ca 1013 cellule/individuo.Ciascuna con un genoma nuclearee molti genomi mitocondriali.

Il genoma nucleare è composto da ca 4x109 coppie di basi,suddivise in 23 coppie di molecole lineari: i cromosomi. Il più piccolo contiene ca. 50.000.000 di nucleotidi,il più grande ca. 250.000.000.

Il Genoma Umano

La Biologia Moderna Progetti Genoma: Perchè?

La determinazione e la conoscenza dell’intera sequenza genomica sembrano essere la condizione necessaria per comprendere la completa biologia di un determinato organismo

In che modo?

Sequenziamento del DNA significa determinazione della sequenza lineare delle basi che lo compongono, cioè A, T, C e G.

Il DNA umano è composto da 3.12 miliardi di paia di basi

http://www.celera.com/index.cfm

Un requisito essenziale alla comprensione della biologia completa di un organismo è la determinazione della sequenza del suo intero genoma

“A prerequisite to understanding the complete biology of an organism is the determination of its entire genome sequence” Fleischmann et al. 1995

La Biologia Moderna: i Progetti Genoma

2000-2001Il Genoma Umano completamente sequenziato e assemblato

1953 James Watson e Francis Crick determinano la struttura del DNA (La doppia elica)

1977 Gli scienziati americani Allan Maxam and Walter Gilbert e l'inglese Frederick Sanger mettono a punto 2 diversi metodi per sequenziare il DNA, cioè per "leggere" la successione di basi nucleotidiche che lo compongono. Il metodo di Sanger, oggi automatizzato, è quello tuttora utilizzato.

1985 Lo scienziato americano Kary Mullis inventa la PCR, una tecnica che permette di moltiplicare artificialmente il DNA, anche se presente in quantità minima.

1986Il premio Nobel Renato Dulbecco e Leroy Hood lanciano l'idea di sequenziare l'intero genoma Umano.

1990 Negli Stati Uniti nasce ufficialmente lo Human Genome Project (HGP), sotto la guida di James Watson. Negli anni successivi Regno Unito, Giappone, Francia, Germania, Cina si uniscono al progetto formando un consorzio pubblico internazionale. In Italia il progetto genoma nasce nel 1987 ma si interrompe nel 1995.

1992 Craig Venter lascia l'NIH e il progetto pubblico. Fonderà una compagnia privata, la Celera Genomics, portando avanti un progetto genoma parallelo.

1993 Francis Collins e John Sulston diventano direttori rispettivamente del National Human Genome Research Center negli USA e del Sanger Center in Inghilterra, i 2 principali centri coinvolti nel HGP.

LE TAPPE DEL PROGETTO GENOMA

1999 (Dicembre) Pubblicata su Nature la sequenza completa del cromosoma 22.

2000 (Maggio) pubblicata su Nature la sequenza completa del cromosoma 21.

2000 (Giugno) Francis Collins e Craig Venter annunciano congiuntamente di aver completato la "bozza" del genoma Umano.

2001 La bozza completa del genoma umano (che gli inglesi chiamano working draft) è pubblicata su Nature (quella del consorzio pubblico) e su Science (quella della Celera).

Celera Genomics (Applera, Applied Biosystems)

Istituzioni pubbliche in:USA,UK,ChinaFranciaGermania

  

Dimensioni del Genoma in Megabasi

Procarioti Mycoplasma genitalium 0.58Haemophilus influenzae 1.83Escherichia coli 4.7

Eucarioti Saccharomyces cerevisiae 13.5Caenorabditis elegans 100Drosophila melanogaster 165Homo sapiens 3300

Il genoma di un virus è composto da poche migliaia di bp

Genoma Umano>3.000.000.000

Geni e sequenze associate circa 900.000.000

DNA extragenico circa 2.100.000.000

Codificante90 .000.000

Non codificante810.000.000

DNA ripetitivo420.000.000

DNA unico e a basso numero

di copie1.680.000.000

PseudogeniIntroni

Regioni dicontrollo

Ripetuto in tandem

Satellite

Minisatelliti Microsatelliti

Disperso

SINE LINE

Retroposoni

Il DNA spazzatura è veramente tale?

