Presentazione standard di PowerPoint

VIRUS
- un complesso
macromolecolare
formato da DNA o RNA
(≥2000 nt) rinchiuso in
un involucro proteico.
Qualche volta è
presente una membrana
lipidica di rivestimento
- non è un vero e proprio
organismo vivente, ma
piuttosto è un parassita
genetico in quanto
manca di metabolismo
Virus dell’influenza
Virus Ebola
Batteriofago
Virus del mosaico del tabacco
I virus sono parassiti genetici obbligati, caratterizzati dalla presenza di un solo acido nucleico,
DNA o RNA e dalla mancanza di metabolismo
L’infezione virale dipende dall’interazione
tra le proteine del virus e quelle dell’ospite
I virus sono altamente specializzati e
selettivi per gli ospiti
Al di fuori dell’ospite il virus
è estremamente labile
Se il virus uccide tutti gli ospiti,
elimina sé stesso per sempre
ciclo litico
ciclo lisogenico
profago
induzione
I virus sono parassiti
intracellulari obbligati che
si possono riprodurre
solo dentro una cellula
ospite
I virus non hanno enzimi
per il metabolismo, non
hanno ribosomi, non
possono sintetizzare nè
DNA, nè RNA, nè
proteine
Infezione acuta: comparsa
rapida e breve durata
Presenza di anticorpi.
Es. Virus dell’epatite B,
virus di Epstein-Barr
herpes simplex ed herpes zoster
infezione
VIRUS
Nuovi
VIRUS
trasfezione
RNA(+)
o
DNA(+)
Nuovi
VIRUS
Gli Archea sono perfettamente adattati ad ambienti
estremi che oggi sono sempre meno frequenti
Genoma dell’Archea
Methanococcus
Adattamento stabile da modificazione del DNA
Gli Archea hanno introni nel loro DNA circolare organizzato in
cromatina, nelle loro membrane sono presenti anche eteri ed
isoprenoidi e la loro parete cellulare è priva di peptidoglicani
Le loro proteine sono perfettamente specializzate a funzionare
in condizioni ambientali estreme, mantenendosi stabili ed attive
Eubatteri: hanno invece sviluppato meccanismi che consentono
di adattarsi a tutti gli ambienti, adattabili ma non adattati
Protein Adaptations in Archaeal Extremophiles – Archaea, 2013;2013:373275. Epub 2013
Sep 16 - Reed CJ, Lewis H, Trejo E, Winston V, Evilia C.
L’aumento di variabilità è affidato:
-nei Procarioti a scambi “orizzontali” di DNA
che aumentano le probabilità che convergano
in una stessa cellula più mutazioni favorevoli e
di disporre di nuove sequenze di DNA
- negli Eucarioti a scambi “verticali” di DNA che
viene rimescolato nel
corso della meiosi e
della riproduzione
sessuale con i gameti
Tra noi e loro c’è un abissale differenza nella
velocità di evoluzione:
Circa 350 generazioni ci separano da un uomo
vissuto all’epoca delle Piramidi
Per un battere 350 generazioni si hanno in una
sola settimana
Gut microbiota: Intestinal bacteria influence brain activity in healthy humans - Nature Reviews Gastroenterology &
Hepatology – News & Views - Volume 10 Issue 6 - Published online: 07 May 2013 - p326 - doi:10.1038/nrgastro.2013.76 Stephen M. Collins and Premsyl Bercik
Ci sono prove emergenti che indicano che il microbioma
intestinale può influenzare la chimica e lo sviluppo del
cervello ed il comportamento degli animali.
Nel nostro organismo, le cellule
batteriche sono più numerose delle
cellule del nostro corpo con un
rapporto di circa dieci a uno
Sorprendentemente, si scopre che
dobbiamo gran parte della nostra
biologia e della nostra
individualità ai microbi che
vivono sul e nel nostro corpo
Il Consorzio Progetto Microbioma
Umano ha pubblicato un ampio
catalogo di geni ed organismi che
costituiscono il nostro microbioma
Learning about who we are - David A. Relman Nature 486, 194–195 (14 June 2012)
doi:10.1038/486194a
numero di specie microbiche (rosso)
e numero di geni microbici (blu)
Ci sono prove che indicano che il microbiota
intestinale può influenzare la chimica e lo sviluppo
del cervello ed il comportamento degli animali.
Alcuni autori mostrano che l'ingestione di probiotici
selezionati può modificare la connettività cerebrale
e le risposte alle sfide emotive in soggetti sani,
aprendo la strada per lo sfruttamento terapeutico
dell'asse microbioma-cervello sia per le funzionalità
gastrointestinali che per disturbi primari del
comportamento.
