Appunti Biologia molecolare

RNA;

r-RNA= ribosomiale

t-RNA= trasfer; nei geni di classe III; prende parte alla sintesi proteica trasportando l’aa small nuclear

RNA; servono per la maturazione dei trascritti dei geni di classe II

regolatori= hanno un ruolo sull’m-RNA, regolando l’espressione delle proteine in ultima analisi

Mirna RNA o piccoli RNA (<200nt)

Long- non coding RNA (>200 nt).

PROGETTO FANTOM5

Successivo alla pubblicazione del progetto genoma. Ha analizzato tutti gli m-RNA che si esprimono in tutti i tipi

di cellule (umane e dei topi), studiando i geni e i promotori. I ricercatori sono stati in grado di stabilire quali

geni vengono “accesi” durante l’attività cellulare nell’uomo e nel topo, tracciando anche una mappa accurata

delle regioni di DNA che rappresentano gli esatti “interruttori” – chiamati promoter ed enhancer – dell’attività

di un gene. Ciò rappresenta un importante successo scientifico internazionale, che consente di definire per la

prima volta le regioni del genoma che risultano attive in condizioni normali e in caso di malattia. Questo aiuterà

i ricercatori e i medici di tutto il mondo a identificare con più facilità i singoli geni coinvolti in alcune patologie,

con la possibilità di sviluppare nuove cure o mettere a frutto terapie mediche personalizzate.

CONCLUSIONI:

I 20 mila geni (codificanti per proteine) del primo progetto erano corretti del primo.

I geni totali sono 63 mila.

Restano pertanto 40 mila ncRNA (non codificanti per proteine)

È molto importante studiare questi 20 mila geni per capire quando ci troviamo di fronte a geni alterati.

I 20 mila geni codificanti per proteine secondo la proposta del programma IDG ma anche della Fondazione

Telethon in Italia sono stati suddivisi in 4 categorie sulla base delle quantità di conoscenze disponibili e dello

stato di avanzamento verso lo sviluppo terapeutico:

- Geni Tclin che sta per target clinici = geni che codificano per proteine che sono già state studiate e

rappresentano bersaglio di farmaci già approvati (rappresentano il 3,3%). Sono circa 700 proteine

identificate che hanno già portato a farmaci di successo come gli anticolesterolo, gli antinfiammatori

steroidei, i gastroprotettori;

- Geni Tdark = geni di cui sappiamo ancora poco o niente (1/3 del totale= 29,4%)

- Geni Tbio = geni di cui disponiamo le conoscenze biologiche (sappiamo di quali proteine fanno parte).

Include geni noti per essere associati a specifiche malattie e potenzialmente interessanti da studiare,

anche se le proteine non sono state identificate ancora come bersagli di farmaci (58,3%, i più

numerosi).

- Geni Tchem = geni per proteine che si legano a specifiche molecole e da questo gruppo si potrebbero

derivare farmaci (9%) Il cerchio interno rappresenta l’insieme delle

proteine codificate dal genoma umano diviso, in

quattro porzioni colorate che corrispondono alle

categorie di avanzamento nella ricerca di nuovi

farmaci.

Nella categoria più numerosa Tbio, arancione chiaro,

ci sono i bersagli che appaiono biologicamente

interessanti perché associati a specifiche malattie.

I Tchem si avvicinano alle applicazioni approvate

perché sono in grado di legare specifiche molecole.

In verde la categoria Tclin clinicamente utile con

farmaci.

Il cerchio esterno mostra che in ogni categoria sono presenti, in percentuali diverse, tipi di proteine che

svolgono ruoli chiave nella cellula: recettori di membrana, nucleari, canali ionici, enzimi tra cui le chinasi,

trasportatori, fattori di trascrizione, fattori epigenetici ed altro.

La comunità scientifica si sta dando da fare per traghettare i target chimici nel gruppo clinico, per trovare le

classi di proteine più promettenti come recettori, canali ionici ed enzimi. Esistono circa 10000 malattie rare e di

queste solo 500 hanno una terapia.

La ricerca dei farmaci comunque non può esaurirsi con le ricerche nelle banche dati genomiche. Per

conoscere i meccanismi alla base delle malattie sono necessari esperimenti di laboratorio, che richiedono

tempo. Preferenzialmente vengono compiuti studi sulle cellule e i geni si comportano diversamente in base ai

tipi cellulari. Pertanto la biologia in silico che usa elaborazioni al computer, ha bisogno del ‘’wet science’’, ossia

«biologia bagnata» che si fa con le colture cellulari, ma anche con le colture miniaturizzate degli organi creati in

vitro in 3D (organoidi) e con gli organismi modello come il topo.

Molto importanti sono anche le moderne piattaforme tecnologiche come il sequenziamento di nuova

generazione o l’editing genomico come CRISPR, che permette di inattivare ma anche di sovra esprimere i geni,

da soli, oppure in combinazione, per indagare la funzione.

Il dark aumenta ancora di più se si pensa al trascrittoma che non codifica per proteine Gran parte del

trascrittoma non codifica per proteine (98%) ossia non serve come stampo per l’assemblaggio di proteine ma

questo non vuol dire che sia privo di funzioni biologiche. Anzi appare sempre più evidente che anche mutazioni

di queste regioni possano avere e etti patologici e dunque anche questi RNA potrebbero diventare target clinici

Lezione 22 marzo

Cuore e cervello hanno un numero di mitocondri molto elevato perchè hanno una richiesta energetica

molto alta. In più un soggetto che si allena avrà una aumento di mitocondri,biogenesi mitogenesi

miitocondriale,cioè il numero dei mitocondri è variabile in base allo stile di vita. I mitocondri

derivano dalla teoria endosimbiontica. Membrana interna

La forma del mitocondrio può essere anche circolare. I mitocondri possono unirsi con la fusione, possono

separarsi con la fissione o possono essere eliminati con l’autofagia.

