Polimorfismo genetico

Un altro campo molto interessante è quello dello studio dei polimorfismi o SNP (Single Nucleotide Polymorfism). Ognuno di noi ha nel proprio genoma circa nove milioni di polimorfismi, inoltre se confronto il genoma di due persone avrò una divergenza dei polimorfismi di almeno 3 milioni. Quindi abbiamo sul DNA una divergenza ogni 3200 nucleotidi: questo ci dà una cadenza precisa e prende il nome di genotipizzazione. Attraverso queste tecniche posso ricostruire, ad esempio, la migrazione dei popoli nel corso della storia. I polimorfismi possono dare delle modificazioni che non compromettono la vita in alcun modo, ma sono anche responsabili di fenomeni come la resistenza ai farmaci, e per questo sono molto studiati, possiamo infatti dire che la nostra storia è già scritta direttamente nei nostri geni, è qua che troviamo le caratteristiche che esprimiamo nel corso della nostra vita, nonostante entrino in gioco anche fattori di modificazione. Lo studio dei geni e delle loro mutazioni (test genetici) è inoltre molto importante per conoscere la predisposizione di un soggetto ad una determinata malattia. Ci sono inoltre esperimenti che permettono di monitorare, all’interno della cellula, la trascrizione di ogni mRNA. Questo può avvenire per tutti gli mRNA contemporaneamente e mi consente di ottenere in pochissimo tempo una quantità enorme di dati che poi devono però essere interpretati. Tutti questi dati vengono poi immagazzinati nelle circa 17.000 banche dati presenti in tutto il mondo. Tuttavia è fondamentale, vista l’enorme quantità di dati, la possibilità di fare delle ricerche incrociate che mi permettano di mettere insieme tutti i dati su un determinato argomento e dunque di ricavarne delle connessioni.

La tecnica di studio dei cromosomi mi permette di ottenere un painting, ovvero una colorazione tipica dei diversi cromosomi, in particolare si parla di CARIOTIPO, che ci permette di scoprire anomalie sul numero (monosomie, disomie o trisomie) e su grosse alterazioni strutturali dei cromosomi (inversioni, traslocazioni, delezioni, inserzioni e amplificazioni geniche), ad esempio questa tecnica è utilizzata nella diagnosi prenatale o in particolari casi tumorali. Le mutazioni puntiformi non le posso vedere con questa tecnica, nemmeno le piccole modificazioni strutturali.

Per quanto riguarda il codice genetico, di cui conosciamo già come sia strutturato e la sua caratteristica più importante di universalità per quanto riguarda gli organismi viventi, una caratteristica importante è il fatto che sia degenerato, ovvero il terzo nucleotide del codone può cambiare ma non cambia l’amminoacido che viene tradotto dal nuovo nucleotide formato rispetto al nucleotide di partenza, se invece cambia uno gli altri due nucleotidi del codone si possono avere mutazioni silenti, mutazioni missense o mutazioni no-sense, comunque tutte facente parti delle mutazioni puntiformi.

Il cromosoma eucariotico è una struttura altamente condensata, che non è funzionale da un punto di vista trascrizionale in mitosi mentre nelle altre fasi, non essendo una struttura così condensata, può essere funzionale per la trascrizione. Esistono nel nucleoplasma anche numerose proteine che vanno a legarsi alle regioni utili per la trascrizione di DNA, si parla in particolare di sequenze di consenso con cui queste proteine vanno ad interagire, in particolare a livello dei promotori si possono legare degli attivatori, dei co-attivatori, dei co-repressori e diversi fattori trascrizionali, ma anche l’apparato di duplicazione del DNA porta a formare sulla catena un apparato multiproteico, come anche le proteine che agiscono quando vanno a riparare il DNA. Per sintetizzare una proteina in particolare ci sono 5 step di regolazione: il primo è a livello del cromosoma, ovvero in base al livello di condensazione della cromatina (su cui possono agire anche altri meccanismi come la metilazione o l’acetilazione), poi si ha un controllo sulla trascrizione del RNA, un controllo post-trascrizionale (ad esempio si parla di splicing alternativo che porta alla formazione di diverse isoforme di uno stesso enzima, vengono infatti presi alcuni esoni e non altri nelle diverse forme della proteina), abbiamo un controllo dei microRNA che vanno a regolare nel citoplasma il livello e la quantità di trascritti di una proteina andando a legarsi in maniera reversibile alle loro sequenze, inibendo così la traduzione, si ha poi la regolazione del transito di mRNA dal nucleo al citoplasma (dove in caso di mancata protezione di questi mRNA può agire la RNAsi che li va a degradare completamente), abbiamo un controllo prima dell’attività dei ribosomi, infatti gli mRNA non danno tutti luogo al processo di traduzione quando si vanno a legare al ribosoma (ma questo lo vedremo meglio in biologia molecolare), inoltre si parla anche di modificazioni post-traduzionali delle proteine. Questo processo è altamente complicato, in particolare dal DNA alle proteine emerge un aumento di complessità molto importante, da 25.000 geni si passa a 100.000 mRNA prodotti in una cellula, per far fronte sempre a livello cellulare a circa 500.000 funzioni. Queste proteine, come gli RNA, sono caratterizzate dall’avere anche un emivita, per questo devono venire ricambiate e continuamente riformate all’interno della cellula, che rappresenta dunque un sistema molto impegnato a svolgere questo tipo di attività. Questi processi rientrano a livello del metabolismo energetico, che con l’invecchiamento viene modificato da una somma di piccole disfunzioni che compromettono la funzionalità generali tissutali.

Poniamoci ora il problema di come affrontare lo studio delle componenti cellulari: la metodica con cui si è scelto di procedere ormai alcuni anni fa, si basa sul fatto che le strutture cellulari hanno dimensioni e grandezze molto diverse tra loro. La tecnica che si usa tutt’ora per separare i vari componenti della cellula è l’ultracentrifugazione analitica: si prende una cellula, la si lisa, il lisato viene caricato su un gradiente (nella colonna di liquido la densità è crescente man mano che si raggiunge il fondo della provetta, serve a migliorare la separazione di uno strato di molecole e solitamente si usa un gradiente che può essere continuo o discontinuo, di saccarosio) che può essere di varia natura, e infine si applica una forza centrifuga. Come è possibile notare, a diversi e determinati valori di g (circa 25.000 per gli organelli e 300.000 per i virus), posso separare elementi diversi della cellula, e più è elevato il numero di “g” (con “g” intendiamo l’accellerazione di gravità), più le strutture che vado a centrifugare saranno piccole, infatti le particelle possono essere separate con una velocità che dipende dalle loro caratteristiche di densità, dimensione e forma, ma soprattutto questa velocità è proporzionale al campo centrifugo applicato. È quindi possibile ottenere la separazione dei compartimenti cellulari, e ricavare la componente che si desidera studiare. Oggi esistono anche tecniche più raffinate di tipo cromatografico, che ottengono comunque lo stesso risultato, ma questa volta andiamo a separare delle componenti basandoci sulle diverse colorazioni che possono assumere i componenti stessi.