GENOMICA STRUTTURALE: GENOMICA FUNZIONALE:

GENOMICA STRUTTURALE:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
GENOMICA FUNZIONALE:
Anatomia dei genomi
8. Funzionamento dei genomi
Il genoma dei procarioti
Modificazioni della cromatina e l’espressione del
Il genoma degli eucarioti
genoma
La mappatura dei genomi
Microarray e RNA-seq
Mappatura genetica
Metil-seq
Mappatura fisica
Chip-seq
Il sequenziamento automatico del DNA
Il principio del sequenziamento secondo Sanger
Il sequenziamento su larga scala
La lettura dei tracciati di sequenziamento
Il sequenziamento del genoma
I nuovi metodi di sequenziamento
Il sequenziamento gerarchico
Il sequenziamento shogun
Piattaforme di sequenziamento di interi genomi
Assemblaggio e annotazione del genoma
Copertura del genoma
Phrap/Consed
Approccio Overlap-Layout-Consensus ed Euleriano
La verifica delle sequenze
Le caratteristiche funzionali delle sequenze genomiche
I Progetti Genoma
Il Progetto Genoma Umano
Il Progetto Genoma Animali
Il Progetto Genoma Piante
Il Progetto Genoma Microrganismi
Genotipizzazione
Gli SNP e la variazione
La genotipizzazione degli SNP
Central dogma
DNA
tRNA
transcription
rRNA
ncRNA
mRNA
translation
POLYPEPTIDE
Epigenetica
L’epigenetica è quella branca della
Genetica che descrive i fenomeni
ereditari in cui il fenotipo è
determinato non tanto dal genotipo
ereditato in sé (la sequenza di DNA)
quanto dalla sovrapposizione (epi in
greco significa “sopra”) al genotipo
stesso di un segnale molecolare che ne
influenza il comportamento funzionale.
nucleosoma
DNA
istoni
?
Il segnale epigenetico è una qualsiasi
alterazione ereditabile che influenza
l’attività genica senza cambiare la
sequenza del DNA
•
Epigenetics
refers to the study of changes in the
regulation of gene activity and expression that are not
dependent on gene DNA sequence
• While epigenetics often refers to the study of single genes or
sets of genes, Epigenomics refers to more global
analyses of epigenetic changes across the entire genome
Epigenetic phenomena
Genic, chromosome and genomic imprinting
Vertebrates,
Invertebrates and Plants
Heterochromatin formation
Centromere function
Eukaryotes
Mammals
Polycomb group proteins
Drosophila
RNA interference (PTGS)
Eukaryotes
Transvection
Drosophila
Paramutation
RIP e MIP (Quelling)
Plants
Fungi
M P
zigote
M
P
P
M
P
M
M
P
embrioni ginogenoti
embrioni androgenoti
scarsa formazione
degli annessi embrionali
scarso sviluppo
del corpo dell’embrione
Instaurazione dell’imprinting
Meccanismi epigenetici
modificazioni
delle proteine
?
nucleosoma
DNA
istoni
modificazioni
del DNA
?
ncRNA o sRNA
Modificazioni del DNA
modificazioni
delle proteine
nucleosoma
DNA
istoni
modificazioni
del DNA
Modificazioni del DNA = addizione covalente di un gruppo a
sequenze specifiche
metilazione della citosina
Mammals methylation predominant occurs at CpG site
Plants methylation occurs at CG, CHH, CHG sites
Modificazioni delle proteine
modificazioni
delle proteine
nucleosoma
DNA
istoni
modificazioni
del DNA
Modificazioni delle proteine = addizione covalente di un gruppo a
proteine specifiche della cromatina
modificazioni post-traduzionali degli istoni
Acetilazione Fosforilazione Metilazione Ubiquitinazione delle code istoniche
Differenti combinazioni di gruppi funzionali aggiunti alle code
istoniche creano specifici segnali per attrarre o respingere complessi
multiproteici deputati alla regolazione dell’espressione dei geni
CODICE ISTONICO
Acetilazione Fosforilazione Metilazione Ubiquitinazione
Me
H3
H4
Me
…4K
…9K
…16KAc …20KMe
cromatina
H2A
H2B
Me
Me
16KAc
Me
4K
16KAc
16KAc
eucromatina
Me
Me
20K
9K
9K
Me
20K
4K
16KAc
Me
4K
Me
9K
Me
20K
eterocromatina
Me
9K
cromatina
proteine non istoniche
Me
9K
eucromatina
Me
9K
Me
9K
eterocromatina
ncRNA
non coding RNA o small RNA
ncRNA-Seq
siRNA
microRNA
siRNA
A small interfering RNA is a class of 20-25 nucleotidelong, double-strand RNA molecule (dsRNA) with 2-nt
overhangs on either end, including a 5' phosphate
group and a 3' hydroxy (OH) group, that interferes
with the expression of genes.
siRNAs are naturally produced as part of the RNA
interference (RNAi) pathway by the enzyme Dicer.
They can also be exogenously (artificially) introduced
by investigators to bring about the knockdown of a
particular gene
• Molecole di siRNA si producono a partire da lunghe
molecole di RNA bicatenario prodotte da elementi
genetici normalmente silenti o estranei alla
cellula,quali trasposoni,virus o transgeni.
• Gli siRNA agiscono principalmente determinando la
degradazione del mRNA bersaglio attraverso un
meccanismo definito RNA interference (RNAi)
• RNAi perciò rappresenta un sistema di difesa contro
l’invasione di elementi genetici estranei e di
conservazione della stabilità del genoma
DICER
siRNA= 21-25nt RNA
dsRNA
RISC
RNA Interference
Specific Complex
+
mRNA target
RISC
mRNA target degradato
miRNA
A micro-RNA is a form of single-stranded RNA which is
typically 20-25 nucleotide long. It is thought to regulate
the expression of other genes. miRNAs are RNA genes
which are transcribed from DNA, but are not translated
into protein.
The DNA sequence includes the miRNA sequence and an
approximate reverse complement. When this DNA sequence is
transcribed into a single-stranded RNA molecule, the miRNA
sequence and its reverse-complement base pair to form a double
stranded RNA hairpin loop; this forms a primary miRNA structure
(pri-miRNA).
In animals, the nuclear enzyme Drosha cleaves the base of the
hairpin to form pre-miRNA. The pre-miRNA molecule is then
actively transported out of the nucleus into the cytoplasm by
Exportin 5, a carrier protein. The Dicer enzyme then cuts 20-25
nucleotides from the base of the hairpin to release the mature
miRNA.
In plants, which lack Drosha homologues, pri- and pre-miRNA
processing by Dicer probably takes place in the nucleus, and
mature miRNA duplexes are exported to the cytosol by Exportin 5.
Pasha
• siRNA agiscono solo per complementarietà
perfetta per cui ogni siRNA può avere un
unico mRNA bersaglio
• Diversamente, i miRNA costituiscono una
numerosa classe di geni endogeni
filogeneticamente conservati, la cui funzione
è
di
inibire
l’espressione
genica
principalmente attraverso l’inibizione della
traduzione
• Ogni miRNA, per il suo caratteristico
meccanismo d’azione può avere più di un
mRNA bersaglio