Appunti di Genetica: dalle leggi di Mendel alle malattie genetiche

GENETICA

INTRODUZIONE

Malattie puramente genetiche-> malattie mendeliane o monogeniche, cioè seguono proprio le leggi di Mendel; Malattie multifattoriali-> malattie che in parte sono genetiche ma in più c'è un esposizione ambientale che fa sviluppare la malattia. Secondo Mendel i caratteri sono determinati da fattori distintivi, unità fisiche discrete trasmesse intatte attraverso le generazioni e in modo indipendente-> esperimenti su dei piselli, 3 leggi fondamentali valide e utilizzate ancora oggi.

Tipi di Genetica

• Classica o Mendeliana, trasmissione dei caratteri che vengono ereditati tenendo conto della relazione tra genotipo (costituzione genetica personale) e fenotipo (espressione esterna del genotipo), sono stati utilizzati diversi organismi modello per vedere qual'è la funzione di un determinato gene mutante per poi essere traslati sull'uomo (drosophila, zebrafish, c elegans-> hanno un ciclo vitale breve, progenie numerosa e facile da tenere in laboratorio quindi sono usati per semplicità) ad esempio drosophila viene usata dal 900 per studiare i suo mutamenti con diverse tecniche (esempio tramite radiazioni) ed è l'organismo più utilizzato nella ricerca biologica (7 scienziati hanno vinto il premio nobel), geni omeotici relativi a livello embrionale delle larve ad esempio. Approccio-> tramite incroci si studiano i geni con le loro trasmissioni nelle generazioni, si identificano i geni che determinano un dato genotipo e fenotipo per controllare quindi un processo biologico complesso.
• Di popolazione, come la frequenza di un gene è distribuita in una popolazione e come variano le sue frequenze nel tempo e nello spazio (fenomeno delle migrazioni), si basa sulla legge di Hardy Weinberg che stabilisce che la somma delle frequenze di un determinato gene si mantiene costante nel tempo e nello spazio in assenza di cambiamenti evoluzionistici (la costanza è ideale in quanto nella realtà ci sono delle forze evoluzionistiche che variano la frequenza costante).
• Molecolare, studia la struttura chimica-molecolare del DNA e dei geni con i loro processi di duplicazione, trascrizione e traduzione-> da queste sono nate la genetica: genomica (tutti i geni di un organismo), trascrittomica e proteomica (tutte le proteine sintetizzate in un organismo).

(Noi siamo un organismo diploide cioè per ogni gene abbiamo due alleli: uno dalla madre e uno dal padre).

Genetica Molecolare e Medicina

Genetica molecolare e medicina-> circa il 10% dei tumori più comuni, come al seno o al colon retto, hanno un influenza forte dalla genetica ereditaria; le malattie monogeniche come la fibrosi cistica o quelle cromosomiche come la sindrome di down colpiscono il 2% dei neonati; durante il corso della vita il 5% delle persone manifesteranno la malattia in cui lacomponente genetica è importante ma sarà poi una componente esterna a far sviluppare la malattia quindi si parla di multifattoriali (es malattie cardiovascolari).

Medicina di Precisione

Medicina di precisione: studia la persona dal punto di vista genetico per capire se la terapia può dare beneficio alla persona malata. Prima si tendeva a dare la stessa terapia a chiunque fosse affetto di una stessa malattia ma essa non dava benefici a tutti anzi per alcuni poteva essere tossica. Quindi prima di somministrare la cura si va a studiare la persona a livello genetico, proteico e metabolico e in base a ciò si stabilisce la terapia più corretta.

1. Identificazione della malattie (diagnosi);
2. Terapia scelta in base alla mutazione;
3. Marcatori genetici utilizzati per il follow up e la prognosi-> correlazione anche della recidiva della malattia in relazione allo sviluppo della malattia.

Test Genetici Predittivi

I test genetici predittivi permettono di individuare delle varianti genetiche che conferiscono all'individuo un rischio maggiore di sviluppare la malattia quindi indica quanto siamo a rischio di contrarre una determinata malattia o no (ciò non è detto che la persona si ammalerà ma è più propensa rispetto agli atri), sono usati molto in ambito oncologico e neurologico. BRCA 1 cromosoma 17 e BRCA 2 cromosoma 13-> geni che aumentano il rischio di sviluppare il tumore al seno e all'ovaio, senza questi geni per il tumore al seno 12% di probabilità, con questi geni 45-87%, per il tumore all'ovaio senza la mutazione di questi geni probabilità del 2%, con queste mutazioni aumenta dell'11-40%. Questi test vengono fatti solo in quelle famiglie in cui si sono presentate queste malattie, in genera la prima persona che si è ammalata sarà la prima a eseguire il test e successivamente i familiari di primo grado-> dove è presente un'elevata familiarità. Vale sia per maschi che per femmine. I test vengono fatti in vari ambiti della medicina. Nelle cellule cancerose i geni non sono in grado di controllare e curare le mutazioni perciò le cellule malate aumentano notevolmente e rapidamente.

Terapia Genica

Terapia genica-> iniettare, in maniera diretta o tramite un virus, il gene coretto all'interno dell'uomo; può però inserirsi in maniera errata su un gene non contemplato quindi può causare dei problemi invece che benefici. Non dura nel tempo, elevata variabilità di risposta nei pazienti e in alcuni casi il gene può continuare ad essere espresso.

