Fisiopatologia Prof. Gerolama Condorelli

Presentazione sul tema: "Fisiopatologia Prof. Gerolama Condorelli"— Transcript della presentazione:

1 Fisiopatologia Prof. Gerolama Condorelli
Dipartimento di Biologia e Patologia Cellulare e Molecolare “L. Califano”

2 Argomenti: DNA, RNA, Malattie genetiche
Danno cellulare, Necrosi e apoptosi Caratteristiche e classificazione degli ormoni Trasduzione del segnale Il cancro Il sistema immune L’aterosclerosi Le cellule staminali

3 Date di esami: 5 appelli Gennaio Febbraio Giugno Luglio Settembre

4 Patologia: Lo studio (logos) della sofferenza (pathos).
Definizioni: Patologia: Lo studio (logos) della sofferenza (pathos). É la disciplina che collega la scienza di base alla medicina clinica. Studio delle modificazioni funzionali alla base delle malattie.

5 Definizioni: Patologia generale: Studia le cause (eziologia) ed i meccanismi (patogenesi) che danno origine alle manifestazioni cliniche. Fisiopatologia: (Patologia sistemica) studia le alterazioni della funzione degli organi specializzati. Anatomia patologica: studia le alterazioni morfologiche e biochimiche di cellule, tessuti ed organi

6 Diversi livelli di organizzazione:
Cellule- tessuto- organo- apparato-Organismo

7 E’ possibile individuare più di 200 tipi cellulari distinti

8 Tutte le cellule hanno lo stesso patrimonio genetico che risiede nel DNA

9 Il DNA è la molecola della vita

10 DOVE SI TROVA IL PROGRAMMA CHE CONTROLLA LE FUNZIONI DEI VIVENTI ?
Nel DNA ! DOVE SI TROVA IL DNA ? Il DNA o acido deossiribonucleico è contenuto nel nucleo della cellula. Il DNA associato a proteine Costituisce i cromosomi. Il DNA si duplica in maniera fedele e viene trasmesso alle cellule figlie nelle divisioni cellulari

11 Sono cellule procariotiche,
I batteri Sono cellule procariotiche, prive di nucleo Negli organismi euacariotici il DNA è contenuto nel nucleo

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13 Il lievito del pane e della birra
Organismo eucariote unicellulare

14 Il DNA è composto da monomeri chiamati nucleotidi.
Ogni nucleotide è composto da uno zucchero a 5 atomi di carbonio al quale sono legati le basi azotate ed un gruppo fosfato

15 Lo zucchero che compone DNA è il desossiribosio
Lo zucchero che compone RNA è il ribosio Adenina Citosina Guanina Timina Uracile Le basi azotate sono in grado di formare legami idrogeno e di associarsi tra loro in modo reversibile DNA RNA

16 La molecola di DNA è a doppio filamento: forma una struttura a spirale definita doppia elica
Le basi azotate si appaiano nella doppia elica L’Adenina si accoppia con la Timina La Guanina si accoppia con la Citosina

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19 1954: Watson e Crick descrivono la doppia elica
Rosalind Franklin Non ha avuto il premio Nobel ma i suoi studi sono stati molto importanti 1954: Watson e Crick descrivono la doppia elica

20 Nel nucleo di ciascuna cellula il DNA è compresso in strutture definite cromosomi

21 Cromosomi I cromosomi sono costituiti da una regione centrale detta centromero che divide il cromosoma in due sezioni dette braccia. Braccio corto, p Braccio lungo, q

22 Un cromosoma umano medio contiene un doppio filamento di DNA lungo 8 centimetri!
Le cellule utilizzano meccanismi molto sofisticati per riuscire a comprimere tutto il loro DNA nell'esiguo spazio del volume nucleare

23 Ogni cromosoma è costituito da DNA strettamente avvolto a proteine definite ISTONI che fungono da supporto alla struttura del DNA

24 Ognuno di noi possiede 46 cromosomi:
22 coppie di autosomi e 2 cromosomi sessuali

25 Un cromosoma deriva dalla madre ed uno dal padre
Quindi, ogni persona ha due copie di ciascun gene: una derivante dal padre, ed uno dalla madre

