Corso Genetica medica

CORSO DI GENETICA MEDICA

(Prof.ssa V. Gatta)

• Korf- Irons Genetica e Genomica

Umane. Edi-Ermes Editore 28.00 €

• Stuppia, L. Problematiche

Psicologiche in Genetica Medica”.

Carabba Editore. 10.00 €

• Dispense disponibili online

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GENETICA

• La Genetica si occupa:

• della struttura

• della trasmissione

• dell’espressione dell’informazione ereditaria.

DNA

Struttura1953

• ..a cosa serve il DNA….

depositario delle informazioni che determinano la struttura della

cellula, dirigono le sue funzioni e le danno la possibilità di

duplicarsi

Trasmissione• Noi tutti abbiamo inizio

dalla fecondazione di una

cellula uovo con uno

spermatozoo

• Da questa cellula

fecondata, trae origine il

nostro organismo

• Unione di due patrimoni,

uno di origine paterna ed

uno di origine materna

• L’insieme delle

caratteristiche genetiche

rappresenta il GENOTIPO

Espressione: dal genotipo

al fenotipo

• In che modo l’assetto

genetico determina il

nostro aspetto e il

nostro

comportamento?

Genotipo e Fenotipo

• Genotipo:– Costituzione

genetica di ogni singolo individuo

• Fenotipo:– L’insieme delle

caratteristiche fisiche, biochimiche e mentali di un individuo

Fenotipo

• Espressione del

genotipo

• Ma quale rapporto c’è

tra fenotipo e

genotipo?

genotipo ambienteF

FenotipoGENOTIPO

Sindrome di

Marfan

Gene deputato alla formazione della fibrillina

costituente del tessuto connettivo

Distrofia muscolare di Duchenne

• Incidenza 1/3500 maschi nati vivi

• X-linked recessiva

– Solo maschi affetti

– Femmine portatrici sane

Gene DMD : 79 esoni

proteina Distrofina

degenerazione progressiva delle fibre muscolari con conseguente progressiva perdita delle abilità motorie.

www.geneclinics.org

FENOTIPO Ambiente

•

FENOTIPOGenotipo Ambiente

Scoperto gene che raddoppia

rischio ictus e infarto

Scoperto un gene che raddoppia il

rischio di infarto e ictus. Le mutazioni

nel gene 'ALOX5AP'E', secondo i

primi risultati

INFARTO

Tumore ai polmoni

• parenti di primo grado dei pazienti che

soffrono di tumore dei polmoni presentano

un rischio di sviluppare il cancro a loro

volta da 2 a 3,5 volte maggiore rispetto alla

popolazione generale

VARIAZIONE DEI

CARATTERI

•

…nel bene…nel male

Struttura1953

• Cellule Eucariote• Sono caratterizzate da un

voluminoso nucleo delimitato da membrana che contiene il materiale ereditario DNA.

• Le cellule eucariote hanno il citoplasma organizzato in scompartimenti separati e contengono molti organuli.

• La cellule eucariote sono circa 10 volte più grandi di quelle procariote. (10 e i 50

µm )

•

Morfologia di alcuni tipi di cellule. Siccome la funzione

richiede una particolare forma, da una cellula primordiale,

attraverso il differenziamento, si sono evoluti i diversi tipi di

cellule, che hanno tutte lo stesso patrimonio genetico.• A cellula del mesenchima - B

globulo rossoGlobuli bianchi: C granulocita D linfocita E monocitiF osteocitaG cellula adiposaH neuroneI cellula muscolare lisciaL cellula muscolare cardiacaM cellula produttrice di mucoN cellula epaticaO cellula dei muscoli scheletriciP cellula della glia.

• A cellula del mesenchima - B globulo rossoGlobuli bianchi: C granulocita D linfocita E monocitiF osteocitaG cellula adiposaH neuroneI cellula muscolare lisciaL cellula muscolare cardiacaM cellula produttrice di mucoN cellula epaticaO cellula dei muscoli scheletriciP cellula della glia.

• Il nucleo delle cellule eucariote è il compartimento in cui è racchiuso il materiale genetico.

• Il nucleo è delimitato da una membrana nucleare ed è costituito da una porzione fluida, il nucleoplasma, in cui è dispersa la cromatina.

