Genetica medica e farmacogenetio

Genetica medica e farmacogenetica

introduzione

Differenza meiosi e mitosi

la mitosi è un processo dal quale si parte da una cellula madre a due cellule figlie identiche

ed ha una funzione conservativa, la meiosi invece si parte da una cellula madre e se ne

ottengono 4 cellule figlie aploidi e l’obiettivo è quello di promuovere la variabilità genetica.

Utilità del crossing over

il crossing over avviene nella meiosi ed è lo scambio genetico fra cromatidi non fratelli dei

cromosomi omologhi; come obbiettivo ha aumentare la variabilità genetica.

come indicare una mutazione in una sequenza di DNA diploide con cambi

nucleotidi in omozigoti e eterozigoti

-​ sequenza diploide DNA

5. ATGATGATGTGCGCTG 3.

3. TACTA …………… 5.

5. ATGATGATGTGCGCTG 3.

3. TACTA …………… 5.

-​ sequenza con mutazione nucleotidica eterozigote

G>T eterozigote

5. ATTATGATGTGCGCTG 3.

3. TAATA …………… 5.

5. ATGATGATGTGCGCTG 3.

3. TACTA …………… 5.

-​ sequenza con mutazione nucleotidica omozigote

G>T omozigote

5. ATTATGATGTGCGCTG 3.

3. TAATA …………… 5.

5. ATTATGATGTGCGCTG 3.

3. TAATA …………… 5

differenza tra mutazioni germinali e somatiche

Nelle mutazioni di tipo germinale le caratteristiche fondamentali sono che avviene nelle

cellule germinali e quindi sono ereditarie e può essere trasmessa alla progenie; dopo la

fecondazione la mutazione sarà presente in tutte le cellule dell’organismo. La mutazione di

tipo somatico avviene nelle cellule somatiche, non è ereditaria, ovvero non si trasmette ai

figli; è presente solo nelle cellule derivate da quella mutata.

Cariotipo 1

è la serie completa di cromosomi contenuti nel nucleo di una cellula ed è definito da numero

di cromosomi e dalla loro morfologia.

Differenza tra la produzione di un cariotipo e gli approcci di biologia

molecolare

?

la produzione di un cariotipo analizza i cromosomi interi al microscopio, si ottiene da cellule

in divisione e permette di vedere il numero di cromosomi (es. trisomie) oppure le grandi

alterazioni strutturali ( delezioni, duplicazioni traslocazioni); invece l approccio di biologia

moleolare analizza il dna a livello di sequenza o piccoli frammenti, non serve

necessariamente che le cellule siano in divisione e permette di identificare

-​ mutazioni puntiformi

-​ piccole delezioni/ duplicazioni

-​ varianti genetiche specifiche

quindi in conclusione il cariotipo studia alterazioni numeriche e strutturali grandi mentre la

biologia dello sviluppo studia alterazioni piccole e specifiche della sequenza dello DNA.

Come è fatto un promotore umano?

Un promotore umano è una regione di DNA che regola l’inizio della trascrizione di un gene.

Non ha una struttura identica per tutti i geni, ma presenta elementi ricorrenti ben

riconoscibili.

Struttura generale di un promotore umano

Si trova a monte (upstream) del sito di inizio della trascrizione (TSS, +1) e può essere

diviso in due zone principali:

1)​ Core promoter (promotore basale)-> È la parte minima necessaria per iniziare

la trascrizione. Include elementi come:

●​ TATA box (~ -25/-30)

○​ Sequenza consenso: TATAAA

○​ Lega la proteina TBP (TATA-binding protein)

○​ Presente solo in una parte dei geni (non tutti!)

●​ Inr (Initiator element) (intorno a +1)

○​ Coincide con il sito di inizio trascrizione

●​ BRE (TFIIB recognition element)

○​ Riconosciuto dal fattore di trascrizione TFIIB

●​ DPE (Downstream Promoter Element) (~ +30)

○​ Importante nei promotori senza TATA box

Questa regione recluta i fattori di trascrizione generali e la RNA polimerasi II.

->Si trova più a monte (circa -50 / -200 o

2)​ Promotore prossimale

oltre). Contiene sequenze regolatorie come:

●​ CAAT box (~ -75)

●​ GC box (ricca in G e C) 2

Qui si legano fattori di trascrizione specifici che modulano l’espressione genica

(attivazione o repressione)

Come avviene la regolazione genica negli eucarioti?

La regolazione genica negli eucarioti è un processo complesso e multilivello: un gene può

essere controllato in più fasi, dalla struttura della cromatina fino alla proteina finale.

