mRNA Proteina Funzione biologica DNA GENE

10/25/16
La trasmissione dell’informazione
replicazione
DNA
dA, dG, dC, dT
RNA
A, G, C, U
trascrizione
traduzione
Proteina
20 aminoacidi
Dogma centrale della biologia
GENE
DNA
promotore
regione trascritta
Trascrizione
mRNA
5’
3’
Traduzione
Proteina
NH2
COOH
Funzione biologica
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La replicazione del DNA è semiconservativa
Alberts et al., L’ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
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La polimerizzazione del DNA richiede due
elementi fondamentali:
1.  STAMPO
2.  INNESCO
Fase di inizio
Alberts et al., L’ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
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Sul filamento lento avvengono ripetuti eventi di “innesco”
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Topoisomerasi di tipo I. È in grado di tagliare e ri-legare
un filamento di DNA, riducendo il superavvolgimento
Due doppie eliche di
DNA sono incastrate tra
loro
Topoisomerasi di tipo II
Chemioterapici:
Camptothecin per Topoisomerasi I
Etoposide per Topoisomerasi II
La DNA topoisomerasi di
tipo II effettua un legame
covalente reversibile su
entrambi i filamenti di una
delle due eliche di DNA
La reazione inversa della
DNA topoisomerasi di tipo
II ricrea la doppia elica
Le due doppie eliche di
DNA sono libere
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Il problema dei TELOMERI
Il problema dei TELOMERI
Quando arriva alla fine del cromosoma, la DNA polimerasi
non riesce a completare la sintesi del filamento ritardato
leading strand
5’
3’
3’
5’
3’
lagging strand
5’
?
3’
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Il problema dei TELOMERI
Le estremità (telomeri) dei cromosomi eucariotici sono
caratterizzate da lunghe ripetizioni di sequenze ricche di G:C
Le estremità dei cromosomi lineari sono protette da queste lunghe
sequenze.
Queste sono sintetizzate da uno speciale enzima chiamato
Telomerasi
La Telomerasi è una riboproteina con attività di DNA polimerasi
RNA dipendente.
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TELOMERASI
La telomerasi:
1 unità RNA
1 unità catalitica
Telomerasi=trascrittasi inversa
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Il problema dei TELOMERI
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Attività della TELOMERASI
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Il problema dei TELOMERI
Curva di crescita di cellule primarie in coltura
Numero cellule
HeLa
Limite di Hayflick
Senescenza cellulare
giorni
1920-51
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Il problema dei TELOMERI
Curva di crescita di cellule primarie in coltura
Numero cellule
ri-attivazione della Telomerasi
Senescenza cellulare
giorni
Accuratezza della copia del DNA
•  Sintesi di RNA: 1 errore ogni 104
•  Replicazione del DNA: 1 errore ogni 107
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La DNA polimerasi:
Ha una funzione intrinseca di correzione degli errori. Infatti ha due siti
catalitici: uno per la reazione di polimerizzazione (Pol), ed uno per la
reazione esonucleolitica (Exo)
• 
Replicazione del DNA: 1 errore ogni 107
• 
Sintesi del DNA (solo polimerizzazione): 1 errore ogni 105
Accuratezza della copia del DNA
•  Sintesi di RNA: 1 errore ogni 104
•  Replicazione del DNA: 1 errore ogni 107
•  Frequenza errori effettiva: 1 ogni 109
Esiste un meccanismo di riparazione degli appaiamenti
sbagliati diretta dal filamento (mismatch repair)
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Lesioni del DNA: le cause
“spontanee”
indotte
1) La replicazione stessa:
inserzione di un nucleotide errato (causa un
“mismatch”)
Inserzione di nucleotidi in più (inserzione) o in
meno (delezione).
Agenti fisici e chimici:
1) radiazioni ionizzanti (raggi X, raggi
γ, e raggi cosmici)
2) agenti chimici mutageni
2) Cambiamenti chimici spontanei:
Deaminazione
Depurinazione
Ossidazione
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Danni al DNA e meccanismi di
riparazione degli errori
ü  Il DNA è continuamente esposto a condizioni
che possono danneggiarlo
ü  Danni che risultino in un cambiamento
permanente della sequenza = mutazioni
ü  Alta frequenza di mutazioni è associata allo
sviluppo di tumori
ü  Sostanze che aumentano la frequenza di
mutazioni = mutageni
ü  mutageni = cancerogeni
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Danni al DNA e meccanismi di
riparazione degli errori
Sostanze cancerogene
=
Mutagene
=
Sostanze chimiche che
reagiscono con le basi del DNA
o  Cancerogeni diretti
Morte (apoptosi)
o  Cancerogeni indiretti
(Benzopirene, Aflatoxina B)
Tipi di danno:
•  Appaiamenti errati
•  Basi mancanti
•  Basi danneggiate
•  Rottura dello scheletro fosfo-ribosidico
Meccanismi di riparazione:
•  Escissione dei nucelotidi (mismatch/nucleotide excision repair)
•  Escissione delle basi (base excision repair)
•  Giunzione omologa (homologous recombination)
•  Giunzione non omologa (non homologous end joining)
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Riparazione degli appaiamenti scorretti tra le basi
La metilazione delle CpG distingue temporaneamente
il filamento neo-sintetizzato dal filamento stampo
La metilazione del DNA è
associata alla regolazione
della cromatina ed al
silenziamento genico
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Mismatch excision repair (escissione di appaiamenti incorretti)
Ripara: appaiamento incorretto nel DNA neosintetizzato
Le DNA glicosilasi scorrono il DNA analizzando le
basi e riconoscendo quelle chimicamente modificate
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Riparazione per escissione di basi (BER)
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Nei mammiferi, la mutazione più frequente è causata
dalla deaminazione della metil-citosina in Timina
Una DNA glicosilasi
specifica riconosce
l’appaiamento
anomalo T-G
Formazione di dimeri di Timina (raggi UV !!)
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Riparazione per escissione di nucleotidi (NER)
Riparazione del danno al DNA (II)
Riparazione per escissione di basi
(BER)
Specifica per alterazioni minori
Riparazione per escissione di
nucleotidi (NER)
Specifica per alterazioni grosse che
distorgono la struttura del DNA
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Double strand breaks
rottura del DNA su entrambi i filamenti
(causata da radiazioni ionizzanti o da inibitori delle Topoisomerasi)
Fondamentale riparare le rotture del doppio
filamento di DNA per evitare:
- riarrangiamenti cromosomici
- perdita di informazione genetica
Double strand breaks
rottura del DNA su entrambi i filamenti
(causata da radiazioni ionizzanti o da inibitori delle Topoisomerasi)
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Lesioni o danni modificano la sequenza del DNA
Conseguenza 1
Riparazione del
DNA
Conseguenza 2
Riparazione
difettosa del DNA
Conseguenza 3
Blocco della replicazione
Blocco della trascrizione
Ridotta vitalità cellulare
Stabilità genetica
Intabilità genetica
Cancro e malattie
genetiche ereditarie
Biodiversità
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