Biologia per esame orale parte 2 (staminali,organismi modello,biotecnologie)

Tutte queste caratteristiche lo rendono uno dei più importanti organismi modello, per quanto possa apparire all'apparenza distante dai vertebrati, specificamente dall’uomo.

E. elegans cresce facilmente su piastre Petri alimentato con batteri. Ha una taglia molto piccolo per cui possono crescere molti più vermi su una piastra. Il corpo è trasparente e quindi visibile al microscopio.

In laboratorio è possibile conservare i vermi congelati (-80°C) e li raccolgono azoto liquido.

L'idea di studiare un verme risale al 1963

In una lettera a Max Perutz, direttore del laboratorio di Biologia Molecolare del Cambridge, spiega l'idea di studiare un organismo multicellulare semplice, con poche cellule per capire aspetti importanti della biologia. (Sydney Brenner)

Come studiato questo organismo modello?

• Identificando tutte le cellule
• Tracciando il loro posizionamento nel corpo dell'animale

Premio Nobel

2002: Horvitz, Sulston e Brenner

Regolazione genetica nella biologia dello sviluppo e per la scoperta della morte cellulare programmata (apoptosi).

2006: Fire e Mello

Interferenza da RNA (RNAi)

(RNAi): Nello screening di farmaci

RNAi può essere condotto in C. elegans su larga scala in multipozzetti. In ciascun pozzetto viene aggiunto molecole di RNAi e nematode.

DNA Microarrays

Attualmente esistono 2 tipi di chips per C. elegans:

1. Chip di cDNA contenente circa 20,000. (Reinker 2000) Grazie a questi chip Kim e colleghi (2001) hanno realizzato un database di riferimento contenente i risultati di circa 500 esperimenti di microarrays. Utile per analizzare il profilo di espressione di un gene in termini di careggiamento.
2. Chips di oligonucleotidi (Hill 2001) Si tratta di chips commerciali che consentono un'analisi quantitativa del mRNA del gene di interesse.

C. elegans come modello per le malattie umane

• Oncogeni

Classificazione di geni _ras nel primi di '80 (Han 1990). Studi condotti su C. elegans hanno permesso di identificare geni coinvolti nella regolazione del Ras. Molti sono integrati della oncormuoghi.

• Alzheimer

Preseniline: gene coinvolto in una forma giovanile ereditaria di alzheimer. Negli ultimi anni, studi condotti sull'ortologo del verme hanno dimostrato che le mutazioni portavano alla formazione di una proteina posizionata nei mitocondri e implicata direttamente nella via di segnalazione del recettore Notch (Levitan 1996).

• Apoptosi

Primi studi che hanno dimostrato l'esistenza di meccanismo di morte cellulare programmata sono stati condotti in C. elegans (Sussson e Horvitz 1978). Successivamente identificazione di 100 mutazioni che alterano la via di segnalazione.

Limiti di C. elegans come modello

• C. elegans è un organismo modello relativamente giovane
• Devono essere messi a punto molti strumenti metodologici per
• - L'isolamento di linee knock-out (gene knockout)
• - Costruzione di vetori per introduzione di geni estreni
• - Stabilizzazione a linee cellulari immortalizzate

TOPI UMANIZZATI

Topi transgenici che contengono geni umani quali ad esempio enzimi metabolici della glicolizzazione, proteine eterodimeriche.

Sono modelli potenzialmente utili per:

• Scoperta di biomarkers
• Valutazione di biomadi in test preclinici

GENE TARGETING

Questa metodica messa a punto dal biologo italo-americano Mario Capecchi (Premio Nobel in medicina nel 2007 insieme a Evans e Smithies) permette di ottenere mutanti knock-out e knock-in.

• Pluripotenza delle cellule staminali embrionali (ES) di topo

1. Le ES pluripotenti derivano dalle cellule interne della blastocisti del topo e mantengono in coltura anche a lunghissimi periodi Evans e Kaufman (SKI), Robertson, 1986.
2. Inducono a ricostituire le linee germinali, quindi tessuti e carico genetico dell’intero organismo quando reiniettate o atteggiate BL/6.

• Ricombinazione omologa

TOPO CHIMERICO

Le cellule staminali sono prelevate da un topo con il pelo marrone. Dopo la ricombinazione genica le ES sono incluse nel blastulao proveniente da un topo albino.

Sono centrali per modelli animali di malattie umane a carattere monogenico studiamente disponibili.

• Malattie metaboliche e circolari: fibrosi cistica, per cieferorragia familiare, artrodisplasia
• Malattie immunologiche ed ematologiche: emofilia A, talassemia X e B
• Malattie della vista e dell’udito: retinite pigmentosa, degenerazione della retina
• Disfunzioni delle crescere neurali: albinismo dovuto ad un altro gene, sindromi di Waddington
• Malattie neurologiche e neuromuscolari: morbo di Alzheimer, Atassia telangiectasica
• Sindromi familiari di predisposizioni ai linage: retinoplastoma, adenoma di Jagler
• Sindrome di Li-Fraumeni, Sindrome di Gorlin (P-Tch)