26 Cromosomi di cellule umane
cellule in INTERFASE (fase tra una divisione e l’altra) Trattamento delle cellule con una sostanza fluorescente che viene incorporata specificamente nei cromosomi (cellula in divisione !) Divisione cellulare Una cellula si sta dividendo… I cromosomi si separano

27 Cosa è un gene? Unità funzionale dell’ereditarietà. Sono costituiti da DNA e contengono le informazioni per formare molecole chiamate proteine

28 Ogni gene codifica per una proteina
Le caratteristiche ereditarie sono sotto il controllo di tratti di DNA chiamati GENI Ogni gene codifica per una proteina

29 L’insieme dei geni di un organismo è definita GENOTIPO
Le caratteristiche visibili di un organismo, determinate dal genotipo in associazione con l’ambiente, sono chiamate FENOTIPO

30 Stesso genotipo….. ……Diverso fenotipo…..

31 I geni dell’uomo sono molto simili con quelli di altre specie
L’unicità di una specie non è imputabile ai geni di per sé, ma a come gli stessi geni sono regolati e organizzati nel genoma

32 I geni sono conservati nell’evoluzione
Alcuni geni si sono “conservati” durantel’evoluzione. Sequenza simile tra uomo e altre specie. Il 74% dei geni noti nell’uomo ha un corrispondente omologo in C.Elengans. Questo può essere utilizzato per lo studio della funzione dei geni nell’uomo.

33 L’informazione genetica contenuta nel DNA viene trasferita nell’RNA messaggero (mRNA) mediante un processo definito trascrizione che avviene nel nucleo

34 La molecola di RNA è a singolo filamento RNA: acido ribonucleico
Guanina Citosina Uracile Adenina

35 Trascrizione: come le cellule copiano il DNA di un gene in un trascritto a RNA

36 Un filamento di DNA funge da filamento stampo
per produrre l’RNA messaggero

37 L’RNAm contiene l’informazione per formare le proteine:
Processo definito TRADUZIONE

38 Sequenza coding (codificante) = quella che dà luogo a proteina= ESONE
Non tutta l’informazione contenuta nel DNA si tramuta in gene Sequenza coding (codificante) = quella che dà luogo a proteina= ESONE Sequenza NON coding (non codificante)= Funzione strutturale, regolatoria? INTRONE

39 Nell’mRNA maturo, gli introni sono eliminati
Il gene è costituito da: Regioni “codificanti” ESONI Regioni NON codificanti: INTRONI Nell’mRNA maturo, gli introni sono eliminati

40 Regioni non codificanti aumentano nella scala evolutiva

41 Processo di rimozione degli introni dagli esoni nella molecola di mRNA matura che deve tradursi in proteina SPLICING dell’RNA

42 Lo splicing dell’RNA rimuove gli introni e congiunge esoni adiacenti

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44 La traduzione avviene nella cellula in strutture chiamate ribosomi

45 Come l’informazione contenuta nel DNA e quindi nell’mRNA è utilizzata per la produzione delle proteine?

46 A G T C

47 Codone: tre basi nucleotitiche del DNA/mRNA che corrispondono ad uno specifico aminoacido

48 64 possibili combinazioni
Codice genetico 43 64 possibili combinazioni Solo 20 amino acidi

49 Codice genetico degenerato
Codice genetico: 61 codoni rappresentano i 20 aminoacidi, mentre 3 codoni indicano uno stop Codice genetico degenerato

50 Come una particolare sequenza di nucleotidi è specifica per un particolare aminoacido?

51 Grazie alla funzione svolta dalla molecola di RNBA chiamato RNA transfer (RNAt)

52 Vi sono tanti tRNA per ciascun aminoacido e per ciascuna tripletta di nucleotidi dell’mRNA (codoni)
L’aminoacido è attaccato all’appropriato tRNA grazie ad un enzima attivante specifico per quell’aminoacido e per quel codone

53 tRNA Ogni tRNA ha una sequenza di 3 nucleotidi, l’anticodone, che può legare la sequenza complementare dell’RNAm Anticodone: CGC Codone: GCG

54 Fasi della traduzione 1- legame del ribosoma all’RNAm
2- riconoscimento del segnale di inizio AUG 3- legame del tRNA ai ribosomi (il primo aminoacido è sempre una metionina) 4- Allungamento della catena polipeptidica. Legame covalente tra gli aminoacidi 5- termine della traduzione quando si incontra uno STOP codon.

