Docente
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PELLICCIA FRANCA
(programma)
Dimensioni del genoma:
- paradosso valore C; - teoria del nucleotipo; - componenti principali dei genomi eucariotici.
Principali teorie per spiegare il paradosso del valore C:
- Pressione da mutazione; - DNA ottimale
Cause ed effetti della riduzione del Genoma Nucleare:
- genomi compatti e ipercompatti; endosimbionti, parassiti intracellulari; microsporidia; nucleomorfi.
Organizzazione del Genoma: - Origine degli eucarioti e ruolo dei mitocondri nell’evoluzione degli eucarioti.
Teorie sull’origine del nucleo: - “fusione” simbiotica di due procarioti o di un procariota e un organello; - modello cariogenico compartimentalizzazione del genoma.
Progetto Encode: importanza degli elementi funzionali nell’evoluzione del controllo dell’”espressione genomica”. Importanza dei Data Base.
Proprietà caratteristiche che distinguono il genoma degli eucarioti da quello dei procarioti: - Cinetica di riassociazione.
Differenze nell’organizzazione genomica tra eucarioti (dimensioni geni, introni, esoni, nelle classi di DNA ripetitivo intersperso, pseudogeni, etc).
Elementi trasponibili (evoluzione, domesticazione e funzionalizzazione degli ET).
Famiglie geniche.
Grandezza minima genoma animali: insetti (specie parassitiche superspecializzate) e grandezza genoma e tempo di sviluppo (genomi più piccoli=sviluppo più veloce: drosofilidi)
Evoluzione grandezza genoma come processo multifattoriale complesso:
5 Aree di particolare interesse:
- 1- Origine di nuovi geni:
- 1a. duplicazione geni esistenti e Small and Large Scale Duplication; 1b. lego approach; c. trasferimento genico laterale; 1d. “invenzione” di geni de novo da DNA non codificante e i casi della famiglia Morpheus e della duplicazione segmentale. Conseguenze evolutive degli effetti di duplicazioni complesse e riordinamenti strutturali dei cromosomici sulla meiosi e sula formazione dei gameti.
- 2- Prevalenza della selezione naturale positiva,
- Geni coinvolti nella difesa da patogeni; - Geni coinvolti nella riproduzione
- 3- Asimmetria del pattern di mutazione,
- Replicazione e trascrizione
- 4- Variazione regionale del tasso di mutazione,
- Ipotesi attuale: la pressione e il pattern mutazionale varia nelle diverse regioni genomiche
- 5- Evoluzione dell’organizzazione genomica:
- Comparazione di sequenze geniche in specie strettamente correlate; - Genomica comparativa tra gruppi di specie con forti differenze; - Genomi eucarioti Û possono espandersi o “restringersi”
- Meccanismi di formazione di nuovi geni:
- Amplificazione genica
- fisiologica: rDNA di Xenopus e geni del corion di Drosophila;
- tumorale: HSR e DM. Formazione degli HSR: reinserzione dei DM o Rottura-Fusione-Ponte (BFB) e conseguenze in mitosi.
- Duplicazione genica e selezione a favore: Morpheus Gene Family;- Gene Mutation
- Mutazioni Dinamiche e Meccanismi coinvolti nell’espansione di triplette:
- conversione genica; - crossing-over ineguale; - SCE, Slippage replicativo
- Conservazione di geni essenziali:
- Caenorhabditis elegans silencing geni noti iRNA, nel 10% dei casi: fenotipo mutante
- geni attivi negli stadi precoci dello sviluppo sembrano essere “constrained”
- geni paraloghi (nell’ambito della stessa specie, si sono evoluti in seguito ad un evento di duplicazione) ed ortologhi (geni in specie diverse che derivano da un antenato comune (senza eventi di duplicazione).
- Geni a singola copia e famiglie multigeniche; - subfunzionalizzazione.
Evoluzione della Replicazione cromatinica:
Caratteristiche della replicazione della cromatina degli eucarioti.
Scelta delle origini di replicazione negli eucarioti: una scelta tessuto-specifica.
Mappa 3D del genoma umano.
