Gene
number
6000
19,000
13,500
30,000
30,000
MODULI:
• Nucleotidi (4)
• Amino acidi (21)
• Domini proteici/Proteine
(Domini di interazione proteina-proteina
Proteina/DNA o Proteina /RNA
Interazione con membrana
Funzione enzimatica)
• RNA (funzione strutturale/enzimatica)
• Via metabolica ossidazione/riduzione
Gene
number
6000
19,000 13,500
30,000
Numero di moduli e’ simile
30,000
La regolazione dell’espressione genica
Geni “housekeeping”
che devono essere espressi in tutti i tipi
cellulari sempre allo stesso livello
(es. Fattori di trascrizione “generali” o GTFs,
DNA eRNA polimerasi, actina, istoni….)
Geni specializzati/tessuto-specifici
specifici di un certo stadio disviluppo
embrionale (es. Recettori di membrana,
Immunoglobuline,
enzimispecifici)
Geni inducibili, tessuto-specifici o
meno (es. Fattori di trascrizione, enzimi,
mediatori dell’infiammazione, ormoni)
Attivazione/inattivazione
dell’espressione genica
Procarioti: risposte cellulari all’ambiente esterno
Eucarioti:
•  Decisioni cellulari durante lo sviluppo -> differenziamento
•  Regolazione del ciclo cellulare
•  Attivazione cellulare in risposta a mediatori esterni quali fattori
di crescita, ormoni etc. (reversibile, rapida)
La regolazione dell’espressione
genica avviene a numerosi livelli:
Negli eucarioti superiori i geni inattivi da un punto di vista trascrizionale hanno una
struttura cromatinica meno accessibile
BamHI
BamHI
4,6 kb
BamHI
Globina
BamHI
4,6 kb
Globina
DNAseI
DNAseI
Eritroblasto
MBS
Isolamento dei nuclei e digestione con quantità crescente di DnasiI. Estrazione
DNA, digestione con BamHI , Southern Blot ed ibridazione con globina
DNA Eritroblasto
0
0,01
0,05
0,1
MBS
0,5
1
1,5
1,5
DnaseI (µg/ml)
4,6kb
Geni attivi da un punto trascrizionale sono più suscettibili di quelli inattivi alla
digestione con DNAsiI
Sono in una conformazione cromatinica particolare che li rende più accessibili a
DNAsiI
•  Pre-attivazione
(Induzione di uno stato trascrizionalmente competente)
  Fattori di trascrizione legati a
specifici promotori/enhancers
  Co-attivatori (acetilasi degli
istoni,attivita’ che rimodellano la
cromatina)
  Fattori “generali” di trascrizione
(GTFs)e RNA polimerasi
•  Inizio/re-inizio della trascrizione
•  Allungamento del trascritto
•  Terminazione del trascritto
CROMATINA
• EUCROMATINA -> TRASCRIZIONE POTENZIALE
a) geni housekeeping
b) geni tessuto-specifici
c) espressione ectopica di geni tessuto-specifici (trascrizione illegittima)
• ETEROCROMATINA FACOLTATIVA -> inattiva quando condensata.
Fornisce un meccanismo di compensazione:
rapporto geni autosomici/geni X-linked
maschi = 2/1
donne = 1/1
• ETEROCROMATINA COSTITUTIVA ->
sempre inattiva; Localizzata nelle regioni
peri - e centromeriche
I geni mappano tutti in regioni le cui caratteristiche
generali possono essere definite eucromatiche (a
parte l’eterocromatina facoltativa), tuttavia alcuni
geni si eprimono e altri non si esprimono. Ci sono
quindi regioni eucromatiche attive e regioni
eucromatiche non attive.
Qual’è la regola?
Meccanismi epigenetici
Fattori che vengono trasmessi alla progenie, ma che non
sono direttamente attribuibili alla sequenza del DNA.
• Metilazione del DNA;
Nelle cellule eucariotiche la metilazione è a carico della C. Solo
il 3% delle C sono metilate ed in genere è bersaglio della
metilazione la C della doppietta CpG.
