E’ vecchia esperienza che attraverso i suoi errori la Natura ci offre spesso possibilità inattese di intuire i suoi segreti che sarebbero altrimenti impenetrabili A.Loewy e C. Neuberg

Evoluzione

Diversità Variabilitàgenetica Selezione naturale Nuovi modi di sfruttare efficacemente l’ambiente Competizione con le altre specie Riprodursi con successo

La variabilità genetica causa la formazione di nuove specie I meccanismi fondamentali che provocano variabilità genetica sono: Le mutazioni La riproduzione sessuale

Le mutazioni sono variazioni della sequenza nucleotidica del DNA. Possono essere causate da: errori durante la duplicazione del DNA esposizione delle cellule ad agenti fisici o chimici (agenti mutageni)

Effetti delle mutazioni Alterazione della funzione di una proteina Nessun effetto sulla proteina Un miglioramento della funzione

Alterazione della funzione di una proteina

Nessun effetto sulla proteina

Un miglioramento della funzione

“Il caso e la necessità” Cicli ripetuti di errori e prove Evoluzione “Il caso e la necessità” A1 – B1 A – B A2 – B2 A1 soluzione ottimale A2 soluzione indifferente peggiore di A1 B1 soluzione letale B2 soluzione indifferente

Alcune parti del genoma cambiano più facilmente di altre nel corso dell’evoluzione Altre, invece, sono altamente conservate e corrispondono a regioni funzionalmente importanti di geni che codificano per proteine o per RNA essenziali

Rimangono perfettamente riconoscibili in tutte le specie viventi e sono quelli che dobbiamo utilizzare se vogliamo ricercare relazioni di parentela tra i diversi organismi

PROTEIN SEQUENCES ALIGNMENT

RNA ribosomiale

Mutazioni somatiche e germinali

Le conseguenze che una mutazione genica avrà sull’organismo dipendono: Da quando è cambiata la sequenza aminoacidica della proteina; Dalla variazione quantitativa

Localizzazione Extragenica Promotore Introni Siti di splicing Sequenza codificante

Le mutazioni geniche che determinano una variazione quantitativa o qualitativa di una proteina possono causare la comparsa di un fenotipo patologico

CDS

Mutazioni puntiformi Sostituzione (missense mutations; nonsense mutations) Inserzione o Delezione (frameshift mutations)

Transizioni Transversioni Sostituzioni Transizioni Purina-purina o pirimidina – pirimidina Transversioni Purina – pirimidina o pirimidina - purina

La sostituzione di un nucleotide all’interno della CDS può causare: La comparsa di un codone che codifica per lo stesso aminoacido; La comparsa di un codone che codifica per un diverso aminoacido La comparsa di un codone di STOP

Inserzione o Delezione L’aggiunta o la rimozione di 1 o 2 nucleotidi provoca lo scivolamento della corretta cornice di lettura (Frameshift). Di solito si ha l’interruzione della sintesi proteica in quanto si vengono a trovare nella nuova cornice di lettura numerosi segnali di arresto.

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5’ UTR 3’ UTR

Effetto di alcune mutazioni sull’mRNA e sulla proteina

Espansioni di triplette Mutazioni dinamiche Espansioni di triplette

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X fragile (309550) Frequenza: 1/4000 maschi. Ereditarietà: Legata al cromosoma X. Malattia causata da mutazione dinamica. Genetica: Nel 1991 è stato identificato il gene responsabile. La mutazione è caratterizzata dall’amplificazione di un tratto di DNA costituito da una specifica sequenza ripetuta (CGG). Nei soggetti normali è presente un numero di ripetizioni variabili da 6 a 55. Esistono due differenti tipi di mutazione: la premutazione (56-200) e la mutazione completa (>200). La probabilità di espansione aumenta con le dimensioni della premutazione e quindi con il passare delle generazioni (Paradosso di Sherman). Diagnosi: La diagnosi molecolare (Southern blot) permette di individuare anche gli individui con la premutazione.

