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Organizzazione corso •Lezioni •Esercitazioni bonus (17/12, 19/12, 7/1, 9/1, 14/1). Riempire scheda •Esonero scritto 23 gennaio 2008 (da confermare) •Verbalizzazione dopo l’esame del 6-2-08 (aperto anche ai non- frequentanti).
Argomenti trattati e testi
1. Dalle mappe al progetto genoma (Snustad e
saggiolab)
2. Malattie genetiche, clonaggio dei geni,terapia
genica, transgenici (Snustad e saggiolab)
3. Giornata speciale sul Nobel alla Medicina
2007(saggiolab)
4. Junk DNA (saggiolab)
5. Eredita’ extra-cromosomica (Snustad e
saggiolab)
6. Genetica dei tumori (Snustad e saggiolab)
7. Clonazione umana (saggiolab)
8. Genetica di popolazioni (R. Petrucci, Snustad)
9. Regolazione espressione genica (Snustad)
10. Immunogenetica (Snustad)
Dna neither cares nor knows
Dna just is
And we dance with its music
R. Dawkins
I modelli e i numeri della genetica •Mendel: analizzo’ 7 geni, 3 ad incrocio in piante •Genetisti di oggi: genomica (Roderick 1986) Analisi di migliaia di geni ma anche analisi di singoli geni clonati in modelli •Genetica umana: …il caso degli islandesi e della DeCODE Genetics 270000 abitanti popolazione isolata con pool genico stabile e omogeneo (collo di bottiglia) -> alberi Consenso presunto
Le mappe
Connessione del fenotipo ad un dato
frammento di DNA
Isolare, esportare (modello), e studiare il gene
Mappe genetiche: Correlazione
definisco dei fra mappe:
marcatori (geni, -Ibridazione
RFLP)i, faccio gli in situ del
incroci e calcolo la gene clonato
frequenza di su
ricombinazione, che cromosoma e
e’ proporzionale alla verifica della
distanza fra i marcatori coincidenza
con il
bandeggio, e
Mappe citologiche: con la mappa
bandeggio fisica
caratterizzante il -definisco gli
cromosoma anchor
markers
Mappe fisiche: es Sequence
mappe di restrizione tagged sites
caratterizzo la
distanza fisica e la
specificita’ di taglio
1 cM: distanza che porta alla frequenza media di
ricombinazione dell’1% , nell’uomo =1mB DNA
Mappe dei polimorfismi di lunghezza dei frammenti di restrizione (RFLP) Ecotipo: ceppo adattato a particolari condizioni ambientali
Detection of an RFLP
Gli RFLP segregano
in incroci come
fossero alleli co-
dominanti
Mappatura del
cromosoma 1 di
Arabidopsis per RFLPMappatura del cromosoma 1 umano per RFLP VNTR: RFLP che includono ripetizioni a tandem di numero variabile Microsatelliti: ripetizioni polimorfiche a tandem di sequenze 2-5 nt all’interno del DNA satellite
Clone di DNA e localizzazione fisica Sonda radioattiva Sonda fluorescente
Il clonaggio
Banche di cloni: preparati i cloni, analizzate le mappe di restrizione, identificati cloni sovrapponibili, costruita la sequenza dei cloni nel genoma a disposizione dei ricercatori
Cammino cromosomico
(difficile nell’uomo che
ha troppe zone
intergeniche)
Se io conosco l’RFLP ma
questo e’ distante dal gene
di interesse
Uso library di contigSalto cromosomico
Se io conosco l’RFLP
ma questo e’ molto
distante dal gene di
interesse.
Ogni salto puo’ coprire
un percorso di 100kb o
piu’.
