LEZIONE 6Anno Accademico 2010/11

BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHECORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO

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

Gene Ontology

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 molecolari2.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.

TopologyThe 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 has two parents,

hexose metabolic process and 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 ESATTAMENTELE 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 campioniIdentificazione dei peptidi da miscele complesseRapiditàAnalisi quantitativaLimiti nelle conoscenze di genomi da diversi organismiDisponibilità 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

Mann Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 952–958 (December 2006) | doi:10.1038/nrm2067

Functional and quantitative proteomics using SILAC

SILAC (Stable isotope labelling with amino acids in cell culture)

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 proteomica77% 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)

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

L’interattoma rappresenta interazioni molecolari con un sistema digrafico

‘OMICSAPPLICAZIONI 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

Regolazione endocrina dell’invecchiamento

Invecchiamento e ambiente