Corso Genetica medica
CORSO DI GENETICA MEDICA
(Prof.ssa V. Gatta)
• Korf- Irons Genetica e Genomica
Umane. Edi-Ermes Editore 28.00 €
•
Stuppia, L. Problematiche
Psicologiche in Genetica Medica”.
Carabba Editore. 10.00 €
•
Dispense disponibili online
www.ediermes.it
GENETICA
•
•
•
•
La Genetica si occupa:
della struttura
della trasmissione
dell’espressione
dell’informazione ereditaria.
DNA
Struttura
1953
• ..a cosa serve il DNA….
depositario delle informazioni che determinano la struttura della
cellula, dirigono le sue funzioni e le danno la possibilità di
duplicarsi
Trasmissione
• Noi tutti abbiamo inizio
dalla fecondazione di una
cellula uovo con uno
spermatozoo
• Da questa cellula
fecondata, trae origine il
nostro organismo
• Unione di due patrimoni,
uno di origine paterna ed
uno di origine materna
• L’insieme delle
caratteristiche genetiche
rappresenta il GENOTIPO
Espressione: dal genotipo
al fenotipo
• In che modo l’assetto
genetico determina il
nostro aspetto e il
nostro
comportamento?
Genotipo e Fenotipo
• Genotipo:
– Costituzione
genetica di ogni
singolo individuo
• Fenotipo:
– L’insieme delle
caratteristiche
fisiche,
biochimiche e
mentali di un
individuo
Fenotipo
• Espressione del
genotipo
• Ma quale rapporto c’è
tra fenotipo e
genotipo?
genotipo
F
ambiente
GENOTIPO
Sindrome di
Marfan
Fenotipo
Gene deputato alla formazione della fibrillina
costituente del tessuto connettivo
Distrofia muscolare di
Duchenne
• Incidenza 1/3500 maschi
nati vivi
• X-linked recessiva
– Solo maschi affetti
– Femmine portatrici sane
Gene DMD : 79 esoni
proteina Distrofina
degenerazione progressiva
delle fibre muscolari con
conseguente progressiva
perdita delle abilità
motorie.
www.geneclinics.org
FENOTIPO
Ambiente
Genotipo
FENOTIPO
•
INFARTO
Scoperto gene che raddoppia
rischio ictus e infarto
Scoperto un gene che raddoppia il
rischio di infarto e ictus. Le mutazioni
nel gene 'ALOX5AP'E', secondo i
primi risultati
Ambiente
Tumore ai polmoni
• parenti di primo grado dei pazienti che
soffrono di tumore dei polmoni presentano
un rischio di sviluppare il cancro a loro
volta da 2 a 3,5 volte maggiore rispetto alla
popolazione generale
VARIAZIONE DEI
CARATTERI
•
…nel bene
…nel male
Struttura
1953
• Cellule Eucariote
• Sono caratterizzate da un
voluminoso nucleo
delimitato da membrana
che contiene il materiale
ereditario DNA.
• Le cellule eucariote
hanno il citoplasma
organizzato in
scompartimenti separati e
contengono molti
organuli.
• La cellule eucariote sono
circa 10 volte più grandi
di quelle procariote. (10 e i 50
µm )
•
Morfologia di alcuni tipi di cellule. Siccome la funzione
richiede una particolare forma, da una cellula primordiale,
attraverso il differenziamento, si sono evoluti i diversi tipi di
cellule, che hanno tutte lo stesso patrimonio genetico.
• A cellula del mesenchima - B
globulo rosso
Globuli bianchi: C granulocita
D linfocita E monociti
F osteocita
G cellula adiposa
H neurone
I cellula muscolare liscia
L cellula muscolare cardiaca
M cellula produttrice di muco
N cellula epatica
O cellula dei muscoli scheletrici
P cellula della glia.
• A cellula del mesenchima - B
globulo rosso
Globuli bianchi: C granulocita
D linfocita E monociti
F osteocita
G cellula adiposa
H neurone
I cellula muscolare liscia
L cellula muscolare cardiaca
M cellula produttrice di muco
N cellula epatica
O cellula dei muscoli scheletrici
P cellula della glia.
•
Il nucleo delle cellule eucariote è il compartimento in cui è racchiuso il
materiale genetico.
•
Il nucleo è delimitato da una membrana nucleare ed è costituito da una
porzione fluida, il nucleoplasma, in cui è dispersa la cromatina.
