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Fisiopatologia Prof. Gerolama Condorelli Dipartimento di Biologia e Patologia Cellulare e Molecolare L. Califano

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Presentazione sul tema: "Fisiopatologia Prof. Gerolama Condorelli Dipartimento di Biologia e Patologia Cellulare e Molecolare L. Califano"— Transcript della presentazione:

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2 Fisiopatologia Prof. Gerolama Condorelli Dipartimento di Biologia e Patologia Cellulare e Molecolare L. Califano

3 Argomenti : 1.DNA, RNA, 2.Malattie genetiche 3.Danno cellulare, Necrosi e apoptosi 4.Caratteristiche e classificazione degli ormoni 5.Trasduzione del segnale 6.Il cancro 7.Il sistema immune 8.Laterosclerosi 9.Le cellule staminali

4 Date di esami: 5 appelli Gennaio Febbraio Giugno Luglio Settembre

5 Definizioni: Patologia: Lo studio (logos) della sofferenza (pathos). É la disciplina che collega la scienza di base alla medicina clinica. Studio delle modificazioni funzionali alla base delle malattie.

6 Patologia generale: Studia le cause (eziologia) ed i meccanismi (patogenesi) che danno origine alle manifestazioni cliniche. Fisiopatologia: (Patologia sistemica) studia le alterazioni della funzione degli organi specializzati. Anatomia patologica: studia le alterazioni morfologiche e biochimiche di cellule, tessuti ed organiDefinizioni:

7 Diversi livelli di organizzazione: Cellule- tessuto- organo- apparato-Organismo

8 E possibile individuare più di 200 tipi cellulari distinti

9 Tutte le cellule hanno lo stesso patrimonio genetico che risiede nel DNA

10 Il DNA è la molecola della vita

11 Il DNA o acido deossiribonucleico è contenuto nel nucleo della cellula. Il DNA associato a proteine Costituisce i cromosomi. Il DNA si duplica in maniera fedele e viene trasmesso alle cellule figlie nelle divisioni cellulari DOVE SI TROVA IL PROGRAMMA CHE CONTROLLA LE FUNZIONI DEI VIVENTI ? Nel DNA ! DOVE SI TROVA IL DNA ?

12 I batteri Sono cellule procariotiche, prive di nucleo Negli organismi euacariotici il DNA è contenuto nel nucleo

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14 Il lievito del pane e della birra Organismo eucariote unicellulare

15 Il DNA è composto da monomeri chiamati nucleotidi. Ogni nucleotide è composto da uno zucchero a 5 atomi di carbonio al quale sono legati le basi azotate ed un gruppo fosfato

16 Lo zucchero che compone DNA è il desossiribosio Lo zucchero che compone RNA è il ribosioAdeninaCitosinaGuaninaTimina GuaninaCitosina UracileAdenina Le basi azotate sono in grado di formare legami idrogeno e di associarsi tra loro in modo reversibile DNA RNA

17 La molecola di DNA è a doppio filamento: forma una struttura a spirale definita doppia elica La Guanina si accoppia con la Citosina LAdenina si accoppia con la Timina Le basi azotate si appaiano nella doppia elica

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20 1954: Watson e Crick descrivono la doppia elica Rosalind Franklin Non ha avuto il premio Nobel ma i suoi studi sono stati molto importanti

21 Nel nucleo di ciascuna cellula il DNA è compresso in strutture definite cromosomi

22 I cromosomi sono costituiti da una regione centrale detta centromero che divide il cromosoma in due sezioni dette braccia. Braccio corto, p Braccio lungo, q Cromosomi

23 Un cromosoma umano medio contiene un doppio filamento di DNA lungo 8 centimetri! Le cellule utilizzano meccanismi molto sofisticati per riuscire a comprimere tutto il loro DNA nell'esiguo spazio del volume nucleare

24 Ogni cromosoma è costituito da DNA strettamente avvolto a proteine definite ISTONI che fungono da supporto alla struttura del DNA