Gut microbiota: Intestinal bacteria influence brain activity in healthy humans - Nature Reviews Gastroenterology &
Hepatology – News & Views - Volume 10 Issue 6 - Published online: 07 May 2013 - p326 - doi:10.1038/nrgastro.2013.76 Stephen M. Collins and Premsyl Bercik
The last resort – Nature, 499, 394-395, 25 July 2013 – Maryn McKenna
L‘ultima risorsa: gli operatori della sanità stanno guardando con orrore come
i batteri diventano resistenti ai potenti nuovissimi antibiotici carbapenemici .
Vaginal microbe yields novel antibiotic
Sett 2014
Drug is one of thousands that may be produced
by the human microbiome.
Erika Check Hayden, 11 September 2014
I batteri che vivono dentro e su di noi
possono sintetizzare un vasto numero
di molecole con azione farmacologica,
tra cui nuovi antibiotici
Sorprende che ci siano migliaia di geni
che consentono la sintesi di piccole
molecole
Lo studio del microbioma potrebbe portare all’identificazione di
nuovi tipi di molecole il cui studio potrebbe aiutare i ricercatori a
capire come il microbioma influenza la nostra suscettibilità alle
malattie.
Bacteria found in healthy placentas
Katia Moskvitch, NEWS in Nature del 21 maggio 2014 - doi : 10.1038/nature.2014.15274
Mag 2014
Una flora microbica analoga a quella della bocca può svolgere un
ruolo nella prevenzione delle nascite premature
Il sacco amniotico in cui il feto cresce
è un ambiente sterile, ma la placenta
ospita una comunità batterica
La placenta, a lungo considerata
sterile, è sede di una comunità
batterica simile a quella presente
nella bocca.
I microbi sono generalmente non
patogeni, ma secondo gli
autori dello studio, variazioni nella loro composizione potrebbero essere
alla base dei comuni ma poco conosciuti disturbi della gravidanza come la
nascita pretermine, che si verifica in una gravidanza su dieci.
NUCLEO
Il nucleo è la centrale
operativa che controlla i vari
processi che si svolgono
dentro la cellula.
Contiene il materiale
genetico DNA e proteine.
Quando la cellula è a riposo
il DNA è sotto forma di
CROMATINA.
Quando la cellula sta per
dividersi il DNA si condensa
per formare CROMOSOMI.
La cromatina è formata da nucleosomi
• Un nucleosoma è un complesso di DNA e proteine
basiche dette istoni
• La cromatina può essere addensata e inattiva
(eterocromatina) o distesa e (eucromatina)
I nucleosomi variano nella composizione in istoni, possono incorporare
istoni varianti e/o con modificazioni post-traduzionali delle catene laterali
La struttura della cromatina non è così uniforme e regolare come era stato
precedentemente ipotizzato
Nelle cellule eucarioti il DNA genomico è impacchettato con una uguale
massa di proteine per formare la cromatina
Nucleosoma formato da un avvolgimento di DNA di ~ 145-147 bp intorno ad
un ottamero di istoni
I nucleosomi formano lunghe sequenze che possono subire interazioni a corto
raggio con nucleosomi vicini per formare le fibre di cromatina
Successive interazioni fibra-fibra contribuiscono all’elevato grado di
compattazione osservato nei cromosomi
New insights into nucleosome and chromatin structure: an ordered state or a disordered affair? - Luger et al. - Nature
Reviews Molecular Cell Biology, 13, 436-447, 2012 - doi: 10.1038/nrm3382
•Struttura variabile della cromatina, influenza da istoni, sequenza del DNA,
enzimi che modellano la cromatina, proteine legate al DNA
•Interazioni a corto raggio tra nucleosomi danno luogo alle fibre di cromatina
•Struttura della cromatina stabilizzata da proteine architetturali (istone H1,
proteine che legano CpG metilate, la proteina 1 dell’eterocromatina (HP1)
New insights into nucleosome and chromatin structure: an ordered state or a disordered affair? Luger et al. - Nature Reviews Molecular Cell Biology, 13, 436-447, 2012 - doi: 10.1038/nrm3382
La posizione dei nucleosomi non è assoluta, ma soggetta a modifiche nel
tempo attraverso il movimento spontaneo o attraverso l'azione di fattori di
modellamento
New insights into nucleosome and chromatin structure: an ordered state or a disordered affair? - Luger et al. - Nature
Reviews Molecular Cell Biology, 13, 436-447, 2012 - doi: 10.1038/nrm3382
I sistemi modellatori della cromatina ATP-dipendenti sono coinvolti in
numerosi processi fondamentali come la trascrizione, la riparazione del
DNA, la replicazione ed il mantenimento della struttura dei cromosomi
Le loro funzioni sono regolate in una miriade di modi, tra cui modificazioni
post-traduzionali e variazione della loro composizione in subunità proteiche
The regulation of ATP-dependent nucleosome remodelling factors - Mutat Res. 2007 May 1;618(1-2):41-51 - Hogan C,
Varga-Weisz P.
