Riassunti genetica e genomica

Tutti gli organismi utilizzano gli acidi nucleici come materiale genetico e tutti codificano le proprie informazioni genetiche con le medesime modalità.

La serie completa di istruzioni genetiche di un organismo costituisce il suo genoma; tutti i genomi sono codificati negli acidi nucleici (DNA e RNA).

Cellule eucariote e procariote

Strutturalmente vi sono due tipi di cellule: eucariote e procariote.

Le cellule procariotiche sono prive di membrana nucleare e non presentano organelli cellulari uniti alla membrana.

Le cellule eucariotiche sono più complesse in quanto possiedono un nucleo e organelli connessi alla membrana, come i cloroplasti e i mitocondri.

DNA

Il DNA, o acido desossiribonucleico, è il materiale ereditario in tutti gli organismi viventi conosciuti e in molti virus. Porta le informazioni genetiche necessarie per la crescita, lo sviluppo, il funzionamento e la riproduzione degli organismi. Il DNA è composto da due filamenti che si avvolgono l'uno attorno all'altro per formare una doppia elica. Ogni filamento è costituito da una sequenza di nucleotidi, che sono i mattoni del DNA. Ci sono quattro tipi di nucleotidi nel DNA, distinti dalle loro basi azotate: adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G).

La sequenza di questi nucleotidi codifica le istruzioni genetiche utilizzate nello sviluppo e nel funzionamento di tutti gli esseri viventi. La replicazione del DNA è il processo attraverso il quale il DNA crea una copia di se stesso, essenziale per la divisione cellulare.

Proprietà del materiale genetico

Consente di contenere grandi quantità di informazioni

Consente una replicazione fedele con meccanismo di copiatura

Consente di tradurre le istruzioni in esso contenute in un fenotipo.

Genoma

Il genoma è l'insieme completo del materiale genetico di un organismo, inclusi tutti i suoi geni e le sequenze di DNA che non codificano per proteine. In altre parole, il genoma contiene tutte le informazioni necessarie per costruire e mantenere un organismo.

Genoma dei procarioti

Il cromosoma batterico:

singolo cromosoma di DNA doppio filamento circolare
in alcuni casi un cromosoma principale ed uno o più cromosomi più piccoli
organizzato in nucleotide come DNA superavvolto

Genoma degli eucarioti

-Numero diploide di cromosomi in tutte le cellule somatiche

-Numero aploide nei gameti

-cromosomi organizzato in cromatina con proteine istoniche e non-istoniche

Nucleosoma

Il nucleosoma è l'unità fondamentale della struttura della cromatina, che è il materiale genetico presente nel nucleo delle cellule eucariote. Ogni nucleosoma è composto da un ottamero di proteine chiamate istoni, attorno al quale si avvolge una porzione di DNA. Questo avvolgimento del DNA attorno agli istoni aiuta a compattare il materiale genetico, rendendolo più gestibile all'interno del nucleo cellulare.

Un nucleosoma è costituito da otto molecole di istoni, organizzate in un gruppo di quattro coppie (H2A, H2B, H3 e H4). Il DNA avvolto attorno a questo complesso di istoni forma una struttura simile a un "perla" su un "filo" (DNA linker), dove ciascun nucleosoma rappresenta una "perla" e il DNA inter-nucleosomico rappresenta il "filo".

La formazione di nucleosomi e la loro disposizione lungo il DNA sono fondamentali per la regolazione dell'espressione genica. Attraverso modifiche chimiche agli istoni e al DNA, le cellule possono controllare quali geni sono attivi e quali sono silenziati, influenzando così diversi processi biologici come la crescita e lo sviluppo.

Il codice istonico

Il codice istonico si riferisce al sistema di modifiche chimiche che avvengono sugli istoni, le proteine che aiutano a organizzare e compattare il DNA all'interno del nucleo cellulare. Queste modifiche possono includere l'aggiunta o la rimozione di gruppi chimici come metili, acetili, fosfati e ubiquitina.

Le modifiche istoniche influenzano la struttura della cromatina, che può essere più o meno compatta, e quindi giocano un ruolo cruciale nella regolazione dell'espressione genica. Ad esempio, alcune modifiche possono rendere il DNA più accessibile per la trascrizione, attivando così i geni, mentre altre possono rendere il DNA meno accessibile, silenziando i geni.

Il concetto di "codice istonico" suggerisce che le diverse combinazioni di modifiche istoniche forniscono informazioni specifiche che le cellule possono interpretare per attivare o silenziare geni particolari, a seconda delle necessità cellulari e delle condizioni ambientali.

Epigenetica

Col termine di Epigenetica si indicano modificazioni del DNA e della cromatina che influenzano il genoma e l’espressione genica senza alterare il DNA stesso.

L’epigenoma permette che alcuni geni siano “ON” oppure “OFF” in una singola cellula, determinando un segnale di espressione genica.

L’epigenoma può essere ereditato da generazioni di cellule, salvando lo stesso programma genico o può cambiare (plasticità dell’epigenoma).

Cromosoma

Un cromosoma è una struttura filamentosa composta da DNA e proteine, che contiene il materiale genetico di un organismo. I cromosomi si trovano nel nucleo delle cellule eucariote e sono visibili durante la divisione cellulare. Ogni cromosoma è costituito da una lunga molecola di DNA avvolta attorno a proteine chiamate istoni, formando una struttura compatta che consente di organizzare e proteggere il DNA.

Negli esseri umani, ci sono 23 coppie di cromosomi, per un totale di 46. Di queste coppie, 22 sono cromosomi autosomici (non sessuali) e una coppia è costituita dai cromosomi sessuali (XX nelle femmine e XY nei maschi). Ogni cromosoma contiene molti geni, che sono le unità ereditarie responsabili delle caratteristiche fisiche e biologiche di un organismo.

Durante la divisione cellulare, i cromosomi si duplicano e si distribuiscono in modo equo tra le cellule figlie. Questo processo è fondamentale per la riproduzione cellulare e per garantire che ogni nuova cellula riceva una copia completa del materiale genetico.

Un cromosoma è composto da diverse parti principali, ognuna delle quali svolge un ruolo specifico nella struttura e nella funzione del cromosoma stesso. Le principali parti di un cromosoma includono:

Cromatidi: Ogni cromosoma è costituito da due cromatidi, che sono copie identiche del DNA, unite insieme. I cromatidi si formano durante la fase di replicazione del ciclo cellulare e sono collegati al centro del cromosoma tramite una regione chiamata centromero.
Centromero: È la regione del cromosoma dove i due cromatidi sono uniti. Il centromero è fondamentale durante la divisione cellulare, poiché è il punto in cui si attaccano le fibre del fuso mitotico, che aiutano a separare i cromatidi durante la mitosi e la meiosi. Presso il centromero si forma il cinetocore, complesso presso il quale si attaccano i microtubuli del fuso.
Bracci: I bracci del cromosoma sono le sezioni che si estendono dal centromero verso le estremità. Un cromosoma può avere un braccio lungo (designato come "q") e un braccio corto (designato come "p").
Telomeri: Sono le estremità dei cromosomi e proteggono le estremità del DNA dalla degradazione. I telomeri svolgono un ruolo importante nel mantenimento della stabilità del cromosoma e nel prevenire la fusione tra cromosomi.
DNA: La molecola principale che compone il cromosoma è il DNA, che contiene le informazioni genetiche. Il DNA è avvolto attorno a proteine chiamate istoni, formando una struttura chiamata nucleosoma, che aiuta a compattare il DNA.

Molte cellule del corpo alternano due stati ben distinti: divisione e non divisione (quiescenza).

Il ciclo cellulare è l’insieme di eventi ordinati che regolano la crescita e la divisione di una cellula in relazione a stimoli esterni.

Esistono due tipi di divisione cellulare:

Mitosi (cellule somatiche)
Meiosi (cellule germinali)

I due processi sono soggetti a meccanismi regolativi di controllo a livello molecolare in parti comuni e in parte specifici.

Ciclo cellulare

Il ciclo cellulare consiste di due fasi principali:

Interfase: comprende le fasi G1, S e G2. La cellula trascorre la maggior parte del suo tempo in interfase ed in questo periodo NON avviene divisione cellulare.
Fase M (mitosi e citochinesi): mitosi o divisione nucleare (che produce 2 nuclei identici a quello della cellula madre); citochinesi o divisione del citoplasma per formare 2 cellule figlie identiche.

Interfase

G0 = Durante questa fase, le cellule svolgono il loro «lavoro» fino a quando ricevono un segnale di «riproduzione» che le fanno tornare in fase G1.

G1 = È l’intervallo di tempo tra la mitosi e replicazione del DNA (S). La crescita ed il normale metabolismo della cellula (sintesi di tRNA, mRNA, ribosomi e proteine) avvengono in fase G1, la più lunga. Inoltre, la cellula duplica i suoi organelli. È la fase in cui le cellule si integrano con l’ambiente esterno e «prendono la decisione» di proliferare o di entrare in quiescenza (G0). Verso la fine della fase G1, la cellula incrementa l’attività degli enzimi richiesti per la sintesi del DNA. La cellula ha solo una copia dei suoi cromosomi in fase G1.

G1 cromatina condensata = La trascrizione ha luogo, quindi il DNA è in una conformazione rilassata (uncoiled). Le modificazioni post-traduzionali delle code degli istoni partecipano non solo alla regolazione della trascrizione, ma anche al processo di divisione cellulare.

S (sintesi) = Durante la fase S avvengono 3 eventi: replicazione del DNA; sintesi degli istoni; sintesi dei centromeri. I due cromatidi fratelli che derivano dalla replicazione del DNA saranno uniti mediante i centromeri. Il centromero è la regione del cromosoma in cui i cromatidi sono a stretto contatto. È costituito da DNA altamente ripetuto rappresentato da una serie di ripetizioni in tandem di DNA alfa satellite quindi fortemente eterocromatico. Vengono duplicati i centrioli.

G2 = È l’intervallo di tempo tra la replicazione del DNA (Fase S) e la mitosi. È la fase più corta del ciclo cellulare. Durante questo intervallo, si verifica un aumento della sintesi proteica, come stadio terminale della preparazione della cellula alla divisione e la cellula duplica i centrioli.

Mitosi

La mitosi è un processo di divisione cellulare in cui una cellula madre si divide per formare due cellule figlie geneticamente identiche. Questo processo è fondamentale per la crescita, lo sviluppo e la riparazione dei tessuti negli organismi multicellulari. La mitosi si suddivide in diverse fasi:

Profase: I cromosomi si condensano e diventano visibili. La membrana nucleare inizia a disintegrarsi.
Prometafase: La membrana nucleare si disintegra completamente e i microtubuli del fuso si collegano ai cromosomi.
Metafase: I cromosomi si allineano al centro della cellula, in quella che viene chiamata piastra metafasica.
Anafase: Le cromatidi sorelle si separano e vengono trascinate verso i poli opposti della cellula.
Telofase: I cromosomi raggiungono i poli opposti e iniziano a decondensarsi. La membrana nucleare si riforma attorno a ciascun insieme di cromosomi.
Citosinesi: Anche se non fa parte della mitosi in sé, è il processo finale in cui il citoplasma della cellula si divide, risultando in due cellule figlie.

Esaminiamo ora nel dettaglio le vari fasi.

1. Profase

Condensazione dei cromosomi: Durante questa fase, i cromosomi, che sono stati replicati durante la fase S del ciclo cellulare, si condensano e diventano visibili al microscopio ottico. Ogni cromosoma è composto da due cromatidi sorelle, uniti al centro da una regione chiamata centromero.
Formazione del fuso mitotico: Si forma il fuso mitotico, una struttura composta da microtubuli, che si estende dai poli della cellula. Questi microtubuli sono cruciali per il corretto allineamento e separazione dei cromosomi.
Disintegrazione della membrana nucleare: La membrana nucleare inizia a rompersi, permettendo ai microtubuli di interagire con i cromosomi.

2. Prometafase

Disgregazione completa della membrana nucleare: La membrana nucleare si disintegra completamente, consentendo ai microtubuli del fuso di accedere ai cromosomi.
Attacco dei microtubuli: I microtubuli del fuso si attaccano ai cromosomi al livello del centromero attraverso strutture chiamate cinetocori, che si formano su ciascun centromero.

3. Metafase

Allineamento dei cromosomi: I cromosomi si allineano lungo la piastra metafasica, una linea immaginaria al centro della cellula. Questo allineamento è essenziale per garantire che ciascuna cellula figlia riceva un set corretto di cromosomi.
Controllo della qualità: La cellula effettua un controllo per assicurarsi che tutti i cromosomi siano correttamente attaccati ai microtubuli del fuso prima di procedere alla fase successiva.

