Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
9/7/2013 1 Cesar Martins (cmartins@ibb.unesp.br) Departamento de Morfologia Instituto de Biociências , UNESP Universidade Estadual Paulista Botucatu, SP Bases da biologia molecular: de genes a genomas O genoma e sua história Macromoléculas em foco 1800-1900: Proteínas eram consideradas as moléculas mais significantes da célula, antes dos adventos da genética; Proteína: de primeira importância 1940-2000: Avanços em genética e genômica: DNA no foco das discussões; 2000-2005: Proteínas em foco; 2005-atual: ncRNA e proteínas em foco. Análise genômica 2013 9/7/2013 2 Genoma Termo cunhado em 1920 por Hans Winkler: conjugação de gene e cromossomo ou gene e ome (unidades) Winkler escreveu em traduação grosseira do alemão para o inglês... I propose the expression Genome for the haploid chromosome set, which, together with the pertinent protoplasm, specifies the material foundations of the species... Winkler H (1920). Verbreitung und Ursache der Parthenogenesis im Pflanzen- und Tierreiche. Verlag Fischer, Jena. Lederberg & McCray (2001). 'Ome Sweet 'Omics- A Genealogical Treasury of Words. The Scientist 15(7): 8 O genoma e sua história Análise genômica 2013 Genoma nos remete a Hereditariedade -Hipócrates (460-377 a.C.): pangênese -Aristóteles (384-322 a.C.): transmissão das características pelo sêmen O genoma e sua história Análise genômica 2013 9/7/2013 3 Friedrich Miescher (1869) Primeiras evidências da presença de DNA no núcleo das células. Identificou uma substância rica em fósforo que não se enquadrava como nenhuma das substâncias protéicas conhecidas até aquele momento. A esta substância ele deu o nome de nucleina. Richard Altman (1889) Obteve amostras de nucleina livres de proteína e cunhou uma denominação mais apropriada para a substância: ácido nucléico. Primeiras extrações de DNA - Final 1800s e início 1900s -35 kg de pâncreas bovino dissolvido em 200 litros de ácido sulfúrico - timina ) O genoma e sua história The origins of the names: - Adenine is from the Greek word for gland - Adeno, first discovered in the pancreas. - Thymine was first found in the thymus gland. - Cytosine was isolated from cells ('cyto' means cell). - Guanine was originally located in bird guano (poop). Análise genômica 2013 Análise genômica 2013 1900-1950:Avanços no conhecimento da estrutura do DNA Phoebus Levene 1910: hipótese tetranucleotídica (hipótese falha) The DNA COULD NOT store the genetic code because it is chemically far too simple O genoma e sua história 9/7/2013 4 Análise genômica 2013 DNA Ácido desoxirribonucléico Avery, MacLeod e McCarty (1944): DNA, material genético ~1930: avanços no conhecimento da estrutura do ácido nucléico A nucleina se tornou o ácido nucléico desoxirribose e, posteriormente, ácido desoxirribonucléico. O genoma e sua história Linus Pauling 1953: modelo helicoidal tripla hélice (modelo incorreto) ...he uncharacteristically made several basic mistakes, including making the phosphate group neutral, a fact which would no longer represent DNA as an acid. O genoma e sua história Análise genômica 2013 9/7/2013 5 Análise genômica 2013 Linus Pauling 1953: modelo helicoidal tripla hélice (modelo incorreto) O genoma e sua história Linus Pauling 1953: modelo helicoidal tripla hélice (modelo incorreto) O genoma e sua história Análise genômica 2013 9/7/2013 6 Análise genômica 2013 Estrutura do DNA Linus Pauling and Robert B Corey Pauling & Corey 1953, PNAS 39(2): 84-97 O genoma e sua história Erwin Chargaff (1950): razão duas purinas para duas pirimidinas O genoma e sua história Análise genômica 2013 9/7/2013 7 Rosalind Franklin (1951-1956): cristalografia de raio-X de moléculas de DNA Photo 51 O genoma e sua história Análise genômica 2013 Rosalind Franklin (1951-1956): cristalografia de raio-X de moléculas de DNA O genoma e sua história Análise genômica 2013 9/7/2013 8 Análise genômica 2013 Estrutura do DNA James Watson and Francis Crick Watson & Crick 1953, Nature 171: 737-738 Modelo da estrutura do DNA - por Watson e Crick Crick's first sketch of the deoxyribonucleic acid double-helix Watson & Crick's 1953 Nature paper Recent view of double-helix DNA structure Análise genômica 2013 9/7/2013 9 Avanços nas tecnologias para estudar genes e genomas - Enzimas de restrição e tecnologia do DNA recombinante; - Sequenciamento nucleotídico; - PCR Reação em Cadeia da Polimerase; - Sequenciamento em larga escala; - Bioinformática. Análise genômica 2013 Genomas sequenciados Primeiro genoma sequenciado: Fago X174, 5.375 pb (9 genes) Sanger et al. 1977, Nature 265: 687-695 Primeiro eucarionte sequenciado: Saccharomyces cerevisae, 13 milhões pb Goffeau et al. 1996, Science 274: 546, 563-567 Primeiro animal sequenciado: Caenorhabditis elegans, 100 milhões pb C elegans Sequencing Consortium 1998, Science 282: 2012-2018 Primeira planta sequenciada: Arabidopsis thaliana, 