Il genoma umano LEZIONE 6 By NA

Genoma Umano Genoma nucleare 3000 Mb ~ 50.000 geni Genoma mitocondriale 16.6 - 37 geni ~30% ~70% 13 geni per polipeptidi due geni per r RNA 22 geni per tRNA geni e sequenze correlati ai geni DNA extragenico ~80% ~20% ~90% ~10% uniche o con basso numero di copie da mediamente ad altamente ripetute DNA codificante DNA non codificante pseudogeni frammenti genici introni, sequenze non tradotte ecc.. in tandem o raggruppate intersperse By NA

Il DNA mitocondriale 0.0005% del genoma umano doppio filamento a diversa composizione: filamento heavy (H) e light (L) - contiene 37 geni, 28 su filamento H e 9 su filamento L dei 37 geni, 24 codificano per prodotti maturi ad RNA e 13 per polipeptidi dei complessi multimerici del mitocondrio (concetto di semiautonomia) i geni sono estremamente compatti: privi di introni sovrapposti parzialmente (subunita’ 6 e 8 dell’ATPasi) trascritti privi di codoni di stop - eredita’ matroclina By NA

DNA non codificante (97%) Il DNA NUCLEARE Si distingue in: DNA codificante (3%) DNA non codificante (97%) By NA

Il DNA codificante (per RNA e proteine) - Numero di geni stimato nel genoma umano (30000), stimato utilizzando il sequenziamento genomico e CpG Utilizzando sonde per CpG (56% dei geni umani hanno nei loro promotori questi elementi di sequenza) si e’ visto una differenziale densita’ genica sui cromosomi: a. cromosoma 19 ricco in geni b. cromosomi 4 e 18 poveri in geni - di solito in unica copia - possono appartenere a famiglie geniche originatesi per duplicazione. In questo caso possono mantenere funzioni correlate e possono mappare nella stessa regione genomica By NA

Il DNA codificante GENI CHE CODIFICANO ORGANIZZAZIONE ESEMPI Stesso prodotto Spesso raggruppati geni per tRNA, istoni ... Isoforme proteiche o isoenzimi tessuto-specifici Talvolta raggruppati talvolta non sintenici amilasi pancreatica e salivare a-actina epatica e cardiaca Di solito non sintenici Aldeide deidrogenasi citoplasmatica e mitocondriale (chr9q e chr12q) Isoenzimi specifici per differenti comparti cellulari Enzimi della stessa via metabolica Di solito non sintenici Subunita’ della stessa molecola Di solito non sintenici Ferritina: cat pesante chr11q cat leggera chr22q Ligando e recettore Di solito non sintenici By NA

Geni dentro i geni Geni all’interno di altri geni sono descritti per i genomi di organismi semplici e nei mitocondri Nei mammiferi sono descritti geni contenuti nei grandi introni di alcuni geni. A differenza dei genomi piu’ semplici in questi casi spesso viene utilizzato il filamento opposto al gene “canonico” NF1: introne 27 (40Kb) contiene tre piccoli geni (2 esoni) che vengono trascritti dal filamento opposto Fattore VIII della coagulazione F8C: introne 22 contiene due geni che utilizzano la stessa isola CpG nelle due direzioni. Il gen F8A viene trascritto utilizzando il filamento opposto al F8C, mentre F8B non solo va nella stessa direzione, ma sintetizza un corto mRNA che ha un esone nuovo + gli esoni dal 23 al 26 di F8C. RB1: introne 17 (72Kb) contiene il gene per il recettore della proteina G, che viene trascritto in senso opposto By NA

Geni dentro i geni NF1 F8 5’ 3’ Introne 26 F8B 1 22 23 26 F8C F8A CpG esone 26 esone 27 Introne 26 Filamento di senso Filamento antisenso OGMP 2.2KB EVI2B 10 KB EVI2A 4 KB F8 F8B 1 22 23 26 F8C F8A CpG By NA

Famiglie multigeniche 40% del genoma e’ composto da gruppi di sequenze non alleliche che mappano percio’ in locus diversi, ma sono strettamente correlate, sono presenti cioe’ sequenze con un numero di copie multiple. Tradizionalmente sulla base della cinetica di riassociazione il genoma umano e’ suddiviso in: DNA a singola copia o con un numero di copie molto basso DNA moderatamente ripetitivo DNA altamente ripetuto By NA