4. Anafase

Separazione dei cromatidi: I microtubuli accorciati tirano le cromatidi sorelle verso i poli opposti della cellula. Questo è un passaggio cruciale, poiché ogni cromatide ora è considerata un cromosoma indipendente.
Movimento verso i poli: i cromatidi si muovono rapidamente verso i poli opposti, assicurando che ogni cellula figlia avrà un numero uguale di cromosomi.

5. Telofase

Decondensazione dei cromosomi: Una volta che le cromatidi raggiungono i poli opposti, i cromosomi iniziano a decondensarsi e tornano a uno stato meno compatto, rendendoli meno visibili.
Riformazione della membrana nucleare: Una nuova membrana nucleare si forma attorno a ciascun gruppo di cromosomi, creando due nuclei distinti all'interno della cellula.

6. Citosinesi

Divisione del citoplasma: Anche se non è tecnicamente parte della mitosi, la citosinesi è il processo finale in cui il citoplasma della cellula si divide. In cellule animali, si forma un solco di divisione che si approfondisce fino a separare le due cellule figlie. Nelle cellule vegetali, si forma una nuova parete cellulare tra le due cellule.

Meiosi

La meiosi è un processo di divisione cellulare che si verifica nelle cellule germinali e porta alla formazione di gameti (spermatozoi e ovuli negli organismi animali). A differenza della mitosi, che produce cellule figlie identiche, la meiosi riduce il numero di cromosomi della metà, producendo quattro cellule figlie con un set di cromosomi non identico. La meiosi si divide in due fasi principali: meiosi I e meiosi II. Ecco una panoramica dettagliata delle fasi della meiosi.

Meiosi I

Profase I:

Condensazione dei cromosomi: I cromosomi si condensano e diventano visibili. Ogni cromosoma è composto da due cromatidi fratelli.
Sinapsi: I cromosomi omologhi (cromosomi dello stesso tipo, uno ereditato da ciascun genitore) si accoppiano in una struttura chiamata bivalente o tetrade.
Crossing-over: Durante la sinapsi, può avvenire uno scambio di materiale genetico tra cromosomi omologhi, un processo noto come crossing-over, che aumenta la variabilità genetica. Dopo il crossing over i cromatidi fratelli non sono più identici.
Disintegrazione della membrana nucleare: La membrana nucleare inizia a rompersi.

Metafase I:

Allineamento dei bivalenti: I bivalenti si allineano lungo la piastra metafasica, pronti per essere separati.

Anafase I:

Separazione dei cromosomi omologhi: I cromosomi omologhi vengono separati e tirati verso i poli opposti della cellula. A differenza della mitosi, i cromatidi fratelli rimangono uniti.

Telofase I:

Riformazione della membrana nucleare: Si forma una nuova membrana nucleare attorno ai gruppi di cromosomi ai poli.
Citocinesi: Il citoplasma si divide, dando origine a due cellule figlie, ciascuna con metà del numero originale di cromosomi (n).

Meiosi II
La meiosi II è simile alla mitosi e non include un'ulteriore replicazione del DNA.
Profase II:

Condensazione dei cromosomi: I cromosomi si condensano nuovamente, e la membrana nucleare si disintegra se era stata riformata.

Metafase II:

Allineamento dei cromosomi: I cromosomi si allineano lungo la piastra metafasica.

Anafase II:

Separazione dei cromatidi: i cromatidi fratelli vengono finalmente separati e tirati verso i poli opposti della cellula.

Telofase II:

Riformazione della membrana nucleare: Si forma una nuova membrana nucleare attorno a ciascun gruppo di cromosomi.
Citocinesi: Il citoplasma si divide, producendo un totale di quattro cellule figlie, ognuna con un numero aploide di cromosomi (n).

Risultato Finale
Il risultato della meiosi è quindi la formazione di quattro cellule figlie, ognuna con la metà del numero di cromosomi della cellula originale e con una combinazione unica di materiale genetico, grazie al crossing-over e alla segregazione dei cromosomi omologhi.

Differenze tra mitosi e meiosi

La meiosi e la mitosi sono due processi di divisione cellulare, ma presentano differenze fondamentali.

Funzione:

Mitosi: Serve per la crescita, la riparazione dei tessuti e la sostituzione delle cellule morte. Produce cellule figlie identiche alla cellula madre.
Meiosi: È il processo che porta alla formazione delle cellule sessuali (gameti) e riduce il numero di cromosomi della metà, creando cellule figlie geneticamente diverse.

Numero di divisioni:

Mitosi: Comprende una sola divisione cellulare.
Meiosi: Comprende due divisioni cellulari consecutive (meiosi I e meiosi II).

Numero di cellule figlie:

Mitosi: Produce due cellule figlie.
Meiosi: Produce quattro cellule figlie.

Cromosomi:

Mitosi: Le cellule figlie hanno lo stesso numero di cromosomi della cellula madre.
Meiosi: Le cellule figlie hanno la metà del numero di cromosomi della cellula madre.

Variabilità genetica:

Mitosi: Non introduce variabilità genetica.
Meiosi: Introduce variabilità genetica attraverso il crossing-over e l'assortimento indipendente dei cromosomi.

Mutazioni

Una mutazione è un cambiamento permanente nella sequenza del DNA di un organismo. Le mutazioni possono verificarsi in qualsiasi parte del genoma e possono avere effetti variabili sulla funzione dei geni e, di conseguenza, sull'organismo stesso.

Le mutazioni possono essere classificate in tre principali categorie: mutazioni genomiche, mutazioni geniche e mutazioni cromosomiche. Ognuna di queste categorie ha caratteristiche specifiche.

Mutazioni Genomiche:

Riguardano cambiamenti nel numero totale di cromosomi o nella struttura del genoma di un organismo.
Possono includere condizioni come l'aneuploidia (cambiamenti nel numero di cromosomi) e la poliploidia (un aumento del numero di set di cromosomi).

Mutazioni Geniche:

Coinvolgono cambiamenti nella sequenza nucleotidica di un singolo gene.
Possono essere di diversi tipi, come mutazioni puntiformi (sostituzione di una singola base), inserzioni o delezioni di nucleotidi.
Possono essere ereditate in modo: mendeliano o non mendeliano

Mutazioni Cromosomiche:

Riguardano alterazioni nella struttura di un cromosoma. Queste mutazioni possono includere duplicazioni, delezioni, inversioni e traslocazioni di segmenti cromosomici.

Le mutazioni possono anche essere classificate in due categorie principali: mutazioni somatiche e mutazioni germinali.

Mutazioni Somatiche:

Definizione: Queste mutazioni si verificano nelle cellule somatiche, che sono tutte le cellule del corpo tranne i gameti (cellule sessuali).
Ereditarietà: Non vengono trasmesse alla progenie, poiché non interessano le cellule germinali. Pertanto, le mutazioni somatiche influenzano solo l'individuo in cui si verificano.

Mutazioni Germinali:

Definizione: Queste mutazioni si verificano nelle cellule germinali, ovvero negli ovuli e negli spermatozoi.
Ereditarietà: Possono essere trasmesse alla progenie, il che significa che possono influenzare le generazioni future.

Le anomalie del numero di cromosomi possono essere di due tipologie: poliploidia e aneuploidia.

Aneuploidia

L'aneuploidia è una condizione genetica in cui una cellula ha un numero anomalo di cromosomi. In particolare, si verifica quando c'è una perdita o un guadagno di uno o più cromosomi, rispetto al numero normale per quella specie.
Le forme più comuni di aneuploidia includono:

Trisomia: Si verifica quando c'è un cromosoma in più. Un esempio noto è la trisomia 21, che causa la sindrome di Down.
Monosomia: Si verifica quando manca un cromosoma. Un esempio è la monosomia X, che porta alla sindrome di Turner.

Le cause dell'aneuploidia possono includere errori durante la meiosi o la mitosi, come la non-disgiunzione, in cui i cromosomi non si separano correttamente durante la divisione cellulare. Al termine della seconda divisione meiotica si ottengono gameti con un cromosoma in più: gameti disomici, cioè con due copie di un cromosoma, e gameti con un cromosoma in meno: gameti nullisomici, cioè mancanti di una coppia di cromosomi omologhi.

Poliploidia

La poliploidia è una condizione genetica in cui un organismo ha più di due set di cromosomi. Normalmente, gli esseri umani e molti altri organismi hanno un numero diploide di cromosomi, cioè due set (uno da ciascun genitore). Nella poliploidia, il numero di set di cromosomi può essere triplo (triploidia), quadruplice (tetraploidia) o superiore.

Tipi di Poliploidia:

Triploidia (3n): Si verifica quando un organismo ha tre set di cromosomi. Negli esseri umani, la triploidia è spesso letale e può portare a gravi anomalie congenite.
Tetraploidia (4n): Si verifica quando un organismo ha quattro set di cromosomi. Anche la tetraploidia è generalmente associata a problemi di sviluppo e può essere letale.

Cause della Poliploidia:

Errore durante la divisione cellulare: La poliploidia può derivare da errori nella meiosi o nella mitosi, in cui i cromosomi non si separano correttamente.
Fusione di cellule: Può verificarsi quando due cellule diploidi si fondono, portando a un aumento del numero di set di cromosomi.

Mosaicismo

Il mosaicismo genetico è una condizione in cui un organismo presenta due o più popolazioni di cellule con genotipi diversi nel suo corpo (cellule normali e cellule mutate). Questo può avvenire a causa di mutazioni che si verificano durante lo sviluppo embrionale, portando a una situazione in cui alcune cellule hanno un insieme di geni diverso rispetto ad altre.

Il mosaicismo può essere completo, in cui tutte le cellule di un organismo sono diverse, o parziale, in cui solo una percentuale delle cellule presenta la variazione genetica. Questa condizione può avere diverse implicazioni per la salute, a seconda dei geni interessati e della distribuzione delle cellule mutate.

Il mosaicismo può essere classificato in due categorie principali: mosaicismo somatico e mosaicismo germinale.

Mosaicismo somatico: Questo tipo di mosaicismo si verifica quando le mutazioni genetiche avvengono nelle cellule somatiche, ovvero quelle che non sono coinvolte nella produzione di gameti (spermatozoi e ovuli). Le cellule somatiche comprendono la maggior parte delle cellule del corpo, come quelle della pelle, dei muscoli e degli organi. Poiché queste mutazioni non vengono trasmesse alla progenie, il mosaicismo somatico non influisce direttamente sulla genetica dei figli, ma può avere implicazioni per la salute dell'individuo, come nel caso di alcune malattie genetiche o tumori.

Mosaicismo germinale: Questo tipo di mosaicismo si verifica quando le mutazioni genetiche avvengono nelle cellule germinali. In questo caso, le cellule che daranno origine ai gameti presentano un diverso genotipo rispetto alle cellule somatiche. Il mosaicismo germinale può essere trasmesso alla progenie, il che significa che i figli possono ereditare le mutazioni presenti nelle cellule germinali.

Legato al concetto di mosaicismo c’è quello di chimera.

Una chimera genetica è un organismo composto da cellule provenienti da due o più zigoti distinti, che possono appartenere a individui della stessa specie o, in alcuni casi, a specie diverse. Questo fenomeno può avvenire in natura o essere creato artificialmente in laboratorio.

Diploidia/disomia uniparentale

La diploidia uniparentale è una condizione genetica in cui un organismo presenta due set di cromosomi provenienti da un solo genitore, anziché uno da ciascun genitore, come avviene normalmente nella riproduzione sessuale.

La diploidia uniparentale può essere classificata in due categorie principali: diploidia uniparentale paterna e diploidia uniparentale materna, a seconda dell'origine dei cromosomi.

Diploidia uniparentale paterna: In questo caso, l'organismo ha due set di cromosomi provenienti esclusivamente dal padre. Gli organismi con diploidia uniparentale paterna possono presentare anomalie nello sviluppo e nella crescita, poiché la mancanza di contributo genetico materno può influenzare l'espressione genica.

Diploidia uniparentale materna: Qui, l'organismo presenta due set di cromosomi provenienti solo dalla madre. Gli organismi con diploidia uniparentale materna possono mostrare caratteristiche fenotipiche specifiche e, come nel caso della diploidia paterna, possono avere problemi di sviluppo.

Entrambi i tipi di diploidia uniparentale possono presentare sfide significative per la salute e lo sviluppo dell'organismo, poiché la mancanza di un contributo genetico bilanciato da entrambi i genitori può influenzare la normale espressione dei geni e il corretto sviluppo.

