Genetica

Anatomia del gene eucariota

Quando si verificano mutazioni a livello del DNA, l'mRNA messaggero verrà trascritto a partire dal transcription start site (TSS), che è il primo nucleotide. Durante la trascrizione, viene prodotta una copia complementare del templato, quindi l'mRNA messaggero sarà complementare al templato.

Il filamento stampo (templato) è quello complementare e antiparallelo all'mRNA, ed è anche quello non codificante (minus). L'altro filamento (plus) è quello che assomiglia di più all'mRNA (con T al posto di U).

Il TSS è il punto in cui parte la DNA polimerasi per sintetizzare l'mRNA. Subito a sinistra troviamo il tata box e il GC box, che costituiscono la regione minima del promotore (1000-2000 basi). Ci sono ulteriori box che legano i fattori di trascrizione, che regolano la regolazione genica e la specificità.

Il DNA è rappresentato con un'ansa perché il promotore si estende molto a 5'.

rispetto al TSS chelega altri fattori di trascrizioni che spesso costituiscono il potenziatore della trascrizione genica. Questa ansa indica che c'è un dna molto lontano che però ripiegandosi può trovarsi in prossimità del promotore e dei fattori di trascrizione che agendo in trans possono legare la regione lontana. Il gene comincia molto distante dal sito +1, a quel punto abbiamo il potenziatore (enhancer). Ifattori di trascrizione convogliono la polimerasi sul TTS. Il promotore Nella foto è mostrato un allineamento di più promotori di erenti, prendendo come riferimento il TSS (+1). Si può notare che ci sono sequenze consensus a -10 e a -35 che sono chiamate TATAbox. Sono chiamate sequenze consensus perché hanno una certa omogeneità, anche se non sono completamente identiche. Questi fattori di trascrizione hanno una certa variabilità, quindi si legano a sequenze anche se non esattamente uguali a quella.

complementare. Prima della regione TTS troviamo un trascritto primario: una regione che alterna esoni ed introni (che devono essere rimossi); l'eliminazione degli introni (splicing) comporta il successivo appaiamento degli esoni. Il processo di splicing avviene con l'aggiunta di un CAP al 5' (metil-guanosina al 5'), l'aggiunta di una coda di poliA al 3' e la rimozione delle sequenze introniche. Il macchinario di splicing (splicesoma) deve riconoscere dove tagliare, il controllo avviene su tre principali sequenze all'interno di un introne: sequenza GT a sinistra (inizio introne), sequenza AG⅘ alla ne, una sequenza ai dell'introne consenso che presenta una A in un punto specifico. Questo punto è il punto in cui gli esoni andranno ad appaiarsi tramite legami covalenti dopo la rimozione degli introni. Gli introni verranno rimossi sotto forma di lazzo, dove nel sito di ramificazione c'è una A obbligata che permette la formazione di un

legame covalente per lachiusura del lazzo. Un gene medio a livello di DNA è circa 25000 nucleotidi e l'rna complementare è circa 7000 nucleotidi. Il più lungo degli introni è il numero 1 e gli esoni sono introno a 200 nucleotidi. 40 Silvia Turiniff fi fi fi fi ff fi fi fi L'RNA messaggero deve andare incontro a traduzione, essa comincia con un nucleotide abbastanza interno rispetto all'inizio dell'mRNA. Per questo vi è una regione al 5' che non viene tradotta (5' CAP), la sequenza di mRNA verrà tradotta fino ad un codone di stop che lascerà un pezzo di mRNA alla ne che non verrà tradotta (untrasleted region), insieme alla coda di poliA. Il trascritto primario è quindi formato da una il ith prime cap, la lth prime UTR, la sequenza codificante (open Reading frame), un codone di stop, una regione al 3' non tradotta e una sequenza di poliA. Le due sequenze lth prime cap e UTR hanno anche un significato.

Il cato regolatorio e servono per direcon che intensità l’RNA deve essere tradotto, servono per dire al ribosoma dove si deve legare eci saranno anche segnali per la degradazione del DNA.

Una volta ottenuto l’RNA maturo l’eventuale sequenza codi cante per la proteina non ècoincidende con l’inizio dell’mRNA, ma è interna e c’è una regione non tradotta al 5’ (5’UTR) eugualmente è presente una regione non codi cante al 3’ (3’ UTR).

La sequenza che codi ca per la proteina è più centrale che inizia con il codone AUG e terminacon un codone di stop.

Non c’è una perfetta corrispondenza tra primo esone e inizio della sequenza codi cante per laproteina a causa degli introni rimossi.

La 3’ UTR ha diverse funzioni:- al suo interno vi sono sequenze IRES, ossia siti interni di ingresso dei ribosomi che creano dellestrutture secondarie a formare della specie di trifogli che sono

Riconosciuti da fattori che veicolano poi il ribosoma su quel punto.

Sequenze che legano microRNA cioè piccoli RNA che si legano e sia appaiono in alcuni punti dell'mRNA e fanno in modo di regolare la trascrizione.

Sequenza che definisce la poliadenilazione.

