Genetica medica genoma umano e geni

1. Genetica medicagenoma umano e geni barbara.pasini@unito.it Dip. di Genetica Biologia e Biochimica Genetica medica oncologica ASO S. Giovanni Battista - Torino IRCC - Candiolo

2. Sequenziamento del Genoma umano Iniziato nel 1990 completato il 14.04.2003 con 2 anni di anticipo 3 bilioni di paia di basi 20.000 – 25.000 geni accuratezza del 99% “solo” 341 gaps errore: 1/100.000 basi Le regioni codificanti occupano solo il 5% del genoma Più di 3 milioni di SNPs (single nucleotide polymorphisms) identificati

3. SNPsSingle Nucleotide Polymorphisms • nella regione codificante dei geni • silenti • cambiamento di amino acido • nelle regioni regolatorie dei geni • negli introni • più o meno efficiente espressione • nelle regioni non codificanti

4. Sequenziamento del Genoma umano • Eucromatina: 2.88 bilioni di bp (2.88 Gb) • Genoma umano totale: 3.08 Gb • Regioni ripetute • 24 centromeri (50 Mb) • braccia corte dei cromosomi acrocentrici (13p, 14p, 15p, 21p, 22p) con circa 50 copie tandem dei geni 5S, 18S e 28S • eterocromatina del cromosoma Y, 1q, 9q e 16q • Dati al 2004 (Build 35) • 5.3% del genoma: duplicazioni segmentali recenti (40 milioni di anni) di lunghezza > 1kb e identità > 90% (> 25% dell’Y) con 1183 geni duplicati divergenti e 3300 paraloghi • 1.2% esoni + 0.7% UTR di circa 20.000-25.000 geni codificanti proteine (+ n° ad RNA) • circa 20.000 pseudogeni (circa 32 geni estinti) Nature, October 2004

5. Sequenziamento del Genoma umano Dati al novembre 2005 (Build 36)

6. Base azotata + zucchero + fosfato = NUCLEOTIDE

7. 5’ 3’ 3’ 5’ DNA zucchero : desossiribosio catena nucleotidica : doppia elica appaiamento costante : A : T G : C

8. Duplicazione del DNA Trascrizione del DNA in mRNA Apertura della doppia elica

9. Flusso dell’informazione : DNA nucleare mRNA Proteine (strutturali regolatorie enzimatiche)

10. mRNA zucchero : ribosio catena nucleotidica : singola elica basi azotate : Adenina Uracile Guanina Citosina

11. Il codice genetico 4 basi -> 20 amino acidi 4 basi 3 = 64 codoni univoco….. ..ma ridondante

12. LOCUS : posizione di uno o più geni lungo un cromosoma GENE : tratto di DNA corrispondente ad una informazione (30-40 mila) 2 nm

13. Mitosi : processo attraverso il quale una cellula si divide in 2 cellule figlie identiche (diploidi)

14. Ciclo cellulare : G0 : quiescenza G1 : verifica dell’integrità del genoma che deve essere duplicato S : sintesi del DNA G2 : verifica dell’integrità cromosomica M : mitosi Check – points prosecuzione del apoptosi ciclo cellulare

15. Genoma umano (n): 3 x 1012 paia di nucleotidi 20-30 mila geni 46 cromosomi (2n): 22 autosomi 2 cromosomi del sesso 46 XX – 46 XY 23 materni (22-X) 23 paterni (22-X o 22-Y)

16. Meiosi : processo attraverso il quale una cellula diploide (2n) si divide in 4 cellule figlie aploidi (n) appaiamento dei cromosomi omologhi e crossing-over separazione dei cromatidi fratelli

17. Mediamente un gene umano : • lunghezza 17.000 paia di basi (17 kb) • numero di esoni 7-9 • lunghezza dell’esone 100 - 400 nucleotidi • lunghezza dell’introne 200 - 2.000 nucleotidi

18. Struttura dei geni degli eucarioti “Enhancers” 5’ UTR esone introne 3’ UTR 5’ 3’ Promotore ATG Stop TATA box CCAAT Segnale di Poliadenilazione AAUAAA Inizio della traduzione CG-rich Inizio della trascrizione mRNA cap polyAAAAA Regione codificante “open reading frame”

19. Dal cromosoma al gene : le unità di misura ! Cromosoma 17 78.6 milioni di basi (78.6 x 106 = 81 Mb) Regione genomica del gene BRCA1 (17q23.3) 25 esoni in 80 mila basi (80 x 103 = 80 kb) 1 bp (paia di basi) 1 kb (1.000 bp) 1 Mb (1.000 kb) (1.000.000 bp)

