Genetica

Le tre leggi di mendel:

Prima legge o segregazione: ogni cromosoma è costituito da

 due alleli, ciascuno durante la meiosi viene prima duplicato e poi

avvengono due divisioni successive che formano i gameti che sono

cell aploidi, la probabilità che un certo allele possa essere

trasmesso a un gamete è del 50%.

Seconda legge: impo, geni di tratti differenti cioè associati a

 fenotipi differenti, sono ereditati in maniera indipendente. In

realtà dipende da come avviene il crossing over e dalla

distanza relativa tra i due loci in esame. Su questa eccezione si

basa l analisi di linkage.

Terza legge: ormai superata, negli eterozigoti, un allele

 prevarrà, in realtà ci sono eccezioni es codominanza.

L analisi di linkage ha come obiettivo la ricerca di una violazione

della seconda legge, ovvero di loci i cui alleli vengano trasmessi

rigidamente quindi in maniera dipendente. Questo accade quando

i due loci delle due caratteristiche risiedono vicini nello stesso

cromosoma. Questo fenomeno è chiamato linkage genetico, la

coeredità di due tratti dallo stesso genitore.

La diversità genetica è amplificata dal fenomeno del crossing-over

che avviene durante la meiosi, prima delle due divisioni successive. È un

evento casuale che può avvenire in qualsiasi punto lungo il cromosoma.

I due alleli di ogni gene ovvero i cromosomi omologhi vengono

raddoppiati dalla duplicazione del dna. I duplicati si avvicinano e

avviene il crossing-over, cioè c è uno scambio di regioni

corrispondenti tra una un cromatide materno e uno paterno,

generando così due cromatidi ricombinanti. Poi avvengono le due

divisioni successive, in cui arrivo alle cell aploidi che sono i gameti,

che non sono tutte uguali al genoma di partenza, ma due

contengono i due cromosomi omologhi di partenza e le altre due quelli

ricombinanti.

La probabilità che il crossing-over cada tra due loci vicini sul

cromosoma è inferiore rispetto a quella tra loci lontani. Se i loro

alleli vengono ereditati in modo non del tutto indipendente a causa

della vicinanza fisica allora sono detti linked. Se due loci sono linked

allora la probabilità che avvenga una ricombinazione tra loro è detta

frazione di ricombinazione tetha ed è inferiore al 50%, che sarebbe

la % di pura casualità. L analisi di linkage vuole proprio capire sulla

base di tetha se i due loci sono vicini o lontani.

La distanza genetica è misurata con il Morgan e +spesso il

centiMorgan (cMorgan). 1 Morgan equivale alla lunghezza di dna

alla quale avviene un crossingover in media, su un certo

cromosoma, durante una meiosi. Questa distanza è collegata a quella

fisica lineare misurata in numero di basi, ma non è la stessa perché

una differenza nei ripiegamenti può portare a una compattazione + o

– grande della zona. Esistono delle mappe che associano questa

misura statistica a ogni cromosoma.

Abbiamo una famiglia. Soggetti su tre generazioni. Per ogni soggetto

abbiamo il suo genotipo su due loci, A e B, che sono loci polimorfici con

dievrse varianti ovvero gli alleli A1/A2 e B1/B2. Vediamo se i soggetti

di terza generazione sono ricombinanti o no. Nella II gen, la madre

(cerchio) è omozigote su entrambi i loci, cioè stessi alleli per ogni

locus, il padre è eterozigote su entrambi i loci. Seguiamo le meiosi.

Il primo filgio è non ricombinante, ha preso la combinazione A2B2

rigidamente. Anche la figlia è non ricomb. Nell altra figlia c è ricomb. La

madre avendo alleli uguali su entrambi i loci non ci permette di dire se è

avvenuto o meno il crossing, ovvero gli esiti non sono informativi.

+ricombinazioni vediamo sul totale di figli + i due alleli sono

probabilmente lontani.

Prendo un punto del genoma, una base. Il gene malattia è qua vicino?

Prendo un locus di riferimento o marcatore di cui conosco la

posizione, l'altro è il locus malattia contenenti le varianti del fenotipo

patologico, di cui non conosco e vorrei trovare la posizione o

perlomeno capire se è + o – vicino al locus di riferimento. Posso stimare

con questo ragionamento se i due loci sono vicini o lontani sulla base

delle ricombinazioni che osservo. Analisi di linkage a due punti

parametrica. A due punti perché ho un locus di rif e un locus malattia,

parametrica perché la frequenza statistica con cui osservo le

ricombinazioni tra i due loci dipende dal parametro teta che a

sua volat dipende dalla distanza genetica tra i due loci. La

probabilità di osservare un certo set di dati in corrispondenza di

un certo valore di tetha ovvero di probabilità di ricombinazioni è

detta verosimiglianza L:

Quindi dato un certo teta ho una certa probabilità di avere un certo

numero di ricombinazioni sul totale di meiosi che ho.

L segue una distribuzione binomiale, che dice qual è la prob di

avere n su N. N = numero totale di processi bernulliani, cioè con esisti

possibili si o no 1 o 0 qunidi ricomb o no, quindi N = numero di meiosi.

n= numero di successi quindi n=numero di meiosi ricombinanti. p è

la probabilità di successo ovvero p=tetha=probabilità di

ricombinazione, e q quella di insuccesso ovvero di non ricomb ovvero

1-p=1-tetha.

Il lod score Z confronta l ipotesi +probabile con l ipotesi nulla

ovvero tetha=0.5.

Il lod score lo studiamo tra 0 e 0,5 perché sopra per noi non ha

significato. Per z vale la proprietà additiva sulle famiglie, ovvero

posso unire i risultati fatti su famiglie diverse sommando i singoli Zi.

