STRUTTURA ED EVOLUZIONE DEL GENOMA UMANO

1. STRUTTURA ED EVOLUZIONE DEL GENOMA UMANO

2. IL GENOMA UMANO e� composto da 25 differenti molecole di DNA: 24 differenti molecole di DNA nucleare (GENOMA NUCLEARE), 3200 Mb (3x109 bp); 1 singolo tipo di DNA mitocondriale (GENOMA MITOCONDRIALE), 16,6 kb (1,66x104 bp).

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4. 09_02.jpg 09_02.jpg09_02.jpg

5. I geni mitocondriali 37 geni totali 24 geni per RNA: 22 tRNA e 2 rRNA 13 geni per proteine. (subunita� dei complessi respiratori mitocondriali)

6. Il codice genetico mitocondriale E� diverso da quello �universale� 60 codoni codificanti e 4 codoni di STOP. Le componenti proteiche dell�apparato di sintesi proteica sono codificate dal genoma nucleare. 22 tRNA sono in grado di riconoscere i 60 codoni codificanti grazie alla tolleranza per differenti basi in terza posizione (8x4)+(14x2).

7. 01_22.jpg 01_22.jpg01_22.jpg

8. 09_03.jpg 09_03.jpg09_03.jpg

9. Genoma nucleare 24 differenti molecole di dsDNA corrispondenti ai 24 cromosomi Le dimensioni dei singoli cromosomi variano notevolmente, come la loro composizione in GC

10. I geni umani Stimati in un numero tra 30 000 e 35 000. Non sono distribuiti sui cromosomi in maniera uniforme. La grande maggioranza dei geni umani codifica proteine, mentre una frazione tra il 5 e il 10% di essi specifica molecole di RNA non-tradotte. Dalla sequenza del genoma si identificano circa 11 000 geni con certezza. Gli altri geni sono stati predetti mediante analisi informatica della sequenza, e sono, quindi, solo putativi.

11. I geni degli RNA Circa 3000 nel genoma nucleare (~10%) Principalmente coinvolti nei processi di traduzione (rRNA e tRNA) Altre classi di RNA con ruoli regolatori

12. 09_04.jpg 09_04.jpg09_04.jpg

13. Codon usage 09_04.jpg09_04.jpg

14. 09_05.jpg 09_05.jpg09_05.jpg

15. snRNA e snoRNA 09_04.jpg09_04.jpg

16. 10_24.jpg 10_24.jpg10_24.jpg

17. I geni che codificano proteine Dimensioni molto variabili Diversa organizzazione esoni-introni Differenze nel contenuto di DNA ripetitivo (introni e sequenze fiancheggianti) Distribuzione variabile sui vari cromosomi

18. 09_08.jpg 09_08.jpg09_08.jpg

19. 09_08_2.jpg 09_08_2.jpg09_08_2.jpg

20. Famiglie geniche Famiglie geniche classiche (istoni, globine) Geni codificanti prodotti con domini altamente conservati (Homeobox, Paired box, Forkhead, ecc.) Geni codificanti proteine contenenti corti motivi conservati, correlati ad una comune funzione (DEAD box, WD domain, ecc.). Superfamiglie (immunoglobuline, globine recettori G protein coupled, ecc.) .

21. 09_09.jpg 09_09.jpg09_09.jpg

22. 09_10.jpg 09_10.jpg09_10.jpg

23. Famiglie geniche Raggruppate Disperse (geni PAX, NF1)

24. 09_11.jpg 09_11.jpg09_11.jpg

25. Pseudogeni Copie difettive dell�intera sequenza di un gene funzionale (o della sua porzione codificante), o copie troncate, mancanti di porzioni al 5�, al 3�, o frammenti interni.

26. Pseudogeni non-processati Contengono tutte le regioni funzionali del gene Presentano codoni di stop inappropriati Originati per duplicazione genica o crossingover ineguale Pseudogeni processati Contengono solo le sequenze esoniche e una sequenza oligo dA/dT Copiati dall�mRNA in cDNA e reintegrati nel genoma Se sono espressi sono detti retrogeni

27. 09_01.jpg 09_01.jpg09_01.jpg

28. DNA ripetitivo non-codificante clusterizzato Spesso si trova in blocchi di ripetizioni in tandem, e puo� essere classificato in: DNA satellite, soprattutto centromerico DNA minisatellite, generalmente situato ai telomeri DNA microsatellite, disperso in tutti i cromosomi, anche nelle regioni codificanti

29. DNA satellite Zone molto estese di DNA ripetuto in tandem non trascritto L�unit� di ripetizione va da poche bp a centinaia di bp Costituisce la maggior parte di eterocromatina del genoma ? (alphoid DNA) � un satellite localizzato al centromero di tutti i cromosomi

30. Satellite ? Consiste di ripetizioni in tandem di un�unit� di 171 bp Costituisce la gran parte dell�eterocromatina centromerica di tutti i cromosomi Elevata divergenza di sequenza tra cromosomi diversi Clonato in cellule umane genera nuovi centromeri

31. 09_16.jpg 09_16.jpg09_16.jpg

32. DNA minisatellite Zone moderatamente estese di DNA ripetuto in tandem, normalmente non trascritto L�unit� di ripetizione va da poche bp a qualche decina di bp � localizzato presso i telomeri di tutti i cromosomi DNA minisatellite ipervariabile: famiglia altamente polimorfica (vicino ai telomeri, altre zone del genoma) Hotspot per ricombinazione omologa Utilizzato per DNA fingerprinting

33. DNA microsatellite Piccoli gruppi di ripetizioni di una sequenza semplice (fino a 10 bp) � sparso in tutto il genoma Si origina per �replication slippage� Pu� generare hotspots mutazionali

