I differenti tipi cellulari di un organismo multicellulare differiscono nettamente sia nella struttura che nella funzione Le differenze tra un neurone.

Presentazione sul tema: "I differenti tipi cellulari di un organismo multicellulare differiscono nettamente sia nella struttura che nella funzione Le differenze tra un neurone."— Transcript della presentazione:

1 I differenti tipi cellulari di un organismo multicellulare differiscono nettamente sia nella struttura che nella funzione Le differenze tra un neurone di mammifero ed un linfocita sono così estreme che è difficile immaginare che le due cellule hanno lo stesso genoma

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3 Tutte le cellule di un organismo hanno lo stesso genoma
(originano tutte dallo zigote). Le differenze tra i diversi tipi cellulari dipendono dalle diverse proteine che li costituiscono dall’espressione selettiva di specifici sets di geni.

4 E’ stato stimato che in un determinato momento una tipica cellula umana esprime approssimativamente da a dei suoi circa geni. Utilizzando tecniche di microarray è stato possibile confrontare i profili di mRNA di differenti tipi cellulari, ed è stato trovato che il livello di espressione di quasi ogni gene attivo varia da un tessuto ad un altro

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6 I dati ottenuti con l’analisi degli RNA sottostimano
le reali differenze tra i profili di proteine presenti nei differenti tipi cellulari

7 Fenotipo Proteine costitutive Proteine adattative
Indispensabili per la sopravvivenza La loro concentrazione deve rimanere costante Proteine adattative Cambiamenti delle condizioni ambientali Produrre risposte metaboliche a specifici segnali Proteine del differenziamento Assunsione ed espressione permanente di nuove funzioni specifiche

8 Geni Costitutivi Geni Regolati Sempre espressi Differenziamento
Risposta a segnali extracellulari

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10 Regolazione dell’espressione genica
Punto 1 Organizzazione della cromatina Inizio della trascrizione

11 Fattori di trascrizione
La trascrizione di singoli geni è accesa o spenta nelle cellule da proteine regolatrici.

12 Dei 22.000 geni umani dal 5% al 10% codifica per STF
Differenti Fattori di Trascrizioni Specifici (STF) sono presenti in differenti tipi cellulari. Questi permettono specifici patterns di espressione genica che conferiscono la specificità cellulare. Dei geni umani dal 5% al 10% codifica per STF

13 Liver cells Mammary gland cells

14 Molti dei STF sono segnali esterni

15 L’espressione di una singola proteina regolatrice può scatenare l’espressione di un intera batteria di geni a valle

16 Gli attivatori e i repressori agiscono con una varietà di meccanismi
La trascrizione di singoli geni è accesa o spenta nelle cellule da proteine regolatrici. Gli attivatori e i repressori agiscono con una varietà di meccanismi causando generalmente: La modificazione locale della struttura della cromatina L’assemblaggio dei fattori generali di trascrizione al promotore Il reclutamento della RNA polimerasi

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22 DNA PACKAGING NUCLEOSOME Chromatin structure is hyerarchic
Heterochromatin (more compact organization) Euchromatin (less compact organization)

23 STF Many gene activator proteins make use of 2 mechanisms for changing the chromatin structure of the regulatory sequences: 1)Covalent histone modifications 2)Nucleosome remodeling

24 GENE ACTIVATOR PROTEIN
Covalent histone modifications Acetilazione degli istoni

25 GENE ACTIVATOR PROTEIN
Nucleosome remodeling This term refers to the modification or repositioning of nucleosomes within a short region of the genome, so that DNA-binding proteins can gain access to their attachment sites Remodeling, in the strict sense, involves a change in the structure of the nucleosome, but no change in its position. Sliding, or cis-displacement, physically moves the nucleosome along the DNA. Transfer, or trans-displacement, results in the nucleosome being transferred to a second DNA molecule, or to a non-adjacent part of the same molecule

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27 Metilazione del DNA Nei vertebrati la metilazione del DNA si trova in regioni trascrizionalmente silenti del genoma (come il cromosoma X inattivo) suggerendo che essa abbia un ruolo nel silenziamento dei geni

28 Come la metilazione del DNA può spegnere i geni

29 Ereditabilità degli schemi di metilazione durante la duplicazione del DNA

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32 Inattivazione del cromosoma X nelle cellule di mammifero

33 La determinazione del sesso in Drosophila dipende da una serie ordinata di eventi di splicing dell’RNA

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35 250 tipi cellulari diversi.
Sono tradizionalmente riconosciute nel corpo umano circa cellule rappresentate da 250 tipi cellulari diversi. Esse hanno perso le caratteristiche necessarie per la sopravvivenza indipendente e hanno acquisito peculiarità che soddisfano le necessità del corpo nel suo insieme.

36 Il differenziamento cellulare dipende generalmente da
cambiamenti nell’espressione genica

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38 differenziamento terminale.
Il differenziamento è il processo mediante il quale una cellula diventa diversa dalla sua progenitrice e dalle altre cellule figlie della stessa progenitrice. L'ultima parte del differenziamento, che si compie dopo che è cessata l'attività proliferativa, si definisce differenziamento terminale.

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41 Genes Functions A B C D

42 Create cellular complexity by differential genes expression
This form of combinatorial coding endows an organism with n genes to create, in theory, 2n different cell-specific gene batteries. This rationalization provides an easy explanation for the fact that the absolute number of genes in a genome does not correlate with organismal complexity Hobert (2004) TIBS

43 Small RNAs With a Big Role in Gene Regulation
MiRNA & SiRNA Small RNAs With a Big Role in Gene Regulation

44 MicroRNAs (miRNAs) are a family of 21–25-nucleotide small RNAs that, at least for those few that have characterized targets, negatively regulate gene expression at the post-transcriptional level Members of the miRNA family were initially discovered as small temporal RNAs (stRNAs) that regulate developmental transitions in Caenorhabditis elegans

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46 GENE EXPRESSION ANALYSIS
Nucleic acid hybridization is a common approach for surveying gene expression at the RNA level and can be used to provide whole genome expression screens Probe A T G C Matches Targets A T C G Hybridization: Association of two complementary nucleic acid strands to form double – stranded molecules, which can contain two DNA strands, two RNA strands, or one DNA and one RNA strand

47 GENE EXPRESSION ANALYSIS
Most recent invented methods allow researchers to analyze the expression of thousands of genes simultaneously using DNA microarray Coupling this methods with the results from genome sequencing projects allows researchers to analyze the complete transcriptional program of an organism during specific physiological responses or developmental processes.

48 Millions of identical oligonucleotide
GENE EXPRESSION ANALYSIS DNA microarrays consist of thousands of individual gene sequences bound to closely spaced regions on the surface of a glass microscope slide. Millions of identical oligonucleotide probes per feature µm 1.28cm up to ~ 400,000 features/chip chips/wafer

49 Schematically Before labelling Array

50 Labelled but before hybridization
Schematically Labelled but before hybridization Array

51 Schematically After hybridization Array

52 Schematically Quantification 4 2 3 Array

53 GENE EXPRESSION ANALYSIS