25 Ognuno di noi possiede 46 cromosomi: 22 coppie di autosomi e 2 cromosomi sessuali

26 Un cromosoma deriva dalla madre ed uno dal padre Quindi, ogni persona ha due copie di ciascun gene: una derivante dal padre, ed uno dalla madre

27 cellule in INTERFASE (fase tra una divisione e laltra) Trattamento delle cellule con una sostanza fluorescente che viene incorporata specificamente nei cromosomi (cellula in divisione !) Cromosomi di cellule umane Divisione cellulare Una cellula si sta dividendo… I cromosomi si separano

28 Cosa è un gene? Unità funzionale dellereditarietà. Sono costituiti da DNA e contengono le informazioni per formare molecole chiamate proteine

29 Le caratteristiche ereditarie sono sotto il controllo di tratti di DNA chiamati GENI Ogni gene codifica per una proteina

30 Linsieme dei geni di un organismo è definita GENOTIPO Le caratteristiche visibili di un organismo, determinate dal genotipo in associazione con lambiente, sono chiamate FENOTIPO

31 Stesso genotipo….. …… Diverso fenotipo…..

32 I geni delluomo sono molto simili con quelli di altre specie Lunicità di una specie non è imputabile ai geni di per sé, ma a come gli stessi geni sono regolati e organizzati nel genoma

33 Alcuni geni si sono conservati durantelevoluzione. Sequenza simile tra uomo e altre specie. Il 74% dei geni noti nelluomo ha un corrispondente omologo in C.Elengans. Questo può essere utilizzato per lo studio della funzione dei geni nelluomo. I geni sono conservati nellevoluzione

34 Linformazione genetica contenuta nel DNA viene trasferita nellRNA messaggero (mRNA) mediante un processo definito trascrizione che avviene nel nucleo

35 RNA: acido ribonucleico GuaninaCitosina UracileAdenina La molecola di RNA è a singolo filamento

36 Trascrizione: come le cellule copiano il DNA di un gene in un trascritto a RNA

37 Un filamento di DNA funge da filamento stampo per produrre lRNA messaggero

38 LRNAm contiene linformazione per formare le proteine: Processo definito TRADUZIONE

39 Non tutta linformazione contenuta nel DNA si tramuta in gene Sequenza coding (codificante) = quella che dà luogo a proteina= ESONE Sequenza NON coding (non codificante)= Funzione strutturale, regolatoria? INTRONE

40 Il gene è costituito da: Regioni codificanti ESONI Regioni NON codificanti: INTRONI NellmRNA maturo, gli introni sono eliminati

41 Regioni non codificanti aumentano nella scala evolutiva

42 Processo di rimozione degli introni dagli esoni nella molecola di mRNA matura che deve tradursi in proteina SPLICING dellRNA

43 Lo splicing dellRNA rimuove gli introni e congiunge esoni adiacenti

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45 La traduzione avviene nella cellula in strutture chiamate ribosomi

46 Come linformazione contenuta nel DNA e quindi nellmRNA è utilizzata per la produzione delle proteine?

47 AGTCAGTC

48 tre basi nucleotitiche del DNA/mRNA che corrispondono ad uno specifico aminoacido Codone:

49 possibili combinazioni Solo 20 amino acidi Codice genetico

50 Codice genetico: 61 codoni rappresentano i 20 aminoacidi, mentre 3 codoni indicano uno stop Codice genetico degenerato

51 Come una particolare sequenza di nucleotidi è specifica per un particolare aminoacido?

52 Grazie alla funzione svolta dalla molecola di RNBA chiamato RNA transfer (RNAt)

53 Vi sono tanti tRNA per ciascun aminoacido e per ciascuna tripletta di nucleotidi dellmRNA (codoni) Laminoacido è attaccato allappropriato tRNA grazie ad un enzima attivante specifico per quellaminoacido e per quel codone

54 tRNA Ogni tRNA ha una sequenza di 3 nucleotidi, l anticodone, che può legare la sequenza complementare dellRNAm Anticodone: CGC Codone: GCG

55 Fasi della traduzione 1- legame del ribosoma allRNAm 2- riconoscimento del segnale di inizio AUG 3- legame del tRNA ai ribosomi (il primo aminoacido è sempre una metionina) 4- Allungamento della catena polipeptidica. Legame covalente tra gli aminoacidi 5- termine della traduzione quando si incontra uno STOP codon.

