Le basi della genetica mendeliana, sequenziamento e genoma umano

Le Basi della Genetica Mendeliana

Esperimenti di Gregor Mendel

1. ESPERIMENTI DI GREGOR MENDEL
2. LEGGI DI MENDEL PRIMA LEGGE DI MENDEL SECONDA LEGGE DI MENDEL

PISELLO COMUNE (PISUM SATIVUM) INCROCI E OSSERVAZIONI RISULTATI E DEDUZIONI INCROCIO DIIBRIDO MENDEL SCELSE IL PISELLO COMUNE PER I SUOI ESPERIMENTI GRAZIE ALLA SUA FACILITÀ DI COLTIVAZIONE E ALLA POSSIBILITÀ DI CONTROLLARE L'IMPOLLINAZIONE INCROCIO MONOIBRIDO MENDEL DEDUSSE REGOLE MATEMATICHE DAI SUOI RISULTATI, STABILENDO LE BASI DELLA GENETICA MODERNA

LA PRIMA LEGGE DI MENDEL, O LEGGE DELLA SEGREGAZIONE, AFFERMA CHE I DUE ALLELI PER CIASCUN CARATTERE SI SEPARANO DURANTE LA FORMAZIONE DEI GAMETI

LA SECONDA LEGGE DI MENDEL, O LEGGE DELL'ASSORTIMENTO INDIPENDENTE, STABILISCE CHE I MEMBRI DI DIFFERENTI COPPIE DI ALLELI VENGONO EREDITATI INDIPENDENTEMENTE L'UNO DALL'ALTRO

L'INCROCIO MONOIBRIDO COINVOLGE PIANTE CHE DIFFERISCONO PER UN SOLO CARATTERE, PERMETTENDO A MENDEL DI OSSERVARE LA SEGREGAZIONE DEGLI ALLELI

L'INCROCIO DIIBRIDO COMPRENDE PIANTE CHE DIFFERISCONO PER DUE CARATTERI, RIVELANDO LA LEGGE DELL'ASSORTIMENTO INDIPENDENTELE BASI DELLA GENETICA MENDELIANA

Terminologia Genetica

1. TERMINOLOGIA GENETICA
2. APPLICAZIONI DELLA GENETICA MENDELIANA

GENE ALLELE FENOTIPO E GENOTIPO MEIOSI E SEGREGAZIONE PROBABILITÀ IN GENETICA

UN GENE È IL PIÙ PICCOLO SEGMENTO EREDITARIO CAPACE DI DETERMINARE UNA CARATTERISTICA BIOLOGICA IN UN ORGANISMO

UN ALLELE È UNA FORMA ALTERNATIVA DI UN GENE CHE PUÒ INFLUENZARE IL FENOTIPO DI UN ORGANISMO

IL FENOTIPO RAPPRESENTA LE CARATTERISTICHE OSSERVABILI DI UN INDIVIDUO, MENTRE IL GENOTIPO INDICA LA SUA COSTITUZIONE GENETICA

OGGI SAPPIAMO CHE LE CARATTERISTICHE MENDELIANE SONO IL RISULTATO DELLA SEGREGAZIONE DEI CROMOSOMI DURANTE LA MEIOSI

LE REGOLE DELLA PROBABILITÀ, COME LA REGOLA MOLTIPLICATIVA E LA REGOLA ADDITIVA, SONO UTILIZZATE PER CALCOLARE LE PROBABILITÀ DI EVENTI GENETICISEQUENZIAMENTO DI NUOVA GENERAZIONE

Sequenziamento di Nuova Generazione

Tecnologie di Sequenziamento

1. TECNOLOGIE DI SEQUENZIAMENTO
2. WORKFLOW DI NGS

PREPARAZIONE DELLA LIBRERIA AMPLIFICAZIONE E SEQUENZIAMENTO ANALISI DEI DATI SEQUENZIAMENTO SANGER SEQUENZIAMENTO DI NUOVA GENERAZIONE (NGS) METODI DI SEQUENZIAMENTO

