Evoluzione molecolare: studio dei meccanismi che generano ipervariabilità in sequenze nucleotidiche. (Comunicazione a convegno)

Type
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  • Evoluzione molecolare: studio dei meccanismi che generano ipervariabilità in sequenze nucleotidiche. (Comunicazione a convegno) (literal)
Anno
  • 1997-01-01T00:00:00+01:00 (literal)
Alternative label
  • Lisa A, Franchini A, Matessi C. (1997)
    Evoluzione molecolare: studio dei meccanismi che generano ipervariabilità in sequenze nucleotidiche.
    in Incontro Scientifico DGM IGBE IRCCS, Pavia, 26-27 Febbraio 1997
    (literal)
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  • Lisa A, Franchini A, Matessi C. (literal)
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  • IGM-CNR (literal)
Titolo
  • Evoluzione molecolare: studio dei meccanismi che generano ipervariabilità in sequenze nucleotidiche. (literal)
Abstract
  • I meccanismi molecolari che nel corso dell'evoluzione possono contribuire alla divergenza tra sequenze nucleotidiche omologhe sono molti e tra questi la mutazione, la conversione genica, la selezione naturale e la deriva genetica ma, in genere, l'importanza relativa di ciascuno di questi fattori non è facilmente determinabile. Tuttavia, in alcuni casi, utili informazioni possono essere dedotte esaminando, in geni omologhi di specie diverse, le sostituzioni sinonime e non sinonime in regioni codificanti con gradi diversi di variabilità. Le sostituzioni sinonime sono per lo più neutrali e generalmente forniscono una stima del tasso di mutazione, solitamente costante in differenti porzioni codificanti di un gene. I tassi di sostituzione non sinonima sono invece più variabili in funzione della quantità di costrizioni funzionali sulla proteina. Sotto ipotesi di evoluzione neutrale il rapporto fra Ka (tasso di sostituzione non sinonima) e Ks (tasso di sostituzione sinonima) è indipendente dal tempo di divergenza dei geni e dal tasso di mutazione. Valori di Ka/Ks significativamente minori di 1 forniscono un'evidenza di selezione conservativa, mentre valori di questo rapporto molto maggiori di 1 indicano selezione positiva diversificante della sequenza aminoacidica. Infine, valori di Ka/Ks vicini all'unità sono più difficili da interpretare in quanto potrebbero indicare completa mancanza di costrizioni funzionali, ma potrebbero anche essere dovuti a debole selezione diversificante. Lo studio di alcuni enzimi proteolitici e dei loro inibitori (Otha, 1994) ha mostrato una maggiore variabilità nella sequenza del sito reattivo rispetto al resto del gene e un diverso comportamento dei tassi di sostituzione sinonima e non sinonima nel sito reattivo per le coppie di sequenze derivate da duplicazione recente rispetto a quelle separate in tempi più lontani. Nel primo caso il sito attivo è risultato caratterizzato da un'alta variabilità non sinonima mentre nel secondo, all'alto tasso di sostituzione non sinonima è associato anche un alto tasso di sostituzione sinonima. Questi aumenti localizzati della variabilità sinonima e non sinonima sono sati spiegati supponendo selezione naturale diversificante nel primo caso (divergenza recente), ed eventi di conversione genica nel secondo caso (divergenza più antica). Tuttavia, uno studio di simulazione al calcolatore, condotto nel nostro laboratorio, in cui il processo evolutivo è stato studiato nel tempo, dimostra che anche la sola selezione può spiegare l'innalzamento dei tassi di sostituzione sia sinonima che non sinonima e che, dopo un tempo di divergenza abbastanza lungo, il tasso di sostituzione sinonima può superare quello di sostituzione non sinonima, proprio come nel caso degli enzimi proteolitici e dei loro inibitori. L'esistenza di domini che evolvono a velocità diverse è stato riscontrata nell'analisi del gene DAX-1, associato al cromosoma X e forse coinvolto nella determinazione del sesso nei mammiferi (Zanaria et al., 1994), attualmente oggetto di studio nel nostro laboratorio. Dal confronto fra il gene DAX-1 umano e murino, sono state evidenziate due regioni, rispettivamente nella parte iniziale del gene e nella porzione carbossi-terminale, in cui i tassi di sostituzione sinonima e non sinonima sono significativamente più alti rispetto alle regioni meglio conservate. Nel primo caso la regione comprende dei domini ripetuti che mostrano di essere stati coinvolti in eventi di conversione genica. Nel secondo caso la regione si trova in una porzione del gene con alta omologia al sito di legame al ligando della superfamiglia genica dei recettori ormonali. Riteniamo possibile che questa regione sia stata oggetto di selezione diversificante. Questi risultati indicano che lo studio della distribuzione delle mutazioni sinonime e non sinonime in regioni distinte dei geni può essere un utile strumento nell'identificazione di regioni con funzione biologica importante. Altri programmi di ricerca: Teoria matematica dell'evoluzione. C. Matessi, L. Bucchini Collaboratori: I. Eshel (Univ. di Tel-Aviv, Israele); C. Di Pasquale (Univ. Nacional del Comahue, Argentina); A. Gimelfarb (Oregon Unversity, USA). Studio dell'evoluzione genetica e culturale di popolazioni umane. G. Zei, C. Guglielmino, A. Lisa, O.Fiorani Collaboratori : L.L. Cavalli Sforza (Univ. Stanford, USA), C. Viganotti (Univ. Pavia). Inferenze, anche sulla base di modelli matematici, su specifiche modalità e cause dell'evoluzione, come la transizione fra parassitismo e simbiosi. F. Scudo Collaboratori: C. Galanos (Max Plank, Friburgo, Germania), L. Sacchi (Univ. Pavia). (literal)
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