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57 Gli aminoacidi formano le proteine

58 Gli aminoacidi che costituiscono le proteine

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61 Le proteine si organizzano in conformazioni complesse per svolgere diverse funzioni Struttura primaria Struttura secondaria Struttura terziaria

62 Le cellule dei vari tessuti hanno lo stesso contenuto di DNA, ma hanno una FUNZIONE diversa E lespressione dei geni e quindi delle proteine che cambia

63 Lespressione genetica cambia anche durante la trasformazione cellulare

64 La specificità tissutale è determinata in parte dal profilo dei fattori di trascrizione presenti in un tipo cellulare

65 Un gene può essere acceso o spento nella cellula grazie alla regolazione della trascrizione genica La regolazione genica è un processo importante per il differenziamento e lo sviluppo dei tessuti. Le regioni regolatrici dei geni sono definite: regioni promotori enhancer Regolano qualitativamente e quantitativamente la funzione dei geni

66 Si conosce la sequenza del DNA della cellula?

67 Human genome project

68 Progetto genoma umano

69 Si sono potuti leggere i 3 miliardi e 500 milioni di lettere che compongono il nostro DNA. Solo il 5% del DNA codifica per geni che dirigono la sintesi di RNA e proteine. Studi di genomica

70 Conoscenza della funzione dei circa geni contenuti nel nostro DNA Utilizzo della bioinformatica Studi di genomica funzionale

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72 Analisi dellespressione genica Analisi dei dati Normalizzazione e combinazione dati Canale 1Canale 2Canali 1+2 Ibridazione del target marcato con il vetrino Scansione del vetrino Estrazione dellRNA Retrotrascrizione dellRNA in presenza di un fluoroforo

73 Disporre di un microarray o chip, contenente DNA a singolo filamento, che rappresenta migliaia di geni, ognuno disposto in uno specifico spot. Ogni spot comprende migliaia di copie di filamenti di DNA.

74 Microarray Analisi comparativa simultanea di migliaia di geni in tipi cellulari diversi

75 Consiste di un vetrino su cui sono depositati migliaia di sonde di DNA complementari a sequenze geniche in un punto ben preciso del supporto (Griglia) Microarray chip

76 Paragonare due tipi cellulari Es: cellula normale vs cellula neoplastica Cellula trattata con un composto VS cellula non trattata

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78 Il chip viene poi messo a contatto con il chip molecole di DNA o di mRNA legate ad un marcatore fluorescente Esempio: Verde il cDNA delle cellule Normali Rosso quello delle cellule tumorali

79 Il legame si ottiene quando il cDNA del campione trova la sequenza di basi complementari sul chip. Tale legame significa che il gene presente nel chip era attivo o "espresso" nel campione.

80 Mettere il chip in uno scanner. Il computer calcola il rapporto di marcature rosso/verde di ogni spot (per quantificare ogni variazione di attività genica indotta dal composto) e generare la lettura

81 Osservare se esiste una modulazione a carico di geni possibilmente coinvolti in un quadro noto di patologia

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83 Terapia genica Sostituire il gene malato con uno sano

84 La prima terapia genica umana per la sindrome SCID da deficienza di adenosina deaminasi (ADA )

85 La manipolazione del DNA Ingegneria genetica

86 Le applicazioni dellingegneria genetica Il topo a destra porta il gene che codifica lormone della crescita del ratto Piante di soia resistenti allerbicida glifosato.


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