Post on 15-Feb-2019
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“Car
loBo”
CORSO DI GENETICA
CONTROLLO DELL’ATTIVITÀGENICA NEGLI EUCARIOTI
DalDNAalle
proteine
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“Car
loBo”
I controlli amonte sono simili
(enhancers,silencers,
promotori, ecc.),mentre moltodiversi sono i
controlli a valle.
Confrontoprocarioti-eucarioti
I geni deiprocarioti sonocolineari con ilmessaggero,quelli degli
eucarioti no.
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“Car
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I geni eucariotici sono discontinui
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Confronto DNA-RNA
Le lettere rappresentano gli introni, i numeri gli esoni.
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Gli introni di geni correlatipossono essere correlati
Lo splicingalternativo
Detto anche hRNA (heavy)
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Da un singolo gene sipossono ottenere più
prodotti proteici.
Un esempiodi splicingalternativo
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Un esempiolimite dallaDrosophila
Come calcolo le isoforme?
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DSCAM è l’omologo di Drosophilamelanogaster della Downsyndrome cell adhesion molecule.Nel lavoro originale gli autoririportano: if alternative exonscan be spliced independently,then the Dscam locus potentiallyencodes 38,016 isoforms.In effetti, molte migliaia di iso-forme sono state già identificate!
Il capping al 5’previene la degrada-zione del mRNA daparte delle esonucleasi5’Ÿ3’ e quindi necontrolla l’emivita.
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Lamaturazione
del pre-mRNA
La codapoli-A
delmRNA
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La poliadenilazioneal 3’ previene ladegradazione delmRNA da partedelle esonucleasi3’Ÿ5’ e quindi necontrolla l’emivita.
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Il metabolismo del ferronell’uomo
Distribuzione di Fe nell’organismo
3-5 g/70 kg:
• 68% in Emoglobina
• 4% in Mioglobina
• 0.1% in Transferrina
• 27% in Ferritina tissutale
• 0.004% in Ferritina plasmatica
• 0.6% in vari enzimi
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Trasferrina eferritina
Trasferrina (Tf):
è una b-glicoproteina di 78kDa sintetizzata nel fegato;
ha 2 siti di legame con Fe+++;
è presente in 3 forme:
• Tf o apoTf: 44%
• Tf - Fe: 44%
• Tf-2 Fe: 11%
altissima affinità, Keq=1019-1031 M-1 Ÿ in presenza diTf, non esiste Fe+++ libero
Ferritina (Ft):
24 subunità: H (Heavy o Heart) e L(Light o Liver);
25 isoforme: L24 in fegato e milza eH24 in tessuti fetali, neoplastici,cuore, placenta;
abbondante nella mucosa intestinale;
ha forma di sfera vuota: la cavitàcentrale contiene fino a 4500 atomidi Fe+++
saturazione di Ft per Fe:
• normalmente 50-70%, madipende dallo stato disovraccarico o deficit di Fe+++
• il Fe+++ in eccesso (>100% disaturazione) si depositaall’esterno della cavità centraledando origine a emosiderina.
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Regolazione del livello del ferroSovraccarico di ferro
• Aumento della sintesi diapoferritina nella mucosa
• Aumento del sequestro diferro
• Escrezione del complessoFt-Fe durante il turnoverdella mucosa intestinale
Deficit di ferro
• Diminuzione della sintesi diapoferritina nella mucosa
• Diminuzione del sequestrodi ferro
• Aumento del passaggio diferro nella circolazioneenterica
• Aumento dell’assorbimentodi ferro
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Regolazione molecolare deldeficit/sovraccarico di Fe
• Iron Regulatory Protein (IRP o aconitasi) risponde a [Fe]
• si lega a Iron Responsive Element (IRE) sull’mRNA della Ft-H,Ft-L, ALA sintasi e sul recettore della Tf
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Effetto del deficit di ferroSul gene della ferritina:
IRP destabilizza l’mRNA di FtŸ diminuzione di Ft Ÿ
aumento dell’assorbimentointestinale del ferro.