IL SEQUENZIAMENTO SANGER UTILIZZA LA CLONAZIONE IN VIVO E LA RILEVAZIONE DI SEGNALI COME PROCESSI SEPARATI PER OTTENERE LETTURE DI SEQUENZE DI DNA

AMPLIFICAZIONE IN VITRO SEQUENZIAMENTO MASSIVAMENTE PARALLELO

I METODI DI SEQUENZIAMENTO POSSONO ESSERE SUDDIVISI IN SEQUENZIAMENTO MIRATO, COME IL WHOLE EXOME SEQUENCING, E SEQUENZIAMENTO DELL'INTERO GENOMA, COME IL WHOLE GENOME SEQUENCING

LA PREPARAZIONE DELLA LIBRERIA IMPLICA LA FRAMMENTAZIONE DEL DNA E L'AGGIUNTA DI ADATTATORI PER FACILITARE IL SEQUENZIAMENTO

DURANTE L'AMPLIFICAZIONE, I FRAMMENTI DI DNA IBRIDATI INTERAGISCONO CON I PRIMER VICINI, GENERANDO CLUSTER CLONALI CHE VENGONO POI SEQUENZIATI IN PARALLELO

L'ANALISI DEI DATI IMPLICA L'ALLINEAMENTO DELLE LETTURE ALLA SEQUENZA DI RIFERIMENTO E LA CHIAMATA DELLE VARIANTI GENETICHE

L'AMPLIFICAZIONE IN VITRO CONSENTE DI GENERARE MOLTEPLICI COPIE DI FRAMMENTI DI DNA, FACILITANDO L'ANALISI DI SEQUENZE COMPLESSE

IL SEQUENZIAMENTO MASSIVAMENTE PARALLELO PERMETTE DI OTTENERE CENTINAIA DI GIGABASI DI DATI IN UN SINGOLO RUN, AUMENTANDO NOTEVOLMENTE L'EFFICIENZA RISPETTO AI METODI TRADIZIONALISEQUENZIAMENTO DI NUOVA GENERAZIONE

Progetti e Pubblicazioni

1. PROGETTI E PUBBLICAZIONI
2. COSTI E SVILUPPO DELLA TECNOLOGIA

PROGETTI DI SEQUENZIAMENTO PUBBLICAZIONI SCIENTIFICHE COSTI DI SEQUENZIAMENTO EVOLUZIONE DELLA TECNOLOGIA NGS

PROGETTI COME IL 1000 GENOMES PROJECT E L'ENCODE PROJECT HANNO CONTRIBUITO SIGNIFICATIVAMENTE ALLA COMPRENSIONE DELLA GENETICA UMANA ATTRAVERSO IL SEQUENZIAMENTO DI GRANDI QUANTITÀ DI DNA

LE PUBBLICAZIONI SCIENTIFICHE DERIVANTI DA QUESTI PROGETTI HANNO FORNITO DATI CRUCIALI PER LA RICERCA GENETICA E LA MEDICINA PERSONALIZZATA

I COSTI PER MEGABASE SEQUENZIATA SONO DIMINUITI DRASTICAMENTE NEL TEMPO, RENDENDO IL SEQUENZIAMENTO DEL DNA PIÙ ACCESSIBILE PER LA RICERCA E LA CLINICA

L'EVOLUZIONE DELLA TECNOLOGIA NGS HA PORTATO A UN AUMENTO DELLA CAPACITÀ DI SEQUENZIAMENTO E A UNA RIDUZIONE DEI COSTI, FACILITANDO L'ADOZIONE DI QUESTE TECNICHE IN VARI AMBITI SCIENTIFICIIL GENOMA UMANO E LE SUE VARIANTI

Il Genoma Umano e le Sue Varianti

Struttura del Genoma Umano

1. STRUTTURA DEL GENOMA UMANO

DIMENSIONI DEL GENOMA COMPOSIZIONE DEL DNA DNA CODIFICANTE DNA NON CODIFICANTE

IL GENOMA CONTIENE SEQUENZE RIPETUTE COME LINES, SINES E TRASPOSONI, CHE COSTITUISCONO UNA PARTE SIGNIFICATIVA DEL DNA INTERGENICO