Ok per genoma umano
Uso genoma
digerito con
DNAsiPer far avanzare la mappatura del genoma umano spezzo i cromosomi e correlo i fenotipi
Dai cloni alla sequenza dell’intero
genoma
1998: sequenza 18 specie di batteri
2000: Drosophila melanogaster
2000: Uomo (progetto lanciato nel 1990)Genomi batterici: • 580.070 bp Mycoplasma genytalium (minino numero di geni) •4.411.529 bp Mycobacterium tuberculosis •4.639.221 bp E. coli (1997) E. coli •Contiene 4288 sequenze codificanti putative di geni (in parte a funzione ignota; orf) •Distanza media fra i geni 118 bp. •Dei geni 87% sono codificanti proteine, 0.8% da RNA, 0.7% elementi ripetuti. 10.7% sequenze regolative
E. coli
• Genomi batterici: -580.070 bp Mycoplasma genytalium (minino numero di geni) -4.411.529 bp Mycobacterium tuberculosis -4.639.221 bp E. coli • Genoma eucariotico -Saccharomices cerevisiae 12.068.000 bp finito di sequenziare nel 1996 Contiene 5885 orf (4288 in E coli) 140 geni per rRNA 275 geni per tRNA Ridondanza genetica (permette evoluzione piu’ sofisticata)
Mappa di 140kb del cormosoma III di Saccharomices In blu le orf, in verde i cloni usati per la sequenza, in giallo i geni
C elegans 1998 98% del genoma completata 19099 geni, un gene ogni 5076bp (lievito 1gene ogni 2070bp) Drosophila genoma 180mb 1/3 eterocromatina centromerica Nel 2000 sequenza di 116mb. 13601geni, meno che in C elegans. 177/289 geni legati a malattie ereditarie sono simili all’uomo Arabidopsis thailana genoma 125mb. sequenza nel 2000 al 92%. 25498 geni
Large scale genome analysis Al 2001: 599 virus e viroidi, 205 plasmids,185 organelli, 31 eubacteria, 7 archea, 1 fungo, 2 animali, 1 pianta
Date genoma umano: 1992: mappa fisica di Y e 21 e mappa RFLP di X e 22 1995: mappa genetica con marcatori ogni 200kb 1996: mappa di microsatelliti 1990-: Progetto HUGO 2000: Clinton annuncia il sequenziamento completo del genoma umano
Negli anni ‘70 parte l’idea di mettere insieme molti laboratori per
sequenziare le 3x10e9 basi del genoma umano. Il progetto parte nel
1990 e i risultati vengono annunciati da Clinton nel 2000.
Interesse
del
privato a
investire?
Francis Collins Greg Venter
Sequenza frammenti di DNA e
Sequenza cloni mappati
assemblaggio con mega computerWhole genome shot gun sequencing and….
•E. coli 639.221 bp 4288 orf •Saccharomices cerevisiae 12.068.000 bp 5885 orf •Uomo (Nature 2001) -3x10e9 bp -30000-40000 geni -40% delle proteine simili a c elegans e drosophila -50% delle proteine simili a proteine di altre specie -esoni 1% del genoma -24% introni -75% DNA intergenico -44% trasposoni -1 gene ogni 60-85kb -Complex genes (alternative splicing) -More domain architectures and more combinations -Many genes have originated form bacteria and from transposons -More than 1.4 million single nucleotide polymorfims identified -higher mutation rate in male than in female during meiosis
Trasposoni : elementi genetici presenti nei cromosomi capaci di
spostarsi da una posizione all'altra del genoma.
•La diversa colorazione delle cariossidi di questa spiga di mais è il risultato
dell'azione dei trasposoni.
•presenti in tutti gli esseri viventi, ( l'uomo… batteri).
•hanno bisogno dell'enzima trasposasi
•presentano delle sequenze terminali invertite
•si inseriscono in siti non omologhi, causando la formazione ai due lati di
sequenze dirette ripetute, attraverso un taglio ineguale.
•possono contenere anche geni per la resistenza a un antibiotico e
solitamente causano delle mutazioni, impedendo la trascrizione di un gene o
ampliandola; possono inoltre attivare geni oncogeni o disattivare geni
oncosoppressori.Frequenza e qualita’ dei trasposoni nel genoma umano
45% of the
genomeParadosso anche nel numero di geni Saccharomyces 5800 cerevisiae C. elegans 19099 Drosophila m. 13601 Human 31000/39000 Nature Febbraio 2001
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Nell’uomo:
Esoni di uguale dimensione
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