-​ regolazione epigenetica (cromatina) = controlla quanto il DNA è accessibile

attraverso: metilazione del DNA che solitamente lo spegne oppure attraverso

modifiche degli istoni tramite acetilazione e quindi abbiamo cromatina aperta e gene

attivo oppure tramite de acetil azione dove abbiamo cromatina compatta e gene

spento . ( se il dna è “chiuso” la trascrizione non parte)

-​ regolazione trascrizionionale= controlla se un gene viene trascritto in mRNA e

avviene tramite : promotore, fattori di trascrizione che possono essere generali che

sono necessari sempre oppure specifici che attivano o reprimono geni particolari ed

enhancer e silencer che possono essere lontani dal gene ma regolano fortemente la

sua espressione (livello principale di controllo )

-​ regolazione post-trascrizionale= agisce dopo che l’mRNA è stato prodotto ed è

dovuto a splicing alternativo ovvero uno stesso gene proteine diverse, stabilità

dell’mRNA + l’mRNA è stabile + proteine produce e RNA non codificanti ( miRNA)

che degradano o bloccano l’mRNA

-​ regolazione trasfusionale= controlla quanto mRNA viene tradotto in proteina, è

importante l’efficienza dell’inizio della traduzione e l’interazione con proteine

regolatrici.

-​ regolazione post-tradizionale= agisce sulla proteina già formata che può subire

modifiche ( come fosforilazione ecc..) oppure degradazione proteica ( determina

attività, localizzazione e durata della proteina)

differenza nella regolazione genica tra procarioti ed eucarioti ?

La differenza è che nei procarioti la regolazione è semplice e rapida mentre negli eucarioti è

complessa e multilivello, questa differenza è dovuta alla differente organizzazione dei geni, a

livello di regolazione principale, struttura del DNA, trascrizione e traduzione , processamento

dell’mRNA e velocità e precisione.

Quale è l'importanza dei geni duplicati nell’uomo?

I geni duplicati (o paraloghi) giocano un ruolo fondamentale nell'evoluzione e nella biologia

umana, agendo come un motore principale per la diversità genetica e l'innovazione

funzionale. La duplicazione genica è considerata il meccanismo attraverso cui si generano

nuove funzioni proteiche.

Da mendel alla post genomica

Le tre leggi di Mendel

1)​ legge della dominanza= un fattore prevale su un altro, ovvero avremo alleli

dominanti o recessivi 3

2)​ segregazione indipendente = importante perché i fattori segregano

indipendentemente dai fattori (identifica il crossing over) nell'uomo c’è un

→

eccezione che è dovuto alla vicinanza di due geni segregano insieme , è probabile

che il crossing over li porti entrambi in un lato linkate 8 guarda slide)

→

3)​ assortimento indipendente dei caratteri = dalla formazione dei gameti, i geni si

dispongono nei gameti indipendentemente

linkage

​

sono due o più coppie di geni situate sullo stesso cromosoma , possono esseee

collegate o associate ( il grado di associazione è descritto dalla frazione di

ricombinazione)

Limiti delle leggi di mendel nella genetica umana

In Mendel c’è sempre una dominanza completa , nell’uomo abbiamo situazione in

cui ci sono codominanza, dominanza incompleta o allelia multipla . Mendel

sosteneva che in un gene c ‘è un allele ma nell’uomo un carattere è determinato da

molti geni (ad esempio l’altezza dipende da molti geni), uomo ha cromosomi

sessuali quindi i geni sul cromosoma y e x si comportano in modo diverso dagli altri

cromosomi. Negli esperimenti il contributo materno e paterno è lo stesso, nell’uomo

per la maggior parte è così però ad esempio il genoma mitocondriale deriva solo

dalla madre oppure l’imprinting tratti di genomi, che sono silenziati in base se sono

ereditati da padre o da madre. Ci sono tratti di geni che sono dinamici quando

abbiamo ripetizioni di basi vediamo differenze ad esempio anche in una singola

meiosi, la madre avrà 50 copie e il figlio invece 80. Inoltre importante il discorso

ambientale, nell’uomo è considerato ad esempio aria, alimentazione, che va ad

rappresentare fattori di rischio che vanno ad unirsi alle patologie multifattoriali o

complesse perché non abbiamo un singolo responsabile ma diversi e avremo anche

un fattore ambientale.

Cosa si intende per genotipo-fenotipo

Il genotipo rappresenta il gli alleli quindi ad esempio se un individuo è eterozigote o

omozigote invece il fenotipo. La caratteristica che si osserva nell’individuo.

