Diapositiva 1 - Axada Catania
annuncio pubblicitario
I differenti tipi cellulari di un organismo multicellulare differiscono nettamente sia nella struttura che nella funzione Le differenze tra un neurone di mammifero ed un linfocita sono così estreme che è difficile immaginare che le due cellule hanno lo stesso genoma Tutte le cellule di un organismo hanno lo stesso genoma (originano tutte dallo zigote). Le differenze tra i diversi tipi cellulari dipendono dalle diverse proteine che li costituiscono dall’espressione selettiva di specifici sets di geni. E’ stato stimato che in un determinato momento una tipica cellula umana esprime approssimativamente da 10.000 a 20.000 dei suoi circa 22.000 geni. Utilizzando tecniche di microarray è stato possibile confrontare i profili di mRNA di differenti tipi cellulari, ed è stato trovato che il livello di espressione di quasi ogni gene attivo varia da un tessuto ad un altro I dati ottenuti con l’analisi degli RNA sottostimano le reali differenze tra i profili di proteine presenti nei differenti tipi cellulari Fenotipo Proteine costitutive Indispensabili per la sopravvivenza La loro concentrazione deve rimanere costante Proteine adattative Cambiamenti delle condizioni ambientali Produrre risposte metaboliche a specifici segnali Proteine del differenziamento Assunsione ed espressione permanente di nuove funzioni specifiche Geni Costitutivi Sempre espressi Geni Regolati Differenziamento Risposta a segnali extracellulari Regolazione dell’espressione genica Organizzazione della cromatina Punto 1 Inizio della trascrizione Fattori di trascrizione La trascrizione di singoli geni è accesa o spenta nelle cellule da proteine regolatrici. Differenti Fattori di Trascrizioni Specifici (STF) sono presenti in differenti tipi cellulari. Questi permettono specifici patterns di espressione genica che conferiscono la specificità cellulare. Dei 22.000 geni umani dal 5% al 10% codifica per STF Liver cells Mammary gland cells Molti dei STF sono segnali esterni L’espressione di una singola proteina regolatrice può scatenare l’espressione di un intera batteria di geni a valle La trascrizione di singoli geni è accesa o spenta nelle cellule da proteine regolatrici. Gli attivatori e i repressori agiscono con una varietà di meccanismi causando generalmente: • La modificazione locale della struttura della cromatina • L’assemblaggio dei fattori generali di trascrizione al promotore • Il reclutamento della RNA polimerasi DNA PACKAGING Chromatin structure is hyerarchic NUCLEOSOME Heterochromatin (more compact organization) Euchromatin (less compact organization) STF Many gene activator proteins make use of 2 mechanisms for changing the chromatin structure of the regulatory sequences: 1)Covalent histone modifications 2)Nucleosome remodeling GENE ACTIVATOR PROTEIN Covalent histone modifications Acetilazione degli istoni GENE ACTIVATOR PROTEIN Nucleosome remodeling This term refers to the modification or repositioning of nucleosomes within a short region of the genome, so that DNA-binding proteins can gain access to their attachment sites Remodeling, in the strict sense, involves a change in the structure of the nucleosome, but no change in its position. Sliding, or cis-displacement, physically moves the nucleosome along the DNA. Transfer, or trans-displacement, results in the nucleosome being transferred to a second DNA molecule, or to a non-adjacent part of the same molecule Metilazione del DNA Nei vertebrati la metilazione del DNA si trova in regioni trascrizionalmente silenti del genoma (come il cromosoma X inattivo) suggerendo che essa abbia un ruolo nel silenziamento dei geni Come la metilazione del DNA può spegnere i geni Ereditabilità degli schemi di metilazione durante la duplicazione del DNA Inattivazione del cromosoma X nelle cellule di mammifero La determinazione del sesso in Drosophila dipende da una serie ordinata di eventi di splicing dell’RNA Sono tradizionalmente riconosciute nel corpo umano circa 1013 cellule rappresentate da 250 tipi cellulari diversi. Esse hanno perso le caratteristiche necessarie per la sopravvivenza indipendente e hanno acquisito peculiarità che soddisfano le necessità del corpo nel suo insieme. Il differenziamento cellulare dipende generalmente da cambiamenti nell’espressione genica • Il differenziamento è il processo mediante il quale una cellula diventa diversa dalla sua progenitrice e dalle altre cellule figlie della stessa progenitrice. • L'ultima parte del differenziamento, che si compie dopo che è cessata l'attività proliferativa, si definisce differenziamento terminale. Genes Functions A B C D Create cellular complexity by differential genes expression This form of combinatorial coding endows an organism with n genes to create, in theory, 2n different cell-specific gene batteries. This rationalization provides an easy explanation for the fact that the absolute number of genes in a genome does not correlate with organismal complexity Hobert (2004) TIBS MiRNA & SiRNA Small RNAs With a Big Role in Gene Regulation MicroRNAs (miRNAs) are a family of 21–25-nucleotide small RNAs that, at least for those few that have characterized targets, negatively regulate gene expression at the post-transcriptional level Members of the miRNA family were initially discovered as small temporal RNAs (stRNAs) that regulate developmental transitions in Caenorhabditis elegans GENE EXPRESSION ANALYSIS Nucleic acid hybridization is a common approach for surveying gene expression at the RNA level and can be used to provide whole genome expression screens Probe Targets Matches Hybridization: Association of two complementary nucleic acid strands to form double – stranded molecules, which can contain two DNA strands, two RNA strands, or one DNA and one RNA strand GENE EXPRESSION ANALYSIS Most recent invented methods allow researchers to analyze the expression of thousands of genes simultaneously using DNA microarray Coupling this methods with the results from genome sequencing projects allows researchers to analyze the complete transcriptional program of an organism during specific physiological responses or developmental processes. GENE EXPRESSION ANALYSIS DNA microarrays consist of thousands of individual gene sequences bound to closely spaced regions on the surface of a glass microscope slide. 20 - 50 µm 20 - 50 µm Millions of identical oligonucleotide probes per feature 49 - 400 chips/wafer 1.28cm up to ~ 400,000 features/chip Schematically Before labelling Array Schematically Labelled but before hybridization Array Schematically After hybridization Array Schematically Quantification 4 2 0 Array 3 GENE EXPRESSION ANALYSIS
