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mercoledì 21 gennaio 2015

PROBIOTICI E PREBIOTICI

giovane ragazza indica il ventre sul quale girano due frecce verdi
L'utilizzo di integratori probiotici e prebiotici può favorire il ripristino di un microbioma intestinale stabile, specialmente nell'anziano e nei pazienti che abbiano subito uno squilibrio a seguito di fattori dietetici, malnutrizione, terapie antibiotiche o patologia intestinale.

Un probiotico è un integratore contenente microbi vivi, mentre un prebiotico è un integratore contenente oligosaccaridi sotto forma di fibra indigeribile (come ad esempio l'inulina) noti per favorire la crescita dei normali saprofiti intestinali, cioè dei batteri che svolgono un effetto benefico nella flora intestinale.

Probiotici e prebiotici possono dunque essere assunti assieme, poiché i secondi fungono da sostrato fermentabile per il nutrimento dei primi. Si annoverano fra i probiotici il Bifidobacterium e il Lactobacillus, due microorganismi la cui presenza si riduce tipicamente nell'anziano. I probiotici in commercio possono contenere sia il Bifidobacterium che il Lactobacillus o soltanto uno dei due.

MICROBIOMA INTESTINALE E DIETA

human digestive system in transparent human
Che cosa guida la formazione del microbioma? Quali sono i fattori che principalmente ne influenzano la composizione?

Il microbioma è l'insieme dei microrganismi che albergano all'interno del corpo umano e sulla sua superficie. La flora intestinale, i batteri che si trovano sulla pelle e i batteri del cavo orale e della gola sono esempi di microorganismi che appartengono al microbioma. Benché sembra che ciascuno di noi alberghi solo 170 diverse specie (e con scarse differenze interindividuali), si stima che le specie di microorganismi formanti il microbioma siano più di 1000. È dunque importante capire cosa influenza la composizione e lo sviluppo del microbioma.

IL MICROBIOMA

Batteri rossi su sfondo rosso
Il microbioma è destinato ad essere una delle tematiche più importanti della genetica dei prossimi anni. Già qualche decade fa, allorché il Progetto Genoma ebbe inizio, Joshua Lederberg disse che gli sforzi del progetto si sarebbero dovuti concentrare fin da subito anche sul sequenziamento del microbioma umano e non solo del genoma.

Cosa è il microbioma? Il termine microbioma viene propriamente utilizzato per indicare il patrimonio genetico di tutti i microorganismi che albergano all'interno del corpo umano e sulla sua superficie (batteri e virus). In senso lato, tuttavia, la parola viene talora utilizzata anche per indicare tutto quanto l'insieme dei microorganismi stessi.

martedì 20 gennaio 2015

STRATEGIE PER L'IDENTIFICAZIONE DELLE MUTAZIONI DRIVER NELLE CELLULE DEL CANCRO

targeted blue cell
Le mutazioni driver (driver mutations) sono mutazioni somatiche, cioè mutazioni genetiche acquisite, che compaiono nelle cellule cancerose e che inducono la progressione del tumore. Si potrebbero in altri termini definire mutazioni "pilota" che svolgono un ruolo fondamentale nella crescita e nella propagazione del tumore.

Identificare le mutazioni driver non è compito facile, ma è necessario per poter (1) caratterizzare la biologia tumorale e (2) per studiare nuovi trattamenti.