Come si disegna un albero genealogico 4

O= donna ; quadrato= maschio; _ riproduzione sessuale

Se è colorato =malato ; Bianco=sano

L’albero serve a fare la fotografia di una famiglia in un determinato momento e dopo

anni potrebbe cambiare . Nella consulenza genetica si fa prima di tutto9 la raccolta

dell’albero genealogico.

AA= sano

Aa =portatore sano

aa=malato

A?=sano

Importante nell’albero è fotografare il momento e teniamo conto a che età è insorta

la malattia e cerco di immaginarmi la modalità di trasmissione.

come funziona il gruppo sanguigno

Landsteiner, nel 1900 e nel 1901, per due anni lui individua il gruppo A, B e 0.

L'anno dopo due suoi collaboratori scoprono il gruppo AB. Nel 1930 prende il nobel perché

cambia la percezione delle trasfusioni. Considerate che prima il sangue veniva messo come

capitava, se il ferito aveva bisogno di sangue lo metteva, ma a volte andava bene e a volte

moriva, perché non è che hanno tutte queste cose, fino al 1940. Perché? Perché nel 1940

sempre Landestein, insieme al suo collega Alexander Biele, scoprono il fattore RH. Da quel

punto lì le Trasfusioni cominciano ad essere orientate bene, perché ha il sistema P3 e ha il

sistema RH, tra l'altro Scoprì anche che le caratteristiche della trasfusione divergono da

una cosa, dagli antigeni presenti sulle cellule, sui eritrociti e dai anticorpi presenti insieme.

Allora, il sistema B0 è codificato dal Locus AB0. Il Locus AB0, questo è un numero, io non vi

chiedo di ricordare molti numeri, ma questo sì.il locus AB0 mappa su 9Q34 quindi

cromosoma 9 braccio lungo Regione 3 banda 4. Quel locus è occupato alternativamente da

tre alleli. Gli alleli sono IB,IA,i. IA e IB sono dominanti rispetto a i che è recessivo e sono

co-dominanti tra loro. Allora, questi sono i tre alleli, quanti genotipi possono produrre tre

alleli? Applicate la formula che abbiamo detto prima.

N per N più 1 diviso 2, ovvero 6. 6 genotipi diversi possono produrre. E quanti fenotipi? Ecco

lì, 4 diversi fenotipi. 5

Abbiamo il fenotipo A, che significa presenza dell'antigene A sull'eritrocita, cioè sui propri

erotici, ma anche specificità. E corrisponde a due genotipi possibili.

allora B gruppo B due genotipi , vedete qua qui siamo nel mendelismo, perchè l'allele

dominante si manifest in omo o eterozigosi.

A B, già lo conosciamo è l'esempio di codominanza che abbiamo fatto sono presenti due

alleli dominanti e co-dominanti tra loro,

il grup0 è omozigote per alle allele recessivo

>Allora, il gruppo A, abbiamo detto, manifesta sulla superficie l'antigene A, specificità A. Il

gruppo B, specificità B, antigena B, entrambi le specificità sono presenti pienamente, su

alcuni vincoli poco bene si sarà la specificità A, su altri vincoli andrò un po' più in particolare.

Il gruppo 0 non ha alcuna specificità sulla superficie, cioè non ha né antigena A né antigena

B.

dal punto di vista immunologico alla presenza, Abbiamo detto che il gruppo A ha sulla

superficie dell'eritrocita antigeni A e nel sangue A anticorpi anti b . Nel gruppo B sulla

superficie antigene B e nel sangue con il sieno, anticorpi anti A. gruppo AB ha entrambi gli

antigeni, niente anticorpi. Gruppo 0 nessun antigene e anticorpi A e B

Questo stabilisce le regole della trasfusione, che sono situate all'alto di 0. Il gruppo 0, non

avendo antigeni sulla propria superficie, è il donatore universale. Può donare il sangue a

tutti, perché non crea mai una reazione immunitaria, non avendo antigeni sull'interno.

Però, avendo nel sangue anticorpi, anti-A e anti-B, può ricevere sovrapposizione. 0 è il

donatore universale e riceve solo da 0, AB è

il ricevente universale, il gruppo egoista, perché prende da tutti e da solo ad AB. Perché

prende da tutti? Perché nel sangue non ha anticorpi, quindi può ricevere da A, B e da 0, ma

può donare solo ad AB, perché altrimenti c'è una reazione crociata con gli anticorpi presenti

nel sangue degli altri individui.