• 1-Geni

• 2-pseudogeni

• 3-ripetizioni

• 4-minisatelliti

• 5-significato ignoto

GENI E SEQUENZE CORRELATE

-DNA codificante-DNA non codificante

Funzione dei geni negli eucarioti superiori

•Geni che codificano per prodotti proteici;

•Geni che codificano per RNA non codificanti (RNA-genes).

I geni possono essere classificati, oltre che per la

funzione, anche per la rappresentatività e per

l’organizzazione

•Geni singoli•Geni ripetuti•Geni appartenenti a famiglie

•Geni in clusters•Geni interspersi nel genoma

• CONVENZIONALI: gene inattivato a causa di una o più mutazioni

• MATURATI: anomala espressione genica

PSEUDOGENI: copia non funzionante di un gene

Il genoma nucleare contiene una grande quantità di sequenze ripetute che sono in gran parte inattive da un

punto di vista trascrizionale

A. DNA RIPETUTO IN TANDEM

B: DNA RIPETTUTO INTERSPERSO

DNA RIPETUTO

Classi principali del DNA ripetuto in tandem

Il DNA satellite è lungo e ripetitivo (riptetizioni di 171 nucletidi) e costitutisce la massa principale dell’eterocromatina. E’ il cosiddetto DNA alfoide o satellite a, 3-5% ogni cromosoma. Funzione poco chiara, probabilmente svolgono un ruolo strutturale.Satellite 2 e 3 contengono schiere di sequenze che si basano sulla ripetizione in tandem ATTCC

Il DNA minisatellite è ipervariabile ed è altamente polimorfico. Sono più di 1000 scheramenti (100-20.000 bp) di corte unità ripetute in tandem. La sequenza centrale è GGGCAGGAXGImportante da punto di vista diagnostico: zona del DNA fingerprint.Un minisatellite particolare è costituito dall’unità ripetuta TTAGGG (10-15 kb), localizzato nei telomeri. Ha funzione protettiva dei cromosomi.

Il DNA microsatellite contine sequenze di 1-4 nucletidi ripetuti in tutto il genoma. Le più comuni sono le dinucletidiche CA (0.5% del genoma; anche questo è altamente polimorfico.

Organizzazione dei DNA satelliti nei centromeri

DNA RIPETUTO INTERSPERSOViene suddiviso in due principali famiglie:

•Short Interspersed Nucleotide Elements;

•Long Interspersed Nucleotide Elements

Classe Famiglia Dimensioni unitàripetuta

N° copie % Genoma

SINE Alu

MIR

0,3 kb lunghezzacompletaDimensionemedia 0,13 kb

1.200.000 ca

450.000 ca

10,7% ca

2,5% ca

LINE LINE-1 (Kpn)

LINE -2

6,1 kb lunghezzacompleta, ma ledimensioni mediesono 0,8 kbDimensionemedia 0,25 kb

2600.000 ca

370.000

17,3%

3,3%

LTR ERV Dimensionemedia 1,3 kb

240.000 4,7%

Trasposoni aDNA

MER-1 (Charlie) Dimensionemedia 0,25 kb ca

213.000 1,4%

Il DNA mitocondriale 0.0005% del genoma umano

- doppio filamento a diversa composizione:

filamento heavy (H) e light (L)

- eredita’ matroclina

- contiene 37 geni, 28 su filamento H e 9 su filamento L

- dei 37 geni, 24 codificano per prodotti maturi ad RNA e 13 per polipeptidi dei complessi multimerici del mitocondrio (concetto di semiautonomia)

- i geni sono estremamente compatti: privi di introni

sovrapposti parzialmente (subunita’ 6 e 8 dell’ATPasi)

trascritti privi di codoni di stop

globin

Exon 2Exon 1 Exon 3

5’ flanking 3’ flanking

(chromosome 11)

*5.000

*20

6*104 bp

3.2*109 bp

*103

3*103 bp

ATTGCCATGTCGATAATTGGACTATTTGGA 30 bp

Myoglobin globin

aa aa aa aa aa aa aa aa aa aa

DNA:

Protein:

1

2 3

4 56 7

8 9X

Y151413121011

2120191817

1622

279251

221197 198

176 163 148 140 143 148 142118 107 100

10488 86

72 66 45 48

163

51

mitochondria

.016