I POLIMORFISMI DEL DNA INCLUDONO SNP (SINGLE NUCLEOTIDE POLYMORPHISM) E STR (SHORT TANDEM REPEAT), CHE RAPPRESENTANO VARIAZIONI NEL NUMERO DI UNITÀ RIPETUTE E SOSTITUZIONI DI SINGOLE BASI

MUTAZIONI PUNTIFORMI INSERZIONI E DELEZIONI

IL GENOMA UMANO È LUNGO CIRCA 3200 MB, DI CUI SOLO 48 MB (1.5%) È RAPPRESENTATO DA DNA CODIFICANTE

IL DNA CODIFICANTE COMPRENDE CIRCA 22000 GENI CHE CODIFICANO PER PROTEINE, MA NON C'È CORRELAZIONE TRA LA COMPLESSITÀ DEGLI ORGANISMI E IL NUMERO DI GENI

LA MAGGIOR PARTE DEL DNA UMANO È COSTITUITA DA SEQUENZE INTERGENICHE E DNA CORRELATO AI GENI, COME INTRONI E PSEUDOGENI

Varianti Genetiche

1. VARIANTI GENETICHE

TIPI DI MUTAZIONI POLIMORFISMI DEL DNA ELEMENTI RIPETUTI

LE MUTAZIONI PUNTIFORMI COINVOLGONO UN SINGOLO NUCLEOTIDE E POSSONO ESSERE SILENTI, MISSENSO O NON SENSO, INFLUENZANDO LA FUNZIONE DELLA PROTEINA

LE INSERZIONI E LE DELEZIONI DI NUCLEOTIDI POSSONO CAUSARE MUTAZIONI FRAMESHIFT, ALTERANDO LA SEQUENZA DI AMMINOACIDI E PORTANDO A PROTEINE NON FUNZIONALIIL GENOMA UMANO E LE SUE VARIANTI

Database Genetici

1. DATABASE GENETICI

GNOMAD CLINVAR OMIM

GNOMAD È UN DATABASE CHE AGGREGA INFORMAZIONI SULLE VARIANTI GENETICHE E LA LORO FREQUENZA NELLE POPOLAZIONI

CLINVAR RACCOGLIE INFORMAZIONI SULLE VARIANTI GENOMICHE E LA LORO RELAZIONE CON LA SALUTE UMANA, FORNENDO VALUTAZIONI SULLA PATOGENICITÀ

OMIM È UN COMPENDIO AUTOREVOLE DI GENI UMANI E FENOTIPI GENETICI, AGGIORNATO QUOTIDIANAMENTE PER RIFLETTERE LE SCOPERTE PIÙ RECENTI

Browser Genomici

1. BROWSER GENOMICI

FUNZIONALITÀ DEI BROWSER GENOMICI UCSC GENOME BROWSER

I BROWSER GENOMICI CONSENTONO DI VISUALIZZARE LA LOCALIZZAZIONE DI GENI, POLIMORFISMI E SEQUENZE RIPETUTE NEL GENOMA, FACILITANDO L'ANALISI DELLE ANNOTAZIONI GENOMICHE

L'UCSC GENOME BROWSER OFFRE UN'INTERFACCIA PER ESPLORARE IL GENOMA UMANO, MOSTRANDO LE ANNOTAZIONI E LE COORDINATE GENOMICHE IN MODO INTERATTIVOMALATTIE GENETICHE E LORO EREDITÀ

Malattie Genetiche e Loro Eredità

Malattie Monogeniche

1. MALATTIE MONOGENICHE

DEFINIZIONE PREVALENZA EREDITÀ MENDELIANA

LE MALATTIE MONOGENICHE SONO CONDIZIONI PATOLOGICHE CAUSATE DA MUTAZIONI IN SINGOLI GENI E SEGUONO I MECCANISMI DELL'EREDITARIETÀ MENDELIANA