Anomalie cromosomiche strutturali

Le anomalie cromosomiche strutturali sono alterazioni nella struttura dei cromosomi che possono influenzare il numero e la disposizione dei geni. Queste anomalie possono verificarsi in vari modi e possono avere diverse implicazioni per la salute e lo sviluppo dell'individuo.

Le anomalie cromosomiche strutturali possono essere classificate in due categorie principali: bilanciate e non bilanciate. Questa distinzione si basa sulla quantità di materiale genetico coinvolto e sulle implicazioni per la salute dell'individuo.

Anomalie bilanciate: Queste anomalie si verificano quando non c'è perdita o guadagno di materiale genetico. In altre parole, la quantità totale di materiale genetico rimane invariata, anche se la sua disposizione è alterata. Esempi di anomalie bilanciate includono:

Inversioni: Un segmento di un cromosoma viene rimosso e reinserito nella stessa posizione, ma in direzione opposta.
Traslocazioni bilanciate: Un segmento di un cromosoma si stacca e si attacca a un altro cromosoma senza perdita di materiale genetico.
Traslocazioni Robertsoniane: sono un tipo di traslocazione cromosomica che coinvolge la fusione di due cromosomi acocentrici (cromosomi con centromeri situati verso un'estremità) in un unico cromosoma. Questo processo porta alla formazione di un cromosoma ibrido, che contiene i segmenti di entrambi i cromosomi originali.

Anomalie non bilanciate: Queste anomalie si verificano quando c'è una perdita o un guadagno di materiale genetico. Ciò può portare a una disfunzione genica e a problemi di salute significativi. Esempi di anomalie non bilanciate includono:

Delezioni: Perdita di un segmento di un cromosoma.
Duplicazioni: Guadagno di un segmento di un cromosoma.
Traslocazioni non bilanciate: Un segmento di un cromosoma si attacca a un altro cromosoma, ma con perdita di materiale genetico.
Ring cromosomi: Si verificano quando un cromosoma forma un anello a causa della perdita di parti terminali e della fusione delle estremità. Questo può influenzare la stabilità genetica dell'individuo.
Inserzioni: mutazione in cui una o più coppie di basi nucleotidiche vengono aggiunte al DNA di un organismo

La gravità delle anomalie cromosomiche è correlata al tipo di cromosoma e alla quantità di geni interessati.

Traslocazioni robertsoniane

Le traslocazioni robertsoniane sono un tipo di riarrangiamento cromosomico che coinvolge la fusione di due cromosomi acocentrici (cromosomi con centromeri situati verso una delle estremità). Questo tipo di traslocazione si verifica quando i bracci lunghi di due cromosomi si uniscono, formando un nuovo cromosoma, mentre i bracci corti di questi cromosomi vengono generalmente persi.
Le caratteristiche principali delle traslocazioni robertsoniane includono:

Cromosomi coinvolti: Le traslocazioni robertsoniane più comuni coinvolgono i cromosomi 13, 14, 15, 21 e 22.
Ereditarietà: Queste traslocazioni possono essere ereditate da un genitore portatore. I portatori di una traslocazione robertsoniana possono avere un numero normale di cromosomi (46), ma la loro configurazione cromosomica è alterata.
Rischio di anomalie: I portatori possono avere un rischio aumentato di avere figli con anomalie cromosomiche, come la sindrome di Down, se la traslocazione coinvolge il cromosoma 21.

Le traslocazioni robertsoniane non sono necessariamente associate a malattie o sintomi clinici nei portatori, ma possono influenzare la fertilità e il rischio di anomalie nei figli. La diagnosi viene generalmente effettuata tramite analisi cromosomica, come il cariotipo.

Traslocazioni reciproche

Le traslocazioni reciproche sono un tipo di riarrangiamento cromosomico in cui segmenti di due cromosomi diversi vengono scambiati tra loro. Questo processo può avvenire durante la meiosi o la mitosi e coinvolge la rottura di due cromosomi, seguita dalla reintegrazione dei segmenti in posizioni diverse.
In esse, nessuna macroregione cromosomica è apparentemente assente, ma solo trasferita su un altro cromosoma.

Può essere interrotta la sequenza di un gene o di due geni.

È critico valutare i punti di rottura specie nelle traslocazioni de novo.

Si può produrre un gene di fusione tra due geni altrimenti separati.

Inversioni

Le inversioni cromosomiche sono mutazioni che comportano un riarrangiamento del materiale genetico all'interno di un cromosoma. Esistono due tipi principali di inversioni: le inversioni paracentriche e le inversioni pericentriche.

Inversione paracentrica: In questo tipo di inversione, il segmento di DNA che viene invertito non include il centromero. Pertanto, entrambi i segmenti di DNA che rimangono dopo l'inversione si trovano sullo stesso lato del centromero. Questo può influenzare la formazione dei gameti durante la meiosi, portando a gameti non vitali o a anomalie genetiche.

Inversione pericentrica: In questo caso, il segmento di DNA invertito include il centromero. Ciò significa che il segmento di DNA invertito si estende su entrambi i lati del centromero. Anche le inversioni pericentriche possono influenzare la segregazione dei cromosomi durante la meiosi e possono portare a gameti con anomalie genetiche.

Delezioni

La delezione è la perdita di un segmento di un cromosoma. Ci sono varie tipologie di delezioni, che sono:

Delezioni terminali: Queste si verificano quando un segmento di DNA (singolo evento di rottura) viene perso all'estremità di un cromosoma. Le delezioni terminali possono portare alla perdita di geni e possono essere associate a sindromi genetiche, a seconda della posizione dei geni coinvolti.
Delezioni interstiziali: Queste delezioni avvengono all'interno del cromosoma, causando la perdita di un segmento di DNA che si trova tra due punti di ancoraggio (due eventi di rottura). Il segmento che deriva dalle due rotture viene perso e poi le estremità si risaldano
Microdelezioni: Questo termine si riferisce a delezioni che avvengono in una regione centrale di un cromosoma, con la perdita di materiale genetico che può includere geni importanti.
Cromosomi ad anello: Si formano quando un cromosoma subisce una delezione che porta alla fusione delle estremità, creando una struttura a forma di anello. I cromosomi ad anello possono comportare la perdita di geni e possono essere associati a condizioni genetiche.
Microdelezioni

Le microdelezioni sono piccole perdite di materiale genetico che interessano specifiche regioni del DNA. Queste delezioni possono essere così piccole da non essere rilevabili tramite le tecniche tradizionali di analisi cromosomica, ma possono avere un impatto significativo sulla salute e sullo sviluppo di un individuo.
Le microdelezioni possono essere associate a vari disturbi genetici. Alcuni esempi noti includono:

Sindrome di Williams = causata da una microdelezione sul cromosoma 7, che porta a problemi cardiaci, difficoltà di apprendimento e caratteristiche facciali distintive.
Sindrome di Cri du Chat = è una malattia genetica causata da una delezione parziale del braccio corto del cromosoma 5
Sindrome di Wolf-Hirschhorn = è una malattia genetica rara causata da una delezione parziale del braccio corto del cromosoma 4
Cariotipo

Il cariotipo è l'insieme dei cromosomi di un organismo, organizzato e presentato in modo specifico per lo studio. Negli esseri umani, il cariotipo normale è composto da 46 cromosomi, suddivisi in 23 coppie. Questa analisi viene utilizzata in genetica per identificare anomalie cromosomiche che possono essere correlate a malattie genetiche o disturbi dello sviluppo.

Citogenetica

La citogenetica è un ramo della genetica che studia i cromosomi, la loro struttura, funzione e comportamento durante la divisione cellulare. Questa disciplina è fondamentale per comprendere le basi genetiche delle malattie e per analizzare le anomalie cromosomiche.

Ecco alcuni aspetti chiave della citogenetica:

Cromosomi: La citogenetica si concentra sui cromosomi
Analisi cromosomica: La citogenetica utilizza tecniche come la citogenetica classica (analisi del cariotipo) e la citogenetica molecolare (FISH, CGH) per identificare e studiare le anomalie cromosomiche, come delezioni, duplicazioni, traslocazioni e inversioni.
Anomalie cromosomiche: Queste possono essere ereditarie o acquisite e possono portare a sindromi genetiche, malformazioni congenite o aumentato rischio di malattie. Esempi noti includono la sindrome di Down (trisomia 21) e la sindrome di Turner (monosomia X).

La citogenetica molecolare è un sottocampo della citogenetica che combina tecniche di biologia molecolare con l'analisi cromosomica per studiare la struttura e la funzione dei cromosomi a un livello più dettagliato. Questa disciplina si concentra sull'analisi del DNA e delle anomalie cromosomiche utilizzando metodi avanzati.
La citogenetica molecolare utilizza diverse tecniche per studiare i cromosomi e le loro anomalie, tra cui:

FISH (Fluorescence In Situ Hybridization): Una tecnica che utilizza sonde fluorescenti per identificare specifiche sequenze di DNA all'interno dei cromosomi. È utile per rilevare delezioni, duplicazioni e traslocazioni.
CGH (Comparative Genomic Hybridization): Un metodo che permette di confrontare il DNA di un campione con un DNA di riferimento per identificare variazioni nel numero di copie di specifiche regioni cromosomiche.
Array CGH: Un'evoluzione della CGH che utilizza microarray per analizzare simultaneamente molteplici regioni del genoma.

Principi del FISH:

Ibridazione: Si utilizza un sondaggio di DNA marcato con un fluorocromo che si lega a una sequenza specifica di DNA nel campione di cellule.
Visualizzazione: Dopo l'ibridazione, le cellule vengono osservate al microscopio a fluorescenza. Le aree in cui il sondaggio si è legato appaiono illuminate, permettendo di identificare la presenza o l'assenza di specifiche sequenze geniche.

Vantaggi del FISH:

- Sensibilità: Può rilevare piccole anomalie che potrebbero non essere visibili con altre tecniche.

- Specificità: Permette di analizzare sequenze specifiche di DNA.

- Rapidità: I risultati possono essere ottenuti in tempi relativamente brevi rispetto ad altre tecniche di analisi cromosomica.

Svantaggi del FISH:

conoscenza a priori della regione interessata dall’alterazione
incapacità di identificare altre regioni cromosomiche oltre a quelle legata alla sondaggio
costosa

Principi della CGH:

Preparazione del campione: Si estraggono DNA da un campione di tessuto e da un campione di controllo (solitamente da un individuo sano).
Marcatura: Il DNA del campione e quello di controllo vengono marcati con fluorocromi diversi
Ibridazione: I due campioni marcati vengono ibridati su una piastra contenente sonde di DNA che rappresentano diverse regioni del genoma.
Analisi: Dopo l'ibridazione, si utilizza un microscopio a fluorescenza per analizzare il rapporto di fluorescenza tra il campione e il controllo. Un rapporto diverso da 1:1 indica una variazione nel numero di copie di una specifica regione del genoma.

Vantaggi della CGH:

Ampia copertura: Permette di analizzare l'intero genoma in un'unica analisi.
Sensibilità: Può rilevare piccole variazioni nel numero di copie che potrebbero non essere visibili con altre tecniche.
Richiede minime quantità di DNA

Limitazioni della CGH:

Interpretazione: L'interpretazione dei risultati può essere complessa, poiché non tutte le variazioni identificate hanno significato clinico.

Principi dell’array CGH

L'array CGH (Comparative Genomic Hybridization) è una tecnica di analisi genetica utilizzata per rilevare e caratterizzare le variazioni nel numero di copie di DNA a livello genomico. Questa metodica consente di identificare amplificazioni o delezioni di segmenti di DNA, che possono essere associate a malattie genetiche e tumori.

L'array CGH funziona confrontando il DNA del campione (ad esempio, da un paziente) con un DNA di riferimento. I campioni vengono etichettati con colori diversi e ibridati su una piastra contenente sonde specifiche per diverse regioni del genoma. Attraverso l'analisi dei segnali fluorescenti, è possibile determinare se ci sono variazioni nel numero di copie di specifiche regioni del DNA.

Meccanismi molecolari

Tutte le malattie genomiche sono causate da un comune meccanismo molecolare:

ricombinazione omologa non allelica
giunzione terminale non omologa

Ricombinazione omologa non allelica

La ricombinazione omologa non allelica è un processo attraverso il quale il DNA di due cromosomi omologhi si scambia informazioni genetiche, ma non tra alleli (le diverse forme di un gene) dello stesso locus. Questo tipo di ricombinazione può avvenire tra sequenze di DNA che sono simili, ma non necessariamente corrispondenti, e può avere un ruolo importante in vari processi biologici.