• Modificazioni degli istoni;
Acetilazioni, fosforilazioni e metilazioni, responsabili di
cambiamenti conformazionali della cromatina.
Meccanismi epigenetici: Metilazione del DNA
La metilazione del DNA è un processo post-replicativo. L’estensione delle modificazioni
riguardanti la metilazione del DNA è fondamentalmente decisa durante lo sviluppo. La
metilazione del DNA è quindi uno dei meccanismi correlati con il differenziamento cellulare,
tramite l’inibizione dell’espressione genica a livello trascrizionale.
Quali regioni sono bersaglio della metilazione?
• I geni dei vertebrati attivamente trascritti sono “marcati” da “isole CpG” al 5’. In
queste regioni la frequenza di CpG è uguale a quella attesa nel DNA totale (40% GC),
nella restante parte del genoma è invece più bassa del 20% rispetto all’atteso
• Nel genoma umano il 56% dei geni sono associati a isole CpG: tutti i geni housekeeping
ed il 40% dei geni con espressione tessuto-specifica
• I geni tessuto-specifici sono metilati in CpG nei tessuti dove non sono espressi
Cambiamenti dello stato di metilazione del DNA
durante lo sviluppo dei mammiferi
Durante la segmentazione
si ha subito una fase di
demetilazione, seguita da
una metilazione “de novo”
dispersa su tutto il
genoma, dopo l’impianto. La
metilazione de novo è rara
dopo la gastrulazione, ma è
stata vista
frequentemente durante
la stabilizzazione
di colture in vitro e nei
tumori.
Il mantenimento della
metilazione di CpG avviene
grazie a metilasi specifiche
Metilasi
che riconoscono le sequenze
emi-metilate (Dmt-1)
Duplicazione del DNA
La metilazione del DNA regola l’espressione genica
mediante meccanismi diversi
La metilazione del DNA
può bloccare direttamente
l’azione
dei
fattori di trascrizione
impedendo legame alle
sequenze bersaglio
La metilazione del DNA
può reprimere l’espressione genica attraverso il
reclutamento di diverse
metil CpG binding proteins
(MECPs) che sono in
grado di “leggere” il
pattern di metilazione del
DNA
La metilazione del DNA è solo una delle componenti del vasto programma
epigenetico, che include anche altre modificazioni post-sintetiche della cromatina
Meccanismi epigenetici: Modificazioni degli Istoni
I residui amminoacidici all’N-terminale di ciascun istone (20-60 residui)
si estendono al di fuori della superficie del nucleosoma.
Queste regioni sono particolarmente ricche in lisina (K) che può essere
reversibilmente modificata mediante acetilazione, fosforilazione e
metilazione.
"
Modificazioni degli istoni H3 e H4
La lisina 9 di H3 può essere sia acetilata che
metilata. L’acetilazione è associata alla cromatina
trascrizionalmente attiva. Acetilazione e metilazione
di H3K9 sono mutualmente esclusive.
La metilazione delle CpG,
richiama delle CpG binding
protein che a loro volta,
sono associate a delle metil
transferasi istoniche in
grado di metilare gli istoni e
delle deacetilasi che
rimuovono i gruppi acetile.
Il risultato è la
condensazione della
cromatina.
Alcune modificazioni si rinforzano mutuamente, altre si contrastano.
I risultati assicurano la stabilizzazione dei domini cromatinici nello stato di
attività trascrizionale o di silenziamento trascrizionale.
La repressione delle sequenze CpG metilate nei promotori è
legata a due proteine che, riconoscendo e legandosi a CpG
metilati, attivano la deacetilazione degli istoni.
