Il Sistema Modello di Caenorhabditis elegans e i “geni” dell'apoptosi ADI a.a. 2014-2015.

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1 Il Sistema Modello di Caenorhabditis elegans e i “geni” dell'apoptosi ADI a.a. 2014-2015

2 A differenza della necrosi, l’apoptosi è “discreta”, per il fatto di non lasciare tracce

3 Figure 18-6 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)‏ La Via Estrinseca dell’Apoptosi

4 Figure 18-8 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)‏ La Via Intrinseca dell’Apoptosi

5 L’Apoptosi è un processo fisiologico ed è presente anche negli animali superiori, uomo compreso Sviluppo di organi cavi (es., intestino) Sviluppo delle dita Sviluppo del sistema nervoso

6 wild-type Sopravvivenza cellulare Morte Cellulare Programmata (APOPTOSI) La vita di una cellula prevede un fine bilanciamento di segnali anti- e pro-apoptotici

7 Prevalenza di meccanismi anti-apoptotici: Iperproliferazione, malattie autoimmuni, cancro Prevalenza di meccanismi pro-apoptotici: Perdita di cellule, malattie (neuro-)degenerative Alterazioni nei meccanismi di sopravvivenza e morte cellulare sono alla base di numerose malattie umane

8 “organismi modello” e “sistemi modello” vengono selezionati per studiare aspetti più semplici e maggiormente comprensibili e perché possono essere manipolati

9 2013 Rothman, Schekman, Südhof MedicinaTraffico vescicolare 2012 Gurdon, Yamanaka Medicina Riprogrammazione Cellule Staminali 2012 Lefkowitz, Kobilka Chimica Recettori accoppiati a proteine G 2011Beutler, Hoffman, SteinmanMedicina Immunità innata, cellule dendritiche 2009Blackburn, Greider, SzostakMedicina Telomeri e telomerasi 2009 Ramakrishnan, Steitz, Yonath Chimica Struttura e Funzioni dei Ribosomi 2008 Shimomura, Chalfie and Tsien Chimica Green Fluorescent Protein, GFP 2007Capecchi, Evans, SmithiesMedicina Mutazioni geniche “artificiali” nel topo 2006Fire, Mello Medicina Interferenza mediata da RNA in C. elegans 2006Kornberg Chimica RNA polimerasi II 2004Axel, Buck Medicina Recettori olfattivi 2004 Ciechanover, Hershko, Rose Chimica Ubiquitina e degradazione proteine 2003Agre, MacKinnon Chimica Canali di membrana 2002Brenner, Sulston, Horvitz Medicina C. elegans, apoptosi 2001Hartwell, Hunt, Nurse Medicina Ciclo cellulare 2000Carlsson, Greengard, Kandel Medicina Trasduzione di segnali nel Sistema Nervoso Premi Nobel di area biomedica (2000-2013)

10 Introduzione di Caenorhabditis elegans come sistema modello, anni '60 -Trasparente, ciclo vitale breve -Generazione di modelli genetici -Primo genoma completamente sequenziato tra gli organismi pluricellulari -L'intuizione: molto più simile a noi di quanto si potesse immaginare Sydney Brenner, born 1927, La Jolla, CA, USA.

11 Caenorhabditis elegans Simple organism (959 cells) Transparent Short life cycle: embryonic development (14 hours) larval development (48 hours) Genome sequence fully available from 1998 (≈20.000 genes) Reverse genetics (Transgenics, RNA interference, KO, genetic resources)

12 Forward genetics: phenotypegene Reverse genetics: genephenotype Gene function

13 ATG TGA IIIIIIIVVVIVIIVIIIIX feh-1 UV, TMP ATG feh-1 gb561

14 WW N--C PTB1PTB2 IIIVIVIIVIIIIX gb561 IIIIIIIVVVIVIIVIIIIX feh-1 STOP N--C

15 +/++/--/- Zambrano et al. (2002) J. of Cell Science “Genetic” silencing (KO) of a gene in C. elegans

16 +/++/--/- Genetic vs. Post-transcriptional gene silencing in C. elegans Zambrano et al. (2002) J. of Cell Science

17 John Sulston, born 1942, Cambridge, England. “Albero genealogico” di ciascuna delle 959 cellule di Caenorhabditis elegans - Descrizione dettagliata dello sviluppo dei semplici organi di C. elegans -Individuazione di cellule che vanno incontro a morte cellulare programmata o “apoptosi”

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20 Caratterizzazione molecolare dell’apoptosi -Processo a più tappe, che parte dal mitocondrio e comporta la degradazione di componenti strutturali (proteine) ed informazionali (DNA, RNA) della cellula -L’apoptosi è un processo fisiologico presente negli organismi pluricellulari Robert Horvitz, born 1947, Cambridge, MA, USA.

21 ced-1 e ced-2, gli “spazzini” Mutanti ced-1 (e ced-2) rendono evidente l'apoptosi per un difetto della rimozione di cellule apoptotiche

22 ced-3, il killer L'introduzione di una mutazione di ced-3 in vermi mutanti ced-1 non fa vedere cellule apoptotiche

23 Il neurone HSN, importante per la deposizione delle uova, non si forma in mutanti egl-1 perché perso per morte cellulare programmata

24 Doppi mutanti egl-1/ced-3 presentano un neurone HSN funzionale La mutazione di ced-3 “sopprime” la mutazione di egl-1

25 La ricerca di geni che, come ced-3 “sopprimano” gli effetti della mutazione di egl-1, ha permesso l'identificazione del “killer”, ced-4

26 Mutanti gain-of function e loss-of-function di ced-9 identificano il “gene della sopravvivenza”

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29 Figure 18-9 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)‏ I Regolatori dell’Apoptosi: Proteine BCL CED-9 EGL-1

30 ... Take-home message:

31 CdL Medicina e Chirurgia, a.a. 2005/2006 C. elegans, visto dai nostri Studenti