Caratteristiche della Ricombinazione Omologa Non Allelica:

Sequenze Simili: Le sequenze coinvolte nella ricombinazione omologa non allelica sono simili, ma non devono essere varianti dello stesso gene. Possono essere geni diversi che condividono regioni di omologia.
Meccanismo: Il meccanismo di ricombinazione può coinvolgere la formazione di strutture di crossover durante la replicazione del DNA o la riparazione di rotture a doppio filamento. Le proteine coinvolte nella ricombinazione, come le endonucleasi e le ligasi, giocano un ruolo cruciale in questo processo.

La ricombinazione omologa non allelica è spesso associata alle regioni ripetute (LCRs).

I "low copy repeats" (LCR), o ripetizioni a bassa copia, sono sequenze di DNA che si trovano in più copie nel genoma, ma a differenza delle ripetizioni ad alta copia, sono presenti in numero relativamente limitato. Queste sequenze possono variare in lunghezza e possono essere distribuite in diverse posizioni all'interno del genoma.

Giunzione terminale non omologa

La giunzione terminale non omologa (NHEJ, dall'inglese "Non-Homologous End Joining") è un meccanismo di riparazione del DNA che si attiva in risposta a rotture a doppio filamento (DSB, "Double-Strand Breaks"). A differenza della ricombinazione omologa, che utilizza una sequenza omologa come modello per la riparazione, la NHEJ unisce le estremità dei filamenti di DNA rotti senza la necessità di una sequenza omologa.

Caratteristiche della Giunzione Terminale Non Omologa:

Meccanismo di Riparazione: La NHEJ è un processo relativamente rapido e diretto. Quando si verifica una rottura a doppio filamento, le estremità danneggiate vengono riconosciute e legate da un complesso di proteine. Le estremità possono essere elaborate (ad esempio, rimuovendo nucleotidi danneggiati) e quindi unite.

Polimorfismo

Il polimorfismo è un concetto fondamentale in genetica e biologia che si riferisce alla presenza di due o più varianti (alleli) di un gene o di una sequenza di DNA in una popolazione.

Mutazioni nel DNA codificante

Le Mutazioni nel DNA codificante sono:

silenti o sinonime = non cambiano la frequenza amminoacidica
non sinonime = cambiano la frequenza del prodotto proteico o dell’RNA non tradotto
frameshifts = causano alterazioni della cornice di lettura

Sostituzioni di singole basi non sinonime

Le sostituzioni di singole basi non sinonime sono:

non senso = la sostituzione nucleotidica cambia il codone per un AA[1] in un codone di stop → proteina troca
missenso = la sostituzione nucleotidica cambia il codone per un AA in un codone per un altro AA (sostituzione amminoacidica). In questo caso possiamo avere anche:
sostituzione conservativa = sostituzione di un AA con un altro che abbia le stesse caratteristiche
sostituzione non conservativa = sostituzione di un AA con un altro che non abbia le stesse caratteristiche
Classificazione delle mutazioni in base all’effetto sulla funzione
perdita di funzione = riduzione o perdita di funzione
aploinsufficenza = il contributo di un allele normale non è sufficiente per prevenire un difetto
effetto dominante negativo = proteina anomala interferisce con la funzione dell’allele normale
guadagno di funzione = c’è un aumento dell’attività funzionale con una nuova funzione della proteina

Dosaggio genico

Il dosaggio genico si riferisce alla quantità di prodotto genico (tipicamente proteine) che viene espresso da un gene in un dato momento. Questo concetto è fondamentale per comprendere come le variazioni nel numero di copie di un gene o nelle sue sequenze regolatorie possano influenzare l'espressione genica e, di conseguenza, il fenotipo di un organismo.

Esso è molto utile perché la quantità di un gene può influenzare la quantità di proteina prodotta.

Gene

Un gene è un'unità fondamentale dell'ereditarietà, che contiene le informazioni necessarie per la sintesi di una proteina o per il controllo di un processo biologico. I geni sono segmenti di DNA che si trovano sui cromosomi e possono essere considerati come le istruzioni per la costruzione e il funzionamento degli organismi.

I geni occupano una posizione ben precisa all’interno del cromosoma, chiamata locus o loco genico.

Struttura di un gene

La struttura di un gene è complessa e varia a seconda del tipo di organismo e del gene stesso. Tuttavia, ci sono alcune caratteristiche comuni che possono essere identificate nella maggior parte dei geni. Ecco una panoramica della struttura tipica di un gene e delle sue componenti principali:

1) Regioni Codificanti e Non Codificanti:

Esone: Le parti del gene che codificano per le proteine. Gli esoni vengono trascritti in RNA messaggero (mRNA) e successivamente tradotti in proteine.
Introne: Le sequenze non codificanti che si trovano tra gli esoni. Gli introni vengono trascritti nell'mRNA, ma vengono rimossi durante il processo di splicing, prima che l'mRNA venga tradotto in proteina.

2) Regioni Regolatorie:

Promotore: Una sequenza di DNA situata all'inizio del gene che funge da sito di legame per l'RNA polimerasi e altri fattori di trascrizione. Il promotore è fondamentale per l'inizio della trascrizione del gene.
Enhancer: Sequenze di DNA che possono aumentare l'espressione di un gene. Gli enhancer possono trovarsi a distanze variabili dal gene che regolano e possono interagire con il promotore attraverso la formazione di anse nel DNA.
Silencer: Sequenze che possono ridurre l'espressione di un gene. Funzionano legandosi a fattori di trascrizione che inibiscono la trascrizione.

3) Regioni UTR (Untranslated Regions):

5' UTR: La regione non tradotta all'estremità 5' dell'mRNA, che si trova tra il promotore e il primo esone. Questa regione può influenzare la traduzione e la stabilità dell'mRNA.
3' UTR: La regione non tradotta all'estremità 3' dell'mRNA, che si trova dopo l'ultimo esone. Questa regione è importante per la stabilità dell'mRNA e può contenere segnali per la regolazione della traduzione e per la degradazione dell'mRNA.

4) Codoni di Inizio e Fine:

Codone di Inizio (AUG): Il primo codone dell'esone che codifica per un amminoacido (metionina) e segna l'inizio della traduzione.
Codoni di Fine (UAA, UAG, UGA): Codoni che segnano la fine della traduzione. Non codificano per alcun amminoacido e indicano all'apparato di traduzione di interrompere la sintesi proteica.

5) Sequenze di Terminazione:

Sequenze di terminazione: Sequenze che segnano la fine della trascrizione del gene. Queste sequenze possono includere segnali per la polimerasi RNA per staccarsi dal DNA.
Allele

Un allele è una delle diverse forme di un gene che possono esistere in un dato locus (posizione) su un cromosoma. Gli alleli possono differire per una o più sequenze di nucleotidi e possono influenzare le caratteristiche fisiche o fenotipiche di un organismo.
Ogni individuo ha due alleli per ogni gene, uno ereditato dalla madre e uno dal padre. Gli alleli possono essere classificati in base alla loro espressione:

Alleli dominanti: Questi alleli si esprimono sempre nel fenotipo, anche se sono presenti solo in una copia (eterozigote).
Alleli recessivi: Questi alleli si esprimono solo quando sono presenti in entrambe le copie (omozigote).

Dominanza e recessività

In genetica l’allele è dominante se l’eterozigote è indistinguibile dall’omozigote.

In medica. Una malattia è:

dominante = fenotipo clinicamente manifestato con un allele mutato
recessiva = fenotipo clinicamente manifestato con 2 alleli mutati

Genotipo e fenotipo

Genotipo = insieme dei geni di un individuo

Fenotipo = insieme dei caratteri di un individuo

Genetica mendeliana

La genetica mendeliana è la branca della genetica che si basa sulle leggi di ereditarietà formulate da Gregor Mendel nel XIX secolo.
Le leggi principali della genetica mendeliana includono:

Legge della segregazione: Durante la formazione dei gameti (spermatozoi e ovuli), i due alleli di un gene si separano (o segregano) in modo che ciascun gamete riceva solo un allele. Questo spiega perché gli individui possono trasmettere tratti che non sono espressi nel loro fenotipo.
Legge dell'assortimento indipendente: Mendel osservò che i geni per tratti diversi assortiscono indipendentemente l'uno dall'altro durante la formazione dei gameti. Questo significa che la trasmissione di un allele per un gene non influisce sulla trasmissione di un allele per un altro gene, a meno che i geni non siano legati (cioè situati sullo stesso cromosoma).

Il quadrato di Punnett è uno strumento grafico utilizzato in genetica per prevedere le proporzioni genotipiche e fenotipiche dei discendenti derivanti da un incrocio tra due genitori. È particolarmente utile per analizzare l'ereditarietà dei tratti mendeliani.
Ecco come funziona:

Identificazione dei genotipi parentali: Prima di tutto, è necessario conoscere i genotipi dei genitori per il tratto in questione. Ad esempio, se consideriamo un gene con un allele dominante "A" e uno recessivo "a", i genotipi possono essere AA, Aa o aa.
Costruzione del quadrato: Si disegna un quadrato suddiviso in quattro celle. Le combinazioni di alleli di un genitore vengono scritte lungo il lato superiore del quadrato, mentre le combinazioni dell'altro genitore vengono scritte lungo il lato sinistro.
Compilazione delle celle: Si riempiono le celle del quadrato combinando gli alleli dei genitori. Ogni cella rappresenta un possibile genotipo per i discendenti.
Analisi dei risultati: Una volta completato il quadrato, si possono contare le diverse combinazioni genotipiche e fenotipiche per determinare le proporzioni previste nei discendenti.

Genetica e malattie

malattia monogenica = la mutazione di un singolo gene determina il fenotipo clinico
malattia poligenica = più geni concorrono a determinare il fenotipo clinico
malattie multifattoriali = fattori genetici ed ambientali concorrono allo sviluppo del fenotipo clinico

Alcune volte un particolare genotipo in un locus può essere necessario e sufficiente perché il carattere venga espresso, questo carattere viene chiamato mendeliano.

Malattie autosomiche recessive

Le malattie autosomiche recessive sono condizioni genetiche causate da mutazioni in geni situati sui cromosomi autosomici (cioè i cromosomi non sessuali). Per manifestarsi, una persona deve ereditare due copie del gene difettoso, una da ciascun genitore. Ecco alcuni punti chiave:

Eredità: Se entrambi i genitori sono portatori di una mutazione recessiva, hanno il 25% di probabilità di avere un figlio affetto dalla malattia, il 50% di probabilità di avere un figlio portatore e il 25% di probabilità di avere un figlio sano.
Portatori: I portatori hanno una copia normale del gene e una copia mutata. Di solito, non mostrano sintomi della malattia, ma possono trasmettere il gene mutato ai propri figli.
spesso c’è consanguineità, che è il fattore principale di rischio
spesso un discendente affetto ha due genitori non affetti
la trasmissione è orizzontale con salto di una generazione
Il carattere ricorre con la stessa frequenza nei due sessi
due individui affetti hanno il 100% dei figli affetti
Fibrosi cistica

La fibrosi cistica è una malattia genetica autosomica recessiva che colpisce principalmente i polmoni e il sistema digestivo. È causata da mutazioni nel gene CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator), che è responsabile della produzione di una proteina che regola il trasporto di sali e acqua attraverso le membrane cellulari.
Ecco alcuni aspetti chiave della fibrosi cistica:

Diagnosi: La fibrosi cistica può essere diagnosticata attraverso test genetici, test del sudore (che misura la quantità di sale nel sudore) e screening neonatale.
Trattamento: Non esiste una cura definitiva per la fibrosi cistica, ma i trattamenti possono aiutare a gestire i sintomi e migliorare la qualità della vita. Le opzioni di trattamento possono includere:

Classi di mutazioni della fibrosi cistica

classe 1 = sono quelle in cui proteina non è prodotta per niente o in scarsa quantità.
classe 2 = impediscono che la proteina prodotta “maturi”.
classe 3 e 4 = la proteina è prodotta, ma è mal regolato (si apre e si chiude con difficoltà) oppure è poco permeabile al cloro stesso, che dovrebbe passare all’esterno della cellula.
classe 5 = permettono la produzione di una piccola quantità di proteina funzionante.
Ereditarietà X-linked recessiva

L'ereditarietà X-linked recessiva è un tipo di trasmissione genetica in cui un gene difettoso si trova sul cromosoma X. Poiché gli uomini hanno un solo cromosoma X (XY) e le donne ne hanno due (XX), questa modalità di eredità ha effetti diversi nei due sessi.
Ecco alcuni punti chiave:

Uomini: Poiché hanno un solo cromosoma X, se ereditano un cromosoma X con un gene recessivo difettoso, esprimeranno la malattia. Non hanno un secondo cromosoma X che possa mascherare l'effetto del gene difettoso.
Donne: Le donne hanno due cromosomi X. Se possiedono un cromosoma X con il gene recessivo difettoso e un cromosoma X normale, di solito non esprimeranno la malattia, ma saranno portatrici. Le portatrici possono trasmettere il cromosoma X difettoso ai loro figli.
Eredità: Se un padre affetto trasmette il suo cromosoma X difettoso a una figlia, questa sarà affetta dalla malattia. Se lo trasmette a un figlio, questi non sarà affetto, poiché riceverà un cromosoma Y dal padre.
Esempi di malattie X-linked recessive: Alcuni esempi includono l'emofilia, la distrofia muscolare di Duchenne, il daltonismo, il favismo e l’insensibilità agli androgeni.

