NHGRI Division of Intramural Research

Cos’è il genoma canino?

Il corpo di un cane contiene miliardi di cellule. La maggior parte di queste cellule contiene un nucleo. Nei cani, 38 coppie di autosomi (cromosomi non sessuali) si trovano in ogni nucleo, per un totale di 76 cromosomi più i due cromosomi sessuali (X e Y) per un totale di 78. Durante il concepimento, un cane riceve una copia di ogni cromosoma da ciascun genitore. I cromosomi sono fatti di acido desossiribonucleico (DNA), la “molecola della vita”.

Il DNA è composto da piccoli blocchi chimici chiamati “nucleotidi” o “basi”, che sono di quattro tipi: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T). Tutti gli organismi viventi, compreso l’uomo, usano questo codice di quattro lettere. Le basi sono accoppiate in unità fisse di adenina-timina (A-T) e guanina-citosina (G-C). I cani hanno circa tre miliardi di coppie di basi in ogni cellula. I geni sono definiti da una sequenza unica di nucleotidi che può essere di poche centinaia di basi o di un milione. La sequenza di ogni gene è chiamata il suo “codice”. Per esempio, il codice di un gene può portare a proteine che aggiungono colore al fusto dei capelli, il codice di un altro gene produce enzimi per digerire il cibo, e un terzo gene dirigerà la formazione di anticorpi che combattono le malattie. Per un dato gene il codice è molto preciso; un singolo errore nella sequenza del DNA potrebbe avere conseguenze disastrose per la salute del vostro cane.

Ognuno dei 78 cromosomi contiene i codici per centinaia di geni. I geni codificano il macchinario necessario per la produzione di proteine, che a loro volta costituiscono la struttura fisica del corpo. Le proteine sono necessarie per tutti i sistemi chiave del corpo, come il sistema nervoso o il sistema digestivo. Ogni gene ha un codice specifico che viene trasmesso dai genitori alla prole. Il termine “genoma canino” si riferisce all’intera sequenza del genoma del cane, compresi tutti i geni e gli spazi intermedi. I geni possono determinare lo sviluppo del vostro cane, dal colore della sua pelliccia ai tratti della sua personalità e, in alcuni casi, le malattie a cui il vostro cane sarà suscettibile.

Adattato da NHGRI Intramural Publication
Support Office DNA image, immagini di cani
per gentile concessione di © AKC/Mary Bloom

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Support Office blue DNA image

La seguente sequenza è un esempio di una sequenza nucleotidica: GGAAACCTGGTATA…. In questa pagina ci sono anche immagini ravvicinate del DNA. La sequenza del genoma del cane è stata pubblicata nel 2005 (Lindblad-Toh et al. 2005).

Localizzazione dei geni tramite “Gene Mapping”

Per localizzare le sequenze nucleotidiche responsabili dei tratti di interesse, i ricercatori devono setacciare circa 3 miliardi di coppie di basi, la lunghezza del genoma canino. Non tutto il DNA contiene geni. La maggior parte delle sequenze di DNA è conosciuta come DNA non codificante, che può svolgere ruoli di regolazione come accendere o spegnere i geni, determinare la quantità di ogni gene da produrre, o dirigere l’RNA messaggero codificato dove andare nella cellula. Per trovare una mutazione che controlla o è associata a un tratto, gli scienziati di solito confrontano il DNA dei cani che hanno il tratto con quelli che non lo hanno. Questo può essere abbastanza semplice quando si studiano i geni che controllano l’aspetto, tuttavia, è molto più difficile quando si studiano le malattie o il comportamento dei cani (Spady et al. 2008; Parker et al. 2006).

Per la maggior parte dei confronti a livello di genoma usiamo un “SNP chip” canino, questo è un metodo per leggere oltre 100 mila punti sul genoma in una sola volta. Il più recente chip SNP per cani ha oltre 170.000 SNP (descritto in Vaysse et al. 2011). Gli SNP, o polimorfismi a singolo nucleotide, rappresentano singole basi nel genoma che sono frequentemente mutate. La maggior parte non ha nulla a che fare con la malattia, ma servono come segnali stradali (“marcatori”) per navigare nel genoma del cane. L’associazione è determinata calcolando la differenza di frequenza di ogni marcatore nei cani con la malattia o il tratto rispetto ai cani che non hanno la malattia o il tratto. Una volta trovata un’associazione significativa tra uno SNP e un tratto, gli scienziati studiano i geni e le sequenze adiacenti per cercare di trovare la variante o la combinazione di varianti che contribuisce al tratto di interesse.

Sequenziamento del genoma

A causa dei miglioramenti nella tecnologia che hanno ridotto il prezzo del sequenziamento, ora possiamo usare il sequenziamento dell’intero genoma per trovare mutazioni di interesse. Negli ultimi 30 anni, gli scienziati hanno fatto notevoli progressi nella tecnologia di sequenziamento dei geni, tanto che ora è possibile determinare la sequenza dell’intero genoma di un organismo in pochi giorni. La tecnologia di sequenziamento rivela più segreti dei geni canini molto più velocemente che mai.