1) Chromatin ImmunoPrecipitation (ChIP)
2) Chromatin
ImmunoPrecipitation
combinata con microarray a DNA (ChIP
on CHIP)
3) Sequenziamento
del
materiale
immnunoprecipitato (ChIP-Seq)
1) Chromatin ImmunoPrecipitation (ChIP)
Anti-K9H3
9
14
18
23
ARTKQTARKSTGGKAPRKQLATKAARKSAP
5
8
12
16
SGRGKGGKGLGKGGAKRHRKVLRDNIQGIT
H3
H4
Immunoprecipitazione della Cromatina (ChIP)
Crosslinking
Sonicazione
Immunoprecipitazione
Reverse Crossilink
Estrazione DNA e analisi
H
O
C
H
H
H
H
H
H
H
C
O
O
O
H
C
C
H
C
O
Sonicazione
Controllo
Sonicazione
Gel controllo sonicazione
2000
1500
1000
850
650
500
400
300
200
100
Immunoprecipitazione
Sepharose Beads
IgGProteina A
TAFs
TAG
TBP
Sito di Inizio
Reverse Crosslink
Proteinasi K
65 °C
Estrazione DNA e analisi
DNA
Immunoprecipitato
PCR
PCR Quantitativa
Determinazione del
grado di occupanza di
una proteina su una
sequenza nota
ChIP – Chip
Studi sull’intero
genoma
2) ChIP on CHIP
permette di
isolare
ed
identificare
le
sequenze di DNA occupate da
specifiche DNA binding protein.
I siti di legame identificati
possono essere usati come
base per annotare elementi
funzionali
nel
genoma
(promotori, enhancers ecc.)
Input
3) ChIP-Seq
STUDIO
DELLA
METILAZIONE
CITOSINE (Metiloma) :
1) ENZIMI DI RESTRIZIONE
2) BISULFITE SEQUENCING
3) MeDIP
DELLE
1) ENZIMI DI RESTRIZIONE: Frazionamento
di porzioni metilate e non metilate del genoma da parte di
enzimi di restrizione sensibili alla metilazione, seguito da analisi
basate su microarray, ibridazione o sequenziamento 1) ENZIMI DI RESTRIZIONE:
•  Vantaggi : permette di avere un
profilo di metilazione per regioni
estese di DNA
•  Svantaggi: studia la metilazione
solo delle regioni in cui è
presente il sito di restrizione
2)  BISULFITE SEQUENCING
DNA trattato con bisulfito di sodio per convertire le citosine
non metilate a uracile. Successivamente analisi mediante
classico sequenziamento.
2) Bisulfite treatment:
•  Vantaggi : molto accurato
•  Svantaggi: difficile da applicare su
analisi high throughput
3) MeDIP (mDIP, mCIP)
Arricchimento di frazioni di DNA metilato mediante
immunoprecipitazione del DNA con anticorpi anti
5-metilcitosina
MeDIP
Metodica che può essere
facilmente applicata ad indagini
high troughtput mediante l’utilizzo
di microarray ad alta densità
Eucromatina aperta o chiusa?
Figure 7-47 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Controllo Trascrizionale
Il punto principale responsabile del
controllo dell’espressione genica negli
eucarioti è la trascrizione. Una
trascrizione selettiva si ottiene grazie
a specifiche “DNA binding proteins”,
che sono in grado di rimodellare la
cromatina.
•  Affinché la RNA polimerasi si possa attaccare a
un promotore, una serie di fattori di trascrizione
si deve prima a sua volta attaccare. Se la RNA
polimerasi potrà iniziare la trascrizione dipenderà
anche dal legame di proteine regolative, proteine
attivatrici e di repressione.
Elementi distali
Elementi
prossimali
Promotore
basale
Gli attivatori trascrizionali sono proteine
modulari composte da distinti domini funzionali
La struttura eterodimerica di molti
fattori trascrizionali aumenta le
possibilità di controllo dei geni
Repressori e attivatori possono
dirigere la deacetilazione degli istoni a
livello di specifici geni"
CONTROLLO A DISTANZA DELL’ESPRESSIONE GENICA
La struttura della cromatina può svolgere un controllo a distanza sull’espressione genica
• EFFETTO DI POSIZIONE la vicinanza a regioni eterocromatiche può sopprimere
l’espressione genica presumibilmente per alterazione della struttura di un ampio
dominio cromatinico (distrofia fascio-scapolo-omerale FSHD)
• COMPETIZIONE l’espressione di alcuni geni (geni umani delle globine) è coordinata da
una regione di controllo dominante LCR localizzata a monte dei geni delle globine
ζ2ε2, Emoglobina Embrionale (espressione nel sacco vitellino)
α2γ2 HbF Emoglobina fetale (espressione nel fegato e nella milza)
α2δ2 HbA2 Emoglobina dell’adulto
α2β2 HbA
Le LCR funzionano da enhancer per la trascrizione dei geni globinici
Altri siti ipersensibili nella regione dei promotori dei singoli geni ->
specificità dello stadio di sviluppo.
