Genetica Umana Lezioni 5-7

1906 BATESON E PUNNET COLORE DEL FIORE

FORMA DEL POLLINE

A---PORPORA

B---------ALLUNGATO

a---ROSSO

b---------ROTONDO

P F1 F2

AABB

X

aabb

AaBb (PORPORA-ALLUNGATO) PORPORA-ALLUNGATO/PORPORA-ROTONDO/ ROSSO-ALLUNGATO/ROSSO-ROTONDO

NON IN UN RAPPORTO DI 9:3:3:1 LE CLASSI PARENTALI MOLTO PIU’ NUMEROSE

BIVALENTE O TETRADE

NO C.O .

SOLO LA META’ DEI CROMATIDI RICOMBINERA’ IN QUEL PUNTO

SOLO LA META’ DEI GAMETI SARA’ RICOMBINANTE IN QUEL PUNTO

0 : GENI MOLTO VICINI

O MASCHIO DI DROSOFILA

FREQUENZA DI RICOMBINAZIONE

0

50%

50%: GENI MOLTO DISTANTI SULLO STESSO CROMOSOMA O SU CROMOSOMI DIVERSI

Considerando più geni associati (A, B, C, D,…N) la somma tra le frequenze di ricombinazione fra le singole coppie AB+BC+CD…+MN è spesso maggiore della frequenza di ricombinazione misurata considerando solo i due geni estremi A-N A

B

C

D……

M

Crossing-over multipli fanno sì che non vi sia più una corrispondenza diretta fra la frequenza di ricombinazione ed il numero di crossing-over

N

Interferenza tra chiasmi A---B---C = 16% X 12%=1,92% 16% 12%

(probabilità teorica che si verifichino 2 c.o.)

Ma supponiamo che la frequenza dei doppi scambi effettivamente avvenuti sia, ad esempio, dell’ 1%

1% < 1.92% Vi è interferenza tra chiasmi

Un crossing-over tra A e B e un crossing-over tra B e C non sono due eventi indipendenti

CIS

E

TRANS

Due coppie alleliche allo stato eterozigote sono in CIS CUR

+

ST

+

sono in TRANS X

CUR +

+ ST

CROSSING-OVER MITOTICO E’ un processo che può produrre cellule figlie con una combinazione genica differente rispetto alla cellula madre Avviene allo stadio di quattro cromatidi Possibile perdita di eterozigosità per alcuni loci nelle cellule che da questa derivano

CIS

E

TRANS

Due coppie alleliche allo stato eterozigote sono in CIS CUR

+

ST

+

sono in TRANS X

CUR +

+ ST

Cellula eterozigote Aa

Perdita di eterozigosità

AA e aa Segregazione alternativa all’anafase

CROMATINA

Eucromatina Eterocromatina

ULTRACENTRIFUGAZIONE IN GRADIENTE DI CLORURO DI CESIO

DNA SATELLITE FRAZIONI DI DNA CHE FORMANO PICCHI SECONDARI

Heitz (1928) definì eterocromatina quella parte di DNA che rimane condensata in interfase

L’eucromatina contiene la maggior parte dei geni attivi. L’eterocromatina è più fittamente impacchettata e si colora più intensamente

LOCALIZZAZIONE CROMOSOMICA DELLE PRINCIPALI CLASSI DI DNA RIPETUTO

1-4 pb tra i geni, negli introni, all’interno di sequenze codificanti

Minisatelliti da 5 a poche decine pb

IL DNA alfoide COSTITUISCE LA MASSA PRINCIPALE DEL DNA CENTROMERICO (ripetizioni di 171 pb)

Distrofia muscolare facio-scapolo-omerale (FSHD) Caratterizzata da: debolezza e atrofia dei muscoli facciali e del cingolo scapolare Trasmissione: autosomica dominante Difetto genetico: delezione di sequenze ripetute in tandem (D4Z4) localizzate nella regione subtelomerica del braccio lungo del cromosoma 4

Effetto di posizione

ETEROCROMATINA FACOLTATIVA

•

•

LA FEMMINA HA IL DOPPIO DI ALLELI X-LINKED RISPETTO AL MASCHIO COMPENSAZIONE DI DOSE

• UNO DEI DUE CROMOSOMI X DEVE ESSERE INATTIVATO

A

a

Femmina eterozigote per un gene che controlla il colore del mantello

Inattivazione casuale di uno dei due cromosomi X nelle diverse cellule

Sarà attivo l’X con l’allele dominante

A A

Sarà attivo l’X con l’allele recessivo

a A

a

a

Le cellule figlie mantengono lo stesso X inattivo

Si formano due diversi cloni di cellule: in uno si manifesterà il carattere recessivo nell’altro il carattere dominante