Organismi Geneticamente Modificati

Organismi geneticamente modificati in ambito agricolo-> modifica, aggiunta o rimozione di geni specifici. Esempio:_ BT mais ha consentito di ridurre notevolmente l'utilizzo di antiparassitari negli USA nel mais ma anche per altre specie circostanti perché con questo si vanno ad uccidere dei parassiti tramite quindi una tossina velenosa contenuta in esso. _ Golden rise, ricco di beta carotene che nel nostro organismo si trasforma in vitamina A-> introdotti dei geni endogeni per produrre un riso con più beta carotene. Mucca belga non è geneticamente mutata ma è sorta naturalmente quindi la variante del gene crea un maggiore apporto muscolare dell'animale.

Ambito Forense

Ambito forense-> dna fingerprint per risalire ai polimorfismi del dna di una persona, ognuno di noi ce l'ha diverso, usati per il test di paternità o in scene del crimine (dall'impronta digitale si schematizza il polimorfismo personale per vedere le ripetizioni del mini e micro satellite), viene usato anche in ambito agricolo.

Epigenetica

Epigenetica-> le nostre influenze ambientali, quindi esterne, agiscono sul nostro genoma creando delle modificazioni epigenetiche, sono reversibili (esempio dieta, attività fisica, vita sociale, farmaci, fumo, alcol, ... ). Esempio-> gemelli monozigoti, quindi stesso epigenoma ma con diversi fenotipi per le differenti influenze esterne epigenomiche.

Mutazioni Omeiotiche

Mutazioni omeiotiche Una mutazione del gene omeotico nel drosophila modifica il segmento T3 diventa T2. Nell'uomo sindattilia (dita unite a livello osseo o cutaneo) o polidattilia (un dito in più).

Scoperte Recenti

• Micro RNA silenziamento trascrizionale-> utilizzati per esempio nei tumori per silenziamento di geni specifici, sono utili quindi in ambito farmacologico e oncologico, è stato vinto il premio nobel per la medicina nel 2024.
• CRISPR/Cas9-> aiuta a proteggere l'organismo da attacchi di virus batterici quindi agisce come sistema immunitario dei batteri, è stato modificato per ottenere un editing genetico quindi si può utilizzare per inattivare geni la cui espressione è aberrante e nociva o inserendo geni normali al posto dei geni mutanti (vinto il premio nobel per la chimica nel 2020).
• Gene period per drosophila, nella notte si accumula mentre durante il giorno si degrada, ritmo sonno-veglia dell'uomo.
• RNA interference (iRNA), introdotto nelle cellule che includono uno specifico ed efficiente silenziamento genico a livello post-trascrizionale, premio nobel per la medicina nel 2006.
• GFP (green fluorescent protein), individuato in un organismo acquatico e poi creata in laboratorio, usata per identificare e localizzare subcellule delle proteine, permette di seguire l'espressione di un gene nello spazio e nel tempo, grande scoperta per evitare di usare dei radioattivi ma solo tecniche di microscopia a fluorescenza, vinto il premio nobel per la chimica nel 2008.

LEZIONE 2

LA GENETICA MENDELIANA (NELLA SPECIE UMANA)

Le leggi di Mendel si applicano nella specie umana, ci sono diverse patologie relazionate anche all'ambito odontoiatrico e che seguono proprio queste leggi. La maggior parte delle malattie dell'uomo non segue queste leggi perché non c'è solo una influenza genetica ma anche una esterna ambientale (malattia multifattoriale). Mendel visse nel 1800, era un biologo e anche un monaco, fece degli esperimenti su dei piselli sui quali si basano le sue leggi. Gene 1, allele a e a-> omozigosi. Gene 2, allele B e b -> eterozigosi. AA omozigote dominante. aa omozigote recessivo. Aa eterozigote. Genotipo= personale costituzione genetica (es: aa o Bb). Fenotipo= manifestazione esterna del genotipo (noi lo chiamiamo carattere, in medicina è la malattia-> manifestazione di un genotipo, magari modificato, che mi dà una patologia). Alleli= forme alternative di uno stesso gene. Locus= posizione fisica del gene sul cromosoma. AA e Aa mi danno lo stesso fenotipo per una questione di dominanza pur avendo diversi genotipi.

ESPERIMENTI DI MENDEL

Esperimenti sui "pistum savitum", pianta di piselli, la utilizzò perché era un modello molto buono per studiare la trasmissione dei caratteri in quanto c'erano diverse forme e colori di fiori e baccelli-> possibilità di studiare tanti fenotipi e genotipi con diversi incroci in poco tempo, tempi di generazioni molto brevi, inoltre sono piante facili da tenere, era possibile fare un autofecondazione ma anche una incrociata (sullo stesso fiore sono presenti sia i gameti femminili che quelli maschili), era anche poco costoso. Nell'antera del fiore, dove c'è il polline, sono contenuti i gameti mentre lo stigma è il ricettacolo del polline. Fecondazione incrociata: prendere il polline di una pianta per inserirlo in una diversa. 1 7 caratteri studiati da Mendel-> colore fiore (bianco o porpora), colore del seme (giallo o verde), forma del seme (liscio o rugoso), altezza stelo (alto o basso), posizione dei fiori (assiale o terminale), colore del baccello e forma del baccello.