Genetica medica
genoma umano e
geni
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Dip. di Genetica Biologia e Biochimica
Genetica medica oncologica
ASO S. Giovanni Battista - Torino
IRCC - Candiolo
Sequenziamento del Genoma umano
Iniziato nel 1990
completato il 14.04.2003
con 2 anni di anticipo
3 bilioni di paia di basi
20.000 – 25.000 geni
accuratezza del 99%
“solo” 341 gaps
errore: 1/100.000 basi
Le regioni codificanti
occupano solo il 5% del
genoma
Più di 3 milioni di SNPs
(single nucleotide
polymorphisms) identificati
SNPs
Single Nucleotide
Polymorphisms
nella regione codificante dei geni
- silenti
- cambiamento di amino acido
nelle regioni regolatorie dei geni
negli introni
- più o meno efficiente espressione
nelle regioni non codificanti
Sequenziamento del Genoma umano
• Eucromatina: 2.88 bilioni di bp (2.88 Gb)
• Genoma umano totale: 3.08 Gb
• Regioni ripetute
– 24 centromeri (50 Mb)
– braccia corte dei cromosomi acrocentrici (13p, 14p, 15p,
21p, 22p) con circa 50 copie tandem dei geni 5S, 18S e 28S
– eterocromatina del cromosoma Y, 1q, 9q e 16q
• Dati al 2004 (Build 35)
– 5.3% del genoma: duplicazioni segmentali recenti (40 milioni
di anni) di lunghezza > 1kb e identità > 90% (> 25% dell’Y)
con 1183 geni duplicati divergenti e 3300 paraloghi
– 1.2% esoni + 0.7% UTR di circa 20.000-25.000 geni
codificanti proteine (+ n° ad RNA)
– circa 20.000 pseudogeni (circa 32 geni estinti)
Nature, October 2004
Sequenziamento del Genoma umano
Dati al novembre 2005 (Build 36)
Base azotata + zucchero + fosfato = NUCLEOTIDE
DNA
zucchero :
desossiribosio
catena nucleotidica :
doppia elica
appaiamento costante :
A:T
G:C
5’
3’
3’
5’
Apertura della
doppia elica
Duplicazione del
DNA
Trascrizione del
DNA in mRNA
Flusso dell’informazione :
DNA nucleare
mRNA
Proteine
(strutturali
regolatorie
enzimatiche)
mRNA
zucchero :
ribosio
catena nucleotidica :
singola elica
basi azotate :
Adenina
Uracile
Guanina
Citosina
Il codice genetico
4 basi -> 20 amino acidi
4 basi 3 = 64 codoni
univoco…..
..ma ridondante
LOCUS : posizione di uno o più geni lungo
un cromosoma
GENE : tratto di DNA
corrispondente ad una
informazione
(30-40 mila)
2 nm
Mitosi : processo attraverso il quale una cellula
si divide in 2 cellule figlie identiche (diploidi)
Ciclo cellulare :
G0 : quiescenza
G1 : verifica dell’integrità
del genoma che deve
essere duplicato
S : sintesi del DNA
G2 : verifica dell’integrità
cromosomica
M : mitosi
Check – points
prosecuzione del
ciclo cellulare
apoptosi
Genoma umano (n):
3 x 1012 paia di nucleotidi
20-30 mila geni
46 cromosomi (2n):
22 autosomi
2 cromosomi del sesso
46 XX – 46 XY
23 materni (22-X)
23 paterni (22-X o 22-Y)
Meiosi :
processo attraverso il quale una
cellula diploide (2n) si divide in
4 cellule figlie aploidi (n)
appaiamento dei cromosomi
omologhi e crossing-over
separazione dei
cromatidi fratelli
Mediamente un gene umano :
•
•
•
•
lunghezza
numero di esoni
lunghezza dell’esone
lunghezza dell’introne
17.000 paia di basi (17 kb)
7-9
100 - 400 nucleotidi
200 - 2.000 nucleotidi
Struttura dei geni degli eucarioti
“Enhancers”
5’ UTR
esone
introne
3’ UTR
5’
3’
Promotore
TATA box
CCAAT
CG-rich
ATG
Stop
Segnale di
Poliadenilazione
AAUAAA
Inizio della traduzione
Inizio della trascrizione
mRNA
cap
polyAAAAA
Regione codificante
“open reading frame”
Dal cromosoma al gene : le unità di misura !
Cromosoma 17
78.6 milioni di basi
(78.6 x 106 = 81 Mb)
Regione genomica del gene BRCA1 (17q23.3)
25 esoni in 80 mila basi (80 x 103 = 80 kb)
1 bp (paia di basi) 1 kb (1.000 bp) 1 Mb (1.000 kb)
(1.000.000 bp)
mRNA: 5711 basi
proteina BRCA1: 1863 aa
MDLSALRVEEVQNVINAMQKILECPICLELIKEPVSTKCDHIFCKFCMLKLLNQKKGPSQCPLCKNDITKRSLQESTRFSQLVEELLKIICAFQLDTGLEYANSYNFAKKENNSP
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SVALYQCQELDTYLIPQIPHSHY
Genoma umano :
3 x 1012 paia di nucleotidi
20-30 mila geni
46 cromosomi :
22 autosomi
2 cromosomi del sesso
46 XX – 46 XY
23 materni (22-X)
23 paterni (22-X o 22-Y)
Terminologia
Alleli :
forme alternative di un gene
o varianti in un punto del DNA
es. il codone 6 del gene della beta globina
Allele normale A
......GAG..... (acido glutammico)
Allele della cellula falcemica S .….GTG..... (valina) mutazione
Allele “cristallino” C .………………AAG..... (lisina) mutazione
Mutazione : variante dotata di effetto biologico
Polimorfismo : variante presente nella popolazione generale
(f > 1%) priva di significato patologico
Terminologia
Omozigote: porta 2 alleli identici ad un locus, bA bA o bS bS
Eterozigote: porta 2 alleli differenti ad un locus, bA bS
Eterozigote composto: porta 2 alleli non normali
(2 mutazioni diverse) ad un locus, bSbC
wt wt
omozigote
wt mut
eterozigote
mut mut
omozigote
mut mut
eterozigote
composto
Terminologia
Genotipo: costituzione genetica di un individuo
nella sua totalità o riferita ad un gene specifico
es. mutazione omozigote, bS bS
effetto dell’ambiente
geni modificatori
back-ground genetico
Fenotipo: caratteristica osservabile
di un individuo o di una cellula
es. anemia a cellule falciformi
bS b S
omozigote
Mutazioni
• Puntiformi (10-10 x bp x mitosi – 10-5-10-6 x bp x generazione)
– silenti
– missenso
– nonsenso
– inserzioni – delezioni
di poche bp (frameshift)
5’ C T C C A C G A A T T C T T A
Leu - His - Glu - Phe - Leu
3’
5’ C T C C A C G A A T C C T T A
Leu - His - Glu - Ser - Leu
3’
5’ C T C C A C T A A T T C T T A 3’
Leu - His - Stop - Phe - Leu
5’ C T C C A C T A A T T C T T A
Leu - Stop -
– splicing
• Non puntiformi
– delezioni , duplicazioni parziali o complete
• Anomalie cromosomiche
– di numero
– di struttura
(10-2 x divisione cellulare)
(6 x 10-4 x divisione cellulare)
3’