SEBBENE SIANO PER LO PIÙ RARE, LE MALATTIE MONOGENICHE COLPISCONO UN NUMERO ELEVATO DI PERSONE, STIMATO TRA I 25 E I 30 MILIONI IN EUROPA

LE MALATTIE MONOGENICHE SEGUONO I PRINCIPI DELL'EREDITARIETÀ MENDELIANA, CHE PERMETTE DI RICONOSCERE MODELLI DI TRASMISSIONE ATTRAVERSO GLI ALBERI GENEALOGICI

Eredità Autosomica Dominante

1. EREDITÀ AUTOSOMICA DOMINANTE

CARATTERISTICHE ESEMPIO NUOVE MUTAZIONI

L'EREDITARIETÀ AUTOSOMICA DOMINANTE COLPISCE ENTRAMBI I SESSI IN PROPORZIONI SIMILI E PRESENTA INDIVIDUI AFFETTI IN TUTTE LE GENERAZIONI

UN ESEMPIO DI MALATTIA AUTOSOMICA DOMINANTE È LA NEUROFIBROMATOSI TIPO I, CAUSATA DA MUTAZIONI NEL GENE NF1, CHE PORTA A MANIFESTAZIONI CLINICHE VARIABILI

LE MUTAZIONI A INSORGENZA DE NOVO POSSONO VERIFICARSI NELLO ZIGOTE O NELLE FASI PRECOCI DELLO SVILUPPO EMBRIONALE, RISULTANDO IN INDIVIDUI AFFETTI SENZA PRECEDENTI FAMILIARIMALATTIE GENETICHE E LORO EREDITÀ

Penetranza ed Espressività Variabile

1. PENETRANZA ED ESPRESSIVITÀ VARIABILE

PENETRANZA ESPRESSIVITÀ VARIABILE FATTORI INFLUENZANTI

LA PENETRANZA SI RIFERISCE ALLA PERCENTUALE DI INDIVIDUI CON UNA MUTAZIONE CHE ESPRIMONO IL FENOTIPO ASSOCIATO, CON VALORI INFERIORI A UNO INDICANTI PENETRANZA INCOMPLETA

L'ESPRESSIVITÀ VARIABILE DESCRIVE IL GRADO DI MANIFESTAZIONE CLINICA DI UNA MALATTIA, CHE PUÒ DIFFERIRE ANCHE TRA MEMBRI DELLA STESSA FAMIGLIA

FATTORI COME L'AMBIENTE, INTERAZIONI CON GENI MODIFICATORI E ETEROGENEITÀ DELLE MUTAZIONI POSSONO INFLUENZARE SIA LA PENETRANZA CHE L'ESPRESSIVITÀ DI UNA MALATTIA

Mosaicismo Germinale

1. MOSAICISMO GERMINALE

DEFINIZIONE IMPLICAZIONI

IL MOSAICISMO GERMINALE È LA PRESENZA DI UNA MUTAZIONE CONFINATA ALLE CELLULE GERMINALI, CHE PUÒ ESSERE TRASMESSA ALLA PROLE SENZA CHE IL GENITORE MANIFESTI LA MALATTIA

QUESTO FENOMENO SPIEGA LA RICORRENZA DI MALATTIE AUTOSOMICHE DOMINANTI IN FAMIGLIE IN CUI I GENITORI SEMBRANO SANI, AUMENTANDO IL RISCHIO DI TRASMISSIONE DELLA MUTAZIONEEREDITÀ E VARIABILITÀ NEI GRUPPI SANGUIGNI