Malattia di Huntington (143100) Frequenza: 5-10/100.000 nati vivi Ereditarietà: autosomica dominante. Malattia causata da mutazione dinamica Genetica: Il gene responsabile della malattia ed il suo prodotto proteico sono stati identificati. Il gene definito Intersting Transcript (IT-15), è localizzato sul braccio corto del cromosoma 4 (4p16.3). La malattia è associata all’amplificazione patologica di una specifica sequenza ripetuta (CAG) nell’allele mutato. Nella popolazione normale la tripletta è ripetuta 10-30 volte. Nei pazienti affetti il numero di ripetizioni varia da 36 a più di 100. Un numero intermedio di espansioni 30-35 volte, è considerato una premutazione. Diagnosi: Il test genetico si basa sulla determinazione del numero di espansione della tripletta.

Informally, the term mutation is often used to refer to a harmful genome variation that is associated with a specific human disease, while the word polymorphism implies a variation that is neither harmful nor beneficial. However, scientists are now learning that many polymorphisms actually do affect a person's characteristics, though in more complex and sometimes unexpected ways.

SNPs are very common variations scattered throughout the genome SNPs are very common variations scattered throughout the genome. Because they are fairly easy to measure and are also remarkably stable, being inherited from generation to generation, they have become useful as gene "markers.” If a particular SNP is located near a gene, then every time that gene is passed from parent to child, the SNP is passed on also. This enables researchers to assume that when they find the same SNP in a group of individual genomes, the associated gene is present also.

Variations Causing No Changes

Variations Causing Harmless Changes

Variations Causing Harmful Changes

Variations Causing Latent Changes Finally, there are genetic variations that have "latent" effects. These variations, found in coding and regulatory regions, are not harmful on their own, and the change in each gene only becomes apparent under certain conditions. Such changes may eventually cause some people to be at higher risk for cancer, but only after exposure to certain environmental agents. They may also explain why one person responds to a drug treatment while another does not. Variations Causing Latent Changes

Individual SNP Profiles The genome of each individual contains its own pattern of SNPs. Thus, each individual has his or her own SNP profile. When scientists look at all the patterns from a large number of people they can organize them into groups.

SNPs can be markers for cancer. SNPs occur in both coding and noncoding regions and can cause silent, harmless, harmful, or latent effects. SNPs can be markers for cancer. SNPs may also be involved in the different levels of individual cancer risk observed. In the future, SNPs databases may be used to improve cancer diagnosis and treatment planning.

MUTAZIONI CROMOSOMICHE Di numero (Aneuploidie – Monosomie – Trisomie) Di struttura (Delezioni, inserzioni, traslocazioni, inversioni)

Sindrome di Prader-Willi Delezione Sindrome Fenotipo 5p- Cri du chat Pianto simile al miagolio di un gatto, diverse anomalie del viso, severo ritardo mentale 11q- Tumore di Wilms Tumore renale 13q- Retinoblastoma Tumore dell’occhio 15q- Sindrome di Prader-Willi Astenia ed accrescimento lento nei neonati Obesità ed attacchi compulsivi di fame nei bambini e negli adulti

Delezioni del braccio corto del cromosoma 5

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Cromosomi acrocentrici 13, 14, 15, 21,22

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Duplicazioni o delezioni Acquisto o Perdita di materiale genetico Di solito comportano alterazioni fenotipiche

Inversioni o traslocazioni Trasferimento di materiale genetico Spesse volte non comportano alterazioni fenotipiche ma possono causare infertilità

Sindrome di Prader-Willi Disomia uniparentale Sindrome di Prader-Willi Entrambi i cromosomi (15) sono ereditati dalla madre Sindrome di Angelman Entrambi i cromosomi sono ereditati dal padre

imprinting genomico In alcuni casi l’espressione di alcuni geni può variare secondo se sono stati ereditati per via paterna o materna. Questa espressione differenziale viene definita “imprinting genomico”

L’analisi delle mutazioni permette di:

Identificare gli individui in fase presintomatica Individuare gli eterozigoti a rischio di trasmettere una malattia genetica Effettuare la diagnosi prenatale Comprendere le basi genetiche delle malattie complesse più comuni