Famiglie multigeniche La definizione di famiglia e’ operativa, e’ indipendente dalla natura delle sequenze Due sequenze vengono definite come appartenenti alla stessa famiglia quando presentano omologia di sequenza anche in una regione ristretta della sequenza Famiglie multigeniche: DNA ripetuto che contiene geni funzionali Famiglie di sequenze di DNA non genico By NA

Famiglie multigeniche Famiglie multigeniche: DNA ripetuto che contiene geni funzionali Le famiglie presentano variabilita’ nell’omologia con la sequenza di riferimento e nel grado con cui le sequenze conservate definiscono la famiglia. Ne deriva che l’appartenenza ad una famiglia e’ data non solo dall’omologia complessiva, ma dal presentare un dominio condiviso o organizzazione simile. Si possono presentare raggruppati o distribuiti nel genoma. Alcuni membri possono essere non funzionali: pseudogeni By NA

Pseudogeni I Pseudogeni non processati: convenzionali ed espressi Copie non funzionali del DNA genomico di un gene. Contengono esoni, introni e spesso le sequenze fiancheggianti. Data la loro somiglianza nell’organizzazione genomica, la loro natura non funzionale puo’ essere riconosciuta, a livello di sequenza, dalla presenza di codoni di stop nella regione corrispondente alla porzione codificante del gene funzionale o dalla presenza di un’elevato numero di mutazioni ognuna della quali originerebbe una molecola mutante. Sono comuni nelle famiglie di geni raggruppati Talvolta possono venir espressi a livello di RNA o addirittura come polipeptide, che non viene utilizzato nella molecola funzionale: gene della globina-, sicuramente viene espresso, ma non se ne riscontra la presenza nell’emoglobina funzionale By NA

Pseudogeni II Pseudogeni processati : sono copie non funzionali degli esoni di un gene espresso e si ritrovano nelle famiglie dei geni interspersi. La loro origine sembrerebbe dovuta all’integrazione di una sequenza di DNA originatesi per azione di una trascrittasi inversa. se sono copie di trascritti dalla RNApolimerasi II di solito non sono espressi perche’ privi del promotore. Possono venir espressi se integrati vicino ad un promotore, in questo caso l’espressione potrebbe non essere nello spazio e nel tempo quella originaria (espressione selettiva in un tessuto specifico e/o in uno specifico momento nello sviluppo: geni espressi nel testicolo, SRY) se sono copie di trascritti dalla RNApolimerasi III possono avere al loro interno il promotore ed essere espressi. Possono raggiungere un elevato numero di copie (sequenze Alu) By NA

I cluster globinici  1 2 1 2 1    globina Le LCR si trovano a monte dei raggruppamenti e la loro funzione sarebbe quella di organizzare il raggruppamento in un dominio di cromatina attiva, agendo come enhancer. La cromatina attiva si presenta sensibile alla Dnasi I e grazie a questa caratteristica sono state identificate le LCR per i due aggruppameni globinici. E’ stato anche possibile riconoscere che questa ipersensibilita’ e’ modulata nei diversi stadi di sviluppo 1 2 HS-40 2 1 2 1  globina HS-4 HS-3 HS-2 G  A    globina By NA

Controllo dei cluster globinici Gli enhancer sono brevi sequenze che agiscono in cis. Nel caso dei geni globinici sono costituiti da sequenze di riconoscimento per fattori di trascrizione eritroido- -specifici. Si ritiene che l’alternanza delle emoglobine sia legata oltre che a fenomeni di competizione dei geni per interagire con le LCR , anche all’intervento di silenziatori gene-specifici, modulati durante lo sviluppo.  G A    DNA nell’embrione  G A    DNA nel feto  G A    DNA nell’adulto By NA

Struttura del DNA codificante relazione inversa tra lunghezza del gene e percentuale del contenuto esonico By NA

Introni di gruppo I e II:presenti nel genoma degli eubatteri Gli introni Entita’ eterogenee con differenti capacita’ funzionali. Sono coinvolti nello splicing con modalita’ differenti e pertanto classificabili in gruppi. La posizione all’interno delle sequenze codificanti (fase intronica) ne permette un’ulteriore suddivisione in tipi: Introni ancestrali: presenti nei geni dei tRNA e dei r RNA degli archeobatteri. Introni di gruppo I e II:presenti nel genoma degli eubatteri e degli eucarioti Introni “spliceosomici”:introni convenzionali presenti nel genoma degli eucarioti By NA