Il nucleoplasma è una matrice gelati nosa contenente ioni, proteine, enzimi e
nucleotidi.
•
•
•
La cromatina è la forma in cui appare il materiale genetico (DNA) quando la
cellula non è impegnata nella divisione cellulare. essa ha un aspetto granuloso,
e appare suddivisa in zolle più o meno chiare.. La cromatina è formata da
DNA e dalle proteine ad esso associate.
…
Conosciamo il DNA
• Tutte le meraviglie della scienza genetica si
fondano sulla scoperta della doppia elica del
DNA: 1953 Watson e Crick
• Questa struttura molecolare è l’agente
esclusivo dell’eredità in tutti i viventi
Figura 1.1 Struttura a doppia elica del DNA. La doppia elica è mostrata nel lato destro. Le eliche di zucchero e fosfato sono
tenute insieme da legami a idrogeno che si instaurano tra le basi adenina e timina (A-T) e guanina e citosina (G-C).
La desossiadenosina monofosfato è mostrata in basso a sinistra.
A=T
C=G
Elmenti base del DNA/RNA
• Consiste di una
sequenza di tre
miliardi di questi
nucleotidi
Genoma
• L'intera sequenza del
genoma umano, scritta
in Times New Roman,
dimensione 12,
avrebbe una lunghezza
di 5000 km
A=T
C=G
Elmenti base del DNA/RNA
Replicazione del DNA
• Il DNA si duplica in
maniera
“semiconservativa”, ossia
ogni cellula figlia conterrà
una catena ereditata dalla
cellula madre ed una di
nuova formazione
Se tutte le molecole fossero unite linearmente coprirebbero una
distanza di circa 2 metri
LA CROMATINA
Nelle cellule degli eucarioti il DNA non è libero ma associato a piccole proteine dette istoni, in un
complesso chiamato cromatina.
Cromatina
• ETEROCROMATINA funzionalmente
inattiva (compatta)
• EUCROMATINA funzionalmente attiva
(decondensata)
Figura 1.6 Livelli di organizzazione della cromatina. La doppia elica del DNA ha uno spessore di circa 2 nm.
L’unità fondamentale del DNA è il nucleosoma, che consiste di 146 paia di basi di DNA avvolte intorno a una struttura
centrale composta da due copie di ognuna delle quattro proteine istoniche (H2A, H2B, H3 e H4). I nucleosomi sono
organizzati come perle su un filamento. Il diametro di un nucleosoma è di 11 nm. I nucleosomi sono, a loro volta,
condensati intorno a una struttura di 30 nm che è ulteriormente avvolta e condensata per comporre un cromosoma
metafasico.
Cromosoma: Struttura Intracellulare a forma di
bastoncello, composta da DNA contenente i Geni
•Geni sono le Unità funzionali, contenute in ciacun cromosoma, che
controllano i Diversi caratteri ereditari.
Nella Specie Umana Il Corredo Cromosomico è pari a 46
Cromosomi Omologhi: Nella specie umana sono presenti due copie per ciascun
cromosoma, pertanto i 46 cromosomi corrispondono a 23 coppie
•.
Cromosomi sessuali
• L'Ultima coppia di Cromosomi (23) Cromosomi Sessuali,
determina il sesso dell'Individuo. La coppia XX determina
la femmina, mentre la coppia XY determina il maschio.
I Cromosomi non sessuali, sono detti
Autosomi
Telomero
p
CENTROMERO
q
Telomero
Funzione dei Geni
Dogma centrale della genetica
molecolare
• il DNA produce l’RNA che, a sua volta,
codifica la sequenza di aminoacidi di una
proteina
– semplificazione
A=T
C=G
Elmenti base del DNA/RNA
TRASCRIZIONE
•
Il processo di copiatura delle sequenze di DNA di un gene
•
nell’RNA messaggero (mRNA) viene definito come trascrizione
DNA
.
RNA
• La sequenza dei nucleotidi in un gene è
semplice codice per la sequenza degli
amminoacidi in una specifica proteina
trascrizione
Figura 1.7 Elementi attivi in cis- che regolano l’espressione genica. La trascrizione parte a livello del promotore a
seguito del legame di una RNA polimerasi. Il controllo dell’espressione genica avviene mediante il legame di fattori
di trascrizione a monte del sito di inizio della trascrizione a livello della TATA box. Questi fattori possono essere sia
attivatori sia repressori e possono legare sia coattivatori sia corepressori. Altri elementi di regolazione del DNA
possono trovarsi negli esoni o negli introni o a una certa distanza, a monte o a valle, del gene.
