LEZIONE 2 Anno Accademico 2008/9 BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN...
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LEZIONE 2 Anno Accademico 2008/9
BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHECORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO
BIOTECNOLOGIE E FARMACOLOGIA
• Identificare nuovi bersagli farmacologici
• Screening di farmaci
• Nuovi molecole terapeutiche
Identificare nuovi bersagli farmacologici
• GENOMATICA
• GENOMATICA FUNZIONALE
• MODELLI DI MALATTIA
La GENOMATICA
e la ricerca di nuovi farmaci
GENOMATICA:
studio del genoma* degli esseri viventi attraverso la mappatura o sequenziamento dei geni e lo studio della loro funzione
* Per genoma si intende l’intero contenuto in DNA di una cellula, geni e sequenze intrageniche incluse
Il genoma umano è costituito da 3.000.000.000 di paia di basiDiviso in 24 sequenze lineari : i cromosomi
di cui 22 sono autosomi e 2 sono i cromosomi sessuali
Il DNA mitocondriale è circolare e ha le dimensioni di 16569 pb
genoma umano
Mappare i geni:
• Storicamente attraverso la costruzione di mappe fisiche (identificare e ordinare marcatori lungo il cromosoma)
• Attualmente con il sequenziamento
mappe fisiche costruite con:
• restriction mapping•FISH (Fluorescent in situ hybridization) mapping• studi genetici di ‘linkage’• use of sequence tagget site (STS)
RESTRICTION MAPPING
1.Frammentazione del DNA genomico con enzimi di restrizione
2.Separazione dei frammenti per elettroforesi su agarosio
3.Immobilizzazione DNA per trasferimento su membrana
4.Ibridazione con sonda opportunamente marcata
5.Identificazione di RLFP
EREDITA’ DI MARCATORI RFLPRestriction Fragment Length Polymorphism
SNP
restriction mapping
sequence tagget site
SEQUENZIAMENTO DEL GENOMA UMANO
The Human Genome Project (HGP) refers to the international 13-year effort, formally begun in October 1990 and completed in 2003, to discover all the estimated 20,000-25,000 human genes and make them accessible for further biological study.
Another project goal was to determine the complete sequence of the 3 billion DNA subunits (bases in the human genome).
As part of the HGP, parallel studies were carried out on selected model organisms such as the bacterium E. coli and the mouse to help develop the technology and interpret human gene function. The DOE Human Genome Program and the NIH National Human Genome Research Institute (NHGRI) together sponsored the U.S. Human Genome Project
http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/hgp.shtml
Sydney Brenner. Joked that sequencing was so boring it should be done by prisoners. CREDIT: MRC
Walter Gilbert. A crucial early proponent, he later tried to set up a company to produce and
sell genome data.
Charles DeLisi. An early advocate, he launched the Human Genome
Initiative within the Department of Energy in 1986.
Problemi legati al sequenziamento
Dimensioni dei genomi
PHYLUM SPECIE GENOMA (bp)
Algae Pyrenomonas Salina 6.6x105
Mycoplasma M. Pneumoniae 1.0x106
Batteri E. coli 4.2x106
Lieviti S. cerevisiae 1.3x107
Nematodi C. elegans 8.0x107
Insetti D. melanogaster 8.4x108
Uccelli G. domesticus 1.2x109
Anfibi X. laevis 3.1x109
Mammiferi H. Sapiens 3.3x109
Progetto GENOMA UMANO
Scopi:
• Sequenziamento dei genomi di interesse biologico o farmacologico
• Studi di funzione genica
http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml
Progetto GENOMA UMANO
Strategie:
• Generazione sistematica di mappe fisiche
• Sequenziamento di Expressed Sequence Tag (EST)
• Miglioramento delle tecnologie di sequenziamento
http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/about.shtml
Strategie di sequenziamento del genoma
Una “Expressed Sequence Tag “(EST) è un cDNA (200-500 pb)
che rappresenta una piccola parte di un gene che può essere utilizzata per identificare e localizzare il suo gene di
appartenenza a livello dell’intero cromosoma.
Sequenziamento di ESTs
Assemblamento delle sequenze
Durata del sequenziamento del genoma umano con il metodo
‘Whole genome shot-gun’ 8 settembre 199917 giugno 2000
Investimento NIH nel progetto3 miliardi di dollari /13 anni
Termine del progetto Genoma Umano 2003
Craig Venter
Francis Collin
Risultati del Progetto GENOMA UMANO
Sequenza completa di 74 genomi>1000 virus, organelli, plasmidi microorganismi
Mycoplasma Genitalum 5.8x105
Haemophylus influenzae 1.8x106
E. coli 4.2x106
Saccaromyces Cerevisiae 1.3x107
Genomi di organismi superioriDrosophila Melanogaster 1.7x107
Arabidopsis Thaliana 1.2x108
Homo Sapiens 3.0x109
Rattus norvegicus 2.8x109
Mus musculus 2.7x109
Alcuni risultati dell’analisi della sequenza del genoma umano
• n. geni 26*103
• arrangiamento dei geni non casuale (in cluster)
• esoni 1.1% del genoma
• introni 24%
• sequenze intergeniche 75%
• > 1.4 milioni di siti polimorfici (SNPs)
NATURE Human Genome CollectionIt is now more than 15 years since work began sequencing the 2.85 billion nucleotides of the human genome. While the draft sequence
was published in Nature in 2001, researchers at the Human Genome Project continued to fill the gaps and subject individual chromosomes to ever more detailed analyses. Nature is proud to present here the
complete and comprehensive DNA sequence of the human genome as a freely available resource.
Le sfide per il futuro del progetto genoma umano
•Comprendere le componenti strutturali e funzionali del genoma• capire come le reti di geni e proteine contribuiscono alla definizione del fenotipo• comprendere cosa determina le variazione nella trasmissione dei caratteri genetici• facilitare l’utilizzo dell’uso delle informazioni genetiche nella ricerca e nella clinica• stabilire strategie per l’identificazione del contributo del genoma nella determinazione delle patologie e delle risposte alla terapia• identificare le varianti genetiche che contribuiscono al mantenimento dello stato di salute• determinare strategie per identificare il rischio di malattia•Utilizzare le conoscenze genetiche per lo sviluppo di farmaci innovativi
Per i concetti di base trattati in questa lezione vedi:T.A. Brown GENOME Bios Scientific Publishers