Distrofia muscolare di Duchenne

La distrofia muscolare di Duchenne (DMD) è una malattia genetica rara e grave che provoca progressiva debolezza muscolare e degenerazione. È causata da mutazioni nel gene DMD, che codifica per la distrofina, una proteina fondamentale per la stabilità delle membrane cellulari nei muscoli.

Ereditarietà X-linked dominante

L'ereditarietà X-linked dominante è un tipo di trasmissione genetica in cui un gene difettoso situato sul cromosoma X causa una malattia o una condizione che si manifesta in modo dominante. Questo significa che è sufficiente avere una sola copia del gene mutato per sviluppare la condizione, a differenza dell'ereditarietà recessiva, dove sono necessarie due copie del gene mutato.

Ecco alcune caratteristiche chiave dell'ereditarietà X-linked dominante:

Trasmissione: Una madre con un gene X mutato ha il 50% di probabilità di trasmettere il gene mutato ai suoi figli, sia maschi che femmine (che sono dei mosaici). Un padre con un gene X mutato trasmetterà il gene mutato a tutte le figlie ma non ai figli maschi, poiché i maschi ricevono il cromosoma Y dal padre.
Manifestazione: Le femmine tendono a manifestare la malattia in modo simile ai maschi, ma in alcuni casi possono avere forme più lievi della malattia a causa della presenza di un secondo cromosoma X normale.
il carattere si presenta in tutte le generazioni quindi la trasmissione è verticale
il carattere non ricorre con la stessa frequenza nei due sessi, il numero totale delle femmine affette è circa il doppio rispetto a quello dei maschi affetti
Esempi di malattie: Alcuni esempi di condizioni X-linked dominanti includono la sindrome di Rett e l'iperostosi cranica.

Sindrome di Rett

La sindrome di Rett è un disturbo neurologico raro che colpisce principalmente le femmine. È causata da mutazioni nel gene MECP2, situato sul cromosoma X. Questa condizione si manifesta tipicamente dopo un periodo di sviluppo normale nei primi mesi di vita, seguito da una regressione delle abilità motorie e linguistiche.

È una malattia epigenetica, perché MECP2 è una proteina che lega il DNA metilato e se mutata determina dei cambiamenti strutturali o trascrizionali nella cromatina. Ecco alcune caratteristiche:

tutti i maschi presentano il fenotipo
eredità è poco studiata perché i geni sull'Y sono legati alla fertilità, quindi, se il

maschio ha la mutazione, spesso non ha figli e la mutazione viene persa

Malattie epigenetiche

Le malattie epigenetiche sono condizioni che derivano da modifiche epigenetiche, ovvero cambiamenti nell'espressione genica che non comportano alterazioni nella sequenza del DNA. Questi cambiamenti possono influenzare come i geni vengono attivati o disattivati e possono essere influenzati da fattori ambientali, stili di vita e altre condizioni.
Ecco alcune caratteristiche delle malattie epigenetiche:

Meccanismi: Le modifiche epigenetiche possono includere la metilazione del DNA, modifiche degli istoni e l'azione di RNA non codificanti. Questi meccanismi possono alterare l'accesso della macchina cellulare ai geni, influenzando la loro espressione.
Esempi di malattie: Alcuni esempi di malattie associate a modifiche epigenetiche includono il cancro, le malattie neurodegenerative come l'Alzheimer e alcune malattie genetiche come la sindrome di Prader-Willi e la sindrome di Angelman.
Fattori ambientali: Fattori come dieta, stress, esposizione a sostanze chimiche e inquinamento possono influenzare le modifiche epigenetiche e, di conseguenza, il rischio di sviluppare malattie.

Deviazioni dalle modalità mendeliane standard

Penetranza
Espressività fenotipica
Eterogeneità genetica o allelica
Complementazione genetica o allelica
Fenocopia
Insorgenza tardiva
Epistasi
Mosaicismo
Mutazione de-novo
Anticipazione
Imprinting
Eredità mitocondriale
Penetranza

La penetranza è un concetto importante in genetica che si riferisce alla percentuale di individui con un determinato genotipo che esprimono il fenotipo associato. In altre parole, indica quanto frequentemente un gene o una mutazione specifica si manifesta in un individuo.
Ci sono due tipologie di penetranza:

Penetranza completa: Quando tutti gli individui portatori di un genotipo specifico mostrano il fenotipo corrispondente, si parla di penetranza completa. Ad esempio, se un gene dominante causa una malattia e tutti gli individui che hanno quel gene mostrano i sintomi, la penetranza è del 100%.
Penetranza incompleta: Si verifica quando solo una parte degli individui con un genotipo specifico manifesta il fenotipo. Ad esempio, in alcune malattie genetiche, non tutti gli individui portatori di una mutazione mostrano i sintomi, il che indica una penetranza inferiore al 100%. Essa si manifesta in una proporzione di figli

affetti minore di quella attesa dalle proporzioni mendeliane.

Molte malattie autosomiche dominanti sono a penetranza incompleta, vengono

all'osservazione come fenotipi che saltano una generazione

Fattori influenzanti: La penetranza può essere influenzata da vari fattori, tra cui l'ambiente, l'interazione con altri geni e la presenza di modifiche epigenetiche. Questi fattori possono contribuire a una variabilità nell'espressione del fenotipo

Anticipazione

L’anticipazione è il fenomeno in cui il grado o la penetranza di una malattia aumenta ad ogni generazione successiva.

Essa è legata al progressivo espandersi delle triplette nelle cellule germinali.

Espressività

L’espressività indica il grado con cui varia l’espressione di un carattere in seno ad una popolazione,

Differisce dalla penetranza in quanto tutti gli eterozigoti mostreranno una manifestazione del carattere, ma con una intensità diversa nel fenotipo.

Eterogeneità genetica

L’eterogeneità genetica è il fenomeno per il quale uno stesso carattere può essere prodotto da più geni.

In questo contesto, risulta spesso difficile prevedere la trasmissione di una di queste patologie in una famiglia.

Complementazione

La complementazione è il ripristino di un fenotipo wt in un individuo doppio eterozigote per due mutazioni che interessano lo stesso carattere ma che sono localizzate in loci

diversi. In questo caso si dice che le due mutazioni si complementano in quanto, per

ciascuna di esse, è presente l’allele normale che porta il tratto non mutato.

Epistasi

L’epistasi è l’interazione tra geni non allelici che determina una situazione in cui un gene A (detto epistatico) modifica la manifestazione di un altro gene B(detto ipostatico) situato in un locus differente dello stesso cromosoma.

Ci sono due tipologie di epistasi:

dominante = la presenza di un singolo allele epistatico A ha l'effetto di impedire il passaggio dal fenotipo 1 al fenotipo 2, passaggio che però è controllato anche da un'altra coppia allelica, i cui alleli possono essere B o b
recessiva = la mancanza di un prodotto per genico aa determina la mancanza del fenotipo associato agli allei Bb.

Nell’epistasi il fenotipo differisce quindi da quello che si otterrebbe se i geni si esprimessero in maniera indipendente.

Albinismo

L’albinismo è un’anomalia consistente nell’assenza di pigmento nella pelle, nell’iride e nella coroide. Coloro che sono affetti da albinismo subiscono danni esponendosi alla luce solare perché non possiedono alcuna protezione. Questa patologia è un esempio di epistasi recessiva.

Qui la presenza di una coppia allelica recessiva (a/a), impedisce la produzione di melanina, va a coprire qualsiasi altra coppia di alleli non strettamente dominante (quindi b/b oppure b/B) che vada ad influenzare il colore della pelle, degli occhi o dei capelli.

Mutazioni de novo

Le mutazioni de novo sono alterazioni nel DNA che si verificano per la prima volta in un individuo e non sono ereditarie dai genitori. Queste mutazioni possono avvenire in qualsiasi parte del genoma e possono influenzare l'espressione genica o la funzionalità delle proteine. Ecco alcune informazioni chiave sulle mutazioni de novo:

Origine: Le mutazioni de novo possono verificarsi durante la formazione dei gameti (spermatozoi e ovuli) o durante le prime fasi dello sviluppo embrionale. Possono derivare da errori durante la replicazione del DNA o da esposizione a fattori ambientali.
Tipi di mutazioni: Possono includere mutazioni puntiformi (cambiamenti in una singola base nucleotidica), inserzioni, delezioni o riarrangiamenti più complessi del DNA.
Impatto sulla salute: Alcune mutazioni de novo possono essere associate a malattie genetiche, disturbi dello sviluppo o condizioni neuropsichiatriche. Ad esempio, molte mutazioni de novo sono state identificate in casi di autismo e disabilità intellettiva.
Eredità: Le mutazioni de novo non vengono trasmesse dai genitori, ma possono essere presenti in tutti gli individui della progenie se si verificano nelle cellule germinali. Ciò significa che un genitore può avere un figlio con una mutazione de novo anche se non è presente nella sua linea familiare. Si trasmettono alla prole solo le mutazioni che non compromettono la riproduzione.
Imprinting

L'imprinting genomico è un fenomeno epigenetico in cui solo uno dei due alleli di un gene (quello ereditato da uno dei genitori) è attivo, mentre l'altro è silenziato. Questo processo di espressione differenziale dei geni a seconda della loro origine parentale ha importanti implicazioni per lo sviluppo e la salute.
Ecco alcune caratteristiche chiave dell'imprinting:

Meccanismo: nelle cellule germinali primordiali l’imprinting viene cancellato del tutto e il DNA è metilato. Successivamente nella linea germinale maschile si determina un pattern di imprinting che in alcuni loci è complementare a quello della linea germinale femminile.
Ereditarietà: Poiché l'imprinting è legato all'origine parentale, i geni imprintati possono comportarsi in modo diverso a seconda che siano ereditati dalla madre o dal padre.
i cromosomi su cui avviene l’imprinting (7, 11, 15) manterranno questo pattern e lo riprodurranno ad ogni mitosi
si potranno sempre distinguere l’espressione genica del cromosoma paterno e materno
figli di madri malate non sono mai malati, figli di padri malati hanno una probabilità del 50% di ricevere la malattia
Progetto genoma umano

Il Progetto Genoma Umano è un'iniziativa scientifica internazionale avviata negli anni '90 con l'obiettivo di mappare e comprendere tutti i geni del genoma umano. Completato nel 2003, ha fornito una sequenza di riferimento per il DNA umano, identificando circa 20.000-25.000 geni. Esso:

ha lo scopo di sequenziare l’intero genoma umano e rendere disponibili i dati alla ricerca e alla conoscenza.
È la prima grande collaborazione scientifica su scala mondiale e il più ampio progetto di ricerca biologica
coinvolge migliaia di tecnici e ricercatori in istituti in tutto il mondo
distribuzione dei compiti e assegnazione di specifiche regioni genomiche ai singoli gruppi con un efficiente coordinamento.

Esso è stato fatto perché:

la disponibilità della sequenza rende più semplice l’identificazione dei geni responsabili delle malattie mendeliane
sequenza completa di tutti i geni
possibilità di determinare la struttura esoni-introni
mappare i geni e le altre sequenze
rivelare le regioni di controllo non codificanti
identificare i polimorfismi

I benefici di questo progetto in medicina sono:

migliorare la diagnosi di malattia
identificazione di predisposizione genetica e specifiche malattie
creazioni di farmaci sulla base di informazioni molecolari
possibilità di terapia genica
produzione di “farmaci personalizzati” sulla base dei profili genetici individuali

Il Progetto Genoma Umano, nella sua forma originale, è stato completato nel 2003. Tuttavia, la ricerca e le attività correlate continuano poiché ci sono diverse lacune.