Modellatori della cromatina ATP-dipendenti
scivolamento del nucleosoma
Modificazione della spaziatura tra nucleosomi
Cariotipo femminile
22 coppie di AUTOSOMI + due cromosomi sessuali, XX o XY
Cariotipo maschile
Dimensioni dei Genomi
plasmidi
virus
batteri
funghi
Il genoma dei procarioti è più
piccolo di quello degli
eucarioti.
piante
alghe
insetti
molluschi
pesci
Negli eucarioti la dimensione
del genoma è solo in parte
correlata alla complessità
dell’organismo.
anfibi
rettili
uccelli
mammiferi
104
105
106
107
108
109
1010
1011
Negli eucarioti c’è sorprendentemente ben poca
correlazione numero di geni/dimensione del genoma
Gene number
Genome s ize (M b)
100000
10000
Number of genes in prokaryotes (up to 8000)
1000
100
10
Genome size in prokaryotes (up to 9 Mb)
1
human
mous e
c hic ken
xenopus
zebrafis h
fugu
c iona
fly
worm
yeas t
27
Genoma Umano
La trascrizione
interessa la
quasi totalità
del genoma,
ben oltre l’80%
Nel nucleo delle cellule eucariotiche i cromosomi interfasici occupano territori
distinti; ben poco si sa sulla correlazione tra ordine strutturale della cromatina
e funzionamento del genoma
Studiando in modo tridimensionale il genoma umano e murino (cellule ES e
cellule terminalmente differenziate), si è visto che il genoma dei mammiferi è
suddiviso in specifici domini topologici (grandi megabasi) che sono una
diffusa caratteristica strutturale dell’organizzazione del genoma
Analizzando 17 differenti tessuti di topo sono stati trovati presenti in
tutti:
- 162 piccoli domini con elevata espressione e regolazione genica, che
contengono poche sequenze di ripetizioni di DNA e contengono anche geni
housekeeping;
- 29 grandi domini con bassa espressione e regolazione genica, che
contengono molte sequenze ripetute di DNA e regioni prive o povere di geni
Topological domains in mammalian genomes identified by analysis of chromatin interactions - Dixon et al. – Nature, 485, 376-380, 2012 - doi: 10.1038/nature11082
Classification of topological domains based on gene expression and regulation - Genome. 2013 Jul;56(7):415-423 - Zhao J, Shi H, Ahituv N
I domini della cromatina sono regioni di genoma povere di eterocromatina,
stabili nei diversi tipi di cellule e molto conservati tra le specie, costituiscono
una proprietà intrinseca dei genomi dei mammiferi.
I confini dei domini topologici sono ricchi di CTCF (proteina insulator che
impedisce l’interazione tra promotori ed enhancer), di geni housekeeping, di
geni per tRNA, di retrotrasposoni e SINE, indicando che questi fattori
hanno un ruolo nella strutturazione del genoma in domini topologici.
La stabilità dei domini nei diversi tipi di cellule è sorprendente dato il
funzionamento cellula-specifico della cromatina. La spiegazione è che
l'organizzazione dei domini è stabile nei vari tipi di cellule, ma le regioni
all'interno di ogni dominio sono dinamiche, per partecipare agli eventi
regolatori specifici di ogni tipo di cellula.
Topological domains in mammalian genomes identified by analysis of chromatin interactions - Dixon et al. – Nature, 485, 376-380, 2012 - doi: 10.1038/nature11082
Classification of topological domains based on gene expression and regulation - Genome. 2013 Jul;56(7):415-423 - Zhao J, Shi H, Ahituv N
La cellula è un sistema chimico di auto-organizzazione che utilizza dinamiche epigenetiche
per regolare la funzione del genoma sulla base di una complessa regolazione per propagare la
memoria del destino delle cellule
L’attività trascrizionale condiziona l’avvolgimento tridimensionale della cromatina che si estende
dai territori dei cromosomi
Le regioni represse dei cromosomi tendono a stare vicine tra loro, mentre i domini attivi sono
esposti al di fuori dei territori dei cromosomi, dando luogo a superdomini topologici composti
da più domini funzionalmente simili
La posizione dei territori è vincolata dalla loro associazione con la membrana nucleare, con gli
hubs di trascrizione e con i cluster centromerici
Functional implications of genome topology - Nat Struct Mol Biol. 2013 Mar;20(3):290-9. doi: 10.1038/nsmb.2474 - Cavalli G, Misteli T.
I complessi
del poro
nucleare
(NPC) sono
canali acquosi multiproteici che
attraversano la membrana nucleare e
collegano nucleo e citoplasma.