Siti ipersensibili a DNAsi I
Eritroide-specifici (enhancer)
Siti ipersensibili del fegato fetale
Siti ipersensibili nel midollo osseo adulto
CARATTERISTICHE DELLA
CROMATINA
Caratteristica
Cromatina
attiva
Cromatina
inattiva
Conformazione Estesa, aperta
della cromatina
Condensata
Metilazione del Poco metilata
DNA
specialmente
nelle regioni
del promotore
Acetilazione
Istoni acetilati
degli istoni
Metilata
Istoni non
acetilati
Controllo post-trascrizionale
L’uso di promotori alternativi, di splicing alternativi, di poliadenilazioni
alternative e di editing, può dare luogo a isoforme diverse con proprietà
differenti quali :
• Isoforme tessuto-specifiche. Gene DMD presenta otto promotori diversi a
seconda del tessuto, che danno origine a 8 diverse proteine
• Isoforme stadio di sviluppo specifiche
• Isoforme transmembrana o solubili
• Diversa localizzazione cellulare
• Funzione cambiata -> isoforme di fattori trascrizionali che agiscono da attivatori
o repressori a seconda dei domini contenuti
Lo splicing alternativo è controllato da proteine che si legano alle molecole di premRNA e fanno in modo che alcuni siti di splicing non vengano utilizzati e altri siano
invece attivati.
La stabilità dell’mRNA citoplasmatico è
variabile"
Il promotore del gene umano dell’insulina
Nero: fattori ubiquitari
Rossi: fattori specifici delle cellule beta pancreatiche
corteccia
muscoloPurkinje
Promotori alternativi:
Il gene della distrofina
retina
• Tessuto-specificità
• Diverso stadio di sviluppo
• Differente localizzazione sub-cellulare
• regolazione genica sesso-specifica
Schwann
Generale
Splicing Alternativo
Splycing alternativo delle tropomiosine
Gene del Tumore di Wilms: sono possibili 24 isoforme grazie a tre diversi codoni
di inizio nell’esone 1, un RNA editing U-->C, nell’esone 6 e due splicing alternativi,
Una omissione variabile (skipping) dell’esone 5 e una variazione di lunghezza dell’
esone 9 dovuta alla competizione di un sito di splicing 5’. (3X2X2X2)
Gene Dscam di drosofila: sono possibili 38.016 isoforme (12X48X33X2) selezionando
Varianti mutualmente escusive da ciascuno degli esono 4, 6 e 9.
RNA editing: il gene ApoB
Controllo traduzionale
Translation of some mRNAs is regulated by
specific RNA-binding proteins"
Iron-dependent regulation of translation of ferritin mRNA!
+Fe
-Fe
La proteina che si lega a IRE (IRE-BP) inibisce la produzione della catena
pesante della ferritina legandosi agli elementi di risposta al ferro (IRE) che si
trovano nelle regioni non tradotte al 5’
An “RNA-Centric” View of
Gene Expression
DNA
RNA
Protein
Non Coding RNAs: ‘RiboRegulators’ (~97% of RNAs Present in Human Cells are Non-Coding)
rRNA
tRNA
Vault
Y RNAs
7SK
Xist, H19
snRNAs
snoRNAs
Guide RNA
Introns
5’ UTR
3’ UTR
Catalytic:
Ribozymes
Telomerase
MicroRNAs
Viral RNAs
Retrotransposons
Ruolo dell’RNA nella
regolazione
dell’espressione genica
RNA-Mediated Gene Silencing
Transcriptional Gene Silencing (TGS)
(RNA-dependent DNA Methylation)
Post-transcriptional Gene Silencing (PTGS)
or RNA Interference (RNAi)
Gene Silencing By MicroRNAs
MicroRNAs: Expanding Family of ‘RiboRegulators’
• 
• 
• 
• 
lin-4 and let-7 RNAs (from worm) were first examples
Also known as stRNAs (small temporal RNAs)
Regulate expression of proteins and developmental timing
Tip of the iceberg………..MicroRNAs are everywhere!
