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Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Genomica Andrea G. B. Tettamanzi.

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Presentazione sul tema: "Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Genomica Andrea G. B. Tettamanzi."— Transcript della presentazione:

1 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Genomica Andrea G. B. Tettamanzi

2 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Genomica e riconoscimento dei geni Problema: come leggere il genoma? nucleotidi lettere geni paragrafi codoni parole cromosomi libri genomaenciclopedia

3 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Il genoma dei procarioti Risposta agli stimoli = alterazione livelli di espressione dei geni Funzioni dei geni nei procarioti: –32 geni o più: capacità di produrre e replicare il DNA –100 – 150 geni: fabbricazione delle proteine strutturali –30 geni o più: generazione e immagazzinamento dellenergia Insieme minimo: 256 – 300 geni.

4 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Struttura di un gene nei procarioti promotore operatore Open Readin Frame (ORF) terminatore Trascrizione (DNA -> mRNA) Traduzione (mRNA -> Proteina) 1

5 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Promotori e operatori (E. coli) Fattore σTipo di geneSequenza a –35Sequenza a –10 σ 70 GeneraleTTGACATATAAT σ 32 (σ H )Shock termicoTCTCxCCCTTGAACCCCATxTA σ 54 (σ N )Stress azotoCTGGCACTTGCA σ 28 (σ F )Sintesi flagelliCTAAACCGATAT σ 38 (σ S )Fase stazionariaCGTCAACTxxTATAAT σ 20 (σ Fecl )Trasp. Fe-dicitr.TGGAAATGTAAT σ 24 (σ E )Proteine extra- citoplasmiche GAACTTCTCTGA

6 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Open Reading Frame (ORF) Codone iniziale: AUG (codifica anche la metionina) Tre codoni terminatori: UAA, UAG, UGA Probabilità di occorrenza casuale: 3/64 = 4,69% ORF = sequenza di codoni non interrotta da terminatori Probabilità che una sequenza di N codoni non contenga terminatori: (61/64) N N = 60 confidenza = 95% che sia un ORF Sequenza di Shine-Delgarno: 5-AGGAGGU-3 poco a monte del primo codone

7 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Terminatori di trascrizione intrinseci C A AUC G CCG AAA UUUCGGGAUU U U U U U U U Regione ricca di CG nel gambo Catena di U

8 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Frequenza delle coppie G/C F G/C + F A/T = 1 Nei procarioti, 25% < F G/C < 75% Ciascuna frequenza è caratteristica di una specie Trasferimento orizzontale di geni Distorsioni nellutilizzo di codoni

9 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Il genoma degli eucarioti Eccezionalmente più complesso Organismi multicellulari, differenziazione cellulare Enormi quantità di DNA spazzatura SpecieDim. del genoma (Mb)Numero di geni Lievito Caenorhabditis el Arabidopsis Moscerino della frutta Pesce zebra1 700? Homo sapiens

10 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Struttura dei geni negli eucarioti Trovare i geni è più difficile che trovare un ago in un pagliaio Una delle grandi sfide della Bioinformatica I migliori tentativi fino ad ora si basano su –Reti neurali (GrailEXP, –Programmazione dinamica (GenScan, –Tassi di predizione comunque inferiori al 50%!

11 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Elementi promotori Esistono tre RNA polimerasi negli eucarioti: I, II e III Ciascuna riconosce un insieme distinto di promotori: –RNA polimerasi I trascrive RNA ribosomici e riconosce promotori semplici tra –45 e +20; –RNA polimerasi II trascrive geni che codificano proteine e riconosce promotori molto complessi posti tra –25 e molto più a monte; –RNA polimerasi III trascrive tRNA ed altri piccoli RNA e riconosce promotori semplici tra +50 e +100 Ogni gene eucariotico ha un suo promotore unico e distinto Promotori riconosciuti da RNA polimerasi II si compongono di promotori basali + altri promotori a monte a cui si legano altre proteine. Stima di circa 5 promotori a monte

12 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 RNA polimerasi II Non riconosce direttamente i promotori Fattori di trascrizione basali: –Proteina TATA-legante (TBP) –Almeno 12 fattori associati alla TBP (TAF) –Questi catalizzano il legame con lRNA polimerasi II Promotori contengono una box 5-TATAWAW-3 (W = A/T) alla posizione –25 Sequenza iniziatrice alla posizione +1: 5-YYCARR-3 (Y = C/T, R = G/A)

13 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Open reading frame (ORF) DNA -> RNA eterogeneo (hnRNA) -> mRNA Il passaggio hnRNA -> mRNA consiste in: –Incappucciamento: alterazioni chimiche allestremità 5 –Splicing (= giuntaggio?): rimozione degli introni –Poliadenilazione: sostituzione dellestremità 3 con unestensione di circa 250 basi A non presenti nella sequenza del gene Introni/Esoni Esistono almeno 8 tipi diversi di introni Quello associato in modo predominante ai geni che codificano proteine segue la regola GU-AG (cioè: introne = GU*AG) Esistono delle regole ben precise che determinano la rimozione precisa degli introni Splicing alternativo

14 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Isole di CpG Abbondanza relativa del dinucleotide CG Normalmente questa abbondanza è solo il 20% di quella casuale Picchi di abbondanza lunghi 1-2 kb allestremità 5 di molti geni Isole di CpG, da –1500 a +500, con abbondanza casuale Spiegazione: processo di metilazione Metilazione fa sì che un dinucleotide CG abbia una grande probabilità di mutarsi nel dinucleotide TG

15 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Isocore Regioni in cui labbondanza relativa di G/C si mantiene costante Il genoma è un mosaico di varie isocore Il genoma umano ne contiene 5: –H3: 54% di G/C –H2: 49% di G/C –H1: 46% di G/C –L2: 42% di G/C –L1: 39% di G/C Associate a differenze funzionali: –H3: 3 – 5% del genoma umano, 80% dei geni di housekeeping –L1 + L2: 66% del genoma umano, 85% dei geni specifici dei tessuti

16 Andrea G. B. Tettamanzi, 2003 Analisi dellespressione genica DNA Microarray Technology


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