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BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE
CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO
LEZIONE 6
Anno Accademico 2010/11
Gene Ontology
Potenziamento dell'interoperabilità delle banche dati biologiche
mediante la standardizzazione della terminologia biochimica e
l'introduzione di un'ontologia condivisa
Combinazione dei diversi punti di forza di gruppi europei attivi in
vari ambiti della normalizzazione per la terminologia biochimica
all'interno delle banche dati, allo scopo di sviluppare e applicare
un vocabolario controllato e un'ontologia comune per la
descrizione degli attributi biologici nelle banche dati biologiche
L'ontologia, una delle branche fondamentali della
filosofia, è lo studio dell'essere in quanto tale, nonché
delle sue categorie fondamentali.
Il termine deriva dal greco ὄντος, òntos (genitivo
singolare del participio presente ὤν di εἶναι, èinai, il
verbo essere) più λόγος, lògos, letteralmente "discorso
sull'essere”
Gene Ontology
http://www.geneontology.org/index.shtml
Un progetto atto a costruire un vocabolario per descrivere geni e
prodotti genici attribuibili a ogni organismo
Questo vocabolario serve per dare un unico nome a un
specifico prodotto in modo che questi così compaia nelle
diverse banche dati e possa venire rapidamente ritrovato
Gene Ontology (GO, ontologia genica): un
vocabolario controllato e strutturato per la
descrizione di prodotti genici in termini
• di funzione molecolare,
• di ruolo biologico e
• di ubicazione cellulare
Gene Ontology
http://www.geneontology.org/index.shtml
Ogni gene/proteina si contraddistingue per un
numero identificativo unico (GO:nnnnnnn) e
un nome (es: cellula, fibroblasto, fattore di
crescita, trasduttore del segnale).
Ogni termine viene assegnato a una delle tre
suddivisioni della banca (ontology):
1. Funzioni molecolari
2. Componenti cellulari
3. Componenti I processi biologici
A gene product might be associated with or located in one or more
cellular components; it is active in one or more biological processes,
during which it performs one or more molecular functions.
For example, the gene product cytochrome C can be described by:
the molecular function term oxidoreductase activity,
the biological process terms oxidative phosphorylation and induction of
cell death, and
the cellular component terms mitochondrial matrix and mitochondrial
inner membrane.
Topology
The ontologies are structured as directed acyclic graphs, which are
similar to hierarchies but differ in that a more specialized term (child)
can be related to more than one less specialized term (parent).
For example, the biological process term:
hexose biosynthetic process
hexose metabolic process and
has two parents,
monosaccharide biosynthetic process.
This is because biosynthetic process is a type of metabolic process and a hexose is a
type of monosaccharide. When any gene involved in hexose biosynthetic process is
annotated to this term, it is automatically annotated to both hexose metabolic
process and monosaccharide biosynthetic process.
I LIMITI DELLA ANALISI GENOMICA:
RIPRODUCIBILITA’
ANALISI NON QUANTITATIVA
I mRNA NON RIFLETTONO ESATTAMENTE
LE PROTEINE PRESENTI NELLA CELLULA
proteomica
Il fine della proteomica consiste nella completa
identificazione delle proteine e della loro
espressione in determinati cellule o tessuti.
La metodologia su cui si basa la proteomica
comprende: gel elettroforesi bidimensionale; HPLC e
spettrometria di massa
• (20,000 to 25,000 genes vs. > 500,000
proteins).
• E’ stato calcolato che il corpo umano puo’
esprimere fino a 2 milioni di proteine, ciascuna
con differenti funzioni
I metodi della proteomica
•
dagli anni ‘70: gel elettroforesi bidimensionale
Limiti di definizione e riproducibilità
•
Anni ’90 spettrometria di massa: con metodi di
ionizzazione alternativi (electrospray o MALDI Matrix
Assisted Laser Desorption Ionization )
Non si amplificano le proteine: dimensione campioni
Identificazione dei peptidi da miscele complesse
Rapidità
Analisi quantitativa
Limiti nelle conoscenze di genomi da diversi organismi
Disponibilità di strumentazione
John Bennett Fenn ha ricevuto il premio Nobel
per la chimica nel 2002 per lo sviluppo della
tecnica di elettrospray per l’analisi di
macromolecole biologiche
electrospray ionization
liquid chromatography
mass spectrometry
Stable isotope labeling with amino
acids in cell culture (SILAC) per
analisi proteomica quantitativa
Functional and quantitative
proteomics using SILAC
SILAC (Stable isotope labelling
with amino acids in cell culture)
Mann Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 952–958 (December 2006) | doi:10.1038/nrm2067
Proteomica e trascrittomica a confronto
Uno studio in cui si sono comparati i dati di analisi di cellule MCF-7
Su un totale di 7278 geni identificati in modo univoco
come messaggi o proteine
55% provengono da analisi proteomica
77% provengono da microarray
LE PROSPETTIVE DELLA PROTEOMICA:
• continuo progresso della tecnologia per misure sempre
più su larga scala e rapide
• costruzione di banche dati
•
proteomica interviene in cellule dove mRNA non è
informativo (es cellule ematiche)
•
La misura proteomica fornisce l’end point, il
microarray va verificato con qPCR e da western
•
La proteomica permette di studiare la presenza di
modificazioni post-traduzionali, di interazioni
proteina-proteina
INTERATTOMICA
analisi del trascrittoma, del proteoma e
dell’interattoma comparati per arrivare
a definire le funzioni fisiologiche di
ciascun gene
L’INTERATTOMA
O BIOLOGIA DEI SISTEMI
(system biology)
L’interattoma rappresenta interazioni molecolari
con un sistema digrafico
Per grafico intendiamo un
insieme di punti, nodi o
vertici che sono tra loro
collegati non in modo
unidirezionale.
Nel digrafico la direzionalità
o bidirezionalità dell’evento
è segnata
‘OMICS
APPLICAZIONI MEDICHE
Test genetici
Terapia genica
Farmacogenomica
Informazioni sulla malattia
Farmacogenetica
nella ricerca e sviluppo di nuovi farmaci
Farmacogenetica:
lo studio di variazioni genetiche e del loro
effetto nella risposta a farmaci
Scoperta e sviluppo di nuovi farmaci
Studi genetici per la identificazione di
nuovi bersagli terapeutici
(target identification)
Inizi anni ‘80 si cercano polimorfismi associati alla
manifestazione di Alzheimer
Anni ‘90 ApoE appare associato a apparizione precoce di AD
(60 anni negli omozigoti);
In soggetti con ApoE2/3 la malattia generalmente appare dopo I
90 anni
Dati confermati da genome-wide association studies dove si
studiano più di 500.000 SNP per volta
Studi genetici per lo studio dell’efficacia
di un trattamento farmacologico
(phase II)
ROSIGLITAZONE IN PAZIENTI CON ALZHEIMER
PORTATORI E NON DEL GENE APOE4
Studi genetici per l’ identificazione di
pazienti a rischio di manifestare effetti
collaterali specifici in seguito a
trattamenti farmacologici
(phase I)
1.CYP2C9 e metabolismo di warfarina
2.Pazienti con AIDS che sviluppano una
sindrome da ipersensibilità a
trattamento con abacavir
IFORMAZIONI SULLA MALATTIA
LE BASI BIOLOGICHE
DELL’INVECCHIAMENTO
Invecchiamento
e genetica
Invecchiamento
e ambiente
Regolazione endocrina
dell’invecchiamento