siRNA and Silent
Chromatin - Model
1) RNA homologous to centromeric
repeats are processed -> siRNAs
2) siRNAs may recruit Clr4 histone H3
methylase result in meth. of H3 Lys9
3) Swi6 binds chromatin 4) Gene silencing
Dicer = RNasi
Ago1 =Argonaute gene family
Swi6 = heterochromatic protein 1
Rdp1 = RNA dependent RNA polimerase
1
Developmental
regulation"
RNAi by siRNAs "
by stRNAs (µ RNAs) "
~22nt!
siRNAs"
processing"
~22nt!
lin-4!
target"
recognition"
mRNA!
lin-14!
mRNA!
lin-41!
mRNA!
processing"
~22nt!
let-7!
target"
recognition"
3ʼUTR!
3ʼUTR!
degradation"
Translational repression"
Proposed Biologic Roles
‘Immune System’ of the Genome
•  Antiviral Defense
•  Suppress Transposon Activity
•  Response to Aberrant RNAs
•  Gene Regulation (e.g. MicroRNAs)
La quasi totalità dei geni è biallelica
espressione di entrambi gli alleli o di nessuno dei due alleli
ECCEZIONI
• AUTOSOMI
-IMPRINTING GENOMICO (emizigosi funzionale). L’allele che si esprime dipende
dal genitore da cui deriva
-ESCLUSIONE ALLELICA in seguito a riarrangiamento programmato del DNA nei
linfociti B -> Ig e nei linfociti T-> TCR (emizigosi funzionale)
• CROMOSOMI DEL SESSO
-XY emizigosi costitutiva
-XX inattivazione X (corpo di barr), emizigosi funzionale (compensazione di dose)
Diploidie uniparentali sono letali
SVILUPPO NORMALE
LETALE
Nell’uomo, 46XX di origine esclusivamente paterna
origina moli idatiformi, spesso si trasformano in
coriocarcinoma.
I teratomi ovarici sono invece il risultato di una
diploidia uniparentale materna.
LETALE
LO SVILUPPO NORMALE RICHIEDE LA PRESENZA DI UN GENOMA MATERNO E
DI UN GENOMA PATERNO CHE FUNZIONANO IN MODO DIVERSO.
L’ATTIVITA’ DI ALCUNI GENI NELL’EMBRIONE DIPENDE DAL GENITORE DI
ORIGINE
UPD
DISOMIA UNIPARENTALE
ORGANISMO DIPLOIDE CON PRESENZA DI DUE COPIE DI UN CROMOSOMA (O
DI UNA PARTE DI UN CROMOSOMA) DERIVATE DALLO STESSO GENITORE
M
P
Non Disgiunzione
Zigote
Le UPD possono essere isodisomie in cui entrambi gli omologhi sono
identici, o eterodisomie quando derivano da entrambi gli omologhi di
un genitore.
Si pensa che la causa più comune delle UPD sia il recupero di una trisomia:
un prodotto del concepimento che sia trisomico e che quindi morirebbe,
occasionalmente perde da una cellula ancora totipotente uno dei
cromosomi, per non disgiunzione mitotica o per ritardo anafasico.
La progenie euploide di questa cellula forma l’embrione, mentre tutte
le altre cellule muoiono.
Molte UPD nell’uomo non vengono normalmente diagnosticate, in quanto
non sono causa di alcuna patologia.
In alcuni casi le UPD sono alla base di patologie
CROMOSOMA 11
piccolo
entrambi materni
normale
uno paterno e uno materno
grande
entrambi paterni
Imprinting genomico
Nell’uomo due regioni, rispettivamente dei cromosomi 11 e 15 sono associate a
patologie se presenti in UPD.
