Metodiche molecolari di ricerca e di analisi delle mutazioni geniche

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E vecchia esperienza che attraverso i suoi
errori la Natura ci offre spesso possibilità
inattese di intuire i suoi segreti che sarebbero
altrimenti impenetrabili A.Loewy e C. Neuberg
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Evoluzione
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Variabilitàgenetica
Diversità

• Nuovi modi di sfruttare efficacemente
  lambiente
• Competizione con le altre specie
• Riprodursi con successo

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• La variabilità genetica causa la formazione di
  nuove specie
• I meccanismi fondamentali che provocano
  variabilità genetica sono
• Le mutazioni
• La riproduzione sessuale

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• Le mutazioni sono variazioni della sequenza
  nucleotidica del DNA.
• Possono essere causate da
• errori durante la duplicazione del DNA
• esposizione delle cellule ad agenti fisici o
  chimici (agenti mutageni)

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Effetti delle mutazioni
Alterazione della funzione di una proteina
Nessun effetto sulla proteina
Un miglioramento della funzione
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Alterazione della funzione di una proteina
A1
A1
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Nessun effetto sulla proteina
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Un miglioramento della funzione
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Il caso e la necessità
A1 B1
A B
A2 B2
A1 soluzione ottimale
A2 soluzione indifferente
peggiore di A1
B1 soluzione letale
B2 soluzione indifferente
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• Alcune parti del genoma cambiano più facilmente
  di altre nel corso dellevoluzione

Altre, invece, sono altamente conservate e
corrispondono a regioni funzionalmente importanti
di geni che codificano per proteine o per RNA
essenziali
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• Rimangono perfettamente riconoscibili in tutte le
  specie viventi
• e sono quelli che dobbiamo utilizzare se vogliamo
  ricercare relazioni di parentela tra i diversi
  organismi

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PROTEIN SEQUENCES ALIGNMENT
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RNA ribosomiale
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Mutazioni somatiche e germinali
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(No Transcript)
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• Le conseguenze che una mutazione genica avrà
  sullorganismo dipendono
• Da quando è cambiata la sequenza aminoacidica
  della proteina
• Dalla variazione quantitativa

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Localizzazione

• Extragenica
• Promotore
• Introni
• Siti di splicing
• Sequenza codificante

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(No Transcript)
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Le mutazioni geniche che determinano una
variazione quantitativa o qualitativa di una
proteina possono causare la comparsa di un
fenotipo patologico
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CDS
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• Mutazioni puntiformi
• Sostituzione (missense mutations nonsense
  mutations)
• Inserzione o Delezione (frameshift mutations)

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Sostituzioni

• Transizioni
• Purina-purina o pirimidina pirimidina
• Transversioni
• Purina pirimidina o pirimidina - purina

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• La sostituzione di un nucleotide allinterno
  della CDS può causare
• La comparsa di un codone che codifica per lo
  stesso aminoacido
• La comparsa di un codone che codifica per un
  diverso aminoacido
• La comparsa di un codone di STOP

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(No Transcript)
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Inserzione o Delezione
Laggiunta o la rimozione di 1 o 2 nucleotidi
provoca lo scivolamento della corretta cornice di
lettura (Frameshift). Di solito si ha
linterruzione della sintesi proteica in quanto
si vengono a trovare nella nuova cornice di
lettura numerosi segnali di arresto.
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(No Transcript)
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• 5 UTR
• 3 UTR

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Effetto di alcune mutazioni sullmRNA e sulla
proteina
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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• Mutazioni dinamiche
• Espansioni di triplette

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X fragile(309550)

• Frequenza 1/4000 maschi.
• Ereditarietà Legata al cromosoma X. Malattia
  causata da mutazione dinamica.
• Genetica Nel 1991 è stato identificato il gene
  responsabile. La mutazione è caratterizzata
  dallamplificazione di un tratto di DNA
  costituito da una specifica sequenza ripetuta
  (CGG). Nei soggetti normali è presente un numero
  di ripetizioni variabili da 6 a 55. Esistono due
  differenti tipi di mutazione la premutazione
  (56-200) e la mutazione completa (gt200). La
  probabilità di espansione aumenta con le
  dimensioni della premutazione e quindi con il
  passare delle generazioni (Paradosso di Sherman).
• Diagnosi La diagnosi molecolare (Southern blot)
  permette di individuare anche gli individui con
  la premutazione.

