7. Malattie genetiche

Malattie genetiche

Il genoma: generalità

Il genoma umano consta di circa 25mila geni codificanti proteine. Questi 25mila geni possono codificare per più di 100mila proteine attraverso lo splicing alternativo (da un diverso riarrangiamento degli esoni originano mRNA codificanti diverse proteine). Le diverse proteine derivate da uno stesso gene sono dette isoforme. Dell’intero genoma solo meno del 2% del DNA è codificante!

Il Progetto Genoma Umano, i cui risultati sono stati pubblicati nel 2011, ha permesso il sequenziamento di circa l’84% del genoma umano, ad esclusione di alcune regioni telomeriche e prossimali ai centromeri.

Gene e sue componenti

Ricordiamo che:

• Gene = Esone + Introne
• Esone: Porzione del gene che viene trascritta. Parte codificante del genoma. Gli esoni all’estremità 5’ e 3’ del gene sono regioni non codificanti (5’UTR e 3’UTR).
• Introne: Regioni non codificanti. A differenza degli introni, in seguito allo splicing del trascritto primario, vengono eliminati nel processo di splicing, quindi non si ritrovano mai negli mRNA maturi.

Cos'è il genoma?

Contiene tutte le informazioni necessarie al funzionamento dell’intero organismo. Ogni cellula contiene una coppia del genoma. Alcune informazioni sono utilizzate in tutte le cellule, altre sono caratteristiche di determinati tipi cellulari. Esempio: neurone e leucocita hanno lo stesso genoma ma utilizzano le informazioni in maniera diversa.

Cos'è un gene?

Un gene è un segmento di genoma contenente l’informazione per la sintesi di una proteina. È l’unità ereditaria e funzionale degli organismi viventi. La maggior parte dei geni codifica proteine, altri producono RNA non codificante che può giocare un ruolo fondamentale nella regolazione dell’espressione genica. Un’altra parte del contenuto dei geni non viene trascritta ma coordina l’espressione genica (promotori, terminatori, introni).

Esistono tre classi di geni che differiscono per il tipo di RNA che viene prodotto:

• Geni di classe I: rRNA.
• Geni di classe II: mRNA, snRNA (piccoli RNA nucleari), miRNA (microRNA).
• Geni di classe III: tRNA, snoRNA (piccoli RNA nucleolari), scRNA (piccoli RNA citoplasmatici), miRNA.

Organizzazione del genoma umano

Il genoma umano è organizzato in cromosomi. L’uomo possiede un corredo genetico diploide: 22 coppie di autosomi + 1 coppia di cromosomi sessuali (X, Y).

• Alleli: le due coppie di un gene presenti nei due cromosomi omologhi.
• Locus: posizione del gene nel cromosoma.
• Fenotipo: modo in cui si manifesta un carattere.
• Genotipo: insieme dei geni per uno o più caratteri posseduti da un individuo.

Due individui qualunque condividono il 99,5% del genoma; il restante 0,5% è rappresentato da forme di variazione che possono essere: SNP (polimorfismi a singolo nucleotide) e CNV (variazioni del numero di copie).

Polimorfismi genetici

I polimorfismi a singolo nucleotide definiscono variazioni localizzate a livello di un singolo nucleotide che distinguono un individuo dall’altro, rendendolo unico. Sono stati identificati più di 6 milioni di SNP che possono trovarsi ovunque nel genoma (sia introni che esoni). Oltre a determinare evidenti differenze fenotipiche, possono essere causa di alterazione del prodotto genico che possono predisporre a patologie.

Le variazioni del numero di copie possono riguardare sequenze estese e contigue; sono responsabili di un’ampia porzione della diversità fenotipica umana.

Epigenetica e proteomica

L’epigenetica studia i cambiamenti ereditabili nell’espressione genica, non imputabili ad alterazioni nella sequenza di DNA. La proteomica è il dosaggio di tutte le proteine espresse in una cellula o in un tessuto.

microRNA (miRNA)

Sono piccole molecole di RNA non codificanti per proteine, lunghe 21-30 nucleotidi. Sono espresse in un numero elevato di organismi, il che indica che sono conservate filogeneticamente, possiedono inoltre un’elevata specificità di tessuto e dei vari stadi di sviluppo. Non codificano proteine ma inibiscono l’espressione genica.

• La trascrizione dei geni per i miRNA produce trascritti primari che vengono processati all’interno del nucleo per formare pre-miRNA.
• I pre-miRNA vengono traslocati nel citoplasma.
• L’enzima DICER taglia i pre-miRNA per formare miRNA a doppio filamento.
• I miRNA a doppio filamento si srotolano formando singoli filamenti che vengono incorporati nel complesso multiproteico RISC (RNA induced silencing complex).
• RISC è responsabile del clivaggio dell’RNA o, legandosi ad esso, ne impedisce la traduzione.

Negli ultimi anni si sta palesando sempre più l’importanza dei miRNA. L’individuazione dei bersagli molecolari regolati dai miRNA rappresenta uno step fondamentale per far luce sull’ampio spettro di azione dei miRNA.