Lez21 Regolazione genica

07/01/2015
Regolazione dell’espressione genica tramite regolatori negativi
Caso 1:
Repressione di promotori inducibili
L’inizio della trascrizione viene bloccata da un repressore quando i prodotti genici
non sono “richiesti”.
Una molecola induttrice lega il repressore e ne riduce l’affinità per la sua sequenza
bersaglio sul DNA, consentendo la trascrizione.
(es. operone lac in E. coli)
Un esempio di induzione: l’operone lattosio
Regolazione dell’espressione genica tramite regolatori negativi
Caso 2:
Co-repressori
Molecole che fungono da corepressori legano la proteina regolatrice (aporepressore)
stimolandone il legame al DNA e bloccando la trascrizione
Es. operoni trp, arg in E. coli
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07/01/2015
Co-repressione dell’operone biosintetico dell’arginina
Attivazione della trascrizione
Così come per il controllo negativo, molecole induttrici sono
coinvolte nella modulazione del legame al DNA di proteine
attivatrici della trascrizione (es. geni xyl)
• Le proteine regolatrici (sia attivatori che
regolatori della trascrizione) NON dipendono
necessariamente da molecole induttrici
• la loro attività può essere “innescata” da
modificazioni chimiche (es. ossidazione in
OxyR, auto-metilazione in Ada, ecc.)
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Un esempio di proteina
multifunzionale: Ada
La proteina Ada svolge due
funzioni:
Metil-trasferasi in grado di
rimuovere gruppi metilici dal
DNA (lesioni da agenti metilanti)
e di metilare residui di cisteina
specifici (posizione 69 e 321
della proteina)
Una volta metilata, la proteina
Ada è in grado di legare
sequenze specifiche e di
attivare la trascrizione di
promotori di geni connessi con
la riparazione del DNA.
I molti talenti delle proteine regolatrici…..
Ara C
AraC
-Ara
reprime PBAD
PBAD
+Ara
induce PBAD
AraC
RNA pol
PBAD
I siti di legame per le proteine regolatrici possono trovarsi
a considerevole distanza dal promotore
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“With a little help from my friends….”
Come gli attivatori distali interagiscono con l’RNA polimerasi
Proteine organizzatrici
del nucleoide
(es. IHF,H-NS)
Sito di legame
Sempre più difficile: numerosi promotori sono soggetti
ad una complessa regolazione che coinvolge più fattori
Es.: Il promotore del gene csgD è legato sia da repressori che da attivatori
in risposta a diversi segnali ambientali
Regolatori globali
• Alcune proteine regolatrici sono in grado di
attivare un numero considerevole di geni (fino
ad alcune centinaia)
• Questo effetto „globale“ sulla regolazione genica
ha un impatto molto importante sulla fisiologia
cellulare
• I regolatori globali rispondono a precisi stimoli
ambientali e fisiologici
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07/01/2015
La proteina CAP e la molecola
segnale AMP ciclico
• La proteina CAP (Catabolite Activator
Protein) o CRP (Cyclic AMP Receptor
Protein) è un regolatore principale nella
risposta a situazioni di carenza
nutrizionale
• L‘attività regolatrice della proteina CAP
viene innescata dal legame ad una
molecola „indicatrice di fame“ l‘AMP ciclico
(cAMP)
Attivazione cAMP-dipendente
dell‘operone lattosio
cAMP
s70
AMP ciclico: una molecola segnale
estremamente conservata
Procarioti:
Segnale di “fame”
Sintetizzato in assenza di glucosio
tramite “coupling” con il sistema di
trasporto PtsG
Adenilato
ciclasi
Adenilato
ciclasi
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La curva di crescita “diauxica”
Escherichia coli viene fatto crescere su terreno in
cui siano presenti sia glucosio che lattosio
Fase di transizione*
Crescita su lattosio
Crescita su glucosio
(fonte preferita di
carbonio)
*: esaurimento del glucosio nel terreno, aumento di cAMP.
Regolazione combinata dell’operone lac
dal repressore LacI e dalla proteina CAP*
Fase di transizione
Crescita su lattosio
Crescita su glucosio
(fonte preferita di carbonio)
* In un terreno dove siano presenti sia glucosio che lattosio
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