157 milhões pb Arabidopsis Genome Initiative 2000, Nature 408: 796-815 Genoma humano: 3 bilhões pb International Human Genome Sequencing Consortium 2001, Nature: 409: 860-921; Venter et al. 2001, Science 291: 1304-1351 Análise genômica 2013 9/7/2013 10 Genomas sequenciados http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ Análise genômica 2013 Avanços no conhecimento de genes e genomas e os dogmas da biologia molecular 9/7/2013 11 Dogma central da biologia molecular do DNA à proteina 1950 Análise genômica 2013 Estocagem de dados Intermediário Execução de tarefas Dogma central da biologia molecular do DNA a proteina 1950 Análise genômica 2013 9/7/2013 12 Dogma central da biologia molecular desafio ao dogma central 1970 Análise genômica 2013 Dogma central da biologia molecular RNA world 2000 DNA RNA Proteinas Non-coding RNAs Metabólitos Análise genômica 2013 9/7/2013 13 Dogma central da biologia molecular RNA world 2000 Análise genômica 2013 de gene? Dogma central da biologia molecular conceito de gene Análise genômica 2013 9/7/2013 14 Análise genômica 2013 Análise genômica 2013 9/7/2013 15 Genes e Hereditariedade -Hipócrates (460-377 a.C.): pangênese -Aristóteles (384-322 a.C.): transmissão das características pelo sêmen genes e sua história... Gene: conceito filosófico Análise genômica 2013 Gregor Mendel Gene: conceito abstrato genes e sua história... Análise genômica 2013 9/7/2013 16 Wilhelm Johanssen: cunha o termo gene em 1909 Gene: conceito abstrato genes e sua história... Análise genômica 2013 Genes: unidades associadas com características hereditárias, porém sem base física conhecida Gene: conceito físico? genes e sua história... Análise genômica 2013 Morgan Sutton Boveri 1910: Mapas de ligação 9/7/2013 17 genes e sua história... Análise genômica 2013 Avery McLeod McCarty Gene: conceito físico 1953: Estrutura do DNA Watson e Crick 1944: DNA como material genético Caspersson (1947): Conexão entre DNA, RNA e síntese proteíca um gene, uma proteína genes e sua história... Conceito antigo de gene Análise genômica 2013 9/7/2013 18 TR GENE Conceito clássico de gene Análise genômica 2013 genes consistem de uma seqüência de DNA que codifica uma proteína Conceito clássico de gene Análise genômica 2013 9/7/2013 19 Organização de genes no genoma: novos conceitos maioriados genes consiste de uma seqüência de DNA que codifica somente uma proteína em alguns casos, uma única seqüência de DNA pode codificar mais de uma proteína Análise genômica 2013 1977: Processamento alternativo (cis splicing ou splicing normal ) Aumento de ~15% nas proteínas de moscas e vermes Aumento de ~ 60% nas proteínas de humanos Organização de genes no genoma: novos conceitos Análise genômica 2013 9/7/2013 20 overlapping reading frames: uma mesma seqüência de DNA pode codificar mais de uma proteína tradução em diferentes reading frames (identificado inicialmente em vírus, mitocôndrias e bactérias) Organização de genes no genoma: novos conceitos Análise genômica 2013 overlapping reading frames: uma mesma seqüência de DNA pode codificar mais de uma proteína Proteínas de membrana Organização de genes no genoma: novos conceitos Análise genômica 2013 9/7/2013 21 Processamento trans (trans splicing) Muitos exemplos em C. elegans e genes mitocondriais Splicing do RNA maturo da NADH desidrogenase mitocondrial de Petunia (Conklin et al 1991, Genes Dev 5: 1407- 1415) Organização de genes no genoma: novos conceitos Análise genômica 2013 2002: Transcrição quimérica 4-5% dos genes humanos codificam proteínas quimeras* Organização de genes no genoma: novos conceitos Análise genômica 2013 9/7/2013 22 2002: Transcrição quimérica RNA Binding Motif proteins: envolvimento com câncer Organização de genes no genoma: novos conceitos Análise genômica 2013 RNA editing: alteração de apenas um nucleotídeo na molécula de RNA Aumento de 35x na edição de transcritos de humanos comparado com camundongo, especialmente nos elementos Alu. Elementos Alu compreendem 10.5% do genoma humano... JS Mattick 2010, Bioessays 32: 548 552 Organização de genes no genoma: novos conceitos Análise genômica 2013 9/7/2013 23 Genes e genomas: novos conceitos - - - - Análise genômica 2013 Genes e genomas: novos conceitos Papel dos RNAs não codificantes: ncRNAs Exemplos mais conhecidos: -RNA transportador (tRNA) -RNA ribossomal (rRNA) Novos exemplos: Pelo menos 3 classes de pequenos ncRNAs, com base nos seus mecanismos de biogênese: -microRNAs (miRNAs) -endogenous small interfering RNAs (endo-siRNAs or esiRNAs) -Piwi-interacting RNAs (piRNAs) Exemplos menos conhecidos: -Pequenos RNAs nucleares (snRNA) -RNA da PRS (7SL RNA) Análise genômica 2013 9/7/2013 24 Genes e genomas: novos conceitos Here we report evidence that three-quarters of the Análise genômica 2013 Análise genômica 2013 08-11 de Julho de 2013 Instituto de Biociências, UNESP, Botucatu, SP Curso de Férias
Compartilhar