Modello ad anse (TAD, MAR, SAR), che si comportano come:
- 1 unità indipendente di replicazione; 2 unità indipendente superavvolta; 3 unità funzionale.
Replicazione dei cromosomi: - BudR e riconoscimento delle diversi fasi di S;
- replicazione precoce e tardiva;- asincronia tra alleli nella replicazione;- fiber analysis.
Bande da replicazione e compartimentalizzazione della cromatina: R- e G-banding;
- rapporto tra fase di S in cui inizia la replicazione (replication timing) e attività trascrizionale
- Evoluzione del bandeggio da replicazione; - Replicazione di cromatina SINE (Early) e LINE (Late) nell’uomo
Studi sull’evoluzione della compartimentalizzazione della cromatina
Organizzazione della cromatina e Bandeggio morfologico
Breve descrizione delle tecniche di Banding. Confronto evolutivo tra i cariotipi dei primati
Evoluzione genomica e Citogenetica Comparativa tramite FISH: Confronto tra due o più specie (es. Ellobius (talpa arvicola).
Cenni sull’importanza dell’utilizzo della FISH nella genomica comparativa: - studi di riordinamenti cromosomici; - aneuploidie/poliploidie; - Rainbow-FISH; - Zoo-Fish; - GISH (es, cromosomi del sesso); - chromosome painting, SKY (“territorialità dei cromosomi nel nucleo); - studi di citogenetica comparativa;- CGH;- painting cromosomico e CGH array su specie vicine (es, pollo e tacchino);- Analisi di CNVs (Copy Number Variations in 4 classi principali di tipi di cane domestico).
Teoria ologenomica dell’evoluzione: presentazione di lavori pro-contro questa teoria.
Gene Expression: fine tuning, esempi: - trasmissione transgenerazionale di informazioni ambientali in C. elegans; - sequenze non codificanti in rapida evoluzione nel genoma umano; - genomica comparativa: gli allineamenti di sequenza nei mammiferi rivelano elementi funzionali peculiari di Homo s.; - la regolazione genica e le origini dell'unicità biologica umana; - "diventare" eterocromatina nel contesto della riprogrammazione epigenetica genome-wide; - transizioni dello stato della cromatina a livello genomico associati a stimoli ambientali e di sviluppo.
Evoluzione della determinazione del sesso: - genetica e/o ambientale
- cromosomi del sesso non distinguibili morfologicamente e metodi di determinazione del sesso;
- determinazione ambientale del sesso (TSD),
- determinazione del sesso aploidia-diploidia,
- eterogamia femminile, eterogamia maschile,
- Rapporto Cromosomi Sesso/Autosomi,
- Cromosomi eteromorfi ed evoluzione della compensazione del dosaggio,
- evoluzione della compensazione del dosaggio nei mammiferi,
Evoluzione dell’eterocromosoma (soprattutto Y)
- Ipotesi di Ohno: origine da una coppia di autosomi omologhi: vari possibili meccanismi, es. Muller’s Ratchet.
- Pathways evolutivo in cromosomi del sesso 2giovani” e “vecchi” in uccelli e Drosophilidae
- Origine ed evoluzione cromosoma Y
- Modelli per la degenerazione del cromosoma Y
- Studi su Drosophila miranda e D. pseudoobscura (Neo-Y)
- Orologio molecolare dei riordinamenti dell’Y.
- Mammiferi, primati e uomo
- Geni sul cromosoma Y (TDF, SRY)
- Origine di geni e pseudogeni sull’Y.
- SRY può scomparire? (studi su Ellobius e Ryukyu spiny rat).
Testi consigliati e Bibliografia:
- Strachan & Read: Genetica Molecolare Umana, capitolo riguardante: "Il nostro posto nell'albero della vita".
- B. Lewin, Il Gene (Ed. compatta) l’organizzazione e l’evoluzione dei geni, contenuto e dimensione dei genomi, evoluzione del cromosoma Y, duplicazione genica ed evoluzione, famiglie geniche, i cromosomi e loro organizzazione nei procarioti e negli eucarioti.
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