Info per il futuro
•Erasmus a Parigi: www.saggiolab.it
•Master giornalismo: www.mastersgp.it
•RIS check giornata su www.mastersgp.it
Organizzazione corso
•Lezioni
•Esercitazioni bonus (17/12, 19/12, 7/1, 9/1, 14/1). Riempire
scheda
•Esonero scritto 23 gennaio 2008 (da confermare)
•Verbalizzazione dopo l’esame del 6-2-08 (aperto anche ai nonfrequentanti).
Argomenti trattati e testi
1. Dalle mappe al progetto genoma (Snustad e
saggiolab)
2. Malattie genetiche, clonaggio dei geni,terapia
genica, transgenici (Snustad e saggiolab)
3. Giornata speciale sul Nobel alla Medicina
2007(saggiolab)
4. Junk DNA (saggiolab)
5. Eredita’ extra-cromosomica (Snustad e
saggiolab)
6. Genetica dei tumori (Snustad e saggiolab)
7. Clonazione umana (saggiolab)
8. Genetica di popolazioni (R. Petrucci, Snustad)
9. Regolazione espressione genica (Snustad)
10. Immunogenetica (Snustad)
Dna neither cares nor knows
Dna just is
And we dance with its music
R. Dawkins
I modelli e i numeri della genetica
•Mendel:
analizzo’ 7 geni, 3 ad incrocio in piante
•Genetisti di oggi: genomica (Roderick
1986) Analisi di migliaia di geni ma anche
analisi di singoli geni clonati in modelli
•Genetica umana:
…il caso degli islandesi e della DeCODE Genetics
270000 abitanti popolazione isolata con pool genico
stabile e omogeneo (collo di bottiglia) -> alberi
Consenso presunto
Le mappe
Connessione del fenotipo ad un dato
frammento di DNA
Isolare, esportare (modello), e studiare il gene
Correlazione
fra mappe:
-Ibridazione
in situ del
gene clonato
su
cromosoma e
verifica della
coincidenza
con il
bandeggio, e
con la mappa
fisica
-definisco gli
anchor
markers
Mappe genetiche:
definisco dei
marcatori (geni,
RFLP)i, faccio gli
incroci e calcolo la
frequenza di
ricombinazione, che
e’ proporzionale alla
distanza fra i marcatori
Mappe citologiche:
bandeggio
caratterizzante il
cromosoma
Mappe fisiche: es
mappe di restrizione
caratterizzo la
distanza fisica e la
specificita’ di taglio
Sequence
tagged sites
1 cM: distanza che porta alla frequenza media di
ricombinazione dell’1% , nell’uomo =1mB DNA
Mappe dei polimorfismi di lunghezza dei frammenti di restrizione
(RFLP)
Ecotipo: ceppo adattato a particolari condizioni ambientali
Detection of an RFLP
Gli RFLP segregano
in incroci come
fossero alleli codominanti
Mappatura del
cromosoma 1 di
Arabidopsis per RFLP
Mappatura del
cromosoma 1 umano
per RFLP
VNTR: RFLP che
includono ripetizioni a
tandem di numero
variabile
Microsatelliti:
ripetizioni
polimorfiche a tandem
di sequenze 2-5 nt
all’interno del DNA
satellite
Clone di DNA e localizzazione fisica
Sonda radioattiva
Sonda fluorescente
Il clonaggio
Banche di cloni: preparati i cloni, analizzate le mappe di
restrizione, identificati cloni sovrapponibili, costruita la sequenza
dei cloni nel genoma a disposizione dei ricercatori
Cammino cromosomico
(difficile nell’uomo che
ha troppe zone
intergeniche)
Se io conosco l’RFLP ma
questo e’ distante dal gene
di interesse
Uso library di contig
Salto cromosomico
Se io conosco l’RFLP
ma questo e’ molto
distante dal gene di
interesse.
Ogni salto puo’ coprire
un percorso di 100kb o
piu’.
Ok per genoma umano
Uso genoma
digerito con
DNAsi
Per far avanzare la mappatura del genoma umano spezzo i
cromosomi e correlo i fenotipi
Dai cloni alla sequenza dell’intero
genoma
1998: sequenza 18 specie di batteri
2000: Drosophila melanogaster
2000: Uomo (progetto lanciato nel 1990)
Genomi batterici:
• 580.070 bp Mycoplasma genytalium (minino numero di
geni)
•4.411.529 bp Mycobacterium tuberculosis
•4.639.221 bp E. coli (1997)
E. coli
•Contiene 4288 sequenze codificanti putative di geni (in
parte a funzione ignota; orf)
•Distanza media fra i geni 118 bp.