• Il nucleoplasma è una matrice gelati nosa contenente ioni, proteine, enzimi e nucleotidi.

• La cromatina è la forma in cui appare il materiale genetico (DNA) quando la cellula non è impegnata nella divisione cellulare. essa ha un aspetto granuloso, e appare suddivisa in zolle più o meno chiare.. La cromatina è formata da DNA e dalle proteine ad esso associate.

• …

Conosciamo il DNA

• Tutte le meraviglie della scienza genetica si

fondano sulla scoperta della doppia elica del

DNA: 1953 Watson e Crick

• Questa struttura molecolare è l’agente

esclusivo dell’eredità in tutti i viventi

Figura 1.1 Struttura a doppia elica del DNA. La doppia elica è mostrata nel lato destro. Le eliche di zucchero e fosfato sono

tenute insieme da legami a idrogeno che si instaurano tra le basi adenina e timina (A-T) e guanina e citosina (G-C).

La desossiadenosina monofosfato è mostrata in basso a sinistra.

Elmenti base del DNA/RNA

A=T C=G

Genoma

• L'intera sequenza del

genoma umano, scritta

in Times New Roman,

dimensione 12,

avrebbe una lunghezza

di 5000 km

• Consiste di una

sequenza di tre

miliardi di questi

nucleotidi

Elmenti base del DNA/RNA

A=T C=G

Replicazione del DNA

• Il DNA si duplica in

maniera

“semiconservativa”, ossia

ogni cellula figlia conterrà

una catena ereditata dalla

cellula madre ed una di

nuova formazione

Se tutte le molecole fossero unite linearmente coprirebbero una

distanza di circa 2 metriLA CROMATINA

Nelle cellule degli eucarioti il DNA non è libero ma associato a piccole proteine dette istoni, in un

complesso chiamato cromatina.

Cromatina

• ETEROCROMATINA funzionalmente

inattiva (compatta)

• EUCROMATINA funzionalmente attiva

(decondensata)

Figura 1.6 Livelli di organizzazione della cromatina. La doppia elica del DNA ha uno spessore di circa 2 nm.

L’unità fondamentale del DNA è il nucleosoma, che consiste di 146 paia di basi di DNA avvolte intorno a una struttura

centrale composta da due copie di ognuna delle quattro proteine istoniche (H2A, H2B, H3 e H4). I nucleosomi sono

organizzati come perle su un filamento. Il diametro di un nucleosoma è di 11 nm. I nucleosomi sono, a loro volta,

condensati intorno a una struttura di 30 nm che è ulteriormente avvolta e condensata per comporre un cromosoma

metafasico.

Cromosoma: Struttura Intracellulare a forma di

bastoncello, composta da DNA contenente i Geni

•Geni sono le Unità funzionali, contenute in ciacun cromosoma, che

controllano i Diversi caratteri ereditari.

Nella Specie Umana Il Corredo Cromosomico è pari a 46

Cromosomi Omologhi: Nella specie umana sono presenti due copie per ciascun

cromosoma, pertanto i 46 cromosomi corrispondono a 23 coppie

•.

Cromosomi sessuali

• L'Ultima coppia di Cromosomi (23) Cromosomi Sessuali,

determina il sesso dell'Individuo. La coppia XX determina

la femmina, mentre la coppia XY determina il maschio.

I Cromosomi non sessuali, sono detti

Autosomi

CENTROMERO

p

q

Telomero

Telomero

Funzione dei Geni

Dogma centrale della genetica

molecolare

• il DNA produce l’RNA che, a sua volta,

codifica la sequenza di aminoacidi di una

proteina

– semplificazione

Elmenti base del DNA/RNA

A=T C=G

TRASCRIZIONE

• Il processo di copiatura delle sequenze di DNA di un gene

• nell’RNA messaggero (mRNA) viene definito come trascrizione.

• La sequenza dei nucleotidi in un gene è

semplice codice per la sequenza degli

amminoacidi in una specifica proteina

DNA RNA

trascrizione

Figura 1.7 Elementi attivi in cis- che regolano l’espressione genica. La trascrizione parte a livello del promotore a

seguito del legame di una RNA polimerasi. Il controllo dell’espressione genica avviene mediante il legame di fattori

di trascrizione a monte del sito di inizio della trascrizione a livello della TATA box. Questi fattori possono essere sia

attivatori sia repressori e possono legare sia coattivatori sia corepressori. Altri elementi di regolazione del DNA

possono trovarsi negli esoni o negli introni o a una certa distanza, a monte o a valle, del gene.