Figura 1.2 La replicazione del DNA procede in direzione 5’ r 3’. Il processo avviene mediante l’aggiunta diretta di basi
a un fi lamento del DNA (filamento leading). Nell’altra direzione (filamento lagging), la replicazione ha inizio con la creazione
di piccoli inneschi (primer) di RNA. Le basi di DNA sono aggiunte ai primer, e piccoli segmenti, chiamati frammenti di Okazaki,
vengono assemblati tra loro. Il DNA a livello della forca di replicazione viene srotolato dall’enzima elicasi.
Struttura e funzione di un gene
Figura 1.9 Lo splicing dell’RNA comincia con il legame di ribonucleoproteine specifi che (U1 e U2) al sito donatore di
splicing e al punto di ramifi cazione (branch point). Questi due siti sono quindi legati insieme da altri componenti dello
spliceosoma. Il sito donatore è quindi tagliato e l’estremità libera dell’introne si lega al branch point all’interno
dell’introne stesso per formare una struttura a laccio (lariat). Il sito accettore viene, quindi, tagliato, rilasciando il lariat,
e gli esoni alle due estremità vengono assemblati.
Traduzione
Dal DNA alle proteine
• Il DNA presente nel nucleo di
tutte le nostre cellule contiene
l’informazione genetica per
produrre le proteine
• Al momento necessario, viene
prodotto RNA messaggero, che
ha il compito di trasportare
l’informazione genetica dal
nucleo al citoplasma
• L’RNAm, insieme all’RNA
transfert, provvederà a produrre
proteine, che determineranno un
certo fenotipo
TRADUZIONE
• IL GENE=una proteina
• TRADUZIONE = CONVERSIONE DEL
MESSAGGIO GENETICO DAL
LINGUAGGIO DEI NUCLEOTIDI A
QUELLO DEGLI AMMINOACIDI
• CODICE è LETTO IN TRIPLETTE DI
NUCLEOTIDI
• DNA e proteine sono molecole lineari composte di
specifiche sequenze di subunità.
• Un gene si distingue da un altro per l’ordine
lineare con cui i quattro nucleotidi compaiono nel
DNA (ATCG)
• Analogamente una proteina si distingue da
un’altra per la specifica sequenza dei venti
amminoacidi dei quali è composta
– Caino ha ucciso Abele
– Abele ha ucciso Caino
Lo stratagemma del codice genetico
AGTGCTGATCGTAGCTAGCTAGCTAGCTAG
AGT-GCT-GAT-CGT-AGC-TAG-CTA-GCT-AGC-TAG
aa1
aa2
aa3
aa4
aa5
aa6
Proteina X
aa7
aa8
aa9 aa10
Il codice genetico
Codice genetico
Il codice è letto a
triplette
3 basi…1 amm.
L’universalità del codice genetico
A, G, C, T
Cellule specializzate
• In ogni cellula sono presenti gli stessi
cromosomi,geni
• Alcuni geni sono attivi altri inattivi a
seconda del tessuto in cui si trovano
• espressione specifica regolata da specifiche
sequenze presenti vicino ai geni
Morfologia di alcuni tipi di cellule. Siccome la funzione
richiede una particolare forma, da una cellula primordiale,
attraverso il differenziamento, si sono evoluti i diversi tipi di
cellule, che hanno tutte lo stesso patrimonio genetico.
• A cellula del mesenchima - B
globulo rosso
Globuli bianchi: C granulocita
D linfocita E monociti
F osteocita
G cellula adiposa
H neurone
I cellula muscolare liscia
L cellula muscolare cardiaca
M cellula produttrice di muco
N cellula epatica
O cellula dei muscoli scheletrici
P cellula della glia.
• A cellula del mesenchima - B
globulo rosso
Globuli bianchi: C granulocita
D linfocita E monociti
F osteocita
G cellula adiposa
H neurone
I cellula muscolare liscia
L cellula muscolare cardiaca
M cellula produttrice di muco
N cellula epatica
O cellula dei muscoli scheletrici
P cellula della glia.