34. DNA ripetitivo non-codificante intersperso Il DNA ripetitivo derivato da trasposoni rappresenta il 45% circa del genoma umano I trasposoni sono sequenze di DNA mobile Solo pochi di essi traspongono attivamente Autonomi o non-autonomi Retrotrasposoni Trasposoni DNA

35. Retrotrasposoni Trasposoni retrovirus-like Hanno tipiche regioni LTR ripetute in tandem alle estremit� Autonomi e non-autonomi Trasposizione molto rara negli ultimi milioni di anni

36. 09_17.jpg 09_17.jpg09_17.jpg

37. Trasposoni DNA fossili Hanno sequenze terminali ripetute invertite Codificano una trasposasi Non sono pi� attivi

38. 09_17.jpg 09_17.jpg09_17.jpg

39. Trasposoni LINE Long Interspersed Nuclear Elements Sono i trasposoni pi� attivi e sono molto antichi Codificano tutti i prodotti necessari alla trasposizione 3 famiglie (L1, L2, L3) comprendenti il 20% del genoma umano L1 � la famiglia predominante (17%) ed � l�unica che traspone attivamente (circa 6.1 kb) L1 � responsabile di quasi tutta la retrotrascrizione che avviene nel genoma Localizzati in regioni AT-rich

40. 09_17.jpg 09_17.jpg09_17.jpg

41. 09_18.jpg 09_18.jpg09_18.jpg

42. Trasposoni SINE Short Interspersed Nuclear Elements Sono lunghi 100-400bp e hanno colonizzato il genoma umano con successo Non codificano proteine Condividono le sequenze terminali con le LINE Traspongono parassitando il macchinario delle LINE Si sono originati per copia di geni ad RNA La pi� abbondante � la famiglia Alu Localizzati in regioni GC-rich

43. 09_19.jpg 09_19.jpg09_19.jpg

44. Le sequenze ripetute hanno un potenziale patogenetico Le sequenze ripetute sono soggette a CNV e scambi non reciproci di sequenze Sia la riduzione che l�amplificazione del numero di ripetizioni possono essere patogeniche (poliglutamine, siti fragili ecc)

45. 11_05.jpg 11_05.jpg11_05.jpg

46. 11_05_2.jpg 11_05_2.jpg11_05_2.jpg

47. Le sequenze ripetute hanno un potenziale patogenetico Le sequenze clusterizzate possono generare amplificazioni/delezioni localizzate Le ripetizioni intersperse possono generare larghe delezioni/amplificazioni

48. 11_20.jpg 11_20.jpg11_20.jpg

50. La risposta a questa domanda pu� venire dalla genomica comparativa o evoluzionistica Sappiamo che il genoma di ogni organismo contiene l�informazione genetica necessaria alla sua identit�La risposta a questa domanda pu� venire dalla genomica comparativa o evoluzionistica Sappiamo che il genoma di ogni organismo contiene l�informazione genetica necessaria alla sua identit�

51. Come si pu� definire la complessit� biologica? Come faccio a dire che un organismo � pi� o meno complesso di un altro? Tra procarioti ed eucarioti, unicellulari e pluricellulari � pi� facileCome si pu� definire la complessit� biologica? Come faccio a dire che un organismo � pi� o meno complesso di un altro? Tra procarioti ed eucarioti, unicellulari e pluricellulari � pi� facile

52. Esistono due interessanti paradossi in biologia molecolare e li possiamo riassumere come l�inesistenza di correlazioneEsistono due interessanti paradossi in biologia molecolare e li possiamo riassumere come l�inesistenza di correlazione

53. Ad esempio se prendiamo come parametro di complessit� il numero di tipi cellulari nei vari phyla e lo plottiamo insieme al numero di geni codificanti proteine, vediamo che non c�� correlazioneAd esempio se prendiamo come parametro di complessit� il numero di tipi cellulari nei vari phyla e lo plottiamo insieme al numero di geni codificanti proteine, vediamo che non c�� correlazione

58. Se gli introni fossero geneticamente inerti, la loro lunghezza dovrebbe essere casuale tra diversi tipi di geni, dipendendo solo da eventi di assemblaggio genico o da accumulo casuale di sequenze da inserzione. Invece nell�uomo i geni con gli introni pi� lunghi sono associati a funzioni neurali, sviluppo e differenziamento, quelli con introni pi� corti sono spesso housekeepingSe gli introni fossero geneticamente inerti, la loro lunghezza dovrebbe essere casuale tra diversi tipi di geni, dipendendo solo da eventi di assemblaggio genico o da accumulo casuale di sequenze da inserzione. Invece nell�uomo i geni con gli introni pi� lunghi sono associati a funzioni neurali, sviluppo e differenziamento, quelli con introni pi� corti sono spesso housekeeping

59. Anche le UTR aumentano con l�aumentare della complessit� biologica negli animali Le UTR sono sequenze che agiscono in cis come sensori di segnali in trans, che possono essere portati da proteine o da miRNAAnche le UTR aumentano con l�aumentare della complessit� biologica negli animali Le UTR sono sequenze che agiscono in cis come sensori di segnali in trans, che possono essere portati da proteine o da miRNA

60. Ci sono diverse spiegazioni per questi due paradossiCi sono diverse spiegazioni per questi due paradossi

65. Dicer � essenziale per lo sviluppo del topo

74. L�importanza che hanno assunto i miRNA nel cancro � dimostrata dalle numerose biotech che hanno investito su miR-based therapiesL�importanza che hanno assunto i miRNA nel cancro � dimostrata dalle numerose biotech che hanno investito su miR-based therapies