Where - gene expression

Ogni gene per svolgere correttamente la sua funzione deve essere espresso nella localizzazione e con i tempi corretti. Complessi meccanismi regolano finemente l'espressione dei diversi geni e molti geni sono espressi specificatamente in particolari tessuti o tipi cellulari. Le informazioni sull'espressione genica possono aiutare a comprendere la funzione dei singoli geni. I diversi geni e le proteine da essi codificate inoltre non agiscono da soli, ma in una complessa e fitta rete di interazioni per svolgere le complesse funzioni biologiche necessarie alla cellula. Spesso quindi un fenotipo osservato risulta dall'azione di più geni.

Espressione dei geni nell'organismo e nelle cellule

Grossi progetti di sequenziamento massivo dell'RNA hanno contribuito a mappare l'espressione dei geni e delle loro isoforme nei diversi tessuti umani e nei diversi tipi cellulari.

Esercizio 1. Utilizzare il portale GTeX per identificare il pattern di espressione del gene CFTR. Inserire il nome del gene di interesse nella casella di ricerca nel box "Transcriptome" e premere invio. Selezionare il gene dalla tabella per vederne i livelli di espressione nei diversi tessuti. E' anche possibile esplorare i geni più espressi in ogni tessuto utilizzando il link "Top 100 Expressed Genes in a Tissue (e.g. Blood)". Il grafico mostra il livello di espressione nei diversi tessuti. E' possibile anche visualizzare le diverse isoforme con l'opzione "plot" o vedere le espressioni differenziate per sesso selezionando "gender"

In alternativa è possibile provare anche il portale Expression Atlas. Inserire il nome del gene nella casella "gene" e selezionare Homo Sapiens dal menù a tendina "Organism". Avviare la ricerca cliccando il pulsante "search". Nel grafico mostrato, il colore delle barre è proporzionale all'espressione del gene nel tessuto indicato.

Esercizio 2. Utilizzare il portale Human Protein Atlas per esplorare l'espressione del gene CFTR nei tessuti umani e in diversi tipi cellulari. Provare anche il gene NEU1, con tipica localizzazione lisosomiale, o TFRC. Inserendo il nome del gene e cliccando sul pulsante "Search" e quindi sul nome del gene si accede alla pagina con informazioni sull'espressione del gene in diversi tessuti e cellule, navigabile selezionando le diverse sezioni "tissue", "cell" e "cancer" in alto. Nella sezione "cell", scorrendo al pannello "Human cells" e cliccando sulle immagini è possibile avere un dettaglio della localizzazione sub-cellulare del gene. L'espressione nei diversi tessuti è riportata nella scheda "tissue" con anche immagini navigabili di sezioni istologiche.

Interazioni fra geni e proteine

Le interazioni proteina-proteina e/o gene-proteina sono raccolte in diversi database per permettere la ricostruzione delle reti di interazione fra i diversi geni. Queste reti possono essere esplorate per comprendere quali gruppi di geni concorrono a determinare uno specifico fenotipo. Un insieme di geni che concorrono a svolgere e/o regolare una specifica funzione biologica, seppur senza interazioni fisiche dirette fra loro, viene definito "pathway".

Esercizio 3. Utilizzare il portale GeneMANIA per visualizzare il network di interazioni del gene CFTR. Provare anche a immettere una lista di più geni per visulizzarne le interazioni: NEU1, CTSA, GLB1. Queste tre proteine si uniscono in un complesso per essere trasportate verso i lisosomi.

Esercizio 4. Utilizzare il database REACTOME pathway browser per visualizzare i geni in un pathway di interesse