Le lacune lasciate dal Progetto Genoma Umano riguardano principalmente le regioni del genoma che erano difficili da sequenziare con le tecnologie disponibili all'epoca. Alcuni dei principali tipi di lacune includono:

Telomeri: Le estremità dei cromosomi, che proteggono il DNA dalla degradazione, sono state difficili da sequenziare completamente. Queste regioni sono importanti per la stabilità cromosomica e la replicazione cellulare.
Regioni di DNA ripetitivo: Molte aree del genoma contengono sequenze di DNA ripetitive, come i microsatelliti e i segmenti di DNA altamente ripetitivo. Queste regioni possono essere complicate da assemblare e analizzare.
Variabilità genetica: Alcuni polimorfismi e varianti genetiche presenti nelle popolazioni non sono stati completamente catturati, il che limita la comprensione della diversità genetica tra gli individui e le popolazioni.
Gene e regolazione: Alcuni geni e le loro regioni regolatorie potrebbero non essere stati identificati o sequenziati correttamente, il che può influenzare la comprensione delle malattie genetiche e dei tratti ereditari.
T2T

Il progetto T2T, o "Telomere-to-Telomere", è un'iniziativa scientifica che mira a completare la sequenza del genoma umano, in particolare colmando le lacune lasciate dal Progetto Genoma Umano. Questo progetto si concentra sull'assemblaggio completo del genoma, inclusi i telomeri (le estremità dei cromosomi) e le regioni difficili da sequenziare.
L'obiettivo principale del T2T è fornire una rappresentazione più completa e accurata del genoma umano, il che è fondamentale per una migliore comprensione della genetica umana, delle malattie e della variabilità genetica tra individui. La ricerca T2T è particolarmente rilevante per lo studio di malattie genetiche e per la medicina personalizzata.

Nel 2022, il team di ricerca ha annunciato che il progetto ha raggiunto un traguardo significativo, completando la sequenza di riferimento del genoma umano in modo da includere le regioni precedentemente non sequenziate, comprese le aree difficili come i telomeri e le sequenze ripetitive.

La sequenza del genoma è stato ottenuta di una linea cellulare derivata da una mola

idatiforme completa (CHM13 da complete hydatiform mole 13). Una mola idatiforme

completa deriva dalla fecondazione di una cellula uovo enucleata. Il genoma derivato è

perciò caratterizzato dalla mancanza di un corredo genetico materno e dalla duplicazione di quello paterno. Il risultato è una omozigosità pressochè totale, tranne nei casi di fecondazione dispermica. Inoltre, non avendo bisogno di assemblare entrambi gli aplotipi di un genoma diploide, la mole idatiforme si presta bene a fornire sequenze genomiche di riferimento.

Il genoma ottenuto (indicato come T2T-CHM13) comprende la sequenza completa da

telomero a telomero di tutti i 22 autosomi umani e il cromosoma X.

Sequenziamento del genoma umano

Il sequenziamento del genoma umano durante il Progetto Genoma Umano è stato realizzato attraverso una combinazione di tecniche avanzate di biologia molecolare e genomica. Ecco i principali passaggi e metodologie utilizzate:

Tecniche di Sequenziamento: All'inizio del progetto, venivano utilizzate tecniche di sequenziamento Sanger, che prevedevano la costruzione di frammenti di DNA e il loro sequenziamento attraverso la reazione di terminazione della catena. Questa tecnica era precisa ma relativamente lenta e costosa.
Vettori per il clonaggio: Il genoma umano è stato suddiviso in frammenti più piccoli, che sono stati sequenziati separatamente. Questo approccio ha facilitato la gestione del volume di dati e ha permesso una maggiore efficienza.
Assemblaggio: Dopo il sequenziamento dei frammenti, i dati ottenuti sono stati assemblati in sequenze più lunghe utilizzando software di bioinformatica. Questo processo richiedeva l'allineamento e la combinazione dei frammenti per ricostruire la sequenza completa del genoma.

Metodo di Sanger

Il metodo di Sanger, noto anche come sequenziamento di Sanger, è una tecnica utilizzata per determinare la sequenza di nucleotidi nel DNA.
Il processo si basa sull'uso di dideossinucleotidi (ddNTP), che sono nucleotidi modificati che, quando incorporati in una catena di DNA in crescita, interrompono la sintesi del DNA. Ecco una panoramica delle fasi principali del metodo:

Preparazione del campione: Il DNA da sequenziare viene estratto e amplificato se necessario.
Reazione di sequenziamento: Si prepara una reazione contenente il DNA, primer, DNA polimerasi, nucleotidi normali (dNTP) e dideossinucleotidi (ddNTP) marcati con fluorescenza o radioattività.
Estensione del DNA: La DNA polimerasi estende il primer, incorporando nucleotidi fino a quando non viene aggiunto un ddNTP, che termina la sintesi della catena.
Separazione dei frammenti: I frammenti di DNA di diverse lunghezze vengono separati tramite elettroforesi su gel o attraverso tecniche di sequenziamento automatizzato.
Lettura della sequenza: I frammenti vengono analizzati per determinare la sequenza di nucleotidi.

Il metodo di Sanger è stato ampiamente utilizzato per il sequenziamento del genoma umano e continua a essere una tecnica importante in laboratorio per il sequenziamento di piccole porzioni di DNA.

Vettori di clonaggio

I vettori di clonaggio sono strumenti utilizzati per inserire e replicare frammenti di DNA in un organismo ospite, solitamente batteri come Escherichia coli. I principali tipi di vettori di clonaggio includono:

Plasmide: Un piccolo pezzo circolare di DNA che può replicarsi indipendentemente dal DNA cromosomico nei batteri. I plasmidi sono comunemente utilizzati nella ingegneria genetica per clonare, trasferire e manipolare geni. Possono accettare però solo piccoli frammenti
Fago Lambda (λ): Un virus che infetta i batteri, in particolare l'E. coli. Il fago Lambda può essere utilizzato come vettore per clonare frammenti di DNA in un organismo ospite. La sua capacità unica di integrarsi nel genoma batterico lo rende utile per determinati esperimenti di clonazione.
Cosmide: Un vettore di clonazione che combina caratteristiche di plasmidi e fagi. I cosmidi possono contenere DNA di lunghezza maggiore rispetto ai plasmidi e sono utilizzati per clonare frammenti di DNA che vanno da 35 a 45 kb.
YAC (Yeast Artificial Chromosome): Un vettore di clonazione utilizzato per clonare grandi frammenti di DNA (fino a 1 Mb) in cellule di lievito (ovvero eucarioti). Il DNA chimerico ottenuto è una molecola lineare di DNA con telomeri (Artificial

Chromosome)

PAC (P1 Artificial Chromosome): Simile agli YAC, ma basato su un fago P1. I PAC possono anche clonare grandi frammenti di DNA (fino a 300 kb) e sono utilizzati per applicazioni simili. Esso è un batteriofago ma non si integra nei cromosomi della cellula ospite (spesso E. Coli)
BAC (Bacterial Artificial Chromosome): molecole di DNA chimerico usano un plasmide batterico a basso numero di copie. Può essere clonato come un plasmide e la sua naturale stabilità permette il clonaggio di larghi frammenti di DNA di poche centinaia di kb che replicheranno nel batterio ospite.

Sequenziamento gerarchico

Il sequenziamento gerarchico è una strategia utilizzata per sequenziare grandi genomi, come quello umano, in modo efficiente e sistematico. Questo approccio prevede diversi passaggi:

Creazione di una libreria di DNA: Il genoma da sequenziare viene frammentato in pezzi più piccoli, che vengono poi clonati in vettori (come BAC o YAC). In questo modo i frammenti di DNA possono essere facilmente ancorati alla rispettiva posizione sulla mappa genetica (creazione di una libreria di DNA). Da ogni clone vengono generati dei subcloni più piccoli di dimensione adatte al sequenziamento.
Sequenziamento dei frammenti: I frammenti clonati vengono sequenziati, ma non tutti i frammenti vengono sequenziati completamente. Invece, vengono sequenziati solo parzialmente, producendo letture che coprono porzioni del genoma.
Assemblaggio: Le letture parziali vengono poi assemblate in sequenze più lunghe, utilizzando software di bioinformatica per allineare e sovrapporre le sequenze. Questo processo crea una rappresentazione continua del genoma.
Chiusura delle lacune: Dopo l'assemblaggio iniziale, si procede a sequenziare le aree che presentano lacune o che necessitano di ulteriori dettagli per completare il genoma.

Vantaggi:

Maggiore accuratezza: Poiché i frammenti più grandi vengono sequenziati, il metodo tende a produrre assemblaggi più accurati e completi, riducendo le lacune nel genoma.
Controllo della qualità: Essendo un processo più strutturato, consente un maggiore controllo sulla qualità delle letture e sull'assemblaggio finale.

Svantaggi:

Tempo e costo: Può richiedere più tempo e risorse rispetto al sequenziamento shotgun, poiché il processo di mappatura e assemblaggio è più complesso.
Richiesta di mappatura preliminare: Prima di iniziare il sequenziamento, è necessario avere una buona mappatura del genoma, il che può essere un ostacolo se il genoma non è stato precedentemente caratterizzato.
Sequenziamento Shotgun (Celera)

Il sequenziamento shotgun comporta la frammentazione casuale del DNA in pezzi di dimensioni variabili, che vengono poi sequenziati in modo indipendente. Le letture ottenute vengono successivamente assemblate per ricostruire la sequenza originale del genoma.

Il DNA umano totale è stato frammentato meccanicamente in frammenti di circa 500 bp. Ogni frammento è stato clonato in un vettore e sequenziato da sequenziatori automatici.

Per ogni regione di DNA si formano molti frammenti sovrapposti, per cui ogni sequenza viene sequenziata numerose volte.

Vantaggi:

Rapidità: Può sequenziare rapidamente grandi quantità di DNA, rendendolo adatto per progetti che richiedono un'analisi veloce.
Semplicità: Non richiede una mappatura preliminare del genoma, il che lo rende utile per organismi il cui genoma non è stato precedentemente caratterizzato.

Svantaggi:

Difficoltà nell'assemblaggio: L'assemblaggio delle letture può essere complicato, specialmente in presenza di sequenze ripetitive o varianti.
Richiesta di potenza computazionale: L'analisi dei dati e l'assemblaggio richiedono risorse computazionali elevate.
Assemblaggio dei contigui

L'assemblaggio dei contigui, noto anche come assemblaggio di sequenze, è un processo utilizzato in bioinformatica per ricostruire sequenze di DNA a partire da frammenti più piccoli.

In sostanza, sequenziando i cloni ottenuti con digestione parziale è possibile ordinarli

sovrapponendo le sequenze delle estremità. Questa procedura permette l’embricatura dei cloni e la costruzione di contigui.

È il passaggio fondamentale per ricostruire la sequenza corretta di un cromosoma.

Le sequenze ripetute rappresentano un ostacolo, perché possono essere localizzate su cromosomi diversi.
Il processo di assemblaggio può essere suddiviso in diverse fasi:

Allineamento: I frammenti di sequenza vengono allineati tra loro per identificare le sovrapposizioni.
Costruzione del contigui: I frammenti sovrapposti vengono uniti per formare contigui, che sono sequenze più lunghe che rappresentano parti del genoma.
Chiusura delle lacune: Se ci sono lacune tra i contigui, possono essere utilizzati ulteriori dati o metodi per riempirle.
Valutazione della qualità: Si verifica la qualità dell'assemblaggio per assicurarsi che sia accurato e completo.
ESTS

ESTS, ossia "Expressed Sequence Tags," sono brevi sequenze di DNA che rappresentano porzioni di geni espressi. Le ESTs vengono generate attraverso il sequenziamento di cDNA (DNA complementare), che è prodotto a partire da RNA messaggero (mRNA) tramite un processo chiamato trascrizione inversa.
Le ESTs vengono create isolando mRNA da un campione biologico, quindi convertendolo in cDNA. Il cDNA viene quindi amplificato e sequenziato per ottenere le ESTs.
Si può sequenziare dall’estremità 5’ o 3’ del cDNA, ma:

la 5’ EST generalmente rappresenta la sequenza codificante di mRNA (più conservata)
la 3’ EST generalmente rappresenta la regione non tradotta dell’mRNA (meno conservata)

Utilizzo:

Identificazione di geni: Le ESTs possono essere utilizzate per identificare nuovi geni, poiché rappresentano porzioni di geni che sono attivamente trascritti in RNA.
Analisi dell'espressione genica: Le ESTs forniscono informazioni su quali geni sono espressi in un determinato tessuto o in risposta a specifiche condizioni ambientali o fisiologiche.
Costruzione di librerie geniche: Possono essere utilizzate per costruire librerie di geni, facilitando studi successivi sulla funzione genica e sull'interazione tra i geni.
Mappatura dei marcatori di siti basati sui geni utilizzando Sequence-Tagged Sites (STS) derivati dagli EST
Previsione della struttura genica
Indagine sullo splicing alternativo
Discriminazione tra geni che esibiscono un'espressione specifica per tessuto o malattia
risorsa utile per la progettazione di sonde per microarray di DNA utilizzati per determinare l'espressione genica.
I confini dei geni sono stati previsti utilizzando siti poli(A) da cluster EST

Cose che ancora non sappiamo:

esatto numero dei geni, localizzazione e funzione
regolazione dei geni
tipi di DNA non-codificante, distribuzione, che tipo di informazioni contengono e relativa funzione
struttura e funzione di molte proteine
correlazione tra variazioni di sequenza tra singoli individui con la salute e la malattia

Densità genica

La distribuzione dei geni bel genoma non è omogenea e varia sia tra cromosomi che tra regioni di singoli cromosomi.

