Cos'è un marcatore genetico? Cosa serve?

Scoperte di nuovi marcatori genetici che aiutano a identificare e, quindi, per prevenire meglio molteplici malattie.

Questi marcatori vengono utilizzati per associare determinate mutazioni genetiche al rischio di comparsa e sviluppo di numerose disturbi ereditari. L'uso di nuove tecniche di sequenziamento del genoma sarà essenziale per far progredire la conoscenza di questo tipo di malattia e di molte altre.

In questo articolo spieghiamo cos'è un marcatore genetico, quali tipi di marcatori esistono, come vengono rilevati le diverse varianti genetiche e quali sono le principali tecniche utilizzate nel sequenziamento genomica.

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Cos'è un marcatore genetico?

I marcatori genetici sono segmenti di DNA situato in una posizione nota (un locus) su un dato cromosoma. Normalmente, questi marcatori sono associati a fenotipi di malattie specifiche e sono molto utili per identificare diverse variazioni genetiche in individui e popolazioni specifici.

La tecnologia dei marcatori genetici basati sul DNA ha rivoluzionato il mondo della genetica, poiché grazie ad essi è possibile rilevare i polimorfismi (responsabili della grande variabilità tra individui della stessa specie) tra diversi genotipi o alleli di un gene per una data sequenza di DNA in un gruppo di geni.

Quei marcatori che conferiscono un'alta probabilità di insorgenza della malattia sono i più utili come strumenti diagnostici.. Un marcatore può avere conseguenze funzionali, come alterare l'espressione o la funzione di un gene che contribuisce direttamente allo sviluppo di una malattia; e viceversa, potrebbe non avere alcuna conseguenza funzionale, ma potrebbe trovarsi vicino a una variante funzionale in modo che sia il marcatore che la variante tendano ad essere ereditati insieme nella popolazione generale.

Le variazioni del DNA sono classificate come "neutre" quando non producono alcun cambiamento nei tratti metabolici o fenotipici (i tratti osservabili), e quando non sono soggetti ad alcuna pressione evolutiva (positiva, negativa o bilanciatore); Altrimenti, le variazioni sono chiamate funzionali.

Le mutazioni nei nucleotidi chiave in una sequenza di DNA possono modificare la composizione aminoacidica di una proteina e portare a nuove varianti funzionali. Dette varianti possono avere un'efficienza metabolica maggiore o minore rispetto alla sequenza originaria; possono perdere completamente la loro funzionalità o addirittura aggiungerne una nuova.

Metodi di rilevamento del polimorfismo

I polimorfismi sono definiti come varianti genetiche nella sequenza del DNA tra individui della stessa specie.. Questi possono avere conseguenze sul fenotipo se si trovano in regioni codificanti del DNA.

Per rilevare questi polimorfismi esistono due metodi principali: il metodo Southern, una tecnica di ibridazione dell'acido nucleico; e la tecnica PCR della reazione a catena della polimerasi, che consente di amplificare piccole regioni specifiche del materiale del DNA.

Utilizzando questi due metodi, è possibile identificare variazioni genetiche nei campioni di DNA e polimorfismi in una regione specifica della sequenza del DNA. Tuttavia, gli studi effettuati dimostrano che nel caso di malattie più complesse è più difficile farlo identificare questi marcatori genetici, poiché di solito sono poligenici, cioè causati da difetti multipli geni.

Tipi di marcatori genetici

Esistono due tipi principali di marcatori molecolaris: quelli di post-trascrizione-traduzione, che vengono effettuati mediante un'analisi indiretta del DNA; e quelli del tipo pretrascrizione-traduzione, che consentono di rilevare i polimorfismi direttamente a livello del DNA e di cui parleremo più avanti.

1. Marcatori RFLP

Marcatori genetici RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism). si ottengono dopo estrazione e frammentazione del DNA, tagliando un'endonucleasi mediante enzimi di restrizione.

