Programma di Genetica (1)

1. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Programma di Genetica (1) • Meccanismi citologici e molecolari della trasmissione dell’informazione genetica • Ciclo cellulare e duplicazione del DNA • - Aspetti genetici di mitosi e meiosi. • - Cicli vitali degli organismi modello per l’analisi genetica. • - Concetti di genotipo e fenotipo. Interazioni tra genotipo ed ambiente. • - Mendelismo e la teoria cromosomica dell’ereditarietà. • - Eccezioni ai principi dell’eredità mendeliana. • - Estensioni dell’analisi mendeliana: linkage e analisi dell’aplotipo negli alberi genealogici. • - Geni complementari, geni duplicati, geni letali. • - Cromosomi sessuali ed eredità legata al sesso. • - Associazione genica e mappe di ricombinazione. La funzione di mappa.

2. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Programma di Genetica (2) • Citogenetica • Struttura del cromosoma eucariotico • Ciclo cellulare e duplicazione del DNA • Eucromatina ed eterocromatina • Colorazioni differenziali per l'identificazione dei cromosomi: • il cariotipo umano • La non disgiunzione • a. origine e conseguenze delle aneuploidie: • citogenetica degli aborti spontanei • b. origine e conseguenze delle mutazioni cromosomiche: • delezioni, duplicazioni, inversioni, traslocazioni • Le variazioni strutturali e numeriche nei tumori • Le colture cellulari by GP&NA

3. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Programma di Genetica (3) 3. Meccanismi che generano variabilità nei procarioti e negli eucarioti Esercitazioni numeriche Laboratorio: allestimento di preparati per l'analisi del cariotipo. Il cariotipo umano.

4. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Ma uno scienziato non può considerare nulla come ovvio: ci sono leggi che regolano questi eventi e queste leggi possono essere individuate. by GP&NA Gli eventi biologici fondamentali sono, in genere, considerati come “naturali ” • E’ “naturale” che il figlio di un uomo sia un uomo, un cane derivi da un cane, una pianta da un’altra pianta.

5. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Definire queste leggi è stato uno degli obiettivi della moderna biologia.

6. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA L’accumulo di conoscenze che ha portato a formulare le leggi fondamentali della genetica è dovuto all’aver prima definito unmetodoscientificodi approccio al problema Noi siamo abituati all’idea che la scienza avanzi di successo in successo, cioè che il progresso della scienza sia un fenomeno lineare ed inevitabile come conseguenza del “metodo scientifico”; è invece la applicazione rigorosa di questo metodo che ne rende il cammino tortuoso.

7. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Le regole che governano il metodo scientifico sono: Lo scienziato osserva un fenomeno naturale e decide di spiegarlo. • In un primo tentativo utilizza le conoscenze disponibili per avanzare una ipotesi che lo spieghi. • Dall’ipotesi trae alcune deduzioni. • Saggia sperimentalmente le deduzioni. Maggiore è il numero di deduzioni formulate e che si dimostrano vere alla sperimentazione, più probabile è che l’ipotesi sia vera. • Lo scienziato deve convincere che l’ipotesi avanzata per spiegare quel fenomeno era adeguata. • Lo scienziato in questo lavoro di sperimentazione incontra altri fenomeni sconosciuti ed adopererà lo stesso procedimento per spiegare i nuovi fenomeni che diventeranno così intellegibili ed organizzati in un corpo sempre più grande e complesso di conoscenze scientifiche.

8. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Questo metodo di lavoro spiega chiaramente perchè il progresso delle conoscenze scientifiche non è lineare • Quello che ieri era dato come consolidato, già acquisito può essere rimesso in discussione o essere considerato come una conclusione errata con il procedere delle conoscenze.

9. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Che cosa è la Genetica • Compito: • chiarire le regole ed i meccanismi dell’eredità biologica.

10. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Che cosa è la Genetica • Nella prima parte del secolo scorso sono state definiti gli elementi fondamentali della ereditarietà, le sue basi cellulari, i meccanismi di distribuzione del materiale genetico durante la divisione cellulare: • Genetica classica

11. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Che cosa è la Genetica • Le basi biochimiche del materiale ereditario, la sua struttura molecolare e le modalità di azione all’interno della cellula e nell’organismo intero sono state definite dalla: • Genetica molecolare

12. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Che cosa è la Genetica • Oggi, uno degli obiettivi prioritari è la comprensione dei meccanismi mediante i quali le informazioni contenute nel materiale genetico portano, partendo da una singola cellula, originare un organismo altamente differenziato da un punto di vista morfologico, fisiologico.

13. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Il ciclo cellulare

14. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Le cellule si riproducono solo quando ricevono degli stimoli dall’ambiente circostante; la progressione attraverso le 4 fasi delciclo cellulare G1, S, G2, M e’ molto finemente regolata dall’equilibrio tra una serie complessa di segnali stimolatori o inibitori.

15. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA MECCANISMI DI CONTROLLO DEL CICLO CELLULARE Controllo in Mitosi Controllo in G1 RB p53 inibitori ciclina-chinasi - Controllo assemblaggio del fuso - Controllo Anafase M G1 Controllo in G2 • Il DNA danneggiato • non completamente • replicato non deve andare incontro • alla mitosi • Controllo che le origini di replicazione • vengano accese una sola volta S G2

16. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA mitosi metafase anafase iniziale prometafase tarda anafase tarda profase telofase profase iniziale interfase nucleolo membrana nucleare centrioli

17. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Durata degli stadi della mitosi (min)

18. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari interfase leptotene zigotene pachitene diplotene metafase I anafase I telofase I telofase I metafase II anafase II metafase II anafase II gameti gameti by GP&NA meiosi diacinesi

19. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Punti di controllo della meiosi inizio della replicazione: l’arresto avviene alla fine della replicazione, prima della sinapsi e ricombinazione 2. pachitene: impedisce alla cellula di iniziare la divisione, se sinapsi e ricombinazione non sono completate 3. alla metafase I: se i cromosomi non sono tutti ben disposti sul fuso meiotico o un cromosoma non è allineato o non è in tensione, un segnale blocca il passaggio da metafase ad anafase.

20. Quadro riassuntivo delle differenze tra mitosi e meiosi Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari 4 4 3 3 2 2 1 1 G1 S G2 M G1 S M1 M2 by GP&NA mitosi meiosi 2 cellule figlie 4 prodotti meiotici numero dei cromosomi per cellula mantenuto 2n numero dei cromosomi dimezzato n n n 2 n 2n 2n n n n Sintesi del DNA prima della divisione Sintesi del DNA prima delle 2 divisioni meiotiche

21. Quadro riassuntivo delle differenze tra mitosi e meiosi Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari Gli omologhi non si appaiano Gli omologhi si appaiano in profase I Si verifica almeno un crossing over per coppia di omologhi Il crossing over e’ raro I centromeri si dividono solo in anafase II I centromeri si dividono in anafase Processo conservativo: le cellule figlie sono identiche alle parentali Il processo promuove la variabilita’tra i prodotti della divisione cellulare by GP&NA Meiosi Mitosi

22. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA • Nel 1909 Johansen introdusse la distinzione fenotipo-genotipo. • Il genotipo di un organismo è la costituzione genetica che ha ereditato. • Ilfenotipo di un organismo è quello che appare, la sua morfologia, fisiologia, comportamento. • Le relazioni tra genotipo e fenotipo non sono fisse perché il fenotipo è il risultato di complesse interazioni sia tra i geni che tra questi e l’ambiente esterno. • Ne consegue che un organismo durante la sua vita mantiene costante il genotipo, mentre il fenotipo può cambiare. Genotipo e fenotipo

23. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari 90 70 50 30 10 cm 70 50 30 10 m 4000 2600 1300 Sierra Nevada Great Basin Plateau by GP&NA cm Variazioni delle dimensioni di Achillea borealis raccoltein varie località geografiche Mather Aspen Yosemite Tenaya Toulomne Big Horn Timberline Conway Leevinin Valley Creek Lake Meadows Lake Summit

24. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA 50cm Crescita di Achillea lanulosa in funzione del biotopo Ambiente di Timberline 3050m 100cm Ambiente di Mather 1400m 50 100cm Ambiente di Stanford 30m 50 Aspen valley 1950m Tenaya lake 2500m Mather 1400m Le piante dei tre biotopi sono state riprodotte vegetativamente e fatte crescere in tre biotopi diversi. Le piante rappresentate una sopra l’altra derivano per talea dalla stessa pianta e quindi sono geneticamente identiche.

25. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Grafico della crescita di Achillea lanulosa Altezza delle piante Altitudine Rappresentazione grafica della crescita delle 7 piante precedenti nei tre biotopi diversi

26. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Dimensionidell'occhio in funzione della temperatura, relative al tipo selvatico e ai mutanti Infrabar ed Ultrabar di D. melanogaster Numero di ommatidi Temperatura C0

27. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Interazione tra geni ed ambiente nello sviluppo di un organismo

28. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA I geni determinano le norme di reazione; la realizzazione di queste dipende dall’interazione con l’ambiente in cui i geni svolgono le loro funzioni

29. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Imitazioni, condizionate dall’ambiente e non ereditarie, di fenotipi che possono essere determinati dal genotipo. Fenocopie agente età del mutante trattamento fenocopiato 35°C / 4 hr blastoderma bithorax 35°C 1-2 hr AEL bithoraxoid 40°C 1-3 hr AEL tetraptera 40°C / 35 min pupe peli ed ali Etere / 10 min 1-4 hr AEL BX-C 6-azatimidina pappa larve black aminobarbitolo pupe ommatidi irregolari organismo: Drosophila melanogaster

30. Sc.Biosanitarie Genetica I Universita’ di Bari by GP&NA Agenti che correggono il fenotipo mutante Agente metodo effetto 6-azauridina pappa larve dumpy > + 6-azacitidina pappa larve black > + acetamide pappa larve Bar > + citosina, uracile pappa larve Bar > + metilurea pappa larve forked > + -alanina iniezione larve black > + Fluorouracile pappa larve Antp > + organismo: Drosophila melanogaster