Organizzazione del Genoma Umano
-Il progetto genoma umano: le tappe principali, implicazioni
scientifiche, etiche e sociali.
- La dimensione del genoma umano e il contenuto genico:
caratteristiche generali; il numero e la distribuzione dei geni;
lo splicing alternativo.
Cos’è un genoma
Il patrimonio genetico di una specie
- DNA nella maggior parte degli organismi
- RNA in alcuni virus
Cos’è un Progetto Genoma
- Organizzazione dei cromosomi umani: centromero, telomeri,
origini di replicazione, sequenze ripetute.
- Organizzazione composizionale del genoma umano
La distribuzione delle regioni più ricche e più povere in geni nei
cromosomi metafasici
L’organizzazione delle regioni più ricche e più povere in geni nei nuclei
interfasici.
Identificazione della sequenza nucleotidica
dell’intero genoma di una specie
Identificazione di tutti i geni presenti
Cos’è un gene
Cos’è un gene
Definizione funzionale
-Un gene - un carattere
-Un gene - un enzima
-Un gene - un polipeptide
-Un gene - un trascritto
Definizione genetica
-Unità di complementazione
-Cistrone (dal test cis-trans)
L’unità di informazione genetica
che controlla la sintesi di un
polipeptide o di una molecola di
DNA
RNA
sequenze regolative
AUG
Definizione strutturale
-Sequenza nucleotidica
-Colinearita DNA-RNA-proteina
RNA
ribosomal
e
Il Genoma Umano
UGA
RNA
proteina
Ribosoma
Dimensione dei Genomi e complessità degli organismi
(1 Kb = 1.000 bp)
270 milioni bp
34 milioni bp
maschio
femmina
Quanti nucleotidi compongono il genoma umano?
ss: single strand Cir: genoma circolare
ds: double strand Lin: genoma lineare
1
Genoma Umano
≈ 3.200 Mb
34 Mb
≈ 220
1 Mb = 1.000.000 bp
10 8 bp = 100 Mb
1 Mb = 1.000.000 bp
10 9 bp = 1.000 Mb
10 9 bp = 1.000.000 Kb
10 9 bp = 1.000.000.000 bp
bp
10 9 bp = 1.000 Mb
bp
≈ 220 geni
≈ 550
Dalla sequenza
del genoma
umano
geni ≈ 550
10 10 bp = 10.000 Mb
Tappe principali del progetto genoma
1990 - Inizia formalmente il Progetto Genoma Umano (HGP)
negli Stati Uniti
- Aderiscono i più importanti laboratori di biologia
molecolare, che possiedono le tecnologie adeguate, che
insieme formano un consorzio
- I primi genomi sequenziati sono quelli di organismi
modello quali D. melanogaster, C. elegans, A. thaliana, ….
1998 - Viene fondata la CELERA Genomics allo scopo di
completare la sequenza del genoma umano in tre anni
cromosoma 21
cromosoma 22
Obiettivi del Progetto Genoma Umano
Obiettivi scientifici
- Costruire una mappa fisica e genetica ad alta densità
1999 - Vengono pubblicati i primi dati sul genoma umano
Le tappe finali del
Progetto Genoma Umano
- Identificare la sequenza nucleotidica dell’intero genoma umano
- Identificare tutti i geni presenti, in particolare quelli associati a
malattie
- Confrontare la sequenza con quella di genomi di altri organismi
Obiettivi secondari
- Sostegno alle ricerche di bioinformatica (allestimento di database)
- Sostegno all’innovazione tecnologica (metodologie di
sequenziamento)
- Affrontare aspetti di ordine etico, legale e sociale che si
sarebbero potuti originare dalla realizzazione del progetto
22
XX
2
La sequenza (??) del genoma umano
16 febbraio 2001
15 febbraio 2001
La sequenza completa (??) del genoma umano
30.000 - 40.000 geni
Stima attuale
20.000÷25.000
21 October 2004
20.000 - 25.000 geni
3
LIEVITO
(S.cerevisiae)
NEMATODE
(C.elegans)
MAMMIFERI
(H. sapiens)
1
1.000
1014
Dimensione del genoma
14 Mb
100 Mb
3.000 Mb
n. di geni
6.000
20.000
25.000
20%
8%
3%
n. di cellule
% DNA codificante
Cromosoma di lievito
Cromosoma umano
Geni grandi e molto
distanti tra di loro
Geni piccoli e vicini
tra di loro
Distrofina: > 2.000.000 bp
Geni piccoli e vicini
tra di loro
β-globina: 1.600 bp
LIEVITO
(S.cerevisiae)
NEMATODE
(C.elegans)
MAMMIFERI
(H. sapiens)
1.000
1014
n. di cellule
1
Dimensione del genoma
14 Mb
100 Mb
3.000 Mb
n. di geni
6.000
20.000
25.000
20%
8%
3%
% DNA codificante
Splicing alternativo
Meccanismo che consente di
ottenere molte proteine diverse da
un numero limitato di geni
Come può un numero così limitato di
geni dare origine alla complessità
dell’organismo umano?
4
Splicing alternativo
Meccanismo che consente di ottenere molte proteine
diverse da un numero limitato di geni
Splicing
RNA
DNA
esone1
esone2
mRNA-1
2
4
1
1
2
3
4
1
mRNA-2
3
4
esone3
RNA
splicing
introne
introne
RNA maturo
proteina-1
proteina-2
Gene per la α-tropomiosina
Gene soggetto a splicing alternativo tessuto-specifico
La dimensione degli esoni
non varia al variare del
contenuto in GC del gene
La dimensione degli
introni varia al variare del
contenuto in GC del gene
5
