NOME: Marini Selena
MATRICOLA: 592330
RELAZIONE di BIOLOGIA
MOLECOLARE
“CHE ORGANISMO MODELLO È DICTYOSTELIUM?
CHE RISORSE BIOINFORMATICHE AGEVOLANO
I RICERCATORI CHE LO STUDIANO?”
Dictyostelium è un genere di amebe che vivono nel sottobosco, si cibano di batteri e si
riproducono asessualmente. Sono organismi unicellulari che, in particolari condizioni
ambientali, quali la carenza di cibo, sono in grado di formare aggregati pluricellulari,
rispondendo a stimoli chimici mediati da cAMP. La forma aggregata, simile a una lumaca,
viene talvolta definita pseudoplasmodio. Lo pseudoplasmodio migra verso zone
fortemente illuminate, dove inizia un processo di differenziamento: si forma una base, uno
stelo e un corpo fruttifero nel quale le amebe si differenziano in spore. Le spore vengono
liberate e in presenza di un ambiente favorevole danno origine a degli individui ameboidi
unicellulari.
È un organismo modello e viene usato soprattutto in studi che riguardano la biologia dello
sviluppo, la biologia molecolare e la tossicologia ambientale.
La specie maggiormente studiata è Dictyostelium discoideum.
Le caratteristiche che lo hanno reso un organismo modello così importante sono:
è un eucariote che condivide molti processi metabolici con gli organismi superiori
è facilmente coltivabile in laboratorio
ha un tempo di crescita breve
il suo ciclo vitale consiste sia di una fase aploide che di una diploide
il suo genoma contiene molti geni omologhi a quelli di molti organismi superiori, che
sono assenti in Saccharomyces cerevisiae
molti dei processi biologici, per i quali viene studiato e che hanno un ruolo
fondamentale in molte malattie e disfunzioni, sono assenti o difficilmente studiabili
in altri organismi modello.
I processi biologici per i quali Dictyostelium è un buon modello di studio sono: la
chemiotassi, il differenziamento cellulare, la trasduzione del segnale e la fagocitosi.
La forma unicellulare possiede un corredo cromosomico aploide.
È stato sequenziato l'intero genoma di D. discoideum: è costituito da 34Mb e contiene
circa 12500 geni su 6 cromosomi.
Grazie al sequenziamento del genoma di questo organismo è stato possibile studiare più
facilmente ed efficientemente numerosi geni che causano alcune malattie umane con
molte tecniche di genetica molecolare, come: geni knock-out, geni knock-in, mutagenesi...
I risultati ottenuti sia dal sequenziamento che dai vari esperimenti sono stati raccolti in
specifici database che rappresentano un importantissima risorsa bioinformatica per
ulteriori studi e possibili analisi comparate con altri organismi.
Una delle più importanti risorse bioinformatiche che riguardano Dictyostelium è DictyBase.
DICTYBASE
DictyBase è un database genomico di Dictyostelium: contiene tutto il genoma di
D.discoideum e di D.purpureum compreso il DNA mitocondriale e l'RNA ribosomale. Oltre
ad avere informazioni di carattere generale riguardanti questa specie, con relativi video, è
possibile cercare un determinato gene dal tool Genome Browser, che permette di
visualizzare la mappa dei vari cromosomi e del DNA mitocondriale e ribosomale di
Dictyostelium.
Selezionando un cromosoma e successivamente un gene dalla mappa relativa si
ottengono le seguenti informazioni:
nome
codice ID (relativo al database DictyBase)
localizzazione nel genoma
struttura genica (composizione introni/esoni)
sequenza nucleotidica genomica e codificante
corrispondente prodotto proteico (sequenza amminoacidica, codice DDB, domini,
lunghezza,...)
classificazione funzionale secondo la Gene Ontology (GO)
lista di ortologhi (geni con la stessa funzione, ma appartenenti ad organismi diversi)
articoli scientifici riguardanti il gene in analisi
In DictyBase è possibile anche ottenere i diversi fenotipi che si osservano in seguito a
mutazioni del gene in esame e, selezionando un mutante della lista, le corrispondenti
caratteristiche specifiche.
È possibile anche fare una ricerca tramite BLAST inserendo il codice DDB o direttamente
la sequenza e scegliendo poi i vari parametri (tipo di sequenza query, programma di
BLAST, organismo, tipo di database, E-value, n°di allineamenti da mostrare, matrice,...)
per caratterizzare la ricerca.
DictyBase contiene inoltre delle risorse esterne, che permettono di ottenere delle
informazioni che in altri database non sono disponibili; per esempio tramite DictyCyc è
possibile ottenere informazioni riguardanti i processi metabolici di Dictyostelium. Ogni
processo è ben descritto; è possibile visualizzare le varie proteine coinvolte, con i relativi
trascritti da cui sono codificate e la loro localizzazione genomica, le reazioni da esse
catalizzate e i rispettivi prodotti finali.
È inoltre possibile fare un confronto dei processi metabolici tra Dictyostelium ed
Escherichia coli.
Una seconda risorsa esterna collegata a DictyBase è DictyExpress, un'applicazione
interattiva, che permette di visualizzare il profilo di espressione di un determinato gene,
facendo riferimento ai dati di più di 1000 esperimenti di espressione genica effettuati su
geni di Dictyostelium dal “Baylor College of Medicine”.
Il profilo di espressione può essere ottenuto mediante esperimenti di RNA-seq o di
microarray.
DictyExpress è costituito da sei componenti:
Gene Expression Query: permette di scegliere le condizioni di un determinato
esperimento (strain, treatment, growth) e selezionare l' insieme di geni di cui si
vuole visualizzare il profilo. Cliccando sul nome di un gene si apre la pagina relativa
del database DictyBase.
Expression Profile: permette di visualizzare il profilo di espressione di un gene per
un dato esperimento e un dato insieme di geni selezionati. Premendo il tasto”find
similarly expressed genes” vengono visualizzati i geni che hanno un profilo di
espressione simile al gene target. Invece con il tasto “freehand” è possibile
modificare un profilo o parte di esso ridisegnandolo a mano, e quindi cercare geni
che presentano un profilo uguale o simile a quello disegnato.
Gene Ontology: permette di caratterizzare i geni in esame secondo una
classificazione ad albero, che riguarda tre aspetti in particolare: il processo
biologico, la funzione molecolare e la componente cellulare. Si può analizzare un
solo aspetto alla volta. L'insieme di geni selezionati costituisce la query, mentre tutti
i geni del genoma sono usati come set di riferimento; quello che si ottiene è una
frazione che indica il numero di geni del set query, che possono essere definiti con
un dato termine, sul totale dei geni del set di riferimento.
Hierarchical Clustering: rappresentazione dei profili di espressione di un insieme di
geni in uno schema ad albero (dendrogramma) interattivo.
Coexpression Network: permette di visualizzare i geni che hanno un elevato grado
di similarità con un gene target, attraverso una rete (network), che mostra anche le
distanze relative tra i geni.
Experiment Comparison: permette di visualizzare il profilo di espressione di un
determinato gene in una serie di esperimenti selezionati.
DictyBase (NCBI) è solo una delle risorse bioinformatiche riguardanti l'organismo modello
Dictyostelium; altre simili sono per esempio DictyEnsembl (EBI) o Dicty WorkBench
(UCSD/SDSC).