Effetti delle mutazioni

Per mutazione puntiforme si intende l'alterazione di una singola coppia di basi nucleotidiche del DNA o di un piccolo numero di coppie di basi adiacenti. I due tipi principali di mutazioni puntiformi sono:

• Sostituzioni di basi, che sono divise in 2 ulteriori sottotipi: transizione (sostituzione di una base con una della stessa categoria chimica) e trasversione (opposto della transizione).
• Inserzione delezione di basio (mutazioni indel)

Sequenza nucleotidica dell'introne. In alcuni punti di appaiamento tra introne ed esone ci sono degli aspetti comuni: l'ultima base dell'esone è

quasi sempre G e le prime basi dell'introne sono quasi sempre purine. Inoltre vi sono altre basi localizzate in punti specifici. Questa sequenza è letta dallo splicosoma e variazioni di queste sequenze possono portare a gravi danni allo splicing. Lo splicosoma è un insieme di ribonucleoproteine al cui interno vi sono degli small nuclear RNA e vi sono appaiamenti di Watson e Crick che riconoscono quei siti topici importanti dell'introne: il GT sulla parte di sinistra, la G sulla parte di destra e altre sequenze intorno al sito di ramificazione. Quindi può succedere che il pattern di splicing può essere alterato profondamente qualora avessimo particolari mutazioni in questi siti. Le proteine dello splicosoma con appaiamenti di W&C possono legare, grazie ai solo small nuclear RNA, le sequenze interne più importanti a livello dell'introne. A volte questi appaiamenti sono governati da regole non propriamente convenzionali, questo vuol dire che basi non

Totalmente appaiate sono comunque tollerate, quindi c'è una certa libertà di mutazione. Le mutazioni dovute allo splicing più famose sono quelle legate all'emoglobina. Errori di splicing causano emoglobinopatie. Mutazioni che colpiscono i conni introne-esone disattivano i normali siti donatori-accettori di splicing (5'GU-AG 3'):

• G>A: (normalmente GT che diventa AT) che comporta una forma di talassemia perché questa mutazione provoca una mancanza di splicing dell'introne 1 che rimane e viene tradotto dal ribosoma. La sequenza interna all'introne non codifica per aa, quindi si ha un aggiunta di aa casuali fino a un codone di stop. Questa mutazione non permette la formazione di catene beta dell'emoglobina.
• Mutazione interna all'esone: un GC muta in GT, esso ha un contesto di sequenza che viene riconosciuto come nuovo sito di splicing perché assomiglia all'introne, questo porta a una rimozione della restante

Parte dell'esone che sarebbe codificante. Questi errori di splicing possono essere visualizzati andando ad osservare la lunghezza dell'mRNA, quindi utilizzando la tecnica del northern blot (gel di poliacrilammide).

Northen blot-RNA. Southern blot-DNA. Western Blot-proteina.

Nel western blot, se altero la proteina posso verificare una differente migrazione della proteina in base alla carica, se l'aminoacido che viene sostituito ha una carica diversa.

Silvia Turini.

La relazione tra genotipo e fenotipo.

Mutazioni cromosomiche.

Consideriamo le parti colorate come loci.

Mutazioni cromosomiche possono essere suddivise in:

• Perdita di materiale genetico: delezione o cromosoma mancante.
• Acquisizione di materiale genetico: duplicazione o cromosoma mancante.
• Riposizionamento di materiale genetico: traslocazione da un cromosoma all'altro o inversione.

Le cellule del genoma umano sono diploidi, quindi contengono 2n numero di cromosomi.

Cambiamenti nel numero di

cromosomi:- Euploidie: il numero di cromosomi è multiplo della ploidia, del set aploide- Anaploidia: il numero di cromosomi non è multiplo.n= monoploidia (diverso da aploide=gamete)2n= diploidia3n= triploidia4n= tetraploidia

Quando un organismo ha una ploidia maggiore di 2, nel caso delle piante, l'organismo risulta più vigoroso, più bello. 44Silvia Turini

Esperimento di Karpechenko

Nel 1928 Karpechenko voleva creare un ibrido fertile che avesse le foglie del cavolo (brassica) e le radici del rafano, perché questi erano gli organi più importanti dal punto di vista agricolo per ciascuna delle due specie. Sia il cavolo sia il rafano hanno 18 cromosomi (2n=18). Le specie sono sufficientemente affini per poter essere incrociate fra loro. La fusione di un gamete del rafano (n1) con un gamete della brassica (n2) ha generato una progenie ibrida vitale costituita da individui con 18 cromosomi (n1+n2). Questi ibridi erano però sterili perché i 9

cromosomi del rafano non derivano dai 9 cromosomi della brassica tanto da impedire l'appaiamento corretto e la normale segregazione meiotica, e quindi gli ibridi producevano gameti non funzionali.

Alla fine una parte della pianta ibrida produsse dei semi. Una volta piantati, questi semi produssero individui fertili con 36 cromosomi. Tutti questi individui erano allopoliploidi (ibridi di due specie).

A quanto pare si erano formati per effetto di un raddoppiamento casuale spontaneo dei cromosomi (2n1+2n2) in una parte dell'ibrido sterile, presumibilmente in un tessuto che alla fine era divenuto un organo e le cui cellule erano andate incontro a meiosi, producendo i gameti.

In un tessuto 2n1+2n2, ogni cromosoma ha un partner per appaiarsi, quindi si producono gameti funzionali di tipo n1+n2.

Da qui in poi si può ottenere un ibrido, che risulta essere una specie nuova (rafanobrassic).