Eredità e Variabilità nei Gruppi Sanguigni

Codominanza negli Alleli

1. CODOMINANZA NEGLI ALLELI

DEFINIZIONE DI CODOMINANZA ESEMPIO DEL GRUPPO SANGUIGNO ABO CARATTERISTICHE DEL GRUPPO AB

LA CODOMINANZA DEFINISCE I CARATTERI CHE SONO CO-ESPRESSI NELL'ETEROZIGOTE, COME NEL CASO DEI GRUPPI SANGUIGNI

TIPI DI GRUPPO SANGUIGNO

I GRUPPI SANGUIGNI ABO SONO CARATTERIZZATI DALL'ESPRESSIONE DI ANTIGENI DIVERSI SULLA SUPERFICIE DEI GLOBULI ROSSI, CON GLI ALLELI A E B CHE SI COMPORTANO IN MODO CODOMINANTE RISPETTO ALL'ALLELE 0

ESISTONO QUATTRO TIPI DI GRUPPO SANGUIGNO ABO: A, B, AB E 0, DERIVANTI DA SEI GENOTIPI POSSIBILI

GLI INDIVIDUI DI GRUPPO SANGUIGNO AB PRODUCONO ANTIGENI DI TIPO A E B, RISULTANDO RICEVENTI UNIVERSALI PER LE TRASFUSIONI DI SANGUE

Eredità Autosomica Recessiva

1. EREDITÀ AUTOSOMICA RECESSIVA

CARATTERISTICHE DELL'EREDITÀ AUTOSOMICA RECESSIVA PROBABILITÀ DI EREDITÀ ESEMPIO DI FIBROSI CISTICA

LE MALATTIE AUTOSOMICHE RECESSIVE COLPISCONO ENTRAMBI I SESSI E I GENITORI DI PERSONE AFFETTE SONO SPESSO PORTATORI ASINTOMATICI

IL FIGLIO DI DUE GENITORI ETEROZIGOTI HA UNA PROBABILITÀ DEL 25% DI ESSERE AFFETTO DALLA MALATTIA

LA FIBROSI CISTICA È CAUSATA DA MUTAZIONI NEL GENE CFTR E PRESENTA SINTOMI RESPIRATORI E DIGESTIVI, CON UNA PREVALENZA DI 1-5 CASI OGNI 10.000EREDITÀ E VARIABILITÀ NEI GRUPPI SANGUIGNI

Equilibrio di Hardy-Weinberg

1. EQUILIBRIO DI HARDY- WEINBERG

DEFINIZIONE DELL'EQUILIBRIO DI HARDY-WEINBERG FORMULA DI HARDY- WEINBERG APPLICAZIONE DELLA LEGGE

L'EQUILIBRIO DI HARDY- WEINBERG DESCRIVE LA STABILITÀ DELLE FREQUENZE GENICHE IN UNA POPOLAZIONE IN ACCOPPIAMENTO CASUALE

LA FORMULA P + Q = 1 E P2 + 2PQ + Q2 = 1 PERMETTE DI CALCOLARE LE FREQUENZE ALLELICHE E GENOTIPICHE IN UNA POPOLAZIONE

QUESTA LEGGE È APPLICABILE SOLO SE SONO VERIFICATE CONDIZIONI CHE MANTENGONO COSTANTI LE FREQUENZE ALLELICHE TRA LE GENERAZIONI

Eredità Legata all'X

1. EREDITÀ LEGATA ALL'X

EREDITÀ LEGATA ALL'X RECESSIVA ESEMPIO DI EMOFILIA A EREDITÀ LEGATA ALL'X DOMINANTE

LE MALATTIE LEGATE ALL'X RECESSIVE COLPISCONO PRINCIPALMENTE I MASCHI, CHE NASCONO DA MADRI PORTATRICI ASINTOMATICHE

L'EMOFILIA A È CARATTERIZZATA DA EMORRAGIE PROLUNGATE A CAUSA DI UN DEFICIT DEL FATTORE VIII DELLA COAGULAZIONE E COLPISCE 1 MASCHIO OGNI 6.000

LE MALATTIE LEGATE ALL'X DOMINANTE COLPISCONO ENTRAMBI I SESSI, MA LE FEMMINE TENDONO AD AVERE UN FENOTIPO PIÙ LIEVE A CAUSA DELL'INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X