Sul gene del recettore di Tf:
IRP stabilizza l’mRNA Ÿ aumentodi espressione del recettore di TfŸ aumento della internalizzazionedi ferro.
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Effetto del sovraccarico di ferroSul gene della ferritina:
IRP stabilizza l’mRNA di Ft Ÿ
aumento di Ft Ÿ diminuzionedell’assorbimento intestinale diferro.
Sul gene del recettore di Tf:
IRP destabilizza l’mRNA Ÿ
diminuzione di espressione delrecettore di Tf Ÿ diminuzionedell’internalizzazione di ferro.
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Riassunto deicontrolli a valleIl controllo dell’espressione genicanegli eucarioti avviene a tre livelli:trascrizionale, traduzionale e post-traduzionale (modificazione delleproteine: metilazione, acetilazione,fosforilazione, glicosilazione, taglioproteolitico, ecc); quest’ultimo puòavvenire nel citoplasma, a livellodel reticolo endoplasmatico onell’apparato del Golgi.
La determinazione del sessonell’uomo
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La gonade umana èbipotente fino allasesta settimana di
sviluppoembrionale. Il
Testis DeterminingFactor (TDF)
prodotto dal geneSRY trasforma la
gonadeindifferenziata ingonade maschile.
Mappatura di SRY
I maschi XX hanno una porzione di Y che include SRY; lefemmine XY mancano della porzione di Y che include SRY.
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Localizzazione fine edidentificazione di SRY
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SRY codifica per un fattore nucleare con un dominio HGM conservataed un DNA binding domain di 79 aminoacidi; la maggior parte delle
mutazioni sex-reversal sono localizzate nel dominio HGM.
Il gene Tfm
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Problemi legati all’XLiane Russel e Mary Lion osservarono indipendentemente che moltemutazioni legate al sesso nei topi e nell’uomo presentavano un fenotipo
variegato nelle femmine eterozigoti. Pertanto suggerirono che neimammiferi la compensazione del dosaggio potesse avvenire perinattivazione di uno dei due cromosomi X delle femmine. Ad esempio indonne eterozigoti per due alleli del locus G6PD (glucosio-6-fosfato
deidrogenasi) legato all’X , che hanno due forme elettroforeticamentedistinguibili (F e S), cloni di cellule isolate dalla pelle contengono o laforma F o la forma S.
¸ Il cromosoma X inattivo può essere quello ricevuto dal padre o dalla
madre;
¸ l’inattivazione nell’uomo avviene circa al 16° giorno dalla
fecondazione (500-1000 cellule);
¸ l’inattivazione viene ereditata clonalmente.
La compensazione del dosaggio-1
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Il cromosoma X inattivo a livello citologicoprende il nome di corpo di Barr.
La compensazione del dosaggio-2
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La lionizzazioneLa scelta di quale X inattivare in una certa cellula è casuale, per cuile femmine di mammifero sono un mosaico genetico per i geni dell’X;il fenomeno dell’inattivazione a scacchiera dell’X prende il nome dilionizzazione (da Mary Lion). Ad esempio nei gatti un locus dell’X dàpelo nero o arancio, mentre un locus autosomico è responsabile delleparti bianche Ÿ i gatti di tre colori sono sempre femmine!
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La determinazione del sessoin Drosophila melanogaster
A = un corredoaploide di autosomi(un cromosoma 2 + uncromosoma 3 + uncromosoma 4).
2X2A
1X2A
Nel 1916 Bridges avevadimostrato che gli individuiXXY sono femmine e gli X0sono maschi Ÿ non è ilcromosoma Y che determina ilsesso in D. melanogaster!
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I rapporti X:A
Nel 1921 Bridges avevaottenuto rare femminetriploidi e le avevaincrociate per maschinormali ottenendo i risultatiin tabella. Non basta avere2 cromosomi X per essereuna femmina: gli intersessisono 2X3A!