Frequenza delle mutazioni driver

Una delle strategie più comunemente usate è basata sulla stima della frequenza della mutazione: più la mutazione è frequente e maggiore è la probabilità che si tratti di una mutazione driver.

lunedì 19 gennaio 2015

DRIVER MUTATIONS: LE MUTAZIONI CHE GUIDANO LO SVILUPPO DEL CANCRO

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Cancer cells in violetIl termine driver mutations (che in italiano potrebbero definirsi come mutazioni pilota, cioè mutazioni che guidano lo sviluppo di un processo biologico) viene utilizzato per indicare quelle mutazioni genetiche che svolgono un ruolo fondamentale nella genesi e nello sviluppo del cancro. È proprio a causa delle mutazioni driver che il cancro può crescere e invadere l'organismo umano. Le cellule di un tumore contengono di regola numerose mutazioni, ma solo una minoranza sono mutazioni driver. Tutte le altre mutazioni, cioè quelle che si ritiene non abbiano un significato fondamentale nello sviluppo del cancro vengo chiamate passenger mutations (che, al contrario delle mutazioni guida, sono assimilabili a dei semplici passegeri che non hanno un ruolo primario nello sviluppo del processo biologico).

ESISTE LA TRASMISSIONE LEGATA AL CROMOSOMA Y?

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Sì, si chiama ereditarietà oloandrica e, a parte l'infertilità maschile legata al cromosoma Y, è limitata a pochissime condizioni, come le orecchie pelose (hairy ears) e una rarissima forma di sordità congenita (deafness Y-linked 1 - DFNY1, che è stata per altro descritta in un'unica famiglia nella quale segregava un’aberrazione cromosomica). Per altre rare malattie l’ereditarietà oloandrica è stata fortemente sospettata, anche se non confermata, sulla base dell'osservazione dell’esclusiva trasmissione da maschio a maschio.

EREDITARIETÀ X-LINKED: RISCHIO RIPRODUTTIVO

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Ereditarietà X-linked: una madre che abbia già concepito un figlio maschio affetto, concepirà necessariamente un secondo figlio maschio sano? 

Non è detto. In tutta l’ereditarietà mendeliana, inclusa quella X-linked, la probabilità di concepire figli affetti o non affetti si rinnova ad OGNI gravidanza. Per questo motivo, una madre portatrice sana di una malattia X-linked recessiva potrà concepire alcuni figli affetti e alcuni figli sani o figli tutti sani o figli tutti affetti. La diagnosi prenatale precoce tramite test genetico molecolare è dunque sempre indicata nel caso la madre sia dimostratamente portatrice sana di una malattia a tramissione X-linked.

EREDITARIETÀ X-LINKED: È PIÙ FREQUENTE QUELLA RECESSIVA O QUELLA DOMINANTE?

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Ereditarietà X-linked: è più frequente la trasmissione dominante o la trasmissione recessiva? 

La trasmissione X-linked recessiva è molto più frequente. La trasmissione X-linked dominante è più rara. 

EREDITARIETÀ X-LINKED: TRATTAMENTI SPECIALI?

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Ereditarietà X-linked: esistono trattamenti speciali per le malattie X-linked? 

No. Nelle malattie genetiche il tipo di ereditarietà non influenza il tipo o la disponibilità di trattamenti.




EREDITARIETÀ X-LINKED: ESISTONO MASCHI SANI CON LA MUTAZIONE-MALATTIA?

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Ereditarietà X-linked: esistono casi di maschi recanti la mutazione e ciononostante sani? 

Sì. I soggetti maschi con sindrome di Klinefelter possiedono (interamente o a mosaico) due cromosomi X anziché uno solo (cariotipo: 47,XXY). Rispetto a una malattia X-linked recessiva, questi soggetti possono essere sani o lievemente affetti. 

EREDITARIETÀ X-LINKED: POSSONO LE FEMMINE ESSERE AFFETTE E I MASCHI SANI?

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Ereditarietà X-linked: esistono casi di trasmissione X-linked nei quali le figlie femmine sono affette e i maschi sono sani?

Sì. Nei rari casi di unione fra un maschio affetto da malattia X-linked dominante e una donna sana, tutti i maschi saranno sani e tutte le femmine saranno affette. 




EREDITARIETÀ X-LINKED: ESISTONO MUTAZIONI OMOZIGOTI?

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Ereditarietà X-linked: esistono casi di femmine omozigoti per una mutazione-malattia sul cromosoma X?

