Genetica I

Geni e DNA. Introduzione alla struttura e replicazione del DNA, trascrizione e traduzione.

Riproduzione cellulare e cromosomi: mitosi e meiosi. Gametogenesi negli organismi diploidi.

Trasmissione dei caratteri e eredità dal punto di vista Mendeliano. Alleli. Dominanza e recessività, dal punto di vista formale (da comparare poi col punto di vista molecolare). Generazione F1 e F2, reincrocio. Assortimento indipendente di coppie di fattori ereditari. Monoibrido, diibrido, triibrido.
Test del chi-quadrato (cenni).

Estensioni dell’analisi mendeliana. Interazioni tra geni. Epistasi. Geni duplicati a funzione simile.

Funzione del gene: errori congeniti del metabolismo umano. Complementazione; test di complementazione. Geni modificatori. Penetranza e espressività.

Alleli multipli. Codominanza. Gruppi sanguigni, sistema AB0.
Concatenazione (linkage), crossing-over e mappe genetiche. Parentali e ricombinanti (versus segregazione indipendente). Frequenza di ricombinazione e distanza di mappa. Incrocio a tre punti. Ordine dei geni: determinazione con l’incrocio a tre punti. Stima della distanza di mappa date le frequenze delle classi fenotipiche in un incrocio a tre punti; stima delle frequenze delle classi fenotipiche data la distanza di mappa. Funzione di Haldane.

Alberi genealogici e eredità nell’uomo. Eredità dominante, recessiva, legata a X (X-linked recessiva, o dominante). Probabilità di patologia genetica a partire da dati di alberi genealogici.

Linkage disequilibrium. Aplotipi in linkage disequilibrium: come si generano.
Concatenazione di mutazioni talassemiche al loro aplotipo di origine. Persistenza ereditaria di lattasi e suo aplotipo. Polimorfismi di restrizione, marcatori polimorfici sul DNA e mappatura di geni-malattia (cenni).

Natura molecolare del gene. Replicazione e trascrizione dei geni. “Gene” da un punto di vista molecolare. Esoni e introni. Splicing. Splicing alternativo; regolazione fisiologica dello splicing. Traduzione. Codice genetico. Traduzione degli mRNA, miRNA, nonsense-mediated decay (cenni).

Mutazione. Mutazioni puntiformi. Mutazioni e codice genetico: mutazioni missenso, nonsenso, frameshift. Mutazioni che causano alterazioni dello Splicing; Splicing patologico.

Come analizzare una sequenza di DNA genomico. ORF, giunzioni introne-esone, sequenze evolutivamente conservate.

Sequenze di DNA codificanti un prodotto (proteine; RNA non codificanti-cenni), e sequenze regolatrici (riconosciute da fattori trascrizionali). Regolazione combinatoria della trascrizione da parte dei fattori trascrizionali. Cenni all’evoluzione degli elementi regolatori.

Principi della regolazione genica. Mutanti di regolazione. Programmi trascrizionali. Mutanti in geni per fattori trascrizionali. Programmi trascrizionali e sviluppo. Fattori trascrizionali e riprogrammazione.
Natura molecolare del gene e patologia molecolare genetica. Organizzazione dei geni sul cromosoma (DNA): una visione moderna. Geni sovrapposti parzialmente. Gene, Locus, definizione da un punto di vista molecolare; sequenze codificanti + elementi regolatori. Mutazioni di elementi regolatori e patologia.

Meccanismi molecolari della recessività e dominanza. Dominanza per aploinsufficienza, o per acquisto di funzione; dominanza negativa. Esempi dalla patologia molecolare genetica umana. Livello di attività genica e malattia. Esempi.

Citogenetica. Cariotipo, bandeggi cromosomici, sonde molecolari e FISH.
Mutazioni cromosomiche. Duplicazioni, delezioni, traslocazioni cromosomiche. Esempi – Emoglobina Lepore. Mutazione Bar. Traslocazioni che attivano oncogéni: Linfoma di Burkitt e Leucemia mieloide cronica, cromosoma Philadelphia e fusioni BCR/ABL; linfoma di Burkitt e myc.

Aneuploidie. Sindrome di Down; Sindrome di Down da traslocazione. Ricerca e studio funzionale di geni della regione Down nel topo. Non-disgiunzione e aneuploidie. Imprinting. Variegazione per effetto posizione. Regioni sinteniche in specie diverse (e cenni all’ evoluzione dei genomi). Conseguenze dei riarrangiamenti cromosomici sulla struttura e funzione molecolare del gene. Riarrangiamenti e espressione genica: il locus dei geni beta-globinici.

Inattivazione del cromosoma X. Compensazione di dose. Conteggio, scelta (casuale), inattivazione. X Inactivation Center (XIC). XIST. Traslocazioni e inattivazione dell’X. Traslocazioni X-autosoma. Meccanismi della malattia X-linked (distrofia; X fragile; emofilia).

Genetica delle popolazioni. Popolazione mendeliana. Struttura genetica delle popolazioni: frequenze genotipiche e frequenze alleliche. Legge di Hardy Weinberg. Equilibrio di Hardy-Weinberg. Verifica dell’equilibrio di HW; verifica della panmissia.

Fattori che fanno variare le frequenze geniche: i) Selezione naturale. Diversi tipi di selezione: contro il recessivo omozigote, contro il dominante, contro l’eterozigote, a vantaggio dell’eterozigote (e contro entrambi gli omozigoti). Fitness. Selezione naturale e evoluzione. Mutazione. Migrazione. Deriva genetica. Inbreeding.

Tecniche di base per lo studio del materiale genetico: clonagio e sequenziamento del genoma. Costruzione di librerie genomiche e di cDNA. Analisi funzionale (overespressione e silenziamento) dei geni. Studio delle sequenze regolative.

Analisi funzionali dei microRNA e conseguenze fenotipiche di mutazioni nel loro controllo (esempi).

Elementi trasponibili: evidenze genetiche che hanno portato alla loro scoperta. Conseguenze per l’organismo del loro spostamento nel genoma dell’ospite.

Significato evolutivo

Caratteri quantitativi: base genetica. Esempi
Virus a DNA e Retrovirus. Ciclo biologico. Virus trasformanti
Genetica della cellula tumorale: oncogeni, oncosoppressori, geni che controllano la stabilità genomica.

Basi genetiche dello sviluppo: il modello di D. melanogaster. Definizione progresiva dell’asse antero-posteriore. Geni omeotici
Genetica molecolare del sistema immunitario: ricombinazione somatica, variazione del sito di giunzione, ipermutazione somatica. Caratteristiche dei geni del sistema maggiore di istocompatibilità (mhc).