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56 Gli aminoacidi formano le proteine

57 Gli aminoacidi che costituiscono le proteine

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60 Le proteine si organizzano in conformazioni complesse per svolgere diverse funzioni
Struttura secondaria Struttura primaria Struttura terziaria

61 E’ l’espressione dei geni e quindi delle proteine che cambia
Le cellule dei vari tessuti hanno lo stesso contenuto di DNA, ma hanno una FUNZIONE diversa E’ l’espressione dei geni e quindi delle proteine che cambia

62 L’espressione genetica cambia anche durante la trasformazione cellulare

63 La specificità tissutale è determinata in parte dal profilo dei fattori di trascrizione presenti in un tipo cellulare

64 Un gene può essere acceso o spento nella cellula grazie alla regolazione della trascrizione genica
La regolazione genica è un processo importante per il differenziamento e lo sviluppo dei tessuti. Le regioni regolatrici dei geni sono definite: regioni promotori enhancer Regolano qualitativamente e quantitativamente la funzione dei geni

65 Si conosce la sequenza del DNA della cellula?

66 Human genome project

67 Progetto genoma umano

68 Studi di genomica Si sono potuti leggere i 3 miliardi e 500 milioni di “lettere” che compongono il nostro DNA. Solo il 5% del DNA codifica per geni che dirigono la sintesi di RNA e proteine.

69 Studi di genomica funzionale
Conoscenza della funzione dei circa geni contenuti nel nostro DNA Utilizzo della bioinformatica

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71 Analisi dell’espressione genica
Estrazione dell’RNA Retrotrascrizione dell’RNA in presenza di un fluoroforo Ibridazione del target marcato con il vetrino Normalizzazione e combinazione dati Canale 1 Canale 2 Canali 1+2 Analisi dei dati Scansione del vetrino

72 Disporre di un microarray o chip, contenente DNA a singolo filamento, che rappresenta migliaia di geni, ognuno disposto in uno specifico spot. Ogni spot comprende migliaia di copie di filamenti di DNA.

73 Microarray Analisi comparativa simultanea di migliaia di geni in tipi cellulari diversi

74 Microarray chip Consiste di un vetrino su cui sono depositati migliaia di sonde di DNA complementari a sequenze geniche in un punto ben preciso del supporto (Griglia)

75 Paragonare due tipi cellulari
Es: cellula normale vs cellula neoplastica Cellula trattata con un composto VS cellula non trattata

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77 Verde il cDNA delle cellule Normali
Il chip viene poi messo a contatto con il chip molecole di DNA o di mRNA legate ad un marcatore fluorescente Esempio: Verde il cDNA delle cellule Normali Rosso quello delle cellule tumorali

78 Il legame si ottiene quando il cDNA del campione trova la sequenza di basi complementari sul chip.
Tale legame significa che il gene presente nel chip era attivo o "espresso" nel campione.

79 Mettere il chip in uno scanner
Mettere il chip in uno scanner. Il computer calcola il rapporto di marcature rosso/verde di ogni spot (per quantificare ogni variazione di attività genica indotta dal composto) e generare la lettura

80 Osservare se esiste una modulazione a carico di geni possibilmente coinvolti in un quadro noto di patologia

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82 Sostituire il gene malato con uno sano
Terapia genica Sostituire il gene malato con uno sano

83 La prima terapia genica umana per la sindrome SCID da deficienza di adenosina deaminasi (ADA )

84 La manipolazione del DNA Ingegneria genetica

85 Le applicazioni dell’ingegneria genetica
Il topo a destra porta il gene che codifica l’ormone della crescita del ratto Piante di soia resistenti all’erbicida glifosato.