo cellulare VERSIONE ALCALINA VERSIONE NEUTRA 8000 7000 6000 A 5000 B 4000 C 3000 D CTRL 2000 1000 0 TEMPO 0 TEMPO 1 TEMPO 2 TEMPO 3 TEMPO 4 DNA in equilibrio Predisposizione Genetica Fattori ambientali • Checkpoint • Enzimi del DNA riparo • Metabolismo • Metabolismo cellulare • Agenti fisici UV, RI, • Agenti chimici: ossidanti, benzene, fumo di sigaretta, caffè, farmaci • Virus • Carenze vitaminiche (vit. C, acido folico) Genotipo DNA Replicazione Riparo Trascrizione RNA Traduzione Proteine Recettori Fenotipo Fattori ambientali ROMA (ANSA 11.05.06) - Sono circa 14.000 l'anno i casi stimati di tumore tra gli adolescenti e i giovani adulti (tra 15 e 39 anni) in Italia, ……..………….crescono i tumori in qualche modo legati ai cattivi stili di vita, a partire dal fumo di sigaretta e la mania per l'abbronzatura.