Figura 1.2 La replicazione del DNA procede in direzione 5’ r 3’. Il processo avviene mediante l’aggiunta diretta di basi

a un fi lamento del DNA (filamento leading). Nell’altra direzione (filamento lagging), la replicazione ha inizio con la creazione

di piccoli inneschi (primer) di RNA. Le basi di DNA sono aggiunte ai primer, e piccoli segmenti, chiamati frammenti di Okazaki,

vengono assemblati tra loro. Il DNA a livello della forca di replicazione viene srotolato dall’enzima elicasi.

Struttura e funzione di un gene

Figura 1.9 Lo splicing dell’RNA comincia con il legame di ribonucleoproteine specifi che (U1 e U2) al sito donatore di

splicing e al punto di ramifi cazione (branch point). Questi due siti sono quindi legati insieme da altri componenti dello

spliceosoma. Il sito donatore è quindi tagliato e l’estremità libera dell’introne si lega al branch point all’interno

dell’introne stesso per formare una struttura a laccio (lariat). Il sito accettore viene, quindi, tagliato, rilasciando il lariat,

e gli esoni alle due estremità vengono assemblati.

Traduzione

Dal DNA alle proteine• Il DNA presente nel nucleo di

tutte le nostre cellule contiene l’informazione genetica per produrre le proteine

• Al momento necessario, viene prodotto RNA messaggero, che ha il compito di trasportare l’informazione genetica dal nucleo al citoplasma

• L’RNAm, insieme all’RNA transfert, provvederà a produrre proteine, che determineranno un certo fenotipo

TRADUZIONE

• IL GENE=una proteina

• TRADUZIONE = CONVERSIONE DEL

MESSAGGIO GENETICO DAL

LINGUAGGIO DEI NUCLEOTIDI A

QUELLO DEGLI AMMINOACIDI

• CODICE è LETTO IN TRIPLETTE DI

NUCLEOTIDI

• DNA e proteine sono molecole lineari composte di

specifiche sequenze di subunità.

• Un gene si distingue da un altro per l’ordine

lineare con cui i quattro nucleotidi compaiono nel

DNA (ATCG)

• Analogamente una proteina si distingue da

un’altra per la specifica sequenza dei venti

amminoacidi dei quali è composta

– Caino ha ucciso Abele

– Abele ha ucciso Caino

Lo stratagemma del codice genetico

AGTGCTGATCGTAGCTAGCTAGCTAGCTAG

AGT-GCT-GAT-CGT-AGC-TAG-CTA-GCT-AGC-TAG

aa1 aa2 aa3 aa4 aa5 aa6 aa7 aa8 aa9 aa10

Proteina X

Il codice genetico

Codice genetico

Il codice è letto a

triplette

3 basi…1 amm.

A, G, C, T

L’universalità del codice genetico

Cellule specializzate

• In ogni cellula sono presenti gli stessi

cromosomi,geni

• Alcuni geni sono attivi altri inattivi a

seconda del tessuto in cui si trovano

• espressione specifica regolata da specifiche

sequenze presenti vicino ai geni

Morfologia di alcuni tipi di cellule. Siccome la funzione

richiede una particolare forma, da una cellula primordiale,

attraverso il differenziamento, si sono evoluti i diversi tipi di

cellule, che hanno tutte lo stesso patrimonio genetico.• A cellula del mesenchima - B

globulo rossoGlobuli bianchi: C granulocita D linfocita E monocitiF osteocitaG cellula adiposaH neuroneI cellula muscolare lisciaL cellula muscolare cardiacaM cellula produttrice di mucoN cellula epaticaO cellula dei muscoli scheletriciP cellula della glia.

• A cellula del mesenchima - B globulo rossoGlobuli bianchi: C granulocita D linfocita E monocitiF osteocitaG cellula adiposaH neuroneI cellula muscolare lisciaL cellula muscolare cardiacaM cellula produttrice di mucoN cellula epaticaO cellula dei muscoli scheletriciP cellula della glia.