•Dei geni 87% sono codificanti proteine, 0.8% da RNA,
0.7% elementi ripetuti. 10.7% sequenze regolative
E. coli
• Genomi batterici:
-580.070 bp Mycoplasma genytalium (minino numero di
geni)
-4.411.529 bp Mycobacterium tuberculosis
-4.639.221 bp E. coli
• Genoma eucariotico
-Saccharomices cerevisiae 12.068.000 bp finito di
sequenziare nel 1996
Contiene 5885 orf (4288 in E coli)
140 geni per rRNA
275 geni per tRNA
Ridondanza genetica (permette evoluzione piu’ sofisticata)
Mappa di 140kb del cormosoma III di Saccharomices
In blu le orf, in verde i cloni usati per la sequenza, in giallo i geni
C elegans
1998 98% del genoma completata
19099 geni,
un gene ogni 5076bp (lievito 1gene ogni 2070bp)
Drosophila genoma 180mb
1/3 eterocromatina centromerica
Nel 2000 sequenza di 116mb.
13601geni, meno che in C elegans.
177/289 geni legati a malattie ereditarie sono simili all’uomo
Arabidopsis thailana genoma 125mb.
sequenza nel 2000 al 92%.
25498 geni
Large scale genome analysis
Al 2001: 599 virus e viroidi, 205 plasmids,185 organelli,
31 eubacteria, 7 archea, 1 fungo, 2 animali, 1 pianta
Date genoma umano:
1992: mappa fisica di Y e 21 e mappa
RFLP di X e 22
1995: mappa genetica con marcatori
ogni 200kb
1996: mappa di microsatelliti
1990-: Progetto HUGO
2000: Clinton annuncia il
sequenziamento completo del genoma
umano
Negli anni ‘70 parte l’idea di mettere insieme molti laboratori per
sequenziare le 3x10e9 basi del genoma umano. Il progetto parte nel
1990 e i risultati vengono annunciati da Clinton nel 2000.
Interesse
del
privato a
investire?
Francis Collins
Sequenza cloni mappati
Greg Venter
Sequenza frammenti di DNA e
assemblaggio con mega computer
Whole genome shot gun sequencing and….
•E. coli
639.221 bp
4288 orf
•Saccharomices cerevisiae
12.068.000 bp
5885 orf
•Uomo (Nature 2001)
-3x10e9 bp
-30000-40000 geni
-40% delle proteine simili a c elegans e drosophila
-50% delle proteine simili a proteine di altre specie
-esoni 1% del genoma
-24% introni
-75% DNA intergenico
-44% trasposoni
-1 gene ogni 60-85kb
-Complex genes (alternative splicing)
-More domain architectures and more combinations
-Many genes have originated form bacteria and from transposons
-More than 1.4 million single nucleotide polymorfims identified
-higher mutation rate in male than in female during meiosis
Trasposoni : elementi genetici presenti nei cromosomi capaci di
spostarsi da una posizione all'altra del genoma.
•La diversa colorazione delle cariossidi di questa spiga di mais è il risultato
dell'azione dei trasposoni.
•presenti in tutti gli esseri viventi, ( l'uomo… batteri).
•hanno bisogno dell'enzima trasposasi
•presentano delle sequenze terminali invertite
•si inseriscono in siti non omologhi, causando la formazione ai due lati di
sequenze dirette ripetute, attraverso un taglio ineguale.
•possono contenere anche geni per la resistenza a un antibiotico e
solitamente causano delle mutazioni, impedendo la trascrizione di un gene o
ampliandola; possono inoltre attivare geni oncogeni o disattivare geni
oncosoppressori.
Frequenza e qualita’ dei trasposoni nel genoma umano
45% of the
genome
Paradosso anche nel numero di geni
Saccharomyces
cerevisiae
C. elegans
5800
Drosophila m.
13601
Human
31000/39000
Nature Febbraio 2001
19099
Confronto fra esoni ed introni di animali modello
Nell’uomo:
Esoni di uguale dimensione
Introni piu’ grandi
Confronto le classi di proteine di animali modello
Confronto fra i domini proteici di animali modello
Architettura piu’ complessa delle proteine nell’uomo
Confronto fra domini proteici di animali modello
Confronto fra genomi di cereali:conservazione
Zoo-fish
Sonde umane colorate su cromosomi di gibbone o di scimmia
Ibridazione a stringenza ridotta
Confronto fra cromosomi di mammiferi: conservazione di interi
cromosomi
Sintenia completa
Confronto fra cromosomi di mammiferi: conservazione di parti di
cromosomi o creazione di nuove combinazioni