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(No Transcript)
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Malattia di Huntington(143100)

• Frequenza 5-10/100.000 nati vivi
• Ereditarietà autosomica dominante. Malattia
  causata da mutazione dinamica
• Genetica Il gene responsabile della malattia ed
  il suo prodotto proteico sono stati identificati.
  Il gene definito Intersting Transcript (IT-15), è
  localizzato sul braccio corto del cromosoma 4
  (4p16.3). La malattia è associata
  allamplificazione patologica di una specifica
  sequenza ripetuta (CAG) nellallele mutato. Nella
  popolazione normale la tripletta è ripetuta 10-30
  volte. Nei pazienti affetti il numero di
  ripetizioni varia da 36 a più di 100. Un numero
  intermedio di espansioni 30-35 volte, è
  considerato una premutazione.
• Diagnosi Il test genetico si basa sulla
  determinazione del numero di espansione della
  tripletta.

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Informally, the term mutation is often used to
refer to a harmful genome variation that is
associated with a specific human disease, while
the word polymorphism implies a variation that is
neither harmful nor beneficial. However,
scientists are now learning that many
polymorphisms actually do affect a person's
characteristics, though in more complex and
sometimes unexpected ways.
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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SNPs are very common variations scattered
throughout the genome. Because they are fairly
easy to measure and are also remarkably stable,
being inherited from generation to generation,
they have become useful as gene "markers. If a
particular SNP is located near a gene, then every
time that gene is passed from parent to child,
the SNP is passed on also. This enables
researchers to assume that when they find the
same SNP in a group of individual genomes, the
associated gene is present also.
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(No Transcript)
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Variations Causing No Changes
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Variations Causing Harmless Changes
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Variations Causing Harmful Changes
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Finally, there are genetic variations that have
"latent" effects. These variations, found in
coding and regulatory regions, are not harmful on
their own, and the change in each gene only
becomes apparent under certain conditions. Such
changes may eventually cause some people to be at
higher risk for cancer, but only after exposure
to certain environmental agents. They may also
explain why one person responds to a drug
treatment while another does not.
Variations Causing Latent Changes
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(No Transcript)
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Individual SNP Profiles
The genome of each individual contains its own
pattern of SNPs. Thus, each individual has his
or her own SNP profile. When scientists look at
all the patterns from a large number of people
they can organize them into groups.
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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SNPs occur in both coding and noncoding regions
and can cause silent, harmless, harmful, or
latent effects. SNPs can be markers for cancer.
SNPs may also be involved in the different
levels of individual cancer risk observed. In
the future, SNPs databases may be used to improve
cancer diagnosis and treatment planning.
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(No Transcript)
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• MUTAZIONI CROMOSOMICHE
• Di numero
• (Aneuploidie Monosomie Trisomie)
• Di struttura
• (Delezioni, inserzioni, traslocazioni, inversioni)

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Delezione Sindrome Fenotipo
5p- Cri du chat Pianto simile al miagolio di un gatto, diverse anomalie del viso, severo ritardo mentale
11q- Tumore di Wilms Tumore renale
13q- Retinoblastoma Tumore dellocchio
15q- Sindrome di Prader-Willi Astenia ed accrescimento lento nei neonati Obesità ed attacchi compulsivi di fame nei bambini e negli adulti
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Delezioni del braccio corto del cromosoma 5
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(No Transcript)
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Cromosomi acrocentrici 13, 14, 15, 21,22
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• Duplicazioni o delezioni

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• Inversioni o traslocazioni

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Disomia uniparentale
Sindrome di Prader-Willi
Entrambi i cromosomi (15) sono ereditati dalla
madre
Sindrome di Angelman
Entrambi i cromosomi sono ereditati dal padre
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imprinting genomico
In alcuni casi lespressione di alcuni geni può
variare secondo se sono stati ereditati per via
paterna o materna. Questa espressione
differenziale viene definita imprinting
genomico
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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• Lanalisi delle mutazioni permette di

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• Identificare gli individui in fase presintomatica
• Individuare gli eterozigoti a rischio di
  trasmettere una malattia genetica
• Effettuare la diagnosi prenatale
• Comprendere le basi genetiche delle malattie
  complesse più comuni