Gli NPC, costituiti da copie multiple di
circa 30 diverse proteine note come
nucleoporine (NUPS), hanno una
struttura complessiva che è conservata in tutte le cellule anche
se nuove evidenze suggeriscono che la composizione proteica
degli NPC varia nei diversi tipi di cellule e tessuti. Mutazioni
delle nucleoporine possono causare malattie tessuto-specifiche.
Gli NPC presentano eterogeneità di composizione/funzione
dato che le cellule usano combinazioni delle nucleoporine per
assemblare NPC con proprietà distinte e funzioni specializzate.
Nuclear pore complex composition: a new regulator of tissue-specific and developmental functions - Nat Rev Mol Cell Biol. 2012 Nov;13(11):68799. doi: 10.1038/nrm3461 - Raices M, D'Angelo MA.
Nei complessi del poro
nucleare (NPC) le due
membrane dell’involucro
nucleare sono fuse tra
loro dall’azione di proteine
molto conservate, le
nucleoporine (Nup),
tra cui Nup53 che
per le sue capacità
deformanti le membrane
è cruciale per il montaggio
di NPC
Dimerization and direct membrane interaction of Nup53 contribute to nuclear pore complex assembly - Vollmer et al. The EMBO Journal (2012) 31, 4072–4084. doi:10.1038/emboj.2012.256
NPC specializzati nel trasporto
nucleare e nell'organizzazione
del genoma. (a,b) schema dei
nuclei di tre diversi tipi di cellule
con NPC di composizione
diversa, che trasportano cargo
diversi o interagiscono con
regioni cromosomiche diverse;
(c) NPC con differenti composizioni
possono coesistere nella stessa
cellula. NPC con proprietà distinte
possono essere utilizzati per
specifiche funzioni cellulari ed
avere un ruolo nell’organizzazione
tridimensionale del genoma.
Nuclear pore complex composition: a new regulator of tissue
specific and developmental functions - Nat Rev Mol Cell Biol.
2012 Nov;13(11):687-99. doi: 10.1038/nrm3461 - Raices M,
D'Angelo MA.
Interazione dinamica tra involucro nucleare
e cromatina durante la riprogrammazione
ed il differenziamento. Nelle cellule
differenziate, l'involucro nucleare è regolare
e rotondo. Le proteine della lamina nucleare,
incluse le lamine A e B, sono
strettamente disposte lungo la membrana
nucleare interna. Di conseguenza, il
genoma è organizzato in domini associati
alla lamina (LAD) che costituiscono la
maggioranza dell’eterocromatina della
periferia nucleare. La maggior parte dei
geni associati al differenziamento sono
localizzati tra i LAD lontano dalla
membrana nucleare interna e rimangono
trascrizionalmente attivi. Al contrario, le
cellule staminali pluripotenti non
esprimono le lamine A, e l'associazione
delle lamine B con la cromatina è dinamico.
Questo è associato con una morfologia
nucleare deformata. Inoltre, lo spazio
intermembrana dell'involucro nucleare è più
ampio ed irregolare. Come risultato, il genoma
è lassamente organizzato e raramente si osserva eterocromatina nella periferia nucleare. Inoltre,
i geni specifici delle cellule staminali non sono localizzati nei LAD e sono attivati.
Navigating the epigenetic landscape of pluripotent stem cells - Mo Li1 et al. – Nature Reviews Molecular Cell Biology, 13,
524-535, 2012 - doi: 10.1038/nrm3393
Meccanismi di esportazione di mRNP dal nucleo al citosol
• Fino ad ora si pensava che l'uscita di proteine ed mRNA dal nucleo
potesse avvenire soltanto attraverso il complesso del poro nucleare
(NPC). La recente scoperta che grandi ribonucleoproteine (RNP)
possono essere esportate anche per gemmazione della membrana
nucleare con l’intervento della Lamina A, rappresenta una grande e
inaspettata novità;
• è significativo notare che mutazioni alla lamina A sono associate alle
distrofie muscolari;
• Il meccanismo con cui queste RNP escono il nucleo ricorda quello usato
dall’Herpes virus durante il rilascio dei capsidi virali.
• Alcune proteine SR servono anche come adattatori di mRNA per la
pathway di export mediata da NXF1. La spola che le proteine SR fanno
tra il nucleo e il citoplasma è stata finora dimostrata solo per l’RNAm
dell’istone H2A privo di introni.
• Un altro adattatore per l'esportazione di mRNA NXF1-dipendente è
l'esportazione tramite TREX1.
A new way out - Nature Reviews Molecular Cell Biology | AOP, published online 8 June 2012; doi:10.1038/nrm3378
How cells get the message: dynamic assembly and function of mRNA–protein complexes - Nat Rev Genet. 2013 Apr;14(4):27587. doi: 10.1038/nrg3434 - Müller-McNicoll M, Neugebauer KM.

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