LEZIONE 2 Anno Accademico 2008/9 BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO LEZIONE 2 Anno Accademico 2008/9

BIOTECNOLOGIE E FARMACOLOGIA Identificare nuovi bersagli farmacologici Screening di farmaci Nuovi molecole terapeutiche

Identificare nuovi bersagli farmacologici GENOMATICA GENOMATICA FUNZIONALE MODELLI DI MALATTIA

e la ricerca di nuovi farmaci La GENOMATICA e la ricerca di nuovi farmaci

GENOMATICA: studio del genoma* degli esseri viventi attraverso la mappatura o sequenziamento dei geni e lo studio della loro funzione * Per genoma si intende l’intero contenuto in DNA di una cellula, geni e sequenze intrageniche incluse

genoma umano Il genoma umano è costituito da 3.000.000.000 di paia di basi Diviso in 24 sequenze lineari : i cromosomi di cui 22 sono autosomi e 2 sono i cromosomi sessuali Il DNA mitocondriale è circolare e ha le dimensioni di 16569 pb

Mappare i geni: Storicamente attraverso la costruzione di mappe fisiche (identificare e ordinare marcatori lungo il cromosoma) Attualmente con il sequenziamento

mappe fisiche costruite con: restriction mapping FISH (Fluorescent in situ hybridization) mapping studi genetici di ‘linkage’ use of sequence tagget site (STS)

RESTRICTION MAPPING Frammentazione del DNA genomico con enzimi di restrizione Separazione dei frammenti per elettroforesi su agarosio Immobilizzazione DNA per trasferimento su membrana Ibridazione con sonda opportunamente marcata Identificazione di RLFP

EREDITA’ DI MARCATORI RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism SNP

restriction mapping sequence tagget site

SEQUENZIAMENTO DEL GENOMA UMANO

http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/hgp.shtml The Human Genome Project (HGP) refers to the international 13-year effort, formally begun in October 1990 and completed in 2003, to discover all the estimated 20,000-25,000 human genes and make them accessible for further biological study. Another project goal was to determine the complete sequence of the 3 billion DNA subunits (bases in the human genome). As part of the HGP, parallel studies were carried out on selected model organisms such as the bacterium E. coli and the mouse to help develop the technology and interpret human gene function. The DOE Human Genome Program and the NIH National Human Genome Research Institute (NHGRI) together sponsored the U.S. Human Genome Project

Walter Gilbert. A crucial early proponent, he later tried to set up a company to produce and sell genome data. Sydney Brenner. Joked that sequencing was so boring it should be done by prisoners. CREDIT: MRC Charles DeLisi. An early advocate, he launched the Human Genome Initiative within the Department of Energy in 1986.

Problemi legati al sequenziamento Dimensioni dei genomi PHYLUM SPECIE GENOMA (bp) Algae Pyrenomonas Salina 6.6x105 Mycoplasma M. Pneumoniae 1.0x106 Batteri E. coli 4.2x106 Lieviti S. cerevisiae 1.3x107 Nematodi C. elegans 8.0x107 Insetti D. melanogaster 8.4x108 Uccelli G. domesticus 1.2x109 Anfibi X. laevis 3.1x109 Mammiferi H. Sapiens 3.3x109

Progetto GENOMA UMANO Scopi: Sequenziamento dei genomi di interesse biologico o farmacologico Studi di funzione genica http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml                                                               

Progetto GENOMA UMANO Strategie: Generazione sistematica di mappe fisiche Sequenziamento di Expressed Sequence Tag (EST) Miglioramento delle tecnologie di sequenziamento http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/about.shtml

Strategie di sequenziamento del genoma

Una “Expressed Sequence Tag “(EST) è un cDNA (200-500 pb) che rappresenta una piccola parte di un gene che può essere utilizzata per identificare e localizzare il suo gene di appartenenza a livello dell’intero cromosoma.

Sequenziamento di ESTs

Assemblamento delle sequenze

Durata del sequenziamento del genoma umano con il metodo ‘Whole genome shot-gun’ 8 settembre 1999 17 giugno 2000 Craig Venter Termine del progetto Genoma Umano 2003 Investimento NIH nel progetto 3 miliardi di dollari /13 anni Francis Collin

Risultati del Progetto GENOMA UMANO Sequenza completa di 74 genomi >1000 virus, organelli, plasmidi microorganismi Mycoplasma Genitalum 5.8x105 Haemophylus influenzae 1.8x106 E. coli 4.2x106 Saccaromyces Cerevisiae 1.3x107 Genomi di organismi superiori Drosophila Melanogaster 1.7x107 Arabidopsis Thaliana 1.2x108 Homo Sapiens 3.0x109 Rattus norvegicus 2.8x109 Mus musculus 2.7x109

Alcuni risultati dell’analisi della sequenza del genoma umano n. geni 26*103 arrangiamento dei geni non casuale (in cluster) esoni 1.1% del genoma introni 24% sequenze intergeniche 75% > 1.4 milioni di siti polimorfici (SNPs)

Progetto Genoma Umano tappe fondamentali: Cromosoma 1 umano Completato maggio 2006 Cromosoma 3 umano Completato aprile 2006 Cromosoma 17 umano Completato aprile 2006 Cromosoma 11 umano Completato marzo 2006 Cromosoma 12 umano Completato marzo 2006 Cromosoma 15 umano Completato marzo 2006 Cromosoma 8 umano Completato gennaio 2006 Cromosoma 4 umano Completato aprile 2005 Cromosoma 2 umano Completato aprile 2005 Cromosoma X umano Completato marzo 2005 Cromosoma 16 umano Completato dicembre 2004 stima dei geni nel genoma umano (25-30,000) Ottobre 2004 tappe fondamentali: Cromosoma 5 umano Completato settembre 2004 Cromosoma 9 umano Completato maggio 2004 Cromosoma 10 umano Completato maggio 2004 Cromosoma 18 umano Completato marzo 2004 Cromosoma 19 umano Completato marzo 2004 Cromosoma 13 umano Completato marzo 2004 Cromosoma 6 umano Completato ottobre 2003 Cromosoma 7 umano Completato luglio 2003 Cromosoma Y umano Completato giugno 2003 completamento programma genoma umano aprile 2003 Cromosoma 14 umano Completato gennaio 2003

NATURE Human Genome Collection It is now more than 15 years since work began sequencing the 2.85 billion nucleotides of the human genome. While the draft sequence was published in Nature in 2001, researchers at the Human Genome Project continued to fill the gaps and subject individual chromosomes to ever more detailed analyses. Nature is proud to present here the complete and comprehensive DNA sequence of the human genome as a freely available resource.

Le sfide per il futuro del progetto genoma umano Comprendere le componenti strutturali e funzionali del genoma capire come le reti di geni e proteine contribuiscono alla definizione del fenotipo comprendere cosa determina le variazione nella trasmissione dei caratteri genetici facilitare l’utilizzo dell’uso delle informazioni genetiche nella ricerca e nella clinica stabilire strategie per l’identificazione del contributo del genoma nella determinazione delle patologie e delle risposte alla terapia identificare le varianti genetiche che contribuiscono al mantenimento dello stato di salute determinare strategie per identificare il rischio di malattia Utilizzare le conoscenze genetiche per lo sviluppo di farmaci innovativi

Per i concetti di base trattati in questa lezione vedi: T. A Per i concetti di base trattati in questa lezione vedi: T.A. Brown GENOME Bios Scientific Publishers