BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE
CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO
LEZIONE 2
Anno Accademico 2008/9
BIOTECNOLOGIE E FARMACOLOGIA
• Identificare nuovi bersagli farmacologici
• Screening di farmaci
• Nuovi molecole terapeutiche
Identificare nuovi bersagli farmacologici
•
GENOMATICA
•
GENOMATICA FUNZIONALE
•
MODELLI DI MALATTIA
La GENOMATICA
e la ricerca di nuovi farmaci
GENOMATICA:
studio del genoma* degli esseri viventi
attraverso la mappatura o
sequenziamento dei geni e lo studio
della loro funzione
* Per genoma si intende l’intero contenuto in DNA di una cellula, geni
e sequenze intrageniche incluse
genoma umano
Il genoma umano è costituito da 3.000.000.000 di paia di basi
Diviso in 24 sequenze lineari : i cromosomi
di cui 22 sono autosomi e 2 sono i cromosomi sessuali
Il DNA mitocondriale è circolare e ha le dimensioni di 16569 pb
Mappare i geni:
• Storicamente attraverso la costruzione
di mappe fisiche (identificare e
ordinare marcatori lungo il cromosoma)
• Attualmente con il sequenziamento
mappe fisiche costruite con:
• restriction mapping
•FISH (Fluorescent in situ hybridization) mapping
• studi genetici di ‘linkage’
• use of sequence tagget site (STS)
RESTRICTION MAPPING
1. Frammentazione del DNA genomico con enzimi di
restrizione
2. Separazione dei frammenti per elettroforesi su
agarosio
3. Immobilizzazione DNA per trasferimento su
membrana
4. Ibridazione con sonda opportunamente marcata
5. Identificazione di RLFP
EREDITA’ DI MARCATORI RFLP
Restriction Fragment Length Polymorphism
SNP
restriction mapping
sequence tagget site
SEQUENZIAMENTO DEL GENOMA UMANO
http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/hgp.shtml
The Human Genome Project (HGP) refers to the international 13year effort, formally begun in October 1990 and completed in 2003,
to discover all the estimated 20,000-25,000 human genes and make
them accessible for further biological study.
Another project goal was to determine the complete sequence of the
3 billion DNA subunits (bases in the human genome).
As part of the HGP, parallel studies were carried out on selected
model organisms such as the bacterium E. coli and the mouse to help
develop the technology and interpret human gene function.
The DOE Human Genome Program and the NIH National Human
Genome Research Institute (NHGRI) together sponsored the U.S.
Human Genome Project
Walter Gilbert. A crucial
early proponent, he later
tried to set up a company
to produce and sell
genome data.
Sydney Brenner. Joked that
sequencing was so boring it should be
done by prisoners. CREDIT: MRC
Charles DeLisi. An early advocate, he
launched the Human Genome
Initiative within the Department of
Energy in 1986.
Problemi legati al sequenziamento
Dimensioni
dei
PHYLUM
SPECIE
Algae
Mycoplasma
Batteri
Lieviti
Nematodi
Insetti
Uccelli
Anfibi
Mammiferi
genomi
GENOMA (bp)
Pyrenomonas Salina
M. Pneumoniae
E. coli
S. cerevisiae
C. elegans
D. melanogaster
G. domesticus
X. laevis
H. Sapiens
6.6x105
1.0x106
4.2x106
1.3x107
8.0x107
8.4x108
1.2x109
3.1x109
3.3x109
Progetto GENOMA
UMANO
http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml
Scopi:
• Sequenziamento dei genomi di
interesse biologico o
farmacologico
• Studi di funzione genica
Progetto GENOMA UMANO
Strategie:
• Generazione sistematica di mappe fisiche
• Sequenziamento di Expressed Sequence Tag (EST)
• Miglioramento delle tecnologie di sequenziamento
http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/about.shtml
Strategie di sequenziamento del genoma
Una “Expressed Sequence Tag “(EST) è
un cDNA (200-500 pb) che rappresenta
una piccola parte di un gene che può
essere utilizzata per identificare e
localizzare il suo gene di appartenenza a
livello dell’intero cromosoma.
Sequenziamento di ESTs
Assemblamento delle sequenze
Durata del sequenziamento del
genoma umano con il metodo
‘Whole genome shot-gun’
8 settembre 1999
17 giugno 2000
Craig Venter
Termine del progetto Genoma Umano
2003
Investimento NIH nel progetto
3 miliardi di dollari /13 anni
Francis Collin
Risultati del Progetto GENOMA UMANO
Sequenza completa di 74 genomi
>1000 virus, organelli, plasmidi
microorganismi
Mycoplasma
Genitalum
Haemophylus influenzae
E. coli
Saccaromyces Cerevisiae
Genomi di organismi superiori
Drosophila Melanogaster
Arabidopsis Thaliana
Homo Sapiens
Rattus norvegicus
Mus musculus
5.8x105
1.8x106
4.2x106
1.3x107
1.7x107
1.2x108
3.0x109
2.8x109
2.7x109
Alcuni risultati dell’analisi della sequenza
del genoma umano
• n. geni 26*103
• arrangiamento dei geni non casuale (in cluster)
• esoni 1.1% del genoma
• introni 24%
• sequenze intergeniche 75%
• > 1.4 milioni di siti polimorfici (SNPs)
NATURE Human Genome Collection
It is now more than 15 years since work began sequencing the 2.85 billion
nucleotides of the human genome. While the draft sequence was published
in Nature in 2001, researchers at the Human Genome Project continued to
fill the gaps and subject individual chromosomes to ever more detailed
analyses. Nature is proud to present here the complete and comprehensive
DNA sequence of the human genome as a freely available resource.
Le sfide per il futuro del progetto genoma umano
•Comprendere le componenti strutturali e funzionali del genoma
• capire come le reti di geni e proteine contribuiscono alla
definizione del fenotipo
• comprendere cosa determina le variazione nella trasmissione
dei caratteri genetici
• facilitare l’utilizzo dell’uso delle informazioni genetiche nella
ricerca e nella clinica
• stabilire strategie per l’identificazione del contributo del
genoma nella determinazione delle patologie e delle risposte
alla terapia
• identificare le varianti genetiche che contribuiscono al
mantenimento dello stato di salute
• determinare strategie per identificare il rischio di malattia
•Utilizzare le conoscenze genetiche per lo sviluppo di farmaci
innovativi
Per i concetti di base trattati in questa lezione vedi:
T.A. Brown GENOME Bios Scientific Publishers