Ci sono regioni povere di geni (regioni eterocromatiniche) e regioni ricche di geni (regioni subtelomeriche).

In regioni ad alta densità i geni possono essere parzialmente sovrapposti e generalmente trascritti in senso opposto.

Progetto HapMap

Il Progetto HapMap, acronimo di International HapMap Project, è stata un'iniziativa di ricerca innovativa avviata nel 2002, con l'obiettivo di sviluppare una mappa degli haplotipi del genoma umano. Questo progetto mirava a identificare e catalogare le variazioni genetiche, in particolare i polimorfismi a singolo nucleotide (SNP), in diverse popolazioni.

Obiettivi

Mappatura della Variazione Genetica: L'obiettivo principale era creare una mappa completa della variazione genetica umana che potesse essere utilizzata per comprendere le basi genetiche delle malattie e dei tratti.
Facilitare gli Studi di Associazione Genomica: I dati generati dal Progetto HapMap avrebbero aiutato i ricercatori a identificare varianti genetiche associate a malattie e tratti specifici attraverso studi di associazione genomica (GWAS).
1000 Genomes Project

Il Progetto 1000 Genomi è stata un'iniziativa di ricerca internazionale avviata nel 2008, con l'obiettivo di fornire una risorsa completa per comprendere la variazione genetica umana.
I principali obiettivi del progetto includevano:

Catalogazione della Variazione Genetica Umana: Il progetto mirava a identificare e catalogare le differenze genetiche tra gli individui, comprese le polimorfismi a singolo nucleotide (SNP), varianti strutturali e altri tipi di variazione genetica.
Mappare il genoma
Come: sequenziando il genoma di almeno 1000 persone nel mondo.

100,000 genome project

Progetto UK per portare i benefici della genomica ai pazienti del NHS. Iniziato nel 2012.
Il progetto si concentra su pazienti con malattie rare e le loro famiglie e pazienti con malattie rare e pazienti con cancro.

ENCODE

Il Consorzio ENCODE è una collaborazione internazionale di gruppi di ricerca finanziato dal National Human Genome Research Institute (NHGRI).

Lo scopo è di costruire una lista di elementi funzionali presenti nel genoma umano, inclusi gli elementi che agiscono a livello di RNA e proteine e gli elementi regolatori che controllano le cellule e le condizioni in cui un gene è attivo.

Perchè è stato così difficile completare il sequenziamento del genoma umano?

Motivo 1

Il genoma umano contiene una quantità enorme di DNA.

La sequenza di un genoma non può non può essere letta da cima a fondo. Piuttosto, i ricercatori devono prima determinare la sequenza di pezzi casuali di DNA e poi usare queste sequenze più piccole per rimettere insieme la genoma come un enorme puzzle.

Motivo 2

Alcune parti del nostro DNA sono dolorosamente ripetitive.

Alcune sezioni della sequenza del genoma umano sono costituite da lunghi tratti di lettere

ripetitivi di lettere difficili da collocare al posto giusto.

Motivo 3

Le ripetizioni del DNA e altri ostacoli si sono frapposti tra i ricercatori genomici e l'ultimo 8% della sequenza del genoma umano, fino a quando non sono state sviluppate nuove

tecnologie di laboratorio e di calcolo.

Sequenza genomica di riferimento

La sequenza genomica di riferimento è una rappresentazione standardizzata del genoma di una specie, utilizzata come base per confrontare e analizzare le variazioni genetiche all'interno di quella specie. Nel caso degli esseri umani, la sequenza genomica di riferimento è stata sviluppata grazie a progetti come il Progetto Genoma Umano e il 1000 Genomes Project.
Non rappresenta il genoma di un singolo individuo, ma è assemblata da più persone. Ogni posizione del genoma umano è rappresentata da un nucleotide specifico, mostrando solo una copia di ciascun cromosoma, mentre gli esseri umani sono diploidi e possiedono due copie. La sequenza di riferimento non mira a catturare la diversità genetica della popolazione, ma funge da strumento per analizzare e confrontare nuove sequenze genomiche, permettendo di identificare le varianti presenti nel genoma di un individuo rispetto a quella sequenza di riferimento.
Ecco alcuni punti chiave sulla sequenza genomica di riferimento:

Utilizzo: Serve come modello per identificare variazioni genetiche, come SNP e altre mutazioni, che possono essere associate a malattie o tratti fenotipici.
Aggiornamenti: La sequenza di riferimento può essere aggiornata man mano che vengono ottenute nuove informazioni e tecnologie di sequenziamento migliorano.
Importanza: È fondamentale per la genomica, la medicina personalizzata e la ricerca sulle malattie, poiché consente ai ricercatori di identificare differenze genetiche in campioni di popolazione.
Tipi di varianti genomiche

Esistono diversi tipi di varianti genomiche, tra cui:

Varianti a Singolo Nucleotide (SNV): Rappresentano differenze in un singolo nucleotide nel DNA. Le SNV più comuni sono chiamate polimorfismi a singolo nucleotide (SNP), che devono essere presenti in almeno l'1% della popolazione per essere classificati come tali.
Inserzioni e Delezioni (indel): Queste varianti indicano nucleotidi aggiunti o mancanti nel genoma, solitamente coinvolgendo meno di 50 nucleotidi. Possono avere un impatto significativo sulla salute interrompendo la funzione di geni importanti.
Ripetizioni in Tandem: Un tipo di indel, queste sono brevi sequenze di nucleotidi ripetute più volte e variano tra le persone. Sono utilizzate per la mappatura del genoma e nelle applicazioni forensi.
Varianti Strutturali: Queste includono ripetizioni in tandem di oltre 50 nucleotidi e rappresentano quasi la metà delle varianti strutturali nei genomi umani. Le varianti del numero di copie (CNV) sono un sottotipo che riflette differenze nel numero totale di nucleotidi coinvolti, a differenza di altre varianti strutturali come inversioni e traslocazioni, che non modificano il numero totale di nucleotidi.
Next Generation Sequencing (NGS)

Il Next Generation Sequencing (NGS) è una tecnologia avanzata di sequenziamento del DNA che consente di determinare rapidamente e in modo economico la sequenza nucleotidica di interi genomi. A differenza delle tecniche di sequenziamento tradizionali, che sequenziano un frammento di DNA alla volta, il NGS permette di sequenziare milioni di frammenti simultaneamente, aumentando notevolmente la velocità e la quantità di dati generati.
Ecco alcuni punti chiave sul NGS:

Elevata Capacità di Dati: Il NGS può generare enormi quantità di dati in un breve periodo, consentendo l'analisi di interi genomi o di regioni specifiche del DNA.
Applicazioni: È utilizzato in vari campi, tra cui la genomica, la medicina personalizzata, la ricerca sulle malattie, la microbiologia e la biologia evolutiva.
Costi Ridotti: Con il progresso della tecnologia, i costi per il sequenziamento sono diminuiti notevolmente, rendendo il NGS accessibile a una gamma più ampia di ricerche e applicazioni cliniche.
Analisi Complessa: I dati generati richiedono strumenti bioinformatici avanzati per l'analisi e l'interpretazione, inclusa la rilevazione di varianti genomiche e la comprensione delle implicazioni biologiche.

I principali svantaggi sono:

Frammenti sequenziati (READS) più piccoli rispetto a Sanger
Frequenza di ERRORI 10 volte più elevata (ma compensata dalla profondità di lettura) rispetto a Sanger
Interpretazione delle varianti
Validazione (sequenziamento Sanger)
Sequenze ‘difficili’: CG ricche, omopolimeri, elementi ripetuti, geni con pseudogeni
Problemi etici (risultati inattesi non correlati al test), proprietà della sequenza
Resequencing

Il ri-sequenziamento (o resequencing) è un processo utilizzato in genetica per determinare la sequenza di nucleotidi di un DNA che è già stato sequenziato in precedenza. Questo processo è utile per vari motivi:

Identificazione di Variazioni Genetiche: Il ri-sequenziamento può aiutare a identificare variazioni nel genoma, come mutazioni, polimorfismi o altre differenze rispetto a una sequenza di riferimento. Queste variazioni possono essere associate a malattie o tratti specifici.

Ricerca Evolutiva: Gli scienziati possono utilizzare il ri-sequenziamento per studiare come le specie si sono evolute nel tempo, confrontando le sequenze di DNA di popolazioni diverse.

Medicina Personalizzata: In ambito medico, il ri-sequenziamento può essere utilizzato per analizzare il DNA di un paziente per identificare mutazioni che potrebbero influenzare la risposta a determinati trattamenti o farmaci.

Controllo della Qualità: In alcuni casi, il ri-sequenziamento viene utilizzato per confermare la precisione di un sequenziamento precedente e garantire che non ci siano errori.

Il processo di ri-sequenziamento può coinvolgere diverse tecnologie, come il sequenziamento di nuova generazione (NGS), che permette di analizzare rapidamente grandi quantità di DNA.

De novo assembly

Il de novo assembly è un processo di assemblaggio di un genoma a partire da sequenze di DNA grezze, senza un genoma di riferimento preesistente. Ecco alcuni punti chiave sull'assemblaggio de novo:

Obiettivo: L'obiettivo dell'assemblaggio de novo è ricostruire un genoma completo o un transcriptoma utilizzando solo i dati di sequenziamento disponibili, senza basarsi su informazioni precedenti.

Tecnologie Utilizzate: L'assemblaggio de novo può essere effettuato utilizzando diverse tecnologie di sequenziamento, comprese sia le sequenze corte che quelle lunghe. Le sequenze lunghe sono particolarmente utili in questo contesto, poiché possono coprire regioni complesse e ripetitive del genoma.

Sequenziamento "short reads"

Il sequenziamento "short reads" (sequenze corte) nel sequenziamento del DNA si riferisce all'uso di tecnologie che generano sequenze di DNA relativamente brevi, tipicamente tra 50 e 300 nucleotidi. Ecco alcuni aspetti chiave di questo approccio:

Tecnologie di Sequenziamento: Le tecnologie di sequenziamento di nuova generazione (NGS) sono comunemente utilizzate per generare letture corte. Queste tecnologie consentono di sequenziare milioni di frammenti di DNA in parallelo, producendo grandi volumi di dati in tempi ridotti.
Allineamento: Dopo la generazione delle sequenze corte, queste vengono allineate a un genoma di riferimento. L'allineamento è un passo cruciale che consente di identificare varianti genetiche, come polimorfismi a singolo nucleotide (SNP) e piccole inserzioni o delezioni.
Analisi delle Varianti: L'approccio delle sequenze corte è particolarmente efficace per l'identificazione di varianti genetiche. Gli scienziati possono analizzare le differenze tra le sequenze ottenute e quelle di riferimento per comprendere le variazioni genetiche associate a malattie o tratti specifici.
Costi e Accessibilità: Il sequenziamento delle sequenze corte è generalmente più economico e accessibile rispetto alle sequenze lunghe, il che lo rende una scelta popolare per molti progetti di ricerca, inclusi studi di genomica e medicina personalizzata.
Limitazioni: Sebbene l'approccio delle sequenze corte sia potente, presenta alcune limitazioni. Ad esempio, può essere difficile assemblare sequenze corte in genomi completi, specialmente in regioni complesse o altamente ripetitive.
Sequenziamento long-reads

Il sequenziamento "long reads" (sequenze lunghe) nel sequenziamento del DNA si riferisce all'uso di tecnologie che generano sequenze di DNA significativamente più lunghe rispetto alle sequenze corte, tipicamente superiori a 1.000 nucleotidi. Ecco alcuni aspetti chiave di questo approccio:

Tecnologie di Sequenziamento: consentono di ottenere sequenze di DNA più lunghe in un'unica lettura, facilitando la ricostruzione di regioni complesse del genoma.