21. mRNA: 5711 basi proteina BRCA1: 1863 aa MDLSALRVEEVQNVINAMQKILECPICLELIKEPVSTKCDHIFCKFCMLKLLNQKKGPSQCPLCKNDITKRSLQESTRFSQLVEELLKIICAFQLDTGLEYANSYNFAKKENNSP EHLKDEVSIIQSMGYRNRAKRLLQSEPENPSLQETSLSVQLSNLGTVRTLRTKQRIQPQKTSVYIELGSDSSEDTVNKATYCSVGDQELLQITPQGTRDEISLDSAKKAACEFSE TDVTNTEHHQPSNNDLNTTEKRAAERHPEKYQGSSVSNLHVEPCGTNTHASSLQHENSSLLLTKDRMNVEKAEFCNKSKQPGLARSQHNRWAGSKETCNDRRTPSTEKKVDLNAD PLCERKEWNKQKLPCSENPRDTEDVPWITLNSSIQKVNEWFSRSDELLGSDDSHDGESESNAKVADVLDVLNEVDEYSGSSEKIDLLASDPHEALICKSERVHSKSVESNIEDKI FGKTYRKKASLPNLSHVTENLIIGAFVTEPQIIQERPLTNKLKRKRRPTSGLHPEDFIKKADLAVQKTPEMINQGTNQTEQNGQVMNITNSGHENKTKGDSIQNEKNPNPIESLE KESAFKTKAEPISSSISNMELELNIHNSKAPKKNRLRRKSSTRHIHALELVVSRNLSPPNCTELQIDSCSSSEEIKKKKYNQMPVRHSRNLQLMEGKEPATGAKKSNKPNEQTSK RHDSDTFPELKLTNAPGSFTKCSNTSELKEFVNPSLPREEKEEKLETVKVSNNAEDPKDLMLSGERVLQTERSVESSSISLVPGTDYGTQESISLLEVSTLGKAKTEPNKCVSQC AAFENPKGLIHGCSKDNRNDTEGFKYPLGHEVNHSRETSIEMEESELDAQYLQNTFKVSKRQSFAPFSNPGNAEEECATFSAHSGSLKKQSPKVTFECEQKEENQGKNESNIKPV QTVNITAGFPVVGQKDKPVDNAKCSIKGGSRFCLSSQFRGNETGLITPNKHGLLQNPYRIPPLFPIKSFVKTKCKKNLLEENFEEHSMSPEREMGNENIPSTVSTISRNNIRENV FKEASSSNINEVGSSTNEVGSSINEIGSSDENIQAELGRNRGPKLNAMLRLGVLQPEVYKQSLPGSNCKHPEIKKQEYEEVVQTVNTDFSPYLISDNLEQPMGSSHASQVCSETP DDLLDDGEIKEDTSFAENDIKESSAVFSKSVQKGELSRSPSPFTHTHLAQGYRRGAKKLESSEENLSSEDEELPCFQHLLFGKVNNIPSQSTRHSTVATECLSKNTEENLLSLKN SLNDCSNQVILAKASQEHHLSEETKCSASLFSSQCSELEDLTANTNTQDPFLIGSSKQMRHQSESQGVGLSDKELVSDDEERGTGLEENNQEEQSMDSNLGEAASGCESETSVSE DCSGLSSQSDILTTQQRDTMQHNLIKLQQEMAELEAVLEQHGSQPSNSYPSIISDSSALEDLRNPEQSTSEKAVLTSQKSSEYPISQNPEGLSADKFEVSADSSTSKNKEPGVER SSPSKCPSLDDRWYMHSCSGSLQNRNYPSQEELIKVVDVEEQQLEESGPHDLTETSYLPRQDLEGTPYLESGISLFSDDPESDPSEDRAPESARVGNIPSSTSALKVPQLKVAES AQSPAAAHTTDTAGYNAMEESVSREKPELTASTERVNKRMSMVVSGLTPEEFMLVYKFARKHHITLTNLITEETTHVVMKTDAEFVCERTLKYFLGIAGGKWVVSYFWVTQSIKE RKMLNEHDFEVRGDVVNGRNHQGPKRARESQDRKIFRGLEICCYGPFTNMPTDQLEWMVQLCGASVVKELSSFTLGTGVHPIVVVQPDAWTEDNGFHAIGQMCEAPVVTREWVLD SVALYQCQELDTYLIPQIPHSHY

22. Genoma umano : 3 x 1012 paia di nucleotidi 20-30 mila geni 46 cromosomi : 22 autosomi 2 cromosomi del sesso 46 XX – 46 XY 23 materni (22-X) 23 paterni (22-X o 22-Y)

23. Terminologia Alleli : forme alternative di un gene o varianti in un punto del DNA es. il codone 6 del gene della beta globina Allele normale A ......GAG..... (acido glutammico) Allele della cellula falcemica S.….GTG..... (valina) mutazione Allele “cristallino” C.………………AAG..... (lisina) mutazione Mutazione :variante dotata di effetto biologico Polimorfismo :variante presente nella popolazione generale (f > 1%) priva di significato patologico

24. Terminologia Omozigote:porta 2 alleli identici ad un locus, bAbA o bSbS Eterozigote: porta 2 alleli differenti ad un locus, bAbS Eterozigote composto: porta 2 alleli non normali (2 mutazioni diverse) ad un locus, bSbC wt wt omozigote wt mut eterozigote mutmut eterozigote composto mut mut omozigote

25. Terminologia Genotipo:costituzione genetica di un individuo nella sua totalità o riferita ad un gene specifico es. mutazione omozigote, bSbS Fenotipo:caratteristica osservabile di un individuo o di una cellula es. anemia a cellule falciformi effetto dell’ambiente geni modificatori back-ground genetico bSbS omozigote

26. 5’ C T C C A C G A A T T C T T A 3’ Leu - His - Glu -Phe - Leu 5’ C T C C A C G A A T C C T T A 3’ Leu - His - Glu -Ser - Leu 5’ C T C C A C T A A T T C T T A 3’ Leu - His - Stop -Phe - Leu 5’ C T C C A C T A A T T C T T A 3’ Leu - Stop - Mutazioni • Puntiformi(10-10 x bp x mitosi – 10-5-10-6 x bp x generazione) • silenti • missenso • nonsenso • inserzioni – delezioni di poche bp (frameshift) • splicing • Non puntiformi • delezioni , duplicazioni parziali o complete • Anomalie cromosomiche • di numero (10-2 x divisione cellulare) • di struttura (6 x 10-4 x divisione cellulare)