Queste regioni contengono diversi loci con espressione differenziale:
“loci imprinted” loci responsabili di Beckwith-Wiedemann
loci responsabili di AS e PWS
EREDITARIETA’ NON TRADIZIONALE
Mendel: i geni trasmessi da un genitore o dall’altro hanno lo stesso effetto
fenotipico: l’espressione di un gene è la stessa indipendentemente da quale
genitore l’abbia trasmesso.
Dimostrazioni recenti: l’espressione di alcuni geni dipende dal genitore di origine.
GENOMIC O PARENTAL IMPRINTING: diversa espressione di un gene o di
parti di cromosomi a seconda del genitore che l’ha trasmesso.
IMPRINTING MATERNO o IMPRINTING PATERNO: la gametogenesi in un sesso
“marca” un gene in modo da renderlo diverso dalla controparte fornita dal genitore
dell’altro sesso. Durante la gametogenesi alcuni geni sono inattivati in modo
differenziale nei due sessi, per cui la loro espressione dipende da quale genitore
l’ha trasmesso.
Loci AS e PW Perché i geni imprinted sono spesso organizzati in clusters?
I diversi geni sottostanno al controllo di elementi in cis,
’“imprint control elements”, che agiscono su grande distanza.
All’interno di ciascun cluster è facile trovare sia geni che mostrano
espressione paterna che geni con espressione materna.
Elementi di controllo specifici per l’espressione paterna o materna, IC
(responsabili dell’imprinting e del suo mantenimento) sono presenti
nelle immediate vicinanze.
S. di PRADER-Willi
Delezione
M
UPD
Mutazione
Mutazione a
carico
del
IC paterno
Traslocazione bilanciata
X
P
70%
25%
0%
<5%
0.1%
IMPRINTING PATERNO
S. di ANGELMAN
Delezione
M
UPD
P
Mutazione
Mutazione a
carico del IC
materno
Traslocazione bilanciata
X
70%
2%
20%
<5%
IMPRINTING MATERNO
<0.1%
Gli spermatozoi e gli oociti possono contenere cromosomi che presentano un imprinting
differenziale. L’effetto fenotipico sulla progenie di un determinato allele dipenderà dal fatto
che derivi dal padre o dalla madre.
In ogni generazione al momento della gametogenesi tutti gli “imprint” vengono azzerati ed i
cromosomi subiranno un nuovo imprinting a seconda del sesso dell’individuo.
INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X
Nelle prime fasi dello
zigote femminile le due X
sono attive, segue poi
l’inattivazione random
L’inizio del processo di inattivazione del cromosoma X avviene
nelle prime fasi dell’embriogenesi e richiede una inattivazione
in cis
XIC
XIST
trascrizione
INATTIVAZIONE
XIST RNA
Chr X Attivo
XIST met.
No trascrizione
Il mantenimento dell’inattivazione è
probabilmente dovuto alla successiva
metilazione del DNA
Il processo di silenziamento dell’X, mediato da Xist può essere diviso
in tre fasi: a) inizio, b) stabilizzazione, c) mantenimento.
Sia la fase di inizio sia quella di stabilizzazione sono caratterizzate
dalla dipendenza di Xist.
La fase di mantenimento è invece Xist-indipendente ed irreversibile.
Il differenziamento
Figure 23-42 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 7-75 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 23-5 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
21_01.jpg
La clonazione animale
dimostra che si può
tornare indietro Data questa
differenziazione è
possibile prendere una
qualsiasi cellula e ottenere
da essa un organismo
completo?
1975-J.Gurdon
E’ possibile anche con
cellule di mammifero?
Fino al 1997, la clonazione
era stata possibile solo
utilizzando nuclei
provenienti da embrioni
precoci.
Nasce Dolly
1997-I.Wilmut
Principi chiave:
Cellule animali differenziate non sono in grado di svilupparsi
in animali adulti completi, tuttavia la maggior parte dei loro nuclei
mantiene tutta l’informazione genetica necessaria per farlo.
E’ quindi possibile trasferire il nucleo di una cellula
differenziata in una cellula uovo il cui nucleo sia stato rimosso.