Vantaggi:

Assemblaggio Migliore: Le sequenze lunghe sono particolarmente utili per l'assemblaggio di genomi, poiché possono coprire regioni ripetitive e complesse che sono difficili da sequenziare con letture corte.
Identificazione di Varianti Strutturali: L'approccio delle sequenze lunghe è efficace nell'identificare varianti strutturali, come inserzioni, delezioni e riarrangiamenti, che potrebbero non essere rilevabili con sequenze corte.
Applicazioni: L'approccio delle sequenze lunghe è utilizzato in vari contesti, tra cui la genomica di specie non modellate, la caratterizzazione di genomi complessi, e il sequenziamento di RNA per studi di espressione genica.
Costi e Tempo: Sebbene il sequenziamento delle sequenze lunghe possa essere più costoso e richiedere più tempo rispetto alle sequenze corte, i vantaggi in termini di qualità dei dati e capacità di risolvere ambiguità nei genomi possono giustificare l'investimento in progetti di ricerca complessi.
Limitazioni: Anche se l'approccio delle sequenze lunghe offre numerosi vantaggi, può presentare alcune sfide, come un'analisi computazionale più complessa e la necessità di una maggiore quantità di DNA di partenza.

Sequenziamento paired-end

Il sequenziamento paired-end è una tecnica utilizzata nella genomica per ottenere informazioni dettagliate sulla sequenza del DNA. In questa metodologia, vengono sequenziati due estremità di un frammento di DNA, creando così due letture (reads) che sono correlate tra loro. Questo approccio consente di ottenere informazioni più complete sulla struttura del genoma, poiché le letture possono sovrapporsi e fornire dati su regioni difficili da sequenziare.
Le principali caratteristiche del sequenziamento paired-end includono:

Migliore mappatura: Le letture paired-end possono essere utilizzate per mappare il DNA su un genoma di riferimento in modo più preciso rispetto al sequenziamento singolo-end.
Rilevamento di varianti: Questa tecnica è utile per identificare varianti genetiche, come inserzioni e delezioni, che potrebbero non essere visibili con altre metodologie.
Applicazioni: Il sequenziamento paired-end è ampiamente utilizzato in progetti di sequenziamento del genoma, studi di espressione genica e analisi di metagenomi.
Nanopori

I nanopori sono piccole aperture, generalmente di dimensioni nanometriche, che possono essere utilizzate in vari contesti scientifici e tecnologici, tra cui la biologia, la chimica e la fisica. In particolare, i nanopori sono diventati molto rilevanti nel campo del sequenziamento del DNA.
Applicazioni dei nanopori nel sequenziamento del DNA:

Sequenziamento a nanopori: Questa tecnologia consente di leggere le sequenze di DNA mentre il filamento di DNA passa attraverso un nanoporo. Le variazioni nella corrente elettrica misurata mentre il DNA attraversa il poro forniscono informazioni sulle basi nucleotidiche.

Vantaggi:

Lunghezza delle letture: I nanopori possono sequenziare frammenti di DNA molto lunghi, il che aiuta a risolvere regioni complesse del genoma.
Costo e tempo: Il sequenziamento a nanopori può essere più veloce e meno costoso rispetto ad altre tecnologie di sequenziamento.
Versatilità: si possono sequenziare DNA e RNA nativi, inclusa la ricerca delle modificazioni dell’RNA, senza il bisogno di amplificazioni

Svantaggi:

Accuratezza: Sebbene i sequenziatori a nanopori abbiano fatto progressi significativi, l'accuratezza delle letture può essere inferiore rispetto ad altre tecnologie di sequenziamento, come il sequenziamento Sanger o il sequenziamento Illumina. Ciò può portare a errori nella chiamata delle basi nucleotidiche.
Rumore di fondo: Il segnale elettrico misurato durante il passaggio del DNA attraverso il nanoporo può essere influenzato da rumori di fondo, che possono complicare l'interpretazione dei dati e ridurre l'affidabilità delle letture.
Richiesta di campioni di alta qualità: Per ottenere risultati ottimali, è necessario partire da campioni di DNA di alta qualità. Campioni degradati o contaminati possono compromettere il processo di sequenziamento.
Analisi dei dati: L'analisi dei dati generati dal sequenziamento a nanopori può richiedere strumenti e competenze specializzati, aumentando la complessità del processo di ricerca.
Limitazioni nei frammenti di DNA: Alcuni nanopori possono avere difficoltà a sequenziare frammenti di DNA molto lunghi o complessi, limitando la loro applicabilità in determinate situazioni.

HiFi

L’HiFi, o "High-Fidelity," è una tecnologie di sequenziamento che offrono letture ad alta precisione e accuratezza. Queste tecnologie sono progettate per ridurre gli errori di sequenziamento e fornire dati più affidabili, che sono particolarmente utili per applicazioni come l'analisi di varianti genetiche e la caratterizzazione di genomi complessi.

Vantaggi del sequenziamento HiFi:

Alta precisione: Il sequenziamento HiFi offre tassi di errore molto bassi, il che significa che le letture sono più accurate rispetto ad altre tecnologie. Questo è particolarmente importante per l'identificazione di varianti genetiche.
Lunghezza delle letture: Le tecnologie HiFi possono generare letture lunghe, facilitando la mappatura di regioni genomiche complesse e la risoluzione di strutture difficili da sequenziare.
Affidabilità: Grazie alla loro alta precisione, le letture HiFi sono più affidabili per applicazioni critiche come la medicina di precisione e la genomica clinica.

Svantaggi del sequenziamento HiFi:

Costi: Le tecnologie HiFi possono richiedere un investimento iniziale significativo per le apparecchiature e i materiali di consumo, il che potrebbe non essere accessibile per tutti i laboratori.
PCR

La PCR, o Reazione a Catena della Polimerasi (Polymerase Chain Reaction), è una tecnica di biologia molecolare utilizzata per amplificare specifiche sequenze di DNA. Questa metodologia è stata sviluppata negli anni '80 e ha rivoluzionato la genetica e la biologia molecolare, permettendo di ottenere milioni di copie di una particolare sequenza di DNA a partire da una quantità iniziale molto ridotta.
La PCR si basa su tre fasi principali:

Denaturazione: Il campione di DNA viene riscaldato a una temperatura elevata (circa 94-98°C) per separare i due filamenti del DNA.
Annealing: La temperatura viene abbassata (circa 50-65°C) per consentire agli oligonucleotidi (primer) di legarsi ai filamenti di DNA target.
Estensione: La temperatura viene aumentata nuovamente (circa 72°C) per attivare la DNA polimerasi, un enzima che sintetizza nuovi filamenti di DNA a partire dai primer, amplificando così la sequenza desiderata.

Questi passaggi vengono ripetuti per un numero di cicli (solitamente 25-35), portando a un'esponenziale amplificazione del DNA target.

Approccio multi-omico

L'approccio multi-omico è una strategia integrativa utilizzata nella ricerca biomedica e nelle scienze della vita, che combina e analizza diversi tipi di dati omici per ottenere una visione più completa dei sistemi biologici. I principali tipi di dati omici includono:

Genomica: studio del genoma, che comprende la sequenza completa del DNA di un organismo.
Trascrittomica: analisi dell'RNA, che fornisce informazioni sull'espressione genica.
Proteomica: studio delle proteine, che aiuta a comprendere le funzioni e le interazioni proteiche.
Metabolomica: analisi dei metaboliti, che fornisce informazioni sullo stato metabolico di una cellula o di un organismo.
Epigenomica: studio delle modificazioni chimiche del DNA che regolano l’espressione genica

L'integrazione di questi dati consente ai ricercatori di:

Comprendere meglio le interazioni tra geni, proteine e metaboliti.
Identificare biomarcatori per malattie.
Sviluppare terapie personalizzate basate sul profilo omico di un individuo.
Trascrittomica

La trascrittomica è lo studio del trascrittoma, che rappresenta l'insieme di tutte le molecole di RNA trascritte da un genoma in un determinato momento e in una specifica condizione. Questo campo di ricerca è fondamentale per comprendere l'espressione genica e le funzioni cellulari, poiché l'RNA è un intermediario chiave tra il DNA e le proteine.
La trascrittomica utilizza tecnologie avanzate, come il sequenziamento di nuova generazione (NGS), per analizzare i livelli di espressione genica e identificare varianti di RNA, come l'RNA messaggero (mRNA), l'RNA non codificante e l'RNA di interferenza. Questi studi possono fornire informazioni preziose su processi biologici, malattie e potenziali bersagli terapeutici.

Le applicazioni dell’analisi del trascrittoma sono:

identificare geni espressi in differenti tipi cellulari
analizzare come i livelli di espressione cambiano in differenti stadi di sviluppo
analizzare come i livelli di espressione cambiano durante lo sviluppo di una malattia
analizzare le relazioni tra gruppi di geni
identificare i processi cellulari a cui partecipano i geni
Sequenziamento dell'RNA

RNA-seq, o sequenziamento dell'RNA, è una tecnologia di sequenziamento di nuova generazione utilizzata per analizzare il trascrittoma di una cellula o di un campione biologico. Questa tecnica consente di ottenere informazioni dettagliate sui livelli di espressione genica, identificare varianti di RNA e scoprire nuovi trascritti, compresi quelli non codificanti.
Il processo di RNA-seq include diverse fasi:

Estrazione dell'RNA: L'RNA viene isolato dalle cellule o dai tessuti.
Frammentazione dell’RNA: l’RNA viene frammentato in segmenti piccoli
Conversione in cDNA: L'RNA viene trascritto in DNA complementare (cDNA) utilizzando la trascrittasi inversa.
Sequenziamento: Il cDNA viene sequenziato utilizzando piattaforme di sequenziamento di nuova generazione.
Mappatura: si mappano i piccoli pezzi del trascrittoma

Epigenetica

L'epigenetica è lo studio dei cambiamenti ereditabili nell'espressione genica che non comportano modifiche nella sequenza del DNA. Questi cambiamenti possono influenzare come i geni vengono attivati o disattivati e possono essere influenzati da fattori ambientali, stili di vita e esperienze.

Le modifiche epigenetiche più comuni includono:

Metilazione del DNA: L'aggiunta di gruppi metile a specifiche basi del DNA, che può silenziare l'espressione genica.
Modifiche degli istoni: Le proteine istoniche, che aiutano a impacchettare il DNA, possono subire modifiche chimiche che influenzano l'accessibilità del DNA ai fattori di trascrizione.
RNA non codificanti: Alcuni RNA non codificanti possono regolare l'espressione genica a livello epigenetico.
Conversione con il bisolfito: il sodio bisolfito è un componente chimico che deammina chimicamente molto più rapidamente i residui di citosine non metilate rispetto alle citosine metilate causando una conversione da C a U.
DNAse-seq

DNAse-seq è una tecnica di sequenziamento utilizzata per studiare l'accessibilità del DNA, fornendo informazioni su quali regioni del genoma sono aperte e disponibili per l'interazione con le proteine, come i fattori di trascrizione. Questa tecnica si basa sull'uso dell'enzima DNasi I, che digerisce il DNA in regioni accessibili, mentre le regioni protette da proteine rimangono intatte.
Questa tecnica identifica due zone accessibili al DNA:

zone regolatrici (promotori, enhancer, silencer ecc.)
siti di inizio della trascrizione

Il processo di DNAse-seq generalmente include i seguenti passaggi:

Trattamento con DNasi I: Le cellule vengono trattate con DNasi I, che scinde il DNA nelle regioni accessibili.
Estrazione del DNA: Il DNA viene poi estratto e purificato.
Sequenziamento: Le regioni digerite vengono sequenziate utilizzando tecnologie di sequenziamento di nuova generazione.
Analisi dei dati: I dati di sequenziamento vengono analizzati per identificare le regioni di accessibilità e correlare queste informazioni con l'espressione genica e altre modifiche epigenetiche.
ChIP-seq

ChIP-seq, o "Chromatin Immunoprecipitation Sequencing," è una tecnica utilizzata per identificare le interazioni tra proteine e DNA all'interno del nucleo cellulare. Questa metodologia consente di mappare le regioni del genoma che sono legate a specifiche proteine, come i fattori di trascrizione o le modifiche degli istoni, fornendo informazioni su come queste interazioni influenzano l'espressione genica e la regolazione della cromatina.
Il processo di ChIP-seq comprende i seguenti passaggi:

Cross-linking: Le cellule vengono trattate con un agente di cross-linking per stabilire legami tra le proteine legate al DNA e il DNA stesso.
Immunoprecipitazione: Si utilizza un anticorpo specifico per la proteina di interesse per isolare il complesso proteina-DNA.
Rimozione del cross-linking: I legami vengono interrotti per liberare il DNA.
Sequenziamento: Il DNA isolato viene sequenziato utilizzando tecnologie di sequenziamento di nuova generazione.
Analisi dei dati: I dati di sequenziamento vengono analizzati per identificare le regioni del genoma legate alla proteina di interesse.

[1] AA = amminoacido