Applicazioni dell'elettroferogramma

Come si fa a capire dai picchi di un elettroferogramma se una mutazione è in eterozigosi o in omozigosi? Inoltre, perchè l'altezza dei picchi è importante nell'identificazione di un eterozigote?
Rossella Costa
25 gennaio 2005
La presenza di una mutazione in una sequenza d'interesse (che di seguito chiamerò query) viene sempre rilevata attraverso il confronto con una sequenza di riferimento (reference), sia quando si procede per confronto attraverso un software online come Blast 2 sequence, sia quando invece si procede a occhio sulla base degli elettroferogrammi.

Per semplicità, considererò solo il caso in cui la mutazione sia una sostituzione nucleotidica (nell'esempio in figura: la C normale è rimpiazzata da una G).

Applicazioni dell'elettroferogramma

L'elettroferogramma della query mostrerà la stessa successione di picchi di quello della reference, tranne nel punto in cui si trova la mutazione. Se la mutazione è una sostituzione nucleotidica in omozigosi, nel punto in cui essa si trova si vedrà che un singolo picco differisce fra la query e la reference (nell'esempio, la query 1 presenta una G invece della C della reference).

Se la mutazione è invece una sostituzione nucleotidica in eterozigosi, si noterà che la query presenta due picchi sovrapposti e di diverso colore, alti circa la metà dei picchi circostanti, mentre la reference presenta nel punto corrispondente il solito picco unico e alto. In più, se il software che visualizza l'elettroferogramma traduce i picchi in nucleotidi, si noterà che nella reference viene riportata la lettera corrispondente al nucleotide corretto, mentre nella query al doppio picco corrisponderà una N, segno che il programma non ha saputo determinare in maniera univoca la base da attribuire a quella posizione nella sequenza.

L'interpretazione dei due picchi sovrapposti andrà fatta a occhio, sulla base del colore di ciascuno dei due (nell'esempio in figura: nero per la G, blu per la C); la query 2 dell'esempio appartiene a un eterozigote con un allele normale e uno mutato).

La differenza fra i picchi di query e reference nella regione che resta identica è puramente casuale, ed è dovuta alle caratteristiche della reazione di sequenziamento, in particolare all'efficienza della polimerasi nell'inserire ciascun nucleotide "terminatore" marcato.
In una mutazione in eterozigosi, ci sono due specie molecolari che sono sequenziate contemporaneamente, cioè l'allele normale e quello mutato. Le due specie competono per le polimerasi, e se il numero di molecole di partenza di un allele è uguale a al numero delle molecole del secondo allele, entrambe le specie molecolari saranno amplificate della stessa quota, e circa la metà delle specie con un nucleotide in più o in meno. Naturalmente questo si riflette sull'altezza dei picchi.

Verificare che i due picchi siano circa della stessa altezza permette di distinguere una vera situazione di eterozigosi da un errore della polimerasi durante il sequenziamento. Nella figura dell'esempio, nella query 2 un picco corrispondente a una C si presenta in corrispondenza dell'unico picco verde, corrispondente a una A. Questa situazione non è da interpretare come una eterozigosi reale perché la differente altezza dei due picchi indica che le due specie molecolari in origine non avevano il rapporto 1:1 che c'è fra due alleli. Il picco minore è quindi dovuto a un errore della polimerasi nei primi cicli che è stato lievemente amplificato dai cicli successivi.

Pietro D'Addabbo Dipartimento di Genetica e Microbiologia, Università di Bari

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