regolazione espressione genica

REGOLAZIONE
DELLA
ESPRESSIONE
GENICA
Una completa descrizione della sequenza di DNA di un
organismo non sarebbe in grado di ricostruire lo stesso
organismo più di quanto una lista di vocaboli inglesi non
sarebbero in grado di ricostruire un sonetto di
Shakespeare. In entrambi i casi il problema principale
consiste nel conoscere come gli elementi nella sequenza
di DNA o le parole nella lista siano usate
usate.. Sotto quali
condizioni ciascun prodotto genico viene generato
generato?
?
E…
E…una
una volta sintetizzato,
sintetizzato, cosa fa
fa?
?
IN GENERE IL CONCETTO DI
REGOLAZIONE RISPONDE ALLA
NECESSITA’ DI INDURRE O
REPRIMERE CERTE ATTIVITA’
GENICHE, IN RELAZIONE ALLA
RICHIESTA DI ““ACCENDERLE
ACCENDERLE”” O
“SPEGNERLE
SPEGNERLE”.
”.
miRNA
Filamento lungo il quale il DNA viene scansionato,
detto filamento stampo. La sequenza di RNA sarà
identica (a meno della U alposto della T) a quella
del filamento antisenso (complementare dello
stampo)
PROCARIOTI
A livello trascrizionale le
cellule batteriche regolano
3’
5’
l’espressione genica
attraverso il modello
dell’operone.
L’operone è un tratto di DNA
comprendente (in sequenza
dal 5’5’-P al 3’
3’-OH) tratti
regolativi (promotore ed
operatore) e geni strutturali
(solitamente correlati tra
loro nella loro funzione).
Gli operoni si distinguono in:
1) Inducibili (se possono essere accesi da
un determinato induttore). Solitamente
sono catabolici (degradano cioè
substrati):
2) Reprimibili (se possono essere accesi
da un determinato repressore).
Solitamente sono anabolici
(sintetizzano cioè substrato)
OPERONE Lac: UN ESEMPIO DI OPERONE INDUCIBILE
Un esempio di come
il Lattosio
viene degradato, se
presente nel
mezzo di coltura, in
Glucosio e
Galattosio nei
REGOLAZ. ALLOSTERICA
batteri.
OPERONE Trp: UN ESEMPIO DI OPERONE REPRIMIBILE
REGOLAZIONE FINE
DELL’OPERONE Lac
MEDIANTE L’ATTIVITA’ DEL
GLUCOSIO: UN CASO
DI CONTROLLO POSITIVO
DELL’ESPR GENICA
Alti livelli di Glc nel mezzo di coltura
= scarsa efficienza di trascrizione
(e traduzione) dell’operone;
Bassi livelli di Glc nel mezzo di coltura
Associati a presenza di Lattosio =
elevata efficienza di trascrizione
dell’operone
REGOLAZIONE A LIVELLO POSTPOST-TRASCRIZIONALE –
IL MECCANISMO DELL’ATTENUAZIONE
NEL CASO DELL’OPERONE
His,, SI PUO’ AVERE UNA
His
REGOLAZIONE A LIVELLO
TRASCRIZIONALE, DIRET=
TAMENTE SUL DNA,
ATTRAVERSO IL LEGAME
DEL COREPRESSORE (His
(His
STESSA) ALLA PROTEINA
REPRESSORE…
…OPPURE L’ATTENUAZIONE DELLA TRADUZIONE, ATTRAVERSO IL
LEGAME DI MOLTI HisHis-tRNA E, CONSEGUENTEMENTE, DI MOLTI
RIBOSOMI A LIVELLO DI UNA SEQUENZA DETTA Leader,
INTERPOSTA TRA LA SEQUENZA OPERATORE ED I GENI
STRUTTURALI. TALE LEGAME DETERMINA UN RIPIEGAMENTO
DELL’mRNA
DELL’
mRNA TALE CHE SI STACCHI DALLA POLIMERASI.
EUCARIOTI
RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA (1)
(In particolare
iperacetilazione
a livello delle
Lisine)
RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA (2)
Epigenetica
Si intende per Epigenetica una qualunque attività di regolazione dei geni
tramite processi chimici che non comportino cambiamenti nel codice del DNA
ma possono modificare il fenotipo dell’individuo e/o della progenie.
