5a-regolaz espression gen

Doutez de tout et surtout de ce que je vais vous dire
Bouddha 556-480 a.c.
Il punto:
-genotipo fenotipo
-eredita’
-gene
-gene malattia
-manipolazione del gene
-genoma
-espressione del genoma
-manipolazione del genoma
-geni fuori dal genoma (mtDNA)
-genetica di popolazioni
Esercitazione
Bonus: 0-1.5
Presenza obbligatoria
Espressione del genoma:
Rapporto genotipo fenotipo
Ricordo dei procarioti
Eucarioti
Alcuni principi comuni ai procarioti, situazione particolarmente
complessa negli organismi multicellulari per cui esistono due
ordini di influenze:
•Quella dell’ambiente esterno all’organismo
•Quella dell’ambiente esterno alla cellula ma interno
all’organismo
Regolazione spaziale dell’espressione genica in Arabidopsis (gene
della tubulina TuA1 fuso con la betaglucouronidasi di E Coli)
Espressione limitata alle antere
Regolazione temporale dell’espressione genica delle globine nel
sangue umano (embrione # feto # adulto).
Emoglobina: 2gruppi eme e tetramero (due alpha e due beta)
Cluster genici
Alpha: 28kb cromosoma 16
Beta: 45 kb cromosoma 11
(derivati da globina ancestrale)
Famiglia multigenica
Link evoluzione
Livelli di controllo dell’espressione genica negli eucarioti
# procarioti:
• compartimenti
• cap e polyA
• Introni
(controllo a
prevalenza
trascrizionale
• Organismi
pluricellulari
nucleo
NB nei proc ctr trascrizionale
prevalente
Controllo post-trascrizionale
Controllo dell’espressione genica negli eucarioti per splicing
alternativo: introni rimossi separatamente o in combinazione
Splicing alternativo in Drosophila (determinazione del sesso)
Gene Sxl: regolatore
del processo di
determinazione del
sesso
Lo splicing del gene
Sxl dipende dal
rapporto X:A
Controllo citoplasmatico della stabilita’ dell’RNA messaggero
influenzata da:
•Lunghezza coda polyA
•Struttura della regione non tradotta al 3’(3’ UTR)
•Stato metabolico della cellula (estrogeno e vitellogenine in
Xenopus)
•(RNAi)
Es. istoni: emivita breve (non hanno polyA): come mai? Proteine
con un importante ruolo nel controllo dell’espressione genica
Controllo trascrizionale
La temperatura: i geni heat shock (simile a procarioti)
*P
Interazione HSTF/HSE
Proteine hs:
altamente
conservate (4050% identiche fra
E. Coli e
Drosophila
(famiglia genica in
due cluster, 5-6
copie del gene
HSP70)
La luce: i geni della ribulosio 1,5-bifosfato carbossilasi
nelle piante (la proteina piu’ abbondante della terra!)
Enzima di due subunita’. Il gene rbcS viene trascritto dopo
esposizione alla luce.
Sequenza di attivazione:
•Luce
•Cromoforo
•Fitocromo
•Cascata di attivazione
•Trascrizione rbcS
•fotosintesi
RNA di rbcS estratto dai diversi tessuti
Geni che rispondono agli ormoni steroidei (e.g. estrogeno,
progesterone, testosterone, glucocorticoidi, ecdisone)
Geni che rispondono agli ormoni peptidici (e.g. insulina,
somatotropina, prolattina). Meccanismo simile anche per fattori di
crescita non ormonali (e.g. fattori di crescita, citochine).
Controllo molecolare della trascrizione negli eucarioti
•Fattori di trascrizione basali (promotore)
•Fattori di trascrizione speciali (enhancer)
Proprieta’ enhancer:
•Agiscono a distanza (migliaia di coppie di basi)
•Azione indipendente dall’orientamento
•Azione indipendente dalla posizione
Esempio di enhancer multipli (tissue specific) nel gene yellow di
Drosophila
Enhancer di SV40: 220 bp
totali. Con due ripetizioni da 72.
Ognuna delle 2 funziona in
SV40 o in altro genoma
Zona dell’enhancer libera da nucleosomi. (fotografia al ME
del genoma di SV40
Fattori trascrizionali:
Composti da un DNAbinding e da un activation
domain (separati o
sovrapposti)
omeodominio
•Gal4: 1 dominio di
binding, due domini di
attivazione
•Recettori ormoni
steroidei: parziale
sovrapposizione dominio
attivazione e DNA
binding
Motivi strutturali comuni dei
fattori di trascrizione
Geni omeotici
Geni implicati nello sviluppo, codificano fattori di trascrizione con
omeodomini che stimolano la trascrizione di particolari geni secondo
specifiche modalita’ spaziali e temporali
Zampe invece di antenne
Ali invece
di
bilancieri
AP
BT
Effetto di posizione: cos’e’?
Espressione genica ed organizzazione cromosomica
Per essere trascritta la cromatina deve essere aperta e
accessibile
Trascrizione cromosomi meiotici dell’ovocita di anfibio
Cromosomi a spazzola (duplicati) marcati con 3H-uridina che marca
RNA
Cromosomi formati da centinaia di cromatidi fratelli
allineati
Puff diversi in zone diverse in momenti diversi per effetto
dei cambiamenti di trascrizione (e.g. in risposta
all’ecdisone, temperatura HSP)
Puff cromosomi politenici di Drosophila (ibridazione in situ)
Aumentata sensibilita’ alla DNAsi del DNA trascritto (e.g. geni dei
globuli rossi del pollo betaglobina vs ovoalbumina, LCR betaglobina umana, hs di Drosophila)
Struttura regione hsp70 di Drosophila: le SCS isolano I geni nel cromosoma
Rimodellamento della cromatina
Acetil transferasi (HAT): acetilazione lisine negli istoni->gli
istoni interagiscono meno con DNA e DNA viene trascritto
SWI/SNF lievito (analoghi nell’uomo): complessi proteici
spostano-distruggono gli ottameri istonici
HDAC: deacetilazione istonica, inibisce la trascrizione
DNMT: metil transferasi, inibisce la trascrizione
Eucromatina ed eterocromatina
•La maggior parte dei geni eucariotici sta nell’ eucromatina
•Variegazione da effetto di posizione
• Su(var)205 codifica per HP1 che condiziona lo stato eterocromatico
Mutazione wm4 gene riposizionato nell’
eterocromatina dell’X (sinistra). Doppia
mutazione Su(var)2054 e wm4 (destra),
fenotipo wt.
Eucromatina ed eterocromatina
•30% del DNA di Drosophila e’ eterocromatico
•La maggior parte sta intorno ai centromeri, altra sta interspersa e
nei telomeri (centrica, intercalare, telomerica)
•La maggior parte dell’eterocromatina in D. e’ ricca di sequenze
ripetute (altamente e mediamente -elementi trasponibili-)
•Alcuni geni vengono espressi dall’ eterocromatina di D. (e.g.
geni per RNA ribosomali nell’eterocromatina centrica)
Silenziamento genico
(non da eterocromatina)
•Gruppo polycomb (PcG): in Drosophila, codificano
proteine che regolano l’espressione di fattori di
trascrizione. Azione stabile.
•Cambiamento sessuale nel lievito
•Interferenza a RNA (Drosophila, C. Elegans, mammiferi)