I frammenti di restrizione ottenuti vengono quindi analizzati mediante elettroforesi su gel. Sono uno strumento fondamentale per la mappatura genomica e nell'analisi delle malattie poligeniche.

2. Marcatori AFLP

Questi marcatori sono biallelici e dominanti.. Le variazioni in molti loci (denominazione multi-locus) possono essere ordinate simultaneamente per rilevare le variazioni in un singolo nucleotide da regioni genomiche sconosciute, in cui una data mutazione può essere presente frequentemente in geni funzionali indeterminato.

3. microsatelliti

I microsatelliti sono i marcatori genetici più popolari negli studi di caratterizzazione genetica. Il suo alto tasso di mutazione e la sua natura codominante consentono di stimare la diversità genetica all'interno e tra razze diverse, e mescolanza genetica tra razze, anche se molto vicine imparentato.

4. Marcatori del DNA mitocondriale

Questi marcatori fornire un modo rapido per rilevare l'ibridazione tra specie o sottospecie.

I polimorfismi in certe sequenze o nella regione di controllo del DNA mitocondriale hanno contribuito, in larga misura, all'identificazione del progenitori delle specie domestiche, stabilendo modelli geografici di diversità genetica e comprendendo i comportamenti riproduttivi. addomesticamento.

5. Marcatori RAPD

Questi marcatori si basano sulla reazione a catena della polimerasi o tecnica PCR. I frammenti ottenuti da RAPD sono amplificati in diverse regioni casuali.

La sua utilità sta nel fatto che è una tecnica di facile utilizzo e ci permette di distinguere velocemente e contemporaneamente molti polimorfismi. È stato utilizzato nell'analisi della diversità genetica e nel miglioramento e differenziazione delle linee clonali.

Tecniche di sequenziamento del genoma

Molte delle malattie esistenti hanno una base genetica. La causa è solitamente determinata dalla comparsa di una o più mutazioni che causano la malattia o, quantomeno, aumentano il rischio di svilupparla.

Una delle tecniche più comuni per rilevare queste mutazioni e che è stata utilizzata fino a poco tempo fa è lo studio di associazione genetica., che implicano il sequenziamento del DNA di uno o di un gruppo di geni sospettati di essere coinvolti in una determinata malattia.

Gli studi di associazione genetica studiano le sequenze del DNA nei geni dei portatori e delle persone sane, al fine di trovare il gene o i geni responsabili. Questi studi hanno tentato di includere membri della stessa famiglia per aumentare la probabilità di rilevamento di mutazioni. Tuttavia, questo tipo di studio consente solo di identificare mutazioni legate a un singolo gene, con le limitazioni che ciò comporta.

Negli ultimi anni sono state scoperte nuove tecniche di sequenziamento che hanno permesso di superarle limitazioni, note come tecniche di sequenziamento di nuova generazione (NGS). Inglese). Questi consentono di sequenziare il genoma investendo meno tempo (e meno denaro). Di conseguenza, sono attualmente in corso i cosiddetti Genome-Wide Association Studies o GWAS (Genome-Wide Association Studies).

Il sequenziamento genomico mediante GWAS consente di esplorare tutte le mutazioni presenti nel genoma, aumentando esponenzialmente la probabilità di trovare i geni responsabili di una certa malattia. Ciò ha portato alla creazione di consorzi internazionali con ricercatori di tutto il mondo che condividono mappe cromosomiche con le varianti di rischio di una moltitudine di malattie.

Tuttavia, i GWAS non sono privi di limitazioni, come la loro incapacità di tenere pienamente conto del rischio genetico e familiare. delle malattie comuni, le difficoltà di valutare le varianti genetiche rare o la piccola dimensione dell'effetto ottenuta nella maggior parte delle studi. Aspetti indubbiamente problematici che dovranno essere migliorati nei prossimi anni.

Riferimenti bibliografici:

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