La sintesi proteica può avvenire nei ribosomi, nel reticolo endoplasmatico rugoso o anche nei

mitocondri. Il cromosoma del procariote ancestrale è lungo 16 mila coppie di basi. E’ più piccolo.

Le altre informazioni vengono inserite nel DNA nucleare. Ecco in che modo si è ridotto il

cromosoma procariotico.

Il DNA mitocondriale è un DNA essenziale,cioè c’è una densità genica molto elevata. La regione

bianca viene definita ansa T,è una regione non codificante, viene detta ansa di

dislocazione(diloop). E’ una regione molto importante ricordiamo gli interruttori di trascrizione

cioè i promotori. Abbiamo 37 geni, ma non 37 promotori. Ci sono 2 regioni promotori,perché i 2

filamenti che compongono il cromosoma circolare sono a doppia elica, e le eliche vengono divise

in catena pesante e catena leggera. Più basi puriniche nella catena pesante e più basi piramidiniche

nella catena leggera. Queste verranno copiate come un unico trascritto per questo abbiamo due

promotori. La trascrizione nei procarioti è policistronica quindi abbiamo un unico trascritto con più

prodotti. C’è un’ altra sequenza detta origine di replicazione per la catena pesante, in un’altra

regione c’è quella della catena leggera. Per far partire replicazione serve un origine che è presente

nella diloop. E’ l’interruttore mitocondriale. Il DNA mitocondriale potrà o essere replicato,perché

le cellule poi si divideranno e avremo bisogno di più mitocondri. Abbiamo bisogno di sintetizzare

quei 13 polipeptidi che ci permetteranno di fare ATP per la respirazione. Questa catena d-loop è

una catena regolatrice. E’ stata studiata e si sono accorti che questa sequenza varia da persona a

persona. Per questo viene sfruttata sul luogo di un crimine per riconoscere il sospettato,

solitamente si guarda il DNA microsatellite, ma se si hanno dei dubbi si vanno a studiare queste

regioni. Anche se purtroppo ancora dal punto di vista legale non ha ancora valore, solo i

microsatelliti sono legali.

DNA mitocondriale (mt DNA)

•D-loop (ansa di dislocazione): sito di controllo per la replicazione e la trascrizione. Oh,: origine di

replicazione per il filamento pesante

• HSP, LSP: promotori per i filamenti pesante e leggero

•TFAM, Mt3,4 (fattori di trascrizione che legano i promotori nel D-loop)

•TFAM è essenziale (il topo knock-out non sopravvive)

Complesso 1:geni nucleari e mitocondriali

Complesso 2: non sono coinvolti i geni mitocondriali

Ricordiamoci che per fare questi complessi sono

necessari contributi nucleari e mitocondriali.

Per il mitocondrio c’è qualche

eccezione per il codice universale. C’è

qualche eccezione per i codoni di stop

Il DNA mitocondriale si trova nel citosol del mitocondrio,matrice mitocondriale,dove viene prodotta

la maggior parte dei ROS,radicali dell’ossigeno che sono molto importanti per la segnalazione

cellulare. Questi ROS vengono prodotti,perchè talvolta le molecole di ossigeno che si trasformano in

ATP per aerobiosi non si trasformano in ATP e diventano ROS, se ne abbiamo troppi la cellula può

andare in stress ossidativo. ROS (Reactive Oxygen Species)

I più importanti ROS sono l'anione superossido O2-, il perossido d'idrogeno H2O2 e il radicale

ossidrilico •OH. L'anione superossido (O2-) è prodotto dalla riduzione incompleta di O2 durante la

fosforilazione ossidativa, da alcuni enzimi (xantina ossidasi) e dai leucociti. Il DNA mitocondriale è

più danneggiato rispetto al DNA nucleare. Il DNA viene riparato con dei sistemi che sono più presenti

nel DNA nucleare rispetto a quello mitocondriale. Questo perchè si trova vicino alle specie

radicaliche e perché ha meno sistemi di riparazione. Il DNA mitocondriale duplica continuamente,

mentre il DNA nucleare duplica nella fase S,che sta per sintesi.

Eredità materna o eredità diaginica:cioè

ereditiamo i mitocondri di origine materna

e quindi c’è l’ipotesi dell’eva nera, secondo

cui abbiamo una progenitrice africanico.

DNA nucleare è biparentale.

Se ci fossero tutti i mitocondri identici parleremo di omoplasmia,se confrontiamo due dna

mitocondriali e al posto di una C abbiamo una T, se il numero di queste variazioni è basso non

succede nulla, se è alto c’è il rischio di dare origine a una malattia. Eteroplasmia= può essere

di livelli diversi e significa che il dna mitocondriale non è uguale. L’eteroplasmia quando

supera una certa percentuale genera malattie dette encefalomiopatie mitocondriali.

Catena pesante e leggera danno origine a un unico

trascritto.

Le polimerasi sono responsabili di copiare il dna in altro dna,perchè solitamente da una molecola

di dna ne dobbiamo ottenere 2. Le polimerasi oltre ad aggiungere nucleotidi hanno anche attività

esonucleasica,cioè di togliere nucleotidi. In questo caso l’attività esonucleasica 3’-5’, m