Quindi donatore universale, ricettore universale. A e B si compongono almeno nello stesso

modo. Il gruppo A da chi può ricevere? Da A e da 0. E a chi può donare? Ad A e ad AB. Il

gruppo B, lo stesso, riceve da B e da 0 e non da A, e dona a B e AB, dipende dagli anticorpi.

Il gioco è antigene-anticorpo.

Questi anticorpi, anti-A e anti-B, sono presenti dalla nascita e sono chiamati anticorpi

naturali. Cioè si pensa che la prima immunizzazione avvenga subito dopo la nascita, perché

questi sono molecole così comuni nell'ambiente, che appena nasce il bambino o la bambina

c'è l'immunizzazione. Quindi ognuno, se sei di gruppo A, dalla nascita hai anticorpi anti-B.

Se sei B, hai gli anti-A, e così via. Si chiamano le forze naturali

progetto genoma umano: 6

Prima volta che ci ha offerto un genoma di riferimento, ci ha insegnato più o meno quanto è

grande un gene e ha stimato la grandezza di esoni e quanti esoni e introni ci sono in un

gene e anche la grandezza di un introne.

Cosa si intende per soma

il termine soma indica l’insieme di tutte le cellule del corpo di un organismo, esclusi i gameti

(cellule sessuali).

Polimorfismo e quali sono gli utilizzi

concetto di polimorfismo: ogni individuo ha un tot di basi differenti che vanno a creare la

variabilità negli individui. Prima non si avevano siti ma si comparavano con altri gene e se si

trovava la variazione più di 2 volte su 100 si aveva un polimorfismo chiamato anche SNP ( si

legge snip ) → sono varianti che non hanno effetti patologiche e sono molto frequenti.

Staticamente cosa vuol dire essere uguali al 99,99% vuol dire che se facessimo un pcr

classica troverei una variante rispetto al cromosoma di riferimento, quindi alla base devo

riuscire a distinguere basi polimorfismi da basi che danno patologie. Se i polimorfismi

diventano protagonisti nelle malattie multifattoriali, invece associate a malattie mendeliane

non contribuiscono alla patologia. I polimorfismi sono utili per:

●​ medicina

●​ ricerca

●​ identificazione

●​ evoluzione

●​ agricoltura

Differenza tra una variante rara e non rara

la differenza sta nella frequenza della presenza di questa variante nella popolazione, se è

presente in meno dell 1% allora è rara e potrebbe dare una patogena mentre se la

percentuale è più elevata non è una variante rara. Questo vuol dire che una variante rara

che non è sempre pericolosa ma aumenta la probabilità che lo sia mentre una variante non

rara non è sempre innocua ma spesso implica effetti piccoli distribuiti su molte varianti

cosa si intende per variabilità interindividuale?

La variabilità interindividuale è data dal polimorfismo ed indica differenza genetiche tra

individui della stessa specie, questo è dovuto a mutazioni geniche, ricombinazione genetica

e polimorfismi genetici come i SNP. È importante perché permette l evoluzione e spiega il

perché le persone reagiscono in modo diverso a malattie o terapie. Introdotto concetto di

polimorfismo: ogni individuo ha un tot di basi differenti che vanno a creare la variabilità negli

individui. Prima non si avevano siti ma si comparavano con altri gene e se si trovava la

variazione più di 2 volte su 100 si aveva un polimorfismo chiamato anche SNP ( si legge

snip ) → sono varianti che non hanno effetti patologiche e sono molto frequenti.

Staticamente cosa vuol dire essere uguali al 99,99%? vuol dire che se facessimo un pcr

classica troverei una variante rispetto al cromosoma di riferimento, quindi alla base devo

riuscire a distinguere basi polimorfismi da basi che danno patologie. Se i polimorfismi 7

diventano protagonisti nelle malattie multifattoriali, invece associate a malattie mendeliane

non contribuiscono alla patologia.

database OMIM a cosa serve

OMIM= database che da info su malattie, ci dice in che modo segregano i geni coinvolti ed

inoltre localizza il gene responsabile che ha un codice specifico.

a cosa servono i database di sequenza come UCSC

servono per analizzare il genoma, quindi vedere dove si trovano i geni sui cromosomi, le

regioni codificanti e non e sequenze di DNA specifiche inoltre permettimi anche di

visualizzare mutazioni, polimorfismi e differenze tra individui.

perchè è importante conoscere la frequenza di una variante in una

popolazione

è importante conoscere la frequenza di una variante in una popolazione in primis per

identificare se è una variante rara o meno e quindi capire se patologica. Poi è importante

sapere quando una variante è patologica la frequenza di portatori sani e malati per poter

calcolare il rischio che sia presente questa variazione in un individuo

cos