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Giuseppe Saccone » 13.Evoluzione del concetto di gene


Evoluzione del concetto di gene

Mendel: fattori non miscibili e con propria identità che controllano fenotipi; forme dominanti e recessive (1866).

Wilhelm Johannsen: ha coniato i termini “gene, genotipo e fenotipo (quest’ultimo includeva la sua idea di interazione geni-ambiente per controllare l’aspetto esterno) (1903).

Archibald Garrod: fattori ereditari e funzioni metaboliche (1909).

Thomas Hunt Morgan, Nobel nel 1933 [e suo gruppo: Clavin B. Bridges, Alfred Henry Sturtevant, Herman Joseph Muller (Nobel nel 1946)]: Formulazione del classico concetto di geni localizzati su cromosomi come perle lungo un filo (associazione genica) (1910-30).

Alfred Henry Sturtevant: ipotesi dell’allelismo multiplo, i genetisti della prima metà del XX secolo ritenevano il gene indivisibile.

Demerec: primo caso documentato anche se non pienamente compreso di ricombinazione intragenica (1928).

Bridges: localizzazione dei geni (mutazioni genetiche) su cromosomi giganti di Drosophila melanogaster (1936). Geni anche come posizione fisica.

Evoluzione del concetto di gene (segue)

Il concetto mendeliano di gene: dominanza e recessività. Il gene come unità imperturbabile di trasmissione del tratto, non miscibile. Fonte: wikipedia

Il concetto mendeliano di gene: dominanza e recessività. Il gene come unità imperturbabile di trasmissione del tratto, non miscibile. Fonte: wikipedia


Evoluzione del concetto di gene (segue)

Il concetto mendeliano di gene: assortimento indipendente. Il gene libero di assortire rispetto ad altri geni. Fonte: wikipedia

Il concetto mendeliano di gene: assortimento indipendente. Il gene libero di assortire rispetto ad altri geni. Fonte: wikipedia


Evoluzione del concetto di gene (segue)

I geni risentono dell’effetto ambientale.

Johannsen presenta ai suoi studenti i risultati degli esperimenti con la grandezza e peso dei fagioli: video.

Wilhelm Johannsen 1857-1927. Fonte: wikipedia

Wilhelm Johannsen 1857-1927. Fonte: wikipedia


Evoluzione del concetto di gene (segue)

Thomas Hunt Morgan, Nobel nel 1933 [e suo gruppo: Clavin B. Bridges, Alfred Henry Sturtevant, Herman Joseph Muller (Nobel nel 1946)]: Formulazione del classico concetto di geni localizzati su cromosomi come perle lungo un filo (associazione genica) (1910-30).

Fonte: wikimedia

Fonte: wikimedia


Evoluzione del concetto di gene (segue)

Milislav Demerec (1895 –1966). Foto da Cold Spring Harbor Laboratory Archives

Milislav Demerec (1895 –1966). Foto da Cold Spring Harbor Laboratory Archives

Demerec: Fonte: Primo caso documentato
 anche se non pienamente compreso di ricombinazione intragenica (1928).

Demerec: Fonte: Primo caso documentato anche se non pienamente compreso di ricombinazione intragenica (1928).


Evoluzione del concetto di gene (segue)

Muller (Nobel 1946): relazione lineare tra raggi X e mutazioni indotte in Drosophila; gene alterato da mutazione come singola unità, sua natura quantica come la radiazione (1927, 1928).

Beadle e Tatum: un gene-un enzima (1941).

C. Peter Oliver: ricombinazione intragenica (1940).

Ed Lewis (Nobel 1995): ricombinazione intragenica e test cis trans (1942, 1945).

Avery, MacLeod e McCarty: il principio trasformante è fatto di DNA (1944).

Barbara McClintock (Nobel 1983): scoperta dei trasposoni (1951-53), i geni che saltano (video spettacolo teatrale).

Brink (1950): scoperta delle paramutazioni nel mais (epigenenetica).

Hershey e Chase: i geni sono fatti di DNA (1952).

Crick e Watson (Nobel con Wilkins 1962): struttura del DNA, geni come segmenti di DNA(1953). Modello di duplicazione semi-conservativa.

Seymour Benzer: test di complementazione, struttura fine del gene (1955).

Evoluzione del concetto di gene (segue)

Il DNA è la molecola corrispondente al principio di trasformante di Griffith.
Peter Medawar (Nobel 1960) ha definito nel 1985 il loro esperimento come “il più interessante e portentoso esperimento del XX secolo”.

Oswald Avery, 1877-1955.
Colin MacLeod 1909-1972.
Maclyn McCarty 1911-2005.

Evoluzione del concetto di gene (segue)

Barbara McClintock al Cold Spring Harbour nel 1947. Fonte: wikipedia

Barbara McClintock al Cold Spring Harbour nel 1947. Fonte: wikipedia

I geni che saltano: McClintock scopre i trasposoni nel mais.

I geni che saltano: McClintock scopre i trasposoni nel mais.


Evoluzione del concetto di gene (segue)

La paramutazione
Il locus r1 del mais controlla il colore dell’aleurone (Brink 1956). Una interazione tra specifici alleli nell’eterozigote porta ad una riduzione ereditabile dell’espressione genica dell’allele funzionale.

Gli alleli a bassa espressione inducono un silenziamento di altri alleli ad altra espressione anche nelle successive generazioni. La frequenza del fenomeno è del 100%, mentre la sua stabilità è minore di quella tipica delle mutazioni, ecco quindi i termine paramutazione.

