metodo “ riduzionistico martino.pdfmetodo “ riduzionistico ” james dewey watson [1928] francis...
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Metodo “riduzionistico”
James Dewey Watson
[1928]
Francis Harry Compton Crick
[1916 - 2004]
Maurice Wilkins
[1916 - 2004]
Rosalind Elise Franklin
[1920 - 1958]Premio Nobel (Medicina) - 1962
Nature, 1953;171:757
Genetica --> dal greco γενετικοσ = ”relativo alla nascita”; γενεσισ = ”genesi” (origine)
INTRONI = sequenze NON codificanti proteineESONI = sequenze codificanti proteine
cromosoma
DNA
A = adeninaT = timinaC = citosinaG = guanina
U = uracile
introne
esone
esone
Sequenze di acidi nucleici
n = 26.000
Metodo “riduzionistico”
n = 500.000 funzioni
Metodo “olistico”
John Craig Venter
[1946]
Francis Collins
[1950]
James Dewey Watson
TRASCRIZIONE
DNA
TRASLAZIONE
proteineaminoacidi
Pre m-RNA
ribosoma
m-RNA
GENOMA DNATRASCRITTOMA RNAMETABOLOMA aminoacidiPROTEOMA proteine
MICROBIOMAINFETTIVOMANUTRIBIOMAAMBIENTOMA
t-RNA
r-RNA
nc-RNA
POST - TRASCRIZIONE
SINTESI PROTEICA
Scienze “omiche” & Sistemi biologici
INTERATTOMA / EPIGENOMA
Approccio di tipo “olistico””
Biologia dei Sistemi
NODO
ARCO
GENOMA
•DNA
•Geni
TRASCRITTOMA
•m-RNA
PROTEOMA
•Proteine
METABOLOMA
•Metaboliti
AMBIENTE
FENOTIPO
Esempio di reti (sistemi biologici) interconnesse, composte da geni [DNA], trascritti [m-RNA],
proteine e metaboliti che formano nel loro insieme il genoma, il trascrittoma, il proteoma ed il
metaboloma (A): la loro interazione con l’ambiente (B) determina il fenotipo finale (C).
A
B
C
Scienze “omiche” & “Sistemi biologici”
Approccio di tipo “olistico””
CNV = segmento di DNA, più lungo di 1000 paia di basi,
con un numero
variabile di copie rispetto ad un DNA di riferimento.
Array-CGH Whole-Genome [commerciale]
CNV = segmento di DNA, più lungo di 1000 paia di basi, con un numero variabile di copie rispetto
ad un DNA di riferimento.
Biologia dei sistemi
Profili di espressione
Sequenziamento del DNA Dosaggio genico
Dati fenotipici
Dati epigenetici
Biologia dei sistemi complessi: da un approccio tradizionale mono-
dimensionale ad un approccio di tipo “olistico”
Profili di espressione genica (cioè valutazione del trascrittoma: m-RNA; valutato con tecniche di microarray) epolimorfismi genetici (cioè valutazione del genoma: DNA; valutati attraverso polimorfismi a singolo nucleotide (SNP)correlati con variazioni del fenotipo a seconda dei livelli di espressione di SNP (A); esempio di reti (network) diespressione di geni causanti patologie del sistema nervoso centrale considerate nel loro insieme (sistema).
A B
Profili di
espressione
genica
(microarray)
Polimorfismi
genetici
Posizione lungo il cromosoma
Va
ria
zio
ni
nel
fen
oti
po
(li
vel
li d
i es
pre
ssio
ne
gen
ica)
Genotipo
Recettore tirosin-chinasi
RAS-GPT
Crescita cellulare
Differenziazione
Motilità cellulare
Sopravvivenza
Apoptosi
Senescenza
CRAF BRAF
p120-GAP
RAS / MAPK-patie [NS]
GF (fattore di crescita)
Neurofibromina
KRAS-GPT HRAS-GPT NRAS-GPTRAS-GPT KRAS-GPT HRAS-GPT NRAS-GPT
SOS1SHC
GRB2
SHP2CBL
Ub
SPRED1
SHOC1
PPP1C
MEK1 MEK2
ERK1 ERK2
DNA
Nucleo Noonan
NSML[LEOPARD]
RTK
PTPN11
SOS1
RAF1
KRASNRAS
SHOC2
CBL
RASA1
HRAS
MAP2K1 MAP2K2
BRAF
La misurazione dell’espressione di alcuni geni (espressi) nel sistema nervoso (A) permette di creare
modelli di interconnessione tra tali geni volti a formare reti complesse (network) (B): l’analisi di
queste reti complesse permette infine di rappresentare in maniera multidimensionale (C) le
singole reti distinguendole e separandole in gruppi funzionali che comprendono differenti cellule
del sistema nervoso (centrale).