Ad esempio:
- metilazione del DNA (Es: Formazione dei corpi di Barr) ;
- acetilazione degli istoni.
Questi fenomeni epigenetici alterano l'accessibilita' fisica al genoma da
parte di complessi molecolari deputati all'espressione genica e, quindi,
alterano il grado di funzionamento dei geni.
La metilazione del DNA nei vertebrati avviene tipicamente nei siti CpG
(citosina-fosfato-guanina; che si ha ove la citosina è direttamente
seguita da una guanina nella sequenza del DNA); tale metilazione
risulta nella conversione della citosina in 5-metilcitosina. La
formazione del Me-CpG è catalizzato dall'enzima DNA
metiltransferasi. I siti CpG sono poco comuni nel genoma degli
invertebrati mentre sono spesso trovati con maggior densità nei
promoters genici dei vertebrati, in cui sono collettivamente denominati
isole CpG. Lo stato di metilazione di questi siti CpG può avere un grave
impatto sull'attività/espressione genica.
Imprinting genomico
Alcuni geni vengono espressi solo se sono stati trasmessi dal padre, mentre
altri vengono espressi solo se vengono trasmessi dalla madre. Il fenomeno
della espressione differenziale dipendente dal sesso del genitore di origine
viene chiamato imprinting. Mentre nella sindrome di Praeder-Willi è il
cromosoma 15 materno ad essere presente in duplice copia, nella sindrome di
Angelmann abbiamo una duplice copia del cromosoma paterno (si parla di
Unisomia Diparentale).
In particolare in entrambe le
sindromi la regione genomica
interessata è quella del chr
15q11-q13. Nella PWS tale
regione è metilata nel chr di
origine materna e, siccome gli alleli
paterni vengono persi per
delezione, i geni contenuti nella
controparte materna, essendo
metilati, non possono esprimersi.
Viceversa, nella AS sono i chr 15
paterni ad essere in duplice copia,
con conseguente iperattività di
quella coppia di cromosomi.
Lo stato complessivo di metilazione in una cellula può anche essere un fattore
accelerante nella carcinogenesi come suggerisce l'evidenza che l'ipometilazione
genomica può portare ad instabilità cromosomica e crescenti tassi di mutazione.
Lo stato di metilazione di alcuni geni può essere usata come biomarker per la
tumorigenesi. Per esempio, l'ipermetilazione del pi-class glutathione Stransferase gene (GSTP1) appare come un affidabile indicatore del tumore alla
prostata.
CONTROLLO COMBINATORIALE – INIZIO TRASCRIZIONE EUCARIOTI
CONTROLLO COORDINATO DELL’ESPR GENICA EUCARIOTICA: IL CASO
DEGLI ORMONI STEROIDEI
REGOLAZIONE A LIVELLO POSTPOST-TRASCRIZIONALE –
I MICRORNA
I MICRORNA INTERAGISCONO
CON I LORO mRNA BERSAGLIO
MEDIANTE PARZIALE O TOTALE
COMPLEMENTARIETA’ CON IL
3’UTR DI QUESTI ULTIMI.
TALE INTERAZIONE PUO’ PORTARE
AL BLOCCO PARZIALE DELLA
TRADUZIONE OD ALLA TOTALE
DEGRADAZIONE DELL’mRNA
DELL’mRNA!!
Canonical Binding Between microRNAs and 3’UTR
of the Gene Target
MECHANISMS OF microRNA ACTION
2 POSSIBLE MECHANISMS:
1) TRANSLATIONAL REPRESSION;
2) mRNA CLEAVAGE
RNAi PATHWAY: THE COMMON WAY OF miRNAs AND siRNAS
NOBEL PRIZE
REGOLAZIONE TRAUZIONALE
ALLUNGAMENTO/ACCORCIAMENTO DELLA CODA DI POLY A
REGOLAZIONE POSTPOST-TRADUZIONALE:
IL SISTEMA UBIQUITINA/PROTEASOMA