Sì. Si tratta di un’evenienza dovuta all’unione fra un soggetto maschio affetto e una femmina portatrice sana o addirittura affetta a sua volta. Casi di questo tipo si possono riscontrare nelle aree geografiche dove alcune malattie sono endemiche e quindi non del tutto infrequenti (si pensi ad esempio al deficit di glucosio-6-fosfato deidrogenasi nel bacino del Mediterraneo). Nelle altre malattie X-linked (che, non dimentichiamolo, sono sostanzialmente malattie rare) tali evenienze sono estremamente improbabili.

EREDITARIETÀ X-LINKED: TUTTE LE FIGLIE DI UNA PORTATRICE SANA SONO PORTARTICI SANE?

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Ereditarietà X-linked: tutte le figlie di una portatrice sana sono portatrici sane?

No, le figlie di una portatrice sana hanno una probabilità del 50% di essere sane non portatrici.

EREDITARIETÀ X-LINKED: LE MALATTIE X-LINKED SONO SESSUALMENTE TRASMISSIBILI?

Ereditarietà X-linked: le malattie X-linked (dette anche malattie genetiche con trasmissione legata al sesso) sono sessualmente trasmissibili?

Naturalmente no! La trasmissione X-linked è detta anche trasmissione legata al sesso semplicemente perché i cromosomi X e Y sono detti cromosomi sessuali. Il cariotipo umano è costituito da 46 cromosomi. Quarantaquattro di questi cromosomi (detti autosomi) sono uguali a due a due e ogni coppia è composta da un cromosoma ereditato dal padre e uno dalla madre. Gli ultimi sono, per l’appunto, i cromosomi sessuali, che sono due X nelle femmine e un X e un Y nel maschio. Per convenzione si dice che l’Y è il cromosoma che determina il sesso. In effetti la monosomia X (la presenza cioè di un solo cromosoma X, che si identifica con la sindrome di Turner) si associa a sesso femminile. Curiosamente, mentre la monosomia X può essere compatibile con la vita, la presenza del solo cromosoma Y e di nessun cromosoma X non lo è.

EREDITARIETÀ X-LINKED: LE FEMMINE SONO SEMPRE PORTARTICI SANE?

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Ereditarietà X-linked: le femmine portatrici sono sempre sane?

Non sempre. Si consideri che per alcune malattie X-linked recessive anche le femmine possono occasionalmente presentare segni sfumati della malattia. Ciò può avvenire come conseguenza dell’inattivazione casuale dell’X, che consente l’espressione del gene mutato (e quindi la traduzione della proteina patogena) in alcune cellule dell’organismo. Nell’ereditarietà X-linked dominante, invece, le femmine sono sempre affette, poiché la mutazione è così grave da portare alla manifestazione clinica del fenotipo patologico anche in singola dose (allo stato cioè di eterozigosi). Le malattie X-linked dominanti, con poche eccezioni, possono essere addirittura incompatibili con la sopravvivenza di un feto maschio (che possiede un solo cromosoma X). Un’evenienza molto rara tale per cui anche una femmina può presentare il quadro clinico classico e completo di una malattia X-linked recessiva è data dall’omozigosi per la mutazione-malattia: la paziente ha cioè la mutazione su entrambi i cromosomi X, essendo stata concepita nell’unione fra un paziente affetto e una madre portatrice sana o a sua volta affetta.

sabato 13 dicembre 2014

HIGH-THROUGHPUT SEQUENCING

scienziato con molecola di DNA in mano
Spessissimo si sente parlare di high-throughput sequencing, ossia di sequenziamento ad alta resa. High-throughput sequencing è un termine molto diffuso per identificare le moderne metodiche di Next GenerationSequencing (NGS), che consentono di analizzare un'elevatissima quantità di sequenze (anche di soggetti diversi in parallelo) in breve tempo e a costi relativamente contenuti. La high-throughput sequencing rappresenta l'evoluzione del metodo di sequenziamento più tradizionale, il cosiddetto Sanger sequencing, a volte più preciso, ma decisamente più lento e molto più costoso. Se l'output giornaliero di un sequenziatore capillare con tecnica Sanger è nell'ordine delle migliaia di basi, l'output delle macchine di high-throughput sequencing è nell'ordine delle gigabasi.