CARATTERISTICHE

X ATTIVO

X INATTIVO

TEMPO DI REPLICAZIONE

PRECOCE

TARDIVA

CONDENSAZIONE

DECONDENSATO

CONDENSATO

METILAZIONE

RIDOTTA

ABBONDANTE

ACETILAZIONE ISTONI (H4)

IPERACETILATI

IPOACETILATI

(CH3-COO)

ETEROCROMATINIZZAZIONE DELL’X

Il gene XIST viene trascritto in RNA

un RNA che, legandosi in cis al cromosoma X da cui è stato prodotto, modifica la conformazione della cromatina

RNA Solo localizzazione nucleare Non codifica per nessuna proteina

Le LINE possono agire come sostegno per l’RNA di XIST

Il contatto dell’RNA con le LINE modifica la cromatina anche a livello delle sequenze non ripetute inframmezzate

Il cromosoma X assume le caratteristiche dell’eterocromatina

XAR: regolatori dell’attivazione dell’X

Molecole di origine autosomica

XAR: regolatori dell’attivazione dell’X

X attivo

X inattivo

MECCANISMI DIVERSI DI COMPENSAZIONE DI DOSE

Uno dei due X viene

L’unico X del

inattivato: l’RNA di

maschio viene

Xist blocca la

ipertrascritto

trascrizione agendo in

per compensare la

cis. Il cromosoma X

presenza doppia dei

inattivo diventa eteropicnotico e si duplica alla fine della fase S

geni nella femmina

ORGANISMI UNICELLULARI

ORGANISMI PLURICELLULARI

Regolazione a breve termine

Regolazione a lungo termine

GENI COSTITUTIVI: (Housekeeping) sempre attivi nelle cellule in crescita

GENI REGOLATI: la loro attività è controllata in risposta alle necessità della cellula

Operone Lattosio

β- galattosidasi

Permeasi

Transacetilasi

Produzione di enzimi per l’utilizzo del lattosio

Induttore

Enzimi inducibili

Regolazione trascrizionale di tipo negativo P

O

Z

Y

a

i

Repressore

ß-galattosidasi

permeasi

transacetilasi

Il gene regolatore i produce una proteina repressore che, in assenza di lattosio, si lega all’operatore impedendo la trascrizione dei tre geni strutturali

Proteine allosteriche

Proteine che mutano forma in seguito al legame con un altro composto

Il legame del complesso cAMP+ CAP alla prima parte del promotore catalizza l’attacco della RNA-polimerasi ad un secondo sito del promotore

Bassa concentrazione di glucosio RNA polimerasi

Operatore

Alto grado di trascrizione

Enzimi

Alta concentrazione di glucosio RNA polimerasi

Operatore

Basso grado di trascrizione

Il gene negli eucarioti

SITI POTENZIALI DI REGOLAZIONE DELL’ESPRESSIONE GENICA

• Trascrizione • Maturazione • Trasporto • Traduzione e degradazione dell’mRNA • Maturazione e degradazione delle proteine

MODIFICAZIONI NELLA STRUTTURA DEL GENOMA

FATTORI DI TRASCRIZIONE Il primo fattore di trascrizione TF II D si lega al DNA a livello del TATA box

Un secondo fattore di trascrizione si unisce al primo L’RNA polimerasi si lega solo dopo che più fattori di trascrizione si sono già combinati al DNA

Altri fattori si uniscono Il complesso è pronto per la trascrizione

REGIONI AMPLIFICATRICI (ENHANCER) Possono essere localizzate anche ad una distanza di 20.000 bp

Il ripiegamento del DNA può far sì che una proteina attivatrice interagisca col complesso di inizio della trascrizione

SPLICING ALTERNATIVO

DETERMINA DIVERSI CONTENUTI IN ESONI NELL’mRNA PER LA TROPOMIOSINA IN DIFFERENTI TESSUTI

SPLICING ALTERNATIVO E SITI DIVERSI PER IL POLI-A

Nella tiroide

Nell’ipotalamo

METILAZIONE DNA

Eterocromatinizzazione dell’X

RNA

Istoni ipoacetilati

Cromatina inattiva Acetilazione

CH3-COO Istoni iperacetilati

Cromatina attiva

Le code delle proteine istoniche cariche positivamente interagiscono con il DNA

L’acetilazione delle code indebolisce l’interazione con il DNA che diventa accessibile a fattori di trascrizione