Espressione dei geni
Campione
Liv
ello
di
esp
ress
ion
eGruppo A
Gruppo B
Gruppo C
NetworksRelazioni tra i networks
Oligodendrociti
Astrociti
Neuroni
Primo componente principale
Sec
on
do c
om
pon
ente
pri
nci
pale
Espressione dei geni
Campione
Liv
ello
di
esp
ress
ion
eGruppo A
Gruppo B
Gruppo C
NetworksRelazioni tra i networks
Oligodendrociti
Astrociti
Neuroni
Primo componente principale
Sec
on
do c
om
pon
ente
pri
nci
pale
MALFORMAZIONI dello SVILUPPO CORTICALE
I. MALFORMAZIONI secondarie ad ANOMALIE DELLA
PROLIFERAZIONE/APOPTOSI di progenitori NEURONALI E GLIALI
A) PROLIFERAZIONE ANOMALA (Tipi cellulari ANOMALI)
Franz et al. Ann Neurol 2006;59:490-98
Tilema et al. Neurology 2012;78:526-31
Everolimus [RAD001]
Dermatol Online J 2012;18:15
Am J Kidney Disease 2012;59:276-83
Sopravvivenza e differenziazione neuronale
dendriti
assone
neuroepitelio
spine
1. neurogenesi
2. migrazione
4. Formazione dei circuiti
3. formazione assoni, dendriti e sinapsi
Approccio di tipo “olistico””
Assone
Filopodio
Dendrite
Spina Dendritica
actina
actina
Bottone sinaptico
Vescicole sinaptiche
NMDA
AMPAR
Approccio di tipo “olistico””
Assone
Filopodio
Dendriteactina
actinaCrescita “illimitata” delle spine dendritiche
Moltiplicazione “non regolamentata” dei bottoni sinaptici
Bottoni sinaptici
Spine Dendritiche
Reazioni avverse e MMR
La FEBBRE è una reazione comune alla vaccinazione
Le CONVULSIONI FEBBRILI si manifestano occasionalmente dopo vaccino MMR
Il vaccino MMR triplica il rischio di convulsioni febbrili nella seconda settimana dopo la somministrazione
Ogni 10.000 bambini vaccinati 3 -16 nuovi casi di convulsioni febbrili
Le convulsioni febbrili si manifestano nel 2%-5% dei bambini di origine europea prima dei 5 anni di vita e spesso indotte da infezioni virali
Membrana esterna
Membrana interna
Neurone
+ + + + + + + + + + + + + +
Ioni Na+
Voltage sensitive channel proteins
Sono proteine transmembrana che formano canali voltaggio-dipendenti
essenziali per la generazione e propagazione dei potebziali d’azione nei
neuroni
gene/proteina SCN1A – SCN2A
Sodium channel, voltage-gated (brain type I & type II) alpha subunit
+ + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Ioni Na+
Subunutà α
Gradiente elettrochimico
+ + + + + + + + + + + + +
Studio di associazione genome-wide:
Varianti comuni in specifici loci
Bambini con convulsioni febbrili correlate a MMR
Gene “Interferon-stimulated” [IFN1-S]
Gene “CD46”[recettore per il virus del morbillo]
Bambini con convulsioni febbrili “in genere”
Gene SCN1A
Gene SCN2A
TMEM16 family gene
Regione genica associata ai livelli di magnesio
I
M
M
U
N
I
T
À
I
N
N
A
T
A
CD46
actina
FERM
SCR2
C-STP
B-STP
SCR1
SCR3
SCR4
P
P
PP
P
PP
Cyt1Cyt2
Na +
Cl -
Interazioni spermatozoo- ovocita
Regolazione del complemento [C3b / C4b]
Recettori MMV
Signalling intracellulare
IFN - stimulated
Sindrome degli SPASMI INFANTILI (ISs)
Migrazione “radiale” neuronale
Migrazione “tangenziale” interneuronale
TSC1 - TSC2
TSC1 - TSC2
Meganeuroni
DCX
LIS1
CDKL5 - STK9
Moltiplicazione bottoni sinaptici / crescita spine dendritiche
DCX
Trasporto mitocondriale
STXBP1
Traffico vescicolare
Sintaxina
SLC25A22 Spectrina
SPTAN1
Guaina mielinica
SCN2A
PLCB1
ICP3-DAG
SSA1
Epitopo di Lewis
ST3GAL3
FOXG1
NMDAR1-NMDAR2
Canali trasporto ionico
DNA
NUCLEO
CITOPLASMA
istone
Gruppi metile
“Code” istoniche
DNA
NUCLEO
CITOPLASMA
istone
Gruppi
metile
FOXO3
IFN1 stimulated protein
CD46