Sono stati spesso usati come riferimenti zone del dna in cui ho brevi

sequenze che si ripetono, chiamate minisatelliti o microsatelliti a

seconda del numero di basi di lunghezza, e il numero di ripetizioni

sono dievrse tra i soggetti, come fossero alleli diversi. Ora usiamo

gli SNPs (single nucleotide polymorphisms), ovvero basi singole a cui si

possono avere due alleli, es a o g. un soggetto può essere omozigote aa

o gg o eterozigote ag o ga.

Es. Come fare un analisi di linkage. Ho una famiglia. Padre madre e due

figlie. Sulla prima riga ho gli alleli del locus malattia, sulla riga sotto gli

alleli numerati del locus di rif. La madre ha la patologia perché ha un A, il

padre no, una delle figlie la 4 è affetta, l

altra no. Il genotipo del marcatore è l esito del sequenziamento fatto per

vedere quali sono le varianti sul locus marcatore qunidi lo conosciamo. La

prima riga è stata messa ma in realtà non la conosciamo ma dobbiamo

fare delle deduzioni e delle ipotesi.

Ipotesi. Usiamo sempre una malattia dominante, penetranza

totale, non esistono fenocopie, non ci sono individui affetti senza

allele malattia. A malattia, a normale. Assumiamo che A sia

sufficientemente raro da rendere improbabilie AA, quindi Aa.

Conosciamo solo se un soggetto è malato o no. Se è sano allora deve

avere aa, se è malato può avere Aa o aA, non conosciamo l ordine

rispetto agli alleli di rif. Conosciamo gli alleli del rif.

Fase 1: il padre è aa quindi è omozigote quindi non sappiamo se c è stata

ricombinazione o meno, non è informativo. Sulla figlia 4 abbiamo aa vs 1

5, se la madre è Aa 3 5 allora non abbiamo ricomn, se la madre è aA

allora abbiamo ricomb. Sulla figlia 3, se la madre è Aa vs 3 5 allora la

figlia non è ricomb, se la madre è aA vs 3 5 allora la figlia è ricomb.

La L la calcolo con la legge della probabilità totale, cioè devo tenere

conto delle due possibili fasi sulla madre e ciascuna può essere quella

giusta al 50% perché sono equiprobabili.

La L è max per tetha=0 qunidi calcolo Z per theta=0:

Si usano delle soglie convenzionali. 3 è una soglia chiara. Vale la

proprietà additiva, possiamo studiare famiglie che provengono dai vari

centri clinici, cumuliamo il lod score ottenuto su famiglie indipendenti,

così da costruire un evidenza maggiore. Non sappiamo esattamente

dov è il locus malattia ma sappimao che è vicino.

Tetha alto quindi no linkage.

Si linkage.

Frequenza allelica sulla popolazione vs effetto di quell allele da

solo sul fenotipo. Malattie mendeliane ovvero monogeniche, es

anemia falciforme o fibrosi cistica, sono varianti rare che

singolarmente hanno un effetto totale sulla malattia. Dall altra

parte ci sono le patologie complesse, ovvero varianti comuni che

singolarmente hanno un effetto modesto sulla malattia,

+varianti concorrono al fenotipo finale, es apnea ostruttiva

notturna.

Malattie mendelianeAnalisi di linkage: Studiamo i pattern di

ereditarietà seguendo le meiosi informative grazie ai dati di famiglia o

pedigree.

Patologie complesseStudi di associazione. Gruppi affetti

confrontati con gruppi non affetti, che devono essere gruppi omogenei.

Negli studi di associazione, confronto le varianti alleliche presenti

su +geni, per i due gruppi.

Studi di associazione. Casi vs controlli. Test statistico di tipo chi-

quadrato.

Si analizzano un gran numero di snp, punti del genoma che sono

polimorfismi biallelici, basi con due varianti possibili, per cui i

soggetti possono essere omozigoti di un tipo o di un altro tipo o

eterozigoti. In questo caso gli snp sono C o T, qunidi CC o TT o CT/TC.

Voglio valutare se quel locus è correlato alla malattia.

Compilo una matrice di contingenza in cui per i due gruppi, controlli

e casi, contiene i conteggi per ognuno dei tre genotipi.

Statistica chi-quadrato X , dove N è il numero di celle della

2

tabella = 6, Oi e Ei sono rispettivamente valore osservato e valore

atteso per la cella i-esima. df è il numero dei gradi di libertà =

(num righe -1) * (num col-1) = 2. Ei= somma sulla colonna a cui

appartiene la cella * somma sulla riga a cui appartiene la cella / il

numero totale di questi.

Allora, dato un certo X2 e un certo df, ci sono delle tabelle che

associano il pvalue, che voglio piccolo per avere una differenza

statisticamente significativa. All aumentare del valore del chi-

quadrato aumenta la significatività statistica.

Stiamo usando un locus con polimorfismo con 2 possibili varianti, quindi

tre genotipi possibili per ogni soggetto. Questo è il modello generale

(full data).

Potremmo considerare il modello di ereditarietà dominante, con

allele malattia B, allora fenotipo patologico sia per BB che per

AB/BA. Quindi riduco il conteggio a due casistiche, nessuna B o

almeno una B. Qunidi tabella di contingenza con due righe e due

colonne, quindi un grado di libertà. Oppure analogamente con

modello recessivo. Test stat chiquad.

Oppure sulle colonne conto i due alleli, A e B. Modello allelico o

moltiplicativo, e calcolo sempre il chi-quadrato.

Mod