Royal Alexander Brink1897 – 1984.
By Oliver E. Nelson, Jr., and Ray D. Owen.

Royal Alexander Brink1897 - 1984. By Oliver E. Nelson, Jr., and Ray D. Owen.


Struttura fine del gene

Seymour Benzer (1921-2007). Fonte: wikipedia

Seymour Benzer (1921-2007). Fonte: wikipedia


Benzer: struttura fine del gene


Benzer: struttura fine del gene (segue)


Evoluzione del concetto di gene

Yanofski, Sidney Brenner (Nobel 2002): colinearità gene-proteina (anni 60).

Jacob e Monod (Nobel 1965): propongono modello di regolazione genica dell’operone ed il nome di RNA messaggero (mRNA), per la molecola che porta alla sintesi proteica (1961).

Barrell, geni sovrapposti o contenuti in altri geni (1976).

Roberts e Sharp (Nobels 1993): geni discontinui, splicing (anni 70-80).

Fiers Walter: primo gene “sequenziato”, gene come sequenza di DNA (1972).

Tonegawa (Nobel 1987): i geni delle immonuglobuline vengono modificati mediante “tagli e cuci” (anni 70); diversità anticorpale chiarita.

Benne et al.: scoperta dell’editing dell’RNA; una mutazione frameshift è presente nel DNA, ma non nell’RNA (1986).

Victor Ambros; la scoperta del primo gene per un microRNA (1993).

Yanofski, Sidney Brenner: colinearità gene-proteina

Yanofski.
Credit: 
Stanford University

Yanofski. Credit: Stanford University

Il gene come sequenza colineare di nucleotidi rispetto a quella aminoacidica. Fonte: wikipedia

Il gene come sequenza colineare di nucleotidi rispetto a quella aminoacidica. Fonte: wikipedia


Evoluzione del concetto di gene

Fig. 5 del cap 14 snustad.

Fig. 5 del cap 14 snustad.


Evoluzione del concetto di gene (segue)


Evoluzione del concetto di gene (segue)

Jacob e Monod (Nobel 1965): propongono modello di regolazione genica dell’operone ed il nome di RNA messaggero (mRNA), per la molecola che porta alla sintesi proteica (1961).

E. coli trascrive i geni e quindi sintetizza gli enzimi per metabolizzare il lattosio solo quando questa molecola è disponibile.

Fonte: wikipedia

Fonte: wikipedia

Fonte: anisn.it

Fonte: anisn.it


Evoluzione del concetto di gene (segue)

Il gene discontinuo: lo splicing

Roberts e Sharp (Nobels 1993): geni discontinui, splicing (anni 70-80).

Roberts, Richard John. Fonte: wikipedia

Roberts, Richard John. Fonte: wikipedia

Phillip Sharp con G. W. Bush nel 2006 per ricevere la National Medal of Science. Fonte: wikipedia

Phillip Sharp con G. W. Bush nel 2006 per ricevere la National Medal of Science. Fonte: wikipedia


Il gene discontinuo: lo splicing

Fonte: wikipedia

Fonte: wikipedia


Il gene discontinuo: lo splicing (segue)

Fonte: wikipedia

Fonte: wikipedia


1972: prima sequenza nucleotidica di un gene

Fiers Walter, biologo molecolare belga. Fonte: wikipedia

Fiers Walter, biologo molecolare belga. Fonte: wikipedia

Fonte: wikimedia

Fonte: wikimedia


Evoluzione del concetto di gene

Tonegawa scoprì negli anni 70 che i geni per le immunoglobuline vengono ri-arrangiati in modo programmato nelle cellule per la difesa immunitaria.

Susumu Tonegawa, Nobel nel 1987. Fonte: wikipedia

Susumu Tonegawa, Nobel nel 1987. Fonte: wikipedia

Fonte: wikimedia

Fonte: wikimedia


Tonegawa: come si producono milioni di anticorpi


RNA editing: modifiche della sequenza dell’RNA

Fonte: wikipedia

Fonte: wikipedia


Evoluzione del concetto di gene

Victor Ambros; la scoperta del primo gene per un microRNA (1993).

I microRNA sono utilizzati per controllare l’espressione di altri geni.
In questa foto il secondo da sinistra è Ambros, alla cui destra vi è Craig Mello, Nobel (2006) insieme a Fire per la scoperta della “RNA interference”, un sistema di regolazione genica basato su piccoli RNA a doppio filamento.

Victor Ambros. Fonte: gairdner.org

Victor Ambros. Fonte: gairdner.org


Evoluzione del concetto di gene (segue)

“Un gene eucariotico è una combinazione di segmenti di DNA che insieme costituiscono una unità esprimibile. L’espressione porta alla formazione di uno o più prodotti genici funzionali che possono essere molecole di RNA o polipeptidi. Ogni gene include un o più segmenti di DNA che regolano la sua trascrizione e la sua espressione.” (Singer, M. and Berg, P., 1991)

Evoluzione del concetto di gene (segue)

Eccezioni a questa definizione sono ad esempio:

  • L’espressione genica è influenzata dallo stato cromatinico locale che viene ereditato come complesso proteico legato al DNA in duplicazione, indipendentemente dalle specifiche sequenze geniche.
  • Stato di metilazione del DNA (stessa sequenza, differente metilazione) influenza espressione genica.
  • RNA “non coding” associati al DNA regolano l’espressione genica “chromosome wide” (compensazione di dose in Drosophila; nei mammiferi).
  • RNA trasmessi allo zigote dal padre (paramutazione kit nel topo, 2006).
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