Con la NGS è possibile analizzare sia DNA che RNA. Tipiche analisi di high-throughput sequencing sono l'exome sequencing e il genome sequencing. Dopo aver conquistato il dominio della ricerca, grazie al supporto di strumenti di analisi bioinformatica sempre più complessi e più precisi, la high-throughput sequencing si sta espandendo sempre di più anche nella diagnostica di routine.

Per saperne di più:

venerdì 12 dicembre 2014

COME FUNZIONA LA STAR ALLELE NOMENCLATURE

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Le variazioni nei geni del citocromo P450 (CYP) risultano in quattro fenotipi classici che sono: metabolizzatore ultrarapido, estensivo, intermedio e lento.

pillola con DNAUn paziente con metabolizzazione ultrarapida sarà un soggetto con copie doppie o multiple di un allele con funzionalità normale o aumentata, mentre i pazienti con metabolizzazione intermedia o lenta saranno soggetti che recano uno o più alleli fra quelli che riducono la funzionalità della proteina (tipicamente si tratta di varianti inattivanti o di delezioni del gene). Il termine metabolizzatore estensivo si riserva invece a coloro che portano due copie dell’allele normalmente funzionante. In questo caso il soggetto sarà portatore dell’allele wild-type, detto anche allele consensus che, nel sistema della star allele nomenclature, corrisponde all’allele *1. I numeri *2, *3, *4 e così via rappresentano invece alleli con funzionalità alterata che, in quanto tali, portano a profili di metabolizzazione aumentata o ridotta.

La star allele nomenclature dà la possibilità di indentificare con un'unica sigla non solo una singola variante genetica, ma anche gruppi di varianti. In particolare:

A) per alleli funzionali che possono essere in concomitanza ad altri alleli clinicamente irrilevanti, si usa distinguere l’allele originale e il gruppo di alleli associati con due differenti sigle contraddistinte dall’aggiunta di una lettera dopo il numero.

Ad esempio: la sigla CYP2B6*4A rappresenta l’allele farmacogeneticamente rilevante K262R, mentre la sigla CYP2B6*4B rappresenta la combinazione fra l’allele K262R e uno o più dei polimorfismi neutri che facilmente si possono riscontrare in associazione ad esso: -2320T>C; -1778A>G; -1186C>G; -750T>C; 18053A>G. In entrambi i casi l’effetto farmacogenomico sortito è sempre quello di K262R.

B) similmente, per l’associazione fra più alleli funzionali che tendono a segregare insieme, si utilizza la sigla che identifica l’allele con l’effetto più spiccato, nominando poi le diverse combinazioni di alleli aggiungendo una lettera al numero.

Ad esempio: la sigla CYP2C19*2 identifica la mutazione di splicing 681G>A, che agisce riducendo la funzionalità della proteina. Insieme a questa variante possono ritrovarsi anche altre varianti, che mostrano sempre un effetto funzionale, ma di entità inferiore a quello di 681G>A. Ecco così che vengono adottate le seguenti sigle per identificare le associazioni più frequenti:

CYP2C19*2A: 99C>T; 681G>A; 990C>T; 991A>G

CYP2C192*B: 99C>T; 276G>C; 681G>A; 990C>T; 991A>G

CYP2C19*C: 99C>T; 481G>C; 681G>A; 990C>T; 991A>G

In ogni caso, l’effetto farmacogenetico finale sarà quello determinato da 681G>A.

Va comunque notato che i primi alleli descritti nel database delle mutazioni dei geni CYP non seguivano queste regole, ma, per semplicità, sono stati lasciati nel database senza cambiarne la sigla.

