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struttura e organizzazione genoma eucariotico - Coggle Diagram

- - - - il numero genico è stato scoperto dall'analisi di ORFs= open reading frames
    - - questo a causa di:
        
        DIMENSIONI e NUMERO di introni;
        
        presenza di DNA RIPETUTO (ridondante)
        
        es le piante hanno un contenuto c molto maggiore dei genomi dei mammiferi
    - - perciò il nuovo obiettivo è l'annotazione funzionale del genoma
- - - - è un tratto di DNA, che contiene l'informazione per codificare una proteina o un RNA FUNZIONALE che sono accumunati a livello di prodotti finali dalla sequenza genomica, sotto controllo di più promotori e più terminatori
        
        perciò è possibile assegnare delle COORDINATE GENOMICHE di un gene assegnandovi il promotore più a monte possibile e terminatore più a valle possibile
        
        a monte dei geni: spesso - precisamente nel 70% dei promotori dei geni, la maggior parte dei quali geni housekeeping, ci sono le isole cpG= lunghe almeno 200 pb, contenuto in CG >50% , possono essere metilate o non metilate, andando a incidere sulla regolazione epigenetica dell'espressione genica; a carico di metil transferasi: metilazione DI MANTENIMENTO post replicativa per ripristinare il pattern dell'elica parentale anche nella neosintetizz, e DE NOVO per modificare il pattern epigenetico
      - necessità di definire il gene per: annotazione dei genomi; definire il numero genico
- - - - geni del tRNA
        
        sono circa 500, a fronte delle 49 specie di tRNA, perciò c'è ridondanza, sono organizzati in cluster sparsi in vari punti del genoma, i cluster più abbondanti sono sui cromosomi 1 e 6
      - FAMIGLIE GENICHE
        
        sono cluster di geni omologhi tra loro, originatisi per meccanismi di DUPLICAZIONE (geni paraloghi) o RETROTRASPOSIZIONE
        
        in base all'origine-> se per duplicazione i cluster si trovano VICINI tra loro; se per retro trasposizione: LONTANI
        
        rappresentano un meccanismo evolutivo per SPECIALIZZARE le funzioni dei geni oppure per DUPLICARE il numero di prodotti genici
        
        nel corso dell'evoluzione possono andare incontro a espansione o contrazione (crossing over ineguale)
        
        i geni di una famiglia genica codificano per prodotti proteici che possono avere funzioni diverse/attivi in momenti diversi dello sviluppo-> specializzazione (globine)
        
        meccanismi per cui si possono originare: poliploidizzazione del genoma: come i geni omeotici;
        duplicazione di un tratto genomico
        duplicazione di un gene
        retrotrasposizione
        
        destino del gene duplicato:
        può mantenere la stessa funzione, in questo caso c'è ridondanza genica con aumento del prodotto genico: come nel caso dei geni degli istoni
        oppure si possono accumulare mutazioni che portano all'inattivazione del gene, che quindi diventa uno PSEUDOGENE, che condivide con il gene ancestrale la sequenza, pur non essendo funzionante - vedi cluster delle globine
        oppure l'accumulo di mutazione può portare a acquisizione di una nuova funzione
      - Geni dell'rRNA
        
        i geni dell'rRNA 18 S, 28S e 5.8 S sono delle unità trascrizionali, che sono raggruppate in 5 CLUSTER che sono ripetuti IN TANDEM per 200 copie, situati sui bracci p dei cromosomi acrocentrici.-> ridondanza genica
        
        i geni dell'rRNA 5S sono situati in un cluster, di 200 geni ripetuti in tandem sull'estremità telomerica del cromosoma 1
    - - costituiscono più del 50% dell'intero genoma umano
      - sequenze ripetute intersperse= 45% del genoma umano
        
        derivano da trasposoni: elementi capaci di autocatalizzare il proprio trasferimento. le sequenze ripetute intersperse sono inattive, ma occasionalmente possono attivarsi.
        
        da trasposoni di classe I (retrovirali): gli elementi LTR e LINES e SINES. gli LTR sono i più completi e i più antichi evolutivamente, più vicini al retrovirus. le lines e sines hanno perso ltr (regioni per l'integrazione virale). esempi sono: di LTR: MAL r LINES: L1, L2, L3. Sines: la famiglia ALU unica dei primati. short interspersed nuclear elements.
        
        Trasposoni di classe II: a DNA: con meccanismo di trasposizione replicativo che comporta un aumento del numero di copie. es Tigger= identico tra drosophila e l'uomo
        
        sono localizzati in tutto il genoma concentrati nelle regioni pericentromeriche, nei telomeri e negli INTRONI
        
        la presenza di sequenze ripetute intersperse altamente omologhe tra genomi evolutivamente distanti è un indice dei meccanismi di EVOLUZIONE ORIZZONTALE tra i genomi: scambio di materiale genetico mediato da virus.
        