Gli introni Taglio in esone1 GU------------A-----AG esone2 GU--------AG esone3 GU-----------------AG GU--------AG Eliminato esone1 esone2 esone3 Splicing esone1 esone2 esone3 RNA maturo snRNP U2 CA snRNP U1 esone1 GU------------A-----AG esone2 GT--------AG esone3 esone1 esone2 By NA

Gli introni Fase degli introni: posizione in cui l’introne interrompe una sequenza di DNA codificante (non si definisce la fase quando l’introne interrompe una sequenza non tradotta).. Esistono tre tipi: fase 0, fase 1, fase2 Fase 0: interrompono la sequenza codificante fra due codoni adiacenti, sono i piu’ numerosi e potrebbero rappresentare la situazione ancestrale Fase 1: interrompono la sequenza codificante fra la prima e la seconda base Fase 2: interrompono la sequenza codificante fra la seconda e la terza base By NA

Gli introni Fase degli introni: posizione in cui l’introne interrompe una sequenza di DNA codificante (non si definisce la fase quando l’introne interrompe una sequenza non tradotta). Esistono tre tipi: fase 0, fase 1, fase2 --- GGC AG 5’ UTS Val Gly Ar 2 2 g Leu Arg 0 0 Leu His 3’UTS HBB G CTG AGG CCC CAC TAA 1 29 30 31 104 105 146 Fase 2 Fase 0 ATG GTG gt--------ag ATG ------------- CAG G TG ------------ AAC TAG INS 5’UTS 3’UTS 1 80 81 110 V 1 1 al Fase 1 By NA

Famiglie di DNA ripetuto non genico DNA RIPETUTO IN TANDEM: i blocchi possono mappare su piu’ cromosomi a seconda delle dimensioni medie delle unita si suddivide in: DNA satellite DNA minisatellite DNA microsatellite DNA RIPETUTO INTERSPERSO: Le singole unita’ sono sparse nel genoma. Contengono sequenze che possono essere retrotrasposte attraverso un intermedio di RNA. By NA

DNA ripetuto intersperso DNA RIPETUTO INTERSPERSO: Le singole unita’ sono sparse nel genoma. Contengono sequenze che possono essere retrotrasposte attraverso un intermedio di RNA. SINE (Short Interspersed Nuclear Elements). Nell’uomo e negli altri primati la famiglia piu’ rappresentativa e’ costituita dalle Alu LINE (Long Interspersed Nuclear Elements). Sono condivisi anche da altri mammiferi By NA

Classificazione elementi trasponibili nell’uomo TRAMITE RNA (comune) TRAMITE DNA (rara) Incapace di codificare la trascrittasi inversa Capace di codificare la trascrittasi inversa TRASPOSONI Famiglia non virale Famiglia virale Retropseudogeni (pseudogeni processati) Posseggono le LTR e caratteristiche dei retrovirus Privi delle LTR e di altre caratteristiche dei retrovirus Retrovirus endogeni e elementi simil-retrovirali Retrotrasposoni FAMIGLIA Alu FAMIGLIA HERV/RTLV FAMIGLIA THE-1 FAMIGLIA LINE-1(Kpn) By NA

Elementi trasponibili I membri delle famiglie di ripetizioni intersperse sono considerati elementi trasponibili ELEMENTI TRASPONIBILI: segmenti di DNA in grado di muoversi nel genoma. Gli elementi trasponibili umani sono di regola retrotrasposoni. La sequenza trasposta si trova ,dopo la duplicazione, ad essere fiancheggiata da corte unita’ ripetute AAAANn AAAAA 5’ AAAANn 3’ 3’ TTTTNn TTTTT TTTTTn 5’ By NA

Elementi trasponibili tramite RNA FAMIGLIA Alu SINE di mammifero con elevato numero di copie, famiglie Alu nell’uomo e B1 nel topo Derivano da geni trascritti dalla RNA polimerasi III utilizzando un promotore interno. Le Alu si trovano circa ogni 4 kb , la sequenza completa e’ lunga 280pb, fiancheggiata da corte unita’ (6-18pb) ripetute dirette, e’ un dimero ripetuto in tandem le cui unita’ presentano entrambe sequenza (An)/ (Tn), uno dei monomeri e’ deleto di 32pb. Sono presenti nel genoma anche come monomeri interi o tronchi. Sarebbero pseudogeni processati del gene dell’RNA 7SL +1 +10 +52 RNA7SL A B Promotore bipartito mRNA7SL AAAAA TTTTT delezione delezione 32pb AAAAA TTTTT AAAAA TTTTT AAAAA TTTTT 5’ By NA 130 3’ 160