STAR ALLELE NOMENCLATURE: LA NOMENCLATURA DEGLI ALLELI IN FARMACOGENOMICA

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pills with DNAIn farmacogenomica le varianti genetiche di rilevanza clinica vengono spesso identificate secondo una nomenclatura speciale, nella quale si fa uso dei cosiddetti star alleles. Gli alleli cioè, invece che venir identificati con la loro posizione nella sequenza del trascritto o del gene secondo le linee guida dello HGVS, vengono numerati con cifre progressive e lettere. Ad esempio: CYP3A5*2 identifica la variante genetica g.27289C>A (p.T398N). La star allele nomenclature consente così di identificare in modo rapido e semplice un determinato allele, laddove la nomenclatura HGVS potrebbe essere poco comprensibile (e più soggetta a errori di trascrizione) da parte di personale non esperto.

La star allele nomenclature ha preso origine dal sistema di identificazione degli alleli nei geni della famiglia del citocromo P450 (CYP) e da allora si è espansa a tutti i geni studiati in farmacogenomica (al di fuori della farmacogenomica la star allele nomenclature non viene mai usata). La lista degli alleli dei geni della famiglia del citocromo P450 e del gene POR è disponibile al sito http://www.cypalleles.ki.se.

La star allele nomeclature tuttavia presenta alcuni diffetti. Prima di tutto essa non indica il tipo di mutazione, cioè se si tratti, ad esempio, di una variante missenso, nonsenso, di splicing o di una grande delezione/duplicazione dell’intero gene. Secondariamente, nonostante la possibilità di identificare anche gruppi di alleli con un unico simbolo (per sapere come funziona la star allele nomeclature potete leggere qui), la star allele nomenclature non presenta un grado di flessibilità sufficiente ad esprimere la complessità e la gran mole dei dati genetici prodotti negli studi di exome/genome sequencing. La star allele nomenclature sembra cioè non andare troppo d’accordo con le analisi di high-throughput sequencing. Cionondimeno la star allele nomenclature resta la più usata nella maggioranza delle pubblicazioni di farmacogenomica nonché nella documentazione ufficiale prodotta dagli organi di regolamentazione e supervisione del mercato dei farmaci.

giovedì 11 dicembre 2014

KIT COMMERCIALI PER ANALISI DI FARMACOGENOMICA

kit commerciali per analisi di farmacogenetica
Per l’esecuzione rapida e collaudata di analisi di farmacogenomica sono disponibili sul mercato alcuni kit diagnostici. Uno di questi è il DMET™ Plus Solution kit di Affimetrix, che copre 1.936 varianti in 231 geni.

Un altro kit è il VeraCode ADME Core Panel di Illumina, che analizza le varianti di 34 geni fra quelli elencati nella lista del gruppo di lavoro PharmaADME, composto da esperti dell’accademia e dell’industria che hanno unito gli sforzi per identificare i marcatori farmacogenomici attualmente più importanti.

Un altro kit basato sulla lista del gruppo di lavoro PharmaADME è lo iPLEX® ADME PGx Pro Panel, prodotto da Agena Bioscience.


DATABASE DI FARMACOGENOMICA

database
Il database di farmacogenomica più noto è PharmaGKB. In questo database sono archiviati i dati sulle correlazioni genotipo-fenotipo più frequenti così come i risultati degli studi più recenti. Questo database è quindi di utilità sia per il medico nella sua prassi quotidiana che per il ricercatore.

Sul sito di PharmaGKB è possibile trovare anche le linee guida per l'applicazione nella pratica clinica quotidiana di alcune correlazioni farmacogenetiche fra le più note.

Non è un database, ma va citato per la sua attività di ricerca e coordinamento: è il PharmacoGenomics Reasearch Network (PGRN), che opera dal 2000 con il supporto del National Institute of Health (NIH).

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