L’ambiente della cellula uovo “riprogramma” il nucleo e
permette il pieno sviluppo di un animale vitale e geneticamente
identico all’individuo donatore della cellula somatica.
Ricerche recenti suggeriscono che animali prodotti mediante
clonazione a partire da cellule adulte invecchiano precocemente.
Sono tuttavia necessarie ulteriori ricerche.
Fifty years of animal cloning.
1952: Cloning by nuclear transfer first demonstrated in
animals. Source of nuclei was the very early embryo of the frog
Rana pipens.
1956: Animal cloning in toads (Xenopus laevis) achieved by
nuclear transfer from tadpoles.
1989-90: Cloning first achieved in mammals (rabbits, sheep,
cows) by nuclear transfer from very early embryos.
1995: Cloning first achieved by nuclear transfer from cultured
mammalian cell line, resulting in the sheep Megan and Morag.
1997: Cloning first achieved using adult sheep cell, resulting in
Dolly.
1997: Cloning first achieved using a transgenic sheep, Polly.
1998-2000: Cloning achieved using adult cells in mice, cows,
pigs, goats and monkeys.
2001: Cloning first achieved following gene knockout in sheep. Prima la Rana, poi Dolly, infine....?
According to the simplest model, in which
each gene is either ON or OFF, a genome
N
with N genes can (theoretically) encode 2
states.
Gene
ON
Unspliced RNA
Spliced RNA
Protein
Gene
OFF
Hypothetical organism with 2 genes in the genome
Hi!
Gene 1 Gene 2
Gene 1 Gene 2
ON
ON
ON
OFF
Gene 1 Gene 2
2
2
states
Gene 1 Gene 2
ON
OFF
OFF
OFF
Gene 1 Gene 2 Gene 3
ON
ON
OFF
Gene 30.000
……
OFF
Fibroblast
Gene 1 Gene 2 Gene 3
ON
OFF
Lymphoblast
OFF
Gene 30.000
……
ON
According to Claverie’s model, the human species
appears
30,000
20,000
2
/2
=
10,000
2
=
3000
10
more complex than the nematode species. This very big
number (much bigger than the total number of elementary
particles in the known universe)
x
20,000
2
3000
10
=
30,000
2
Non solo....
Ma gli altri primati?
Settembre 2005:
The Chimpanzee genome
The Power of
Comparative Genomics
Approx. same number of genes, 98,8% sequence identity
COSA CI RENDE UMANI?
Chiaramente la risposta deve essere
collegata all’effettivo utilizzo dei singoli
geni, piuttosto che al loro numero.
IPOTESI: un migliore utilizzo delle potenzialità già esistenti:
• mutazioni in punti strategici,
• regolazione genica,
• efficienza di splicing,
• interazioni proteina-proteina
Overlapping transcriptional units
Alternative promoters
Noncoding RNAs
Conserved non-coding sequences
Alternative splicing
Naturally occurring antisense transcripts found in
the mouse transcriptome
Sense-antisense transcript pair
(cDNA sequences overlapping)
Number
2481
Percentage
15.1%
Highest
chr 19; 19.7%
Lowest
X chr; 6.4%
Non-antisense bidirectional transcription pair
(cDNA sequences not overlapping)
Number
919
Percentage
5.4%
Highest
chr 6; 6.9%
Lowest
chr 3; 3.6%
H. Kiyosawa et al. Cytogenet Genome Res 99:151–156 (2002)
Geni dentro i geni
NF1
Filamento di senso
5’
Filamento antisenso
3’
Introne 26
esone 26
3’
5’
OGMP
2.2KB
EVI2B
1
EVI2A
10 KB
F8C
F8
esone 27
4 KB
CpG
F8B
22
F8A
23
26
Universal Declaration on the
Human Genome and Human
Rights.
(http://www.unesco.org/human_rights/hrbc.htm)
“The human genome underlies the
fundamental unity of all members of
the human family, as well as the
recognition of their inherent dignity
and diversity. In a symbolic sense, it
is the heritage of humanity”