        c'è una tendenza nell'evoluzione all'accumulo di elementi ripetuti interspersi -> selezionati positivamente
        
        sono altamente ricombinogeni --> effetti
        
        causa di riarrangiamenti strutturali come delezioni duplicazioni inserzioni con possibile comparsa di nuovi geni. possono portare alla riattivazione di pseudogeni. la presenza di sequenze alu negli introni: possono diventare dei siti di splicing criptici. possono formare nuovi geni. alterano l'espressione genica: infatti-> ALU possono essere reclutate come promotori così come le LTR; oppure L1 come terminatore
      - low copy repeats
        
        o DUPLICONI o DUPLICAZIONI SEGMENTARIE
        
        Sono delle ripetizioni a basso numero di copie -ordine delle decine- , estese: fino a una mega base
        
        nell'evoluzione dei genomi: c'è la tendenza all'accumulo di low copy repeats; c'è evidenza che i genomi si sono evoluti per scambio di blocchi genomici;
        
        sono altamente omologhe: omologia INTRAGENOMICA del 90% e inter dell'80%
        
        l'elevato grado di omologia insieme all'estensione del duplicone promuove la NON ALLELIC HOMOLOGOUS RECOMBINATION: ricombinazione omologa non allelica. infatti avviene non tra i cromosomi omologhi come alla meiosi, ma all'interfase, tra cromosomi non omologhi condividono lo stesso elemento ripetuto, causando come effetto uno scambio somatico. si può verificare perché: all'interfase il nucleo è attivo; in uno stesso distretto interfasico, che comprende regioni che devono essere funzionalmente attive insieme, cioè trascritte e replicate nello stesso momento, nel momento in cui sono attive, c'è denaturazione dei due filamenti e può succedere che un omologo invada l'altro generando così una ricombinazione
        
        hanno una composizione eterogenea per via della loro estensione; possono essere SEMPLICI e comprendere un solo gene, oppure COMPLESSE con geni, pseudogeni, elementi ripetuti...
      - sequenze ripetute in tandem - satelliti. sono chiamate satelliti per via di come sono state scoperte, negli anni '60, da ultracentrifugazione in gradiente CsCl di frammenti di DNA genomico, la maggior parte del DNA aveva la stessa densità, che dipendeva da una uniforme composizione in basi, e andava a formare un'unica banda detta "bulk DNA"; il resto del DNA formava una banda satellite, da qui il nome,a densità minore rispetto al bulk dna. un'ulteriore evidenza della presenza dei satelliti fu poi offerta dall'analisi delle curve di rinaturazione: le curve di E.Coli sono MONOFASICHE, per cui la velocità di rinaturazione dei due filamenti è costante. invece quelle degli eucarioti superiori sono BIFASICHE: con un tratto iniziale molto più rapido, costituito dalla rapidità di rinaturazione delle sequenze ripetute, un plateau e un tratto a minore velocità
        
        minisatelliti e microsatelliti
        
        la differenza sta nelle dimensioni dell'unità di ripetizione: mini è maggiore da 5 a 100 pb, micro da una a 4 bp. le mini sono ripetute per kilobasi, le micro per massimo 150 pb. sono cluster che sono distribuiti a pioggia in tutto il genoma: non limitati a una regione. sono altamente polimorfici per NUMERO DI RIPETIZIONI: Analisi parentali e forensi; analisi con minisatelliti: VNTR; con microsatelliti SSR= simple sequence repeats
        
        satelliti classici: sono ripetizioni in tandem situate in regioni specifiche del genoma: centromero e costrizioni II. L'unità di ripetizione è piccola da decine a - centinaia di kb e ripetuta per kilobasi. esempi sono: DNA alfa satellite: unità di 171 pb, presenta un sito di 17 bp che è la ceno-box; le unità a seguito dell'accumulo di mutazioni puntiformi non sono più esattamente identiche tra loro e si raggruppano in un'entità organizzativa di ordine superiore chiamata HOR, la ripetizione di HOR forma le famiglie. altro DNA satellite: beta e gamma sono pericentromeriche. I e II III-> sono di unità più piccole I 100 pb, II e III di 5 e sono ubiquitari
  - - - SMALL
        
        piwi interacting: interagiscono con le proteine piwi e regolano l'inattivazione dell'espressione dei TRASPOSONI
        
        RASI: REPEATED ASSOCIATED SMALL INTERFERING: regolano lo stato della cromatina del centromero per il reclutamento del cinentocoro
        
        small interfering-> interferenza es di trascritti virali e sfruttati in teconologie in vitro
        
        small nuclear: splicing
        
        micro RNA: legano mRNA-> regolazione dell'espressione genica post trascrizionale
        
        small nucleolar: modificazioni post trascrizionali di altri RNA
      - LONG > 200 nt
        
        rRNA
        
        XIST
        
        tRNA
        
        altri
        
        nel trascrittoma dei mammiferi sono stati individuati MIGLIAIA di lncRNA
        
        molteplici funzioni
        
        grazie a: la loro complementarietà delle basi permette di interagire con RNA e con DNA; l'acquisizione di particolari str II tridimensionali permette l'interazione con il SITO ATTIVO di proteine
        
        in primis: regolazione dell'espressione genica attraverso una modulazione di tipo EPIGENETICO;
        regolazione anche traduzionale; trasporto nucleare; post trascrizionale
        
        regolano l'espressione genica agendo da chaperon che mediano il reclutamento di complessi modificatori della cromatina!
        
        esempi di regolazione dell'espressione genica a livello EPIGENETICO da parte di lncRNA
        
        XIst e inattivazione dell'X. XIST si lega a iX mediante l'azione di RNA binding proteins e la chinasi aurora (proteine SAF A) e agisce da chaperon e recluta il complesso poly comb che silezia la cromatina
        
        tumori. si è osservata una trascrizione di lnc RNA in caso di tumore, applicazione una diagnosi precoce da prelievo ematico
        
        imprinting genomico
        
        sui geni si trovano delle regioni dette ICR: imprinting control regions, che possono essere alternativamente metilate o non, se NON metilate vengono trascritte, codificano un lncRNA che in cis INATTIVA i geni adiacenti
        
        centromero
        
        dalla cromatina trascrizionalmente competente, sono trascritti lncRNA che hanno ruolo STRUTTURALE (manteniumento str III cromatina ) e FUNZIONALE: reclutamento di proteine