La tecnica arriva dritta al cuore del codice genetico; decifrando l’esatta sequenza di basi alfabetiche che compongono ogni gene, e le sequenze intorno e tra i geni che aiutano nella regolazione.

Courtesy of the NHGRI Intramural Publication Support Office

Learning About Mutations

Una volta che gli scienziati hanno sequenziato un gene, si potrebbe pensare che il loro lavoro sia finito, ma non è così semplice. Ora devono determinare se i cambiamenti che sono stati rilevati nel codice genetico stanno effettivamente cambiando il modo in cui il gene funziona. Non tutti i cani hanno versioni identiche dello stesso gene. La variazione genetica si verifica quando vengono commessi “errori” nei meccanismi di duplicazione o riparazione della cellula che causano un cambiamento permanente nella sequenza nucleotidica del gene. Queste mutazioni portano a forme varianti di un gene, chiamate alleli, che possono cambiare la funzione del gene. Se queste mutazioni esistono nelle cellule germinali, possono essere trasmesse alla futura prole. La maggior parte dei geni controlla più di una funzione all’interno del cane. Spesso il modo in cui un gene viene espresso, o acceso per produrre proteine, può avere un effetto diretto su come funzionano altri geni. Confusamente, mentre alcuni errori nel codice possono inattivare un gene e altri possono aumentare o aggiungere attività a un gene, la maggior parte dei cambiamenti ha poche o addirittura nessuna conseguenza. È spesso un puzzle complesso da risolvere. Gli scienziati, sempre consapevoli del fatto che gli alleli indesiderati insieme a quelli buoni saranno passati dai genitori alla prole, spesso lavorano per anni per capire la vera funzione di una proteina al fine di migliorare la salute dei cani che stanno studiando. Tuttavia, con l’aiuto della bioinformatica, l’approccio statistico alla comprensione di ampie serie di dati biologici, abbiamo accesso a molti strumenti per svelare i segreti del genoma del cane. Usando approcci nuovi e sofisticati, i bioinformatici di talento possono confrontare la sequenza del genoma di un gran numero di individui per trovare singole mutazioni. Nel Progetto Genoma del Cane spesso modelliamo i nostri approcci sulle tecniche apprese dal Progetto Genoma Umano.

Malattie genetiche e il genoma canino

I ricercatori hanno identificato oltre 360 disturbi genetici che si verificano sia negli esseri umani che nei cani, con circa il 46% di questi che si verifica solo in una o poche razze. Per la maggior parte di questi, la lesione genetica sottostante non è stata trovata.

Il cancro è una malattia genetica, ma non tutte le mutazioni che portano al cancro sono ereditabili. Nel corso della vita, il DNA all’interno delle cellule del corpo di un cane è in grado di subire cambiamenti genetici spontanei. Nel corso degli anni queste mutazioni genetiche possono accumularsi o possono verificarsi in geni importanti. Se una singola cellula accumula abbastanza mutazioni o acquisisce una variazione in un gene critico, la cellula può iniziare a dividersi e crescere in modo incontrollato. La cellula cesserà quindi di svolgere la sua funzione designata e questo può portare al cancro. Sono stati identificati alcuni potenti geni che possono iniziare il processo da soli, spesso con una semplice mutazione. Potreste aver sentito parlare dei geni di suscettibilità al cancro al seno BRCA1 e BRCA2. Essi rientrano in quest’ultima categoria. Infine, anche i fattori ambientali contribuiscono al cancro, come l’esposizione alla luce solare e il cancro della pelle negli esseri umani.

Una diagnosi di cancro si verifica di solito quando la crescita incontrollata forma masse di cellule chiamate tumori. Ogni cellula contiene una copia del gene mutato identica a quella della cellula mutata originale. Le cellule tumorali possono migrare in altri organi e iniziare a crescere lì. Questo è chiamato metastasi. L’obiettivo della terapia del cancro è quello di uccidere tutte le cellule tumorali all’interno di un individuo colpito, poiché una singola cellula rimanente può causare la recidiva del cancro. La radioterapia è usata come una “terapia locale”, diretta ad uccidere le cellule all’interno del sito del tumore stesso. In modo simile, la chirurgia è spesso usata per rimuovere il tumore. La chemioterapia è una “terapia sistemica” che uccide le cellule in rapida crescita, sia quelle del tumore che, si spera, quelle che hanno viaggiato verso altri organi.

Ad oggi, i trattamenti per la maggior parte delle malattie sono intrapresi retrospettivamente, una volta diagnosticata la malattia. Nei cani questo avviene spesso in uno stadio avanzato, poiché non sono in grado di dire a qualcuno che non si sentono bene. I progressi della ricerca genetica dovrebbero aumentare questo approccio. Infatti, una delle possibilità più eccitanti nello studio del cancro sta nella capacità di usare la genomica per identificare le mutazioni e diagnosticare il cancro prima che sia diventato un problema grave. In definitiva speriamo di produrre test genetici per identificare mutazioni deleterie prima che un cane si ammali. Infine, la comunità scientifica spera di lavorare con la comunità di allevamento canino per esaurire gli alleli di suscettibilità alle malattie dalle popolazioni.

Ultima modifica: Martedì, 13-Feb-2018 13:07:00 EST