Bridges concluse che in Drosophila il sesso è dato da un equilibrio trageni femminilizzanti sull’X e geni mascolinizzanti sugli autosomi.
Altri geni
che
controllano
la
determina-
zione del
sesso:
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Il gene Sexlethal (Sxl ) e ildifferenziamento femminile
Sxl ON Sxl OFF
Numeratori e denominatori
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“Car
loBo”Il gene
Sxl èregolatotramitesplicing
alternativi
Sxl si autoregola (feedback +)
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Analisi molecolare dei geni delladeterminazione del sesso
Sxl, tra e tra-2 codificano per proteine che legano l’RNA
SXL si lega al proprio trascritto e a quello di tra regolandone lo splicingDSX è un fattore di trascrizione
Riassumendo…
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“Car
loBo”
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I ginandromorfi in DrosophilaSono il risultato di una non-disgiunzione mitotica degli X durante la prima
mitosi di uno zigote femmina, subito dopo la fertilizzazione dell’uovo.
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Dalla determinazione del sessoalla compensazione del dosaggio
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La compensazione del dosaggio
Tanti sistemi,un solo scopo
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Lo sviluppo della Drosophila e igeni omeotici
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Il gene Ubx
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“Car
loBo”Corrispon-
denza traposizionesul cromo-soma ed
espressione
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“Car
loBo”Questa
corrispon-denza è
evolutiva-mente
conservata
Piccole mutazioni, grandi cambiamenti
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L’esempio della polidattilia
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Ancorasulla
relazioneposizione/funzione
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Nella variegazione per
effetto di posizione
(PEV) la funzione di ungene può essere
alterata se il genecambia di posto.
Metilazione eimprinting
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Anche la quantità di prodottogenico può influire sul fenotipo
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I cromosomi politenici e lostudio dell’attività genica
I puffs sono zone di DNA decondensato; tramite ibridazione in situ osomministrando uridina radioattiva (precursore dell’RNA) si è vistoche trascrivono RNA in abbondanza. Quindi il DNA nei puffs si
decondensa per permettere latrascrizione.
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I puffs possono essere inducibiliI puffs appaiono e scompaiono conmodalità specifiche durante losviluppo, pertanto l’espressionegenica è regolata. Molti puffssono regolati dall’ormone ecdisoneche svolge un ruolo importantenello sviluppo pupale; altri invecepossono rispondere a stimoli divaria natura, per esempio termici(HSP, heat shock proteins).
I mitocondriSono responsabili dellarespirazione cellulare epossiedono un proprioDNA circolare checodifica funzioni non
presenti nel nucleo.
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È un esempiodi eredità
citoplasmatica
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Esempiodi
ereditàmitocon-
driale
Malattiemitocondriali
umane
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I cloroplasti
Sono responsabili dellafotosintesi clorofillianae anche loro possiedonoun proprio DNAcircolare che codificafunzioni non presenti
nel nucleo.
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Vari tipi dicloroplasti
I plastidi, presenti solo nelle piante,si suddividono in cloroplasti verdiche contengono clorofilla e servonoper la fotosintesi, cromoplasti
colorati con funzione per lo piùvessillifera, cioè di richiamo (fiori efrutti) e leucoplasti incolori confunzione di riserva di amido(patate); questi organelli possonotrasformarsi l’uno nell’altro inseguito a stimoli opportuni, comenelle patate che diventano verdi seesposte alla luce.
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Esempi di ereditàplastidica - 1
cells
Mitocondri ecloroplasti vengono
ereditati con ilcitoplasma delle
ovocellule e quindi sitrasmettono solo pervia materna e mai per
via paterna (né glispermi né i pollinihanno una vera epropria struttura
cellulare; ricordareSxl).
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Esempi dieredità
plastidica - 2
La sterilità maschile nel
mais mostra ereditàcitoplasmatica: reincrocisuccessivi che mettano ilnucleo di una linea maschio-fertile dentro il citoplasmadi una linea maschio-sterileproduce linee maschio-sterili.
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Esempi dieredità
plastidica - 3