Genomi, Biotecnologie Cellulari

RINATURAZIONE DI DNA GENOMICO UMANO

La rinaturazione di un DNA genomico umano può essere approssimata dalla combinazione di tre curve di

rinaturazione corrispondenti a tre componenti, una lenta,

una intermedia e una veloce. Le tre curve corrispondono

ai profili di rinaturazione rispettivamente del DNA a copia

singola, delle sequenze ripetitive di tipo ALU (breve

sequenza di DNA SINE caratterizzata come sito di taglio

riconosciuto dall’endonucleasi ALU, misurano circa 300bp,

10,7% del genoma umano totale) e del DNA satellite. Il

DNA genomico è naturalmente più complesso a causa

dell’esistenza di ulteriori componenti, ma la combinazione

descritta rappresenta una approssimazione accettabile della

curva determinata sperimentalmente.

ARCHITETTURA DEI GENOMI EUCARIOTICI

Organizzazione dei genomi – visione di insieme

L’organizzazione dei genomi è piuttosto variabile. Nel genoma umano la maggior parte della sequenza

(>90%) non è codificante, mentre in lievito e in E.Coli il grado di compattazione dei geni è piuttosto

elevato, con solo il 10% di regioni non corrispondenti a open reading frames (ORF). Negli insetti la

situazione è intermedia, mentre in piante, come zea mays, è molto frequente osservare larghe regioni ripetute

con scarso contenuto informativo, con dimensioni totali spesso superiori a quelle dei genomi di vertebrati 3

Organizzazione del genoma umano 9

Il genoma umano comprende circa 3x10 bp divisi in 23 cromosomi di cui 22 autosomi e 1 o 2 (nel caso di

XY) cromosomi sessuali. Il genoma umano possiede comunque sequenze diverse da persona a persona e

queste differenze tra i genomi individuali sono chiamati SNP (single nucleotide polymorphism,

polimorfismi a singolo nucleotide). In media ogni 2kb si trova il DNA microsatellite o STR (short tandem

repeat) che sono ripetizioni di nucleotidi il cui numero di ripetizioni varia da individuo ad individuo.

Il cariotipo umano è costituito da 46 cromosomi, ciascuno composto di regioni contenenti geni e di elementi

strutturali coinvolti nella replicazione e divisione del patrimonio genetico, come telomeri, centromeri,

origini di replicazione etc.

I geni sono distribuiti in maniera diffusa, ma talvolta geni relativi si ritrovano riuniti in una stessa regione,

come le globine.

Vari tipi di sequenze ripetitive sono classificate sulla base della frequenza e della dimensione, oltre che del

tipo di ripetizione.

Di 3200 Mb di DNA soltanto 1200Mb sono geni o sequenze ad essi correlate e di 1200Mb solo 48Mb sono

geni effettivi. Il resto possono essere pseudogeni, introni, sequenze non tradotte UTR (sequenze ad 5’ e

3’ dell’mRNA che non vengono tradotte). Con il termine pseudogene si intende una sequenza di nucleotidi

simile ad un gene (a livello di struttura), ma priva di alcuna espressione all'interno della cellula.

Solitamente si tratta di geni ancestrali che hanno perso la capacità di essere espressi e hanno

conseguentemente accumulato mutazioni considerevoli una volta inattivatisi. Altri 2000Mb sono di DNA

intergenico, comprendente trasposoni a DNA, LTR, LINE (codificano per trascrittasi inversa ed integrasi,

lunghezza media 5kb), SINE (raramente trascritte non codificano per alcuna trascrittasi inversa,

appartengono alle ALU, lunghezza media 300bp) oppure DNA satellite e microsatellite. DNA satellite è

quella tipologia di DNA che si trova nei bracci corti dei cromosomi acrocentrici (centromero in prossimità

di una delle due estremità), costituito da sequenze altamente ripetute di DNA non codificante.

Rappresenta una frazione consistente del genoma (dal 10 al 25%), in particolar modo della eterocromatina

del centromero. Si definiscono microsatelliti (o short tandem repeats o STR) sequenze ripetute di DNA

non codificante costituiti da unità di ripetizione molto corte (1-5 bp) disposte secondo una ripetizione in

tandem (ATATAT), utilizzabili come marcatori molecolari di loci. La loro presenza nel genoma umano non

influisce per più del 3%, ma si pensa che comunque essi svolgano una funzione essenziale per la struttura

dei cromosomi. Sono caratterizzati da polimorfismi e sono bersaglio della genetica di popolazione e nella

determinazione di identità e parentele mediante sequenziamento del DNA.